实验室合成天然气水合物

天然气水合物国家重点实验室开放基金课题申请指南天然气水合物国家重点实验室开放基金课题申请指南随着能源需求的不断增长，天然气水合物作为一种新兴的清洁能源资源备受关注。

为了更好地推动天然气水合物领域的研究与开发，天然气水合物国家重点实验室设立了开放基金，旨在支持相关课题的研究与探索。

本文将就天然气水合物国家重点实验室开放基金课题申请进行深度解析，并为申请者提供指南和建议。

一、了解申请指南1. 申请资格：天然气水合物国家重点实验室开放基金主要面向科研院所、高等院校等单位的科研人员。

申请者需具有相关领域的研究基础和一定的科研能力。

2. 申请主题：申请者可根据自身的研究方向和兴趣，选择与天然气水合物相关的课题进行申请。

可包括但不限于天然气水合物的资源勘探、开发利用、环境影响等方面的研究。

3. 申请内容：申请者需要提交包括课题提纲、研究方案、预期成果等在内的完整申请材料。

其中，课题提纲应包括课题的背景、研究目的、研究内容和方法等方面的详细描述。

二、申请建议1. 深入了解课题：在选择申请课题时，申请者应在深入了解天然气水合物相关知识的基础上，选择一个有挑战性且具有实际意义的课题进行申请。

应对该课题的研究现状和前沿进行全面的调研和分析。

2. 突出创新性和实用性：申请者在撰写研究方案时，应注重课题的创新性和实用性。

可以借鉴前人的研究成果，但要在此基础上进行进一步的延伸和完善，提出自己独特的研究思路和方法。

3. 合理安排预期成果：在申请材料中，申请者应合理安排预期成果，并对预期成果的实现路径和时间节点进行详细的分解和说明。

要注重预期成果的可行性和科学性，确保能够达到预期效果。

三、撰写申请材料1. 课题提纲：在撰写课题提纲时，申请者应包括天然气水合物的基本概念和特性、课题的研究意义和目的、研究内容和方法等方面的内容。

要注意提纲的逻辑性和严谨性，确保各个部分之间的衔接和连贯性。

2. 研究方案：研究方案是申请材料中最核心的部分，申请者应详细描述课题的研究内容、研究方法和技术路线、预期成果等方面的内容。

天然气水合物全国重点实验室申报条件篇一：《天然气水合物全国重点实验室申报条件：我的探索之旅》嘿，你知道天然气水合物吗？那可是超级神奇的东西呢！就像大自然藏起来的一个超级宝藏。

我呀，最近就像个小侦探一样，在探索天然气水合物全国重点实验室的申报条件，可有趣啦！天然气水合物，有人也叫它可燃冰。

它看起来就像冰一样，可是呢，它却能燃烧，你说奇怪不奇怪？这就好比是冰和火结合在一起的魔法物质。

这么神奇的东西，要是能在专门的实验室里好好研究，那肯定能发现更多不得了的秘密。

那这个天然气水合物全国重点实验室申报得有啥条件呢？我去问了我们学校的科学老师。

老师就跟我说啊，场地肯定很重要啦。

这就好比你要盖一栋超级大楼，得先有一块合适的地一样。

这个场地得够大，能够放下各种各样的实验设备。

我就想啊，那得多大呢？是不是得像好几个足球场那么大呀？我问老师，老师就笑着说：“也不是要特别特别大，但得合理规划，能满足各种功能分区。

”我又好奇地问：“老师，那设备呢？”老师眼睛一亮，说：“哎呀，设备那可是关键中的关键啊！”就像厨师没有锅铲没法做饭一样，没有好的设备，怎么研究天然气水合物呢？要有那些特别精密的仪器，能检测出天然气水合物的各种性质。

比如说，它的成分啦，它在不同环境下的变化啦。

我在想，那些仪器肯定都长得特别酷，就像科幻电影里的那些高科技装置。

然后啊，老师还提到了人才。

这人才啊，就像是一群超级英雄。

有专门研究化学的，他们就像魔法师一样，能分析出天然气水合物的化学成分；还有研究地质的呢，他们就像是探险家，知道在哪里能找到天然气水合物，还能研究它在地下的储存情况。

