天然气水合物
可燃冰的组成成分
可燃冰的组成成分可燃冰，又称为天然气水合物，是一种富含甲烷的冰状物质，主要由水和甲烷组成。
它是一种在极寒海底沉积物中形成的天然矿物资源，被认为是未来能源的重要替代品。
本文将从可燃冰的组成成分出发，介绍可燃冰的形成、特性以及潜在的应用前景。
一、水水是可燃冰的主要组成成分，它占据了可燃冰的大部分体积。
在可燃冰中，水以冰的形式存在，将甲烷分子包裹在其中。
这种冰状结构使得可燃冰在常温下保持稳定，但在加热或释放压力的情况下，可燃冰会发生相变，释放出其中的甲烷气体。
二、甲烷甲烷是可燃冰的另一个重要组成成分，它是一种无色、无味的天然气体。
甲烷是一种碳氢化合物，由一个碳原子和四个氢原子组成。
在可燃冰中，甲烷以分子的形式存在，与水分子形成稳定的结构。
可燃冰的形成过程是一个相对复杂的过程。
它通常在海洋沉积物中形成，需要同时满足一定的温度和压力条件。
在极寒的海底环境中，水分子会逐渐与甲烷分子结合，形成冰状结构，即可燃冰。
这种结合是通过水分子中的氢键与甲烷分子的碳原子之间的相互作用实现的。
可燃冰的特性使其具有广泛的应用前景。
首先，可燃冰是一种潜在的能源资源。
据估计，全球可燃冰资源量巨大，远远超过传统石油和天然气资源。
利用可燃冰作为能源可以减少对传统化石燃料的依赖，同时也有助于减少温室气体的排放。
然而，可燃冰的开采和利用仍面临技术和环境等方面的挑战。
可燃冰还具有重要的地质和环境意义。
可燃冰的形成与气候变化、地质构造等因素密切相关。
通过研究可燃冰的分布和特性，可以深入了解地球的演化历史和环境变化。
此外，可燃冰的存在也对海底沉积物的稳定性和地震活动等有一定影响，因此需要进行相关研究和监测。
可燃冰还具有潜在的商业价值。
除了能源利用外，可燃冰中的甲烷还可以作为化工原料和燃料供应。
甲烷是一种重要的化工原料，被广泛应用于合成氨、合成甲醇等化工过程中。
此外，甲烷也可以作为燃料供应给交通工具和发电设施，减少对传统石油和天然气的需求。
可燃冰的组成成分主要包括水和甲烷。
天然气水合物的危害与防止
天然气水合物的危害与防止天然气水合物（又称冰火）是一种在高压和低温条件下形成的物质，由水和天然气分子相结合而成。
它主要存在于深海沉积物中，是一种潜在的能源资源。
然而，天然气水合物也具有一定的危害，并需要采取适当的措施进行防止和控制。
以下是有关天然气水合物的危害和防止方法的详细说明。
一、天然气水合物的危害1. 环境污染：天然气水合物的开采和开发过程中，会产生大量的废水和废气。
废水中含有一定浓度的盐和重金属等有毒物质，如果未经处理直接排放到环境中，将会对水体和生态系统造成严重污染。
废气中含有甲烷等温室气体，其对全球气候变化的影响也不可忽视。
2. 地质灾害：天然气水合物属于一种稳定的结构，在地质条件发生改变时，有可能导致其解聚释放出大量的天然气。
这些气体若在地下形成较大规模的气囊，有可能引发火灾、爆炸等地质灾害，对周围环境和人类的安全造成威胁。
3. 海洋生态系统破坏：天然气水合物存在于深海沉积物中，开采和开发这些水合物往往需要使用大量的设备和工具，这些设备在操作过程中可能会对海洋生态系统造成破坏。
例如，底部拖缆或钻浆泄漏可能导致海洋底栖生物死亡，捕捞设备的使用可能破坏底栖生物的生活环境。
4. 社会经济影响：天然气水合物是一种潜在的能源资源，如果能够成功开发和利用，将会对经济产生重大的影响。
然而，由于水合物开发技术的复杂性和风险性，开发难度较大，并且需要大量的资金投入。
一旦投资失败，将会对相关企业和国家的财务状况产生负面影响。
二、天然气水合物的防止1. 加强监管和管理：针对天然气水合物开采和开发活动，应加强监管和管理。
完善相关法律法规，建立健全的监测和检测机制，确保开发活动符合环境保护和安全标准。
对违规行为严肃追责，提高违法成本，减少不合规行为的发生。
2. 发展环保技术：开发天然气水合物的过程中，应加强环境保护技术研究和应用。
例如，开展废水处理和废气排放控制技术研发，提高处理效率和降低对环境的影响。
同时，应大力发展清洁能源技术，减少对水合物的依赖，推动可再生能源的发展。
天然气水合物的发现史天然气使用安全常识
天然气水合物的发现史天然气使用安全常识天然气水合物（Natural Gas Hydrates，NGHs）是一种由天然气分子和水分子形成的晶体化合物。
它们在高压和低温的条件下形成，并存在于陆地和海洋沉积物中。
天然气水合物被认为是一种巨大的能源资源，可能比煤炭、石油和天然气等传统化石燃料资源更为丰富。
以下是天然气水合物的发现史以及天然气的使用安全常识：一、天然气水合物的发现史：1.初次发现：最早对天然气水合物的描述发生在18世纪末和19世纪初，当时，北美被描述为“冷气固化物”，但直到20世纪60年代，人们才首次证实了其存在。
2.挖掘天然气水合物：人们于1969年在墨西哥湾发现了深水天然气水合物，但直到2002年，日本才首次成功挖掘和提取天然气水合物。
3.进一步证实：从1990年代开始，国际上的科学家们陆续在世界各地的海洋沉积物和深地层沉积物中发现了更多的天然气水合物。
二、天然气的使用安全常识：1.天然气泄漏的风险：天然气的主要成分是甲烷（CH4），它具有易燃性和无色、无味的特点。
天然气泄漏可能导致爆炸和火灾的风险，因此天然气使用过程中需要注意安全。
2.检查和维护：定期检查和维护燃气设备和管道，确保其安全运行。
如果发现泄漏，应立即通知相关部门进行修复。
3.安全燃烧：使用天然气的燃气炉、燃气灶等燃气设备时，应确保良好的通风环境，避免一氧化碳中毒等危险情况发生。
4.防止火灾：禁止在天然气灶或炉子附近使用易燃物品，如喷雾瓶等。
并确保使用天然气设备时无明火，并随时保持家庭灭火器的可用性。
5.预防意外：在使用天然气时，应注意避免刺激性和腐蚀性物质的接触，以免损坏管道或设备。
