海狸鼠小姐
与天然气的化学成分类似,可燃冰的“可燃”部分主要是甲烷,“不可燃”部分则是水。那么,可燃冰长什么样?将部分可燃冰样品放置在电子显微镜下,顺带发挥科研人员丰富的想象力,便可知晓其庐山真面目。
根据下图可知,在微观世界里,可燃冰实则由一个又一个紧挨着的“笼子”组成,我们称之为晶胞,每个“笼子”由20个水分子通过氢键注1相互连接构成,而“囚徒”则是1个甲烷分子,因此可燃冰狭义上也成为甲烷水合物,化学式是CH4g20H2O,而广义上的可燃冰,“囚徒”可能是氮气、氧气、乙烷、丙烷等分子。
远古时期,大量有机动植物掩埋在地下,经过数亿个春秋,方才重见天日,然后它们早已面目全非,变成了石油、煤炭、天然气等。与天然气类似的可燃冰的形成条件却十分“亲民”,只需三个基本条件:第一,要有气源(甲烷),第二,温度介于10~-10摄氏度之间,第三,压力适中,例如在0摄氏度的条件下,需要30个标准大气压。因此,可燃冰在地球上分布甚广,遍布90%的海域以及27%的陆地,尤其在远洋深海以及陆地的永冻层,储存量更是十分惊人,据估计,可燃冰的含量约为全球所有化石能源的2倍。
目前,成熟的开采方案有5种,其中热解法、降压法操作十分简单,只要有火源便能加热(通常采取电磁加热、核辐射加热),将可燃冰暴露于空气中便能降压。置换法可谓一箭双雕,由于二氧化碳的相平衡条件注2低于甲烷的流体,可置换出并代替“笼子”里的甲烷分子,此法不但可以开发甲烷,还能固碳,减少大气中的二氧化碳。化学试剂注入法则是给可燃冰注入大量的水合物抑制剂(甲醇、丙醇等),提高其相平衡条件,从而造成“笼子”破裂,释放出甲烷,此法成本极高,抑制剂还会造成环境污染。综合法,顾名思义,灵活混用以上4种方法进行开采。
可燃冰大有替代传统化石能源的趋势,为何至今仍未商业化?开采容易收集难。平均每1立方米的“冰”可分解成164立方米的天然气和立方米的水,由于气相膨胀,在开采过程中,目前无法避免部分甲烷逃逸,进入海水会发生氧化作用,消耗海水的含氧量,对海洋生态带来危害。
若逃逸到大气中,在等体积的情况下,甲烷的温室效应约为二氧化碳的25倍,已探明的可燃冰甲烷含量约为大气甲烷含量的3000倍,假设约有1%的甲烷逃逸,理论上,大气的甲烷含量将增加30倍,其带来的温室效应将是灭顶之灾。可幸的是,甲烷在大气中的寿命为12年,此后便分解,因此目前适量开采可燃冰未尝不可。更可怕的是,大陆架的可燃冰一旦被开采,其岩层结构发生改变,重则导致大陆架坍塌、海啸等自然灾害。
纵使前方荆棘遍布,科学家们也会义无反顾,一旦开采技术成熟,可燃冰将会彻底改变世界能源格局。
注解:
1. 氢键之间的力较弱,因此“笼子”不稳定,一遇到高温低压,氢键便会断裂,“笼子”破裂,甲烷逸出;
2. 相平衡条件:本文指的是温度、压力平衡,二氧化碳熔点(凝固点)高于甲烷.
参考文献:张旭辉、鲁晓兵、刘乐乐《天然气水合物开采方法研究进展》.
