理论教育 天然气水合物:神秘冰块中的不可思议能源

天然气水合物:神秘冰块中的不可思议能源

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:原来,可燃冰的学名叫天然气水合物,是天然气(甲烷)被包进水分子中,在海底的低温和高压下,形成了一种类似冰的透明结晶体。它的主要成分是甲烷与水分子,是天然气和水在低温、高压条件下形成的一种白色或灰色固体结晶物质,因其形似冰块,故称可燃冰、气冰、固体瓦斯。所以人们把这种“天然气水合物”形象地称为“可燃冰”。开采时只须将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放出大量的甲烷气体。

天然气水合物:神秘冰块中的不可思议能源

可燃冰到底是什么?冷冰冰的“冰”怎么会燃烧呢?有何能耐?

原来,可燃冰的学名叫天然气水合物,是天然气(甲烷)被包进水分子中,在海底的低温和高压下,形成了一种类似冰的透明结晶体。它的主要成分是甲烷与水分子,是天然气和水在低温、高压条件下形成的一种白色或灰色固体结晶物质,因其形似冰块,故称可燃冰、气冰、固体瓦斯。

当这样的“冰”温度升高时,就开始融化,变成比原来固体体积大100多倍的可燃气体,自然就能直接燃烧了。所以人们把这种“天然气水合物”形象地称为“可燃冰”。

别看“可燃冰”是冰,它却是个好东西,它比起石油、天然气来,能量可要大得多。1立方米的可燃冰可以释放出164立方米的天然气和0.8立方米的水,而且非常清洁。燃烧后仅生成少量的二氧化碳和水,且二氧化硫的产生量比燃烧原油或煤低两个数量级。开采时只须将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放出大量的甲烷气体。

你看本领多大啊!科学家还告诉我们,全球可燃冰矿床约占海洋总面积的90%,占陆地总面积的25%,它的总能量是所有煤、石油、天然气总和的两到三倍。因此可燃冰又被称为继煤炭、石油和天然气之后的第四代能源,也是人类新发现的“海底宝藏”。

“可燃冰”分子结构就像一个一个由若干水分子组成的笼子。“可燃冰”在海洋浅水生态圈,通常出现在深层的沉淀物结构中,或是在海床处露出。甲烷气水包合物据推测是因地理断层深处的气体迁移,以及沉淀、结晶等作用,于上升的气体流与海洋深处的冷水接触所形成。

“可燃冰”分子结构像一个个由若干水分子组成的笼子(www.daowen.com)

形成可燃冰的条件是:温度、压力和原材料

形成可燃冰有三个基本条件:温度、压力和原材料。

首先,低温。可燃冰在0~10摄氏度时生成,超过20摄氏度便会分解。海底温度一般保持在2~4摄氏度左右;

其次,高压。可燃冰在0摄氏度时,只需30个大气压即可生成,而以海洋的深度,30个大气压很容易保证,并且气压越大,水合物就越不容易分解。

最后,充足的气源。海底的有机物沉淀,其中丰富的碳经过生物转化,可产生充足的气源。海底的地层是多孔介质,在温度、压力、气源三者都具备的条件下,可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。

所以固体状的可燃冰往往分布于水深大于300米以上的海底沉积物或寒冷的永久冻土中。海底可燃冰依赖巨厚水层的压力来维持其固体状态,其分布可以从海底到海底之下900~1200米的范围以内,再往深处则由于地温升高其固体状态遭到破坏而难以存在。甲烷在寒冷、黑暗的条件下,以冰一样的状态存在。在采样时,要改变它的物理状态,很容易就使其融化,因此对保压取芯装置的要求非常高,大规模开采更加困难。

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