天然气水合物物藏是巨大的有机碳库,它将在下个世纪后期会成为提供给人类最重要的能源,天然气水合物作为一种潜在能源具有广阔的前景和发展空间。作为工业应用的基础性研究,天然气水合物的相平衡问题是当今研究的热点。本文依据量子化学,从分子结构的角度改进了天然气水合物相平衡的模型。该模型不仅能较为准确的预测正常状态下天然气水合物的相平衡点,而且能够预测出在分子结构发生细微变化时,天然气水合物相平衡的变化趋势,为分子水平微观研究水合物的特性,提供了一种新的模型和方法。并在研究过程中,建立一个小型的水合物合成模拟试验装置,初步人工合成了天然气水合物。由于表面活性剂SDS会影响天然气水合物的生成速度,本文在100ppm、200ppm、300ppm下,对天然气水合物的生成速度进行了实验测定,并给出了理论分析。本文首先论述了课题研究的背景和意义,对当今天然气水合物的基本性质和研究发展动态进行综述。其次,本文分析当今存在的各种计算天然气水合物相平衡的模型,分析了各种模型存在的问题,给出了模型的改进方向。本文从量子化学的角度,分析了天然气水合物存在的可能性,并计算了不同结构下体系的总势能和零点能。在量子化学分析的基础上,本文依据零点能构造了天然气水合物的相平衡模型。最后,依据天然气水合物的基本性质,建立了一个小型的合成装置及观测生长装置,并在4MPa、5MPa下合成了天然气水合物。由实验得出了不同浓度的表面添加剂下天然气水合物的生成速度,并进行了理论分析。