气体水合物科学与技术pdf

总结

第1章 引言

1. 目前发现的水合物结构有3种：Ⅰ型、Ⅱ型和H型。 2. 气体水合物的研究基本方向：

基础研究、管道水合物抑制技术开发、天然气固态储存和水合法分离气体混合物等新型应用技术开发、天然气水合物资源勘探与开发、温室气体的水合物法捕集和封存。 3. 气体水合物研究的现实意义

（1） 被公认为21世纪的重要后续能源

（2） 天然气水合物和常规油气田生产密切相关（解决水合物堵塞井筒）

（3） 利用水合物独特的化学物理特征可以开发一系列高新技术造福人类（如：水合

物法淡化海水，水合物法捕集CO2，水合物法制冷等）

（4） 气体水合物还与全球环境变化密切相关（地层水合天然气的释放造成温室效应） 4. 水合物研究涉及的领域：水合物化学和水合物地球科学

水合物化学：

研究水合物的形成条件、化学组成、生成/分解动力学特征以及水合物的密度、比热容、热导率等基本物性。 水合物地球科学：

研究天然气水合物的地球化学特征、生物特征、水合物成藏得地质条件、水合物中的声速等基本物性和地球物理特征。

第2章 气体水合物的晶体结构与基本性质 1. 冰（H2O）有20余结构形式，通常书写为加后缀的罗马字母形式，如冰Ⅰ，冰Ⅱ，…等，

罗马字母后面的h和c分别表示六角

化学选修3《物质结构与性质》P85选题2

天然气水合物

（一种潜在的能源）

１

天然气水合物——可燃冰

一、可燃冰相关概念

可燃冰：天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质。（又称笼形化合物）甲烷水合物（Methane Hydrate）：用M·nH2O来

表示，M代表水合物中的气体分子，n为水合指数（也就是水分子数）。组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99％的天然气水合物通常称为甲烷水合物。

又因外形像冰，而且在常温下会迅速分解放出可燃的甲烷，因而又称“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”）。

因为可燃冰的主要成分为甲烷，为甲烷水合物，而甲烷在常温中为气体，熔、沸点低，所以甲烷为分子晶体，因而可燃冰也为分子晶体。

可燃冰存在之处：天然气水合物在自然界广泛分布在大 可燃冰

陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。

２

天然气水合物在全球的分布图

在标准状况下，一单位体积的气水合物

天然气水合物现状开采技术现状

一、天然气水合物（可燃冰）介绍

谈到能源，人们立即想到的是能燃烧的煤、石油或天然气，而很少想到晶莹剔透的“冰”。然而，自 20 世纪 60年代以来，人们陆续在冻土带和海洋深处发现了一种可以燃烧的“冰”。这种“可燃冰”在地质上称之为天然气水合物（Natural GasHydrate，简称GasHydrate），又称“笼形包合物”（Clathrate），分子结构式为：CH4·nH2O，现已证实其分子结构式为CH4·8H2O。 天然气水合物（可燃冰）是一种白色固体物质，外形像冰，有极强的燃烧力，可作为上等能源。它主要由水分子和烃类气体分子（主要是甲烷）组成，所以也称它为甲烷水合物。天然气水合物是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下，由气体或挥发性液体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质。 二、

天然气水合物（可燃冰）成因

可燃冰是天然气分子（烷类）被包进水分子中，在海底低温与压力下结晶形成的。形成可燃冰有三个基本条件：温度、压力和原材料。首先，可燃冰可在0℃以上生成，但超过20℃便会分解。而海底温度一般保持在2~4℃左右；其次，可燃冰在0℃时，只需30个大气压即可生成，而以海洋的深度，3

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天然气水合物开发现状及其环境问题

天然气水合物开发现状及其环境问题

摘 要：当今世界经济整体都在迅猛发展，随之而来的就是能源紧张以至于枯竭的地步，寻求高效清洁的新能源成为世界各国普遍追求的目标，进而天然气水合物就进入人们的主要关注目标。天然气水合物是目前世界上没有开发的可利用程度较高的潜在能源，其储藏量相当于全世界汽油和天然气资源的总和。天然气水合物在全球范围内分布广而储藏量又巨大，本身具有极大的开发前景，被认为是二十一世纪最理想的替代能源。无可置疑，天然气水合物是一种蕴含巨大价值的潜在能源，虽然天然气水合物的开发处于探索阶段，但是对这种新型能源的研究和开发具有相当大的意义。

