石油的分馏
【教学重点】 石油的分馏原理及其产品和用途
【重点讲解】一、有关石油的主要内容
1．石油的成分：（1）按元素——含C、H、O、S、N等（2）按物质——
含各种烷烃、环烷烃、芳香烃
所以，石油是混合物，呈黑色或深棕色粘稠状液体。有特殊气味，不溶
于水，比水稍轻，无固定熔、沸点。
2．石油的分馏
a原理：利用石油中各组成成分沸点的不同进行蒸馏，所以是物理方法；由于进行多次蒸馏，故称分馏；得到的不同沸点范围的产物称馏分，但仍是多种烃的混合物。
b实验室装置如图：所需仪器有：酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管、锥形瓶
需注意的是：温度计的水银球的位置在略低于蒸馏烧瓶支管口处；冷凝管的冷却水的流向为从下到上；牛角管与锥形瓶间不需加胶塞。
*c工业设备：主要是分馏塔。分为常压分馏塔和减压分馏塔。
从常压分馏塔中可分离出汽油、煤油、柴油、重油等馏分，从重油中还可分离出多种成分，但在常压下需要再升高温度，在高温下高沸点的烃会分解，还可能出现炭化结焦，损坏设备，影响生产，为此常采用减压分馏，即降低分馏塔内压强，使重油的沸点亦随之降低，这样又可以得到轻柴油和不同规格的润滑油等馏分。
二、区别苯的同系物、稠环芳烃、芳香烃、芳香族化合物四个概念。
（1）苯的同系物
它的特点是： ①仅由C、H两种元素组成。
②分子中只含1个苯环结构
③苯环侧链连接的是烷烃基
④组成符合通式CnH2n-6 (n≧6)
（2）稠环芳香烃是两个或两个以上的苯环分别共用相邻的碳原子而成的芳香烃。
（3）芳香烃
它的特点是：①苯环是母体 ②只含C、H两种元素。芳香烃包括苯及其同系物和稠环芳香烃。
（4）芳香族化合物
分子是含有一个或多个苯环的化合物。
它的特点是：①苯环是母体 ②化合物中除含C、H两种元素还可能有其它元素。
【例题讲解】 例1．怎样鉴别苯、甲苯、汽油三瓶无色液态有机物。
分析：回答本题要注意严谨，现象准确。汽油是烷烃的混合物。用溴水检验时的现象是不同的。还要注意它们与酸性KMnO4溶液的反应，因为甲苯、二甲苯等都与酸性KMnO4溶液反应。 答案：各取少量分装于试管中，往三支试管中滴入酸性KMnO4溶液，振荡后褪色的为甲苯。剩余的两支试管中分别加入浓硫酸在水浴中加热（70～80℃），溶液不分层的表明生成了易溶于
水的苯磺酸，则该有机物为苯。溶液分层的表明不反应的为汽油。
【小结】
1．石油的分馏是物理变化。
2．至此，已经学习三种在化学实验中有关温度计的使用。
（1）将温度计的水银球插入液体中，如：制乙烯、测定某物质的溶解度等；
（2）将温度计的水银球插入水浴中，如制硝基苯等；
（3）将温度计的水银球置略低于蒸馏烧瓶支管口处，如蒸馏等。
参考练习】１．下列物质中，没有固定沸点的是（ ）
Ａ．石油 Ｂ．苯 Ｃ．煤油 Ｄ．氯仿
2．下列实验操作需要温度计且不把它插入液体中的是（ ）
Ａ．乙醇制乙烯 Ｂ．苯的硝化反应 Ｃ．苯制溴苯 Ｄ．实验室蒸馏石油
3．某人坐在正开动空调的汽车内跟在一辆卡车后面，观察这辆车在起动、刹车时排出的黑烟
（卡车无任何机械故障），由此推断这辆卡车所用的燃料是（ ）。
A．酒精 B．汽油 C．柴油 D．液化石油气
4．下列实验要用到冷凝管或冷凝原理的是：①制取蒸馏水 ②制取溴苯 ③石油蒸馏 ④
制取乙烯 ⑤制取乙炔（ ）
A．①③ B．⑤⑥ C．①② D．①②③
5．下列属于苯的同系物的是（ ）
6．下列芳香烃的一氯取代物的同分异构体的数目最多的是（ ）
二、填空题
1．实验室蒸馏石油：