这些人才还得是经验丰富、知识渊博的。

我就问老师：“那这些超级英雄从哪里来呢？”老师说：“那当然是从各个高校、科研机构招来的啦，他们得在自己的领域里已经做出了不少成绩才行呢。

”我和我的小伙伴们也在讨论这个事儿呢。

我的小伙伴小明就说：“我觉得钱也很重要啊，没有钱怎么买设备，怎么请那些超级英雄呢？”他说得也有道理啊。

天然气水合物形成条件在天然气输送过程中，经常会出现水合物堵塞管道的情况，请大家讨论一下，天然气水合物形成的主要条件及如何预防水合物的形成。

1 天然气水合物的危害天然气水合物是石油、天然气开采、加工和运输过程中在一定温度和压力下天然气与液态水形成的冰雪状复合物。

严重时，这些水合物能堵塞井筒、管线、阀门和设备，从而影响天然气的开采、集输和加工的正常运转。

只要条件满足，天然气水合物可以在管道、井筒以及地层多孔介质孔隙中形成，这对油气生产及储运危害很大。

2 天然气水合物的性质和形成:2.1 水合物的性质及结构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。

形成水合物的首要条件是天然气中含水，且处于过饱和状态，甚至有液态游离水存在;其次是有一定条件的压力和低于水合物形成的温度。

在上述两种条件下的生产运行过程中，如遇压力波动、温度下降、节流或气流流向突变很快就可能形成水合物堵塞。

2.2 水合物的生成条件天然气水合物生成除了与天然气组分、组成和游离水含量有关外，还需要一定的压力和温度。

下式即为水合物自发生成的条件：M+nH2O（固、液）=[M·H2O]（水合物）也就是说，只有当系统中气体压力大于它的水合物分解压力时，才有可能由被水蒸气饱和的气体M自发地生成水合物。

由热力学观点看，水合物的自发生成绝不是必须使气体M被水蒸气饱和，只要系统中水的蒸汽压大于水合物晶格表面水的蒸汽压就足够了。

此外，形成水合物的辅助条件是：气流的停滞区。

2.3 长庆气田天然气水合物形成的基本参数及防治工艺根据长庆气田天然气组分，采用节点分析软件分析，计算压力在6～20 MPa时其水合物形成温度为14.5～22.3℃。

