可燃冰开采
可燃冰
摘要：本文主要介绍了可燃冰的形成条件、分布状况、发展过程与前景，归纳总结了可燃
冰的开采方法，并对可燃冰可能造成的危害做了一定的分析。
关键词：可燃冰、发展、开采、危害
一.名词解释
天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）是分布于深海沉积物或陆
域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。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”或者“固体瓦斯”和“气冰。
它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下由水和天然气在中高压和低温
条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结
晶化合物（碳的电负性较大，在高压下能吸引与之相
近的氢原子形成氢键，构成笼状结构（如图2））。它
可用mCH4·nH2O来表示，m代表水合物中的气体分子，
n为水合指数（也就是水分子数）。组成天然气的成
分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。形成天然气
水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99%的天
然气水合物通常称为甲烷水合物（Methane Hydrate）。图2 天然气水合物笼状分子结构图
二.形成条件
可燃冰分子结构就像一个一个由若干水分子组成的笼子。
形成可燃冰有三个基本条件：温度、压力和原材料。
首先，低温。可燃冰在0—10℃时生成，超过20℃便会分解。海底温度一般保持在2—4℃左右；其次，高压。可燃冰在0℃时，只需30个大气压即可生成，而以海洋的深度，
30个大气压很容易保证，并且气压越大，水合物就越不容易分解。最后，充足的气源。海
底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的条件下，可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。
三.分布状况
科学家们公认，可燃冰在世界范围内有广泛存在的可能性。在陆地上，大约有27%的面
积是可以形成可燃冰的潜在地区，而大洋水域中90%的面积也属这样的潜在区域海底可燃
冰分布的范围约为4×107km2，占海洋总面积的10%。从所取得的岩心样品看，天然气水合
物可以以多种方式存在[5]：1.占据大的岩石粒间孔隙；2.以球粒状散布
于细粒岩石中；3.以固体形式填充在裂缝中；4.大块固态水合物伴随少量沉积物。
我国可燃冰主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带，据粗
略估算，其资源量[7]分别约为64.97×1012m3、3.38×1012m3、12.5×1012m3和 2.8×1012m3。其中，南海北部陆坡的可燃冰资源量达185 亿吨油当量，相当于南海深水勘探已探明的油
气地质储备的6 倍，达到我国陆上石油总量的50%。此外，在西沙海槽已初步圈出可燃冰
分布面积为5242km2，其资源估算达4.1 万亿m3。而且在东海和台湾省海域也存在大量可
燃冰。经海内外专家学者多年探测研究，证实中国台省省西南面积约77000km2的海域蕴藏着极为丰富的可燃冰球。据科学家粗略估算，远景资源量至少有350 亿吨油当量。
图3 为全球已知和推断的天然气水合矿床图[6]
（白点代表矿床位置）
四.发展前景
可燃冰是天然气水合物俗称，主要蕴藏在深海和陆地冻土带。许多国家都把目光投向
了可燃冰这种鲜为人知的新型能源。近30 年来，随着传统能源的日趋枯竭，可燃冰能量
密度非常高，达到煤的10 倍，燃烧后不产生任何残渣和废气，每立方米可释放出160-
180m3的天然气，仅海底可燃冰的储量就够人类使用1000 年。各国科学家对全球天然气水合物资源量，都发现了天然气水合物气藏，它是剩余天然气储(1.56×1014m3)的128倍[1]，较为一致的评价为2×1016m3。目前世界上有79 个国家和地区都在关注这项资源。图1 反