（1）装置中温度计的水银球应插到__________处，以控制___________的温度。
（2）蒸馏烧瓶中加入碎瓷片的目的是_____________。
（3）操作时，应将冷凝管的__________端接冷却水（进水）。
参考答案
一、选择题 1．AC 2、D 3、C 4．D 5．B 6．D
二、填空题 1．（1）蒸馏烧瓶支管口，蒸气 （2）防止暴沸 （3）下课 外 拓 展
石油及石油的炼制
（１）石油的形成：石油是从古生代到新生代的第三纪形成的。大批陆上的动物、植物和水中生物死后被冲积至海盆地或湖盆地，与泥沙一起混合成的有机淤泥就是生成石油的原始材料。由于地壳变动，有机淤泥埋在地下，受到高温、高压和细菌作用，慢慢地经过化学变化形成了石油。
（２）石油的物理性质
（３）石油的成分
（４）石油的炼制
从油田里开采出来没有经过加工处理的石油叫原油。
原油要进行脱水、脱盐：脱水是为了节约燃料；脱盐是为了防止腐蚀设备。原油经脱水、脱盐后得到含烃类的混合物，因此没有固定的沸点。一般来说，含碳原子数越少的，沸点越低；含碳原子数越多的，沸点越高，原因是：结构与组成相似的物质，随着分子量的增大，分子间作用力增大，所以沸点逐渐升高。
石油的分馏：用加热、蒸馏、冷凝的方法把液体混合物分成不同沸点范围的蒸馏产物。可见石油的分馏是物理的方法。
（5）实验室蒸馏石油的实验中的几个问题：（看课本中实验室蒸馏石油的装置图） ①蒸馏烧瓶中放碎瓷片的作用是：防止液体暴沸。
②温度计的位置应在蒸馏烧瓶的侧支管口处，以测量每一种馏分的温度范围。
③冷凝管的作用：将气态烃馏分冷凝为液态烃。冷凝管进水、排水方向：下端进水、上端出水。
（6）炼油厂里石油分馏的原理跟上述实验一样，分馏在分馏塔里进行，原油在分馏前首先进入加热炉，先预热原油，加热到360℃左右，使原油成为液体和气体的混合物，然后从导管进入分馏塔。
炼油厂分馏石油的主要生产流程是：
原油
加热炉（360℃）→液体和气体的混合物
分馏
（７）石油的分馏是石油炼制的第一阶段，仅仅使原油中各物质在不同温度下分离出来。各馏分的成分在分馏过程中并没有改变。随着工业的发展，对用作液体燃料的汽油、煤油和柴油等轻质油的需求越来越大，而分馏得到的轻质油仅占石油总质量的25%左右。为了提高轻质液体燃料的产量，特别是提高汽油的产量，工业上采用了裂化的方法。
有关裂化问题的分析：
①裂化：就是在一定条件下，把分子量大、沸点高的烃断裂为分子量小、沸点低的过程。 ②裂化有热裂化和催化裂化，如果热裂化时温度过高，会发生结焦现象而影响生产和产品质量，所以常采用催化裂化。采用催化裂化的优点是，可以在较低温度下进行裂化，得到质量比较高的汽油。
③从书上十六烷裂化的各步反应看裂化产物的规律：
烷烃
（８）石油的催化重整
就是把汽油里直链烃类分子的结构进行“重新调整”。石油催化重整的目的是：①把它们转化为芳香烃或具有支链的烷烃异构体；②有效地提高汽油的质量和产量。
（９）石油的裂解
采用比裂化更高的温度（700～800～1000℃），使长链烃分子断裂成各种短链气态烃和少量液态烃，以达到获得以短链不饱和烃为主要成分的石油加工产品。
石油裂解气中主要含：乙烯、丙烯、丁二烯（还有少量甲烷、乙烷、H2、H2S），其中乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志。
【小结】：
烷'＋烯； 烷
' 烷''＋烯'
认识“可燃冰”？
就在人们担心化石能源将被耗尽时，科学家发现我国南海海域某些部位有可能埋藏着大量可
