多孔介质中气体水合物的成核和相行为研究

As a new energy resource, natural gas (mainly CH4) hydrates are a geologically important class of materials, and are abundant in permafrost regions and marine sediment. For hydrates in nature, the hydrate formation zone is a zone of sedimentary rock or unconsolidated clay saturated with water and gas, in which the rocks and clays form porous media. Different from bulk systems, the presence of rock pores gives rise in the confinement and induces the sediment-hydrate interaction, and therefore, those effects may play important roles in the formation of hydrates and their phase behaviors. In this study, by using both molecular simulation and experimental studies, we try to understand the effects of the presence of porous media on the nucleation of gas hydrate and the phase behaviors of confined hydrate. This study would provide the potential mechanism for the formation of marine gas hydrate, and have the potential to provide guidelines for the exploration and exploitation of marine gas hydrate.

天然气水合物作为一种诱人的未来能源为许多国家政府所重视。其中水合物生成过程中的成核规律以及相行为是水合物研究领域的一个关键科学问题，也是该领域的研究热点之一。但目前水合物成核和相行为的研究主要集中在体相或气液界面中，而人们对海底沉积物和永久冻土层中水合物的形成机理和分布规律的理解仍然是模糊的。考虑到自然界中的水合物大多存在于海底沉积物和冻土层中，而海底沉积物和冻土层都属于孔隙介质体系。因此要认识自然界中的天然气水合物就必须研究多孔介质中水合物的生成机理和相行为。同体相不同，在多孔介质中水合物的生成和相行为受空间限制效应和界面效应的影响。本研究计划采用分子模拟和实验研究相结合的方法，从分子的层次深入研究水和客体分子在受限空间中的成核生长规律以及相行为,这对于了解地层中水合物的形成机理和分布规律具有重要意义，也将为海底沉积物和冻土层等空隙介质中的水合物的开采提供坚实的理论依据。

天然气水合物的储量非常丰富，是一种诱人的未来能源为许多国家政府所重视。水合物生成过程中的成核规律以及相行为是水合物研究领域的一个关键科学问题，但目前水合物成核和相行为的研究主要集中在体相或气液界面中，而人们对海底沉积物和永久冻土层中水合物的形成机理和分布规律的理解仍然是模糊的。考虑到自然界中的水合物大多存在于海底沉积物和冻土层中，而海底沉积物和冻土层都属于孔隙介质体系。因此要认识自然界中的天然气水合物就必须研究多孔介质中水合物的生成机理和相行为。本研究的主要采用分子模拟方法，从分子的层次深入研究水和客体分子在受限空间中的成核生长以及相行为,考查了限制空间的尺寸,固体表面性质,水合物的表面结构, 客体分子的性质等方面进行了研究。这有助于了解地层中水合物的形成机理和分布规律义，也将为海底沉积物和冻土层等空隙介质中的水合物的开采提供坚实的理论依据。