映能源资源使用情况随时间变化的规律[2]。随着开采技术和手段的不断进步，可燃冰势必成为未来替代石油、煤的首选绿色洁净能源。从能源曲线预测中可以看出，到2050 年，
天然气水合物在世界能源中所占的比例会超过五成。
图1 世界能源使用变化规律
五.开采方法
目前对可燃冰的开采仍处于试验阶段，主要的开采方法有CO2置换法和综合法、添加化学试剂法、减压法、加热法等[9]。
1.加热法又称热激发法，是将蒸汽、热水、热盐水或其他热流体从地面泵入水合物地层，进行电磁加热和微波加热，促使温度上升、水合物分解，见图4。该法更适用于对水合物层比较密集的水合物藏进行开采。如果水合物藏中各水合物层之间存在很厚的夹层，则不宜用此方法进行开采。该方法的主要缺点是会造成大量的热损失，效率很低，甲烷蒸汽不好收集。特别是在永久冻土带，即使利用绝热管道，永冻层也会降低传递给储层的有效热量。所以，减小热量损失、合理布设管道并高效收集甲烷蒸是急于解决的问题。
图4 加热法开采原理图
2.CO2 置换法。近期有学者提出用CO2 置换开采，通过形成二氧化碳水合物放出的热量来分解天然气水合物，见图5。将CO2 通入天然气水合物储层，同时可以用来处理工业排放的CO2，发展低碳经济。
图5 CO2 置换开采法原理
3.添加化学试剂法。通过从井孔向水合物储层泵入化学试剂，改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度，如盐水甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，引起水合物的分解。它有降低初始能源输入的优点，但一般化学试剂法较热激发法作用缓慢，费用昂贵
。
4.减压法。为了达到促使水合物分解的目的，通过降低压力而使天然气水合物稳定的相平衡曲线移动，一般是在水合物层之下的游离气聚集层中，使与天然气接触的水合物变得不稳定并且分解为天然气和水，可由热激发或化学试剂作用人为形成，一般是降低天然气压力或形成一个天然气空腔。在该方法中由于没有额外的热量注入水合物
开采层，水合物周围环境温度降低会抑制水合物的进一步分解，当水合物分解吸收的热量达到一定程度时，分解所吸收的热量必须由周围物质提供。这种方法在气体全面分解过程中有利于控制开采气体的流量，研究表明，是现有水合物开采技术中经济前景比较好的开采技术，适合于那些储藏中存在大量自由气体的水合物储层。
5.固体开采法。固体开采法最初是直接采集海底固态天然气水合物，将天然气水合物拖至浅水区进行控制性分解。这种方法进而演化为混合开采法或称矿泥浆开采法。该方法的具体步骤是，首先促使天然气水合物在原地分解为气液混合相，采集混有气、液、固体水合物的混合泥浆，然后将这种混合泥浆导入海面作业船或生产平台进行处理，促使天然气水合物彻底分解，从而获取天然气。
6.综合法。综合法对天然气水合物进行有效开采，主要是综合利用降压法和热开采技术的优点。见图6。先用热激法分解天然气水合物，后用降压法提取游离气体，是其具体方法。目前，这种方法已得到了人们的广泛推崇，其技术在国内具有良好的应用前景，已投产的加拿大Mack原ensie 气田和俄罗斯Messoyakha 气田均以该法为主要开采技术。
图6 综合法开采原理
六.开采实例
1.麦索亚哈气田天然气水合物的开采
麦索亚哈气田发现于20 世纪60 年代末，是第一个也是迄今为止唯一一个对天然气水合物藏进行了商业性开采的气田。该气田位于前苏联西西伯利亚西北部，气田区常年冻土层厚度大于500 m,具有天然气水合物赋存的有利条件。麦索亚哈气田为常规气田，气田中的天然气透过盖层发生运移，在有利的环境条件下，在气田上方形成了天然气水合物层。该气田的天然气水合物藏首先是经由减压途径无意中得以开采的。通过开采天然气水合物藏之下的常规天然气，致使天然气水合物层压力降低，天然气水合物发生分解。后来，为了促使天然气水合物的进一步分解，维持产气量，特意向天然气水合物藏中注入了甲醇和氯化钙等化学抑制剂。
2. 麦肯齐三角洲地区天然气水合物试采集
麦肯齐三角洲地区位于加拿大西北部，地处北极寒冷环境，具有天然气水合物生成与保存的有利条件。该区天然气水合物研究具有悠久的历史。早在1971～1972 年间，在该区