燃烧的“冰”，其主要成分是甲烷与水分子（ CH4·H2O），学名为“天然气水合物”，这无疑给未来的能源需求带来了福音，引起了人们的广泛关注。为进一步了解天然气水合物及其战略意义，记者采访了中国科学院院士、中国地球物理学会理事汪集旸。
“可燃冰”是冰吗？
据汪院士介绍，早在上世纪初期30年代，人们发现输气管道内形成白色冰状固体填积物，并给天然气输送带来很大麻烦，石油地质学家和化学家便把主要的精力放在如何消除天然气水合物堵塞管道方面。直到60年代苏联在开发麦索亚哈气田时，首次在地层中发现了气体水合物，人们才开始把气体水合物作为一种燃料能源研究。此后不久，在西伯利亚、北斯洛普、墨西哥湾、日本海、印度湾等地相继发现了天然气水合物，这使人们意识到天然气水合物是一种具有全球性分布的潜在能源，于是掀起了70年代以来空前的天然气水合物研究热潮。
天然气水合物是在一定条件下，由气体或挥发性液体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质，外观像冰。由于天然气水合物中通常含有大量甲烷或其它碳氢气体，因此极易燃烧，被称为“可燃烧的冰”，燃烧产生的能量比同等条件下，煤、石油、天然气产生的都多得多，而且在燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物，污染比煤、石油、天然气等要小得多。我们不难想象，当解决了天然气水合物的开发技术后，我们能用经济有效的手段获取天然气水合物中的甲烷，那么它就可能取代其他日益减少的化石能源（如石油、煤、天然气等），成为一种主要的能源类型。 形成条件缺一不可
天然气水合物的形成有三个基本条件。据汪先生介绍，首先温度不能太高。第二压力要够，但不需太大。零度时，30个大气压以上它就可能生成。第三，地底要有气源。据估计陆地上20．7％和大洋底90％的地区，具有形成天然气水合物的有利条件。绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，其资源量是陆地上的100倍以上。天然气水合物中的甲烷大多数是当地生物活动产生的。海底的有机物沉淀都在几千几万年甚至更久远，死的鱼虾、藻类体内都含有碳，经过生物转化，可形成充足的甲烷气源。另外，海底的地层是多孔介质，在温度、压力和气源三项条件都具备的情况下，便会在介质的空隙中生成甲烷水合物的晶体。
茫茫大地哪里寻？
汪院士告诉记者，天然气水合物受其特殊的性质和形成时所需条件（低温、高压等）的限制，只分布于特定的地理位置和地质构造单元内。一般来说，除在高纬度地区出现的与永久冻土带相关的天然气水合物之外，在海底发现的天然气水合物通常存在水深300－500m以下（由温度决定），主要附存于陆坡、岛屿和盆地的表层沉积物或沉积岩中，也可以散布于洋底以颗粒状出现。这些地点的压力和温度条件使天然气水合物的结构保持稳定。
从大地构造角度来讲，天然气水合物主要分布在聚合大陆边缘大陆坡、被动大陆边缘大陆坡、海山、内陆海及边缘海深水盆地和海底扩张盆地等构造单元内。这些地区的构造环境由于具有形成天然气水合物所需的充足的物质来源（如沉积物中的有机质、地壳深处和油气田渗出的碳氢气体），具备流体运移的条件（如增生锲和逆掩断层的存在及其所引起的构造挤压，快速沉积所引起的超常压实，油气田的破坏所引起的气体逸散等），以及具备天然气水合物形成的低温、高压环境（温度0－10℃以下，压力10Mpa以上），而成为天然气水合物分布和富集的主要场所。 开发利用就像一柄“双刃剑”