关键词：天然气水合物 开发现状 环境问题

有关专家分析判定天然气水合物的形成是由于海洋板块之间的活动造成的。海洋板块之间相互运动，深海天然气随着板块的裂缝涌上来。在深海的高压的作用，温度相对较低的海水与之间产生化学反应，进一步形成天然气水合物，也就是所谓的甲烷水合物。但是由于开发天然气水合物的技术还不是很成熟，在开发的过程中会对环境产生一系列不良的影响，例如全球大气变暖、破坏的海洋生态平衡的和造成海底滑坡等环

10.2 结晶水合物中结晶水含量的测定学案（第2课时）

学习目标

理解结晶水合物中结晶水含量测定的实验中产生误差的原因，初步学会定量测定的误差分析

知识梳理

160 m (H2O) 160( W1 - W2 )

x = =

18 m (CuSO4) 18( W2 - W0 )

实验操作 加热前称量坩埚时未完全干燥 晶体试样受潮 加热温度过低固体未完全变白 加热时晶体溅出坩埚 加热温度过高，固体部分变为黑色 加热后坩埚未放在干燥器中冷却 晶体中混有受热不分解的杂质 坩埚中有受热不分解的杂质 样品硫酸铜晶体已有部分失水 两次称量差值大于0.001 g对W1-W2 影响 对W2-W0 影响 对x影响

学生练习

1．下面是学生丙做CuSO4·nH2O里结晶水含量测定实验记录的数据,

（1）若实验过程中出现下列情况对n的值有何影响？（填“偏大“”偏小“”无影响”） ①加热晶体的时间较长，温度较高，在加热后的固体粉

水合物方面的

中国科学 B辑:化学 2008年 第38卷 第2期: 170 ~ 176

《中国科学》杂志社

SCIENCE IN CHINA PRESS

3A分子筛对四氢呋喃水合物生成过程的影响

臧小亚

①②

, 樊栓狮, 梁德青*, 李栋梁

①

①

①②

, 陈光进

③

① 中国科学院广州能源研究所, 中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室, 广州 510640; ② 中国科学院研究生院, 北京 100049; ③ 中国石油大学, 北京 102249 * 联系人, E-mail: liangdq@ 收稿日期: 2007-06-06; 接受日期: 2007-07-23

国家自然科学基金(批准号: 20490207, 90410003)和中国科学院创新项目(批准号: KGCX2-SW-224)资助

摘要 用显微镜从微观角度研究了0℃以下常压四氢呋喃-水体系中加入3A分子筛粉后THF水合物的生成过程, 结果表明3A分子筛的存在能诱发水合物的成核, 促进THF水合物的生成, 提高THF水合物的生长速率; 有3A分子筛存在时, THF水合物晶体的生长速率介于0.01~0.05 µm/s之间; 相对于无3A分子筛存在的体系, THF水合物晶体的生

海底天然气水合物绞吸式开采切削头绞吸特性

徐海良，陈 旺，吴波，杨放琼

（中南大学 机电工程学院，长沙 410083）

摘要：根据切削头的结构和工作原理，建立了切削头绞吸流场模型，运用fluent仿真软件和计算流体力学理论研究了切削头工作过程中的绞吸流场特性，分析了绞吸流场的绞吸规律、速度变化规律和出口固相体积分数变化规律。对影响绞吸能力的主要工作参数（绞吸流量和绞刀转速）进行了详细的仿真分析，得到了各个参数和绞吸能力之间的关系。结果表明：增大绞吸流量有利于提高绞吸能力，当绞吸流量超过

2000m3/h时，继续增大绞吸流量并不能有效提高绞吸能力，还会导致管道内固相速度过高，加剧固相颗粒和管道之间的磨损；当绞刀转速低于20r/min时，增大绞刀转速有利于提高绞吸能力；当绞刀转速大于20r/min时，增大绞刀转速将显著降低绞吸能力。

