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天然气水合物及其生成促进与抑制研究进展天然气水合物在很多方面有着非常重要的应用前景，天然气水合物被称为化石燃料的替代资源，受到了世界各国研究者的高度重视。
通过对天然气水合物的组成、结构以及性质进行分析，了解天然气水合物在能源利用和环境保护等方面的重要意义，需要对天然气水合物进行不断研究并得出相关平衡理论，为未来的研究方向奠定基础。
标签：天然气水合物;促进与抑制;研究天然气水合物是一种由水和碳氢分子所组成的物质，天然气水合物大多储藏在极地永冻区以及深海地区等。
世界各个国家的研究学者在对天然气水合物研究的过程中，已经确定天然气水合物的结构主要有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种类型，对天然气水合物的研究所涉及到的领域比较多，天然气水合物是一种能代替化石燃料的自然资源，因此对天然气水合物的研究非常有意义。
1天然气水合物的资源和环境意义天然气水合物在地球上的储量非常巨大，所存在的区域大多为深海地区。
天然气水合物的储量是化石燃料资源量的2倍多，因此很多国家将天然气水合物来作为重要的战略后备资源，天然气水合物拥有埋藏浅、分布广、能源密度大等特点。
通过对天然气水合物的结构和组成成分进行分析，认为利用热敷法，降压法和化学试剂法能够对天然气水合物进行开采，另外，在对天然气水合物进行分解的过程中，会产生大量的淡水资源，从而可以缓解地球上的淡水危机，因此天然气水合物被称为战略后备资源。
甲烷所形成的温室效应是二氧化碳的21倍，全球气候变暖会对天然气水合物造成分解，使大量的甲烷气体得以释放，造成全球气温进一步升高。
目前世界各国正采用不同的方法来减少温室气体的排放，使用最常见的手段为水合物技术，利用该技术能够将大气中的二氧化碳分离出来，并以水合物的形式将其储存于海洋深处。
2天然气水合物及其生成促进与抑制研究进展2.1天然气水合物生成的促进研究现状天然气水合物生成效率问题主要有以下两种研究方法。
第一，热力学方法，通过对天然气水合物反应体系中加入其他气体添加剂，气体添加剂可以占据水合物结构中所没有被占据的缝隙，降低水合物之间的转换活化能，能够有效提升天然气水合物晶体中的填充率，在很大程度上可以促进天然气水合物的生成，并且能够提高天然气水合物的稳定性。
天然气水合物在输气管线及生产装置中形成和分解机理及其形成1 绪论1.1研究的意义和目的随着石油天然气工业的不断发展，在处理和输送天然气过程中发现了气体水合物。
水合物是目前科学领域中的热门课题，不仅与石油天然气开采、储存和运输密切相关，而且与环境保护、气候变迁，特别是人类未来赖以生存的能源有关。
天然气水合物为白色结晶固体，是在一定温度、压力条件下、天然气中的烃分子与其中的游离水结合而形成的，其中水分子靠氢键形成一种带有大、小孔穴的结晶晶格体，这些孔穴被小的气体分子所充填。
在天然气管道输送过程中，水合物在输气干线或输气站某些管段（弯头）阀门、节流装置等处形成后，其流通面积减少从而形成局部堵塞，其上游的压力增大，流量减少，下游的压力降低，因为会影响管道输配气的正常运行。
天然气水合物是威胁输气管道安全运行的一个重要因素。
天然气水合物一旦形成后，它与金属结合牢固，会减少管道的流通面积，产生节流，加速水合物的进一步形成，进而造成管道、阀门和一些设备的堵塞，严重影响天然气的开采、集输和加工的正常运行。
因此，研究和讨论天然气输送过程中水合物的生成和防治，对保障天然气管道的安全运行具有十分重要的实际意义。
要形成天然气水合物需要几个必要的条件，一是气体处于水汽的饱和或过饱和状态并存在游离水；二是有足够高的压力和足够地的温度。
在具备上述条件时，水合物的形成，还要求有一些辅助条件，如天然气压力的波动，气体因流向的突变而产生的搅动，以及晶种的存在等。
因此总结出一些防治天然气水合物生成的方法。
通常，在输送天然气过程中清除水合物的方法是用热水或热蒸汽对管道进行加热，在水合物和金属接触点上，将温度提高到30～40℃，使水合物很快分解。
据统计防止水合物生成的费用约占生产总成本的5～8%。
