天然气水合物研究现状及应用前景
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
子填 充封 闭 的孔穴 所形 成ｌ 。 １ ］
由于 缺乏共 价 电子 对 ， 天然 气 水 合 物 中不
存 在 共 价键 ， 分子 问只 是 通过 范 德 华 力 固结 其 在 一起 。分子 间 力 的 作 用很 弱 ， 以 天然 气 水 所 合 物 吸 热后 极 易 分 解 ， 旦 温压 突 破 了其相 平 一
且燃 烧后 碳排 放量 低等 优点 受到科 学 界 的广泛 关 注 ， 有 望 取 代煤 炭 和 石 油而 成 为 本世 纪 最 并
主要 的化 石能 源 。
１ 天 然 气 水 合 物 的 理 化 性质
图 １ 天 然 气 水 合 物 分 子 结 构
天然气 水合 物 （ ｔ ｒｌ ａ ｄ ａｅ 又 称 Ｎａｕ ａ Ｇ ｓＨｙ ｒｔ） 可燃 冰ｕ ， 一 种 由水 分 子 和 气 体 分 子 组成 的 ］是 似 冰状 笼形 包 合 物 。所 谓 笼 状 包合 物 ， 指 可 是 燃 冰不 是化 合物 ， 是在低 温 、 而 高压 条件 下形 成
天然气 水合 物外 形 如冰 晶状 ， 通常 呈 白色 ，
极 易燃 烧 。其 密度 为 ０ ８ １ ２ｇ ｃ ， 际值 ． ～ ． ／ ｍ。 实
取 决 于其所 存在 的温 压条 件及 水合 物 中气体 的
收 稿 日期 ： ０ 卜０ — ２ ２ １ ４０
组 成 。水合 物 具 有低 导 热 系数 和 高 电 阻 率 ， 且
关 键 词 天 然 气 水 合 物 ；形 成 与 分 布 ；二 氧化 碳 埋 藏 ；研 究 现 状 ；应 用 前 景
中 图法 分 类 号 ＴＥ １ Ｏ
天然 气 水合 物 在 地 球上 的蕴 藏量 极 大 ， 其
甲烷 的 吞 吐 量 也 十 分 可 观 ， 岩 石 圈 浅 部 一 个 是
如 图 １所 示 ， 出 状 态 如 图 ２ 示 。 产 所
不稳 定 的碳 库 ， 也是 全 球 碳循 环 中 的一个 重 要
环 节 ， 岩 石 圈 与 水 圈 、 圈 的 碳 交 换 中 起 重 要 在 气
甲烷
作用 。在 石油 及煤 炭 资源供 给形 势 日益严 峻的 今天 ， 然气水 合 物 以其 储量 丰 富 ， 高效燃 烧 天 能
发 前 景 的 清 洁 能 源 之 一 。介 绍 了天 然 气 水 合 物 理 化 性 质 的 最 新 研 究 进 展 以及 水 合 物 的 形 成 途 经 、 布 分 范 围和 储 量 大 小 。简 述 了俄 罗 斯 西 伯 利 亚 、 拿 大 麦 肯 齐 三 角 洲 地 区 、 国 普 拉 德 霍 湾 一 库 帕 勒 克 河 地 加 美 区 及 中 国南 海 取 得 天 然 气 水 合 物 的 实例 ， 析 了 国 内外 研 究 进 展 及 取 得 的 最 新 成 果 。展 望 了 天 然 气 水 分 合 物 作 为 车 用 燃 料 、 然气 储 运 载 体 以 及 用 于 Ｃ 埋 藏 等 方 面 的前 景 。 天 Ｏ。
水合 物通 常 以 ６种 形 式存 在 ：ห้องสมุดไป่ตู้１ 分 子筛 ， （） 由孔 喉相 互联 接 而 成 ； ２ 狭 长 的 网状 结 构 ， （） 由
水 合 物 从 带 有 管道 的晶 格 形成 分 子 时 所 生成 ； （ ） 状化 合 物 ， ３层 由互相 交错 的 分子层 组 成 ；４ （） 带 有 凹陷 的大 分 子 ； ５ 线 性 高分 子 化 合 物 ， （） 由
含量 高 于 ９ ） 故 习惯 上 将 这 种 笼 状 包 合 物 ５ ， 称 为化合 物 ， 其分 子式 可 表 示为 Ｍ ・ｎ ０， Ｈ。 其 中 Ｍ 表 示水合物 中的气体 分子 ， ”为 水 合 指 数， 即水 分子 数 。天 然气 水 合 物 的分 子 结 构 ］
图 ２ 天 然 气 水 合 物 的产 出状 态
第 １ ９卷
第 ３期