6.紧急情况应对：如发生天然气泄漏或其他紧急情况，应迅速采取以下措施：不使用明火，关闭天然气阀门，立即离开并通知有关部门。
综上所述，天然气水合物作为一种巨大的能源资源，在不断的发现和研究中逐渐为能源开发者所关注。
然而，天然气的使用也需要严格遵守安全常识，以确保使用过程的安全性和可靠性。
天然气水合物
天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。
因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。
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）下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物（碳的电负性较大，在高压下能吸引与之相近的氢原子形成氢键，构成笼状结构）。
它可用mCH4·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。
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）。
到目前为止，已经发现的天然气水合物结构类型有三种，即I型结构、II型结构和H型结构。
I型结构气水合物为立方晶体结构，其在自然界分布最为广泛，其仅能容纳甲烷（C1）、乙烷这两种小分子的烃以及N2、CO2、H2S等非烃分子，这种水合物中甲烷普遍存在的形式是构成CH4·5.75H2O的几何格架。
II型结构气水合物为菱型晶体结构，除包容C1、C2等小分子外，较大的“笼子”（水合物晶体中水分子间的空穴）还可容纳丙烷（C3）及异丁烷（i-C4）等烃类。
H型结构气水合物为六方晶体结构，其大的“笼子”甚止可以容纳直径超过异丁烷（i-C4）的分子，如i-C5和其他直径在7.5～8.6A之间的分子（表2）。
H型结构气水合物早期仅见于实验室，1993年才在墨西哥湾大陆斜坡发现其天然形态。
II型和H 型水合物比I型水合物更稳定。
除墨西哥湾外，在格林大峡谷地区也发现了I、II、H型三种气水合物共存的现象。
天然气水合物结构类型
天然气水合物结构类型天然气水合物（Gas Hydrate）是一种特殊的结晶化合物，由水分子和气体分子形成的固态晶体结构。
其中，水分子以六边形的结构排列，气体分子则嵌入在水分子的六边形晶格当中。
天然气水合物的稳定性取决于温度和压力，一般需要在高压低温的条件下形成。
天然气水合物广泛存在于海洋和陆地的冷寒地区，是重要的能源资源和环境地质问题。
根据水合物结构中气体分子的类型和排列方式，天然气水合物可分为多种结构类型。
下面将介绍几种常见的天然气水合物结构类型。
1. I型水合物（Structure I）I型水合物是最常见的天然气水合物结构类型，其中气体分子以单个分子的形式嵌入在水分子的六边形晶格当中。
这种结构类型适用于大部分低碳烷烃类气体，如甲烷、乙烷等。
I型水合物在低温高压条件下稳定，常存在于海洋沉积物中。
2. II型水合物（Structure II）II型水合物是由二氧化碳分子和水分子形成的结构类型。
在这种结构中，CO2分子以线性链的形式嵌入在水分子的六边形晶格当中。
II型水合物的稳定性较低，需要较高的压力和低温才能形成。
这种结构类型常见于深海寒冷地区。
3. H型水合物（Structure H）H型水合物是由大型气体分子（如烷烃类）形成的结构类型。
在这种结构中，气体分子以大团簇的形式嵌入在水分子的六边形晶格当中。
H型水合物的稳定性较低，需要更高的压力和较低的温度才能形成。
这种结构类型常见于陆地冷寒地区。
4. S型水合物（Structure S）S型水合物是由硫化氢分子和水分子形成的结构类型。
在这种结构中，H2S分子以线性链的形式嵌入在水分子的六边形晶格当中。
S 型水合物的稳定性较低，需要更高的压力和较低的温度才能形成。
这种结构类型常见于海洋沉积物中。
5. Clathrate水合物Clathrate水合物是由较大的气体分子形成的结构类型，气体分子以笼状结构嵌入在水分子的六边形晶格当中。
Clathrate水合物可以包括多种气体分子，如甲烷、乙烷、氮气等。
天然气水合物开采原理
天然气水合物开采原理天然气水合物是一种白色固体物质，有极强的燃烧力。
它是怎么形成的呢？其实就是在特定的低温高压环境下，天然气分子被锁在水分子形成的笼子里啦。
就好比是天然气分子在水分子搭成的小房子里安了家，乖乖地待着呢。
那要开采它呀，可是个技术活。
有一种开采方法叫热激发开采法。
想象一下，可燃冰就像一个怕冷的小团子，咱们给它加热，就像给它盖上温暖的小被子。
通过向地层注入热水或者热蒸汽，温度升高了，这个稳定的小环境就被打破啦。
那些天然气分子就像睡醒了的小精灵，开始活跃起来，从水分子的笼子里跑出来。
这时候呢，天然气就可以被收集起来啦。
不过这个方法也有点小麻烦呢，就像你在热牛奶的时候，要是火候掌握不好，可能就会溢出来。
加热的温度、注入的量等等都得精确控制，不然可能会引发一些地层的不稳定之类的问题。
还有一种是降压开采法。
这就像是给天然气分子的小房子撤掉了一部分围墙。
咱们降低地层的压力，原本在高压下老老实实待在水合物里的天然气分子，突然觉得压力变小了，就像被松绑了一样，开始往外跑。
这种方法相对来说比较环保呢，就像轻轻地推开一扇门，让天然气自然地流出来。
但是呢，降压的速度和幅度也得拿捏得准准的，要是降得太快太猛，就像突然把气球里的气放得太快，气球可能就爆了，地层也可能会出现一些裂缝之类的不好的情况。
化学试剂注入开采法也很有趣哦。
这就好比是给天然气分子送了一把小钥匙。
咱们把一些化学试剂注入到地层里，这些试剂就像聪明的小助手，能够和天然气水合物发生反应，把那些水分子搭成的笼子给破坏掉。
