天然气水合物研究现状 [复制链接]

天然气水合物研究现状

  天然气水合物是20世纪才发现的一种新型后备能源，被喻为石油的替代资源，是目前地球上尚未开发的最大未知能源库。
  天然气水合物又称气体水合物或甲烷水合物，是一种超分子笼型化合物。1立方米水合物中可含164立方米的甲烷(STP)和0.8立方米的水。天然气水合物在世界各地广泛分布，受压力-温度和气体来源的限制，大陆斜坡和海岛边缘沉积物的底部海水温度较低，水深超过300～500ｍ的海域可以形成甲烷水合物。随着冻土带和海洋中天然气水合物发现量的不断增大，其潜在的战略意义和可观的经济效益引起许多国家政府的高度重视，纷纷成立专门机构，投入巨资进行开发研究，使其成为21世纪潜在新能源研究的新热点。
  天然气水合物的形成、物理化学性质有其特殊性和复杂性。目前不少国家已经开始研究和探索计划，致力于了解水合物的性质、确定其精确储量并开发可行的开采方法。美、英、德、加、俄、日、印、韩等科技发达国家从20世纪80年代初便相继开展了本土和国际海底天然气水合物的调查、研究和评价，取得了一系列令人鼓舞的成果。尽管这些成果对了解其形成、性质、储集层的特征以及开采系统的设计、开采的成本和经济性很有帮助，但是，要把天然气水合物视为一种切实可行而且成本可以负担的天然气供应源还需要进一步了解水合物的数量、分布区域和储藏结构，了解水合物的形成条件、稳定性和所依赖的温度、压力、化学成分、存在环境，建立气体水合物形成、分解的地球化学、化学物理和数学模型，以及对地球陆圈和生物圈产生的影响和后果。
  目前，天然气水合物的研究主要集中在以下几个方面：
　　1.天然气水合物资源的勘测与评估；
  2.天然气水合物基础物理化学性质研究；
　　3.天然气水合物开采模拟与环境评价；
　　4.天然气水合物储运与利用技术。
  研究表明，天然气水合物具有巨大的环境效应。天然气水合物是地壳物质中的重要组成部分，其脆弱、敏感的赋存状态会对全球气候、生态环境形成严重威胁。天然气水合物往往同自然环境条件处于十分敏感的平衡之中，当环境变化时往往会引起各种环境效应，导致海底失稳、海底滑坡等，其分解产生的甲烷可能诱发温室效应，对全球环境产生重要影响。目前，一些欧洲国家的科学家们更加关注天然气水合物对环境可能造成的影响。

现在，天然气水合就像是“老虎的屁股”－－摸不得，哈哈

浅谈天然气开发中水合物的生成与消除
TangY
一、       概述

在天然气开发过程中，天然气水合物（NGH）是威胁输气管道安全运行的一个重要因素。能否生成水合物与天然气组成（包括含水量）、压力、温度等条件有关。天然气通过阻力件（如节流阀、调压器、排污阀等）时，天然气压力降低，气体温度下降。温度的降低会使管路、阀门、过滤器及仪表结霜或结冰降低管道的输送效率，严重时甚至会堵塞管道，从而影响正常供气。特别是在冬季，各类冰堵事件时有发生。因此，对天然气节流过程中水合物的生成与消除进行讨论研究，具有重要的实际意义。
二、       天然气水合物的成因及特性

在一定的温度和压力条件下，含水天然气可生成白色密致的结晶固体，称为天然气水合物，其密度约为0.88～0.99g/cm3。天然气水合物是水与烃类气体的结晶体，外表类似冰和致密的雪，是一种笼形晶状包络物，即水分子借氢键结合成笼形晶格，而烃类气体则在分子间作用力下被包围在晶格笼形孔室中。NGH共有两种结构，低分子的气体（如CH4，，C2H6，H2S）的水合物为体心立方晶格；较大的气体分子（如C3H8，iC4H10）则是类似于金钢石的晶体结构。当气体分子充满全部晶格的孔室时，天然气各组分的水合物分子式可写为CH4·6H2O，C2H6·6H2O，C3H8·17H2O，iC4H10·17H2O，H2S·6H2O，CO2·6H2O。水合物是一种不稳定的化合物，一旦存在的条件遭到破坏，就会分解为烃和水。天然气水合物是采输气中经常遇到的一个难题之一。
三、       水合物的形成条件