钻探常规勘探井MallikL238 井时，偶然于永冻层下800～1 100 m 井段发现了天然气水合物存在的证据 ;1998 年专为天然气水合物勘探钻探了Mallik 2L238 井，该井于897～952 m 井段发现了天然气水合物，并采出了天然气水合物岩心。2002 年，在麦肯齐三角洲地区实施了一项举世关注的天然气水合物试采研究。该项目由加拿大地质调查局、日本石油公团、德国地球科学研究所、美国地质调查局、美国能源部、印度燃气供给公司、印度石油与天然气公司等5 个国家9 个机构共同参与投资，是该区有史以来的首次天然气水合物开采试验，也是世界上首次这样大规模对天然气水合物进行的国际性合作试采研究。
3.阿拉斯加北部斜坡区天然气水合物开采试验
美国阿拉斯加北部普拉德霍湾—库帕勒克河地区，位于阿拉斯加北部斜坡地带。
1972年阿科石油公司和埃克森石油公司在普拉德霍湾油田钻探常规油气井时于664～667m
层段采出了天然气水合物岩心。其后在阿拉斯加北部斜坡区进行了大量天然气水合物研究。在此基础上，2003年在该区实施了一项引人注目的天然气水合物试采研究项目。该项目由
美国Anadarko石油公司、Noble公司、Mau2rer技术公司以及美国能源部甲烷水合物研究
与开发计划处联合发起，目标是钻探天然气水合物研究与试采井———热冰1井。这是阿
拉斯加北部斜坡区专为天然气水合物研究和试采而钻的第一口探井。
七.发展历程
●1810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。由于水合物的形
成，输气管道被堵塞。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，并引起多国科
学家的注意。
●1970年，前苏联开始对该天然气水合物矿床进行商业开采。
●1970年，国际深海钻探计划(DSDP)在美国东部大陆边缘的布莱克海台实施深海钻探，
在海底沉积物取心过程中，发现冰冷的沉积物岩心嘶嘶地冒着气泡，并达数小时。当时的海洋地质学家非常不解。后来才知道，气泡是水合物分解引起的，他们在海底取到的沉积物岩心其实含有水合物。
●1971年，美国学者Stoll等人在深海钻探岩心中首次发现海洋天然气水合物，并正式
提出“天然气水合物”概念。
●1974年，前苏联在黑海1950米水深处发现了天然气水合物的冰状晶体样品。
●1979年，DSDP第66和67航次在墨西哥湾实施深海钻探，从海底获得91.24米的天然
气水合物岩心，首次验证了海底天然气水合物矿藏的存在。
●1981年，DSDP计划利用“格罗玛·挑战者号”钻探船也从海底取上了3英尺长的水合
物岩心。
●1992年，大洋钻探计划(ODP)第146航次在美国俄勒冈州西部大陆边缘Cascadia海台
取得了天然气水合物岩心。
●1995年，ODP第164航次在美国东部海域布莱克海台实施了一系列深海钻探，取得了
大量水合物岩心，首次证明该矿藏具有商业开发价值。
●1997年，大洋钻探计划考察队利用潜水艇在美国南卡罗来纳海上的布莱克海台首次完
成了水合物的直接测量和海底观察。同年，ODP在加拿大西海岸胡安-德夫卡洋中脊陆坡区实施了深海钻探，取得了天然气水合物岩心。至此，以美国为首的DSDP及其后继的ODP在10个深海地区发现了大规模天然气水合物聚集：秘鲁海沟陆坡、中美洲海沟陆坡(哥斯达黎加、危地马拉、墨西哥)、美国东南大西洋海域、美洲西部太平洋海域、日本的两个海域、阿拉斯加近海和墨西哥湾等海域。
●1996年和1999年期间，德国和美国科学家通过深潜观察和抓斗取样，在美国俄勒冈
州岸外Cascadia海台的海底沉积物中取到嘶嘶冒着气泡的白色水合物块状样品，该水合物块可以被点燃，并发出熊熊的火焰。
●1998年，日本通过与加拿大合作，在加拿大西北Mackenzie三角洲进行了水合物钻探，
在890～952米深处获得37米水合物岩心。该钻井深1150米，是高纬度地区永冻土带研究气体水合物的第一口井。
●1999年，日本在其静冈县御前崎近海挖掘出外观看起来象湿润雪团一样的天然气水合
物。
●2000年开始，可燃冰的研究与勘探进入高峰期，世界上至少有30多个国家和地区参
与其中。其中以美国的计划最为完善——总统科学技术委员会建议研究开发可燃冰，参、众两院有许多人提出议案，支持可燃冰开发研究。美国每年用于可燃冰研究的财政拨款达上千万美元。
●2005年4月14日，中国在北京举行中国地质博物馆收藏中国首次发现的天然气水合