北 京 石 油 化 工 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｉ ｎ ｎ ｔｔ ｔ ｆ ｏ ｒ ａ ｆＢｅ ｇ Ｉ ｓｉ ｅｏ ｊ ｉ ｕ
Ｐｅ ｒ — ｈｅ ｉａ ｃ ｎｏ ｏ ｔ ｏ ｃ ｍ ｃ ｌＴｅ ｈ ｌ ｇｙ
Ｖ ｏ１ １ Ｎ Ｏ ３ ．９ ． Ｓｅ ． ０１１ ｐ２
２ １ 年 ９月 ０１
天 然气 水 合 物研 究现 状 及 应 用 前 景
刘 刚 李 朝 玮
（ 国 石 油 大 学 （ 京 ） 油 工 程 教 育 部 重 点 实 验 室 ，北京 １ ２ ４ ） 中 北 石 ０ ２ ９
摘
要 天 然 气 水 合 物 是 一 种 可 补 充 或 替 代 石 油 和 煤 炭 的化 石 能 源 ， ２ 是 １世 纪 最 具 商 业 开
本 、 国 、 拿大 、 国 、 威等 国以及 ＤＳ 德 加 英 挪 ＤＰ和
随后 的大洋 钻探 计 划 （ Ｐ 、 合 大 洋 钻 探 计 ＯＤ ） 综 划 （ＯＤ ） Ｉ Ｐ 等组 织进 行 了大 量调查 研 究 ， 后 在 先
管状 笼形 分子 组成 ； ６ 球 形 笼状 物 ， 内部分 （） 由
第 ３期
刘 刚等 ．天 然气 水合 物研 究 现状及 应用 前 景
６ １
声波 能 在 水 合物 层 中快 速 传播 ， 些 特 征 可 用 这
于对 水合 物储 层 的勘探 和测 井 上 。
３ 国 内外研 究 现 状
１７ ９ ９年 ， 国际深 海钻探 计划 （ ＤＰ 第 ６ 、 ＤＳ ） ６ ６ 航 次在 中美 海 槽 的钻 孔 岩 心 中 发 现 了海 底 ７ 的天然 气水 合 物 。此 后 ， 合 物 成 为 许 多 国家 水 和一些 国际组 织 关 注 的 热 点 ， 国 、 苏 联 、 美 前 日
的一个 甲烷 （ 或其 他气 体 ） 分子被 若 干个 水分 子 包 围 的固态凝 聚 物 。组 成 水合物 的气 体分 子 主
要是 烃 类 ， 般 为 Ｃ Ｃ Ｈ。 Ｃ Ｈ。等 ， 时 一 Ｈ ， ， 有 也含 有 一 些 无 机 组 分 ， Ｃ 或 Ｈ： 如 Ｏ Ｓ等 。 目 前 已开采 出的水 合 物 中 的气 体 多 为 干 气 （ ＣＨ
由于 缺乏共 价 电子 对 ， 天然 气 水 合 物 中不
存 在 共 价键 ， 分子 问只 是 通过 范 德 华 力 固结 其 在 一起 。分子 间 力 的 作 用很 弱 ， 以 天然 气 水 所 合 物 吸 热后 极 易 分 解 ， 旦 温压 突 破 了其相 平 一
且燃 烧后 碳排 放量 低等 优点 受到科 学 界 的广泛 关 注 ， 有 望 取 代煤 炭 和 石 油而 成 为 本世 纪 最 并
主要 的化 石能 源 。
１ 天 然 气 水 合 物 的 理 化 性质
图 １ 天 然 气 水 合 物 分 子 结 构
天然气 水合 物 （ ｔ ｒｌ ａ ｄ ａｅ 又 称 Ｎａｕ ａ Ｇ ｓＨｙ ｒｔ） 可燃 冰ｕ ， 一 种 由水 分 子 和 气 体 分 子 组成 的 ］是 似 冰状 笼形 包 合 物 。所 谓 笼 状 包合 物 ， 指 可 是 燃 冰不 是化 合物 ， 是在低 温 、 而 高压 条件 下形 成
天然气 水合 物外 形 如冰 晶状 ， 通常 呈 白色 ，
极 易燃 烧 。其 密度 为 ０ ８ １ ２ｇ ｃ ， 际值 ． ～ ． ／ ｍ。 实
取 决 于其所 存在 的温 压条 件及 水合 物 中气体 的
收 稿 日期 ： ０ 卜０ — ２ ２ １ ４０
组 成 。水合 物 具 有低 导 热 系数 和 高 电 阻 率 ， 且
关 键 词 天 然 气 水 合 物 ；形 成 与 分 布 ；二 氧化 碳 埋 藏 ；研 究 现 状 ；应 用 前 景
中 图法 分 类 号 ＴＥ １ Ｏ
天然 气 水合 物 在 地 球上 的蕴 藏量 极 大 ， 其
甲烷 的 吞 吐 量 也 十 分 可 观 ， 岩 石 圈 浅 部 一 个 是
如 图 １所 示 ， 出 状 态 如 图 ２ 示 。 产 所
不稳 定 的碳 库 ， 也是 全 球 碳循 环 中 的一个 重 要
环 节 ， 岩 石 圈 与 水 圈 、 圈 的 碳 交 换 中 起 重 要 在 气
