可燃冰课件

带刺的玫瑰
• 进入海水中的甲烷会 影响海洋生态。甲烷进
入海水中后会发生较快的 微生物氧化作用，影响海 水的化学性质。甲烷气体 如果大量排入海水中，其 氧化作用会消耗海水中大 量的氧气，使海洋形成缺 氧环境，从而对海洋微生 物的生长发育带来危害。
带刺的玫瑰
• 高昂的开采成本：
•
有 那 2000年开始，可燃冰的研究与 闲 钱 勘探进入高峰期，世界上至少 还 有30多个国家和地区参与其中。 不 如 其中以美国的计划最为完善， 开 美国每年用于可燃冰研究的财 发 政拨款达上千万美元。但是， 太 阳 直到现在世界上还没有任何一 能 个国家能对可燃冰进行大规模 和 商业开采。从各国进行的试验 风 能 性开采看，这些方法要么技术 呢 复杂成本高昂，要么推广价值 ！
炙手可热的“冰”
• 在可燃冰矿藏被人们 发现之后，迅速地得 到了人们的关注。 • 在能源问题日益凸显 的今天，可燃冰更是 被赋予了“沉睡的未 来能源”、“能满足 人类使用1000年的新 能源”等称号。
炙手可热的“冰”
• 上世纪60年代末，苏联也 发现了世界上第一个可燃冰矿 田：麦索亚哈气田。自此，全 球开始掀起大规模研究、探测 和勘探天然气水合物藏的热潮。 • 至90年代中期，美、俄、 荷、德、加、日等诸多国家探 测可燃冰的目标和范围已覆盖 了世界上几乎所有大洋陆缘的 重要潜在远景地区，以及高纬 度极地永冻土地带和南极大陆 及陆缘区等。 • 目前，至少已有40多个国 家，针对可燃冰展开了国家级 的资源调查和研究工作，并已 调查发现可燃冰的矿点共有100 多处。
2．特殊的存在条件极有可能引发地 质灾害。由于可燃冰经常作为沉积物 的胶结物存在．它的形成和分解能够 影响沉积物的强度，进而诱发海底滑 坡等地质灾害的发生。日益增多的研 究成果表明．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。美国地质调查所的调查 表明，可燃冰能导致大陆斜坡上发生
不大，不适合大规模作业。
带刺的玫瑰
• 虽然可燃冰的开采并不如想象中那么顺利，但是 相信随着科技的发展，终有一天我们一定可以安 全地开采可燃冰矿藏！
未来之路
• 在能源资源日益枯竭 的今天，能源问题经 常在各国的争端之中 暗流涌动。 • 可燃冰的发现让人们 觉得它也许是解决能 源问题的一把钥匙。 • 因此，各个国家很早 围绕可燃冰展开了激 烈的角逐。
可燃冰（Gas Hydrate）
Contents
可燃冰的简介 炙手可热的“冰” 可燃冰的开采方法 带刺的玫瑰 未来之路
偶然的发现
30年代，为了输送天然气铺设了输气管道 。 一些输气管道经常奇怪地被冰块堵塞?
可燃冰简介
• 1778年，首次在实验室发现 天然气水合物. • 1934年，前苏联在被堵塞的 天然气输气管道里发现了天然 气水合物。这一发现引起前苏 联人对天然气水合物的重视。 • 1965年，前苏联首次在西西 伯利亚永久冻土带发现天然气 水合物矿藏。 • 至此，各国科学家相继开始了 对可燃冰的研究，一步一步解 开了其神秘的面纱。
27%
炙手可热的“冰”

1 m3 水合物
164 Nm3 天然气
＋
0.8 m3水
• 能量密度高：
• 由1立方米可燃冰相當於160多立方米的天然气。换言之， 1立方米可燃冰就可满足3口之家大半年的天然气需求，故 可燃冰被视为「后石油时代」的重要替代能源。
炙手可热的“冰”
• 污染小：
可燃冰由甲烷和水构成，不含其它成分，无需净化提炼或其 它加工步骤。所以利用时产生的污染比石油以及煤等传统能 源小很多。
在高压下，甲烷气水包合物在 18 °C 的温度下 仍能维持稳定。
充填甲烷的可燃冰1立方米可产出气164立方米 和水0．8立方米，其能量密度是煤和黑色页岩 的10倍左右，是一种能量密度高的能源。
可燃冰的形成有三个基本条件
• 第一，温度不能太高，在零度以上可 以生成0℃~10℃为宜，最高限是 20℃左右，温度再高“可燃冰”就会 分解。
1965年，前苏联在西伯利亚发现 了可燃冰矿藏，并于1969年 投入开发；