物碳酸盐岩标本仪式。宣布中国首次发现世界上规模最大被作为“可燃冰”即天然气水合物存在重要证据的“冷泉”碳酸盐岩分布区，其面积约为430平方公里。
●2007年5月1日凌晨，中国在南海北部的首次采样成功，证实了中国南海北部蕴藏丰
富的天然气水合物资源，标志着中国天然气水合物调查研究水平已步入世界先进行列。
●2013年3月12日，日本成功从爱知县附近深海可燃冰层中提取出甲烷，成为世界上
首个掌握海底可燃冰采掘技术的国家。
八.主要危害
天然气水合物在给人类带来新的能源前景的同时，对人类生存环境也提出了严峻的挑战。
1.天然气水合物中的甲烷，其温室效应为CO2的20倍，温室效应造成的异常气候和海
面上升正威胁着人类的生存。全球海底天然气水合物中的甲烷总量约为地球大气中甲烷总
量的3000倍，若有不慎，让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去，将产生无法想象的后果。
2.固结在海底沉积物中的水合物，一旦条件变化使甲烷气从水合物中释出，还会改变沉积物的物理性质，极大地降低海底沉积物的工程力学特性，使海底软化，出现大规模的海
底滑坡，毁坏海底工程设施，如：海底输电或通讯电缆和海洋石油钻井平台等。
3.天然可燃冰呈固态，不会像石油开采那样自喷流出。如果把它从海底一块块搬出，在从海底到海面的运送过程中，甲烷就会挥发殆尽，同时还会给大气造成巨大危害。
为了获取这种清洁能源，世界许多国家都在研究天然可燃冰的开采方法。科学家们认为，
一旦开采技术获得突破性进展，那么可燃冰立刻会成为21世纪的主要能源。
总结
传统能源的日趋枯竭，可燃冰巨大的储量、较高的单位能密度引起了人们的目光，
随着开采技术和手段的不断进步，可燃冰势必成为未来替代石油、煤的首选绿色洁净
能源。
参考文献
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可燃冰的发现
可燃冰的发现 20世纪70年代以来，人们陆续在世界各地的海洋深处发现了一种以前从未给予充分重视的新能源——可燃冰。猛听这一名词，你一定会感到奇怪！可燃冰是指水和天然气相结合后形成的一种晶体物质，学术上称为“天然气水化合物”。据测定，1立方米固体可燃冰，约含200立方米天然气。所以可燃冰具有很强的燃烧能力，是一种十分重要的能源资源。可燃冰的发现是出于一次偶然的机会。在20世纪30年代，人们为了输送天然气，开始铺设巨型天然气管道。由于管道经常发生堵塞，结果将管道剖开，才发现是被冰一样的物质所封堵，对这种物质进行研究后，才知道是天然气与水的结合物，有很强的燃烧能力，是一种很有开采价值的新能源。 可燃冰地区分布 全球蕴藏的常规石油天然气资源消耗巨大，预计在四五十年之后就会枯竭。能源危机让人们忧心忡忡，而可燃冰就像是上天赐予人类的珍宝，它年复一年地积累，形成延伸数千乃至数万里的矿床。仅仅是现在探明的可燃冰储量，就比全世界煤炭、石油和天然气加起来的储量还要多几倍。 科学家的评价结果表明，仅仅在海底区域，可燃冰的分布面积就达4000万平方公里，占地球海洋总面积的1／4。目前，世界上已发现的可燃冰分布区多达116处，其矿层之厚、规模之大，是常规天然气田无法相比的。科学家估计，海底可燃冰的储量至少够人类使用1000年。
海底天然气水合物作为 21 世纪的重要后续能源，及其对人类生存环境及海底工程设施的灾害影响，正日益引起科学家们和世界各国政府的关注。本世纪六十年代开始的深海钻探计划 (DSDP) 和随后的大洋钻探计划 (ODP) 在世界各大洋与海域有计划地进行了大量的深海钻探和海洋地质地球物理勘查，在多处海底直接或间接地发现了天然气水合物。 世界上海底天然气水合物已发现的主要分布区是大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海、南美东部陆缘、非洲西部陆缘和美国东海岸外的布莱克海台等，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、日本南海海槽、苏拉威西海和新西兰北部海域等，东太平洋海域的中美洲海槽、加利福尼亚滨外和秘鲁海槽等，印度洋的阿曼海湾，南极的罗斯海和威德尔海，北极的巴伦支海和波弗特海，以及大陆内的黑海与里海等。 因此，从20 世纪80 年代开始，美、英、德、加、日等发达国家纷纷投入巨资相继开展了本土和国际海底天然气水合物的调查研究和评价工作，同时美、日、加、印度等国已经制定了勘查和开发天然气水合物的国家计划。特别是日本和印度，在勘查和开发天然气水合物的能力方面已处于领先地位。 2009年9月中国地质部门公布，在青藏高原发现了一种名为可燃冰(又称天然气水合物)的环保新能源，预计十年左右能投入使用。这是中国首次在陆域上发现可燃冰，使中国成为加拿大、美国之后，
