气体水合物的研究现状与科学问题

 气体水合物（ＧａｓＨｙｄｒａｔｅｓ）被科学家喻为“易燃冰”或“可燃冰”。已有研究成果表明 :（１）这是一种优质、洁净的未来能源 ;（２）蕴藏量极大 ,是现有地球化石燃料（石油、天然气和煤）总碳量的２倍 ,前景诱人 ;（３）我国广大海域有气体水合物形成的地质环境和条件 ;（４）作为替代能源 ,对我国社会、经济发展和国家安全具有重要的战略价值。鉴于我国加入ＷＴＯ后国际竞争的加剧以及气体水合物作为未来接替能源对我国社会经济发展、生态环境协调、能源结构优化和国家安全等层面上的重大战略影响 ,气体水合物研究与开发无疑是一个极具前瞻性和战略性的重大课题。     

气体水合物研究进展

本书是2003年春季美国化学工程协会召开的“气体水合物讨论会”的论文集，共收录16篇论文。气体水合物是一种非常特殊的化学组成，它是由水分子（主体分子）包裹着气体分子（客体分子）在低温高压条件下形成的一种无化学键的晶体物质。通常的气体水合物是甲烷水合物，在常温常压下，甲烷水合物中包含的甲烷气体是甲烷水化物本身的180倍。作为一种替补能源，气体水合物的研究已经越来越受到人们的重视。     

我国海洋能源矿产资源潜力分析

通过对近年来我国海洋油气开发利用现状及其资源潜力的分析,认为我国海域蕴藏着潜力巨大的常规油气资源和新型能源——天然气水合物资源,加强包括常规油气和天然气水合物的海洋能源矿产开发利用应作为我国应对能源短缺、保证能源安全的重要战略选择.     

天然气水合物资源潜力及其开发前景分析

天然气水合物是地球上尚未开发的储量最大的潜在能源,因其储量巨大、埋藏浅、能量密度高、分布广、规模大而被认为是“21世纪最理想的替代能源”。本文在介绍天然气水合物基本情况和世界各国对天然气水合物的地质勘查情况的基础上,对中国天然气水合物的资源潜力进行了论述,提出了天然气水合物的开发前景及对人类社会的影响。     

气体水合物生成特性实验研究

实验研究了添加剂对甲烷气体水合物形成过程的影响。发现微量的表面活性剂降低了甲烷气体水合物在静止反应器中形成的诱导时间,并使水合物快速形成和生长,提高了水合物形成过程中的填充密度。阴离子表面活性剂（十二烷基硫酸钠）对水合物生长的促进作用比非离子表面活性剂（烷基多糖苷）强。液态烃环戊烷降低了水合物形成的诱导时间,但环戊烷不能提高水合物的填充密度。     

水合物氢气分离技术及相关动力学研究

水合物气体分离技术是根据不同气体分子生成水合物的条件不同而提出的，首次提出了利用水合物气体分离技术分离含氢气体的方法，并建立了一套水合物分离装置，对工业生产中的典型含氢气体混合物（CH4－H2混合气，CO2－H2混合气）进行了提纯实验，实验结果表明，水合物气体分离技术对氢气有较好的提纯效果，气流比是影响水合物反应速率的重要因素。利用简化的Englezos-Skovborg水合物生长动力学模型对实验数据进行了计算，结果发现，表征反应的综合影响因子k并非定值，而与进气浓度等因素有关。     

天然气水合物：能源与环境科学的前沿问题

气水合物是一种由气体分子和水分子在特定压力和温度条件下形成的具有笼形结构的冰状固态物质’‘’。一个单位体积的气水合物分解后可释放出100～300倍于这个体积的气体“－‘’。气水合物发现于19世纪初,很长时间科学家的研究只局限在实验室对其进行结构、稳定性、生成与分解等纯科学方面’“。本世纪30年代,输气管线中发现有气水合物生成,这种物质严重影响了气体的正常输送,因此专家们的注意力转向了预报输气管线中气水化合物的生成和研究如何消除其堵塞管线的方法’‘’。本世纪50～60年代,前苏联学者认为地壳浅层沉积物存在有适合…     

甲基环已烷气体水合物相平衡数据测定与预测

利用恒温压力搜索法在273.60～290.62K温度范围内测量了甲烷和甲基环已烷体系水合物的形成条件,实验结果表明该体系的水合物（H型）相平衡压力比甲烷体系的水合物（I型）相平衡压力低1.0MPa以上。根据Langmuir的等温吸附理论,给出了H型气体水合物相平衡计算数学模型。计算结果表明该模型可较好地预测实验体系水合物（H型）的形成条件。     

