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        感受可燃冰的“溫度”

        2017-07-13 02:35:34蘇更林
        百科知識(shí) 2017年13期
        關(guān)鍵詞:可燃冰藍(lán)鯨水合物

        蘇更林

        可燃冰既然是“冰”,自然其溫度也不會(huì)太高。然而,我國(guó)試采可燃冰獲得成功的消息,在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生了巨大影響,人們對(duì)可燃冰的關(guān)注度持續(xù)升溫。那么,就讓我們一同走進(jìn)可燃冰的世界,去了解關(guān)于可燃冰的更多秘密。

        顛覆常識(shí)的可燃冰

        俗話說,水火不容。冰作為固態(tài)的水,自然也是不能燃燒的??墒牵扇急鶇s是一種可以燃燒的“冰”。那么,可燃冰到底憑借什么顛覆了我們的常識(shí)呢?

        原來,可燃冰為天然氣水合物的俗稱。它是甲烷類天然氣被包進(jìn)水分子中,在海底低溫與壓力作用下形成的一種透明結(jié)晶狀物質(zhì)。由于這種物質(zhì)大多呈現(xiàn)白色或淺灰色,看起來與冰雪十分相像,并且能像蠟燭或酒精塊一樣燃燒,因此人們就將其稱為可燃冰。

        說來也怪,存在于可燃冰內(nèi)部的甲烷氣體分子和水分子倒是十分地投緣。在由若干水分子組成的“冰籠”中,“囚禁”著一個(gè)甲烷氣體分子。構(gòu)成“冰籠”的水分子是以氫鍵相互吸引的,并與被鎖在其中的甲烷分子形成穩(wěn)定的籠型水合物。

        它們稱得上是相依為命的兄弟,沒有了“冰籠”的保護(hù),甲烷分子就會(huì)逸出籠外;而抽去了甲烷分子這個(gè)“房客”,那么“冰籠”也會(huì)發(fā)生塌陷。

        可燃冰的“底氣”何在

        在可燃冰試采成功之際,社會(huì)各界都對(duì)其給予了特別關(guān)注。那么,可燃冰的“底氣”到底是什么呢?除了可燃冰在能源上的戰(zhàn)略地位之外,可燃冰優(yōu)秀的燃燒品質(zhì)也是其走紅的“底氣”之一。

        由于可燃冰是在低溫、高壓條件下由天然氣與水分子結(jié)合而成的天然氣水合物,因此可形成單種或多種天然氣水合物。不過,形成天然氣水合物的主要?dú)怏w為甲烷,對(duì)甲烷分子含量超過99%的天然氣水合物通常稱為甲烷水合物。

        這樣的結(jié)構(gòu)特征決定了可燃冰是一種能量密度很高的能源,并且是一種很好的清潔能源。通常,1立方米的可燃冰在常溫常壓下分解后可釋放出約0.8立方米的水和164立方米的天然氣。因此,開采時(shí)只要把固體的可燃冰升溫減壓就可釋放出大量的甲烷氣體來。

        在崇尚生態(tài)文明建設(shè)的今天,我們更關(guān)心可燃冰的燃燒品質(zhì),也就是說會(huì)不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染。可燃冰在燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何殘?jiān)驈U棄物,因此其污染要比煤炭、石油、天然氣等要小得多。因此可以作為未來石油、天然氣的替代能源。

        在我國(guó)南海神狐海域進(jìn)行天然氣水合物試采作業(yè)的“藍(lán)鯨”一號(hào)鉆井平臺(tái)。

        沉睡在海底的“寶貝”

        可燃冰的燃燒品質(zhì)決定了它非凡的應(yīng)用價(jià)值,人們稱其為“寶貝”是一點(diǎn)也不過分的。只是由于其深藏于海底巖石之中,開發(fā)利用難度很大。

        一般來說,適于可燃冰形成的溫度在0℃~10℃,超過20℃便會(huì)分解了。海底的溫度一般保持在2℃~4℃左右。在0℃時(shí),可燃冰形成需要30個(gè)大氣壓,并且壓力越大形成的可燃冰越穩(wěn)定。關(guān)于可燃冰形成的氣源,指的就是甲烷等天然氣。一般來說,甲烷氣源可由海底沉淀的碳經(jīng)生物轉(zhuǎn)化而來。

        由于可燃冰形成需要特殊的條件,所以只能分布于特定的地理位置和地質(zhì)構(gòu)造單元。據(jù)估算,可燃冰的資源量相當(dāng)于全球已探明傳統(tǒng)化石燃料碳總量的兩倍,科學(xué)家們甚至認(rèn)為它是能夠滿足人類使用1000年的新能源。

        “中國(guó)方案”領(lǐng)跑世界

        我國(guó)可燃冰資源儲(chǔ)存量大約相當(dāng)于1000億噸油當(dāng)量,其中有近800億噸分布在南海。按現(xiàn)在的消耗水平,可燃冰資源可滿足我國(guó)近200年的能源需求。

        可燃冰既是一種清潔能源,但同時(shí)又是一種非常危險(xiǎn)的能源。原來,在導(dǎo)致全球氣候變暖方面,甲烷所起的作用是二氧化碳的10~20倍??扇急牟划?dāng)開發(fā)有可能導(dǎo)致甲烷氣體的泄漏,不僅會(huì)增加地球的溫室效應(yīng),還有可能造成海洋生態(tài)的變化以及海底滑塌事件等,這無疑都會(huì)加大可燃冰的開采難度。

        我國(guó)從1999年起開始對(duì)可燃冰開展實(shí)質(zhì)性的調(diào)查和研究。2004年,我國(guó)科學(xué)家開始對(duì)可燃冰鉆采進(jìn)行攻關(guān),現(xiàn)已成功研發(fā)了國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的水合物冷鉆熱采關(guān)鍵技術(shù)。2017年5月,中國(guó)實(shí)現(xiàn)了可燃冰全流程試采核心技術(shù)的重大突破,形成了國(guó)際領(lǐng)先的新型試采工藝。我國(guó)進(jìn)行的可燃冰試開采是世界上第一次針對(duì)粉砂質(zhì)水合物進(jìn)行開發(fā)試驗(yàn),采用的是具有中國(guó)特色的“中國(guó)方案”。

        在此次試采中使用了大量國(guó)產(chǎn)化裝備,其中的“藍(lán)鯨”一號(hào)就是目前全球最先進(jìn)的雙井架半潛式鉆井平臺(tái),可適用于全球任何深海作業(yè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,整個(gè)試采過程安全、友好、可控、環(huán)保。我國(guó)在可燃冰研究領(lǐng)域走在了世界前列,對(duì)推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命具有十分重要的意義。

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        “藍(lán)鯨”一號(hào)是我國(guó)自主研制的世界最大、作業(yè)水深最深、鉆井深度最大的雙井架半潛式鉆井平臺(tái),最大鉆井深度達(dá)15240米。“藍(lán)鯨”一號(hào)凈重4.3萬噸,從船底到鉆井架頂端有37層樓高。通常的鉆井平臺(tái)都是一套鉆井系統(tǒng)。而“藍(lán)鯨”一號(hào)卻擁有雙鉆塔系統(tǒng)。雙鉆塔同時(shí)工作,一邊打井、一邊接管,鉆井效率至少提高30%。

        【責(zé)任編輯】趙新宇

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