天然气水合物埋藏于海底的岩石中，和石油、天然气相比，它不易开采和运输，世界上至今都还没有完美的开采方案。汪院士解释说，首先是开采这种水合物会给生态造成一系列严重问题。因为天然气水合物中存在两种温室气体甲烷和二氧化碳。甲烷是绝大多数天然气水合物的主要成分，同时也是一种反应快速、影响明显的温室气体。
怎样认天然气水合物中甲烷的总量大致是大气中甲烷数量的3000倍。作为短期温室气体，甲烷比二氧化碳所产生的温室效应要大得多。有学者认为，在导致全球气候变暖方面，甲烷所起的作用比二氧化碳要大10－20倍。如果在开采中甲烷气体大量泄漏于大气中，造成的温室效应将比二氧化碳更加严重。科学家们认为，这种矿藏哪怕受到最小的破坏，甚至是自然的破坏，都足以
导致甲烷气的大量散失。而这种气体进入大气，无疑会增加温室效应，进而使地球升温更快。同时，陆缘海边的天然气水合物开采起来十分困难，目前还没有成熟的勘探和开发的技术方法，一旦出了井喷事故，就会造成海水汽化，发生海啸船翻。另外，天然气水合物也可能是引起地质灾害的主要因素之一。由于天然气水合物经常作为沉积物的胶结物存在，它对沉积物的强度起着关键的作用。天然气水合物的形成和分解能够影响沉积物的强度，进而诱发海底滑坡等地质灾害的发生。美国地质调查所的调查表明，天然气水合物能导致大陆斜坡上发生滑坡，这对各种海底设施是一种极大的威胁。天然气水合物作为未来新能源，同时也是一种危险的能源。天然气水合物的开发利用就像一柄“双刃剑”，需要加以非常小心谨慎的对待。在考虑其资源价值的同时，必须充分注意到有关的开发利用将给人类带来的严重环境灾难。
研究面临挑战
研究表明，“可燃冰”的能源功效非常高，1立方米这种物质中的甲烷含量可达160多立方米。因而，人类如能充分开发利用这种能源，将使人类步入新的能源时代。目前，世界上一些发达国家都十分重视“可燃冰”，美国、俄罗斯、日本甚至还有印度都先后投巨资进行研究。美国总统科学技术委员会专门提出建议研究开发“可燃冰”，参、众两院有千多人提出议案，支持“可燃冰”开发研究，美国目前每年用于“可燃冰”研究的财政拔款达上千万美元。
汪院士说，根据地质条件分析，天然气水合物在我国分布也十分广泛，青藏高原的冻土层及南海、东海、黄海等广大海域，都有可能存在。我国对此研究起步较晚，面临的技术难关还很多，比如愈来愈多的管道水合物堵塞给天然气运输带来很大麻烦，造成输气不畅甚至引起更大危害。要解决这些问题，就必须深入分析天然气水合物的物理化学性质，进行水合物复杂系统相平衡研究，分析天然气水合物主要物理化学性质（稳定性、结构、生成的热焓、热容、导热率等）详细研究水合物各相平衡，探索水合物形成和分解的动力学条件，寻求防止水合物形成的抑制剂和阻化技术；进行油—气—水系统中水合物生成的模拟实验。建立预报水合物生成的预警系统，探索管道水合物生成防治和天然气固化技术。
目前，天然气水合物的开采方法主要有热激化法、减压法和注入剂法三种。开发的最大难点是保证井底稳定，使甲烷气不泄漏、不引发温室效应。针对这一问题，日本提出了“分子控制”开采方案。天然气水合物矿藏的最终确定必须通过钻探，其难度比常规海上油气钻探要大得多，一方面是水太深，另一方面由于天然气水合物遇减压会迅速分解，极易造成井喷。日益增多的成果表明，由自然或人为因素所引起的温压变化，均可使水合物分解，造成海底滑坡、生物灭亡和气候变暖等环境灾害。因而研究天然气水合物的钻采方法已迫在眉捷，尽快开展室内外天然气水合物分解、合成方法和钻采方法的研究工作刻不容缓，天然气水合物研究的未来仍面临着挑战。由此可见，“可燃冰”带给人类的不仅是新的希望，同样也有新的困难，只有合理的、科学的开发和利用，“可燃冰”才会真正的为人类造福。