CO2置换法开采天然气水合物反应动力学研究*

针对CO2置换开采天然气水合物研究中存在的反应速率测定难等问题,设计了两组模拟实验分别研究多孔介质中CH4水合物的生成和CO2置换CH4的效率,两组模拟实验分别是：（1）多孔介质中CH4水合物的生成模拟实验;（2）CO2从水合物中置换CH4气体模拟实验。通过两组模拟实验,测定了参与生成水合物的CH4的物质的量和置换反应的置换率及反应速率,并分析了置换反应机理。结果表明：置换反应的置换率为70.63%,平均速率为0.0013 mol/d,且随着置换反应的进行置换速率快速下降。因此,CO2置换开采天然气水合物的反应在动力学上是可行的,其置换效率较高,但置换速率较慢。     

含水合物细粒土的强度和变形特性

天然气水合物是一种巨大能源,深刻刻画水合物储层的力学性质是安全开采气体的重要前提。目前对含水合物沉积物力学特性的研究主要针对粗粒土,而对于细颗粒沉积物研究较少。然而,中国南海神狐海域水合物储层区的沉积物是泥质粉细砂型。基于此,参照神狐海域水合物赋存区沉积物的物理性质配制了试验土样,形成了含四氢呋喃(THF)水合物细粒土,对其进行了三轴剪切试验。结果显示:在低围压和高水合物饱和度下,含水合物细粒土试样的应力应变曲线呈现应变软化,而在高围压和低水合物饱和度下表现为应变硬化;含水合物细粒土随剪切作用表现出剪缩效应;强度和刚度随着水合物含量和围压增加而提高;水合物含量的增加明显提高了黏聚力,但是对内摩擦角的影响很小。基于摩尔库伦强度准则,建立了破坏强度与围压和水合物饱和度间的关系,该关系式可以较好地预测强度的变化。     

磷酸－氢钛二水合物的合成和性能表征

该文合成了一种具有层状结构的磷酸－氢钛二水合物（Ｔｉ（ＨＰＯ４）２２Ｈ２Ｏ）（记为γ－ＴｉＰ），并对该化合物的性能进行了多种表征．实验证明：它是一具有独特性能的无机离子交换体，对氨的吸附性能与价格昂贵的磷酸－氢锆一水合物（Ｚｒ（ＨＰＯ４）２Ｈ２Ｏ）（α－ＺｒＰ）相当，能快速高效地吸附水溶液中的氨和气态氨     

蔗糖和凹凸棒石体系下抑制CO2水合物生成动力学研究

油气生产、储运及CO_2管道输送的过程中容易生成CO_2水合物,添加抑制剂是预防CO_2水合物生成的有效手段。采用蔗糖、凹凸棒石和蔗糖+凹凸棒石作为水合物抑制剂,利用可视化高压反应釜实验装置,在初始条件3 MPa和2℃下,研究其对CO_2水合物生成的气体消耗量、气体消耗速率、诱导时间和水合物生成量的影响。用压力变化法测定了CO_2水合物生成诱导时间,用动力学模型计算了气体消耗量和水合物生成量;并分析了蔗糖和凹凸棒石协同抑制CO_2水合物生成的微观机理。实验结果表明蔗糖有减少气体消耗量和水合物生成量的作用,凹凸棒石有延长水合物生成诱导时间和降低生成速率的作用,体系中同时存在蔗糖和凹凸棒石能展现出协同效应,抑制效果最佳的实验体系为30 g蔗糖+1 g凹凸棒石,较纯水体系的气体消耗量减少了18.8%,气体消耗速率峰值降低了60.9%,诱导时间延长了122.2%,水合物生成量减少了26.1%。以蔗糖+凹凸棒石作为水合物抑制剂效果良好,且经济环保。     

纳米流体中气体水合物生成过程的实验研究

提出了制冷剂气体水合物在纳米流体中快速生成的设想，并通过HCFC141b气体水合物在纳米铜流体（由质量分数为0．049／6的十二烷基苯磺酸钠-6（SDBS）溶液和名义直径为25nm的纳米铜粒子组成）中的生成实验验证了此设想．实验结果表明：与去离子水中HCFC141b气体水合物的生成过程相比，纳米铜流体中的SDBS是造成HCFC141b气体水合物诱导时间明显缩短的主要原因，而纳米铜粒子对诱导时间的影响不大；纳米铜流体中汹的乳化作用和纳米铜粒子大的比表面积大大促进了HCFC141b在水中的溶解；纳米铜粒子的加入明显加强了HCFC141b气体水合物生成过程中的传热传质，随着纳米铜粒子粒子数的增加，HCFC141b气体水合物生成过程明显缩短．     