这样一来，天然气分子又可以自由活动啦。
不过呢，这些化学试剂可不能随便乱用，就像你不能随便给小动物乱喂东西一样。
得选择合适的试剂，而且还要考虑试剂对地层和环境有没有不好的影响。
要是试剂选得不好，就像给地层吃了坏东西，可能会让地层生病呢。
宝子们，天然气水合物的开采可不容易呀。
这每一种方法都像是在小心翼翼地解开一个神秘的魔法盒子，要充满耐心和智慧。
天然气水合物
天然气的露点是指在一定的压力条件下， 天然气中开始出现第一滴水珠时的温度。天然 气的露点降是在压力不变的情况下，天然气温 度降至露点温度时产生的温降值。 通常，要求埋地输气管道所输送的天然气 的露点温度比输气管道埋深处的土壤温度低 5℃左右。
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二、天然气含水量的确定方法
1.天然气含水量测定方法
CRD W / W0.6
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另 外 ， 如 果 水 中 溶 解 有 盐 类 （ NaCl 、 MgCl2 等），则溶液上面水汽的分压将下降， 这样，天然气中水汽含量也就降低。此时， 就必须引入含盐度的修正系数Cs （见图 2-3 左上角的小图）。
Cs Ws / W
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相对密度为的天然气含水量 CRD 相对密度为0.6时天然气含水量 水中含盐时天然气的含水量 Cs 水中不含盐时天然气的含水量
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1．绝对湿度或绝对含水量e
给定条件下每立方米天然气所含水汽的质 量数，称为天然气的绝对湿度或绝对含水量。
G e V
式中： e——天然气的绝对湿度，g/m3； G——天然气中的水汽含量，g； V——天然气的体积，m3。
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2．饱和湿度或饱和含水量
一定状态下天然气与液相水达到相平衡 时，天然气中的含水量称为饱和含水量。 用 es 表示在饱和状态时一立方米体积内的 水汽含量。如果 e<es ，天然气是不饱和的。 而e=es时，天然气则是饱和的。
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一、水化物形成的主要条件 1．天然气的含水量处于饱和状态
Hale Waihona Puke 天然气中的含水汽量处于饱和状态时，常有 液相水的存在，或易于产生液相水。液相水 的存在是产生水合物的必要条件。
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2．压力和温度
天然气水合物
天然气水合物矿产姓名：张航飞学号：20081004218指导老师：张成、庄新国目录第一章天然气水合物的基本性质第二章天然气水合物的成因类型及主控因素第三章天然气水合物成藏系统第四章天然气水合物的形成机理第五章天然气水合物的识别标志附录参考文献第一章天然气水合物的基本性质一、天然气水合物的基本性质天然气水合物是一种由水分子和气体分子组成的似冰状笼形化合物, 其外形如冰晶状, 通常呈白色,它广泛分布于大陆边缘海底沉积物和永久冻土层中.它的分子式可以用M·nH2O 来表示, 式中M表示“客体”分子, n 表示水合系数. 在这种冰状的结晶体中, 甲烷( CH4) 、乙烷( C2H6) 、丙烷( C3H8) 、异丁烷、常态丁烷、氮( N2) 、二氧化碳( CO2) 和硫化氢( H2S) 等“客体”分子充填于水分子结晶骨架结构的孔穴中, 它们在低温高压( 0℃<T<10℃, P >10 MPa) 条件下通过范德华力稳定地相互结合在一起. 由于天然气水合物中通常含有大量的甲烷或其他碳氢气体分子, 因此极易燃烧, 所以有人称之为“可燃冰”. 它在燃烧后几乎不产生任何残渣和废弃物, 是一种非常洁净的能源.自然界的天然气水合物并非都是白色的, 它还有许多其他的颜色. 如从墨西哥湾海底获取的天然气水合物, 它们呈现绚丽的橙色、黄色, 甚至红色等多种很鲜艳的颜色; 而从大西洋海底Blake Ridge 取得的天然气水合物则呈灰色或蓝色. 赋存于天然气水合物中的一些其他物质( 如油类、细菌和矿物等) 都可能对这些色彩的产生起关键作用 .天然气水合物按产出环境可以分为海底天然气水合物和极地天然气水合物; 按结构类型可分为4类( 表1, 图1) , 即I 型、Ⅱ型、H 型和一种新型的水合物( 它是由生物分子和水分子生成的) . I 型结构的水合物为立方晶体结构, 其笼状格架中只能容纳一些较小分子的碳氢化合物, 如甲烷( C1) 和乙烷( C2) , 以及一些非碳氢气体, 如N2、CO2 和H2S. I 型结构的水合物是由46 个水分子构成2 个小的十二面体“笼子”以容纳气体分子[ 11] , I 型水合物中的甲烷主要是生物成因气. Ⅱ型结构的水合物为菱形晶体结构, 其笼状格架较大, 不但可以容纳甲烷( C1) 和乙烷( C2) , 而且可以容纳较大的丙烷( C3) 和异丁烷( iC4) 分子. H 型结构的水合物, 为六方晶体结构, 具有最大的笼状格架, 可以容纳分子直径大于iC4 的有机气体分子. Ⅱ型水合物和H 型水合物中的烃类主要来源于热成因, 常与油气藏的渗漏有关. Ⅱ型和H 型结构的天然气水合物比I 型的要稳定得多, 它们可以在较高温度和较低压力下保持稳定, 但自然界天然气水合物以I 型为主.图1 天然气水合物晶体结构类型第二章天然气水合物的成因类型及主控因素一、天然气水合物的成因类型依据气体水合物的物理化学特征,充足的水和气体供应是形成自然界天然气水合物的两个基本因素。
