第1章引言1

1.1 氣體水合物研究歷史簡介1

1.2 氣體水合物研究的現(xiàn)實(shí)意義2

1.3 本書的基本內(nèi)容4



第2章氣體水合物的晶體結(jié)構(gòu)與基本性質(zhì)6

2.1 氣體水合物的晶體結(jié)構(gòu)6

2.1.1氫鍵6

2.1.2冰的晶格結(jié)構(gòu)7

2.1.3水合物的晶體結(jié)構(gòu)特征7

2.2 客體分子對晶體結(jié)構(gòu)的影響9

2.3 水合物結(jié)構(gòu)測定技術(shù)10

2.3.1Raman光譜法11

2.3.2NMR波譜法13

2.3.3X射線多晶衍射法14

2.4 水合物結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展18

2.4.1水合物結(jié)構(gòu)受壓力影響的相關(guān)研究19

2.4.2二元客體體系水合物結(jié)構(gòu)與組成的關(guān)系20

2.4.3分解過程中水合物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化23

2.4.4H2參與生成的水合物的結(jié)構(gòu)特征26

2.4.5H2氣體分子在水合物晶格的擴(kuò)散特征30

2.5 水合物的基本性質(zhì)32

參考文獻(xiàn)34



第3章氣體水合物相平衡熱力學(xué)37

3.1 經(jīng)典van der Waals-Platteeuw型水合物熱力學(xué)模型37

3.1.1van der Waals-Platteeuw模型(1959)38

3.1.2van der Waals-Platteeuw模型的改進(jìn)46

3.1.3小結(jié)50

3.2 Chen-Guo水合物模型50

3.2.1局部穩(wěn)定性和準(zhǔn)均勻占據(jù)理論50

3.2.2水合物生成過程的動力學(xué)機(jī)理53

3.2.3基本熱力學(xué)模型55

3.2.4多元?dú)怏w水合物生成條件的預(yù)測59

3.2.5H型水合物的熱力學(xué)模型62

3.2.6小結(jié)64

3.3 多元-多相復(fù)雜體系中水合物熱力學(xué)生成條件65

3.3.1不含抑制劑的體系65

3.3.2含極性抑制劑的體系67

3.3.3含電解質(zhì)(鹽)體系71

3.3.4計(jì)算結(jié)果72

3.3.5小結(jié)79

3.4 多孔介質(zhì)內(nèi)水合物熱力學(xué)生成條件80

3.4.1Clarke和Bishnoi模型80

3.4.2Klauda和Sandler模型82

3.4.3Chen和Guo模型84

3.4.4小結(jié)90

3.5 乳液體系水合物生成條件91

3.5.1亞穩(wěn)態(tài)邊界條件模型91

3.5.2計(jì)算結(jié)果與討論93

3.5.3小結(jié)94

3.6 含水合物相的多相平衡計(jì)算模型94

3.6.1氣-液-液-水合物四相閃蒸計(jì)算模型94

3.6.2氣-水合物兩相閃蒸計(jì)算模型105

3.6.3小結(jié)109

參考文獻(xiàn)109



第4章氣體水合物生成動力學(xué)114

4.1 水合物的成核動力學(xué)114

4.1.1成核概念114

4.1.2成核的微觀機(jī)理116

4.1.3成核過程推動力關(guān)聯(lián)式120

4.1.4成核誘導(dǎo)期測量與關(guān)聯(lián)121

4.1.5水合物成核動力學(xué)的發(fā)展方向126

4.2 水合物生長動力學(xué)126

4.2.1水合物晶體生長形態(tài)126

4.2.2宏觀生長動力學(xué)134

4.2.3界面水合物生長動力學(xué)148

4.2.4水合物生長動力學(xué)的懸浮氣泡研究法158

4.3 水合物生成過程強(qiáng)化方法171

4.3.1噴霧171

4.3.2鼓泡172

4.3.3表面活性劑174

參考文獻(xiàn)182



第5章氣體水合物分解動力學(xué)188

5.1 引言188

5.2 冰點(diǎn)以上水合物的分解動力學(xué)特征188

5.2.1加熱分解動力學(xué)188

5.2.2降壓分解動力學(xué)189

5.3 冰點(diǎn)以上水合物分解動力學(xué)機(jī)理及數(shù)學(xué)模型193

5.3.1分解機(jī)理193

5.3.2數(shù)學(xué)模型194

5.4 冰點(diǎn)以下水合物的分解動力學(xué)特征197

5.4.1純水體系中CH4水合物分解動力學(xué)特征197

5.4.2含SDS體系CH4水合物分解動力學(xué)特征199

5.4.3含活性炭體系中CH4水合物分解動力學(xué)特征200

5.4.4不同體系中CH4水合物分解動力學(xué)特征比較201

5.4.5乙烯水合物分解動力學(xué)特征203

5.4.6油水乳液體系CH4水合物分解動力學(xué)特征204

5.5 冰點(diǎn)以下水合物的分解機(jī)理及數(shù)學(xué)模型207

5.5.1水合物分解后的微觀結(jié)構(gòu)207

5.5.2分解機(jī)理208

5.5.3冰點(diǎn)以下水合物分解數(shù)學(xué)模型211

參考文獻(xiàn)217



第6章油/氣輸送管線水合物防控技術(shù)219

6.1 傳統(tǒng)熱力學(xué)抑制方法219

6.1.1脫水技術(shù)219

6.1.2管線加熱技術(shù)220

