第1章天然氣水合物概況
天然氣水合物作為一種新能源，已經(jīng)引起了政府、各大公司和高等院校的廣泛注意，他們紛紛開設(shè)相關(guān)研究部門和新能源學(xué)院以加強(qiáng)水合物方面的研究。有關(guān)水合物的概念、結(jié)構(gòu)和機(jī)理及其在自然界的分布成為熱點。本章將拋出對這些熱點問題的評述，以便讀者有一個總體認(rèn)識，并進(jìn)一步討論。
1.1天然氣水合物概念及其研究意義
天然氣水合物，簡稱水合物，又稱“可燃冰”，是由水和天然氣在高壓低溫環(huán)境條件下形成的冰態(tài)、結(jié)晶狀籠形化合物（Paull and Dillon，2001；Sloan and Koh，2008）。它是自然界中天然氣存在的一種特殊形式，主要分布在一定水深（通常＞300m）的海底以下和永久凍土帶。在自然界中，天然氣水合物常常以甲烷水合物為主，其包絡(luò)的氣體以甲烷為主，與天然氣組成非常相似，這種化合物具有小的分子質(zhì)量，化學(xué)成分不穩(wěn)定（即成分可變），可用通式M nH2O表示，式中，M為水合物中的氣體分子，n為水分子數(shù)。除此之外，還有其他單種氣體水合物，雖存在著多種氣體混合的水合物，但比較少見。在自然界發(fā)現(xiàn)的水合物多呈白色、淡黃色、琥珀色、暗褐色等軸狀、層狀、小針狀結(jié)晶體或分散狀結(jié)晶體。從目前所取得的巖芯樣品來看，水合物主要以以下方式賦存：①以球粒狀散布于細(xì)粒沉積物或巖石中；②占據(jù)粗粒沉積物或巖石粒間孔隙；③以固體形式填充在裂縫中；④出現(xiàn)在海底的塊狀水合物伴隨少量沉積物（Lee and Collett，2009；Boswell and Collett，2011；Zhang et al.，2014）。
天然氣水合物被認(rèn)為是一種巨大的高效清潔能源。據(jù)研究人員估計，全球天然氣水合物的資源總量換算成甲烷氣體為1.8×1016～2.1×1016m3，有機(jī)碳儲量相當(dāng)于全球已探明礦物燃料（煤炭、石油和天然氣等）的兩倍（Paull and Dillon，2001）。海洋天然氣水合物資源量十分巨大，通常是陸地凍土帶的100倍以上（Paull and Dillon，2001）。天然氣水合物的顯著特點是分布廣、儲量大、高密度、高熱值，1m3天然氣水合物可以釋放出164m3甲烷氣和0.8m3水。因此，天然氣水合物，特別是海洋天然氣水合物被認(rèn)為將是21世紀(jì)的替代能源。