天然气水合物勘探
储存运输
将天然气水合物作为能源储存 和运输，具有较高的能量密度
和安全性。
制备合成气
将天然气水合物经过热解、气 化等处理，制备合成气，可用
于化工、燃料等领域。
开发利用现状
技术研究
目前国内外对天然气水合物勘探开发技 术进行了大量研究，取得了一定的成果。
资源评估
全球范围内对天然气水合物的资源量 进行了初步评估，但资源分布和储量
热解分析
对地层样品进行加热，分析释放的气体组分，以确定 是否存在烃类物质。
生物标志物分析
利用生物标志物特征，推断地层中有机质来源和演化 过程。
遥感勘探技术
卫星遥感
利用卫星遥感技术获取地球表面信息，分析地表特征与天然气水 合物分布的关系。
航空遥感
利用飞机搭载遥感设备，获取高分辨率的地表影像，辅助发现天然 气水合物露头。
应急响应
建立完善的应急响应机制，配备 专业的应急设备和人员，确保在 事故发生时能够及时、有效地应 对。
环境监测
对开采区域进行实时环境监测， 及时发现并处理环境问题，确保 生态安全。
法律法规与监管
01
法律法规
制定和完善天然气水合物勘探与 开采的法律法规，明确相关责任 和义务。
监管机构
02
03
公众参与
03
气水合物资源量丰富，主要分布在北极、 深海和陆地冻土带等区域。
多个国家已开展天然气水合物勘探和研究工作， 包括美国、中国、日本等。
全球天然气水合物勘探技术不断发展，开采成本 逐渐降低，为商业化开采提供了可能。
中国勘探现状
中国拥有丰富的天然气水合物 资源，主要分布在南海和东海 海域。
雷达遥感
利用雷达探测地表反射波特征，分析地层结构与天然气水合物赋存 状态。
天然气水合物
天然气水合物引言天然气水合物（Methane Hydrates），简称NGHs，在过去几十年中备受关注。
天然气水合物是一种特殊的化学物质，它是天然气和水形成的结晶化合物。
它的结构中包含了天然气分子（主要是甲烷）和水分子，形成了固体晶体结构。
天然气水合物存在于寒冷的深海底部和极地地区的沉积物中，被认为是一种巨大的未开发能源资源。
这篇文章将会介绍天然气水合物的形成过程、分布情况、潜在的能源潜力以及对环境和气候的影响。
形成过程天然气水合物的形成需要同时具备压力和温度条件。
在大部分的天然气水合物形成地点，地下水的渗透会将水带到脆弱的沉积物层中。
当水和天然气接触时，由于寒冷的温度和高压力，水和天然气中的甲烷分子会结合成为水合物晶体。
这种过程被称为水合物形成。
天然气水合物形成的主要条件是温度低于零下6摄氏度且压力超过200个大气压。
分布情况天然气水合物广泛分布于全球寒冷的海洋和极地地区。
它们主要存在于深海海底的沉积物中，以及北极地区的冻土和冰川中。
据估计，全球的天然气水合物资源量巨大，可能比现有的天然气储量还要多。
然而，由于水合物存在的极端环境条件和技术挑战，目前还没有进行大规模开采。
潜在的能源潜力天然气水合物被认为是未来能源的候选者之一，因为它们拥有巨大的能源潜力。
根据估计，全球的天然气水合物储量可能远远超过传统天然气储量。
特别是在亚洲地区，天然气水合物被视为减少对进口石油和天然气依赖的一种替代能源。
然而，天然气水合物的开采和利用面临着技术挑战和环境风险。
技术挑战天然气水合物的开采和利用面临着许多技术挑战。
首先，水合物形成的地点通常位于深海或极地等极端环境中，需要克服高压、低温和深水等条件。
其次，水合物本身的物理性质使得开采过程更加困难，因为水合物在外部环境下会分解成天然气和水，导致压力下降和结构不稳定。
此外，无论是开采还是运输天然气水合物，都需要解决海底管道技术和安全问题。
环境风险天然气水合物开采和利用会对环境产生一定的影响和风险。
天然气水合物结构
天然气水合物结构天然气水合物，说白了就是一种天然气和水结合形成的固体物质。
嗯，听起来有点复杂对吧？不过其实它就像冰块里藏着天然气一样。
你能想象冰箱里放一个超级厉害的冰块，不仅能凉快，还能帮你解决能源问题吗？这就是天然气水合物的魅力！它是一种存在于寒冷地方的天然资源，像极了我们生活中的“冰山一角”，但却比冰山更加“有料”。
你看，天然气水合物是怎么形成的呢？它需要低温、高压的环境，像是海底或者极地地区。
在这些地方，天然气会和水结合在一起，形成类似冰的晶体。
而这个过程可不是随便能发生的，要有特定的条件。
要是你从海底捞上一块天然气水合物的“冰块”，它可能在地面上就融化了，结果就只剩下天然气气体飘到天上去了。
所以它的存在本身就是一个谜，既神秘又充满潜力。
那它有什么用呢？这个问题可有意思了！你想，天然气水合物含有的天然气量可是非常巨大的。
有些专家估计，海底的天然气水合物储量，简直可以媲美全球所有已知的天然气储量。
嗯，没错！你可以把它想象成一个巨大的“能源宝库”，只不过它藏在海底或者寒冷的地带，不是随随便便就能挖出来的。
而一旦我们能掌握开采技术，这个“宝库”就能变成我们日常生活中的大能量来源了。
不过，嘿，说到天然气水合物的开采，难度可不小。
开采它需要的技术非常复杂。
你要知道，这可不是在地面上挖个坑就能搞定的事。
海底的压力那么大，一不小心就可能发生危险。
天然气水合物一旦暴露在常温下，它的结构就会崩溃，天然气会瞬间释放出来。
这个过程可能会带来环境风险，甚至导致一些意想不到的麻烦。
所以，说起来开采天然气水合物，看似一块“大蛋糕”，但吃下去也得小心咯。
天然气水合物的环境影响也不可忽视。
咱们都知道，天然气是化石能源的一种，燃烧它会产生温室气体。
如果开采不当，释放出来的天然气就会加剧全球变暖。
海底一旦发生“天然气水合物的大爆炸”，后果可不堪设想。
所以，在开发这个“宝藏”之前，我们得仔细考虑清楚，怎么保证它的开采不会破坏环境，或者给地球带来新的麻烦。
