甲烷水合物常压分解

篇名燃燒的冰塊—甲烷水合物作者顏鵬洲。

國立大里高級中學。

二年八班壹●前言甲烷水合物廣泛分布於極區永凍層及陸緣海域等處。

全球甲烷水合物的甲烷蘊藏量，在標準溫壓環境下，保守估計至少有20 1015 m3，其所含有機碳總量達1X1019 g，約為目前已知全球化石燃料等能源資源之有機碳總儲量的兩倍，極可能成為二十一世紀最重要能源資源之一。

歐、美、日等國家對於氣水合物的研究，已日漸發展成為包括氣水合物地質學〈氣水合物普通地質學、氣水合物區域地質學、氣水合物海洋地質學〉、氣水合物地球化學、氣水合物區域工程地質學、氣水合物地球物理調查及氣水合物與全球氣候變遷在內的一門新興研究領域，惟國內各界普遍對於甲烷水合物並不熟悉。

因此，本文旨在介紹甲烷水合物的特性，期望國內各界能儘早重視並投入此項極有潛力的能源資源之各項研究與技術開發。

貳●正文天然氣水合物〈natural gas hydrates〉簡稱為氣水合物〈gas hydrates〉，是由主成分水分子組成似冰晶籠狀架構，將氣體分子等副成分包裹於結晶構造空隙中之一種非化學計量〈non-stoichiometric〉的籠形包合物結晶。

所包合的氣體分子組成可能有甲烷〈CH4〉、乙烷〈C2H6〉、丙烷〈C3H8〉、異丁烷〈C4H10〉、正丁烷〈C4H10〉、氮〈N2〉、二氧化碳〈CO2〉或硫化氫〈H2S〉等。

自然界產出的氣水合物所含氣體分子組成常以甲烷為主，故也有些學者將氣水合物通稱為甲烷水合物〈methane hydrate〉。

由於它是一種非化學計量性的籠型結晶化合物，甲烷氣與水分子的結合不需任何鍵結〈如化學鍵或離子鍵等〉，此特性與一般依庫倫力鍵結形成的水合物〈如鹽與水〉完全不同，為避免字義上的混淆，部份學者稱之為甲烷氣水包合物〈methane clathrate〉。

不過，大部分學者仍習慣稱為甲烷水合物，本文亦沿用甲烷水合物一詞。

甲烷水合物外觀猶如純白潔淨之半透明至不透明狀的冰塊，常溫常壓的環境下，很容易解離成甲烷氣與水，只要有火源將它點火燃燒，即可自我持續燃燒直至殆盡，形成冰火或水冰火共存的特異現象。

甲烷水合物分解动力学
孙长宇;陈光进;郭天民;林万臣;陈江
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】2002(053)009
【摘要】根据两种测量水合物分解动力学的方法--恒定分解压力法及压力变化法,采用气体水合物静力学实验装置测定了甲烷水合物的分解动力学数据.由建立的分解动力学模型计算了甲烷水合物的分解速率,较好地拟合了所测得的实验数据.实验数据验证了分解速率和水合物平衡压力下的逸度与实验压力下的逸度之差有关,计算的分解活化能为73.3 kJ*mol-1(甲烷).
【总页数】5页(P899-903)
【作者】孙长宇;陈光进;郭天民;林万臣;陈江
【作者单位】石油大学油气藏流体相态重点研究室,北京102200;石油大学油气藏流体相态重点研究室,北京102200;石油大学油气藏流体相态重点研究室,北京102200;吉林油田勘探开发研究院,吉林省,吉林市,138000;吉林油田勘探开发研究院,吉林省,吉林市,138000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ013.1
【相关文献】
1.卵磷脂对sⅠ型甲烷水合物晶体分解的抑制作用分子动力学模拟 [J], 王乐;蒋官澄;林鑫
2.聚乙烯唑啉作用下甲烷水合物分解的分子动力学模拟 [J], 王燕鸿;陈玉娟;包玲;郎雪梅;樊栓狮
3.甲烷水合物在天然砂中的分解动力学研究 [J], 文龙;周雪冰;梁德青
4.块状甲烷水合物分解动力学特征及其影响因素 [J], 陈强;吴能友;李彦龙;刘昌岭;孙建业;孟庆国
5.温度对甲烷水合物分解影响的分子动力学模拟 [J], 周广刚;孙晓亮;卢贵武
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冀教版六上《蔚蓝色的宝库》教学实录与点评关键词：海洋资源；科学分类；合作交流中图分类号：G623.6 文献标识码：A 文章编号：1009-010X（2008）07/08-0113-03教材分析：《蔚蓝色的宝库》是冀教版科学六年级上册第五单元“海洋资源”中的内容，“海洋资源”是本册的综合单元，目的是再次从系统的角度帮助学生了解丰富的海洋资源，引导学生保护和利用海洋资源。