石油的分馏
【教学重点】 石油的分馏原理及其产品和用途
【重点讲解】一、有关石油的主要内容
1．石油的成分：（1）按元素——含C、H、O、S、N等（2）按物质——
含各种烷烃、环烷烃、芳香烃
所以，石油是混合物，呈黑色或深棕色粘稠状液体。有特殊气味，不溶
于水，比水稍轻，无固定熔、沸点。
2．石油的分馏
a原理：利用石油中各组成成分沸点的不同进行蒸馏，所以是物理方法；由于进行多次蒸馏，故称分馏；得到的不同沸点范围的产物称馏分，但仍是多种烃的混合物。
b实验室装置如图：所需仪器有：酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管、锥形瓶
需注意的是：温度计的水银球的位置在略低于蒸馏烧瓶支管口处；冷凝管的冷却水的流向为从下到上；牛角管与锥形瓶间不需加胶塞。
*c工业设备：主要是分馏塔。分为常压分馏塔和减压分馏塔。
从常压分馏塔中可分离出汽油、煤油、柴油、重油等馏分，从重油中还可分离出多种成分，但在常压下需要再升高温度，在高温下高沸点的烃会分解，还可能出现炭化结焦，损坏设备，影响生产，为此常采用减压分馏，即降低分馏塔内压强，使重油的沸点亦随之降低，这样又可以得到轻柴油和不同规格的润滑油等馏分。
二、区别苯的同系物、稠环芳烃、芳香烃、芳香族化合物四个概念。
（1）苯的同系物
它的特点是： ①仅由C、H两种元素组成。
②分子中只含1个苯环结构
③苯环侧链连接的是烷烃基
④组成符合通式CnH2n-6 (n≧6)
（2）稠环芳香烃是两个或两个以上的苯环分别共用相邻的碳原子而成的芳香烃。
（3）芳香烃
它的特点是：①苯环是母体 ②只含C、H两种元素。芳香烃包括苯及其同系物和稠环芳香烃。
（4）芳香族化合物
分子是含有一个或多个苯环的化合物。
它的特点是：①苯环是母体 ②化合物中除含C、H两种元素还可能有其它元素。
【例题讲解】 例1．怎样鉴别苯、甲苯、汽油三瓶无色液态有机物。
分析：回答本题要注意严谨，现象准确。汽油是烷烃的混合物。用溴水检验时的现象是不同的。还要注意它们与酸性KMnO4溶液的反应，因为甲苯、二甲苯等都与酸性KMnO4溶液反应。 答案：各取少量分装于试管中，往三支试管中滴入酸性KMnO4溶液，振荡后褪色的为甲苯。剩余的两支试管中分别加入浓硫酸在水浴中加热（70～80℃），溶液不分层的表明生成了易溶于
水的苯磺酸，则该有机物为苯。溶液分层的表明不反应的为汽油。
【小结】
1．石油的分馏是物理变化。
2．至此，已经学习三种在化学实验中有关温度计的使用。
（1）将温度计的水银球插入液体中，如：制乙烯、测定某物质的溶解度等；
（2）将温度计的水银球插入水浴中，如制硝基苯等；
（3）将温度计的水银球置略低于蒸馏烧瓶支管口处，如蒸馏等。
参考练习】１．下列物质中，没有固定沸点的是（ ）
Ａ．石油 Ｂ．苯 Ｃ．煤油 Ｄ．氯仿
2．下列实验操作需要温度计且不把它插入液体中的是（ ）
Ａ．乙醇制乙烯 Ｂ．苯的硝化反应 Ｃ．苯制溴苯 Ｄ．实验室蒸馏石油
3．某人坐在正开动空调的汽车内跟在一辆卡车后面，观察这辆车在起动、刹车时排出的黑烟
（卡车无任何机械故障），由此推断这辆卡车所用的燃料是（ ）。
A．酒精 B．汽油 C．柴油 D．液化石油气
4．下列实验要用到冷凝管或冷凝原理的是：①制取蒸馏水 ②制取溴苯 ③石油蒸馏 ④
制取乙烯 ⑤制取乙炔（ ）
A．①③ B．⑤⑥ C．①② D．①②③
5．下列属于苯的同系物的是（ ）
6．下列芳香烃的一氯取代物的同分异构体的数目最多的是（ ）
二、填空题
1．实验室蒸馏石油：