天然气水合物开发与应用研究
天然气水合物开发与应用研究天然气水合物（Natural gas hydrate）是一种新兴的天然气能源，是由天然气和水结晶形成的固体物质。
在地球上广泛存在，是一种巨大的潜在能源，有着丰富的矿物质储量和广泛的分布区域，是未来能源领域的重要关键技术之一。
本文将从天然气水合物的基本概念、开发和应用及其未来发展方向等方面加以探讨。
一、天然气水合物的基本概念天然气水合物是一种天然存在的固态烃类化合物，其化学式为（CH4）x.6H2O。
因其外形和石头类似，也被称为“冰石”。
它的稳定域分布在深海和陆地的寒冷区域，深度在300-4000米之间。
天然气水合物在现代地质历史上形成，其来源主要是孢粉屑、腐殖质、生物类和沉积物中的有机物，通过生物和地球化学作用而生成。
天然气水合物是一种非常致密的储层，具有高热值、清洁、低碳排放、储存巨大等优点。
二、天然气水合物的开发和应用天然气水合物的开发和应用始于上世纪70年代，但因技术瓶颈和成本高昂等原因，一直没有得到广泛应用。
随着技术的不断进步，天然气水合物的开发和应用正在逐步实现。
1.开发方面天然气水合物开发主要分为海上和陆上两个方面。
（1）海上方面在海底水合物开发中，主要通过海底冰山钻探、钻井、钻孔和开凿钻孔等手段进行。
在寒冷的海底环境下，天然气水合物结晶不断生长和维持的条件是水的超饱和度、气体压力和温度条件。
而水合物与底部沉积物交界处的过渡带，也是非常重要的探测层位之一。
目前，日本、韩国、美国等国家均已投入了大量资金和技术人员，开展海上天然气水合物的开发和研究。
（2）陆上方面在陆地天然气水合物的开发中，由于地表温度较高，需要使用冷却剂来制冷，减少温度。
通常选择废弃油井井筒或钻探孔等结构来进行开采。
目前美国、日本、中国等国都有陆上天然气水合物的研究和开发工作。
2.应用方面在天然气水合物的应用方面，可广泛应用于城市燃气、热电联产、液化天然气和化学品生产等领域。
天然气水合物可以直接用于燃气流程，使燃烧的能源跟佐料和废水的排放保持在可控制的极限范围之内，大大提高了燃烧的能效和安全性。
天然气水合物
天然气水合物结构图天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称GasHydrate）是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。
因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。
天然气水合物天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）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.。
天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、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。
据了解，全球天然气水合物的储量是现有天然气、石油储量的两倍，具有广阔的开发前景，美国、日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物，据测算，中国南海天然气水合物的资源量为700亿吨油当量，约相当中国目前陆上石油、天然气资源量总数的二分之一。
天然气水合物可燃冰的学名为“天然气水合物”，是天然气在0℃和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”。
“冰块”里甲烷占80%～99.9%，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，污染比煤、石油、天然气都要小得多。
1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水。
目前，全世界拥有的常规石油天然气资源，将在40年或50年后逐渐枯竭。
而科学家估计，海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里，占海洋总面积的10%，海底可燃冰的储量够人类使用1000年，因而被科学家誉为“未来能源”、“21世纪能源”。
可燃冰主要储存于海底或寒冷地区的永久冻土带，比较难以寻找和勘探。
新研制的这套灵敏度极高的仪器，可以实地即时测出海底土壤、岩石中各种超微量甲烷、乙烷、丙烷及氢气的精确含量，由此判断出可燃冰资源存在与否和资源量等各种指标。
天然气水合物的形成条件与分布规律
一、天然气水合物的形成条件天然气水合物是一种在极低温和高压下形成的天然气和水的复合物。
它主要形成于海底或极寒地区的冰层下方，具体的形成条件主要包括以下几个方面：1.温度条件：天然气水合物的形成需要极低的温度，在摄氏零下10度至零下20度左右的温度范围内，水分子能够与天然气分子形成结晶结构，形成水合物。
2.压力条件：高压也是天然气水合物形成的重要条件。
海底深层的巨大压力能够促进水合物的形成，使得天然气分子和水分子更容易结合。
3.适宜的气体组成：天然气水合物的形成需要适宜的气体成分，一般为甲烷等轻烃类气体。
不同的气体组成会影响水合物的形成过程和稳定性。
二、天然气水合物的分布规律天然气水合物主要分布在全球的冷海域和极寒地区，其分布规律主要受以下几个因素影响：1.海底地质构造：海底地质构造是影响天然气水合物分布的重要因素之一。
裂陷盆地、深海扇、海底隆起等不同地质构造对水合物的分布和储量都有一定影响。
2.沉积环境：海底沉积环境的不同也会对水合物的分布产生影响。
例如富营养的海域、富有机质的沉积环境更有利于水合物的形成。
