什么是可燃冰(可燃冰是怎样形成的)

失业大叔失业大叔 投稿 2021-10-20 10:57:01
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最近南海可燃冰试采成功,可燃冰是啥,今天小编就来给大家科普一下。

甲烷气水包合物(Methane ice),也称作甲烷水合物甲烷冰天然气水合物可燃冰,为固体形态的水于晶格(水合物)中包含大量的甲烷。最初人们认为只有在太阳系外围那些低温、常出现冰的区域才可能出现,但后来发现在地球上许多海洋洋底的沉积物底下,甚至地球大陆上也有可燃冰的存在,其蕴藏量也较为丰富。甲烷气水包合物作为石油、天然气的新时代替代能源而备受期待。

甲烷气水包合物存在于低温高压的环境,在海洋浅水生态圈中是常见的成分,他们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。

在高压下,甲烷气水包合物在18 °C的温度下仍能维持稳定。一般的甲烷气水化合物组成为1 摩尔的甲烷及每5.75摩尔的水,然而这个比例取决于多少的甲烷分子嵌入水晶格各种不同的包覆结构中。据观测的密度大约在0.9 g/cm³。一升的甲烷气水包合物固体,在标准状况下,平均包含168 升的甲烷气体。

甲烷形成一种结构一型水合物,其每单位晶胞内有两个十二面体(20个端点因此有20个水分子)和六个十四面体(tetrakaidecahedral,24个水分子)的水笼结构。

可燃冰分子示意图

什么是可燃冰(可燃冰是怎样形成的)

理化性质

天然气水合物燃烧后几乎不产生任何残渣,污染比煤、石油、天然气都要小得多。天然气水合物从物理性质来看,天然气水合物的密度接近并稍低于冰的密度,剪切系数、电解常数和热传导率均低于冰。天然气水合物的声波传播速度明显高于含气沉积物和饱和水沉积物,中子孔隙度低于饱和水沉积物,这些差别是物探方法识别天然气水合物的理论基础。此外,天然气水合物的毛细管孔隙压力较高。

可燃冰燃烧方程式为:

CH4·8 H2O+ 2 O2== CO2+ 10 H2O(反应条件为“点燃”)

可燃冰分子结构就像一个一个由若干水分子组成的笼子。

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℃时生成,超过20℃便会分解。海底温度一般保持在2—4℃左右;

其次,高压。可燃冰在0℃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。

自 20 世纪 60 年代以来,人们陆续在冻土带和海洋深处发现了一种可以燃烧的“冰”。这种“可燃冰”在地质上称之为天然气水合物。天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。在标准状况下,一单位体积的天然气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体。

天然气水合物是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源。它是水和天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质,外貌极像冰雪或固体酒精,点火即可燃烧,有“可燃水”、“气冰”、“固体瓦斯”之称,被誉为21世纪具有商业开发前景的战略资源。

全球天然气水合物的储量是现有天然气、石油储量的两倍,具有广阔的开发前景,美国、日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物,据测算,中国南海天然气水合物的资源量为700亿吨油当量,约相当中国陆上石油、天然气资源量总数的二分之一。

可燃冰

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海底可燃冰

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可燃冰

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全球蕴藏的常规石油天然气资源消耗巨大,很快就会枯竭。科学家的评价结果表明,仅在海底区域,可燃冰的分布面积就达4000万平方公里,占地球海洋总面积的 1/4。2011年,世界上已发现的可燃冰分布区多达116处,其矿层之厚、规模之大,是常规天然气田无法相比的。科学家估计,海底可燃冰的储量至少够人类使用1000年。

可燃冰分布图

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