水合物法储运天然气相关技术讲解
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
19
H型水合物结构
六面体结构
由1个大笼（51268）、2个中笼 （435663）、3个小笼（512）三种 共6个笼子组成的。
大笼半径比Ⅰ、Ⅱ型结构的大笼 半径大1 Å，晶胞分子式为 S3S’2L1·34H2O
研究指出：只有当氙、硫化氢、 甲烷等小分子辅助气体与大分子 氢烃组分（包括2-甲基丁烷、甲 基环戍烷、甲基环己烷、环辛烷 等）共存时才能形成H结构的水 合物。大气体分子形成大笼，小 气体分子则形成小笼和中笼。
20
三种水合物的结构数据
结构类型
晶体结构
小 笼S
结构 直 径Å
大 笼L
结构 直 径Å
每个晶胞中的小笼数
每个晶胞中的大笼数
每个晶胞的水分子数
每个晶胞中小笼数与水分 子数之比
每个晶胞中大笼数与水分 子数之比
晶胞分子式
Ⅰ型 体心立方体
512 7.82 51262 8.66
2 6 46 1/23
Ⅱ型 金刚石立方体
外来分子尺寸是决定其是否能够形成水合物、形 成何种结构水合物以及水合物的组分和稳定性的 最重要因素
Ⅰ型、Ⅱ型水合物结构是50年代经X射线衍射测定 的
H型水合物结构是1987年经核磁共振及粉末衍射 实验发现的
16
1.水合物结构
水合物晶格空间：从左到右，由上至下依次为512，51262，51264，435663，51268
8
136 H2O
512 3
51264
2
Structure II
1
34 H2O
435663
51268
SBaidu Nhomakorabearucture H
22
Structure & Speciality
四种基本晶体结构
立方体心结构的I型（Claussen,etc 1951) 菱形立方结构的II型 (Claussen,etc 1951) 六方结构H型 (Ripmeester,etc 1987) T型结构(Udachin,etc 2001)
dimethyl butane
etc.
（LMGS）
25
1.水合物结构总结
直径小于3.5 Å的气体分子（H2，He，Ne等）起不到支 撑笼子的稳定作用，不能形成水合物；而直径大于7.5 Å的气体分子，受笼子本身大小的限制，不能填充到任 何笼子内，也不能形成水合物。
23
客体分子与水合物 结构的匹配关系 3.5～7.5Å
24
Structures of clathrate
hydrates
CH4, C2H6, etc.
Structure I
Hydrogen bonding
Structure II
C3H8, C4H10, etc.
Structure H
Methylcyclohexane
3
一般以白色冰状固态晶 体形式稳定存在于高压 低温的条件下，在常温 常压下很容易分解成气 体和液态水，在空气中 极易点燃。因而也被喻 为“可燃冰”或“暖冰
天然气水合物实物照片
4
自然界中的天 然气水合物广 泛存在于大陆 坡海底沉积层 、极地及冻土 层中，是一种 潜在能源，对 全球气候变化 ，海底边坡稳 定也都有影响
天然的气体水合物中主要是甲烷，人工气体 水合物中可以是其它的气体，如CO2、烃等
外观像雪或松散的冰 比水轻，而重于烃类液体，密度一般在
0.8~1.0 g/cm3之间，除热膨胀和热传导性 质外，光谱性质、力学性质等同冰相似
13
一、天然气水合物的结构与性质
14
15
1.水合物结构简介
天然气水合物晶体结构 Ⅰ型 Ⅱ型 H型
17
Ⅰ型水合物结构
•体心立方体晶体结构 •大、小两种共8个笼子 •2个小笼
•512 •半径为3.91Å •6个大笼 •51262 •半径4.33 Å •每个晶胞含有8个气体分子 和46个水分子 •晶胞分子式为S2L6·46H2O •主要C1、C2小分子烃以及 CO2、H2S等非烃分子形成
18
II型水合物结构
8
水合物蓄冷
吸收 冷量
水+蓄冷剂
水合物
释放 冷量
分解
9
运输及管道抑制技术
10
目录
天然气水合物的结构与性质 天然气水合物储运基本原理 天然气水合物的合成 天然气水合物储运方式
