甲烷水合物

甲烷水合物科技名词定义中文名称：甲烷水合物英文名称：methane hydrate定义：以甲烷为主要成分的天然气水合物。

应用学科：海洋科技（一级学科）；海洋科学（二级学科）；海洋地质学、海洋地球物理学、海洋地理学和河口海岸学（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片甲烷水合物球棍模型甲烷水合物（methane hydrates）作为替代能源的行动。

甲烷水合物也称“可燃冰”，是甲烷气体和水分子形成的笼状结晶，将二者分离，就能获得普通的天然气。

这种外面看起来像冰一样的物质是在高压低温条件下形成的，也就是说，它通常存在于大陆架海底地层以及地球两极的永久冻结带。

目录简介发现形成储藏储存量联手勘测双刃剑开采利用展开编辑本段简介甲烷水合物，即可燃冰。

其化学式为CH4 • XH20“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。

编辑本段发现早在1778年英国化学家普得斯特里就着手研究气体生成的气体水合物温度和压强。

1934年，人们在油气管道和加工设备中发现了冰状固体堵塞现象，这些固体不是冰，就是人们现在说的可燃冰。

甲烷水合物能稳定存在的压强和温度规律甲烷水合物（Methane Hydrate）是一种在深海和极地区域广泛分布的天然气水合物，它是由甲烷分子和水分子组成的复合物。

甲烷水合物具有高储存密度、丰富的资源量、广泛的分布范围以及环境友好等优点，因此备受关注。

但是，甲烷水合物存在于深海和极地区域，其开采难度大、成本高，同时还存在着环境风险等问题。

因此，对甲烷水合物稳定存在的压强和温度规律进行深入探究至关重要。

一、什么是甲烷水合物1.1 甲烷水合物的定义甲烷水合物是一种天然气水合物，在化学上属于气体-固体复合体系。

它由甲烷分子和水分子组成，化学式为（CH4）n·mH2O。

1.2 甲烷水合物的组成甲烷水合物主要由两部分组成：一个是充填介质（guest molecules），即占据空隙位置的气体或其他小分子；另一个是骨架（host lattice），即由水分子组成的固体网状结构。

1.3 甲烷水合物的形成条件甲烷水合物的形成需要同时满足一定的温度和压力条件。

通常情况下，甲烷水合物形成的压力范围为20-60 MPa，温度范围为0-20℃。

此外，甲烷水合物的形成还需要一定的充填介质。

二、甲烷水合物稳定存在的压强和温度规律2.1 甲烷水合物稳定存在的压强规律根据实验数据和理论计算，可以得出以下结论：（1）在相同温度下，随着压力的增加，甲烷水合物稳定存在的区域逐渐扩大；（2）在相同压力下，随着温度的升高，甲烷水合物稳定存在的区域逐渐缩小；（3）在一定范围内，随着充填介质分子量增大或分子尺寸减小，甲烷水合物稳定存在区域逐渐扩大。

2.2 甲烷水合物稳定存在的温度规律根据实验数据和理论计算，可以得出以下结论：（1）在相同压力下，随着温度的降低，甲烷水合物稳定存在的区域逐渐扩大；（2）在相同温度下，随着压力的增加，甲烷水合物稳定存在的区域逐渐扩大；（3）在一定范围内，随着充填介质分子量增大或分子尺寸减小，甲烷水合物稳定存在区域逐渐扩大。

甲烷水合物开发利用技术研究一、甲烷水合物概述甲烷水合物(Methane Hydrates，简称MHs)是一种特殊的天然气水合物，是天然气和水在高压下形成的一种化合物。