在工程上对抑制剂用量不能准确计算，抑制剂的用量往往大于实际需求量，这样一方面不利于节约成本，另一方面导致不必要的环境污染针对上述问题，需要用科学的实验方法，准确测定天然气水合物的生成条件，并筛选和评价抑制剂的抑制效果，从而为天然气集输管道水合物防治工作提供科学依据。
天然气水合物生成条件预测研究进展郭平;冉文博;刘煌【摘要】天然气水合物的生成会引起油气生产过程中运输管道设备堵塞.为了能准确地预测天然气水合物生成的具体位置,对不含抑制剂体系(不含盐和醇类)天然气水合物的生成条件做了详尽的描述.对于烃类天然气水合物生成条件的预测,主要有热力学模型、关联公式以及经验图解法.而对于酸性天然气水合物生成条件的预测,主要有热力学模型、支持向量机和神经网络算法.在不同的环境条件下使用合适的预测方法,可以准确地预测天然气水合物的生成.同时,对今后的研究工作提出了展望,旨在为中国天然气水合物相关研究提供借鉴与参考.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)029【总页数】7页(P133-139)【关键词】天然气水合物;热力学模型;关联公式;模型预测【作者】郭平;冉文博;刘煌【作者单位】西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE122.111水分子和天然气分子在一定温度和压力下可以生成冰雪状的固体水合物，称为天然气水合物(natural gas hydrate，NGH)，其密度为0.8～1.2 g/cm3。
目前，已发现的水合物结构有三种：结构Ⅰ型、结构Ⅱ型和结构H型。
天然气在高压气井、油气处理设备和天然气集输管道中，满足一定的压力与温度且有自由水存在就会生成天然气水合物。
天然气水合物的形成会减少气井的产量和集输管线的输气量，严重时将会堵塞管线。
要对水合物形成的具体位置做出相对准确的科学判断，就必须要知道准确的天然气水合物生成条件，从而才能为天然气水合物的预防提供一定的理论依据和技术支持。
近年来，随着水合物研究的深入，预测水合物生成的方法逐步增多，针对复杂天然气体系水合物的预测越来越准确。
天然气水合物的研究与开发天然气水合物（Natural Gas Hydrates，简称NGHs）是一种在特定条件下形成的固态结构，由天然气分子以水分子形成的晶体结构。
在自然界中，NGHs广泛分布于陆地和海洋之中，是一种重要的新能源资源。
本文将从NGHs的形成机制、地理分布、开发前景以及研究与开发进展等方面进行详细阐述，以加深对NGHs的认识。
首先，NGHs的形成机制是指在一定的温度和压力条件下，天然气分子与水分子形成稳定的晶体结构。
NGHs的形成需要特定的压力和温度条件，一般在深海及寒冷地区的沉积物中存在较为丰富。
在这些地区，水合物可通过天然气溶解在水中并与水形成晶体而形成。
NGHs的形成条件相对较为苛刻，通常要求温度低于0°C和压力高于零度压力。
NGHs的地理分布广泛，主要存在于深海和季节性寒冷地区的沉积物中。
据估计，全球水合物资源量巨大，达到约2.8×1017立方米的天然气，相当于传统石油和天然气资源储量的数倍。
深海中的NGHs资源最为丰富，其中包括大西洋、太平洋、印度洋和北冰洋等深海区域。
此外，季节性寒冷地区，如北极和西伯利亚，也是重要的NGHs资源区。
NGHs作为一种潜在的能源资源，具有巨大的开发前景。
首先，NGHs的资源量巨大，可为全球能源消耗提供巨大的补充；其次，NGHs的燃烧产物相对于传统燃煤和石油相对清洁，减少大气污染物净排放。
此外，NGHs的开采和利用对环境影响相对较低，对全球气候变化具有积极的影响。
因此，NGHs的开发是当前能源领域的研究热点之一。
目前，关于NGHs的研究与开发已经取得了一定的进展。
在研究方面，人们对NGHs的形成机制、分布规律及资源量进行了深入研究。
通过实验室模拟和航次观测等手段，开展了大量的水合物研究。
在开发方面，人们提出了多种开发利用技术，如钻井开采、热解开采和化学开采等。
此外，还积极推动国际合作，加强技术交流与合作，在NGHs的开发与利用方面取得了一定的进展。
天然气水合物的制备及其利用研究天然气水合物（natural gas hydrates，简称NGHs）是一种自然界常见的天然储气层，属于一种冷却情况下，天然气与水分子产生结合所形成的天然化合物，在深海底部和极寒地区普遍存在。
