天然气水合物
天然气水合物研究与开发
天然气水合物研究与开发天然气水合物是一种新型的燃料资源，其储量相当丰富，可成为未来能源转型的重要后备力量。
目前，天然气水合物研究与开发已经成为全球能源科技的热点。
一、什么是天然气水合物天然气水合物，是一种以天然气和水形式结合的化合物，也称为天然气冰或脆冰。
它的分子结构是由天然气分子和水分子构成的六边形晶格结构，其中天然气占70%左右，水分子占30%左右。
由于这种化合物在常温常压下呈脆性，有如冰块，因此被称为水合物。
天然气水合物分布广泛，主要分布在浅海和大陆架上，特别是北极地区、南海和日本海等开垦较少的区域。
据估算，全球天然气水合物储量超过14万亿立方米，其中中国的海域储量最高，达3400亿立方米以上，是世界最大的天然气水合物资源国家。
二、天然气水合物研究与开发现状天然气水合物研究和开发虽然起步较晚，但近年来取得了密集的进展。
目前，全球主要的天然气水合物开发国家包括日本、美国、加拿大、印度、中国等。
在日本，多家大型能源公司已经积极投资天然气水合物的开发研究。
日本已经建立了一系列天然气水合物研究机构，主要研究领域包括天然气水合物开采、运输、存储等方面。
美国和加拿大也在积极开展天然气水合物研究工作，主要集中在研究天然气水合物的资源量和开采技术等。
美国已经成立了多个天然气水合物研究中心和联合实验室，而加拿大则在开采海域天然气水合物方面颇具优势。
在印度，天然气水合物研究和开发也备受重视。
印度天然气公司和国家天然气水合物公司联合投资，开展天然气水合物研究和开采工作。
中国也将天然气水合物作为战略能源资源来进行研究开发。
自2013年以来，中国天然气水合物开发基地建设进展迅速，中国海油、中海油、中化集团等多家国内大型能源公司也进行了天然气水合物研究和开发工作。
三、天然气水合物的优缺点与传统燃料相比，天然气水合物具有许多优点。
首先，天然气水合物储量丰富，可作为未来的主要能源资源；其次，天然气水合物燃烧释放出的二氧化碳排放量较低，不会对环境造成较大污染；最后，天然气水合物与液化天然气相比，其产生的碳排放量更少，能源利用效率更高。
天然气管线去除水合物的方法
天然气管线去除水合物的方法摘要：一、引言二、天然气管线水合物的危害三、天然气管线去除水合物的方法1.加热法2.降压法3.添加抑制剂法4.气体输送法四、方法比较与选择五、结论正文：一、引言在我国天然气输送过程中，水合物问题一直是一个亟待解决的难题。
水合物是一种在天然气中结晶形成的固态物质，其主要成分为甲烷和水。
水合物的存在会对天然气管线造成诸多危害，如堵塞管道、降低输送效率、增加设备损耗等。
因此，研究天然气管线去除水合物的方法具有重要意义。
二、天然气管线水合物的危害天然气管线中的水合物会随着天然气流动而不断沉积，导致管道内径减小，最终造成管道堵塞。
此外，水合物在形成和分解过程中，会对管道内壁产生高压磨擦，加速管道磨损。
同时，水合物的存在还可能导致管道内的腐蚀，增加管线安全隐患。
三、天然气管线去除水合物的方法1.加热法：通过提高天然气温度，使水合物分解为气体和水。
这种方法适用于温度较低的天然气，但需要较大的能耗和设备投入。
2.降压法：在管线输送过程中，降低气体压力，使水合物分解。
此方法适用于压力较高的天然气，但可能影响输送效率。
3.添加抑制剂法：向天然气中添加特定化学物质，抑制水合物的形成和生长。
这种方法适用于各种天然气，但需要合理选择抑制剂类型和添加量。
4.气体输送法：通过增加天然气流量，促使水合物向管道外排出。
这种方法适用于管线输送条件较好的场合。
