水合物基础知识
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何谓天然气水合物(多图)天然气水合物,也称气体水合物(gas hydrate),是由天然气与水分子在高压(>100大气压或>10MPa)和低温(0~10℃)条件下合成的一种固态结晶物质。
因天然气中80%~90%的成分是甲烷,故也有人叫天然气水合物为甲烷水合物(methane hydrate或methane gas hydrate)。
天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体,外貌类似冰雪,可以象酒精块一样被点燃,故也有人叫它“可燃冰”。
天然气水合物外貌天然气水合物可以象酒精一样燃烧从化学结构来看,天然气水合物是这样构成的:由水分子搭成象笼子一样的多面体格架,以甲烷为主的气体分子被包含在笼子格架中。
不同的温压条件,具有不同的多面体格架。
天然气水合物结构从物理性质来看(表1),天然气水合物的密度接近并稍低于冰的密度,剪切系数、电介常数和热传导率均低于冰。
天然气水合物的声波传播速度明显高于含气沉积物和饱和水沉积物,中子孔隙度低于饱和水沉积物,这些差别是物探方法识别天然气水合物的理论基础。
此外,天然气水合物的毛细管孔隙压力较高。
表1 天然气水合物的物理性质及与其它物质的比较参数纯水合物含水合物沉积物含气沉积物饱和水沉积物冰声波Vp(km/Sec) 3.25~3.6 2.05~4.50.06~1.45 1.6~2.5 3.8声波Vs(km/Sec) 1.60.14~1.560.38~0.39Vp/ Vs(0℃) 1.95 1.88密度(g/cm3)0.912 1.15~2.41.26~2.42平均1.750.916中子孔隙度(石灰岩单位%)50~6070体积模量(-1℃) 5.68.8剪切系数(-1℃) 2.4 3.9柏松比0.330.33电阻率(Ω·M) 1.751~3电介常数(0℃)5694热传导率(-10℃,W/m·K)0.49±0.022.23。
水合物的形成及防冻堵措施(四)汇报人:日期:CATALOGUE目录•水合物形成机理•水合物形成的影响因素•水合物形成的防止措施•水合物形成的控制技术•水合物形成的实验研究•水合物形成的应用前景水合物形成机理03气体浓度01压力02温度高温高压低温高压诱导期在生长阶段,水合物晶体开始生长,吸收周围的水分子并形成稳定的水合物。
这个阶段的速度较快。
生长阶段平衡阶段水合物形成的动力学过程水合物形成的影响因素不同气体的形成温度不同高压条件下气体分子更容易与水分子结合形成水合物。
水合物形成的压力范围因气体种类而异不同气体的形成水合物的压力范围不同,例如甲烷在0.7-1.2MPa左右即可形成水合物,而氮气需要更高的压力。
气相组成的影响气相组成中,气体种类越多,形成水合物的趋势越大混合气体中,如果包含易形成水合物的气体(如甲烷、乙烷等),则更有可能形成水合物。
气相组成中,气体浓度越高,形成水合物的趋势越大在混合气体中,如果某种气体的浓度较高,则更有可能形成该种气体的水合物。
液相组成中,杂质种类和浓度会影响水合物形成液相水中含有杂质时,这些杂质可能会与气体分子相互作用,影响水合物形成。
例如,某些离子可能会干扰气体分子与水分子的结合,从而抑制水合物形成。
要点一要点二液相组成中,电解质浓度也会影响水合物形成电解质的存在可能会改变水的性质,从而影响水合物形成。
例如,某些盐类可能会降低水的冰点,从而抑制水合物形成;而某些酸类可能会提高水的冰点,从而促进水合物形成。
液相组成的影响水合物形成的防止措施蒸汽加热电热丝加热热水循环030201添加防冻剂酸碱中和离子交换保温材料热水保温高温保温水合物形成的控制技术冷却控制法是通过降低流体的温度来防止水合物形成。
在某些情况下,冷却控制法比加热控制法更有效。
例如,在处理天然气时,冷却天然气可以使其处于低温状态,从而降低水合物形成的可能性。
冷却方式可以是压缩制冷、液氮制冷等。
然而,冷却控制法也存在一些缺点。
水合物水合物又称水化物,指的是含有水的化合物,其范围相当广泛。
其中水可以是配位与其他部分相连,如水合金属离子,也可以是以共价键相结合,如水合三氯乙醛。
它是天然气中某些组分于水分在一定温度、压力条件下形成的白色晶体,外观类似致密的冰雪,密度为0.88~0.90g/cm3。
研究表明,水合物是一种笼形晶体包络物,水分子借氢键结合形成笼形结晶,气体分子被包围在晶格之中。
两种结构低分子的气体的水合物为体心立方晶格,较大的气体分子则是类似于金刚石的晶体结构。
化合物从其组成离子的水溶液中结晶出来时, 所得到的晶体往往是水合物(hydrate)。
水合物化学式具有确定数目的水分子,其结构大体可分为4类:(1)全部H2O分子配位于金属阳离子。
例如, 六水合物Co(ClO4)26H2O中的6个H2O分子全部配位于Co2+离子,可将其写成[Co(H2O)6](ClO4)2。
(2)部分H2O分子配位于金属阳离子,部分H2O分子键合于酸根阴离子。
例如CuSO45H2O中的H2O分子。
(3)H2O分子进入固体晶格的确定位置,不与特定的阳离子或阴离子键合。
这种化合物中的水分子叫晶格水,例如BaCl22H2O中的水分子。
(4)一部分H2O分子与阳离子配位,另一部分则是晶格水。
明矾KAl(SO4)212H2O似乎具有这种结构。
最后还应该提到水合包合物。
它们应该归入水合物,但却不是从其组成离子的水溶液中结晶出来的化合物。
它们是H2O分子彼此间通过氢键形成笼,将外来的电中性分子或离子包于笼内而得到的一类水合物。
例如Cl2(H2O)7.25 和“可燃冰”。
固体化合物水合物中的水是以确定的量存在的,例如五水硫酸铜CuSO4的水合物的组成为CuSO45H2O。
水合物中的水有几种不同的结合方式:一种是作为配体,配位在金属离子上,称为配位结晶水;另一种则结合在阴离子上,称为阴离子结晶水。
例如,CuSO45H2O加热到113℃时,只失去四分子水。