3.气候环境：气候环境对水合物的分布同样有一定影响，寒冷气候和丰富降水的地区更容易形成水合物。
4.地球动力学作用：地球内部的构造和地质运动也会对水合物的形成和分布产生一定影响。
三、结语天然气水合物的形成条件和分布规律是一个复杂而又有待深入研究的课题。
随着人们对海底资源的深入挖掘，天然气水合物的开发利用将成为未来的重要方向。
对于天然气水合物的形成条件和分布规律的深入研究，不仅能够为天然气水合物资源的有效勘探和开发提供理论依据和技术支持，同时也对于保护海洋环境、促进海洋科学研究和应对气候变化等方面具有重要意义。
希望在未来能够有更多科研人员投入到天然气水合物的研究中，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
四、天然气水合物的形成机制天然气水合物的形成机制涉及到天然气和水在特殊条件下的化学反应过程。
在海底或极寒地区的极低温和高压环境下，天然气分子和水分子发生相互作用，从而形成天然气水合物。
可燃冰
可燃冰，即天然气水合物，分子式CH4·8H2O，密度0.9 g/cm3，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。
因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”，可燃冰的学名为“天然气水合物”，是天然气在0℃和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”。
特点1：高能：“冰块”里甲烷占80%～99.9%，可直接点燃，同等条件下，可燃冰燃烧产生的能量比煤、石油要多出数十倍，1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水，其甲烷能效是常规天然气的2-5倍。
特点2：储量大：全世界拥有的常规石油天然气资源，将在40年或50年后逐渐枯竭。
而科学家估计，海底可燃冰的储量够人类使用1000年。
特点3：清洁无污染：可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，污染比煤、石油、天然气都要小得多。
开采方法：开采方案主要有三种。
第一是热激化法。
利用“可燃冰”在加温时分解的特性，使其由固态分解出甲烷蒸汽。
但此方法难处在于不好收集。
海底的多孔介质不是集中为“一片”，也不是一大块岩石，而是较为均匀地遍布着。
如何布设管道并高效收集是急于解决的问题。
方案二是减压法。
减压开采法是一种通过降低压力促使天然气水合物分解的开采方法。
但它们都面临着和热解法同样布设管道并高效收集的问题。
方案三是“置换法”。
研究证实，将CO2液化，注入1500米以下的洋面，就会生成二氧化碳水合物，它的比重比海水大，于是就会沉入海底。
如果将CO2注射入海底的甲烷水合物储层，因CO2较之甲烷易于形成水合物，因而就可能将甲烷水合物中的甲烷分子“挤走”，从而将其置换出来。
开采弊端：会导致甲烷气的大量散失，从而使大气中的温室气体含量急剧增加；“可燃冰”埋藏于海底的岩石中，不易开采和运输。
天然气水合物在给人类带来新的能源前景的同时，对人类生存环境也提出了严峻的挑战。
天然气水合物中的甲烷，其温室效应为CO2的20倍，温室效应造成的异常气候和海面上升正威胁着人类的生存。
《天然气水合物》课件
05
天然气水合物的前景与挑 战
能源前景
1 2 3
清洁能源
天然气水合物是一种清洁能源，燃烧后几乎不产 生污染物，有助于减少环境污染和应对气候变化。
储量丰富
全球天然气水合物的储量巨大，据估计相当于全 球已探明石油和天然气储量的数倍，为未来能源 供应提供了保障。
地区性供应
天然气水合物主要分布在极地和深海区域，对于 这些地区来说，天然气水合物是重要的能源供应 来源。
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技术挑战
提取难度
天然气水合物的提取需要 解决一系列技术难题，如 水合物矿体的勘查、开采、 储存和运输等。
环境影响
在开采过程中，需要特别 注意对环境的影响，如防 止温室气体排放、减少对 海底生态系统的破坏等。
生产成本
目前天然气水合物的生产 成本相对较高，需要进一 步降低成本以实现商业化 应用。
经济考量
《天然气水合物》课件
目录 CONTENT
• 天然气水合物简介 • 天然气水合物的性质 • 天然气水合物的开采技术 • 天然气水合物对环境的影响 • 天然气水合物的前景与挑战
01
天然气水合物简介
定义与特性
定义
天然气水合物是一种由甲烷和水 在低温高压条件下形成的白色固 体化合物。
特性
具有高能量密度、环保、燃烧值 高等特点，是一种潜在的替代能 源。
气举开采法
利用气举泵将水合物层中的天然气和水一同抽出，降低水合物层的压力。
化学试剂注入开采技术
化学剂注入开采法
向水合物层中注入化学试剂，如醇类、 醚类等，以降低水合物的稳定性和分 碳、丙烷等） 溶解水合物，使其分解为天然气和水。
04
天然气水合物对环境的影 响
天然气水合物定义及结构特征
天然气水合物定义及结构特征《天然气水合物：神奇的自然奥秘》
嘿，大家知道吗？有一种特别神奇的东西叫做天然气水合物。
那它到底是啥呢？其实啊，简单来说，它就是由天然气和水在特定条件下形成的一种像冰一样的东西。
我给你们讲个事儿啊，有一次我去海边玩，那海边的景色可真美呀！我在海边溜达的时候，就听旁边有人在谈论天然气水合物。
我当时就特别好奇，这到底是个啥玩意儿呢？后来我才知道，原来它在海底有很多呢！
天然气水合物的结构可有意思啦！就好像是一个个小格子，天然气分子就藏在这些小格子里面。
它就像是大自然创造的一个神秘小盒子，把天然气好好地保护起来了。