一般开井初期井口压力在20MPa 以上，采气管线按25MPa压力设计。

根据下游用户交接点的压力情况，反算得出集气支、干线设计压力为6.4MPa。

天然气水合物的合成与应用天然气水合物是一种在高压和低温条件下形成的物质，是天然气和水在一定的比例下形成的。

它是地球上最丰富的可再生能源之一，具有丰富的能源储量和广泛的应用前景。

一、天然气水合物的合成天然气水合物的形成与条件密切相关，需要特定的温度和压力下才能形成。

它由氢键和茂分子间的力量相互作用而形成。

这种相互作用在水合物结晶中起着决定性的作用，从而使其形成和稳定。

天然气水合物中主要是甲烷，但也含有少量的乙烷、丙烷、丁烷等轻烃类成分。

天然气水合物的形成温度一般在0℃以下，压力高达几百倍于大气压力，因此常存在于深海底层或泥盆地等地质环境。

二、天然气水合物的应用天然气水合物作为一种天然、可持续的能源资源，被广泛研究和应用。

其应用领域主要包括以下三个方面：1. 能源领域天然气水合物是一种重要的清洁能源资源，其能量储量可与煤、石油相媲美，是一种非常有价值的能源来源。

未来随着科技进步，天然气水合物将成为人类重要的能源供应方式之一。

2. 化工领域天然气水合物还可以被用作化学原料，制备合成氨、合成甲醇等。

同时，天然气水合物还可以作为硫化氢的吸附剂，对于减少氢气硫化的排放，具有十分重要的意义。

3. 地质领域天然气水合物可以被用作地球科学研究的重要对象。

它可以为研究地质气的来源和形成规律提供重要的线索，同时对于开采用于固态氢能和热能存储等研究也有很大的意义。

三、天然气水合物的优点与传统的煤炭和石油等能源资源相比，天然气水合物有着很多的优点。

1. 能源储量大天然气水合物是一种可再生的能源，其含气量约为煤和石油的10倍以上。

未来一旦开始了天然气水合物的开采和利用，将为人类带来巨大的能源資源。

2. 环保清洁相比于传统燃料，天然气水合物的燃烧过程中产生的污染物极低，因而不会产生环境污染。

同时，天然气水合物的生产和运输过程中，也大大减少了污染物的排放。

3. 应用广泛天然气水合物可以广泛应用于能源、化工、地质等领域，因此其潜在的应用前景非常广阔。

天然气水合物的合成与储存天然气水合物（Gas hydrates）是一种稳定的天然气固体，由天然气和水分子形成的晶体结构，固态下体积特别大，是一种重要的能源资源。

以甲烷水合物为例，每个吨水合物中含有180立方米的天然气，世界上甲烷水合物总储量可能高达2*1016立方米。

但因为它的化学性质稳定而又不稳定的特性，天然气水合物的合成与储存一直是研究的热点之一。

一、天然气水合物的合成天然气水合物的形成需要天然气和水分子碰撞，其中气体分子会插入水分子的网格结构中。

因此，天然气水合物的形成需要一定的温度、压力和水分子数量等条件。

1.温度温度是影响天然气水合物形成的重要条件之一。

一般情况下，水合物形成的温度范围较窄。

一般情况下，甲烷水合物形成温度在-25℃至+15℃。

当温度低于甲烷水合物的组成温度时，水合物会变得结晶，从而形成水合物晶体，反之，随着温度的升高，水合物结构会破坏，甚至完全脱离而转化为天然气。

2.压力很多地方产生天然气水合物的原因是海底深处的寒流，这里的水压非常大，因此水合物的形成需要一定的压力。

压力对于天然气水合物的形成有两个方面的影响，即在高压下可以促进天然气与水的相互作用，储存更多的天然气，可基本排除温度和水等条件对于水合物形成的影响，另一方面，高压下，相变过渡需要更高的能量阈值，这也是增加水合物形成能量的重要条件之一。

3.水分子数量水分子数量对天然气水合物的形成也具有重要的影响。

一般情况下，每个气体分子需要被至少3个水分子包围，因此水分子的数量会直接影响到天然气水合物的形成。

水分子数量通常用甲烷水合物的挤压因子进行衡量，而挤压因子的计算通常也需要考虑到温度和压力等因素。

二、天然气水合物的储存天然气水合物的储存是一项非常重要的问题，因为天然气水合物体积非常大，需要寻找存储方式，以便最大限度地储存和利用天然气水合物的能源。

1.传统的储存方式一般来说，传统的储存方式包括压缩天然气和液化天然气。

压缩天然气的特点是体积较小，可以被储存在普通的容器或是管道中。

天然气水合物开发现状及研究进展天然气水合物（NGH），也称气体水合物，是由天然气与水分子在高压（＞10MPa）和低温（0～10℃）条件下合成的一种固态结晶物质。

因天然气水合物中80%～90%的成分是甲烷，故也称甲烷水合物。

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，所以，也有人叫它“可燃冰”。

一、天然气水合物的形成条件及分布天然气水合物的形成有三个基本条件，缺一不可。

首先温度不能太高；第二压力要足够大，但不需太大；0℃时，30个大气压以上就可生成；第三，地底要有气源。

天然气水合物受其特殊的性质和形成时所需条件的限制，只分布于特定的地理位置和地质构造单元内。

一般来说，除在高纬度地区出现的与永久冻土带相关的天然气水合物之外，在海底发现的天然气水合物通常存在于水深300～500m以下(由温度决定)，主要附存于陆坡、岛屿和盆地的表层沉积物或沉积岩中，也可以散布于洋底以颗粒状出现。