（1）装置中温度计的水银球应插到__________处，以控制___________的温度。
（2）蒸馏烧瓶中加入碎瓷片的目的是_____________。
（3）操作时，应将冷凝管的__________端接冷却水（进水）。
参考答案
一、选择题 1．AC 2、D 3、C 4．D 5．B 6．D
二、填空题 1．（1）蒸馏烧瓶支管口，蒸气 （2）防止暴沸 （3）下课 外 拓 展
石油及石油的炼制
（１）石油的形成：石油是从古生代到新生代的第三纪形成的。大批陆上的动物、植物和水中生物死后被冲积至海盆地或湖盆地，与泥沙一起混合成的有机淤泥就是生成石油的原始材料。由于地壳变动，有机淤泥埋在地下，受到高温、高压和细菌作用，慢慢地经过化学变化形成了石油。
（２）石油的物理性质
（３）石油的成分
（４）石油的炼制
从油田里开采出来没有经过加工处理的石油叫原油。
原油要进行脱水、脱盐：脱水是为了节约燃料；脱盐是为了防止腐蚀设备。原油经脱水、脱盐后得到含烃类的混合物，因此没有固定的沸点。一般来说，含碳原子数越少的，沸点越低；含碳原子数越多的，沸点越高，原因是：结构与组成相似的物质，随着分子量的增大，分子间作用力增大，所以沸点逐渐升高。
石油的分馏：用加热、蒸馏、冷凝的方法把液体混合物分成不同沸点范围的蒸馏产物。可见石油的分馏是物理的方法。
（5）实验室蒸馏石油的实验中的几个问题：（看课本中实验室蒸馏石油的装置图） ①蒸馏烧瓶中放碎瓷片的作用是：防止液体暴沸。
②温度计的位置应在蒸馏烧瓶的侧支管口处，以测量每一种馏分的温度范围。
③冷凝管的作用：将气态烃馏分冷凝为液态烃。冷凝管进水、排水方向：下端进水、上端出水。
（6）炼油厂里石油分馏的原理跟上述实验一样，分馏在分馏塔里进行，原油在分馏前首先进入加热炉，先预热原油，加热到360℃左右，使原油成为液体和气体的混合物，然后从导管进入分馏塔。
炼油厂分馏石油的主要生产流程是：
原油
加热炉（360℃）→液体和气体的混合物
分馏
（７）石油的分馏是石油炼制的第一阶段，仅仅使原油中各物质在不同温度下分离出来。各馏分的成分在分馏过程中并没有改变。随着工业的发展，对用作液体燃料的汽油、煤油和柴油等轻质油的需求越来越大，而分馏得到的轻质油仅占石油总质量的25%左右。为了提高轻质液体燃料的产量，特别是提高汽油的产量，工业上采用了裂化的方法。
有关裂化问题的分析：
①裂化：就是在一定条件下，把分子量大、沸点高的烃断裂为分子量小、沸点低的过程。 ②裂化有热裂化和催化裂化，如果热裂化时温度过高，会发生结焦现象而影响生产和产品质量，所以常采用催化裂化。采用催化裂化的优点是，可以在较低温度下进行裂化，得到质量比较高的汽油。
③从书上十六烷裂化的各步反应看裂化产物的规律：
烷烃
（８）石油的催化重整
就是把汽油里直链烃类分子的结构进行“重新调整”。石油催化重整的目的是：①把它们转化为芳香烃或具有支链的烷烃异构体；②有效地提高汽油的质量和产量。
（９）石油的裂解
采用比裂化更高的温度（700～800～1000℃），使长链烃分子断裂成各种短链气态烃和少量液态烃，以达到获得以短链不饱和烃为主要成分的石油加工产品。
石油裂解气中主要含：乙烯、丙烯、丁二烯（还有少量甲烷、乙烷、H2、H2S），其中乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志。
【小结】：
烷'＋烯； 烷
' 烷''＋烯'
认识“可燃冰”？
就在人们担心化石能源将被耗尽时，科学家发现我国南海海域某些部位有可能埋藏着大量可