想象一下啊，在深深的海底，有着那么多的天然气水合物，它们安静地待在那里，等待着人们去发现和了解它们。
这多神奇呀！
总之呢，天然气水合物就是这样一种有着特别定义和有趣结构特征的东西。
它就像是大自然给我们准备的一份神秘礼物，等着我们去慢慢揭开它的面纱呢！以后有机会呀，我还想去多了解了解它，看看它还有哪些神奇的地方。
嘿嘿！。
天然气水合物
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。
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。
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化学选修3《物质结构与性质》P85选题2天然气水合物（一种潜在的能源）天然气水合物——可燃冰一、可燃冰相关概念可燃冰：天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质。
（又称笼形化合物）甲烷水合物（Methane Hydrate）：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。
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。
又因外形像冰，而且在常温下会迅速分解放出可燃的甲烷，因而又称“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”）。
因为可燃冰的主要成分为甲烷，为甲烷水合物，而甲烷在常温中为气体，熔、沸点低，所以甲烷为分子晶体，因而可燃冰也为分子晶体。
可燃冰存在之处：天然气水合物在自然界广泛分布在大可燃冰陆、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。
天然气水合物在全球的分布图在标准状况下，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。
笼状化合物（Clathrate）：在天然气水合物晶体中，有甲烷、乙烷、氮气、氧气二氧化碳、硫化氢、稀有气体等，它们在水合物晶体里是装在以氢键相连的几个水分子构成的笼内，因而又称为笼状化合物。
天然气分子藏在水分子中水分子笼是多种多样的二、可燃冰的性质可燃冰的物理性质：（1）在自然界发现的天然气水合物多呈白色、淡黄色、琥珀色、暗褐色亚等轴状、层状、小针状结晶体或分散状。
（2）它可存在于零下，又可存在于零上温度环境。
（3）从所取得的岩心样品来看，气水合物可以以多种方式存在：①占据大的岩石粒间孔隙；②以球粒状散布于细粒岩石中；③以固体形式填充在裂缝中；或者为大块固态水合物伴随少量沉积物。
可燃冰的化学性质：1、在冰的空隙（“笼”）中可以笼合天然气中的分子的原因：(1)气水合物与冰、含气水合物层与冰层之间有明显的相似性：①相同的组合状态的变化——流体转化为固体；②均属放热过程，并产生很大的热效应——0℃融冰时需用0.335KJ的热量，0～20℃分解天然气水合物时每克水需要0.5～0.6KJ的热量；③结冰或形成水合物时水体积均增大——前者增大9％，后者增大26％～32％；④水中溶有盐时，二者相平衡温度降低，只有淡水才能转化为冰或水合物；⑤冰与气水合物的密度都不大于水，含水合物层和冻结层密度都小于同类的水层；⑥含冰层与含水合物层的电导率都小于含水层；⑦含冰层和含水合物层弹性波的传播速度均大于含水层。
(2)天然气水合物中，水分子（主体分子）形成一种空间点阵结构，气体分子（客体分子）则充填于点阵间的空穴中，气体和水之间没有化学计量关系。
形成点阵的水分子之间靠较强的氢健结合，而气体分子和水分子之间的作用力为范德华力。
2、经发现的天然气水合物结构有三种：即结构 I 型、结构 II 型和结构H型。
结构 I 型气水合物为立方晶体结构，其在自然界分布最为广泛，仅能容纳甲烷（C1）、乙烷这两种小分子的烃以及N2、CO2、H2S 等非烃分子，这种水合物中甲烷普遍存在的形式是构成CH4·5.75H2O的几何格架；结构II 型气水合物为菱型晶体结构，除包容C1、C2等小分子外，较大的“笼子”（水合物晶体中水分子间的空穴）还可容纳丙烷（C3）及异丁烷（i-C4）等烃类；结构H型气水合物为六方晶体结构，其大的“笼子”甚止可以容纳直径超过异丁烷（i-C4）的分子，如i-C5和其他直径在7.5～8.6A之间的分子（表1）。
结构H型气水合物早期仅存在于实验室，1993年才在墨西哥湾大陆斜坡发现其天然产物。
II 型和H型水合物比 I 型水合物更稳定。
除墨西哥外，在格林大峡谷地区也发现了 I 、 II 、H型三种气水合物共存的现象。
三、世界、中国可燃冰的储量1、世界可燃冰的储量迄今为止，在世界各地的海洋及大陆地层中，已探明的可燃冰储量已相当于全球传统化石能源(煤、石油、天然气、油页岩等)储量的两倍以上。
科学家估计，海底可燃冰的储量至少够人类使用1000年。
仅仅在海底区域，可燃冰的分布面积就达4000万平方公里，占地球海洋总面积的1/4。
估计全球的海底和冰川底部共计有1×1023t藏在天然水合物中的天然气，是巨大的潜在能源。
2、世界各种能源储量比较全球探明石油储量达1.238万亿桶全球探明金矿储量达42500吨世界铁矿石储量为1600亿吨全球铜矿储量4.74亿吨全球天然气181.46万亿立方米全球海底可燃冰最少1.8 亿亿立方米3、中国可燃冰的储量2009年,中国青海发现巨大储量可燃冰。
本次青海发现的陆上可燃冰储量,如能合理开发,可以维持中国能源消耗近90年。
新华网广州11月28日电根据中国海洋地质工作者初步探明，中国南海北部陆坡的可燃冰资源量达185亿吨油当量，相当于南海深水勘探已探明的油气地质储备的６倍。