这些地点的压力和温度条件使天然气水合物的结构保持稳定。

深海钻探发现，天然气水合物以冰状或更多地以水合物胶结的火山灰和细砂产出,其时代为晚中新世—晚上新世。

天然气水合物与火山灰或火山砂共存,暗示了其形成与火山喷发有某种联系。

天然气水合物形成于低温高压条件下,分布限于极地地区,深海地区及深水湖泊中。

在极地地区天然气水合物通常与大陆和大陆架上的永冻沉积物有关；在海洋里，天然气水合物主要分布于外大陆边缘和洋岛的周围，水深超过大约300 m。

天然气水合物的稳定温度为1～21.1℃,分布的最大下限深度不超过海底下2000m[2]。

深海钻探已经表明天然气水合物既可以产于被动大陆边缘,也可产于活动大陆边缘。

但大多数天然气水合物样品来自于活动边缘[2]。

据估计，陆地上20.7%和大洋底90%的地区，具有形成天然气水合物的有利条件。

绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，其资源量是陆地上的100倍以上。

在标准状况下，一单位体积的天然气水合物分解可产生164单位体积的甲烷气体，因而是一种重要的潜在未来资源。

2009年第4期　总第170期低　温　工　程CRY OGEN I CSNo 14　2009Sum No 1170天然气水合物合成实验祁影霞　杨　光　汤成伟　张　华(上海理工大学能源与动力学院　上海　200093) 摘　要:为提高天然气水合物的生产效率及储气密度,在专门设计的水合物合成实验装置上,进行了纯甲烷水合物的合成实验。

实验结果表明:对于纯净甲烷水合物,压力越高,合成速率越大;但当压力大于5MPa 时,压力的提高对生成速率的影响不大。

水合物合成前抽真空时间越长,生成的水合物吸收的气体量越大,表明抽真空可以排出水中溶解的气体,提高水合物的储气密度。

关键词:水合物　甲烷　合成速率中图分类号:T B663、TK12 文献标识码:A 文章编号:100026516(2009)0420011204 收稿日期:2009203227;修订日期:2009206230基金项目:上海市浦江人才计划(08PJ1408300)、上海市重点学科建设项目(S30503)资助。

作者简介:祁影霞,女,45岁,博士、讲师。

Forma ti on exper im en t of na tura l ga s hydra teQ i Yingxia Yang Guang Tang Cheng wei Zhang Hua(School of Energy and Power Engineering,University of Shanghai for Science and Technol ogy,Shanghai 200093,China ) Abstract :I n order t o increase the p r oducti on efficiency and st ored gas density of natural gas hydrate,pure methane for mati on hydrate tests were carried out on a s pecial designed hydrate f or mati on apparatus .The experi m ent results indicate that,f or pure methane hydrates,the for mati on rate increases with p ressure,but the increase of p ressure has no obvi ous effects on the f or mati on rate when the p ressure is higher than 5MPa .The l onger vacuu m ing ti m e before the f or mati on of hydrates results in the larger a mount of gas ab 2s orbed in for med hydrates,which indicates that vacuu m ing can make the gases diss olved in the water release off and increase the st ored gas density of the hydrates .Key words :hydrates;methane;f or mati on rate1　引　言天然气水合物是由天然气与水在高压低温条件下结晶形成的固态笼状化合物,主要存在于海底或陆地冻土带内[1]。

天然气水合物的发现和研究历史姚伯初编译国外地质，2000，（1）：1-11天然气水台物的发现和研究历史分为以下三个阶段：1：从它的发现(1810年)到1934年此阶段中，科学家出于好奇心，将水和气体结合成固态的天然气水合物；2：从1934年至1960年主要将天然气水合物作为一种人造物质，科学家感兴趣的是它对天然气生产和加工的阻碍作用；3：从1960年至现在科学家发现在大洋中，永久冻土带内以及地球大气圈外的环境中均存在通过数百万年形成的天然气水合物。