11
一、天然气水合物的结构与性质
水合物结构简介 水合物基本性质 水合物相特性
12
一、天然气水合物的结构与性质
•金刚石晶体立方结构 •24个笼子堆叠而成 •16个小笼（512）
•比Ⅰ型结构稍小 •约3.90 Å •8个大笼（51264） •51264 •半径为4.683 Å •每 个 晶 胞 共 含 24 个 气 体 分 子和136个水分子
•晶胞分子式为 S16L8·136H2O
•C3及异丁烷氢烃分子和比较 小的氮气等非氢烃分子形成
新技术开发
储存CO2于海底 固态储存天然气
淡化海水 分离混合物
地层水合物资源利用
7
水合物法分离轻质气体混合物
原理： 不同组分形成水合物的难易程度不同
优点： 可在零度以上操作而常规精馏法需在低温下进行（如H2和 CH4分离需在-160度）
应用领域： 炼厂气中氢气、乙烷（乙烯）的分离回收，从烟道气中分离 温室气体CO2
512 7.8 51264 9.36 16 8 136 2/17
3/23
1/17
S2L6·46H2O
S16L8·136H2O
H型 简单六面体 512,435663
51268
3，2
6 34 3/34，1/17
3/17
S3S’2L1·34H2O 21
6
46 H2O
2 16
51262
Structure I
水合物法储运天然气相关技术
储建学院燃气工程系 唐建峰
1、天然气水合物的发展历史（科学好 奇——工程需要——人类能源）
2、天然气水合物相关技术领域（资源 ——开采——储运——利用）
3、科学问题（形成与分解）
2
Introduction
天然气水合物：Natural Gas Hydrate，简称 NGH，是由一种或几种烃类气体在一定的 温度和压力下和水作用生成的一种非固定 化学计量的笼形晶体化合物。
5
ODP 204航次美国水合物脊采集的地质样品 (Lee,2002)
鄂霍次克海，2006
美国布莱克海台水合物样品
（MacDonald拍摄）
6
气体水合物自1810年被首次发现以来，已经有近200年的 研究历史，并在最近20年达到鼎盛期。目前水合物的相关 研发工作主要集中在以下几个领域：
水合物热力学、动力学性质 油/气生产过程的水合物抑制方法开发
H型水合物结构
六面体结构
由1个大笼（51268）、2个中笼 （435663）、3个小笼（512）三种 共6个笼子组成的。
大笼半径比Ⅰ、Ⅱ型结构的大笼 半径大1 Å，晶胞分子式为 S3S’2L1·34H2O
研究指出：只有当氙、硫化氢、 甲烷等小分子辅助气体与大分子 氢烃组分（包括2-甲基丁烷、甲 基环戍烷、甲基环己烷、环辛烷 等）共存时才能形成H结构的水 合物。大气体分子形成大笼，小 气体分子则形成小笼和中笼。
20
三种水合物的结构数据
结构类型
晶体结构
小 笼S
结构 直 径Å
大 笼L
结构 直 径Å
每个晶胞中的小笼数
每个晶胞中的大笼数
每个晶胞的水分子数
每个晶胞中小笼数与水分 子数之比
每个晶胞中大笼数与水分 子数之比
晶胞分子式
Ⅰ型 体心立方体
512 7.82 51262 8.66
2 6 46 1/23
Ⅱ型 金刚石立方体
外来分子尺寸是决定其是否能够形成水合物、形 成何种结构水合物以及水合物的组分和稳定性的 最重要因素
Ⅰ型、Ⅱ型水合物结构是50年代经X射线衍射测定 的
H型水合物结构是1987年经核磁共振及粉末衍射 实验发现的
16
1.水合物结构
水合物晶格空间：从左到右，由上至下依次为512，51262，51264，435663，51268
8
136 H2O
512 3
51264
2
Structure II
1
34 H2O
435663
51268
SBaidu Nhomakorabearucture H
22
Structure & Speciality
四种基本晶体结构
立方体心结构的I型（Claussen,etc 1951) 菱形立方结构的II型 (Claussen,etc 1951) 六方结构H型 (Ripmeester,etc 1987) T型结构(Udachin,etc 2001)
dimethyl butane
etc.