四、方法比较与选择在实际应用中，应根据天然气成分、输送条件、设备投入和运行成本等因素，综合比较各种方法的优缺点，选择适合的去除水合物方法。
一般来说，加热法和添加抑制剂法较为成熟且效果显著，适用于大部分天然气管线。
而降压法和气体输送法在特定条件下也可作为一种补充方法。
五、结论天然气管线水合物问题对天然气输送造成诸多不利影响，采用合适的去除方法至关重要。
通过对各种方法的探讨和比较，可以为天然气行业提供有益的参考。
可燃冰的组成成分
可燃冰的组成成分可燃冰，又称为天然气水合物，是一种富含甲烷的冰状物质，主要由水和甲烷组成。
它是一种在极寒海底沉积物中形成的天然矿物资源，被认为是未来能源的重要替代品。
本文将从可燃冰的组成成分出发，介绍可燃冰的形成、特性以及潜在的应用前景。
一、水水是可燃冰的主要组成成分，它占据了可燃冰的大部分体积。
在可燃冰中，水以冰的形式存在，将甲烷分子包裹在其中。
这种冰状结构使得可燃冰在常温下保持稳定，但在加热或释放压力的情况下，可燃冰会发生相变，释放出其中的甲烷气体。
二、甲烷甲烷是可燃冰的另一个重要组成成分，它是一种无色、无味的天然气体。
甲烷是一种碳氢化合物，由一个碳原子和四个氢原子组成。
在可燃冰中，甲烷以分子的形式存在，与水分子形成稳定的结构。
可燃冰的形成过程是一个相对复杂的过程。
它通常在海洋沉积物中形成，需要同时满足一定的温度和压力条件。
在极寒的海底环境中，水分子会逐渐与甲烷分子结合，形成冰状结构，即可燃冰。
这种结合是通过水分子中的氢键与甲烷分子的碳原子之间的相互作用实现的。
可燃冰的特性使其具有广泛的应用前景。
首先，可燃冰是一种潜在的能源资源。
据估计，全球可燃冰资源量巨大，远远超过传统石油和天然气资源。
利用可燃冰作为能源可以减少对传统化石燃料的依赖，同时也有助于减少温室气体的排放。
然而，可燃冰的开采和利用仍面临技术和环境等方面的挑战。
可燃冰还具有重要的地质和环境意义。
可燃冰的形成与气候变化、地质构造等因素密切相关。
通过研究可燃冰的分布和特性，可以深入了解地球的演化历史和环境变化。
此外，可燃冰的存在也对海底沉积物的稳定性和地震活动等有一定影响，因此需要进行相关研究和监测。
可燃冰还具有潜在的商业价值。
除了能源利用外，可燃冰中的甲烷还可以作为化工原料和燃料供应。
甲烷是一种重要的化工原料，被广泛应用于合成氨、合成甲醇等化工过程中。
此外，甲烷也可以作为燃料供应给交通工具和发电设施，减少对传统石油和天然气的需求。
可燃冰的组成成分主要包括水和甲烷。
天然气水合物的危害与防止
天然气水合物的危害与防止天然气水合物（又称冰火）是一种在高压和低温条件下形成的物质，由水和天然气分子相结合而成。
它主要存在于深海沉积物中，是一种潜在的能源资源。
然而，天然气水合物也具有一定的危害，并需要采取适当的措施进行防止和控制。
以下是有关天然气水合物的危害和防止方法的详细说明。
一、天然气水合物的危害1. 环境污染：天然气水合物的开采和开发过程中，会产生大量的废水和废气。
废水中含有一定浓度的盐和重金属等有毒物质，如果未经处理直接排放到环境中，将会对水体和生态系统造成严重污染。
废气中含有甲烷等温室气体，其对全球气候变化的影响也不可忽视。
2. 地质灾害：天然气水合物属于一种稳定的结构，在地质条件发生改变时，有可能导致其解聚释放出大量的天然气。
这些气体若在地下形成较大规模的气囊，有可能引发火灾、爆炸等地质灾害，对周围环境和人类的安全造成威胁。
3. 海洋生态系统破坏：天然气水合物存在于深海沉积物中，开采和开发这些水合物往往需要使用大量的设备和工具，这些设备在操作过程中可能会对海洋生态系统造成破坏。