燃烧的“冰”，其主要成分是甲烷与水分子（ CH4·H2O），学名为“天然气水合物”，这无疑给未来的能源需求带来了福音，引起了人们的广泛关注。为进一步了解天然气水合物及其战略意义，记者采访了中国科学院院士、中国地球物理学会理事汪集旸。
“可燃冰”是冰吗？
据汪院士介绍，早在上世纪初期30年代，人们发现输气管道内形成白色冰状固体填积物，并给天然气输送带来很大麻烦，石油地质学家和化学家便把主要的精力放在如何消除天然气水合物堵塞管道方面。直到60年代苏联在开发麦索亚哈气田时，首次在地层中发现了气体水合物，人们才开始把气体水合物作为一种燃料能源研究。此后不久，在西伯利亚、北斯洛普、墨西哥湾、日本海、印度湾等地相继发现了天然气水合物，这使人们意识到天然气水合物是一种具有全球性分布的潜在能源，于是掀起了70年代以来空前的天然气水合物研究热潮。
天然气水合物是在一定条件下，由气体或挥发性液体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质，外观像冰。由于天然气水合物中通常含有大量甲烷或其它碳氢气体，因此极易燃烧，被称为“可燃烧的冰”，燃烧产生的能量比同等条件下，煤、石油、天然气产生的都多得多，而且在燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物，污染比煤、石油、天然气等要小得多。我们不难想象，当解决了天然气水合物的开发技术后，我们能用经济有效的手段获取天然气水合物中的甲烷，那么它就可能取代其他日益减少的化石能源（如石油、煤、天然气等），成为一种主要的能源类型。 形成条件缺一不可
天然气水合物的形成有三个基本条件。据汪先生介绍，首先温度不能太高。第二压力要够，但不需太大。零度时，30个大气压以上它就可能生成。第三，地底要有气源。据估计陆地上20．7％和大洋底90％的地区，具有形成天然气水合物的有利条件。绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，其资源量是陆地上的100倍以上。天然气水合物中的甲烷大多数是当地生物活动产生的。海底的有机物沉淀都在几千几万年甚至更久远，死的鱼虾、藻类体内都含有碳，经过生物转化，可形成充足的甲烷气源。另外，海底的地层是多孔介质，在温度、压力和气源三项条件都具备的情况下，便会在介质的空隙中生成甲烷水合物的晶体。
茫茫大地哪里寻？
汪院士告诉记者，天然气水合物受其特殊的性质和形成时所需条件（低温、高压等）的限制，只分布于特定的地理位置和地质构造单元内。一般来说，除在高纬度地区出现的与永久冻土带相关的天然气水合物之外，在海底发现的天然气水合物通常存在水深300－500m以下（由温度决定），主要附存于陆坡、岛屿和盆地的表层沉积物或沉积岩中，也可以散布于洋底以颗粒状出现。这些地点的压力和温度条件使天然气水合物的结构保持稳定。
从大地构造角度来讲，天然气水合物主要分布在聚合大陆边缘大陆坡、被动大陆边缘大陆坡、海山、内陆海及边缘海深水盆地和海底扩张盆地等构造单元内。这些地区的构造环境由于具有形成天然气水合物所需的充足的物质来源（如沉积物中的有机质、地壳深处和油气田渗出的碳氢气体），具备流体运移的条件（如增生锲和逆掩断层的存在及其所引起的构造挤压，快速沉积所引起的超常压实，油气田的破坏所引起的气体逸散等），以及具备天然气水合物形成的低温、高压环境（温度0－10℃以下，压力10Mpa以上），而成为天然气水合物分布和富集的主要场所。 开发利用就像一柄“双刃剑”