美国于1998年把可燃 冰作为国家发展的 战略能源列入国家 日本开始关注可燃冰是 在1992年； 级长远计划；
迄今为止，全球至少有30多个国家和地区在进行可燃冰的研究 与调查勘探。
未来之路
• 作为世界上最大的发展中 的海洋大国，中国能源短 缺十分突出。急需开发新 能源以满足中国经济的高 速发展。因此，加强可燃 冰开发是实现可持续发展 战略的重要措施，也是开 发中国二十一世纪新能源、 改善能源结构、增强综合 国力及国际竞争力、保证 经济安全的重要途径。
时间
1999年
2002年 2004年 2005年 2006年 2007年
中国可燃冰开发历程主要研究成绩
•南海首次发现了天然气水合物存在标志。
•勘测南海储量相当于700亿t油当量，在西沙海槽圈出天然气水合 物矿区。 成立中科院广州天然气水合物研究中心；中德联合在南海北部发 现430万平方公里的“九龙甲烷礁”。 成功研制可燃冰开采模拟系统。 可燃冰保真取样器成功研制并试验；勘测南海北部东沙西南部海 域天然气水合物发育区。 开发了新型可燃冰组合抑制剂，加速了开采研究进度；可燃冰开 采与运输关键技术取得初步成绩；在南海北部神狐海域钻获可燃 冰样品。 在青海省祁连山南缘永久冻土带成功钻获可燃冰样品；广州海洋 地质调查局自主研制“海洋六号”调查船，并在南海北部成功取 样。 勘测青藏高原五道沟永久冻土区、青海省祁连山南缘永久冻土带 远景资源量有350亿t油当量以上
可燃冰简介
• 全球天然气水合物分布明显呈 现受地理格局控制的特点。主 要存在于世界范围内的沟盆体 系、陆坡体系、边缘海盆陆缘， 尤其是与泥火山、热水活动、 盐泥底辟及大型断裂构造有关 的深海盆地中；另外还包括扩 张盆地和北极地区的永久冻土 区，大西洋的85％、太平洋的 95％和印度洋的96％的地区中 也含有天然气水合物，并且主 要分布于海平面下200-600ｍ的 深度内
可燃冰简介
• 天然气水合物，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” • 它是在一定条件下由 水和天然气在高压和 低温条件下混合组成 的笼形结晶化合物。
可燃冰简介
• 可燃冰的构成可用 mCH（2m+2）· nH2O来 表示，m代表水合物中 的气体分子，n为水合 指数 • 形成天然气水合物的 主要气体为甲烷
可燃冰概念
可燃冰顾名思义像冰一样的固体点火能燃 烧，是一种非常规能源。它是天然气分子(除 氢、氦和氖外)充填在水的晶体笼架中形成的 冰状固体物，又叫天然气水合物或固体气。
现已证实分子结构式： CH4· 8H2O
可燃冰燃烧方程式：
性质
可燃冰是一种白色固体物质，外形像冰，有极强 的燃烧力。主要以甲烷(大于90％)为主，故也称 甲烷水合物。
澳洲的养牛业、畜牧业、牛、 羊，目前每年约排放三百万 吨甲烷。
澳大利亚的火力发电厂约排放一 亿八千万吨二氧化碳。
带刺的玫瑰
• 在大气层中释放一吨甲烷对温室效应的加 剧等于释放七十二吨的二氧化碳。
• 很容易看出澳洲畜牧业对全球暖化的影响完爆火力发电厂。
• 可燃冰中甲烷的总量大致是大气中甲烷数 量的3000倍。可燃冰对温度和压力很敏感，在开采
世界可燃冰分布图
炙手可热的“冰”
能源密 度高
可燃冰 的优势
储量大 清洁， 污染小
炙手可热的“冰”
• 储量大：
• 现已探明的天然气水合物中的碳量 11013吨相 当于已探明所有化石能源碳量总和的2倍。可满 足人类未来1,000年的能源需求。
15% 15% 5% 5%
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53%
53% Natural Gas Hydrate Fossil Fuels Other fuels on the land Other fuels in the ocean
• 第二，压力要够，但也不能太大，0℃ 时，30个大气压以上它就可能生成。
• 第三，要有气源。
关于“可燃冰”的成因，目前主要有两种 观点，一种认为，它们最初来源于海底下 的细菌。海底有很多动植物的残骸，这些 残骸腐烂时产生细菌，细菌排出甲烷，当 正好具备高压和低温的条件时，细菌产生 的甲烷气体就被锁进水合物中 。 另一种观点则认为，“可燃冰”由海洋 板块活动而成。当海洋板块下沉时，较古