天然气水合物的资源量极为丰富，被认为是未来能源的重要来源。
因此，天然气水合物制备及其利用的研究一直是研究人员的热门领域。
一、天然气水合物的制备天然气水合物的制备方法目前主要有三种：实验室制备、自然生成和现场模拟。
实验室制备方法是通过模拟自然界寒冷条件下天然气与水分子产生结合的情况，制备出天然气水合物。
实验室制备的天然气水合物大多应用于基础研究和工业应用的实验示范。
这种方法的主要问题在于产量偏低，难以实现大规模生产。
自然生成方法是指天然气水合物在天然条件下形成并被发现，这种方法是实现大规模生产的前提条件。
自然生成的天然气水合物是基于地下沉积物、地下通道、临近海底的沉积物等自然环境条件而形成的，例如，北极圈附近的气水合物、深海水下的气水合物等。
现场模拟方法是指通过在实验条件下模拟自然界天然气水合物形成过程，实现天然气水合物的制备。
这种方法能够模拟天然环境的局部情况，实现样本研究和气水合物制备等研究。
二、天然气水合物的利用天然气水合物的利用应用值得重视。
目前已经有一些成功的应用范围，例如天然气水合物可以用于生产液化天然气，也可以应用于海底气田开发、致冷剂、能源助燃等领域。
其中，天然气水合物可以用于生产液化天然气的方法，便是通过将天然气水合物加压加温，让其生成气态天然气，气态天然气则经过进一步的压缩和冷却而进入液态状态，最终得到液化天然气。
液化天然气相比于常规的天然气储存和运输方式，具有更高的储存密度和更方便的运输方式，也具有更低的环境影响和更高的能源综合利用效率。
除此之外，天然气水合物还可以应用于海底气田的开发。
海底气田的采取受到水压和海底温度等因素的制约，而将天然气水合物作为储气层，可以在大幅减小地球环境的影响下，实现海底气田的开采并提高采收率。
天然气水合物的研究与开发引言天然气水合物是一种具有广泛应用前景的天然能源资源。
它是在高压、低温条件下，天然气分子和水分子结合形成的晶体物质。
天然气水合物具有高能量含量、相对低的碳排放以及丰富的储量等优点，因此受到了研究和开发的广泛关注。
本文将介绍天然气水合物的研究与开发现状，并探讨其应用前景和挑战。
天然气水合物的形成与特性形成过程天然气水合物的形成需要天然气和水分子在适当的压力和温度条件下结合形成。
当水分子的结构具有空腔时，天然气分子可以进入这些空腔，形成天然气水合物。
一般情况下，天然气水合物的形成需要较低的温度和较高的压力，通常发生在海洋和陆地沉积物中。
特性天然气水合物具有以下特性：•高能量含量：因为天然气水合物中含有大量的天然气分子，所以其能量含量相对较高。
•低碳排放：与传统燃烧燃料相比，天然气水合物燃烧释放的二氧化碳较少，对环境的影响较小。
•储量丰富：据估计，全球天然气水合物储量约为20万亿立方米，远远超过常规天然气储量。
•相对稳定：天然气水合物在适当的压力和温度条件下相对稳定，有利于储存和运输。
天然气水合物的研究与开发现状研究状况天然气水合物的研究始于20世纪30年代，但直到最近几十年才受到广泛关注。
目前的研究主要集中在以下几个方面：1.形成机制：研究人员通过实验和模拟，深入研究天然气水合物的形成机制，以便更好地理解其在自然界中的分布规律。
2.存储与运输：天然气水合物的储存和运输是其应用的关键问题，目前的研究主要集中在提高储存和运输效率，以及探索新的存储和运输技术。
3.开发利用技术：天然气水合物的开发利用是一个复杂的过程，涉及到开采、提取和转化等方面的技术。
目前，研究人员致力于改进开发技术，以提高天然气水合物的利用效率。
开发现状天然气水合物的开发目前还处于初级阶段，但已经有一些开发项目取得了一定的进展。
例如，日本、韩国和加拿大等国家都在海洋天然气水合物的开发上进行了一系列试验和项目。
这些项目主要集中在水合物开采、提取和转化等方面，以解决天然气水合物的开发与利用问题。
天然气水合物是指由天然气和水组成的混合物，它在某些条件下可以生成焓。
焓是一种能量的物理量，常用来衡量物质发生化学反应时所释放或吸收的能量。
在实验研究中，可以采用不同的方法来研究天然气水合物生成焓的情况。
例如，可以采用加热法来研究天然气水合物生成焓的过程。
在这种方法中，首先将天然气水合物装入实验装置中，然后加热该装置。
