石英砂體系中天然氣水合物的生成與分解特性研究.pdf

1、天然氣水合物是一種儲量巨大且分布廣泛的清潔能源，主要存在于海底和凍土地區(qū)的沉積物孔隙中。開采天然氣水合物資源有助于緩解我國天然氣資源短缺的現(xiàn)狀，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，也能緩解世界能源危機。目前尚無成熟的天然氣水合物開采技術，另外由于天然氣水合物實際開采準備時間長、投入高、風險大，因此目前世界各國積極開展天然氣水合物的模擬開采研究。實驗室模擬開采天然氣水合物的首要前提是制備水合物樣品，因此開展多孔介質(zhì)中天然氣水合物生成動力學特性研究，保證在較短時

2、間內(nèi)生成數(shù)量充足的水合物，是進行分解實驗的保障。目前天然氣水合物在多孔介質(zhì)中的動力學研究大多集中在多孔介質(zhì)類型、初始壓力、實驗溫度等因素對生成過程的影響，對生成實驗與分解實驗聯(lián)合分析較少，并且對生成與分解規(guī)律缺乏全面的認識。本文針對這一關鍵問題展開深入研究。
　　本文首先測定了甲烷在純水條件下生成水合物的相平衡條件以確定動力學實驗的溫度和壓力條件，其次在多孔介質(zhì)（石英砂）體系中進行了不同吸水飽和度、不同石英砂粒徑、不同進氣方式、不

3、同濃度十二烷基硫酸鈉（SDS）及不同床層高度條件下天然氣水合物的生成實驗，研究了這些因素變化對天然氣水合物的水合轉(zhuǎn)換率、氣體消耗量、生成速率的影響。然后，分別采用升溫法、降壓法、注熱法對天然氣水合物樣品進行分解研究，研究了不同開采方法下分解速率、產(chǎn)氣量的變化規(guī)律。最后，通過高壓可視顯微系統(tǒng)研究了天然氣水合物在石英砂-純水、石英砂-SDS溶液體系的生成與分解過程，從微觀層面對水合物生成與分解過程進行觀察與分析。主要獲得以下幾點結(jié)論：

4、>　?、僭谔烊粴馑衔锷蓪嶒炛?，石英砂低飽和度條件下的氣體消耗量以及水合物生成速率較高，從水合轉(zhuǎn)換率角度分析，70％飽和度為最優(yōu)飽和度；小粒徑石英砂（0.18 mm~0.25 mm）體系的氣體消耗量和水合物生成速率明顯高于大粒徑（0.3 mm~0.9 mm）體系；采用下進氣方式能夠快速提高水合物生成速率，縮短反應時間，但氣體消耗量與上進氣方式相差較?。惶砑覵DS可明顯縮短天然氣水合物生長時間；床層越高，氣體消耗量越低。
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5、天然氣水合物分解實驗中發(fā)現(xiàn)：升溫分解過程具有平臺期，分解開始時間基本一致，水合物分解開始點為相平衡點；定壓分解時，壓力越低，水合物分解的產(chǎn)氣量越大，且石英砂-SDS溶液體系的產(chǎn)氣量和水合物分解速率較高；進行注熱分解時，如果不及時將分解氣排出，會導致天然氣水合物的二次生成，且石英砂-SDS溶液體系的二次生成現(xiàn)象更為明顯，注熱后水合物含量反而增多。
　　③采用高壓可視顯微系統(tǒng)對天然氣水合物的生成與分解過程進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)在石英砂-