甲烷
作用 。在 石油 及煤 炭 资源供 给形 势 日益严 峻的 今天 ， 然气水 合 物 以其 储量 丰 富 ， 高效燃 烧 天 能
发 前 景 的 清 洁 能 源 之 一 。介 绍 了天 然 气 水 合 物 理 化 性 质 的 最 新 研 究 进 展 以及 水 合 物 的 形 成 途 经 、 布 分 范 围和 储 量 大 小 。简 述 了俄 罗 斯 西 伯 利 亚 、 拿 大 麦 肯 齐 三 角 洲 地 区 、 国 普 拉 德 霍 湾 一 库 帕 勒 克 河 地 加 美 区 及 中 国南 海 取 得 天 然 气 水 合 物 的 实例 ， 析 了 国 内外 研 究 进 展 及 取 得 的 最 新 成 果 。展 望 了 天 然 气 水 分 合 物 作 为 车 用 燃 料 、 然气 储 运 载 体 以 及 用 于 Ｃ 埋 藏 等 方 面 的前 景 。 天 Ｏ。
水合 物通 常 以 ６种 形 式存 在 ：ห้องสมุดไป่ตู้１ 分 子筛 ， （） 由孔 喉相 互联 接 而 成 ； ２ 狭 长 的 网状 结 构 ， （） 由
水 合 物 从 带 有 管道 的晶 格 形成 分 子 时 所 生成 ； （ ） 状化 合 物 ， ３层 由互相 交错 的 分子层 组 成 ；４ （） 带 有 凹陷 的大 分 子 ； ５ 线 性 高分 子 化 合 物 ， （） 由
含量 高 于 ９ ） 故 习惯 上 将 这 种 笼 状 包 合 物 ５ ， 称 为化合 物 ， 其分 子式 可 表 示为 Ｍ ・ｎ ０， Ｈ。 其 中 Ｍ 表 示水合物 中的气体 分子 ， ”为 水 合 指 数， 即水 分子 数 。天 然气 水 合 物 的分 子 结 构 ］
图 ２ 天 然 气 水 合 物 的产 出状 态
第 １ ９卷
第 ３期
北 京 石 油 化 工 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｉ ｎ ｎ ｔｔ ｔ ｆ ｏ ｒ ａ ｆＢｅ ｇ Ｉ ｓｉ ｅｏ ｊ ｉ ｕ
Ｐｅ ｒ — ｈｅ ｉａ ｃ ｎｏ ｏ ｔ ｏ ｃ ｍ ｃ ｌＴｅ ｈ ｌ ｇｙ
Ｖ ｏ１ １ Ｎ Ｏ ３ ．９ ． Ｓｅ ． ０１１ ｐ２
２ １ 年 ９月 ０１
天 然气 水 合 物研 究现 状 及 应 用 前 景
刘 刚 李 朝 玮
（ 国 石 油 大 学 （ 京 ） 油 工 程 教 育 部 重 点 实 验 室 ，北京 １ ２ ４ ） 中 北 石 ０ ２ ９
摘
要 天 然 气 水 合 物 是 一 种 可 补 充 或 替 代 石 油 和 煤 炭 的化 石 能 源 ， ２ 是 １世 纪 最 具 商 业 开
本 、 国 、 拿大 、 国 、 威等 国以及 ＤＳ 德 加 英 挪 ＤＰ和
随后 的大洋 钻探 计 划 （ Ｐ 、 合 大 洋 钻 探 计 ＯＤ ） 综 划 （ＯＤ ） Ｉ Ｐ 等组 织进 行 了大 量调查 研 究 ， 后 在 先
管状 笼形 分子 组成 ； ６ 球 形 笼状 物 ， 内部分 （） 由
第 ３期
刘 刚等 ．天 然气 水合 物研 究 现状及 应用 前 景
６ １
声波 能 在 水 合物 层 中快 速 传播 ， 些 特 征 可 用 这
于对 水合 物储 层 的勘探 和测 井 上 。
３ 国 内外研 究 现 状
１７ ９ ９年 ， 国际深 海钻探 计划 （ ＤＰ 第 ６ 、 ＤＳ ） ６ ６ 航 次在 中美 海 槽 的钻 孔 岩 心 中 发 现 了海 底 ７ 的天然 气水 合 物 。此 后 ， 合 物 成 为 许 多 国家 水 和一些 国际组 织 关 注 的 热 点 ， 国 、 苏 联 、 美 前 日
的一个 甲烷 （ 或其 他气 体 ） 分子被 若 干个 水分 子 包 围 的固态凝 聚 物 。组 成 水合物 的气 体分 子 主
要是 烃 类 ， 般 为 Ｃ Ｃ Ｈ。 Ｃ Ｈ。等 ， 时 一 Ｈ ， ， 有 也含 有 一 些 无 机 组 分 ， Ｃ 或 Ｈ： 如 Ｏ Ｓ等 。 目 前 已开采 出的水 合 物 中 的气 体 多 为 干 气 （ ＣＨ