中文摘要：

天然气水合物以其潜在的巨大能源而在学术界和工业界均受到重视，通过适当方法使水合物分解以得到需要的甲烷是研究重点之一。在对甲烷和二氧化碳生成水合物的温度压力条件和生成热数据进行分析的基础上，提出用二氧化碳置换天然气水合物中的甲烷，可以避免其它方法中分解水合物时需要的大量热量和对地层的污染。研究内容为（1）测定二氧化碳+甲烷混合气的水合物相平衡数据，掌握置换的限度；（2）测定用二氧化碳置换甲烷水合物中甲烷的速度、相态变化及各因素对过程的影响；（3）测定二氧化碳通过纯甲烷水合物层和多孔介质中甲烷水和物层时的置换速度和相态变化；（4）测定表面活性剂存在时二氧化碳置换水合物中甲烷的速度；（5）提出二氧化碳置换水合物中甲烷的机理，建立不同情况下置换过程所涉及的相平衡模型和动力学方程，为工业应用打下基础。

结论摘要：

天然气水合物是CH4和水在一定温度和压力下形成的一种笼型化合物,存在于海底和永久冻土带，估计储量非常巨大。由于CH4水合物存在条件较为苛刻，开采不慎将会引起大量CH4释放和海底滑坡，造成地质灾害，同时CH4气体又是一种温室效应比CO2大得多的温室气体，所以如何有效而安全地开发天然气水合物备受人们的关注。目前已经被提出的开采CH4水合物的方法有热激发法、减压法、注化学试剂法和CO2置换法等。前三种方法存在能量消耗高、水合物分解吸热易形成自保护以及污染地层等不足。而CO2置换法既能满足置换过程的能量消耗又能稳定海底地层，同时将温室气体CO2以水合物的形式稳定地储存于海底地层。本课题进行了CH4-CO2二元系相平衡研究，分别考察了纯水体系、SDS体系、盐水体系CO2置换CH4水合物的动力学过程。还考察了SDS溶液对置换过程的强化作用。在动力学实验的基础上结合Chen-Guo模型建立了CO2置换CH4水合物的动力学模型，并根据实验数据得到了置换反应的活化能。数据表明, CH4水合物的分解可能受置换反应过程中水分子的重排控制, 而CO2水合物的生成可能受CO2分子在水合物中的扩散控制。