例如，底部拖缆或钻浆泄漏可能导致海洋底栖生物死亡，捕捞设备的使用可能破坏底栖生物的生活环境。
4. 社会经济影响：天然气水合物是一种潜在的能源资源，如果能够成功开发和利用，将会对经济产生重大的影响。
然而，由于水合物开发技术的复杂性和风险性，开发难度较大，并且需要大量的资金投入。
一旦投资失败，将会对相关企业和国家的财务状况产生负面影响。
二、天然气水合物的防止1. 加强监管和管理：针对天然气水合物开采和开发活动，应加强监管和管理。
完善相关法律法规，建立健全的监测和检测机制，确保开发活动符合环境保护和安全标准。
对违规行为严肃追责，提高违法成本，减少不合规行为的发生。
2. 发展环保技术：开发天然气水合物的过程中，应加强环境保护技术研究和应用。
例如，开展废水处理和废气排放控制技术研发，提高处理效率和降低对环境的影响。
同时，应大力发展清洁能源技术，减少对水合物的依赖，推动可再生能源的发展。
天然气水合物的发现史天然气使用安全常识
天然气水合物的发现史天然气使用安全常识天然气水合物（Natural Gas Hydrates，NGHs）是一种由天然气分子和水分子形成的晶体化合物。
它们在高压和低温的条件下形成，并存在于陆地和海洋沉积物中。
天然气水合物被认为是一种巨大的能源资源，可能比煤炭、石油和天然气等传统化石燃料资源更为丰富。
以下是天然气水合物的发现史以及天然气的使用安全常识：一、天然气水合物的发现史：1.初次发现：最早对天然气水合物的描述发生在18世纪末和19世纪初，当时，北美被描述为“冷气固化物”，但直到20世纪60年代，人们才首次证实了其存在。
2.挖掘天然气水合物：人们于1969年在墨西哥湾发现了深水天然气水合物，但直到2002年，日本才首次成功挖掘和提取天然气水合物。
3.进一步证实：从1990年代开始，国际上的科学家们陆续在世界各地的海洋沉积物和深地层沉积物中发现了更多的天然气水合物。
二、天然气的使用安全常识：1.天然气泄漏的风险：天然气的主要成分是甲烷（CH4），它具有易燃性和无色、无味的特点。
天然气泄漏可能导致爆炸和火灾的风险，因此天然气使用过程中需要注意安全。
2.检查和维护：定期检查和维护燃气设备和管道，确保其安全运行。
如果发现泄漏，应立即通知相关部门进行修复。
3.安全燃烧：使用天然气的燃气炉、燃气灶等燃气设备时，应确保良好的通风环境，避免一氧化碳中毒等危险情况发生。
4.防止火灾：禁止在天然气灶或炉子附近使用易燃物品，如喷雾瓶等。
并确保使用天然气设备时无明火，并随时保持家庭灭火器的可用性。
5.预防意外：在使用天然气时，应注意避免刺激性和腐蚀性物质的接触，以免损坏管道或设备。
6.紧急情况应对：如发生天然气泄漏或其他紧急情况，应迅速采取以下措施：不使用明火，关闭天然气阀门，立即离开并通知有关部门。
综上所述，天然气水合物作为一种巨大的能源资源，在不断的发现和研究中逐渐为能源开发者所关注。
然而，天然气的使用也需要严格遵守安全常识，以确保使用过程的安全性和可靠性。
天然气水合物
天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。
因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。
它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物（碳的电负性较大，在高压下能吸引与之相近的氢原子形成氢键，构成笼状结构）。