本课是在学生已经充分关注生命世界的多样性及其能量和能源的关系基础上，再次从系统的角度引导学生综合运用查阅资料、讨论等多种方式，了解各种类型的海洋资源，感受海洋资源的丰富和美丽。

学情分析：在本册教材前面“丰富多彩的生命世界”和“宝贵的能源”两个单元的学习中，学生已经掌握了搜集整理信息的基本方法，但是对于资料的整理分析、合理分类的能力还需进一步提高。

海洋是生命的摇篮、资源的宝库。

对于海洋的认识，不管生活在什么地方的孩子，都能略知一二，但更多的还是一个又一个不解之谜，尽管是六年级的孩子，但仍对海洋充满了好奇和憧憬。

教学目标：能通过对所搜集到的资料进行分析，并对海洋资源进行合理的分类。

能将搜集到的资料设计成生动、易懂的方式进行展示。

能感受到海洋资源的丰富与美丽，并能在阅读资料中意识到有些海洋资源正在遭到破坏。

教学重点：培养学生以合作的方式搜集资料、分析资料的能力。

教学材料：教师准备：展示海洋的美丽和资源丰富的视频资料。

学生准备：课前搜集有关海洋丰富资源的资料。

教学过程：一、猜谜引入，激发兴趣师：请同学们做个猜谜语游戏，看谁猜得又对又快。

谜语一：家住大海，走向岸来。

太阳一晒，身体变白。

生：海盐。

师：谜语二：肚中藏宝，广阔无边，入口苦涩，变化无常。

生：大海。

（所猜谜语包含了大海的特点，既能借此导入，又与学生的认知实践和本课的学习目标相结合，可谓一举两得。

）师：那谁去过海边？能说一说大海的样子吗？生：我去过北戴河，那里的海边有沙滩，可以捡贝壳，还可以在海上冲浪。

未来新能源的“气冰”精练天然气(主要成分是甲烷)和水混合时产生的晶体物质，外貌极似冰雪，点火即可燃烧，故称之为“气冰”或“固体瓦斯”。

它在自然界的分布十分广泛，海底以下0到1500米的大陆架和北极等地的永久冻土带都有可能存在，已探明的储量是传统化石能源(包括煤、石油、天然气等)的两倍。

“气冰”可视为被高度压缩的天然气资源，每立方米能分解释放出160—1 80标准立方米的天然气。

专家认为，形成“气冰”至少要满足三个方面的条件。

首先是温度，海底温度在2℃至4℃时，适合“气冰”的形成，高于20℃则分解。

其次是压力，在0℃时，只需要30个大气压就可以形成“气冰”。

如果在海底，海深每增加10米，压力就增大1个大气压。

因此，海深3 00米就可达到30个大气压。

海越深，压力越大，“气冰”就越稳定。

第三是气源，海底古生物尸体的沉积物，被细菌分解会产生甲烷，或者是天然气在地球深处产生并不断进入地壳。

在此情况下，天然气可在介质的空隙中和水生成“气冰”；甲烷分子被若干个水分子形成的笼型结构接纳，生成笼型固体结晶水合物，分散在海底岩层的空隙中。

在常温常压下，“气冰”则分解为甲烷和水。

埋藏于海底岩石中的“气冰”，和石油、天然气相比，它不易开采和运输，世界上至今还没有完善的开采方案。

有专家认为，开采这种水合物会给生态造成一系列严重问题。

因为“气冰”中存在两种温室气体——甲烷和二氧化碳。

甲烷是绝大多数“气冰’’中的主要成分，同时也是一种反应快速、影响明显的温室气体。

“气冰”中甲烷的总量大致是大气中甲烷数量的3000倍。

作为短期温室气体，甲烷l：b-'-氧化碳所产生的温室效应要大得多。

有学者认为，在导致全球气候变暖方面，甲烷所起的作用是二氧化碳的10—20倍。

如果开采时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。

而“气冰”矿藏哪怕受到最小的破坏，甚至是自然的破坏，都足以导致甲烷的大量释放。

这种气体进入大气，无疑会使地球升温更快。

第41卷 第4期2011年07月吉林大学学报(地球科学版)Jour nal of Jilin U niver sity(Ea rth Science Editio n)Vo l.41 No.4July 2011陆地天然气水合物孔底冷冻取样方法郭 威,孙友宏,陈 晨,张祖培吉林大学建设工程学院,长春 130026摘要:如何获得品质优良的原状样品成为探明陆地天然气水合物赋存条件与储量的关键技术之一。

在分析天然气水合物热物理性质和温压特性的基础上,采用主动式降温的方法,通过外部冷源在孔底降低水合物岩心温度,降低水合物的临界分解压力,抑制水合物分解,获得水合物保真样品:据此提出了天然气水合物孔底冷冻取样方法。

设计的取样器总体结构由单动机构、控制机构和制冷机构组成,其工作原理主要为孔底冷冻岩心和地表取心,同时分析计算了取样器冷冻岩心所需的能量。