1.   天然气形成水合物的必要条件

天然气形成水合物的必要条件有：①气体处于水汽的饱和或过饱和状态并存在游离水；②有足够高的压力和足够低的温度。
天然气中水汽含量取决于压力、温度和气体的组成。在压力不变的条件下，天然气的温度越高，气中水汽含量越大；在温度不变的条件下，天然气中水汽的含量随压力的升高而减少；天然气的分子量越大，则单位体积内的水汽含量就越少；当天然气中含有氮气时，水汽含量减少；而含有重烃、二氧化碳和硫化氢时，水汽含量将增大。天然气的含水特性，可以用绝对湿度、相对湿度和水露点来表示。当湿天然气中存在液态水份时，在管道中所形成的液滴，由于在阀门、弯头、三通等地方同管壁相碰撞成为粉末而这些液末同气体混在一起并一道流动，粘附在管道的内表面上成为液膜，在高压低温条件下，就在管壁形成一层水合物，水合物便一层层地加厚，使管道内径变小，甚至将管道堵死。在实际生产中，脱水就是降低天然气中的水汽含量，即降低天然气的水露点。




水合物形成的临界温度是水合物可能存在的最高温度，高于此温度，不论压力多高，也不会形成水合物，表1是气体生成水合物的临界温度。

表1 形成水合物的临界温度
气体             CH4   C2H6   C3H8   iC4H10   nC4H10   CO2   H2S

临界温度(oC)   21.5   14.5     5.5   2.5       1.0       10     29

2.   天然气形成水合物的辅助条件

在气流流速和方向改变的地方，如弯头、阀门、孔板和其它局部阻力大的地方，因压力的脉动、流向的突变，特别是节流阀、分离器入口、阀门关闭不严处及压缩机出口等处气体节流的地方，由于焦耳-汤姆逊效应而使气体温度急剧降低，会加速水合物的形成。
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      预防和消除水合物的主要方法

由于水合物是一晶状固体物质，天然气中一旦形成水合物极易在阀门、分离器入口、管线接头及三通等处形成堵塞，影响天然气的收集和输送，因而，必须采取措施防止其形成，根据水合物的形成条件，天然气中饱和着水汽是形成水合物的内因，温度和压力的变化是形成水合物的外因，防止水合物形成主要从形成水合物的内因、外因两方面考虑。

目前防止水合物形成，减少冰堵危险的主要方法有干燥气体法、加热法和注醇法等，可根据天然气生产的不同环节和不同情况采用不同的方法。

下面是引用水南于2005-11-27 09:34发表的:
现在，天然气水合就像是“老虎的屁股”－－摸不得，哈哈

恩，就是。
如果油价还是这样持续走高，开发天然气水合物是在必行。
关键是我们在南海没有取到样，如果取道天然气水合物的样品，这方面的研究必然会跟进的。

>>合物形成的临界温度是水合物可能存在的最高温度，高于此温度，不论压力多高，也不会形成水合物，表1是气体生成水合物的临界温度。

表1 形成水合物的临界温度
气体         CH4   C2H6   C3H8   iC4H10   nC4H10   CO2   H2S

临界温度(oC)   21.5   14.5   5.5   2.5     1.0     10   29>>\


这文章是谁写的？这段话很有问题。

把Dendy Sloan的书翻到319页，甲烷水合物的相图上清楚的表面温度高到320K都能有甲烷水合物。

下面是引用水南于2005-11-27 09:34发表的:
现在，天然气水合就像是“老虎的屁股”－－摸不得，哈哈

呵呵，加拿大几年前就狠狠的摸了这个老虎屁股了。小日本今年夏天在日本海又好好的摸了一次，这次搞到的天然样品还特别多特别丰富。

下面是引用upcysb于2005-11-27 10:13发表的:
恩，就是。
如果油价还是这样持续走高，开发天然气水合物是在必行。
关键是我们在南海没有取到样，如果取道天然气水合物的样品，这方面的研究必然会跟进的。

呵呵，更坦率的讲，是南海拿到样品的话就有大钱了吧？

几次在南海都没拿到样，新闻里面就已经给人感觉好像有巨大突破了。

我们国家现在的天然气水合物研究还停留在比较初级的阶段，不管是地质调查还是基础研究，很遗憾。

刚刚看到一篇投稿，老美对海底水合物已经搞了拉曼在线检测，结果很漂亮。

不错！！呵呵

7楼的是个行家，对天然气水合物的进展很是了解。 目前，天然气水合物的主要难点是如何开采出来，大家都知道这东西很多，可是如何拿出来呢，不知道有没有关于这方面的最新进展？