氣體水合物科學與技術

內容概要

本書系統(tǒng)介紹了水合物的結構和基本物性、水合物相平衡熱力學及生成/分解動力學、油氣輸送管線水合物控制技術、水合物固態(tài)儲存和運輸天然氣技術、水合物法分離混合物技術、地層天然氣水合物的分布規(guī)律、天然氣水合物勘探開發(fā)方法、天然氣水合物和氣候環(huán)境間的關系等。本書在側重介紹作者所在課題組近年來取得的成果的同時，對國內外的進展也進行了較全面的介紹。    本書可以作為氣體水合物的入門書，也可以作為從事氣體水合物科學技術研究的科技人員的參考書。

書籍目錄

第1章  引言  1.1  氣體水合物研究歷史簡介  1.2  氣體水合物研究的現(xiàn)實意義第2章  氣體水合物的晶體結構與基本性質  2.1  氣體水合物的晶體結構    2.1.1  氫鍵    2.1.2  冰的品格結構    2.1.3  水合物的晶體結構特征  2.2  客體分子對晶體結構的影響  2.3  水合物結構測定技術    2.3.1  Raman光譜    2.3.2  NMR波譜法    2.3.3  X射線多晶衍射  2.4  水合物結構研究進展    2.4.1  水合物結構受壓力影響的相關研究    2.4.2  二元體系中水合物結構的研究  2.5  水合物的基本性質  參考文獻第3章  氣體水合物相平衡熱力學  3.1  經(jīng)典van der Waals-P1atteeuw型水合物熱力學模型    3.1.1  van der Waals-P1atteeuw模型（1959）    3.1.2  van der Waals-P1atteeuw模型的改進  3.2  Chen-Guo水合物模型    3.2.1  局部穩(wěn)定性和準均勻占據(jù)理論    3.2.2  水合物生成過程的動力學機理    3.2.3  基本熱力學模型    3.2.4  多元氣體水合物生成條件的預測    3.2.5  基礎水合物的特征化處理    3.2.6  H型水合物的熱力學模型  3.3  多元-多相復雜體系中水合物熱力學生成條件    3.3.1  不含抑制劑的體系    3.3.2  含極性抑制劑的體系    3.3.3  含電解質（鹽）體系    3.3.4  計算結果  3.4  多孔介質內水合物熱力學生成條件    3.4.1  C1arke和Bishnoi模型    3.4.2  Klauda和Sandler模型  3.5  含水合物多相平衡組成的模型預測    3.5.1  氣-液-液-水合物四相閃蒸計算模型    3.5.2  氣-水合物兩相閃蒸計算模型  參考文獻第4章  氣體水合物生成動力學  4.1  水合物的成核動力學    4.1.1  成核概念    4.1.2  成核的微觀機理    4.1.3  成核過程推動力關聯(lián)式    4.1.4  成核誘導期測量與關聯(lián)    4.1.5  水合物成核動力學的發(fā)展方向  4.2  水合物生長動力學    4.2.1  水合物晶體生長形態(tài)    4.2.2  宏觀生長動力學    4.2.3  界面水合物生長動力學    4.2.4  水合物生長動力學的懸浮氣泡研究法  4.3  水合物生成過程強化方法    4.3.1  噴霧    4.3.2  鼓泡    4.3.3  表面活性劑  參考文獻第5章  氣體水合物分解動力學  5.1  引言  5.2  冰點以上水合物的分解動力學特征    5.2.1  加熱分解動力學    5.2.2  降壓分解動力學特征  5.3  冰點以上水合物分解動力學機理及數(shù)學模型    5.3.1  分解機理    5.3.2  數(shù)學模型  5.4  冰點以下水合物的分解動力學特征    5.4.1  純水體系中CH4水合物分解動力學特征    5.4.2  含SDS體系CH4水合物分解動力學特征    5.4.3  含活性炭體系中甲烷水合物分解動力學特征    5.4.4  不同體系中CH4水合物分解動力學特征比較    5.4.5  乙烯水合物分解動力學特征  5.5  冰點以下水合物的分解機理及數(shù)學模型    5.5.1  水合物分解后的微觀結構    5.5.2  分解機理    5.5.3  冰點以下水合物分解數(shù)學模型  參考文獻第6章  油氣輸送管線水合物防控技術  6.1  傳統(tǒng)熱力學抑制方法    6.1.1  脫水技術    6.1.2  管線加熱技術    6.1.3  降壓控制    6.1.4  添加熱力學抑制劑  6.2  新型動力學控制方法    6.2.1  動力學抑制劑（KHI）    6.2.2  防聚劑（AA）  6.3  現(xiàn)場油氣田應用    6.3.1  KHI    6.3.2  AA  參考文獻第7章  水合物法儲運氣體技術  7.1  不同天然氣儲運方式的對比    7.1.1  管道運輸    7.1.2  LNG儲運    7.1.3  CNG儲運    7.1.4  ANG儲運    7.1.5  NGH儲運    7.1.6  其它儲運技術  7.2  NGH技術經(jīng)濟性分析  7.3  NGH生成過程強化方法    