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什么是可燃冰能源(你知道可燃冰是如何形成的嗎)

作者/整理:杜克網絡 來源:互聯網 2019-08-09

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5月18日中共中央、國務院電賀我國海域天然氣水合物試采成功。隨之媒體鋪天蓋地的報道,手機刷爆了屏幕。那么到底可燃冰是什么?其發展前景如何?中國在可燃冰研究與開發的水平所處的位置如何?等等這些問題,筆者將發表系列文章,以便讓廣大讀者朋友對可燃冰有一個比較清楚的了解。

1.可燃冰是什么?

可燃冰,又稱天然氣水合物(Gas drates),也有稱甲烷水合物(Methane hydrate),是類似于冰的天然氣和水的組合體,在自然界中天然形成的,數量巨大。一個可燃冰分子中,其水大約占85%,水分子與甲烷形成結晶的晶體,這種晶體穩定,甲烷分子被水分子包圍。水分子形成空腔由甲烷分子充填。在甲烷型可燃冰中,為了保存穩定,這些空腔至少有70%是由甲烷分子所充填。實際上,這個充填率通常高達95%以上。

解讀大熱的可燃冰(1):可燃冰是什么?它是怎么形成的?

(from Lasse Amundsen & Martin Landdro)

解讀大熱的可燃冰(1):可燃冰是什么?它是怎么形成的?

(from FrozenHeart)

在海底或者極地地區之下沉積物中發現的甲烷型天然氣水合物在高壓和低溫下是穩定的。幾乎沒有人看到過固體天然氣水合物。不僅是它們位于氣候惡劣且人通常難以到達的極地地區,而且還由于它們被取出到地表后很快就融化分解了,分解成液態水和氣態甲烷。

解讀大熱的可燃冰(1):可燃冰是什么?它是怎么形成的?

(from Lasse Amundsen & Martin Landdro)

下面貼出幾張國外發布的相關幾張圖片,以便大家對可燃冰世界研究與發展進展有個印象,隨后進行相關報道。

解讀大熱的可燃冰(1):可燃冰是什么?它是怎么形成的?

永久凍土帶中天然氣水合物穩定區(Source: Courtesy SEG)

解讀大熱的可燃冰(1):可燃冰是什么?它是怎么形成的?

海洋中天然氣水合物穩定區

解讀大熱的可燃冰(1):可燃冰是什么?它是怎么形成的?

目前已知的世界可燃冰分布區

解讀大熱的可燃冰(1):可燃冰是什么?它是怎么形成的?

全球可燃冰資源及其分布情況(Source:Johnson, 2011)

解讀大熱的可燃冰(1):可燃冰是什么?它是怎么形成的?

天然氣水合物研究主要里程碑(from Frozen Heart)

解讀大熱的可燃冰(1):可燃冰是什么?它是怎么形成的?

2002年,加拿大在北極地區進行生產測試(from Frozen Heart)

解讀大熱的可燃冰(1):可燃冰是什么?它是怎么形成的?

A distant view of the Second Onshore Gas Production Test site (left)、Flares of methane gas produced in the second Winter Test (right)

日本2008年第二個冬季MH21測試情況。這次測試中,MH21井連續生產5.5天,累計生產13000立方米,比2007年第一個冬季陸上生產測試獲得470立方米要多的多。

解讀大熱的可燃冰(1):可燃冰是什么?它是怎么形成的?

國外海上測試情況(from Frozen Heart)

2.可燃冰是怎么形成的?

解讀大熱的可燃冰(1):可燃冰是什么?它是怎么形成的?

在高壓和低溫條件下,只要有足夠的甲烷和水,就能自然形成可燃冰(甲烷氣水合物,以后沒有特別指出,可燃冰就是只天然氣水合物,天然氣水合物就是可燃冰)。甲烷本身是通過埋藏在沉積物中有機碳分解而產生的,這些甲烷會向上運移。在合適的條件下,這些甲烷與水結合,就會形成天然氣水合物。

在天然氣水合物穩定區(Gas Hydrate Stablity Zone,簡寫GHSZ),天然氣水合物可以自然形成,在那個埋深下,壓力和溫度條件都是適合天然氣水合物形成的。準確的GHSZ在什么地方以及其分布范圍則取決于當地的條件。

在北極地區,氣候寒冷,具有很厚的永久凍土帶(permafrost),典型的GHSZ頂部大概在地表以下300到400米左右,通常出現在永久凍土帶的中部區域。在相對厚的永久凍土帶地區,GHSZ常常可以延展到永久凍土帶基底以下500米以上(圖1)。

解讀大熱的可燃冰(1):可燃冰是什么?它是怎么形成的?

圖1 永久凍土帶—永久凍土帶背景下天然氣水合物穩定區(GHSZ)。壓力-溫度相邊界(理想化的)以綠色曲線顯示,當地地溫梯度(假設的)是以紅色表示的。在永久凍土帶,GHSZ一般在埋深100到300米開始,可以延展到永久凍土帶以下數百米深(典型的在150到600米深)。

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