可燃冰主要儲存在什麼地方（如何保存可燃冰樣品）

2023-09-16 13:01:42 1

1.可燃冰的特性

可燃冰是由氣體分子與水分子在低溫高壓條件下生成的籠型水合物,其結構分析顯示,氣體分子通過範德華力填充於由水分子形成的「籠子」裡,不同條件下水分子所形成的「籠子」多面體的大小、形狀有所不同,因此,可燃冰存在三種不同結構類型:I型、II型與H型,它們的穩定條件各不相同。由於可燃冰是低溫高壓下的產物,故其在常溫常壓下非常不穩定,極易分解。圖1為典型的水-甲烷-水合物四相平衡相圖,只有當水合物樣品處於Lw-H範圍內才能確保其穩定存在,而當溫度升高或壓力降低時,都會導致樣品發生分解而破壞其原有狀態,時間稍長將消失,徹底分解為水和氣體。

圖1 典型的水合物四相平衡相圖,其中I-冰相,Lw-液相水,H-水合物相,V-氣相水 請點擊此處輸入

　　2.為何要保存可燃冰樣品?

　　根據可燃冰的穩定條件,它主要存在於幾米到幾百米深的海底沉積物中,水深通常大於300米,或者存在於陸地永久凍土區。人們為了尋找可燃冰,花費了大量的人力、物力,通過地質、地球物理及地球化學技術在全球找到了140多處可燃冰富集區,只有在這些可燃冰富集區進行地質鑽探,並且採用先進的「保壓取芯」取樣技術,才能獲得可燃冰樣品,但目前的取樣技術還不成熟,能取到的可燃冰樣品仍然很少。由於取樣難度大、成本高,因此可燃冰樣品十分珍貴,從經濟學角度看比黃金還貴,從科學上也有不可替代的研究價值。在實驗室內對這些可燃冰樣品進行系統的分析測試,可獲取可燃冰類型、賦存狀態、微觀結構、氣體組成及含量等,為可燃冰的勘探與開發提供基礎數據。

圖2 儲存水合物樣品的壓力容器

(2)低溫冷凍法

　　根據可燃冰相平衡曲線,在常壓下低於-80℃時可燃冰樣品可以保持穩定。因此,國際上通常採用液氮(-196℃)來保存可燃冰樣品,主要由於液氮溫度低、易得、價格相對較低,是目前國際上最常用的保存方法。

　　通常進行實際野外鑽探作業時,在保壓或非保壓巖心取樣處理過程中,若發現可燃冰樣品(圖3),應迅速用錫鉑紙包好,裝入布制樣品袋中,放入液氮罐中冷凍保存,並儘快運到實驗室中。

圖3 南海北部陸坡鑽獲的塊狀可燃冰

圖4 保存可燃冰樣品的液氮罐

此外,由於可燃冰有「自保護效應」,即可燃冰樣品在0℃以下分解時,分解產生的水快速生成一層冰膜包裹在可燃冰樣品表面,阻止其進一步分解,在短期內可有效保存可燃冰樣品。我們在實驗室內進行了反覆實驗,結果發現各類可燃冰樣品在≤ -50℃溫度下保存,至少在一定的時間內(約30 天) 可有效避免分解。因此,要短期內(小於30天)保存可燃冰樣品,也可選擇-50℃溫度的介質,如乾冰等,也可以保存在低溫冰箱內。

　　目前,國土資源部天然氣水合物重點實驗室已完好保存了我國陸域和海域鑽獲的部分可燃冰樣品,均儲存於液氮儲藏罐內(圖4),每周需要補充液氮。這些樣品非常珍貴,既是我國天然氣水合物鑽探歷程的有力憑證,也是深入開展我國可燃冰研究的重要實物資料,有不可替代的價值,非常有必要好好保存。