MHs富集在大洋深部沉积物和极地地区的海洋沉积物中，成为了可再生能源领域中备受关注的资源。

二、甲烷水合物开采技术概述甲烷水合物的开采主要包括两个方面：一是在岸开采的技术，二是海上开采的技术。

1.在岸开采技术在岸开采技术主要通过钻探沉积物，然后将沉积物加压及加热的方法来将MHs分解出来。

在此技术中主要可以使用水蒸气加压法、不同介质加压法等技术。

水蒸气加压法顾名思义是利用水蒸气对沉积物进行加压，然后加热的手段来将MHs分解出来。

此技术主要有混合气体法和地下加热法。

混合气体法是使用混合气体加压，然后加热的方式将MHs分解。

地下加热法是通过加热地下沉积物将MHs分解。

通过在钻孔内的电热丝来降低分解起始温度，掌握埋藏层温度分布等来控制MHs的分解。

不同介质加压法是将不同介质作用于沉积物，然后再加热的方式来将MHs分解。

这种方法主要是将甲醛加入沉积物中，因为甲醛具有很好的溶解性和渗透性，可以将甲烷水合物快速分解，而分解后的甲烷会避免和甲醛反应形成MHs而被释放。

2.海上开采技术海上开采主要有水下采集和海上生产两种方式。

(1)水下采集：水下采集主要是在水下使用现场采集器进行采集。

通常先将水下采集器置于MHs层底部后，启动泵将水从采集器内抽取出来，从而形成低压区，甲烷会从MHs内部向低压区聚集，同时采集器内壁会形成聚集甲烷的水蒸气层，情况下聚集到一定程度时便会塞住引起阻塞。

此时可以向采集器内部导入空气或水来改变内部压强从而破坏聚集。

这样就会使MHs释放甲烷并随着水混入采集器，形成水甲烷混合物。

最后，将水甲烷混合物送到甲烷提取和脱水的装置中，提取甲烷。

(2)海上生产：海上生产主要是在沉积物上施放热载体，形成MHs分解的温度和压力条件，这种方式的优点是可以消除水下开采的困难和成本，也可以实现大规模工业生产。

甲烷水合物开采技术研究1. 什么是甲烷水合物甲烷水合物（Methane Hydrate，简称MH）是一种存储于海洋寒带、陆地永久冻土层下的天然气水合物，由甲烷分子和水分子在一定的压力和温度条件下组成。

其在自然条件下具有非常高的密度和稳定度，并可以实现气态状体的转化，是一种存储和利用天然气的良好途径。

2. MH的开采技术由于甲烷水合物具有不稳定性和储量难以确定等特点，其开采技术相对较为复杂。

目前主要包括以下几种技术：（1）常温下开采 MH 的两步萃取法常温下开采 MH 的两步萃取法是先将MH矿石与表面活性剂溶解在高温高压环境下，再利用自然减压和温度变化使MH离解出来。

这种技术不需要使用大量的能量进行加热和注水等处理，也比较环保和安全，但生产效率较低。

（2）水力压裂和升温法开采 MH在水力压裂和升温法中，利用水力压裂技术将海底矿物层管道和水合物层断裂，然后注入高温高压的水蒸气或热水，使MH离解出来。

这种技术具有高效和低成本等优势，但需要较大的投资和技术支持。

（3）化学物质溶解法开采 MH化学物质溶解法是通过将一定的溶剂注入到MH矿石中，使甲烷分子离解出来，在高压下被收集并加工提纯。

这种技术在操作过程中需要注意环保和安全，但效率较高，且能够更好的控制水合物的离解速率。

3. 研究进展及前景在我国，甲烷水合物开采技术已经成为当前研究的热点和难点。

随着新技术的不断涌现，研究者开始探索深海水合物的开采，以及多种技术的结合应用。

目前，我国的甲烷水合物开采主要集中在南海深海和东海陆坡，还处于试采阶段。

未来，随着能源需求的不断增长和甲烷水合物开采产业链的完善，这种新兴能源形式将成为解决能源问题和经济可持续发展的一项战略利器。

甲烷水合物分解反应甲烷水合物，又称为天然气水合物，是一种高效的能源资源，世界上已知的甲烷水合物储量巨大，远远超过常规天然气储量。

然而，甲烷水合物的开采与利用一直是一个难题。

其中一个重要原因在于甲烷水合物是一种不稳定的物质，易于分解产生甲烷。

分解反应是指分子内或分子间的化学键断裂，原来的化学物质转变为不同的化学物质。

甲烷水合物的分解反应是指，甲烷水合物在受到热或压力等外界因素的作用下，分解为甲烷和水。

具体的化学反应式如下所示：CH4·5.75H2O(s) → CH4(g) + 5.75H2O(g)反应式说明了，1 克甲烷水合物在分解成甲烷和水的同时会释放出大约 164 升的甲烷。