随着温度升高，天然气水合物中的水分子会开始分解，释放出氢气和氧气，同时也会释放出焓。
此外，还可以采用催化剂法来研究天然气水合物生成焓的情况。
在这种方法中，首先将天然气水合物与催化剂混合，然后加热该混合物。
催化剂可以促进天然气水合物中水分子的分解反应，从而使天然气水合物生成焓。
通过实验研究，可以了解天然气水合物在不同条件下生成焓的情况，为进一步开发和应用天然气水合物提供理论依据。
冰点以下天然气水合物的生成动力学研究一、引言二、天然气水合物的基本概念1. 天然气水合物的定义2. 天然气水合物的形成和分布3. 天然气水合物的结构和性质三、冰点以下天然气水合物的生成动力学研究1. 冰点以下天然气水合物的形成条件2. 冰点以下天然气水合物的生成过程3. 冰点以下天然气水合物生成速率的影响因素四、冰点以下天然气水合物生成动力学研究方法与技术手段1. 实验室模拟实验法2. 数值模拟法3. 原位观测法五、冰点以下天然气水合物生成动力学研究进展与展望一、引言：随着能源需求不断增长，传统油气资源逐渐减少。
而作为一种新型能源，天然气水合物因其丰富储量和高能量密度逐渐受到人们关注。
其中，冰点以下天然气水合物是指在低于自由冰点温度下形成的天然气水合物。
其具有较高的稳定性和储存密度，是未来开发天然气水合物的重要方向之一。
因此，对冰点以下天然气水合物的生成动力学研究显得尤为重要。
二、天然气水合物的基本概念：1. 天然气水合物的定义：天然气水合物是指在高压和低温条件下，由天然气分子和水分子通过氢键结合形成的晶体化合物。
它是一种新型的可再生能源，具有丰富储量和高能量密度等特点。
2. 天然气水合物的形成和分布：天然气水合物主要分布在深海沉积物中，也存在于陆地冰层、湖泊沉积物、季节性冻土等地方。
其形成需要一定的条件，如适当温度、压力和含水量等。
3. 天然气水合物的结构和性质：天然气水合物由两部分组成：外层为六角形蜂窝状结构（称为“框架”），内部为甲烷或其他天然气分子。
它具有较高的稳定性、储存密度和导电性等特点。
三、冰点以下天然气水合物的生成动力学研究：1. 冰点以下天然气水合物的形成条件：冰点以下天然气水合物的形成需要一定的条件，如适当的温度、压力和含水量等。
其中，温度是影响其生成的最主要因素之一。
当环境温度低于自由冰点时，水分子会逐渐凝结成固态冰晶，在这个过程中，空气中的甲烷分子被吸附在冰晶表面并逐渐形成天然气水合物。
天然气水合物生成机理和热力学模型研究摘要目前解决能源需求的问题显得越来越紧迫。
开发利用新的清洁能源，降低能源使用与技术发展对环境造成的负面影响，是解决本世纪能源问题的主要出路。
在我国能源发展战略中，高效、清洁的天然气水合物将成为重要的后续能源。
在天然气水合物的研究方面，相平衡是天然气水合物开采和各种应用技术的基本原理，因此对天然气水合物相平衡热力学模型的研究十分重要。
本论文针对目前存在的热力学模型进行分析研究，选取不同的热力学模型，运用BWRS状态方程结合单级平衡分离过程求取逸度对模型进行有效修改，最后在陈郭和杜郭模型的基础上选取三种不同的计算方法。
通过编程对不同组分的气体进行预测计算，实现了对现有模型的综合性评价，确立了较好的热力学模型。
此外本文还针对含有醇、盐抑制剂的体系进行编程计算，并将其与不含抑制剂体系进行比较。
结果表明：以陈郭模型基础上的计算方法，在压力稍高时较为精确，以杜郭模型为基础的计算方法在压力较低时依然可以得到较好的预测结果。
对于加入抑制剂的体系，在相同压力下，同一组分的生成温度明显降低。
最后对管道天然气水合物的形成、防治及预防进行了介绍。
关键词：天然气水合物热力学模型逸度活度抑制剂Research on Natural Gas Hydrate Formationand Thermodynamic ModelAbstractThe problem of energy shortage is becoming more and more urgent currently. Developing new clean energy, reducing the negative influence of the energy utilization and technology development for the environment