可以燃烧的冰块

2024-12-01 15:53:00

大家有没有见过可以燃烧的冰块呢?那就是可燃冰,又叫固体瓦斯、汽冰或天然气水合物,它是天然气和水在高压低温条件下形成的类似冰块的笼状结晶物质,其化学式通常表CH4·nH2O。和天然气一样,它可以通过燃烧释放巨大的能量,同时生成二氧化碳和水,是一种清洁能源。

那么人们是如何发现它们的呢?1810年,英国化学家汉弗莱·戴维在实验室中用水分子笼关住了甲烷,第一次发现了它的存在,但那时还没有在自然界中发现。1934年,美国人哈默·施密特在被堵塞的管道中第一次在自然界中发现其存在,并叫它“天然气水合物”。1968年,苏联地质学家于寒冷的西伯利亚发现了可燃冰的矿藏。1974年,美国地质学家意外点燃了身边的“冰”,并将其命名为可燃冰。经过几十年的寻找后,从目前已探明的情况来看,可燃冰大部分位于深海中,仅有3%位于极地、冻土带、内陆海和湖泊中。

可燃冰的形成过程也非常有趣,首先是海底的有机物经长时间的沉淀,其中的碳经过生物转化生成天然气,然后水分子在寒冷的地区或是海底高压的作用下把天然气包围起来,并在0~10℃时结晶。当然,如果气温升高至20℃,被包裹的天然气就会冲破笼状结构,可燃冰也就随之分解。

虽然可燃冰容易分解,但也有不少优点,因此被国际公认为是石油等的接替能源。第一,其储量丰富,目前全球可燃冰资源量约2100万亿立方米,是石油储量的几百倍,可供人类使用1000年。第二,其能量密度高,是常规天然气的2~5倍,是煤炭的10倍,1立方米可燃冰可释放出164立方米甲烷。第三,污染小,其燃烧不会产生粉尘和有毒气体,是理想的清洁燃料。

由于甲烷是温室气体,因此可燃冰开发过程中要避免甲烷泄漏而引发的温室效应,目前的开采方法主要有热激化法、减压法、置换法三种。热激化法是直接对可燃冰层进行加热,使其温度超过平衡温度从而分解成水和天然气,该方法也经历了从注入热流体、火驱法、井下电磁加热再到微波加热的发展历程。减压法是降低压力促使可燃冰分解的方法,目前人们通常采用低密度钻井液钻井或是泵出其下方游离气的方法来降低可燃冰层的压力。置换法则是将二氧化碳注入可燃冰气藏中将天然气置换出来,这是因为可燃冰达到稳定所需的压力比二氧化碳水合物更高。

因此,如果我们能做好对可燃冰的开发与利用,那么将对我们应对现阶段能源危机,在未来实现“双碳”目标起到关键的作用。

2017518日,我国南海神狐海域天然气水合物试采实现连续超过7天的稳定产气,取得天然气水合物试开采的历史性突破。之后中国继续进行多次试采,成功研发了自主可控的可燃冰开采设备,能够深度、高效开采可燃冰。并且,中国还通过自主通胀孔钻进可燃冰埋藏层内部,成功地在预计的位点发现可燃冰。

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