有句俗语叫“冰火不相容”。北京化工大学化学工程学院教授张建文团队，正在开展的一项研究则是寓火于冰——研制人造可燃冰。近日，在项目中期验收会上，张建文介绍了该项研究的进展。

人造可燃冰是一种天然气水合物。天然气水合物是由天然气中的气体分子在一定温度和压力条件下，与游离水结合形成的结晶笼状固体。天然气水合物在常压、常低温下就可以长期稳定储存，经气化后即可得到高效利用。

事实上，天然气水合物自然界早已有之，如青海省祁连山冻土地带的水合物、南海地区的水合物等。但是，天然水合物的应用却面临着开采困难、天然水合物中能量密度低等现实。

“因此，如何师法自然、通过创造适宜的环境条件，快速、持续地制造可燃冰就成为解决天然气水合物开发利用的关键技术之一。”张建文介绍。

从防治“冰堵”得灵感

研制可燃冰并非张建文团队的初衷。最早摆到他们面前要攻克的科研难题是“冰堵”。

近年来，西气东输管道二线、大—沈管道（大连—沈阳）等天然气管道均发生过冰堵问题，给管道的正常生产造成较大的影响。发生冰堵的原因是管道内部有液态或气态的水存在，温度较低时结冰堵塞管道，造成泄漏或停输事故。

“水在结冰的过程中，会把天然气里的甲烷等气体包在冰里面，形成可燃冰。要想防冰堵，首先要了解管道内天然气水合物形成的机理，由此衍生出一个新的研究方向，根据这一原理来制造可燃冰，”张建文说道。

依据天然气水合物形成的条件，北京化工大学研究团队从热力学、动力学角度进行了数值模拟，为反应器设计提供了理论依据，并进而提出了液相连续、气相分散的可燃冰制备流程，目前已经申请了多项专利。

在该专利技术中，高压天然气经一组喷嘴喷入反应器底部的低温、高压水流中，形成微细的气泡并与水发生反应。反应生成的水合物与过量水形成流动浆料，排入中间罐进行气—液分离。浆料自动浓集后，经过滤除去水分。最后进行造粒，形成适应不同用途的水合物颗粒。

制备而成的可燃冰并非人们想象中的冰块。张建文向科技日报记者展示的图片显示，一白色塑料桶内盛有的乳白色膏状固体物质便是可燃冰，与其说是冰，不如用“冰淇淋”来形容更准确。该物质一经点火，便可以燃烧。

张建文介绍，目前已完成规模中试，建立了具有自主知识产权的成套天然气水合物制备技术，工艺、设备均拥有自主知识产权，形成了完整的研发—设计—制造队伍，还开发了相应的工艺软件包。

“美国能源部报告称，制备出的天然气水合物，如果1立方米中含有120立方米的天然气，该项技术即具有经济价值。采用我们的技术，制备出的天气水合物的含气量可达到每立方米含160立方米以上的天然气。”张建文表示。

新型天然气储运方式

人造可燃冰和自然界形成的天然可燃冰一样吗？张建文介绍，二者在结构上是一样的。天然可燃冰的形成往往需要以万年计的时间，能源密度也较低。以青海冻土地带水合物为例，每立方米的含气量只有四五十立方米。

相比之下，人工制备的可燃冰具有形成时间短、含气密度高的特点。人造可燃冰的制备过程中，只需要10多分钟的时间便可生成可燃冰，能源密度也比较高，每立方米含有160立方米以上的天然气。

快速制备而成的人造可燃冰，运输起来也很方便。在张建文看来，人造可燃冰有望成为一种新的天然气储运方式。将天然气存储在可燃冰里运输，既不需要高压，也不需要超低温。在常压、-5℃条件下以固态存在的人造可燃冰，用普通冷藏车就可以方便、安全地运输，极大地降低了天然气运输的成本。