are the main solutions to the energy problem of this century. In our country’s energy development strategy, high-efficient and clean natural gas hydrate will be an important energy resource. On the research of the natural gas hydrates, phase equilibrium is the basic principle of recovering the natural gas equilibrium and various application technologies, so it is very important to study the natural gas hydrate phase equilibrium thermodynamic models. The various thermodynamic models were analyzed and studied in this paper, and also revised through the application of BWRS state function and combining single stage equilibrium separation process for the fugacity, in the end three kinds of calculation methods were selected on the basis of Chen-Guo and Du-Guo models. The gas with different components were calculated and predicted through programming, and the current models were thoroughly evaluated, a better model was established. Besides the system with alcohol, salt inhibitors were calculated and compared with the system without inhibitors. It is shown that the method of Chen-Guo modal is more accurate when the pressure is high, whereas the Du-Guo modal is better under the condition of low pressure. For the system with inhibitor, under the same pressure, the generating temperature of the same component reduces dramatically. In the end the formation and prevention of the pipeline naturalgas were introduced in this paper.Keywords: natural gas hydrate, thermodynamics model, fugacity, activity, inhibitor第1章绪论1.1 前言在自然界中，天然气水合物(NGH)，又称可燃冰，大多存在于大陆永久冻土带和海底沉积层中。
自十九世纪初首先发现氯气水合物随后对笼型水合物正式命名并著书立说后，世界很多国家都兴起了对天然气水合物的研究，并投入了相当的人力物力，同时这些国家和地区又纷纷成立专门的研究机构，制订研究方案，对天然气水合物的研究显示出前所未有的兴趣。
天然气水合物是一种白色固态结晶物质，是非化学计量的笼形水合物。
到目前为止人们研究发现的“可燃冰”分子结构有三种：Ⅰ型结构、Ⅱ型结构、H型结构。