它可用mCH4·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（Methane Hydrate）。
到目前为止，已经发现的天然气水合物结构类型有三种，即I型结构、II型结构和H型结构。
I型结构气水合物为立方晶体结构，其在自然界分布最为广泛，其仅能容纳甲烷（C1）、乙烷这两种小分子的烃以及N2、CO2、H2S等非烃分子，这种水合物中甲烷普遍存在的形式是构成CH4·5.75H2O的几何格架。
II型结构气水合物为菱型晶体结构，除包容C1、C2等小分子外，较大的“笼子”（水合物晶体中水分子间的空穴）还可容纳丙烷（C3）及异丁烷（i-C4）等烃类。
H型结构气水合物为六方晶体结构，其大的“笼子”甚止可以容纳直径超过异丁烷（i-C4）的分子，如i-C5和其他直径在7.5～8.6A之间的分子（表2）。
H型结构气水合物早期仅见于实验室，1993年才在墨西哥湾大陆斜坡发现其天然形态。
II型和H 型水合物比I型水合物更稳定。
除墨西哥湾外，在格林大峡谷地区也发现了I、II、H型三种气水合物共存的现象。
天然气水合物
4、2023年中国地质调查局同意了“天然气水合 物取样技术方案研究”旳课题—中国地质大学（武 汉）；
5、2023年国土资源部对天然气水合物旳保压取 样器立项研究—中国地质科学院勘探技术研究所；
6、2023年国家准备开启专题基金，3千万元人 民币。
估计在2023年进行开采。
引起这场火灾旳，原来是一种叫做水化甲烷旳
天然气水合物。
-> 可燃冰 !!
何为“天然气水合物” ？
¡ 天然气水合物，也称气体水合物，是由天然气与水分 子在高压（>100大气压或>10MPa）和低温（0～ 10℃）条件下合成旳一种固态结晶物质。因天然气中 80%～90%旳成份是甲烷，故也有人叫天然气水合 物为甲烷水合物。天然气水合物多呈白色或浅灰色晶 体，外貌类似冰雪，能够象酒精块一样被点燃，故也 有人叫它“可燃冰”。
Hale Waihona Puke 如美国和日本旳近海海域，加勒比海沿岸及我国
南海和东海海底都有储备，估计我国黄海海域和青藏 高原旳冻土带也有储备。
估计全世界甲烷水合物旳储量达 1.87×1017m3（按甲烷计），是目前煤、石油和 天然气储量旳二倍，其中，海底旳甲烷水合物储量占 99％。
天然气水合物—将来旳替代能源
★估计全球储量：
海域：1610千亿吨(数百年)； 冻土地域： 5.3千亿吨。
（3）在里海和巴拿马北部近海还发觉水合物分解产生旳海 底泥火山。
（4）全球冻土层退化（如我国旳青藏高原冻土层），存在 天然气水合物大量释放旳危险。
（5）在高纬度永冻土带及极地地域，油井、油气管道等生 产设施中水合物旳形成会造成管路堵塞，而产生事故或灾害 。
气候
CH4旳温室效应比C02要大21倍。在自然界，压 力和温度旳微小变化都会引起天然气水合物分解，并 向大气中释放甲烷气体。
天然气水合物结构类型
天然气水合物结构类型天然气水合物（Gas Hydrate）是一种特殊的结晶化合物，由水分子和气体分子形成的固态晶体结构。
其中，水分子以六边形的结构排列，气体分子则嵌入在水分子的六边形晶格当中。
天然气水合物的稳定性取决于温度和压力，一般需要在高压低温的条件下形成。
天然气水合物广泛存在于海洋和陆地的冷寒地区，是重要的能源资源和环境地质问题。
根据水合物结构中气体分子的类型和排列方式，天然气水合物可分为多种结构类型。
下面将介绍几种常见的天然气水合物结构类型。
1. I型水合物（Structure I）I型水合物是最常见的天然气水合物结构类型，其中气体分子以单个分子的形式嵌入在水分子的六边形晶格当中。