不好收集。海底的多孔介质不是集 难处 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
难处
可燃冰的开采方法
方案二是降压法
将核废料埋入地底， 利用核辐射效应使其分解
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。
难处
可燃冰的开采方法
方案三是置换法
• 3．目前技术条件下开采成本过于 高昂。目前可燃冰的开采方法主要 热激化法、减压法和注入剂法。从 各国进行的试验性开采看，这些方 法要么技术复杂成本高昂．要么推 广价值不大．不适合大规模作业。
带刺的玫瑰
既然可燃冰有着这么多的优点，我们是不是可以毫无 顾忌地开发它呢？它真的是“上帝带给人类的礼物” 吗？还是一个诱惑人类打开的潘多拉魔盒？
天 使 还 是 魔 鬼
带刺的玫瑰
• 储量大带来的问题：
• 温室效应是当今一个全球性的 难题。我们都知道最主要的温 室气体是二氧化碳。然而甲烷 是一种强效的温室气体。 • 澳大利亚的科学家曾做过一个 看似滑稽的比较：澳洲畜牧
业与火力发电，谁对全球 暖化的影响更大？
带刺的玫瑰
牛羊在消化过程中会产生甲烷。它们咀嚼反刍的食物，而第二个胃里的细菌 会分解植物的纤维素，释放其中的能量，该过程即所谓的厌氧程序，在无氧 状态下进行，而所产生的甲烷大多经由打嗝释放。
和输送过程中稍有不慎，就会使甲烷气体逸散到大气中从 而加速温室效应，后果不堪设想！
带刺的玫瑰
• 开采过程中天然气水合物的分解还会产生大量的水，释放岩层孔隙空间，使天然气水 合物赋存区地层的固结性变差，引发地质灾变。海洋天然气水合物的分解则可能导致 海底滑塌事件。进入海水中的甲烷量如果特别大，则还可能造成海水汽化和海啸，甚 至会产生海水动荡和气流负压卷吸作用，严重危害海面作业甚至海域航空作业。
未来之路
• 我国南海天然气水合物的储 量为700亿吨油当量，相当 于目前陆上石油、天然气资 源量总数的1/2。南海北部坡 陆可燃冰储量约185亿吨油 当量，相当于已探明南海油 气地质储备的6倍，而东沙群 岛以东的九龙甲烷礁，目前 为世界上最大的冷泉湓溢 区。 • 陆地方面，我国冻土面积为 215万平方公里，天然气水 合物形成及储存前景广阔。 青藏高原可燃冰远景储量为 350亿吨油当量，祁连山地 区储量占陆地总储量的1/4。
未来之路
ห้องสมุดไป่ตู้2008年
2009年
2011年
在“十二五”能源规划中，可燃冰作为一种新型资源被纳入其中
可燃冰简介
• 关于“可燃冰”的成因，目前 认为有两条途径。 • 一种途径是，海底的动植物残 骸被细菌分解时释放出的甲烷 被高压低温的海底环境锁进水 分子笼中。 • 另一种途径是，可燃冰由海洋 板块活动而成。当海洋板块运 动时时，海底石油和天然气便 随板块的边缘涌上表面。当接 触到冰冷的海水和深海压力， 天然气与海水产生化学作用， 就形成“甲烷水合物”。
煤 炭 加 工 可 燃 冰 直 接 燃 烧
炙手可热的“冰”
• 另外可燃冰还有便于储存运输（与天然气相比），再生迅 速等优点。难怪有人称可燃冰是“上帝带给人类的礼物”， 让陷入能源危机的人类重新看到了希望。
可燃冰的开采方法
方案一是热解法
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。
使CO2液化将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
较前两种方法可行性更高
面临的环境问题
• 1．可能导致大量温室气体排放污 染环境。由于甲烷是绝大多数可燃 冰中的主要成分，同时也是一种反 应快速、影响明显的温室气体。可 燃冰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。可燃冰非常不稳 定，在常温和常压环境下极易分解 。这些冰球一旦从海底升到海面就