天然气水合物.doc

醇对天然气水合物的影响
摘要:本文针对加入极性抑制剂甲醇的天然气体系建立了基于PR状态方程和随机一非随机理论的相平衡模型。与作者改进Holder-john水合物模型相结合, 成功地解决了注甲醇体系水合物生成条件的预测问题。曾对8个体系的122点实验数据进行了考核计算, 取得相当满意的结果本文所建立的模型和算法, 经补充关联有关二元交互作用参数值后可应用于其它抑制剂体系。

天然气水合物(Natural Gas Hydrate,简称Gas Hydrate)因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。它是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等)下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物(碳的电负性较大,在高压下能吸引与之相近的氢原子形成氢键,构成笼状结构)。它可用mCH4·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(Methane Hydrate)。
天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、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。在标准状况下,一单位体积的气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体,因而其是一种重要的潜在未来资源。
天然气水合物是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源。它是水和天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质,外貌极像冰雪或固体酒精,点火即可燃烧,有“可燃水”、“气冰”、“固体瓦斯”之称,被誉为21世纪具有商业开发前景的战略资源,天然气水合物是一种新型高效能源,其成分与人们平时所使用的天然气成分相近,但更为纯净,开采时只需将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放出大量的甲烷气体。
天然气水合物使用方便,燃烧值高,清洁无污染。据了解,全球天然气水合物的储量是现有天然气、石油储量的两倍,具有广阔的开发前景,美国、日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物,据测算,中国南海天然气水合物的资源量为700亿吨油当量,约相当中国目前陆上石油、天然气资源量总数的二分之一。
可燃冰的学名为“天然气水合物”,是天然气在0℃和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”。“冰块”里甲烷占80%~%,可直接点燃,燃烧后几乎不产生任何残渣,污染比煤、石油、天然气都要小得多。。目前,全世界拥有的常规石油天然气资源,将在40年或50年后逐渐枯竭。而科学家估计,海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里,占海洋总面积的10%,海底可燃冰的储量够人类使用1000年,因而被科学家誉为“未来能源”、“21世纪能源”。
据悉,迄今为止,全球至少有30多个国家和地区在进行可燃冰的研究与调查勘探。
可燃冰主要储存于海底或寒冷地区的永久冻土带,比较难以寻找和勘探。新研制的这套灵敏度极高的仪器,可以实地即时测出海底土壤、岩石中各种超微量甲烷、乙烷、丙烷及氢气的精确含量,由此判断出可燃冰资源存在与否和资源量等各种指标。
1 物化性质
在自然界发现的天然气水合物多呈白色、淡黄色、琥珀色、暗褐色等轴状、层状、小针状结晶体或分散状。从所取得的岩心样品来看,天然气水合物主要以4 种方式存在:(1)占据大的岩石粒间孔隙;(2)以球粒状散布于细粒岩石中;(3)以固体形式填充在裂缝中;( 4 )大块固态水合物伴随少量沉积物。
天然气水合物与冰有明显的相似性:(1)相同的组合状态的变化,都是流体转化为固体;(2)均属放热过程,并产生很大的热效应,0℃,0~20℃~;(3)结冰或形成水合物时水体积均增大,前者增大9%,后者增大26%~32%;(4)水中溶有盐时,二者相平衡温度降低,只有淡水才能转化为冰或水合物;(5)冰与气水合物的密度都不大于水,含水合物层和冻结层密度都小于同类的水层;(6)含冰层与含水合物层的电导率都小于含水层;(7)含冰层和含水合物层弹性波的传播速度均大于含水层。
天然气水合物中,水分子(主体分子)形成一种空间点阵结构,气体分子(客体分子)则充填于点阵间的空穴中,气体和水之间没有化学计量关系。形成点阵
的水分子之间靠较强的氢健结合,而气体分子和水分子之间的作用力为范德华力。
到目前为止,已经发现的天然气水合物结构有三种,即结构I 型、结构II 型和结构