天然气水合物是天然气存在的一种形态，可视为高度压缩的天然气，人们己探测到的地球NGH的储量巨大，一旦成功开采就可成为未来洁净的新能源；另外天然气水合物的研究对全球环境保护、管道输送油气、以及其他一些相关新技术的开发都有着很深远的意义。
近年来，世界上一些国家，如美国、日本等都已投入了大量资金进行NGH的研究并取得了一些突破性进展，但有关水合物的许多研究工作仍处在探索阶段，科学技术要抢占先机，投入水合物的研究刻不容缓。
准确预测气体水合物生成条件则是水合物状态下储运和分离技术实用化之关键，到目前为止已有很多国内外的学者提出了预测天然气水合物生成条件的模型，各种模型虽然具体形式不尽相同，而且有些模型是针对某种特定体系，但这些模型大多是在Van der Waals-Platteeuw经典吸附理论模型的基础上发展起来的[1]。
总的来说，目前还不存在一个能准确预测各种体系条件下气体水合物生成条件的模型，尤其对抑制剂体系的相平衡条件的计算误差都还比较大。
准确的模型预测能大大简化试验工作缩短实验时间，对水合物的工业化生产及工业应用也有十分重要的指导意义。
为了提高模型预测的准确性，各国的专家学者正在努力工作，力图在预测模型的研究中有所突破，为以后的水合物实验研究以及实际的诸如管道传输油气等生产环节提供预测水合物生成条件的简便途径。
1.2 天然气水合物研究的意义地球上的天然气水合物蕴藏量十分丰富，大约27%的陆地(大部分分布在冻结岩层)和90%的海域都含有天然气水合物，陆地上的天然气水合物存在于200~2000m深处，海底之下沉积物中的天然气水合物埋深500~800m目前各国科学家对全球天然气水合物的资源量较为一致的评价为2×1016m3是剩余天然气储量的136倍(1.56×1014m3)如果将此储量折算为地球上的有机碳资源，它将占总资源的一半以上[2]。
目前解决能源需求的问题显得越来越紧迫。
开发利用新的清洁能源，降低能源使用与技术发展对环境造成的负面影响，是解决本世纪能源问题的主要出路。
在我国能源发展战略中，高效、清洁的天然气水合物将成为重要的后续能源。
首先，天然气水合物的资源量特别巨大，资源开发技术较为现实、可行。
我国具有良好的天然气水合物蕴藏潜力，东海的冲绳海槽边坡，以及南海的北部陆坡，西沙海槽和西沙群岛南坡等都可能是有希望的储存区，我国西藏高原终年积雪的羌塘地区也有发现。
其次，天然气水合物的勘探、生产可与常规油气的勘探、生产同时进行，因为天然气水合物矿藏常伴有下伏的游离气，勘探常规油气时可兼探天然气水合物，使之成为常规油气勘探、生产的一种“副产品”，降低生产成本，实现经济合理的商业生产。
再者，随着石油、天然气的开发和利用，天然气的开采、运输与终端利用技术业已成熟，可充分继承利用现有的油气开采、运输与终端利用技术和装备等，在现有工业布局的基础上，可实现能源的平滑过渡与接替，而且也不会产生新的环保问题。
科学界普遍认为，天然气水合物将成为人类未来极具潜力的洁净能源。
天然气水合物被科学家喻为“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)总含碳量的2倍，前景诱人；③我国广大海域有天然气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。
天然气水合物的将来的应用领域也是相当广泛：①天然气的固态输送和储藏：当天然气需越洋作长距离输送时通常采用低温液化航运输送，这种输送方式成本高，安全性差。
经研究，若将天然气先转化为水合物，再在固态下航运输送可达到经济和安全的目的。
②天然气水合物作为车用燃料：目前天然气汽车使用的燃料大多是压缩天然气。
使用压缩天然气的缺点是存储压力高和行程短。
为克服上述缺点，美国已在试验将天然气水合物作为车用燃料。
天然气水合物具有高浓度、高储量的特点，每单位体积可储存标准状态下150~170倍体积的天然气。
③基于生成天然气水合物的新型分离技术，水合物的生成具有选择性，其晶体中只包含主体和客体分子，且二者在水合物相和非水合物相中的组成不同。
据此，可进行以下分离：①海水淡化技术，②有机水溶液的浓缩，③气体混合物的分离，④近邻界和超临界萃取，⑤用作航天自动制冷材料。
此外研究表明：沉积物中天然气水合物若由于周围环境变化，使其敏感的温度—压力平衡条件受到破坏时，会导致天然气水合物解体和逃逸，进而影响全球气候变化。
