第八届青年地学论坛

天然气水合物是在高压低温条件下由水和气体组成的结晶固态物。微观结构为水分子通过氢键连接组成的空腔中包裹着气体分子。典型的气体分子包括甲烷、乙烷、丙烷和二氧化碳。氢气与常见气体分子不同，形成的氢气水合物若要达到稳定，在低温条件下需要极高压力（Dyadin et al，1999）。甲烷可以作为热力学促进剂来大大降低氢气形成水合物所需压力，且甲烷分子较小，使得氢气在水合物中具有较高占有率（Matsumoto et al，2014）。大洋洋壳超基性岩和玄武岩与水相互作用可发生广泛的蛇纹岩化，产生大量的甲烷和氢气。理论上这些无机成因甲烷和氢气可以为水合物的形成提供充足的气源。这些蛇纹岩化海底可以通过计算水合物相平衡条件确定是否存在甲烷-氢气水合物。考虑氯化钠浓度对CH₄、H₂和H₂O化学势的影响，本文将海水的盐度（主要成分为NaCl）应用到Vander Waals - Platteeuw模型中，，其中CH₄和H₂的Langmuir常数和逸度分别通过经验公式和Peng - Robinson状态方程计算，Pitzer模型则被用来计算甲烷-氢-氯化钠系统中H₂O，H₂和CH₄的活性系数。再结合范德华理论和分子势能模型建立新的可以预测在纯水和氯化钠溶液中甲烷-氢气水合物三相平衡热力学模型。在纯水溶液中，模型计算结果和文献中收集的实验数据有良好的吻合，平均绝对百分比误差为6.68%。与以往模型相比，建立的新模型适用温度-压力范围更广，计算结果的精确度也更高。在模拟溶液中盐离子对于甲烷-氢气水合物稳定性的影响，保持其他条件不变时，温度越大，NaCl浓度越高，氢气摩尔分数越大，甲烷-氢气水合物形成所需的压力越大，但该模拟结果的准确性仍需实验进行验证。
 

氢气；甲烷；水合物；Langmuir常数；逸度；活度；相平衡