可燃冰的未来
可燃冰市场调研报告 摘要：通过了解可燃冰这个新能源，分析其发现历史和分布地区，提出可燃冰的开采方案，探讨可燃冰的商业用途，开发能源利用新技术，解决人们生活的能源需要，为未来的新能源带来希望，解决能源危机，促进人类的可持续发展。 关键词：天然气水合物，开采，甲烷，新型能源 可燃冰的概念: 可燃冰学名为天然水合物，因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称做“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。 1.定义 可燃冰，是天然气水合物 定义一：天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质。 定义二：分布于深海沉积物中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。 2.形成过程 它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物（碳的电负性较大，在高压下能吸引与之相近的氢原子形成氢键，构成笼状结构） 3.成因分析 可燃冰是天然气分子（烷类）被包进水分子中，在海底低温与压力下结晶形成的。形成可燃冰有三个基本条件：温度、压力和原材料。首先，可燃冰可在0℃以上生成，但超过20℃便会分解。而海底温度一般保持在2~4℃左右；其次，可燃冰在0℃时，只需30个大气压即可生成，而以海洋的深度，30个大气压很容易保证，并且气压越大，水合物就越不容易分解。最后，海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的条件下，可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。 4.分布 海底天然气水合物作为 21 世纪的重要后续能源，及其对人类生存环境及海底工程设施的灾害影响，正日益引起科学家们和世界各国政府的关注。本世纪六十年代开始的深海钻探计划 (DSDP) 和随后的大洋钻探计划 (ODP) 在世界各大洋与海域有计划地进行了大量的深海钻探和海洋地质地球物理勘查，在多处海底直接或间接地发现了天然气水合物。 世界上海底天然气水合物已发现的主要分布区是大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海、南美东部陆缘、非洲西部陆缘和美国东海岸外的布莱克海台等，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、日本南海海槽、苏拉威西海和新西兰北部海域等，东太平洋海域的中美洲海槽、加利福尼亚滨外和秘鲁海槽等，印度洋的阿曼海湾，南极的罗斯海和威德尔海，北极的巴伦支海和波弗特海，以及大陆内的黑海与里海等。 因此，从20 世纪80 年代开始，美、英、德、加、日等发达国家纷纷投入巨资相继开展了本土和国际海底天然气水合物的调查研究和评价工作，同时美、日、加、印度等国已经制定了勘查和开发天然气水合物的国家计划。特别是日本和印度，
可燃冰阅读答案
可燃冰阅读答案 可燃冰 一种名为“可燃冰”的新能源矿藏有望在10年之后解决我们的能源问题。昨日在沪举行的院士讲坛上，国家973深海项目首席科学家汪品先透露，在我国南海发现了储量巨大的“可燃冰”。目前国家已启动亿元人民币的项目，造大型的勘探船，以便在南海深入寻找“可燃冰”资源。 据汪院士介绍，“可燃冰”是一种甲烷气体的水合物，大量存在于海底大陆坡上段500米～1000米处。其在海底接近冰点和近50个大气压的淤泥中，形成了冰雪般的固态。它外面看似冰，一点火却可以烧起来，原因是冰内含有大量的甲烷。如果把甲烷从冰中释放出来，体积将是水的160多倍。 汪院士表示，1立方米的“可燃冰”燃烧，相当于164立方米的天然气燃烧所产生的热值。