通过钻探取样试验钻获冷冻岩心,证明天然气水合物孔底冷冻取样方法能够实现孔底冷冻岩样。

该方法可以应用于天然气水合物保真取样。

关键词:天然气水合物;陆地勘探;孔底冷冻;取心钻探中图分类号:T E244 文献标志码:A 文章编号:1671 5888(2011)04 1116 05收稿日期:2010 09 01基金项目:科技部国际合作与交流专项(2007DF R60100);中国地质调查局项目(1212010818055);吉林大学基本科研业务费项目(200903199)作者简介:郭威(1979 ),男,吉林公主岭人,副教授,博士,主要从事天然气水合物勘探技术研究,T el:0431-********,E mail:g uow ei6981@ 。

Sampling for Land Gas Hydrates by Hole Bottom FreezingGU O Wei,SUN Yo u hong ,CH EN Chen,ZH ANG Zu peiColle ge of Constr uction Eng inee ring ,Jilin Univ e rsity ,Chang chun 130026,ChinaAbstract:In situ sampling techniques are crucial to keep hydr ate sam ples intact for characterizing the occur rence conditio ns and reser ves of the gas hy drates in permafrost land.H aving taken into account the thermo physical characteristic and the tem perature pressur e dependence of gas hy drates,w e hav e developed a borehole bottom freezing technique for g as hy drate sam pling.T his technique can significantly reduce the r equired sampling pr essure and prev ent decomposition of the hy drate samples by means of an ex ternal cold sour ce w hich freezes the hydrate cores at the bottom o f borehole.The gross structure of freezing sampler is consist of single action,co ntro l mechanism and freezing mechanism.T he tw o elem entary principles are freezing core by hole bottom and achiev ing the sample on the surface ar e analyzed,w hich analyses the required energy that freezing co re for the sam pler.The bo rehole bottom freezing sampling w as tested by a tr ial of cor e drilling.Success in r etaining freezing sam ples demonstrates that this technique can be applied to o btain freezing samples from the borehole botto m,creating a novel appro ach for development o f in situ hydr ate corers.Key words:g as hydrates;land ex ploratio n;hole bottom freezing;cor e drilling0引言天然气水合物作为一种储量巨大的新型能源,被誉为21世纪石油天然气的理想替代能源,已经成为世界各国在能源战略中必须加以考虑的重要因素。

