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科研动态
科研进展
甲烷水合物成核研究的进展及展望
来源:海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室     通讯员:林琦     2021-07-10 13:28:09
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甲烷气体与液态水接触是一个经常发生的自然现象,例如:天然气从海底泄露,页岩气和煤层气在含水岩层中渗流,管道中输运的天然气中常含少量水,以及用水分离混合气等。通常甲烷在水中的溶解度很低,但在低温高压(例如,温度低于10℃且压力高于7 MPa)的条件下将会形成甲烷水合物,相当于溶解度增大一百多倍。这个温压条件并不苛刻,在地球上很容易找到,人们已经发现海底沉积物和永久冻土中就分布着巨量的甲烷水合物,化工生产中的油气管道也会因形成水合物而堵塞。尽管甲烷水合物的结构和热力学性质早已查明,但其形成过程仍然不清楚。在分子水平上回答“甲烷水合物怎样形成?”这个基本的科学问题对于研发诸多水合物技术(如:油气流动保障、气体储存和运输、混合气分离、海水淡化等)十分重要。特别是,更为复杂艰难的可燃冰商业开发活动急需深入理解甲烷水合物的动力学行为。


图1 甲烷水合物成核概要图


针对上述科学问题,作者简要回顾了过去30年来人们关于这个问题的思考及最新进展(图1),提出了未来的研究方向,如:成核诱导期临界浓度的出现、成核阶段的演变、临界晶核的精细刻画、非晶相的结构转变。沿着这条研究路线图,有希望发展一个可定量预测甲烷水合物成核过程的新理论(涉及临界浓度、临界扩散、临界晶核、成核速率、成核途径等关键参数),并以之为基准进一步发展更普遍的气体水合物成核理论,这些理论将有助于设计或者改进水合物开发工艺,从而大大促进水合物的开发和利用。

该文以评论形式于7月1日在Nature系列刊物Communications Chemistry上发表,该成果由海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室科研人员张正财副研究员与中国科学院地质与地球物理研究所郭光军研究员合作完成。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s42004-021-00539-6

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