晶态和动态聚散过程中气体水合物热扩散特性和热扩散机理研究

Development and use of gas hydrate energy resources has become the world consensus. Thermal diffusivity of gas hydrate is one of key basic thermal property parameters in the gas hydrate production process. Gas hydrate thermal diffusivity data is still more dispersed, not systemic. Gas hydrate thermal diffusion law is not yet complete theoretical description. It is urgent to in-depth study. This program will test the thermal diffusivity of clathrate hydrate on crystalline state and during dynamic process to get thermal diffusion characteristics at multiple factors including cavity ratio, temperature, pressure, etc. and to explore clathrate hydrate macro dominated rule of the thermal diffusivity. Morphology and distribution characteristics of guest molecules Raman spectroscopy in the cage will be analyzed to obtain the microscopic significance of control and influence of guest molecule type, quantity, type of crystal structure, etc. on clathrate hydrate thermal diffusion. Thermal diffusivity and thermal diffusion dynamic process will be simulated by molecular dynamic to explore clathrate hydrates thermal diffusion properties of the temperature and pressure dependence and crystal structure correlation relationship and heat move mechanism of clathrate hydrate. The programe aims to reveal the clathrate hydrates thermal diffusion law and improve clathrate hydrate thermal diffusion theory.

天然气水合物能源资源的开发和利用已成为世界各国共识，热扩散率是天然气水合物资源开采关键性基础热物性之一，而迄今为止，天然气水合物热扩散率数据还较分散、不系统，天然气水合物的热扩散支配规律还没有完整的理论描述，亟待深入研究。本项目通过测试气体水合物热扩散率，考察晶态和动态聚散过程中气体水合物在含气率、温度、压力等多因素作用下的热扩散特性，探求气体水合物宏观热扩散支配规律。利用拉曼光谱仪测试晶态和动态聚散过程中气体水合物客体分子在笼中的形态和分布特性，研究客体分子种类、数量、晶体结构类型等对气体水合物热扩散控制和影响的微观意义。采用分子动力学模拟计算气体水合物热扩散率和动态聚散热扩散过程，从分子水平探求气体水合物热扩散率的温度压力依赖关系和晶体结构相关关系等热扩散特性和气体水合物热前迁机理。本项目旨在揭示气体水合物热扩散规律，完善气体水合物热扩散理论。

天然气水合物能源资源的开发和利用已成为世界各国共识，热扩散率是天然气水合物资源开采关键性基础热物性之一，而迄今为止，天然气水合物热扩散率数据还较分散、不系统，天然气水合物的热扩散支配规律还没有完整的理论描述，亟待深入研究。通过本项目的研究，获得晶态和动态聚散过程中气体水合物宏观热扩散特性和热扩散支配规律、气体水合物微观热扩散特性和热扩散机理以及气体水合物热扩散的分子机理。本项目采用瞬变平面热源法测试纯二氧化碳水合物热扩散率，获得了宏观体系纯水合物晶态和自保护效应过程中热扩散特性。采用瞬变平面热源法测试了含水合物岩石的热扩散系数，考察宏观体系晶态水合物在多孔介质中的热扩散规律，发现赋存状态和岩石的本身材料特性决定了含水合物的岩石热扩散特。采用分子动力学模拟甲烷水合物在1atm下227K分解过程，考察纳米尺度水合物分解过程热扩散特性，模拟结果发现分解的水合物经历水合物-过冷水-高密度无定形冰的演变过程，分解受传质过程控制，而不是传热过程。通过红外光谱仪、拉曼光谱仪、XRD仪等研究纳米孔隙甲烷水合物的分解过程，考察受限空间气体水合物动态聚散过程热扩散特征，发现在微观尺度上，在动态聚散过程中气体水合物的热扩散过程具有晶面的差异性，即方向性。本项目的研究结果揭示了气体水合物热扩散规律，完善气体水合物热扩散理论。研究结果最终为我国天然气水合物的勘探开发提供基础数据和理论支持，完成了预期目标。本项目共发表论文10篇，其中SCI论文6篇；申请发明专利1项；培养博士研究生2名。