7.3.1  靜態(tài)純水體系中水合物生成狀況    7.3.2  水合物生成過程的機械強化    7.3.3  水合物生成過程的物理化學強化  7.4  NGH儲運工藝    7.4.1  NGH生產(chǎn)工藝    7.4.2  水合物的儲存及運輸工藝  參考文獻第8章  水合法分離氣體混合物技術  8.1  水合分離氣體混合物技術研發(fā)進展  8.2  水合分離技術的潛在應用領域  8.3  水合分離氣體混合物的模擬研究    8.3.1  水合分離含氫氣體混合物    8.3.2  水合法分離C1、C2關鍵組分  8.4  水合法分離氣體混合物的幾個典型概念流程    8.4.1  水合法分離高壓加氫裝置循環(huán)氫    8.4.2  水合法分離催化裂化干氣    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  8.5  水合分離技術的研發(fā)與應用前景展望  參考文獻第9章  天然氣水合物資源分布特征  9.1  天然氣水合物成藏模式    9.1.1  海洋水合物成藏模式    9.1.2  我國南海潛在水合物成藏模式  9.2  全球天然氣水合物的儲量  9.3  全球天然氣水合物資源的分布及其特征    9.3.1  天然氣水合物資源的分布地點    9.3.2  天然氣水合物的分布特征  9.4  我國的水合物資源    9.4.1  海洋水合物資源    9.4.2  天然凍土帶水合物資源  參考文獻第10章  天然氣水合物資源的勘探和開發(fā)技術  10.1  天然氣水合物地球物理探測技術    10.1.1  地震反演技術    10.1.2  測井法  10.2  地球化學探測技術    10.2.1  與天然氣水合物相關的氣體特征    10.2.2  天然氣水合物地層孔隙水的地球化學特征  10.3  保真取芯技術  10.4  天然氣水合物資源開發(fā)的機理和方法    10.4.1  熱激法    10.4.2  降壓法    10.4.3  注入抑制劑法    10.4.4  其它方法    10.4.5  天然氣水合物開采方案  參考文獻第11章  氣體水合物和氣候環(huán)境  11.1  天然氣水合物的穩(wěn)定性與分解  11.2  天然氣水合物的環(huán)境效應    11.2.1  天然氣水合物與全球氣候變化    11.2.2  天然氣水合物與海底地質災害    11.2.3  天然氣水合物與海洋生態(tài)環(huán)境  11.3  水合物技術應用于環(huán)境保護參考文獻附錄  附錄Ⅰ  單組分體系的水合物生成條件數(shù)據(jù)  附錄Ⅱ  混合體系水合物生成條件數(shù)據(jù)  附錄Ⅲ  水合物在抑制劑和促進劑作用下的生成條件數(shù)據(jù)參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　引言　　氣體水合物是水與甲烷、乙烷、C02及HeS等小分子氣體形成的非化學計量性籠狀晶體物質，故又稱籠型水合物（clathrate hydrate）。目前已發(fā)現(xiàn)的水合物晶體結構有3種，習慣上稱為Ⅰ型、Ⅱ型和H型結構。形成水合物的水分子被稱為主體，形成水合物的其它組分被稱為客體。主體水分子通過氫鍵相連形成一些多面體籠孔，尺寸合適的客體分子可填充在這些籠孔中，使其具有熱力學穩(wěn)定性。不同結構的水合物具有不同種類和配比的籠子?？盏乃衔锞Ц窬拖褚粋€高效的分子水平的氣體存儲器，每立方米水合物可儲存160～180m。天然氣。在自然界中，水合物大多存在于大陸永久凍土帶和深海中，其所包絡的氣體以甲烷為主，與天然氣組成非常相似，常稱為天然氣水合物?！　?.1　氣體水合物研究歷史簡介　　氣體水合物的研究歷史最早可追溯到1810年。Davy偶然發(fā)現(xiàn)氯氣可以使水在攝氏零度以上變成固體，這種固體就是氯氣水合物。但水合物的晶體結構直到20世紀50年代才得到確定。氣體水合物近200年的研究歷史中，一些具有里程碑意義的進展列于表1-1。氣體水合物的研究歷程大致可分為3個階段。第一階段（1810～1934年）為純粹的實驗室研究，在這一階段，科學家完全受一種好奇心的驅使，在實驗室確定哪些氣體可以和水一起形成水合物以及水合物的組成。第二階段為水合物研究快速發(fā)展階段（1934～1993年），研究目標主要是確定水合物的熱力學生成條件和抑制方法等，這一階段的主要特點是工業(yè)界的介入，水合物研究具有了應用目標——防治油氣輸送管線中的水合物堵塞。在這一階段，水合物研究獲得了很快的發(fā)展：兩種主要氣體水合物的晶體結構得到確定，基于統(tǒng)計熱力學的水合物熱力學模型誕生，熱力學抑制劑在油氣生產(chǎn)和運輸中得到廣泛應用，在陸地永久凍土帶和海底陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了大量的天然氣水合物資源。第三階段（1993年至今）以第一屆國際水合物會議為標志，為水合物研究全面發(fā)展和研究格局基本形成階段。

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