天然气水合物技术主要应用领域包括天然气储运、天然气开采、气体分离和水合物蓄冷等。其中天然气储运是利用水合物的强大储气能力,将天然气制备成水合物进行储运。与目前主要的天然气储运方式相比,天然气水合物技术具有安全性高、储气量大和经济性高的优点。发展天然气水合物技术具有重要意义,而限制其发展的难题在于高效制备水合物。目前,国内外对天然气水合物技术的研究主要在水合物实验室制备和理论研究等方面。本文为提高水合物制备效率,扩大制备规模,拓展水合物技术应用,完善水合物技术环节,做了一系列研究。主要内容如下:1、为提高天然气水合物的制备效率,设计了一种新型的以螺旋内槽管作为反应单元管的反应器。结合流体计算力学理论,采用Fluent软件模拟计算了螺旋内槽管不同的管径(33 mm、37.92 mm和42.3 mm)、螺纹头数(4头、6头和8头)和螺纹顶宽(5 mm、6 mm和7.5 mm)对于管内气液固三相流动特性及分布状态的影响,结论如下:在螺旋内槽管内离心力的作用下,气液固三相由于密度的不同,在管内的分布不同,其中液相主要分布在管壁处,气固相主要分布在管内,三相之间得到有效分离。水合物在壁面堆积会影响气液接触和反应热的移除,在螺旋管的作用下避免了水合物在壁面的堆积,提高了传热效率。螺纹头数的增加,螺旋管内外径减小,螺纹顶宽减小,气液固三相的分离效果更加明显,传质效率提高。2、通过设计水合物制备系统进行实验,实验以煤层气和水作为主要反应原料,探究了不同反应条件下天然气水合物的制备过程,结论如下:压力增加和反应时间延长,水合物平均反应速率增大,气体含量增加,适当提高压力和延长反应时间,有助于水合物制备。表面活性剂浓度增加,反应速率和储气量先增加后降低,浓度在300 ppm时到达峰值。未在反应液中添加SDS(十二烷基硫酸钠)时,反应器中没有水合物的生成,反应无法进行。适当添加一定浓度的SDS添加剂有利于水合物的生成。3、针对LNG(液化天然气)储库中的BOG(天然气蒸发气)难以处理的问题,利用天然气水合物技术,设计了一种新型BOG处理工艺回收利用LNG储库内的BOG和冷量。此工艺以所设计的天然气水合物制备系统为基础,将LNG储库中难以处理的BOG回收利用,使BOG以水合物的形式储存,有效提高了LNG储库运行过程中物质和能量的综合利用效果。4、为长期稳定的储存天然气水合物,设计了一种地下天然气水合物储库。地下储库相较于地上而言,节约了地面空间。此外,由于地下土壤有一定的隔热作用,地下储库的隔热性能更强。