这意味着，当甲烷水合物在大规模开采中被分解时，将会释放出大量甲烷气体。

这些甲烷气体对于环境和气候等方面都会带来巨大的影响。

甲烷是一种温室气体，比二氧化碳的温室效应更强。

目前，人类活动已经导致了大气中甲烷浓度的增加，而大规模开采甲烷水合物的分解反应将会进一步加剧甲烷排放，加速全球气候变化。

此外，甲烷气体在空气中的寿命比较短暂，但它会在大气中与其他化学物质反应，产生一系列有害的化合物，例如臭氧等。

因此，探索甲烷水合物分解反应的机理和管控技术十分重要。

近年来，科学家们通过实验室模拟和数值模型等方法，逐渐深入探索了甲烷水合物分解反应的机理和规律。

热力学上讲，甲烷水合物的分解反应需要吸收能量，也就是产生热量。

然而，由于甲烷水合物晶体结构的特殊性质，导致了分解反应的热力学条件比较复杂。

当温度升高，甲烷水合物晶体中的水分子会逐渐被蒸发掉，形成微小孔洞，使得甲烷分子通过这些孔洞产生扩散。

当甲烷分子逐渐脱离水合物结构时，分解反应开始发生。

分解反应的速率取决于多种因素，例如温度、压力、甲烷水合物结构等。

其中，温度是影响分解速率最为重要的因素。

温度越高，甲烷水合物分解的速率就越快。

但是，由于甲烷水合物分解反应需要吸热，因此在分解过程中需要消耗大量的热能。

"可燃冰"。

甲烷因加热释放而燃烧，水分溢出（美国地质调查所）。

嵌入图：包合物结构© (Uni. Göttingen, GZG. Abt. Kristallographie).来源：美国地质调查所天然存量甲烷气水包合物受限于浅层的岩石圈内（即< 2000 m 深）。

此外，发现在一些必要条件下，惟独在极地大陆的沉积岩，其表面温度低于0 °C，或是在水深超过300 m ，深层水温大约2 °C 的海洋沉积物底下。

大陆区域的蕴藏量已确定位在西伯利亚和阿拉斯加800 m 深的砂岩和泥岩床中。

海生型态的矿床似乎分布于整个大陆棚（如图），且可能出现于沉积物的底下或是沉积物与海水接触的表面。

他们甚至可能涵盖更大量的气态甲烷。

海洋生成气水化合物的甲烷主要由缺氧环境下有机物质的细菌分解。

在沉积物最上方几厘米的有机物质会先被好氧细菌所分解，产生 CO2，并从沉积物中释放进水团中。

在此区域的好氧细菌活动中，硫酸盐会被转变成硫化物。

若沉淀率很低（< 1 厘米／千年）、有机碳成分很低（<1%），且含氧量充足时，好氧细菌会耗光所有沉积物中的有机物质。

但该处的沉淀率和有机碳成分都很高，沉积物中的孔隙水仅在几厘米深的地方是缺氧态的，而甲烷会经由厌氧细菌产生。

此类甲烷的生成是更为复杂的程序，需要各个种类的细菌活动、一个还原环境（Eh -350 to -450 mV），且环境 pH 值需介于 6 至 8 之间。

在某些海域（例如墨西哥湾）包合物中的甲烷至少会有部份是由有机物质的热分解所产生，但大多是从石油分解而成。

[4]包合物中的甲烷一般会具有细菌性的同位素特征，以及很高的δ13C 值（-40 to -100‰），平均大约是 -65 ‰。

[5]在固态包合物地带的下方处，沉积物里的大量甲烷可能以气泡的方式释放出来。

[6][7][8]在给定的地点内判定该处是否含有包合物，大多可以透过观测“海底仿拟反射”（Bottom Simulating Reflector，或称BSR）分布，以震测反射（seismic reflection）的方式来扫描洋底沉积物与包合物稳定带之间的接口处，因而可观测出一般沉积物和那些蕴藏包合物沉积物之间的密度差异。