这种结构类型适用于大部分低碳烷烃类气体，如甲烷、乙烷等。
I型水合物在低温高压条件下稳定，常存在于海洋沉积物中。
2. II型水合物（Structure II）II型水合物是由二氧化碳分子和水分子形成的结构类型。
在这种结构中，CO2分子以线性链的形式嵌入在水分子的六边形晶格当中。
II型水合物的稳定性较低，需要较高的压力和低温才能形成。
这种结构类型常见于深海寒冷地区。
3. H型水合物（Structure H）H型水合物是由大型气体分子（如烷烃类）形成的结构类型。
在这种结构中，气体分子以大团簇的形式嵌入在水分子的六边形晶格当中。
H型水合物的稳定性较低，需要更高的压力和较低的温度才能形成。
这种结构类型常见于陆地冷寒地区。
4. S型水合物（Structure S）S型水合物是由硫化氢分子和水分子形成的结构类型。
在这种结构中，H2S分子以线性链的形式嵌入在水分子的六边形晶格当中。
S 型水合物的稳定性较低，需要更高的压力和较低的温度才能形成。
这种结构类型常见于海洋沉积物中。
5. Clathrate水合物Clathrate水合物是由较大的气体分子形成的结构类型，气体分子以笼状结构嵌入在水分子的六边形晶格当中。
Clathrate水合物可以包括多种气体分子，如甲烷、乙烷、氮气等。
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科学视野 天然气水合物——一种潜在的能源
科学视野：天然气水合物—一种潜在的能源
许多气体可以与水形成水合物晶体。最早发 现这类水合物晶体的是19世纪初的英国化学家 戴维，他发现氯可形成化学式为Cl2· 8H20的水 合物晶体。20世纪末，科学家发现海底存在大 量天然气水合物晶体。这种晶体的主要气体成 分是甲烷， 因而又称甲烷水合物。它的外形 像冰，而且在常温常压下会迅速分解释放出可 燃的甲烷，因而又称“可燃冰”………
H2SO4 (s) 溶于水或熔融时导电情况如何？
溶于水后能导电；熔融则不能导电。
一、分子晶体
1.定义： 只含分子的晶体称为分子晶体。 2.构成微粒： 分子
3.晶体中的作用力
分子内：共价键
分子间作用力（范德华力、氢键） 分子间：
4.分子晶体物理性质的共性： 熔点低、易升华、硬度小 导电性: 通常，分子晶体本身不导电，熔融 状态也不能导电。
构成微粒间作用： 分子间作用力（范德华力、 氢键）
一、分子晶体
1.定义： 只含分子的晶体称为分子晶体。 决定分子晶体的稳定性 2.构成微粒： 分子 3.晶体中的作用力 决定分子晶体的熔、沸点
分子内：共价键
分子间作用力（范德华力、氢键） 分子间： 4.分子晶体物理性质的共性： 熔点低、易升华、硬度小
分子间作用力 气化或熔化时破坏的作用力：
特别提醒：分子晶体熔化时一定会破坏范德华
力，有一些晶体还破坏氢键，如的熔化。还
有少数晶体会破坏共价键，如S8晶体熔化时，
除破坏范德华力外，S8分子也会分解，破坏共
价键。
是电解质的分子晶体溶于水时，通常破坏 的作用力是 共价键和分子间作用力 破坏的作用力是分子间作用力 。 ，
4.支持固态氨是分子晶体的事实是( A.氮原子不能形成阳离子 B.铵离子不能单独存在 C.常温下，氨是气态物质 D.氨极易溶于水
C )
5.下列性质适合于分子晶体的是 ( BC ) A.熔点1 070℃，易溶于水，水溶液导电 B.熔点10.31 ℃，液态不导电、水溶液能导电 C.能溶于CS2、熔点112.8 ℃，沸点444.6℃ D.熔点97.81℃，质软、导电、密度0.97 g／cm3
分子的非密堆积
氢键具有方向性
冰中１个水分子周围有４个水分子