关键词：天然气水合物；切削头；固液两相流；绞吸特性；数值模拟

The Characteristic of Cutting Head in Marine Gas

Hydrate by Cutter Suction Exploitation

XU Hailiang, CHEN Wang, WU Bo,YANG Fang

水合物方面的

中国科学 B辑:化学 2008年 第38卷 第2期: 170 ~ 176

《中国科学》杂志社

SCIENCE IN CHINA PRESS

3A分子筛对四氢呋喃水合物生成过程的影响

臧小亚

①②

, 樊栓狮, 梁德青*, 李栋梁

①

①

①②

, 陈光进

③

① 中国科学院广州能源研究所, 中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室, 广州 510640; ② 中国科学院研究生院, 北京 100049; ③ 中国石油大学, 北京 102249 * 联系人, E-mail: liangdq@ 收稿日期: 2007-06-06; 接受日期: 2007-07-23

国家自然科学基金(批准号: 20490207, 90410003)和中国科学院创新项目(批准号: KGCX2-SW-224)资助

摘要 用显微镜从微观角度研究了0℃以下常压四氢呋喃-水体系中加入3A分子筛粉后THF水合物的生成过程, 结果表明3A分子筛的存在能诱发水合物的成核, 促进THF水合物的生成, 提高THF水合物的生长速率; 有3A分子筛存在时, THF水合物晶体的生长速率介于0.01~0.05 µm/s之间; 相对于无3A分子筛存在的体系, THF水合物晶体的生

结晶水合物中结晶水含量测定

1、实验原理

- - 1 - -

能引起误差的一些操作 mCuSO4 称量的坩埚不干燥 晶体表面有水 晶体不纯有不挥发性杂质 晶体未研细 粉末未全变白停止加热 加热时间过长部分变黑 晶体加热后在空气中冷却 加热过程中有少量晶体溅出 两次称量相差大于0.001g 练习 一、 填空：

1、请写出下列物质的化学式：

胆矾：_____________，明矾：_____________，绿矾：___________，生石膏：_________。 石碱：_____________，纯碱：_____________，烧碱：____________，小苏打：________。

—— —— —— —— —— —— 变量 mH2O —— —— —— X值 - - 2 - -

2、硫酸铜晶体的化学式（CuSO4·xH2O），则晶体中的水与硫酸铜的物质的量之比为_______，晶体中结晶水的质量百分含量为_________；将m1 g晶体受热分解，完全失去结晶水后剩余固体质量为m 2 g，则硫酸铜粉末的物质的量为_________mol，加热过程中失去水的物质的量为__________mol，晶体中的

　　基金项目：

国家自然科学基金（编号：５１１７６０１５）、中国石油科技创新基金项目（编号：２０１１Ｄ５００６０６０６）、江苏省研究生培养创新工程项目（编号：ＣＸＺＺ１３＿０７３５）、扬中市科技局资助项目（编号：ＹＥ２０１２０１５

）。　　作者简介：

周诗岽，１９７８年生，副教授；主要从事气体水合物方面的研究工作。地址：（２１３０１６）江苏省常州市钟楼区白云路常州大学石油工程学院。电话：（０５１９）８３２９０２８０。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｓｄ＠ｃｃｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ管道流动体系下天然气水合物生成模型的研究进展

周诗岽１，２　余益松２　王树立２　张国忠１　李泓

３１．

中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院　２．常州大学石油工程学院油气储运技术省重点实验室３．

长江（扬中）电脱盐设备有限公司　　周诗岽等．管道流动体系下天然气水合物生成模型的研究进展．天然气工业，２０１４，３４（２）：９２－

９８．　　摘　要　管道流动体系下天然气水合物生成模型的建立对天然气水合物浆液的输送、

管输天然气水合物防治以及天然气水合物技术的应用都具有重要意义。为此，查阅了大量的国内外相关文献并进行了总结与分析，认识到目前对该类模型的研究较少，现有的模型也是在静态釜式反应器天然气水合物生成理论