天然气水合物.docx

天然气水合物化学选修 3《物质构造与性质》 P85 选题 2天然气水合物（一种潜伏的能源）天然气水合物——可燃冰一、可燃冰有关观点可燃冰： 天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质 （又称笼形化合物）甲烷水合物（ Methane Hydrate ）：用 M·nH2O来表示， M代表水合物中的气体分子， n 为水合指数（也就是水分子数） 组整天然气的成分如 CH4、 C2 H6、C3H8、 C4H10 等同系物以及CO2、N2、 H2S 等可形成单种或多种天然气水合物形整天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超出 99％的天然气水合物往常称为甲烷水合物又因外形像冰，并且在常温下会快速分解放出可燃的甲烷，因此又称“可燃冰”或许“固体瓦斯”和“气冰” ）因为可燃冰的主要成分为甲烷，为甲烷水合物，而甲烷在常温中为气体，熔、沸点低，所以甲烷为分子晶体，因此可燃冰也为分子晶体可燃冰存在之处： 天然气水合物在自然界宽泛分布在大 可燃冰陆、岛屿的斜坡地带、 活动和被动大陆边沿的隆起处、 极地大陆架以及海洋和一些内地湖的深水环境天然气水合物在全世界的分布图在标准状况下，一单位体积的气水合物分解最多可产生 164 单位体积的甲烷气体，因而其是一种重要的潜伏未来资源。

笼状化合物（ Clathrate ）：在天然气水合物晶体中，有甲烷、乙烷、氮气、氧气二氧化碳、 硫化氢、 罕有气体等， 它们在水合物晶体里是装在以氢键相连的几个水分子构成的笼内，因此又称为笼状化合物天然气分子藏在水分子中水分子笼是多种多样的二、可燃冰的性质可燃冰的物理性质：（ 1）在自然界发现的天然气水合物多呈白色、淡黄色、琥珀色、暗褐色亚等轴状、层状、小针状结晶体或分别状 2）它可存在于零下，又可存在于零上温度环境 3）从所获得的岩心样品来看，气水合物能够以多种方式存在：①占有大的岩石粒间孔隙；②以球粒状分布于细粒岩石中；③以固体形式填补在裂痕中；或许为大块固态水合物陪伴少许堆积物可燃冰的化学性质 ：1、在冰的缝隙（ “笼”）中能够笼合天然气中的分子的原由：(1) 气水合物与冰、含气水合物层与冰层之间有显然的相像性：①同样的组合状态的变化——流体转变为固体；②均属放热过程，并产生很大的热效应—— 0℃融冰时需用的热量， 0～20℃分解天然气水合物时每克水需要～的热量；③结冰或形成水合物时水体积均增大——前者增大 9％，后者增大 26％～ 32％；④水中溶有盐时，两者相均衡温度降低，只有淡水才能转变为冰或水合物；⑤冰与气水合物的密度都不大于水，含水合物层和冻结层密度都小于同类的水层；⑥含冰层与含水合物层的电导率都小于含水层；⑦含冰层和含水合物层弹性波的流传速度均大于含水层。

2) 天然气水合物中，水分子（主体分子）形成一种空间点阵构造，气体分子（客体分子）则充填于点阵间的空穴中，气体和水之间没有化学计量关系形成点阵的水分子之间靠较强的氢健联合，而气体分子和水分子之间的作使劲为范德华力2、经发现的天然气水合物构造有三种：即构造 I 型、构造 II 型和构造 H 型构造 I 型气水合物为立方晶体构造，其在自然界分布最为宽泛，仅能容纳甲烷（ C1）、乙烷这两种小分子的烃以及 N2、 CO2、 H2S等非烃分子，这类水合物中甲烷广泛存在的形式是构成 CH4·的几何格架；构造 II 型气水合物为菱型晶体构造，除包含 C1、C2 等小分子外，较大的“笼子” （水合物晶体中水分子间的空穴）还可容纳丙烷（ C3）及异丁烷（ i-C4 ）等烃类；构造 H 型气水合物为六方晶体构造，其大的“笼子”甚止能够容纳直径超出异丁烷（ i-C4 ）的分子，如 i-C5和其余直径在～之间的分子 （表 1）构造 H 型气水合物初期仅存在于实验室， 1993 年才在墨西哥湾大陆斜坡发现其天然产物 II 型和 H型水合物比 I 型水合物更稳固 除墨西哥外，在格林大峡谷地域也发现了 I 、 II 、 H 型三种气水合物共存的现象。

三、世界、中国可燃冰的储量1、世界可燃冰的储量迄今为止，在世界各地的海洋及大陆地层中， 已探明的可燃冰储量已相当于全世界传统化石能源 ( 煤、石油、天然气、油页岩等 ) 储量的两倍以上 科学家估计，海底可燃冰的储量起码够人类使用 1000 年不过在海底地区，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 估计全世界的海底和冰川底部合计有 1× 1023 t 藏在天然水合物中的天然气，是巨大的潜伏能源2、世界各样能源储量比较全世界探明石油储量达万亿桶全世界探明金矿储量达 42500 吨世界铁矿石储量为 1600 亿吨全世界铜矿储量亿吨全世界天然气万亿立方米全世界海底可燃冰最少 亿亿立方米3、中国可燃冰的储量2009 年 , 中国青海发现巨大储量可燃冰本次青海发现的陆上可燃冰储量 , 如能合理开发 , 能够保持中国能源耗费近 90 年新华网广州 11 月 28 日电 依据中国海洋地质工作者初步探明，中国南海北部陆坡的可燃冰资源量达 185 亿吨油当量，相当于南海深水勘探已探明的油气地质贮备的６倍中国能源耗费量日趋增添 ,2009 年煤炭、石油等主要能源耗费量约为 2000 年的两倍。