6.1.3降壓控制220

6.1.4添加熱力學(xué)抑制劑220

6.2 新型動力學(xué)控制方法220

6.2.1動力學(xué)抑制劑(KHI)221

6.2.2防聚劑(AA)227

6.3 作者實(shí)驗(yàn)室研究成果234

6.3.1KHI234

6.3.2AA237

6.4 現(xiàn)場油氣田應(yīng)用245

6.4.1KHI245

6.4.2AA247

參考文獻(xiàn)249



第7章水合物法儲運(yùn)氣體技術(shù)254

7.1 不同天然氣儲運(yùn)方式的對比254

7.1.1管道運(yùn)輸255

7.1.2LNG儲運(yùn)255

7.1.3CNG儲運(yùn)255

7.1.4ANG儲運(yùn)255

7.1.5NGH儲運(yùn)255

7.1.6其他儲運(yùn)技術(shù)256

7.2 NGH技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析256

7.3 NGH生成過程強(qiáng)化方法258

7.3.1靜態(tài)純水體系中水合物生成狀況259

7.3.2水合物生成過程的物理強(qiáng)化259

7.3.3水合物生成過程的物理化學(xué)強(qiáng)化261

7.4 NGH儲運(yùn)工藝270

7.4.1NGH生產(chǎn)工藝270

7.4.2水合物的儲存及運(yùn)輸工藝275

參考文獻(xiàn)277



第8章水合法分離氣體混合物技術(shù)281

8.1 水合分離氣體混合物技術(shù)研發(fā)進(jìn)展281

8.2 水合分離技術(shù)的潛在應(yīng)用領(lǐng)域282

8.3 水合分離氣體混合物的模擬研究283

8.3.1水合分離含氫氣體混合物283

8.3.2水合法分離C1、C2關(guān)鍵組分288

8.4 水合法分離氣體混合物的幾個典型概念流程298

8.4.1水合法分離高壓加氫裝置循環(huán)氫298

8.4.2水合法分離催化裂化干氣299

8.4.3水合分離方法與深冷分離流程耦合改造傳統(tǒng)乙烯分離流程301

8.5 吸收-水合耦合分離技術(shù)304

8.5.1吸收-水合耦合法分離原理305

8.5.2吸收-水合耦合法分離沼氣（CH4/CO2）305

8.5.3吸收-水合耦合法分離IGCC混合氣（CO2/H2）308

8.5.4吸收-水合耦合法分離裂解干氣（CH4/C2H4/N2/H2）315

8.6 水合分離技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用前景展望318

參考文獻(xiàn)318



第9章天然氣水合物資源分布322

9.1 天然氣水合物成藏模式322

9.1.1海洋水合物成藏模式322

9.1.2我國南海潛在水合物成藏模式326

9.2 全球天然氣水合物的儲量327

9.3 全球天然氣水合物資源的分布及其特征328

9.3.1天然氣水合物資源的分布地點(diǎn)329

9.3.2天然氣水合物的分布特征334

9.4 我國的水合物資源339

9.4.1海洋水合物資源339

9.4.2天然凍土帶水合物資源341

9.4.3我國的天然氣水合物遠(yuǎn)景資源評價342

9.5 小結(jié)343

參考文獻(xiàn)344



第10章天然氣水合物勘探技術(shù)353

10.1 天然氣水合物地球物理探測技術(shù)353

10.1.1地震反演技術(shù)353

10.1.2測井法355

10.2 地球化學(xué)探測技術(shù)360

10.2.1與天然氣水合物相關(guān)的氣體特征360

10.2.2天然氣水合物地層孔隙水的地球化學(xué)特征361

10.3 保真取芯技術(shù)363

參考文獻(xiàn)364



第11章天然氣水合物資源開發(fā)技術(shù)367

11.1 水合天然氣開采的基本方法和原理367

11.1.1降壓法367

11.1.2升溫法370

11.1.3注抑制劑法371

11.1.4注氣吹掃-置換法372

11.1.5組合開采法374

11.2 天然氣水合物開采的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法375

11.2.1天然氣水合物開采模擬裝置及實(shí)驗(yàn)研究376

11.2.2天然氣水合物數(shù)值模擬382

11.3 天然氣水合物開采的野外試開采進(jìn)展386

11.4 天然氣水合物商業(yè)化開采面臨的挑戰(zhàn)和對策387

參考文獻(xiàn)389



第12章氣體水合物和氣候環(huán)境395

12.1 天然氣水合物的穩(wěn)定性與分解396

12.2 天然氣水合物的環(huán)境效應(yīng)398

12.2.1天然氣水合物與全球氣候變化398

12.2.2天然氣水合物與海底地質(zhì)災(zāi)害401

12.2.3天然氣水合物與海洋生態(tài)環(huán)境402

12.3 水合物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用403

參考文獻(xiàn)404



附錄406

附錄1 氣體水合物生成條件數(shù)據(jù)集406

附錄1-Ⅰ單組分體系的水合物生成條件數(shù)據(jù)406

附錄1-Ⅱ混合體系水合物生成條件數(shù)據(jù)419

附錄1-Ⅲ水合物在抑制劑和促進(jìn)劑作用下的生成條件數(shù)據(jù)456

參考文獻(xiàn)490

附錄2 純水體系水合物生成條件計(jì)算程序492