目前是上述三个时期的最后时期，是天然气水台物发现史中最使人困惑的时期。

在十九世纪，水合物的初发现，总共有4O份出版物；至本世纪到1982年，有关水合物的出版物增加到80份。

一、实验室中的水合物1810年，Humphvey Davy先生用氯气发现了天然气水合物。

“在化学书中一般论述为：在低温条件下，氯气能浓缩和结晶。

我在几个实验中发现不是这样。

溶解在水中的氧氯化钾比净水更容易结冰。

但是，用石灰氯化钾干燥的纯气体在华氏4O度之下没有任何变化”Davy 于是说。

在随后的一又四分之一个世纪中，研究者的工作目标集中在两个方面：其一、集中认别形成水台物的所有化合物；其二、希望能定量地描述这些化合物及成份和物理性质。

表1总结性地列出了这个时期主要研究者的工作年代事件1810 Humphrey Davy先生发现氯化钾水合物1823 Faraday确定水合物分子式为C12·10H2O1882-83 Ditte和Maumene怀疑上述氯化钾水合物的组成1884 Roozeboom 确证了上述水合物的分子式1828 Lowig发现了溴水合物1876 Aiexeyeff对溴水物(Br2·H20)有异议1829 de Ia Rive发现了氧化硫水舍物，分子式为SO2·7H2O1848 Pierre测定了氧化硫水合物的分子式为SO2·11H2O1855 Schoenfield涮量出氧化巯水合物的分子式为SO2·14H2O1884-85 Roozeboom 第一次用SO2确定了水合物上、下四倍点1856-58 Berthelm (1856)、Milion (1860)、Dudaux (1867) 和Tanret(1878)对Cs2(铯)水台物组分持异议1885 Chancel和Parmentier确定了三氯甲烷水合物1882 Wroblewski测量了二氧化碳水合物1877-82 Cailletet和Caiiletet及Borclel第一次从CO2+PH3及H2S+PH3中测量了混合气体水合物1882 De Forcrand假设分子式为H2S·(12-16)H2O，测量了30对H2S与第二组分如CHCl、CH3Cl、C2H3Cl、C2H3Br及C2H3Cl的水合物，他认为气部组分为C·2H2S·23H2O1888 Viiiard得出H2S水合物与温度的相关性1888 Forerand和Villard测量了CH3CI和H2S水合物与温度的相关曲线1888 Villard测量了CH4、C2H4、C2H2和N20的水合物1890 Villard测最了C2H4·水合物，认为温度的下四倍点是随着所探索物质的分子量之增加而减少，他认为水合物是一种特殊晶体1896 Villard测量氮气水合物，假设的氰与氧气水台物；首先用热生成资料得到水／气比1897 De Forcrand和thomas探寻双水合物，发现混合水合物，由许多卤代烃和C2H2、CO2、C2H6混合而成1902 De Forcrand首先对AH 和成分使用了克劳一克拉珀关系I将15种水台物状态列成表1919 Scheller和Meyer改进了克劳一克拉珀技术1923-25 De Forermd 测量了氯和氙的水合物在第一时期中，法国科学家Villard和De Foxcrand为水合物做了很多工作。

中国科学院天然气水合物重点实验室开放基金管理办法中国科学院天然气水合物重点实验室以广州能源研究所为依托单位，包括天然气水合物应用基础课题组、天然气水合物成藏机制研究课题组和天然气水合物开采技术与综合利用课题组。

重点实验室立足于国家天然气水合物资源勘探开发利用的实际需求，针对成藏、资源评价、开采和应用等基础理论和关键技术问题，开展天然气水合物基础物性、成藏机制、开采技术(安全控制技术及环境影响评价)、应用技术等四个方向研究，建立天然气水合物基础物性数据库和开采模拟数学模型，探索天然气水合物形成/分解及成藏系统理论，研发天然气开采和应用技术与装备，为我国天然气水合物资源开发和利用提供理论指导和技术支撑，建设成为具有国内领先、国际先进水平的天然气水合物科技创新基地和人才培养基地。