天然气水合物埋藏于海底的岩石中，和石油、天然气相比，它不易开采和运输，世界上至今都还没有完美的开采方案。汪院士解释说，首先是开采这种水合物会给生态造成一系列严重问题。因为天然气水合物中存在两种温室气体甲烷和二氧化碳。甲烷是绝大多数天然气水合物的主要成分，同时也是一种反应快速、影响明显的温室气体。
怎样认天然气水合物中甲烷的总量大致是大气中甲烷数量的3000倍。作为短期温室气体，甲烷比二氧化碳所产生的温室效应要大得多。有学者认为，在导致全球气候变暖方面，甲烷所起的作用比二氧化碳要大10－20倍。如果在开采中甲烷气体大量泄漏于大气中，造成的温室效应将比二氧化碳更加严重。科学家们认为，这种矿藏哪怕受到最小的破坏，甚至是自然的破坏，都足以
导致甲烷气的大量散失。而这种气体进入大气，无疑会增加温室效应，进而使地球升温更快。同时，陆缘海边的天然气水合物开采起来十分困难，目前还没有成熟的勘探和开发的技术方法，一旦出了井喷事故，就会造成海水汽化，发生海啸船翻。另外，天然气水合物也可能是引起地质灾害的主要因素之一。由于天然气水合物经常作为沉积物的胶结物存在，它对沉积物的强度起着关键的作用。天然气水合物的形成和分解能够影响沉积物的强度，进而诱发海底滑坡等地质灾害的发生。美国地质调查所的调查表明，天然气水合物能导致大陆斜坡上发生滑坡，这对各种海底设施是一种极大的威胁。天然气水合物作为未来新能源，同时也是一种危险的能源。天然气水合物的开发利用就像一柄“双刃剑”，需要加以非常小心谨慎的对待。在考虑其资源价值的同时，必须充分注意到有关的开发利用将给人类带来的严重环境灾难。
研究面临挑战
研究表明，“可燃冰”的能源功效非常高，1立方米这种物质中的甲烷含量可达160多立方米。因而，人类如能充分开发利用这种能源，将使人类步入新的能源时代。目前，世界上一些发达国家都十分重视“可燃冰”，美国、俄罗斯、日本甚至还有印度都先后投巨资进行研究。美国总统科学技术委员会专门提出建议研究开发“可燃冰”，参、众两院有千多人提出议案，支持“可燃冰”开发研究，美国目前每年用于“可燃冰”研究的财政拔款达上千万美元。
汪院士说，根据地质条件分析，天然气水合物在我国分布也十分广泛，青藏高原的冻土层及南海、东海、黄海等广大海域，都有可能存在。我国对此研究起步较晚，面临的技术难关还很多，比如愈来愈多的管道水合物堵塞给天然气运输带来很大麻烦，造成输气不畅甚至引起更大危害。要解决这些问题，就必须深入分析天然气水合物的物理化学性质，进行水合物复杂系统相平衡研究，分析天然气水合物主要物理化学性质（稳定性、结构、生成的热焓、热容、导热率等）详细研究水合物各相平衡，探索水合物形成和分解的动力学条件，寻求防止水合物形成的抑制剂和阻化技术；进行油—气—水系统中水合物生成的模拟实验。建立预报水合物生成的预警系统，探索管道水合物生成防治和天然气固化技术。
目前，天然气水合物的开采方法主要有热激化法、减压法和注入剂法三种。开发的最大难点是保证井底稳定，使甲烷气不泄漏、不引发温室效应。针对这一问题，日本提出了“分子控制”开采方案。天然气水合物矿藏的最终确定必须通过钻探，其难度比常规海上油气钻探要大得多，一方面是水太深，另一方面由于天然气水合物遇减压会迅速分解，极易造成井喷。日益增多的成果表明，由自然或人为因素所引起的温压变化，均可使水合物分解，造成海底滑坡、生物灭亡和气候变暖等环境灾害。因而研究天然气水合物的钻采方法已迫在眉捷，尽快开展室内外天然气水合物分解、合成方法和钻采方法的研究工作刻不容缓，天然气水合物研究的未来仍面临着挑战。由此可见，“可燃冰”带给人类的不仅是新的希望，同样也有新的困难，只有合理的、科学的开发和利用，“可燃冰”才会真正的为人类造福。