甲烷水合物的开发与利用技术研究一、甲烷水合物的概述甲烷水合物是指甲烷分子在低温高压下与水分子发生强烈的相互作用而形成的一种可燃冶物，其主要成分是甲烷和水。

甲烷水合物是一种类似冰晶体的物质，具有极高的比表面积和孔隙度，因而具有较高的贮气储量，具有天然气和煤炭的二者之间的特点，是未来能源资源开发的重要储备。

二、甲烷水合物的分布据初步估算，全球甲烷水合物的储量约有30万亿立方米，约等于3.5万亿吨石油的能量，远远超过天然气、煤炭等化石能源储量之和，是未来气源的主要替代品。

主要分布在海底和北极区域，其中北极区域是甲烷水合物储量最丰富的地区。

三、甲烷水合物的开发技术1.勘探技术甲烷水合物勘探技术主要包括声波勘探、磁法、电法和地震勘探等多种手段。

其中地震勘探是最主要的方法，可以通过扫描海底波动来识别是否有气体水合物的存在。

2.采集技术甲烷水合物采集技术主要有两种方式：一种是通过浅水区域直接采集，另一种是利用钻井技术，将深水区域内的水合物耙至海面上再进行采集。

采集过程中需要加入化学药剂来分离甲烷和水，并利用压缩等手段将甲烷接收到储气罐中。

3.储存技术甲烷水合物储存技术主要分为两种：一种是将气体水合物直接储存在深海海底，另一种是将甲烷水合物转换成天然气后储存。

前者的优点是不需要将水合物转化为天然气，但是储藏条件比较苛刻；后者需要将甲烷水合物通过压缩等手段转化为天然气后储存，具有更广泛的应用前景。

4.利用技术甲烷水合物的利用技术主要分为两种：一种是将甲烷水合物转化成天然气后利用，另一种是将甲烷水合物直接利用。

前者的优点是转化后的天然气质量更高，利用范围更广泛，但是转化过程中会伴随损失；后者则是将甲烷水合物直接利用，具有更高的利用效率，但是在目前技术条件下仍需要进一步探索。

