甲烷水合物在鹽、醇類介質(zhì)中相平衡研究

【摘要】： 三年來，查閱了有關(guān)甲烷水合物相關(guān)文獻120多篇，了解了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，分析了當今甲烷水合物研究存在的問題—資源量估算、氣體水合物生產(chǎn)、管道堵塞、鉆探安全、海底穩(wěn)定性及全球氣候變化影響。針對這些問題，本文選擇解決這些問題的科學(xué)關(guān)鍵—不同介質(zhì)條件下甲烷水合物存在的穩(wěn)定性作為論文研究的主要任務(wù)，圍繞這一核心，系統(tǒng)地設(shè)計了鹽、醇類介質(zhì)中甲烷水合物的相平衡實驗，以純水、甲醇以及具有不同陰離子半徑、陽離子半徑、電荷數(shù)的鹽類溶液體系為研究對象，在前人研究的基礎(chǔ)上，運用地球化學(xué)、物理化學(xué)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科理論和方法，緊緊圍繞甲烷氣體水合物在不同介質(zhì)中形成／分解的相平衡特征、條件、影響機制以及分析甲烷水合物的形成過程、結(jié)構(gòu)特征等方面開展工作，十分重視宏觀與微觀分析相結(jié)合，以實驗為手段，密切與室內(nèi)微觀測試—拉曼光譜相結(jié)合，積極應(yīng)用數(shù)學(xué)手段，進行統(tǒng)計分析，建立了一組符合甲烷水合物相平衡條件的經(jīng)驗公式，同時利用相平衡數(shù)學(xué)模型進一步計算并證實實驗數(shù)據(jù)的可靠性，在現(xiàn)有甲烷水合物相平衡研究的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)出了描述不同陰離子、陽離子、電荷數(shù)的鹽類溶液中甲烷水合物相平衡的現(xiàn)象和規(guī)律，優(yōu)化了甲烷水合物相平衡理論，為甲烷水合物的開采、資源評價及其有效利用提供了理論基礎(chǔ)。 根據(jù)甲烷水合物合成實驗、不同介質(zhì)溶液中生成模擬相平衡分析以及應(yīng)用拉曼光譜微觀測試研究，得出以下結(jié)論：甲烷水合物在醇類和鹽類溶液中相平衡條件高于純水體系。鹽類水溶液中相平衡條件受水的活度大小影響，反之水的活度又受鹽類物質(zhì)影響。相同鹽類物質(zhì)隨著濃度的增大，水合物相平衡壓力增高，溫度降低；隨著陽離子半徑的減少，水的活度降低，水合物相平衡壓力增高，溫度降低；隨著陰離子半徑的增加，水的活度降低，水合物相平衡壓力增高，溫度降低；隨著離子電荷數(shù)的增加，水的活度降低，水合物相平衡壓力增高，溫度降低。由此得知，甲烷水合物形成條件及穩(wěn)定性對鹽度、溫度、壓力、化學(xué)成分、存在環(huán)境等具有一定的依賴性。研究表明，MlCl_3、NaI、NaBr等鹽類物質(zhì)對甲烷水合物的生成條件具有明顯的抑制作用，是良好的抑制劑，有助于解決水合物管道堵塞及其從甲烷水合物中生產(chǎn)甲烷氣體的相關(guān)技術(shù)。本相平衡實驗數(shù)據(jù)與前人的研究數(shù)據(jù)相結(jié)合，得出了一組適合計算甲烷水合物相平衡的經(jīng)驗公式，結(jié)果證實該經(jīng)驗公式能夠很好地和實驗數(shù)據(jù)吻合。根據(jù)實驗合成過程中壓力與時間的變化 關(guān)系，得出與理論分析的甲烷水合物生成過程基本一致，這一結(jié)論說明甲烷水合 物生成需要溶解、成核、增長等三個步驟；純水、納微分子篩、3．swt％NaCI、 10wt90＼aCI和沉積物體系對甲烷水合物形成的抑制作用不同，其中10wt％NaCI對 甲烷水合物的抑制作用最強，3．swt％NaCI次之；納微分子篩促進水合物生成， 對于沉積物體系則由于其成分的多樣性，對甲烷水合物的生成稍微不同于其它體 系。拉曼光譜分析表明，實驗體系中甲烷水合物為1型結(jié)構(gòu)，且低強度、高頻率 峰為其小空穴，高強度、低頻率峰為大空穴。I型甲烷水合物大孔穴與小孔穴中 甲烷分子的振動頻率不受生成環(huán)境的影響。最后，結(jié)合相平衡研究，分析了甲烷 水合物賦存的地質(zhì)條件，預(yù)測了我國氣體水合物找礦前景，認為南海北部斜坡、 東海沖繩海槽西北緣斜坡以及青藏高原多年凍土帶（羌塘盆地）可能分布有氣體 水合物藏。 【關(guān)鍵詞】：甲烷水合物 相平衡 醇類 鹽類 介質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（蘭州地質(zhì)研究所）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2002
【分類號】：P744
【目錄】：