重点实验室开放基金围绕实验室的重点研究领域和发展方向设置课题，支持依托单位以外的研究人员从事高水平的基础性、前沿性、启动性研究，鼓励与本实验室重大在研项目共同资助重要研究课题。

为了加强开放基金管理，提升实验室研究水平，特制定本办法。

第一条开放基金重点资助天然气水合物成藏机制、天然气水合物基础、天然气水合物开采和应用技术与基础等方向。

第二条开放基金课题申请指南于每年10月份左右在依托单位网页上公布()，对资助的具体范围和研究方向予以明确规定。

第三条开放基金课题申请者须为从事天然气水合物有关的中国科学院广州能源研究所以外科研人员和博士研究生。

博士研究生单独申请须有导师推荐。

课题负责人应认真填写课题申请书，申请课题的研究内容必须符合《基金指南》的资助范围，并应简明扼要，突出创新点和特色以及具体的有限目标。

申请书需有课题组主要成员亲自签名，并加盖单位公章，一式三份。

已获得资助者再次申请的，其申请书需附已资助项目的结题报告及主要研究成果（一式二份）。

课题分独立资助研究课题和联合资助重要研究课题。

独立资助研究课题经费由重点实验室单独提供，研究周期原则上为2年，平均资助金额为2-3万元人民币。

Davy于1810年首次在伦敦皇家研究院实验室成功地合成了氯气水合物，引起了化学家们的极大关注，如法国Berthelot相Villard，美国Pauling等化学家在科学辩论的同时还进行了各种水合物合成实验，成功地合成了系列气水合物。

本世纪初期30年代，人们发现输气管道内形成白色冰状固体填积物，并给天然气输送带来很大麻烦，石油地质学家和化学家便把主要的精力放在如何消除气水合物堵塞管道方面。

直到60年代苏联在开发麦索亚哈气田时，首次在地层中发现了气水合物藏[4]，人们才开始把气体水合物作为一种燃能研究。

此后不久，在西伯利亚、马更些三角洲、北斯洛普、墨西哥湾、日本海、印度湾、中南海北坡等地相继发现了气水合物，这使人们意识到气水合物是一种全球性的物理—地质作用现象，便掀起了70年代以来空前的水合物研究热潮。

在石油即将耗尽的现代，科学家积极的寻找有效的替代能源，近年来在海中发现的大量天然气水合物固体，天然气水合物(natural gas hydrates)简称为气水合物(gas hydrates)，是由主成分水分子组成似冰晶笼状架构，将气体分子等副成分包裹于结晶构造空隙中之一种非化学计量(non-stoichiometric)的笼形包合物结晶。

所包合的气体分子组成可能有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、异丁烷(C4H10)、正丁烷(C4H10)、氮(N2)、二氧化碳(CO2)或硫化氢(H2S)等。

自然界产出的气水合物所含气体分子组成常以甲烷为主，故也有些学者将气水合物通称为甲烷水合物(methane hydrate)，而水合甲烷(methane hydrate)，成了目前的当红替代能源研究目标之一。

布鲁克黑文国立实验室的化学教授马哈詹等人，１３日在加利福尼亚州圣叠戈举行的美国化学学会全国会议上报告说，他们建造了一个能放在桌面的耐压、耐低温透明舱室。

研究人员在这个实验舱中仿真海底环境，人工制造出水合甲烷。

一、天然气水合物的形成条件天然气水合物是一种在极低温和高压下形成的天然气和水的复合物。

它主要形成于海底或极寒地区的冰层下方，具体的形成条件主要包括以下几个方面：1.温度条件：天然气水合物的形成需要极低的温度，在摄氏零下10度至零下20度左右的温度范围内，水分子能够与天然气分子形成结晶结构，形成水合物。

2.压力条件：高压也是天然气水合物形成的重要条件。

海底深层的巨大压力能够促进水合物的形成，使得天然气分子和水分子更容易结合。

3.适宜的气体组成：天然气水合物的形成需要适宜的气体成分，一般为甲烷等轻烃类气体。

不同的气体组成会影响水合物的形成过程和稳定性。

二、天然气水合物的分布规律天然气水合物主要分布在全球的冷海域和极寒地区，其分布规律主要受以下几个因素影响：1.海底地质构造：海底地质构造是影响天然气水合物分布的重要因素之一。

