天然气水合物水体组分和气体组分分析方法研究及应用

摘要

天然气水合物作为目前最炙手可热的清洁能源之一，它对资源分配以及经济发展具有非常重要的作用。本论文建立了对天然气水合物中水体组分的分析方法和对其气体分子的分析方法，同时通过对天然气水合物的合成进行模拟实验研究，并将该方法应用到水合物样品的测试，对其合成及分解过程中的气体组分和水体组分变化进行研究，主要研究内容如下：　　(1)对溶液中主要离子(包括Cl-、Br-、I-、Na+、K+、Ca2+等)的测定条件进行分析，包括离子调节剂、pH适用范围、搅拌速度、响应时间等，通过各离子进行标准线性关系实验、灵敏度实验以及精密度和准确度实验进行评价。得各离子标准曲线相关系数(R2)基本在0.9964~1之间，各离子电位与其浓度的对数的线性关系均良好；检出限满足操作说明的要求，灵敏度较高；各离子的相对标准偏差在0.37%~1.268%之间，优化条件下测试结果良好。　　(2)对离子间相互干扰分析研究，卤族元素离子间相互干扰性较强，氧化性强的离子相对于氧化性较弱的离子，测定结果使得氧化性较弱的离子的线性范围发生变化，并且二者之间浓度的差级越大，使得测量结果越偏离标准线性曲线；而氧化性较弱的离子相对于氧化性较强的离子，电极膜表面会发生一定的化学反应，使得氧化性高的离子电极发生中毒现象。二者实验均可以通过回归实验得出在干扰离子下的回归方程，并且相关系数均挺好。　　(3)通过一次进样方式，利用氢火焰离子检测器和热导检测器并联的气相色谱分析方法可以同时测定天然气水合物中CH4、C2H6、C3H8、C4H10、C5H12等烃类气体和CO2、O2等多种常规气体组分的含量。对色谱柱及柱箱温度、柱流速、进样口温度、检测器温度以及尾吹气与参考气流量条件优化。对标准气保留时间实验、校正曲线实验、精密度和准确度实验进行评价，其相关系数(R2)基本在0.9972~1之间，说明各气体组分浓度与其相对应的峰面积具有良好的线性关系。相对标准偏差在0.5%~3%以内，能较好地完成天然气中各组分的测定要求。　　(4)模拟研究了水合物在冰砂环境下的合成及分解过程，同时对天然气水合物合成及分解过程中的多元气体组分及溶液中离子浓度的变化情况进行分析，得出结论：水合物在形成过程中会产生排盐效应，未参与水合物合成的残余溶液中的主要离子如Na+、K+、Ca2+、Cl-、SO42-离子浓度明显增大，水合物在合成过程中吸收了溶液中的纯水，使得周围的离子浓度变高。而主要的烃类气体组分在水合物合成过程发生了分异，并且未参与水合物合成的残余游离气及水合物分解气的各组分发生的分异程度不同，甲烷含量在游离气中明显增大，在分解气中明显减小；而乙烷、丙烷、丁烷组分含量在残余游离气中明显减小，在分解气中明显增大。该结论可以为“天然气水合物存在的地层周围孔隙水中的离子浓度出现异常”这一现象提供很好的证明，同时气体组分的分异作用为气体来源的判断提供了方法。

目录

声明

1 绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2 天然气水合物概述

1.3 天然气水合物孔隙水地球化学研究现状

1.4 孔隙水阴阳离子分析方法研究现状

1.4.1 阴阳离子测试方法

1.4.2 离子选择电极测试技术

1.5 天然气水合物气体组分分析测试方法研究现状

1.5.1 水合物分析方法

1.5.2 气相色谱仪分析技术

1.6 天然气水合物合成模拟实验研究现状

1.6.1 模拟实验装置

1.6.2 水合物合成过程中离子浓度异常及气体组分异常研究

1.7研究内容

2 离子选择电极对于离子浓度的分析研究

2.1.1 离子选择电极简介

2.1.2 离子选择电极基本结构及原理

2.2.1 仪器与试剂

2.2.2 试剂的配制

2.3.1 样品的收集和保存

2.3.2 电极电位的测量

2.3.3 样品的测量

2.3.4 仪器操作注意事项

2.4.1 离子强度调节液（ISA）的选择

2.4.2 溶液pH值的选择

2.4.3 测量温度的选择

2.4.4 搅拌速度的选择

2.4.5 响应时间的选择

2.5.1 标准线性关系实验

2.5.2 灵敏度实验

2.5.3 精密度和准确性实验

2.5.4 干扰实验分析

2.6离子选择电极与离子色谱法的对比

2.6.1 溶液的配制

2.6.2 离子色谱法对比测定

2.6.3 数据结果对比分析

2.7 小结

3 天然气水合物气体组分分析研究

3.1 方法原理简介

3.2 实验仪器与试剂

3.3 条件优化

3.3.1 色谱柱及柱箱温度的选择

3.3.2 柱流速的选择

3.3.3 进样口的温度的选择

3.3.4 检测器的温度及尾吹气流量的选择

3.3.5 尾吹气与参考气流量的选择

3.4.1 标准气保留时间实验

3.4.2 校正曲线实验

3.4.3 精密度和准确性实验

3.4.4 气体收集装置的选择

3.5 小结

4 天然气水合物合成模拟实验研究

4.1 天然气水合物模拟实验装置

4.2 实验方法及步骤

4.3 结果分析

4.3.1 水合物合成过程温度-压力变化关系

4.3.2 水合物形成-分解过程中溶液中离子浓度的变化

4.3.4 水合物形成-分解过程中主要气体组分的变化

4.4 地质意义

4.5 小结

5 结论和建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

作者简历

致谢