背信弃翊
您好:“可燃冰”:未来的洁净能源当人们提到能源时,浮现在脑海中的常常是燃烧的火焰,而绝不会是冰块。火与冰本来是两种相反的物质形态。但是越来越多的科学家相信,未来洁净能源的最大一部分也许蕴藏在海底,以冰冷的能够燃烧的冰状晶体形式存在。 “可燃冰”及其基本特征所谓“可燃冰”,实际上是一种天然气水合物的新型矿物,它是在低温、高压条件下,由碳氢化合物气体与水分子组成的一种类冰结晶化合物的固体物质。透明无色的“可燃冰”外形似冰,能够燃烧。其分子结构就像一个一个的“笼子”,由若干水分子组成的每个“笼子”里面“关”着一个天然气分子(主要成分为甲烷)。关进“笼子”的分子除了甲烷外,还可以是二氧化碳、氮气、硫化氢等小分子的气体,它们被统称为气水化合物。据估计,的陆地和大洋底90%的地区,具有形成天然气水合物的有利条件。绝大部分的天然气水合物分布在海洋里,其资源量是陆地上的100倍以上。作为一种新型的能源矿产,“可燃冰”具有如下的特征:1.“可燃冰”能量密度高。每立方米的固体水合物,可释放164立方米的甲烷气体,其能量密度是普通天然气的2~5倍。2.“可燃冰”杂质少,无污染。燃烧后几乎不会产生有害污染物质,尤其是生成的致癌物质二氧化硫要比燃烧原油或煤低两个数量级,是一种新型的清洁能源。3.“可燃冰”形成条件复杂。需要低于10℃的温度和大于100个大气压的压力等环境条件。能够满足上述条件的区域只有两种情况:一是陆地上的高纬度永冻区,另一种是水深大于300~500米的海洋中在海底之下0~1500米之间的孔隙地层。另外,一些天文学家指出,在巨大的地外天体及其卫星中,“可燃冰”也是重要的化合物。4.“可燃冰”分布广、资源丰富。科学家的评价结果表明,“可燃冰”在世界各大洋中均有分布,仅海底区域分布面积就达4000万平方公里,占海洋总面积的1/4,是迄今为止海底最具价值的矿产资源。科学家推测,全球海底天然气水合物的甲烷资源量是迄今地球上所有已知的煤、石油及天然气矿床的甲烷当量的两倍。5.“可燃冰”矿层厚、规模大。目前,世界上已发现的“可燃冰”分布区多达60处,矿层最厚可达数百米。科学家指出,凡是以往用天然气生产的化肥、化纤等物品,都完全可以使用“可燃冰”制造。由此可见,在石油之后,“可燃冰”有望成为人类的又一支柱能源。 “可燃冰”研究的历史和现状从60年代开始,西方工业化国家一直在“可燃冰”的研究领域捷足先登。前苏联、美国、日本等国家,都非常重视“可燃冰”的研究和地质调查工作。美国和日本已经提出,计划在2010年实现对“可燃冰”的大规模商业开采。 开发利用“可燃冰”的利弊天然气水合物埋藏于海底的岩石中,与石油、天然气相比,它不易开采和运输,至今仍没有完美的开采方案。首先是开采这种水合物会给生态带来一系列严重问题。如果在开采中甲烷气体大量泄漏于大气中,造成的温室效应将比二氧化碳更加严重。同时,陆缘海边的天然气水合物开采起来十分困难,目前还没有成熟的勘探和开发的技术方法,一旦出了井喷事故,就会造成海水汽化,发生海啸。另外,天然气水合物也可能是引起地质灾害的主要因素之一。美国地质调查所的调查表明,天然气水合物能导致大陆斜坡上发生滑坡,这对各种海底设施是一种极大的威胁。最近,日本等国在开采天然“可燃冰”的试验上获得了成功。开采试验是在加拿大西北部进行的。有关专家认为,这次日本等国的试验成功,必将大大加快天然“可燃冰”进入人类现代生活的进程。日本经济产业省发布信息说,在今后的10年中,要开发出实用技术,将其运用于日本近海海底的“可燃冰”开采。 我国“可燃冰”研究现状我国在天然气水合物方面的研究还处于刚刚起步的阶段。鉴于天然气水合物具有重要的资源和环境意义,且我国在这方面研究的相对滞后,在我国开展海底天然气水合物的研究,特别是圈定我国海域天然气水合物资源的远景区、探明其资源量、监测和评估天然气水合物对海洋环境和海底工程的影响、预测灾害趋势以及研究并建立我国海底天然气水合物资源勘探开发的高新技术体系,已成为我国资源和环境研究领域的当务之急。根据显示标志在地震勘测线上出现的范围,大致可圈出天然气水合物的分布面积为8000多平方公里,这一区域地球化学异常也有重要显示,表明这一区域内天然气水合物有相当大的资源前景。另外,在我国的东海陆坡海域也有类似重大发现。专家认为,这些发现对我国的社会发展和经济建设有重要意义。目前,我国已经开始将“可燃冰”研究列为国家研究开发计划,进行资源勘察、开采和运输的研究。2002年3月,我国科学家首次在模拟实验室中合成了“可燃冰”,并成功地点燃了提取出的气体。由于各海域地质条件不同,所存在的天然气水合物的成分和形成机制也有所不同,实验室研究结果将为技术勘察和资源评价提供依据。希望对您的学习有帮助【满意请采纳】O(∩_∩)O谢谢欢迎追问O(∩_∩)O~ 祝学习进步~
极夜北极光
可燃冰是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中,由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。
因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧,所以被称作“可燃冰”(Combustible ice)或者“固体瓦斯”和“气冰”。其实是一个固态块状物。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。
