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天然气水合物

    天然气水合物(Natural Gas Hydrate,简称Gas Hydrate),又称笼形包合物(Clathrate),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)下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物,其遇火即可燃烧。它可用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[1]。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)。

   天然气水合物在自然界广泛分布在大陆、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。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在未来资源。

 

 

                      天然气水合物的分布和资源量 

  在许多天体中都存在天然气水合物。天文学家和行星学家已经认识到在巨大的外层天体(土星和天王星)及其卫星中存在天然气水合物。另外,天然气水合物也可能存在于包括哈雷慧星在内的慧星的头部。 
 

     天然气水合物在世界范围内广泛存在,这一点已得到广大研究者的公认。在地球上大约有27%的陆地是可以形成天然气水合物的潜在地区,而在世界大洋水域中约有90%的面积也属这样的潜在区域(图4)。已发现的天然气水合物主要存在于北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中。由于采用的标准不同,不同机构对全世界天然气水合物储量的估计值差别很大。据潜在气体联合会(PGC,1981)估计永久冻土区天然气水合物资源量为1.4×1013~3.4×1016m3,包括海洋天然气水合物在内资源总量为7.6×1018m3。而日本学者Yanazaki Akira在第20届世界天然气大会所著的文章中对世界气水合物的储量预计为,陆上约n×1012m3,海洋为n×1015m3,二者之和是世界常规探明天然气储量(119×1012m3)的几十倍。但是,大多数人认为储存在气水合物中的碳至少有1×1013t,约是当前已探明的所有化石燃料(包括煤、石油和天然气)中碳含量总和的2倍。由于天然气水合物的非渗透性,其常常可以作为其下游离天然气的封盖层。因而,加上气水合物层下的游离气体量这种估计还可能会大些。如果能证明这些预计属实的话,天然气水合物将成为一种丰富的重要未来能源。 

  Sloan(1990)指出,大规模开采气水合物中的甲烷,在下个世纪的某个时后将成为现实。自然界中气水合物的稳定性取决于温度、压力及气—水组分之间的相互关系,这些因素制约着气水合物仅分布于岩石圈的浅部,地表以下不超过~2000m的范围内。

 

          

 


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