四、甲烷水合物的应用前景采集和利用甲烷水合物是未来气源替代的重要途径之一。

甲烷水合物的储量丰富，储藏条件苛刻，但是随着技术的发展，其商业开发的前景越来越被看好。

甲烷水合物能稳定存在的压强和温度规律1. 什么是甲烷水合物？甲烷水合物，又称天然气水合物或冰火（Ice Fire），是一种在高压和低温条件下形成的固体化合物。

它由甲烷分子（CH4）和水分子（H2O）组成，形成类似冰晶结构的化合物。

甲烷水合物主要存在于海洋沉积物和极地地区的冻土中，是一种丰富的可再生能源资源。

它被认为是地球上储量最丰富的碳氢化合物之一。

2. 甲烷水合物的稳定存在条件甲烷水合物能够稳定存在的条件主要包括压强和温度两个方面。

2.1 压强条件甲烷水合物形成需要较高的压强环境。

一般来说，当压力大于5-20兆帕（MPa）时，甲烷水合物可以形成并稳定存在。

这是因为在高压下，水分子会逐渐聚集形成一个稳定的晶格结构，将甲烷分子困在其中。

2.2 温度条件甲烷水合物的形成也需要适宜的低温环境。

一般来说，甲烷水合物的形成温度范围在0摄氏度至20摄氏度之间。

在这个温度范围内，水分子可以形成冰晶格结构，并将甲烷分子捕获其中。

3. 压强和温度对甲烷水合物的影响压强和温度对甲烷水合物的稳定性有着直接的影响。

随着压强和温度的变化，甲烷水合物可能发生相变或解离。

3.1 压强对甲烷水合物的影响当压强低于一定值时，甲烷水合物会发生解离，即释放出其中的甲烷气体。

这是因为低压下，水分子无法形成足够稳定的结构来容纳甲烷分子。

当压强超过一定值时，虽然甲烷水合物仍然存在，但其结构可能发生相变。

高压下，晶格结构可能变得更加紧密，导致甲烷水合物的密度增加。

3.2 温度对甲烷水合物的影响随着温度的升高，甲烷水合物的稳定性会减弱。

当温度超过一定值时，甲烷水合物会解离为水和甲烷气体。

这是因为高温下，冰晶格结构会被破坏，无法继续容纳甲烷分子。

相反地，当温度降低到一定值以下时，甲烷水合物的形成速率会加快。

极低的温度有助于形成更稳定的冰晶格结构，从而增加甲烷水合物的稳定性。

4. 实际应用和挑战4.1 实际应用甲烷水合物作为一种丰富的可再生能源资源，在能源领域具有巨大潜力。

天然气水合物形成条件天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate），也称为可燃冰、甲烷水合物、甲烷冰、天然气水合物、“笼形包合物”（Clathrate），分子式为：CH4·nH2O，现已证实分子式为CH4·8H2O。

因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”(英译为：Flammable ice）或者“固体瓦斯”和“气冰”。

形成天然气水合物有三个基本条件：温度、压力和原材料。

天然气水合物是一种白色固体物质，有极强的燃烧力，主要由水分子和烃类气体分子（主要是甲烷）组成，它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH 值等）下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物（碳的电负性较大，在高压下能吸引与之相近的氢原子形成氢键，构成笼状结构）。

一旦温度升高或压强降低，甲烷气则会逸出，固体水合物便趋于崩解。

“天然气水合物”，是天然气在0℃和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”。

“冰块”里甲烷占80%～99.9%，可直接点燃。

可用mCH4·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）。

组成天然气的成分如CH4、C2H6、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。

形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99%的天然气水合物通常称为甲烷水合物（Methane Hydrate）。

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。

其水合值（hydratation value）20 可由MAS NMR 来求得。

甲烷气水包合物频谱于275 K 和3.1 MPa 下记录，显示出每个笼形都反映出峰值，且气态的甲烷也有个别的峰值。

甲烷水合物的存在和稳定性及其在能源领域的应用一、甲烷水合物的概述甲烷水合物（Methane Hydrate）是一种天然气水合物，通常在海底深处和冷海洋沉积物中发现。

它是由甲烷分子和水分子在一定条件下形成的晶体，化学式为CH4·5.75H2O，是一种富集天然气的重要方式。

甲烷水合物最早被发现是在18世纪，但直到20世纪60年代才被人们重视。

现在已经发现了世界各大洋深处和北极地区的大量甲烷水合物储量，具有极高的开发价值。

二、甲烷水合物的形成机理甲烷水合物是在一定条件下，水分子和甲烷分子形成的晶体。

在自然状态下，当温度和压力较低时，水分子可以通过氢键作用形成六面体晶体结构。

当水分子的温度低于0℃和压力高于正常大气压时，容易将甲烷分子吸附在六面体空隙中。

这时，甲烷和水分子的相对分布会呈现出一种典型的格子排列方式，即甲烷分子的底面中心与六面体角或边上的氧原子相接触。

同时，甲烷分子之间也会通过范德华力相互作用形成氢键。

三、甲烷水合物的稳定性甲烷水合物的稳定性与其所处的温度和压力、化学环境等因素有关。

一般来说，甲烷水合物只有在特定的温度和压力下才能稳定存在。

由于甲烷水合物是在海底深处和极寒的环境中形成，因此它的稳定性与外部环境密切相关，温度过高或压力过低都可能导致水合物分解和释放出甲烷等天然气。

四、甲烷水合物在能源领域的应用由于甲烷水合物具有丰富的储量和高的开采价值，因此在能源领域有着广泛的应用。

首先，甲烷水合物是天然气的重要来源之一。

据估计，全球甲烷水合物储量在1.5万亿-5万亿立方米之间，已经超过了传统的石油和天然气储量总和。

开采甲烷水合物可以有效缓解天然气短缺问题，并为能源领域的可持续发展作出贡献。

此外，甲烷水合物还可以作为一种新型的能源储存材料。

目前，研究人员已经开展了关于甲烷水合物的高压储氢实验，证明了甲烷水合物在储存氢气方面具有很高的潜力。

这为推动清洁能源的发展提供了新的思路和方法。

此外，甲烷水合物在环境保护方面也具有着重要意义。