• 中文摘要2-4
• 英文摘要4-8
• 第一章 前言8-16
• 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-14
• 2 選題目的和意義14-15
• 3 研究內(nèi)容及技術(shù)路線15
• 4 完成的主要工作15-16
• 第二章 甲烷水合物概念及其物理化學(xué)特性研究16-23
• 1 甲烷水合物的概念16
• 2 甲烷水合物化學(xué)特性16-21
• 3 甲烷水合物物理特性21-23
• 第三章 甲烷水合物實驗裝置及測量過程23-31
• 1 甲烷水合物相平衡條件實驗介紹23-25
• 1．1 甲烷水合物相平衡實驗裝置發(fā)展簡介23-24
• 1．2 甲烷水合物相平衡條件實驗測定方法24
• 1．3 水合物相態(tài)平衡的判定方法24-25
• 2 本文所用實驗裝置及校驗25-31
• 2．1 裝置介紹25-27
• 2．2 溫度壓力測量儀表的校正27
• 2．3 平衡條件的判讀標準27
• 2．4 實驗裝置的校驗27-29
• 2．5 實驗步驟29-31
• 第四章 甲烷水合物相平衡條件研究31-49
• 1 實驗體系樣品31
• 2 甲烷水合物相平衡條件31-48
• 2．1 理論基礎(chǔ)31-32
• 2．2 純水（或冰）狀態(tài)下甲烷水合物相平衡32
• 2．3 甲醇介質(zhì)下甲烷水合物相平衡條件32-34
• 2．4 鹽類介質(zhì)條件下甲烷水合物的相平衡條件34-45
• 2．4．1 鹽類物質(zhì)溶液中水的活度34-37
• 2．4．2 鹽類物質(zhì)溶液的陽離子半徑對甲烷水合物相平衡條件的影響37-40
• 2．4．3 鹽類物質(zhì)溶液的陰離子半徑對甲烷水合物相平衡條件的影響40-43
• 2．4．4 鹽類物質(zhì)溶液中電荷數(shù)對甲烷水合物相平衡條件的影響43-45
• 2．5 含醇類和鹽類介質(zhì)條件下甲烷水合物相平衡條件45-46
• 2．6 經(jīng)驗方程46-48
• 3 小結(jié)48-49
• 第五章 甲烷水合物的相平衡數(shù)學(xué)模型研究49-58
• 1 甲烷水合物熱力學(xué)數(shù)學(xué)模型及其優(yōu)劣性49-55
• 2 本實驗熱力學(xué)數(shù)學(xué)模型55-58
• 第六章 甲烷水合物動力學(xué)研究58-68
• 1 甲烷水合物生成動力學(xué)研究—理論分析58-59
• 2 甲烷水合物生成動力學(xué)實驗研究59-62
• 2．1 實驗裝置59-60
• 2．2 樣品60
• 2．3 實驗步驟60-61
• 2．4 實驗結(jié)果61-62
• 3 甲烷水合物拉曼光譜分析62-66
• 3．1 拉曼光譜分析原理62
• 3．2 Raman光譜的主要優(yōu)點62-63
• 3．3 測試條件63
• 3．4 測試結(jié)果與討論63-66
• 3．4．1 純水體系中甲烷水合物譜帶特征63-65
• 3．4．2 沉積物體系甲烷水合物譜帶特征65-66
• 4 小結(jié)66-68
• 第七章 甲烷水合物相平衡應(yīng)用及中國氣體水合物找礦前景68-75
• 1 甲烷水合物地質(zhì)賦存條件分析68-69
• 2 甲烷水合物資源評價及中國氣體水合物找礦前景69-75
• 結(jié)論與認識75-77
• 參考文獻77-84
• 致謝84-85
• 發(fā)表論文85

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