（LMGS）
25
1.水合物结构总结
直径小于3.5 Å的气体分子（H2，He，Ne等）起不到支 撑笼子的稳定作用，不能形成水合物；而直径大于7.5 Å的气体分子，受笼子本身大小的限制，不能填充到任 何笼子内，也不能形成水合物。
23
客体分子与水合物 结构的匹配关系 3.5～7.5Å
24
Structures of clathrate
hydrates
CH4, C2H6, etc.
Structure I
Hydrogen bonding
Structure II
C3H8, C4H10, etc.
Structure H
Methylcyclohexane
3
一般以白色冰状固态晶 体形式稳定存在于高压 低温的条件下，在常温 常压下很容易分解成气 体和液态水，在空气中 极易点燃。因而也被喻 为“可燃冰”或“暖冰
天然气水合物实物照片
4
自然界中的天 然气水合物广 泛存在于大陆 坡海底沉积层 、极地及冻土 层中，是一种 潜在能源，对 全球气候变化 ，海底边坡稳 定也都有影响
天然的气体水合物中主要是甲烷，人工气体 水合物中可以是其它的气体，如CO2、烃等
外观像雪或松散的冰 比水轻，而重于烃类液体，密度一般在
0.8~1.0 g/cm3之间，除热膨胀和热传导性 质外，光谱性质、力学性质等同冰相似
13
一、天然气水合物的结构与性质
14
15
1.水合物结构简介
天然气水合物晶体结构 Ⅰ型 Ⅱ型 H型
17
Ⅰ型水合物结构
•体心立方体晶体结构 •大、小两种共8个笼子 •2个小笼
•512 •半径为3.91Å •6个大笼 •51262 •半径4.33 Å •每个晶胞含有8个气体分子 和46个水分子 •晶胞分子式为S2L6·46H2O •主要C1、C2小分子烃以及 CO2、H2S等非烃分子形成
18
II型水合物结构
8
水合物蓄冷
吸收 冷量
水+蓄冷剂
水合物
释放 冷量
分解
9
运输及管道抑制技术
10
目录
天然气水合物的结构与性质 天然气水合物储运基本原理 天然气水合物的合成 天然气水合物储运方式
11
一、天然气水合物的结构与性质
水合物结构简介 水合物基本性质 水合物相特性
12
一、天然气水合物的结构与性质
•金刚石晶体立方结构 •24个笼子堆叠而成 •16个小笼（512）
•比Ⅰ型结构稍小 •约3.90 Å •8个大笼（51264） •51264 •半径为4.683 Å •每 个 晶 胞 共 含 24 个 气 体 分 子和136个水分子
•晶胞分子式为 S16L8·136H2O
•C3及异丁烷氢烃分子和比较 小的氮气等非氢烃分子形成
新技术开发
储存CO2于海底 固态储存天然气
淡化海水 分离混合物
地层水合物资源利用
7
水合物法分离轻质气体混合物
原理： 不同组分形成水合物的难易程度不同
优点： 可在零度以上操作而常规精馏法需在低温下进行（如H2和 CH4分离需在-160度）
应用领域： 炼厂气中氢气、乙烷（乙烯）的分离回收，从烟道气中分离 温室气体CO2
512 7.8 51264 9.36 16 8 136 2/17
3/23
1/17
S2L6·46H2O
S16L8·136H2O
H型 简单六面体 512,435663
51268
3，2
6 34 3/34，1/17
3/17
S3S’2L1·34H2O 21
6
46 H2O
2 16
51262
Structure I
水合物法储运天然气相关技术
储建学院燃气工程系 唐建峰
1、天然气水合物的发展历史（科学好 奇——工程需要——人类能源）
2、天然气水合物相关技术领域（资源 ——开采——储运——利用）
3、科学问题（形成与分解）
2
Introduction
天然气水合物：Natural Gas Hydrate，简称 NGH，是由一种或几种烃类气体在一定的 温度和压力下和水作用生成的一种非固定 化学计量的笼形晶体化合物。
5
ODP 204航次美国水合物脊采集的地质样品 (Lee,2002)
鄂霍次克海，2006
美国布莱克海台水合物样品
（MacDonald拍摄）
6
气体水合物自1810年被首次发现以来，已经有近200年的 研究历史，并在最近20年达到鼎盛期。目前水合物的相关 研发工作主要集中在以下几个领域：
水合物热力学、动力学性质 油/气生产过程的水合物抑制方法开发