裂陷盆地、深海扇、海底隆起等不同地质构造对水合物的分布和储量都有一定影响。

2.沉积环境：海底沉积环境的不同也会对水合物的分布产生影响。

例如富营养的海域、富有机质的沉积环境更有利于水合物的形成。

3.气候环境：气候环境对水合物的分布同样有一定影响，寒冷气候和丰富降水的地区更容易形成水合物。

4.地球动力学作用：地球内部的构造和地质运动也会对水合物的形成和分布产生一定影响。

三、结语天然气水合物的形成条件和分布规律是一个复杂而又有待深入研究的课题。

随着人们对海底资源的深入挖掘，天然气水合物的开发利用将成为未来的重要方向。

对于天然气水合物的形成条件和分布规律的深入研究，不仅能够为天然气水合物资源的有效勘探和开发提供理论依据和技术支持，同时也对于保护海洋环境、促进海洋科学研究和应对气候变化等方面具有重要意义。

希望在未来能够有更多科研人员投入到天然气水合物的研究中，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。

四、天然气水合物的形成机制天然气水合物的形成机制涉及到天然气和水在特殊条件下的化学反应过程。

在海底或极寒地区的极低温和高压环境下，天然气分子和水分子发生相互作用，从而形成天然气水合物。

化学选修3《物质结构与性质》P85选题2天然气水合物（一种潜在的能源）天然气水合物——可燃冰一、可燃冰相关概念可燃冰：天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质。

（又称笼形化合物）甲烷水合物（Methane Hydrate）：用M·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。

又因外形像冰，而且在常温下会迅速分解放出可燃的甲烷，因而又称“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”）。

因为可燃冰的主要成分为甲烷，为甲烷水合物，而甲烷在常温中为气体，熔、沸点低，所以甲烷为分子晶体，因而可燃冰也为分子晶体。

可燃冰存在之处：天然气水合物在自然界广泛分布在大可燃冰陆、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。

天然气水合物在全球的分布图在标准状况下，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。

笼状化合物（Clathrate）：在天然气水合物晶体中，有甲烷、乙烷、氮气、氧气二氧化碳、硫化氢、稀有气体等，它们在水合物晶体里是装在以氢键相连的几个水分子构成的笼内，因而又称为笼状化合物。

天然气分子藏在水分子中水分子笼是多种多样的二、可燃冰的性质可燃冰的物理性质：（1）在自然界发现的天然气水合物多呈白色、淡黄色、琥珀色、暗褐色亚等轴状、层状、小针状结晶体或分散状。

（2）它可存在于零下，又可存在于零上温度环境。

（3）从所取得的岩心样品来看，气水合物可以以多种方式存在：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；或者为大块固态水合物伴随少量沉积物。

可燃冰的化学性质：1、在冰的空隙（“笼”）中可以笼合天然气中的分子的原因：(1)气水合物与冰、含气水合物层与冰层之间有明显的相似性：①相同的组合状态的变化——流体转化为固体；②均属放热过程，并产生很大的热效应——0℃融冰时需用0.335KJ的热量，0～20℃分解天然气水合物时每克水需要0.5～0.6KJ的热量；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。

天然气水合物是怎样形成的？How natural gas hydrates form？天然气水合物，又称“可燃冰”，是一种水合数不固定的笼形化合物，其中气体分子被束缚在由水分子通过氢键连接而构成的多面体笼子里，主要呈现三种结构，即结构I，结构II和结构H（图1），在低温（<10 ℃）高压（>100 bar）条件下稳定存在。