2013年6月至9月,在广东沿海珠江口盆地东部海域首次钻获高纯度天然气水合物样品,并通过钻探获得可观的控制储量。
扩展资料:
可燃冰的危害:
天然气水合物在给人类带来新的能源前景的同时,对人类生存环境也提出了严峻的挑战。天然气水合物中的甲烷,而全球海底天然气水合物中的甲烷总量约为地球大气中甲烷总量的3000倍,若有不慎,让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去,将产生无法想象的后果。
天然可燃冰呈固态,不会像石油开采那样自喷流出。如果把它从海底一块块搬出,在从海底到海面的运送过程中,甲烷就会挥发殆尽,同时还会给大气造成巨大危害。为了获取这种清洁能源,世界许多国家都在研究天然可燃冰的开采方法。
参考资料来源:百度百科-可燃冰
散步的猫撒
为什么在大陆上的我国青海地区发现“可燃冰”“可燃冰”是未来洁净的新能源。它的主要成分是甲烷分子与水分子。它的形成与海底石油、天然气的形成过程相仿,而且密切相关。埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中,厌气性细菌把有机质分解,最后形成石油和天然气(石油气)。其中许多天然气又被包进水分子中,在海底的低温与压力下又形成“可燃冰”。这是因为天然气有个特殊性能,它和水可以在温度2~5摄氏度内结晶,这个结晶就是“可燃冰”。因为主要成分是甲烷,因此也常称为“甲烷水合物”。在常温常压下它会分解成水与甲烷,“可燃冰”可以看成是高度压缩的固态天然气。“可燃冰”外表上看它像冰霜,从微观上看其分子结构就像一个一个“笼子”,由若干水分子组成一个笼子,每个笼子里“关”一个气体分子。目前,可燃冰主要分布在东、西太平洋和大西洋西部边缘,是一种极具发展潜力的新能源,但由于开采困难,海底可燃冰至今仍原封不动地保存在海底和永久冻土层内。这说明“可燃冰”是在海底形成的。2008年11月,国土资源部在青海省祁连山南缘永久冻土带(青海省天峻县木里镇,海拔4062米)成功钻获天然气水合物(可燃冰)实物样品;2009年6月继续钻探,获得宝贵的实物样品,并对样品进行了室内鉴定。这是我国继2007年5月在南海北部钻获天然气水合物之后的又一重大突破。我国是世界上第三冻土大国,冻土区总面积达215万平方公里,具备良好的天然气水合物赋存条件和资源前景。据科学家初略估算,远景资源量至少有350亿吨油当量,可供中国使用近90年,而青海省的储量约占其中的1/4。首次在我国陆域发现天然气水合物,使我国成为世界上第一次在中低纬度冻土区发现天然气水合物的国家,也是继加拿大1992年在北美麦肯齐三角洲、美国2007年在阿拉斯加山北坡通过国家计划钻探发现天然气水合物之后,在陆域通过钻探获得天然气水合物样品的第三个国家。这一重大突破,证明了我国冻土区存在丰富的天然气水合物资源,对认识天然气水合物成藏规律、寻找新能源具有重大意义,同时也再次证明了我国天然气水合物的调查与研究处于国际领先。既然“可燃冰”是在海底地层深处形成, 那么为什么在大陆上的我国青海地区发现有“可燃冰”呢?这是因为海洋曾经覆盖过整个地球。我提出的地球膨裂说认为,46亿年前,太阳因内部的核聚变而发生爆炸,飞出许多熔融的火球,这些火球冷却后形成了行星,太阳系形成了。39亿年前,空气中的水蒸汽凝结成水珠,降回地表形成海洋。这时的海洋覆盖着整个地球,深度万米[1]。从39亿年前海洋形成,到亿年前海洋从大陆上彻底退出,海洋覆盖地球近34亿年。虽然“可燃冰”是在海洋中生成的,因为海洋曾经覆盖过整个地球,所以在大陆上的我国青海地区发现“可燃冰”就可以理解了。那为什么大陆上的其他无冻土地区没有“可燃冰”呢?这是因为“可燃冰”只能在低温条件下保存,像青海这样的冻土地带才可能保存有“可燃冰”。当然也有的科学家提出:““可燃冰”是由水和天然气在高压、低温条件下混合而成的一种固态物质,外貌极像冰雪或固体酒精,在温度、压力、气源三者都具备的条件下,可燃冰晶体就会在海底或冻土带地层介质的空隙间中生成。” 既然“可燃冰”在海底地层深处形成,是因为海底深处有有机质,那么在冻土地带那来的有机质呢?没有有机质就没有气源,因此,冻土地带不可能生成“可燃冰”,只能保存“可燃冰”。早在2004年,美国印第安纳大学的科学家就做过类似实验。在相当于5万至11万个标准大气压的环境下压缩水、氧化铁和方解石,然后将这些混合物加热到1500摄氏度,最终在反应产物中发现了甲烷气体。虽然这种实验的温度和压力和上地幔非常相似,但我们知道甲烷的引燃温度(℃) 472度、酸性岩浆温度较低约650~850℃、基性岩浆温度较高,1100℃左右,因此即使甲烷能在上地幔中形成,也在沿地壳裂隙上升中随温度和压力的降低已经燃烧掉了,不可能形成“可燃冰”。所以说“可燃冰”是在海洋中生成的,海洋退却后露出的大陆上的“可燃冰”只可能保存在低温的冻土地带。因为有“可燃冰”的地区都有油气资源,所以在我国青海发现“可燃冰”说明这一地区存在油气田,同时也证明这一地区曾经被海洋覆盖过。作者:赖柏林参考文献:[1]赖柏林:《海洋曾经覆盖过整个地球》作者:赖柏林
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