冰的结构
4.分子晶体的结构特征
（1）密堆积 只有范德华力，无分子间氢键——分子 密堆积。这类晶体每个分子周围一般有12个 紧邻的分子，如：C60、干冰 、I2、O2。 （2）非密堆积
有分子间氢键——氢键具有方向性,使晶体 中的空间利率不高,留有相当大的空隙.这种晶 体不具有分子密堆积特征。如：HF 、NH3、冰（ 每个水分子周围只有4个紧邻的水分子）。
大多数分子晶体的结构特点： 分子的密堆积
氧（O2）的晶体结构
碳60的晶胞
（与每个分子距离最近的相同分子共有12个 ）
分子的密堆积
（与CO2分子距离最近的 CO2分子共有12个 ）
干冰的晶体结构图
干冰晶体结构分析图
CO2 分子
中心
干冰晶体结构分析图
CO2 分子
用均摊法计算每个晶胞中平均拥有CO2分子的个数 1 1 为：8× ＋6× ＝4(个)。 8 6 44 4× 23g 6.02×10 29.2×10－23g 根据密度定义： －8 －23 3＝ 3＝ 5.72×10 cm 18.7×10 cm 1.56g/cm3
思考与交流: 1.“所有分子内都有共价键”，这个说法对否？ 不对。比如稀有气体就是单原子分子。 矛 2. HCl HBr HI 盾 气态氢化物稳定性：递减 吗 决定因素：共价键键能 ？ 递增 沸点：
决定因素：分子间作用力
3.H2SO4 (s) 溶于水或熔融时分别破坏什么作用？
溶于水破坏的是化学键；熔融则破坏分子间作用力。
小节:
晶体类型 构成晶体的 结 粒子 构 粒子间的相 互作用力 硬度 性 熔沸点 质 导电性 溶解性 分子晶体 分子
分子间作用力
小 较低 固态熔融状态不导电 相似相溶
1.HgCl2的稀溶液可作手术刀的消毒剂，已知其熔点
是227℃，熔融状态的HgCl2不能导电，HgCl2的稀溶液
有弱的导电能力，由下列关于HgCl2(s)的叙述中正确的 是（
B）
②属于离子化合物； ④属于弱电解质。 C．②③ D．②④
①属于分子晶体； ③属于非电解质； A．①③ B．①④
2．共价键、离子键和范德华力是构成物 质粒子间的不同作用方式，下列物质中， 只含有上述一种作用的是 ( B ) A.干冰 B.氯化钠 C.氢氧化钠 D.碘
2.下列有关分子晶体熔点的高低叙述中， 正确的是（ B ）。 A.Cl2>I2 B.SiCl4>CCl4 C.NH3<PH3 D.C(CH3)4>CH3(CH2)2CH3
(1)所有非金属氢化物： H2O,H2S,NH3,CH4,HX (2)部分非金属单质: X2, O2, H2, S , P, C60
例外：金刚石、晶体硅等 (3)部分非金属氧化物: 例外：二氧化硅等 (4)几乎所有的酸： H2SO4,HNO3,H3PO4 CO2, SO2, NO2, P4O6,
(5)大多数有机物的晶体： 乙醇，冰醋酸，蔗糖
第三章 晶体结构与性质
第二节 分子晶体与原子晶体 (第1课时)
2017年3月
2012.11.25
思考：通常加热冰、碘、NaCl 会有何现象？ 熔化 共性：熔、沸点低 写出它们的电子式，指出其构成微粒类别、 构成微粒间作用。
升华
无明显现象
思考：常规加热冰、碘、NaCl 会有何现象？ 熔化
共性： 熔、沸点低 构成微粒：分子 升华 无明显现象
是非电解质的分子晶体溶于水时，通常
小结: 物理共性：
(1)熔点、沸点较低，易升华（多数分子晶体 在常温时为气态或液态） ； (2)较小的硬度； (3)一般都是绝缘体，熔融状态也不导电；但电 解质溶于水形成的溶液能导电。 (4)溶解性遵循“相似相溶”原理。
原因：分子间作用力较弱
5.典型的分子晶体