一般来说，由于天然气的主要成分是甲烷，所以天然气水合物主要是指甲烷水合物, 化学式为8CH4·46H2O。

[1]图1 自然界三种常见的天然气水合物晶体结构（据Sloan，2003改编）天然气水合物对自然界和人类社会的影响主要有以下几个方面：i) 全球自然产出的天然气水合物广泛分布于大陆边缘的海底和永久冻土地带，其中的甲烷碳含量估计约为所有化石燃料总碳量的两倍，很有可能成为21世纪人类的新能源。

ii) 天然气水合物在失稳分解时释放的甲烷气体会加强温室效应。

如果大规模分解发生在海底，则有可能引发海底滑坡等地质灾害。

反之也可以设法把工业生产释放的CO2排入深海形成CO2水合物封存起来，从而减轻温室效应。

更为理想的方案是通过注入CO2来开采天然气水合物藏，在获取甲烷的同时封存了CO2，一举两得。

iii) 在化工生产中，要想方设法避免天然气水合物形成以至于堵塞天然气运输管道从而造成重大经济损失，反之也可以利用气体水合物的合成来开发储存气体、运输气体、提纯气体、及海水淡化等方面的新技术。

总之，研究天然气水合物在能源、环境、化工等领域都有重要的科学意义和经济意义。

天然气水合物研究领域的科学问题和技术问题有很多，包括结构、物性、相平衡、勘察、开采、应用等各个方面，其中一个基本的科学问题是“水合物怎样形成？”这个问题非常有趣而且令人困惑不解。

试想，天然气的主要成分甲烷分子难溶于水（溶解度通常约为10 3摩尔分数），并且甲烷分子与水分子之间也不形成任何化学键（仅存在微弱的范德华力），可是在适当的温度条件下把甲烷气体加压于液态水，结果得到了固态的甲烷水合物，其中甲烷的摩尔分数和溶液中的溶解度相比竟然增大了两个数量级以上。

浅谈人工合成天然气水合物的重要意义发表时间：2020-12-11T11:24:20.303Z 来源：《科学与技术》2020年第23期作者：朱金朝丁春晓[导读] 天然气是重要的化工原料和清洁能源，由于天然气资源分布不均衡，且大部分远离能源消耗区，往往不能得到有效利用，因此，天然气的运输显得尤为重要朱金朝丁春晓山东省特种设备检验研究院临沂分院 ,山东临沂 276000摘要：天然气是重要的化工原料和清洁能源，由于天然气资源分布不均衡，且大部分远离能源消耗区，往往不能得到有效利用，因此，天然气的运输显得尤为重要，运输方式的选择决定了天然气供应、消费的经济性。

天然气水合物作为天然气的一种新的储运方式，其安全性和经济性使其在不远的将来具有很强的可行性。

该技术对设备要求不高、成本低以及天然气水合物具有高密度储存天然气的特性，使其有可能成为LNG或PNG的技术补充甚至替代技术。

关键词：天然气水合物;人工合成;储运天然气是重要的化工原料和清洁能源，在世界能源消费结构中，天然气已占23%。

随着传统化石燃料煤、石油的逐步枯竭，天然气的能源地位有进一步增加的趋势，必将成为未来的主导能源。

由于天然气资源分布不均衡（李其京，2008），且大部分远离能源消耗区，往往不能得到有效利用（张琳等，2006）。

以我国为例，天然气的主要消耗区多分布在东南沿海地区，而陆地天然气的产出区则多在中西部，消耗区远离产出区，因此，天然气的运输显得尤为重要，运输方式的选择决定了天然气供应、消费的经济性（刘熠等，2006；王海秀等，2009）。

天然气的主要成分是甲烷，常压下甲烷的沸点为-162℃，不易液化。

现有的天然气储运方式有5种：管道运输（PNG）、液化天然气（LNG）输送、压缩天然气（CNG）储运、吸附储运和天然气水合物（NGH）储运方式（张琳等，2006）。

实际应用的运输方式主要是管道运输和液化天然气运输，还有少部分压缩天然气运输。

目前，世界上约有75%的天然气采用管道输送（张文玲等，2000），我国西气东输工程也不例外，尽管管道运输技术相对成熟，但建设投资巨大，约占整个天然气工业投资的1/3，且远洋运输不易实现。