估计 2020 年的能源耗费量比 2010 年还要高出 50%中国已经成为能源入口大国 , 主要能源入口量逐年递加 依据当前能源储量和耗费量计算 , 能源危机将在未来 30 年突显而可燃冰为高效、洁净能源 , 储量巨大 , 有极大潜力成为未来代替能源的首选4、储藏：可燃冰在高于 20℃的温度下就会分解，压强越大越稳固，也就是它的储蓄条件是底平和高压糨常压下不可以稳固存在，而分解开释出来的甲烷是一种温室气体，它促进全球气温上涨的能力是二氧化碳的 10 倍所以储藏问题是可燃冰成为开发利用的一大瓶颈附： 1、对于可燃冰三大悬疑当前，中国是继美国、日本、印度以后第 4 个经过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家 这证明了我国南海北部储藏有丰富的天然气水合物质源， 也标记着中国天然气水合物检查研究水平一举步入世界先进队列翘望“可燃冰” ，它，将是 21 世纪占主导地位的新能源吗谁，又将在利用它的比赛中占得先机夹杂着白色颗粒状“可燃冰”的海底堆积物放入水中随即冒出大批气泡悬疑一：究竟藏有多少“可燃冰”对“可燃冰”有多少储蓄量中国又有多少，第一个疑问唯恐就是：全世界没有切实的答案美国地 局的科学家卡文 曾 ，全世界的 土和海洋中， “可燃冰”的 量在 3114 万 立方米到 763 立方米之 ，但当 世界海洋中 的“可燃冰”分布 只有 57 ， 2001 年就增添到 88 。

于中国可燃冰的 藏量，中国地 局 出的初步 是， 南海北部 景 源量可达上百 吨油当量， 可与当前全世界一年的能源消 量相当 些‘可燃冰’的 量都是估量的 ”中国石油大学教授 光 ， “从 景 源量再到地 源量、再到地 量、再到探明的 量，起码 需要十多年工作 ”除了未 明的巨大 量，科学家 相信， “可燃冰”的价 是特别惊人的 光 告 者，科学 明， 1 立方米 的“可燃冰” ，能 放出 164 立方米的天然气有科学家计算，全世界海洋所 藏的“可燃冰” ，其所含天然气 立方米至 立方米，而当前估量的全世界天然气 量在 180 万 到 1000 万 立方米之 美国能源部 ， 南、北卡 来 州大西洋底的 就 美国人用 100 年而日当地 的估 ， 周 海底埋藏的“可燃冰”相当于日本百年天然气的使用量有个数据是确信无疑的：中国此次 的“可燃冰” ，沉 厚度达 34 米，气体中甲 含量高达 %无 是 厚度、水合物丰度， 是甲 度，都高出生界上其余地域 似的 全程参加此次勘探的广州海洋地 局副 工程 吴能友告 者， “从粒 小于毫米的 土里，国 上 的‘可燃冰’含量多在 5%至 10%，而中国 次 的含量高于40%， 在世界上 是第一次。

”“理 上 ，假如将当前估量的全世界‘可燃冰’都开采出来的 ，能够供人 使用 100年以上 光 ， 种存在于海洋大 架地域和 地 土 内的固 化合物，燃 此后几乎不 生任何残渣或 弃物， 于日趋堕入能源危机的地球来 ， “可燃冰”是大自然 人 奇特也是最后的天然能源这是夹杂着白色颗粒状“可燃冰”的海底堆积悬疑二：何时走上“商业化”之路“可燃冰”可否成 人 未来的新能源，取决于其何 能 大 模的商 化开采美国 1998 年在《天然气水合物研究与 源开 划》 中，把商 性开采的 定 2015年日本的目 更早， 划 美国提早 5 年即 2010 年就将 商 性开 全世界性的“可燃冰”商 利用 已 开始⋯⋯“ 在的 是， ‘可燃冰’ 开采成本特别高” ，中科院广州天然气水合物研究中心首席研究 多福博士告 者 博士曾 美国康奈 大学地球与大气科学系的邀 ， 参加在美国墨西哥湾展开的海底“可燃冰”观察他所 到的开采，用的是潜艇：在 540 米深的海底，潜艇的机械臂直接抓取裸露在外的“可燃冰” ，而后放入密封罐中， 回地面 “租一艘潜艇，每日大 需要万美元， 科考来 不算 ，但假如用于商 ，那一定不划算。

”依据美国和日本表露的数据，当前的“可燃冰”开采成本均匀高达每立方米 200 美元，依据每立方米 放能量相当于 164 立方米天然气 算， 其折合天然气的成本达到每立方米 1美元以上，而上海当前民用天然气的售价每立方米也 元作 此后者， 中国比 达国家面 更多困 吴能友在 攻关 “天然气水合物 源 ” 目后，一年之中瘦了 32 斤，“ 力很大，主假如缺少基 理 的支撑 ”昨天，他告 者，只管已成功获得了“可燃冰” 物 品，依旧不可以太 ： 了天然气水合物存在的 象， 探也 在一个点上获得打破， 要科学地 南海北部整个海疆的天然气水合物形成机理和分布规律，另有很多科学识题需要解决此外，在开采技术方面，钻获可燃冰的勘探航次首席科学家、 中国地质检查局的张海啟博士坦承： 中国当前不具备独立钻探和取芯的技术，只好和外国钻探企业合作中国要实现‘可燃冰’的商业化开采，最后得靠自主创新 ”陈多福博士告诉记者，固然美国的海底“可燃冰” 。