环戊烷水合物作为氨基酸型促进剂初筛方法的实验研究

固态天然气水合物是一种潜力巨大,高效安全的储能方式,却一直受限于其苛刻的生成条件和缓慢的生成速率,因而近年来水合物促进剂成为人们关注的焦点。通过对比测试了正缬氨酸、丙氨酸和组氨酸三种氨基酸在常压环戊烷水合物体系和高压甲烷水合物体系中的效果,研究利用更为安全的环戊烷体系对水合物促进剂进行初筛的可行性。实验结果表明,同丙氨酸和组氨酸相比,环戊烷体系中正缬氨酸具有最高效的促进效果,显著提升了水合物生成速率,其最适浓度为0.5wt%,诱导时间和反应最高温度分别为9.5 min和4.5 ℃,另外,乳化剂Span 20对正缬氨酸有良好的协同增效作用;同时,正缬氨酸在甲烷水合物体系同样具有最佳的促进性能,有效提升了甲烷水合物的储气量,初始过冷度的增加可有效提高水合物生成速率与储气能力。因此,环戊烷水合物体系可以作为一种初步筛选高效氨基酸型促进剂的方法。     

多孔介质中动态合成天然气水合物的新方法

天然气水合物储量巨大,被认为是未来能替代常规能源的最具前景的主要非常规能源之一。国内外已经对其进行了大量的研究;但由于其特殊的性质,获得原始天然气水合物样品较困难,目前对于天然气水合物进行的研究均采用在实验室内制备的方法。针对在多孔介质内合成天然气水合物的传统方法存在的问题,即在合成天然气水合物时,由于体积膨胀导致多孔介质堵塞,因而导致天然气水合物合成效率低下的难题进行了研究;提供了一种新型的在动态环境下合成天然气水合物样品的新方法,即天然气在流动循环的过程中与去离子水合成天然气水合物的方法。验证结果表明该方法是在多孔介质中合成较高饱和度的天然气水合物一种行之有效的方法。通过该方法在多孔介质中合成天然气水合物的饱和度比传统合成方法要高20%~30%。     

天然气水合物藏开采增产技术研究进展

天然气水合物是一种极具潜力的清洁能源,水合物的安全高效规模化开发,对于缓解中国能源紧缺压力和优化调整能源结构具有重要意义.介绍了天然气水合物藏的4种开采方法以及中外开展的水合物现场试采的进展,目前水合物试采仍面临着开采难度大、产量较低和开采成本高等诸多挑战,亟须解决长期开发所要面临的增产工艺技术及经济问题.因此,重点阐...     

中国陆域天然气水合物资源勘探开发技术研究进展

天然气将是21世纪的主要能源品种,它的储量巨大,据估计其全球储量是现有天然气、石油储量的两倍,是人类理想的潜在的替代能源。作为非常规天然气资源的天然气水合物被誉为21世纪的新能源,近年来它的研究受到世界上许多国家的高度重视。本文对世界天然气水合物资源基本特征和分布情况进行介绍,主要对国内陆域天然气水合物勘探开发技术以及环境效应进行了阐述。     

可燃冰将解千年能源忧?

日前，媒体竞相报道了“我国在南海北部成功钻获天然气水合物样品”的消息，在能源问题日益紧张的今天，俗称天然气水合物的可燃冰何时能成为现有能源的替代品，自然成为大家关心的话题。     

水合物分离二氧化碳气体的研究

气体水合物是在一定的温度和压力下由气体分子填充水分子产生的晶格而形成的一种笼形晶体.这种水结晶体具有高密度的特性使其成为诸多基于气体水合物应用技术的基础.利用气体水合物生成的原理,将空气中的二氧化碳分离出来,并以气体水合物的形式储存在海洋深处.对二氧化碳气体水合物的生成过程和表面活性剂的促进作用进行了实验研究.选取十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、对甲苯磺酸(p-TSA)三种表面活性剂进行了二氧化碳气体水合物生成的促进研究,确定了促进气体水合物生成的机理与途径.结果表明:三种表面活性剂在一定的程度上都能缩短气体水合物生成的诱导时间,提高了气体水合物的生成速率.     

水合物勘探开发工程技术发展战略研究项目：顺利通过中期检查

中科院广州能源研究所、广州天然气水合物研究中心承担的国家自然科学基金委员会——中国工程院中国工程科技中长期发展战略研究联合基金项目“天然气水合物勘探开发工程技术发展战略研究”通过了中国工程院组织的中期检查。项目组在前期已经掌握的资料基础上，