第24卷 第3期2010年6月现 代 地 质GE OSC I ENCEVol 124 No 13J un 12010沉积物中天然气水合物减压分解实验孙建业1,2,业渝光1,2,刘昌岭2,张 剑2,刁少波2(11中国海洋大学海洋地球科学学院,山东青岛 266100;21青岛海洋地质研究所,山东青岛 266071)收稿日期:2010201205;改回日期:2010204205;责任编辑:潘令枝。

基金项目:国家重点基础研究发展计划(2009CB219503);中国地质调查局专项项目(GZ H 200200202)。

作者简介:孙建业,女,博士研究生,1981年出生,海洋地质专业,主要从事天然气水合物研究。

Em ai:l s un _jian_ye@1631co m 。

摘要:基于自行研发的天然气水合物开采实验装置,进行了沉积物中甲烷水合物减压分解实验研究,并用时域反射技术(TD R )实时监测水合物分解过程中其饱和度的变化。

实验采用粒径为0118~0135mm 的干砂,0103%的十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液和高纯甲烷气体。

实验结果表明:水合物减压分解过程中不同层位的温度与水合物饱和度存在差异,体现了一定沉积环境下水合物的分解规律,位于沉积物上层与外侧的水合物先分解;TDR 技术测量水合物饱和度时,压力迅速降低不会对TD R 波形产生影响,TD R 曲线变化仅由水合物分解引起;水合物分解时TDR 技术测得其饱和度变化规律与根据分解气体总量计算的结果一致,说明该技术可以准确实时监测水合物饱和度变化。

关键词:天然气水合物;沉积物;减压分解;TDR;饱和度中图分类号:TE311 文献标志码:A 文章编号:1000-8527(2010)03-0614-08E xper im en ta l R esea rch of G a sH ydra te D issoci a tion inSed i m en ts by D epr essur iza tion M ethodS UN Jian 2ye 1,2,YE Yu 2guang 1,2,LIU Chang 2li n g 2,Z HANG Jian 2,D IAO Shao 2bo2(11Colle g e o f M ari n eGeol ogy,Oce an Un i ve rsit y of China,Q ingdao,Shand ong 266100,Ch ina;21Q ingdao Institute o f M ari n eGeol ogy,Qingda o ,Shand ong 266071,Ch i na )Abstr act :Experi m ental i n vesti g ation of methane hydrate d issociati o n process i n sedi m ents using depressuriz a 2ti o n method was carried out based on an self 2developed exper i m enta l setup f or gas hydrate exploitati o n.The T DR (ti m e 2do ma i n reflecto metry)techn i q ue was app lied tomeasure hydrate saturation duri n g gas hydrate d isso 2ciati o n .The m aterials used in t h is study are natura l sand (0118-0135mm),0103%sod i u m dodecyl su lfate (S DS)sol u tion and high 2puritymethane .The results sho w that duri n g gas hydrate dissociation ,the te mperature and hydrate saturati o n vary i n dif ferent parts of sedi m ents ,suggesti n g that hydrates d issoc i a te earlier on the sur 2f ace and i n outer layer of the sedi m ents than those i n i n ner layer .The T DR wavef or m s aren p t aff ected by rapid depressurization .The changes of T DR curve is j u st due to gas hydrate dissociation so that t h e m easured hydrate saturations aren p t aff ected by pressure changes .M oreover ,the cumu lative volume of d issociation gas is also used to calcu late the hydrate sat u rati o n f or co mparison ,and the resu lt is well consisten tw ith t h at of T DR method .It i n dica tes t h at T DR m et h od can be used to measure the variati o n of hydrate saturation and exactly de monstrate t h e hydrate dissociation process .K ey w ord s :gas hydrate ;sed i m en;t depressurizati o n d issoc iati o n ;TD R;sat u ra ti o n0 引 言天然气水合物是在特定条件下由水分子和烃类分子组成的类冰状笼形化合物,标准状态下,单位体积天然气水合物可释放出160~180体积的甲烷气体[1],其在自然界的储量巨大,被认为是21世纪最重要的替代能源,如何高效安全地开采水合物已经成为当前面临的迫切问题。