文档介绍：天然气水合物物化性质
在自然界发现的天然气水合物多呈白色、淡黄色、琥珀色、暗褐色亚等轴状、层状、小针状结晶体或分散状。它可存在于零下,又可存在于零上温度环境。从所取得的岩心样品来看,气水合物可以以多种方式存在:①占据大的岩石粒间孔隙;②以球粒状散布于细粒岩石中;③以固体形式填充在裂缝中;或者为④大块固态水合物伴随少量沉积物。
气水合物与冰、含气水合物层与冰层之间有明显的相似性:①相同的组合状态的变化——流体转化为固体;②均属放热过程,并产生很大的热效应——0℃,0~20℃~;③结冰或形成水合物时水体积均增大——前者增大9%,后者增大26%~32%;④水中溶有盐时,二者相平衡温度降低,只有淡水才能转化为冰或水合物;⑤冰与气水合物的密度都不大于水,含水合物层和冻结层密度都小于同类的水层;⑥含冰层与含水合物层的电导率都小于含水层;⑦含冰层和含水合物层弹性波的传播速度均大于含水层。
天然气水合物中,水分子(主体分子)形成一种空间点阵结构,气体分子(客体分子)则充填于点阵间的空穴中,气体和水之间没有化学计量关系。形成点阵的水分子之间靠较强的氢健结合,而气体分子和水分子之间的作用力为范德华力。
到目前为止,已经发现的天然气水合物结构有三种,即结构 I 型、结构 II 型(图1)和结构H型。结构 I 型气水合物为立方晶体结构,其在自然界分布最为广泛,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·;结构 II 型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;结构H型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-~(表1)。结构H型气水合物早期仅存在于实验室,1993年才在墨西哥湾大陆斜坡发现其天然产物。 II 型和H型水合物比 I 型水合物更稳定。除墨西哥外,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。
表1 墨西哥湾巴什山三种气水合物伴生气体及烃类组成(体积百分比)[2]
 
样品 C1 C2 C3 i-C4 n-C4 i-C5 n-C5
 
水合物(H)
排放气体 <
排放气体 <
水合物( I