据粗略估算，在地壳浅部，可燃冰储层中所含的有机碳总量，大约是全球石油、天然气和煤等化石燃料含碳量的两倍。也就是说，“可燃冰”如能作为一种新能源，便能很大程度解决能源问题。 据透露，我国已在南海海底发现了巨大的“可燃冰”带。但目前对于这座新能源的宝库，科学家还存在不少争议。许多科学家认为，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倍～20倍。所以这种矿藏在遭到破坏后，会导致甲烷气的大量散失，从而使大气中的温室气体含量急剧增加。 除此以外，由于“可燃冰”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，世界上至今还没有完美的开采方案。 但这样一种新能源并不会因此就远离我们。汪院士预计，大约用十年时间，人类有望解决好“可燃冰”的开采和清洁燃烧的技术问题，届时大量的“可燃冰”便能用于应付能源危机。 1.结合全文，请给“可燃冰”下一个恰当的定义。 2.从全文看，开采利用可燃冰有哪些利和弊？ 3.文中划线句子运用了哪些说明方法？句中“大约”一词能否去掉，为什么？ 4.文中说：“对可燃冰的开采，世界上至今还没有完美的开采方案。”请你结合文中知识，大胆想像，设计一种科学的开采方案。 答案： 1.答案：“可燃冰”是一种海底大陆坡上的冰雪般固态甲烷气体的水合物。 评分：本题2分，不得超过３０字，意思对即可。 2.答案：利：燃冰储层中所含的有机碳总量，大约是全球石油、天然气和煤等化石燃料含碳量的两倍；能很大程度解决能源问题。弊：会导致甲烷气的大量散失，从而使大气中的温室气体含量急剧增加；“可燃冰”埋藏于海底的岩石中，不易开采和运输。 评分：本题共4分，每个方面答对得2分。 3.答案：作比较、列数字。不能去掉；“大约”表估算，去掉后就显得过于绝对化了，这体现了说明文语言的准确性。 评分：本题共3分，说明方法正确得1分，只答一种不得分；“不能去掉”得1分，分析正确得1分。 4.答案提示：方案中要结合可燃冰的特点进行设计，体现如何解决“甲烷气的大量散失”和“不易开采和运输”这些问题 评分：本题４分，设计有一定道理即可。
可燃冰的研究和发展
Central South University 应用化学研究方法论文 2013 年 12 月
可燃冰的研究与发展 【摘要】可燃冰是近些年来世界各国相继发现的一大新型能源。因其优越的燃烧性能和清洁燃烧产物，所以被称作“属于未来的能源”。现在阐述可燃冰形成过程并分析总结目前对可燃冰的研究现状、分析可燃冰的应用对环境产生的利与弊，及对可燃冰的研究开发对未来能源储备具有重要意义 【关键词】可燃冰；研究现状；发展前景 可燃冰 可燃冰又叫做“天然气水合物”也称作气体水合物(Natural GasHydrate，简称Gas Hydrate)，是分布于深海沉积物中，它是由天然气水在高压(大于l~atm，或大于10MPa)和低温(O—l0℃)条件下合成的一种固态类冰状结晶物质。天然气水合物是一种白色固体物质，因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。因形成天然气水合物的主要气体为甲烷．所以可燃冰又称为固态甲烷。其在一定温度下熔化，可以生成甲烷和水：其资源量充足，据初步统计，可达全球已知化石燃料总和的2倍，占地球全部有机碳总量的1／2以上，可供人类使用1000年以上，能大大缓解全球能源危机。所以被认为是继石油之后的一种新型燃料，具有很高的研究价值。 可燃冰”这种固态物质是在低温、高压环境下水和天然气混合而成的，外表貌似冰雪；只有在温度(℃)、压力(Mpa)、气源都具备的前
提下，才会在海底、冻土带地层介质的间隙中生成天然气水合物晶体。所以“可燃冰”的形成必须满足3个基本条件，缺一不可。研究表示可燃冰的形成条件首先温度不能太高；第二压力要足够大．O℃时压力在30arm 以上就可生成；第三，地底要有气源。因此，可燃冰受其性质、形成条件的种种限制，只会在诸如大陆、岛屿的斜坡地带等特殊的地理环境和地质构造单元内形成。 可燃冰的热力学和动力学性质 目前，有关天然气水合物的热力学和动力学性质的研究虽然开展的较多，但是都不完善，学者们提出的计算模型也是众说纷纭，不能准确描述天然气水合物的储层特性，尤其是天然气水合物动力学研究还很不完善。