中国能源消耗量日益增长,2009年煤炭、石油等主要能源消耗量约为2000年的两倍。
预计2020年的能源消耗量比2010年还要高出50%。
中国已经成为能源进口大国,主要能源进口量逐年递增。
按照目前能源储量和消耗量计算,能源危机将在未来30年凸显。
而可燃冰为高效、清洁能源,储量巨大,有极大潜力成为未来替代能源的首选。
4、储存：可燃冰在高于20℃的温度下就会分解，压强越大越稳定，也就是它的储藏条件是底温和高压。
糨常压下不能稳定存在，而分解释放出来的甲烷是一种温室气体，它促使全球气温上升的能力是二氧化碳的10倍。
因此储存问题是可燃冰成为开发利用的一大瓶颈。
附：1、关于可燃冰三大悬疑目前，中国是继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。
这证实了我国南海北部蕴藏有丰富的天然气水合物资源，也标志着中国天然气水合物调查研究水平一举步入世界先进行列。
翘望“可燃冰”，它，将是21世纪占主导地位的新能源吗？谁，又将在利用它的竞赛中占得先机？夹杂着白色颗粒状“可燃冰”的海底沉积物放入水中随即冒出大量气泡悬疑一：到底藏有多少“可燃冰”？对“可燃冰”，第一个疑问恐怕就是：全世界有多少储藏量？中国又有多少？没有确切的答案。
美国地质调查局的科学家卡文顿曾预测，全球的冻土和海洋中，“可燃冰”的储量在3114万亿立方米到763亿亿立方米之间，但当时世界海洋中发现的“可燃冰”分布带只有57处，2001年就增加到88处。
对于中国可燃冰的储藏量，中国地质调查局给出的初步预测是，南海北部远景资源量可达上百亿吨油当量，可与目前全世界一年的能源消费总量相当。
“这些‘可燃冰’的储量都是估算的。
”中国石油大学教授陈光进说，“从远景资源量再到地质资源量、再到地质储量、再到探明的储量，至少还需要十多年工作。
”除了未证明的巨大储量，科学家还相信，“可燃冰”的价值是非常惊人的。
陈光进告诉记者，科学实验证明，1立方米纯净的“可燃冰”，能释放出164立方米的天然气。
有科学家推算，全世界海洋所储藏的“可燃冰”，其所含天然气约为1.8亿亿立方米至2.1亿亿立方米，而目前估算的全球天然气储量在180万亿到1000万亿立方米之间。
美国能源部认为，仅南、北卡罗来纳州大西洋底的储备就够美国人用100年。
而日本地质调查的估计，周边海底埋藏的“可燃冰”相当于日本百年天然气的使用量。
有个数据是确信无疑的：中国此次发现的“可燃冰”，沉积层厚度达34米，气体中甲烷含量高达99.8%。
无论是矿层厚度、水合物丰度，还是甲烷纯度，都超出世界上其他地区类似的发现。
全程参与此次勘察的广州海洋地质调查局副总工程师吴能友告诉记者，“从粒级小于0.063毫米的细土里，国际上发现的‘可燃冰’含量多在5%至10%，而中国这次发现的含量高于40%，这在世界上还是第一次。
”“理论上说，如果将目前估算的全球‘可燃冰’都开采出来的话，可以供人类使用100年以上。
”陈光进说，这种存在于海洋大陆架地区和陆地冻土带内的固态化合物，燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物，对于日益陷入能源危机的地球来说，“可燃冰”是大自然赐给人类神奇也是最后的天然能源。
这是夹杂着白色颗粒状“可燃冰”的海底沉积悬疑二：何时走上“商业化”之路？“可燃冰”能否成为人类未来的新能源，取决于其何时能够实现大规模的商业化开采。
美国1998年在《天然气水合物研究与资源开发计划》中，把商业性开采的时间定为2015年。
日本的目标更早，计划较美国提前5年即2010年就将实现商业性开发。
全球性的“可燃冰”商业利用竞赛已经开始……“现在的难题是，‘可燃冰’开采成本非常高”，中科院广州天然气水合物研究中心首席研究员陈多福博士告诉记者。
陈博士曾应美国康奈尔大学地球与大气科学系的邀请，参加在美国墨西哥湾开展的海底“可燃冰”考察。
他所见到的开采，用的是潜艇：在约540米深的海底，潜艇的机械臂直接抓取裸露在外的“可燃冰”，然后放入密封罐中，带回地面。
“租一艘潜艇，每天大约需要1.8万美元，对科考来说不算贵，但如果用于商业，那肯定不划算。
”根据美国和日本披露的数据，目前的“可燃冰”开采成本平均高达每立方米200美元，根据每立方米释放能量相当于164立方米天然气计算，其折合天然气的成本达到每立方米1美元以上，而上海目前民用天然气的售价每立方米也仅2.1元。
作为后来者，中国比发达国家面临更多困难。
吴能友在领衔攻关“天然气水合物资源调查”项目后，一年之中瘦了32斤，“压力很大，主要是缺乏基础理论的支撑。
”昨天，他告诉记者，尽管已成功取得了“可燃冰”实物样品，依然不能太过乐观：调查仅仅认识了天然气水合物存在的现象，钻探也仅仅在一个点上取得突破，要科学地认识南海北部整个海域的天然气水合物形成机理和分布规律，尚有许多科学问题需要解决。
另外，在开采技术方面，钻获可燃冰的勘探航次首席科学家、中国地质调查局的张海啟博士坦承：中国目前不具备独立钻探和取芯的技术，只能和国外钻探公司合作。
“中国要实现‘可燃冰’的商业化开采，最终得靠自主创新。
”陈多福博士告诉记者，虽然美国的海底“可燃冰”考察对许多国家的科学家都开放，但一涉及到关键技术的会议，美方都会实施清场，只留“自己人”。
今年5月25日，中美发布了《第二次中美战略经济对话联合情况说明》，中美在能源和环境领域达成包括清洁煤技术、煤层气项目、燃油低硫化及核电合作多项共识，唯独没有“可燃冰”方面的研究合作，美国对中国这个潜在的竞争对手，保留了最大的新能源秘密。
国家发改委去年8月公布的《中国石油替代能源发展概述》研究报告表示，未来10年，中国将投入8亿元进行“可燃冰”的勘探研究，预计2010年至2015年将进行试开采。