天然气水合物在多孔介质中的热力学和动力学研究，主要集中在多孔介质的类型、润湿性和初始压力对水合物生成过程的影响。Makogon进行的多孔介质中气体水合物的相平衡研究结果表明，为了克服多孔介质中的表面张力以及水在介质表面吸附作用的影响，与气液体系相比，气体水合物在多孔介质中生成需要更低的温度或者更高的压力。Yousif和Bondarev在岩心及多种介质上对气体水合物生成及分解的研究中也得到了近似的结论。研究证明，天然气水合物的导热系数：(W／m·K)主要与其密度有关。斯托尔和布拉依安用探测法测量了丙烷和甲烷水合物的导热系数。斯托尔测得的丙烷和甲烷水合物导热系数值与切尔斯基在密度为680kg／m3时的测得值一致。随着压力的升高天然气水合物导热系数增加。目前，国内外有关气体水合物在多孔介质中的动力学研究还很有限。水合物动力学包括生成动力学与
可燃冰的开发利用及前景(四千字)
可燃冰的开发利用及前景 方霄 车辆一班 222012322220045 引言 可燃冰学名天然气水合物,主要成分是甲烷, 又称气冰或固体瓦斯,是一种白色或浅灰色结晶。可燃冰由海洋板块活动而成。当海洋板块下沉时，较古老的海底地壳会下沉到地球内部，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在深海压力下，天然气与海水产生化学作用，就会形成水合物。作为燃料能源,可燃冰清洁无污染,燃烧放热量大, 1立方米可燃冰可释放出160—180立方米的天然气，其能量密度是煤的10倍，而且燃烧后不产生任何残渣和废气。可燃冰分布广储量大,可作为石油及天然气等的替代能源。可燃冰分子中,甲烷分子与水分子间通过范德瓦耳斯力形成稳定结构在点燃条件下甲烷分子被释放。它是甲烷和水在海底高压低温下形成的白色固体燃料，可以被直接点燃。 随着现代社会的飞速发展，石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源枯竭，同时新的能源生产供应体系又未能建立而在交通运输、金融业、工商业等方面造成的一系列问题统称能源危机。根据经济学家和科学家的普遍估计，到本世纪中叶，也即2050年左右，石油资源将会开采殆尽，其价格升到很高，不适于大众化普及应用的时候，如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球，尤以欧美极大依赖于石油资源的发达国家受害为重。最严重的状态，莫过于工业大幅度萎缩，或甚至因为抢占剩余的石油资源而引发战争。比如经常爆发战争的中东国家，大多是为了争夺石油资源战争不断。而可燃冰是二十一世纪公认的替代能源和清洁能源，开发利用潜力巨大。 由于石油和天然气逐渐枯竭，全世界对煤炭资源的需求量将提高30%。按今天的估测看，世界煤炭能源将在155年内全部枯竭。我国煤炭储量居世界第三位，中国煤的探明储量在2008年已接近16000亿吨。但如果以人均占有量来计算，却只接近于世界平均水平，相当于煤炭资源中等的国家。沙特阿拉伯阿美石油公司首席执行官阿卜杜拉·朱马表明，全球可开采原油储量约为５．７万亿桶，目前只开采了１万亿桶，不到总储量的１８％，以目前开采速度，全球的原油储量还可以开采100多年。目前世界已探明能源储量和可开采的年限，分别是石油
“可燃冰”开采问题解析
传统开采方法(1) 热激发开采法热激发开采法是直接对天然气水合物层进行加热,使天然气水合物层的温度超过其平衡温度,从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。这种方法经历了直接向天然气水合物层中注入热流体加热、火驱法加热、井下电磁加热以及微波加热等发展历程。热激发开采法可实现循环注热，且作用方式较快。加热方式的不断改进，促进了热激发开采法的发展。但这种方法至今尚未很好地解决热利用效率较低的问题，而且只能进行局部加热，因此该方法尚有待进一步完善。(2) 减压开采法减压开采法是一种通过降低压力促使天然 气水合物分解的开采方法。减压途径主要有两种: ①采用低密度泥浆钻井达到减压目的;②当天然气水合物层下方存在游离气或其他流体时,通过泵出天然气水合物层下方的游离气或其他流体来降低天然气水合物层的压力。减压开采法不需要连续激发,成本较低,适合大面积开采,尤其适用于存在下伏游离气层的天然气水合物藏的开采,是天然气水合物传统开采方法中最有前景的一种技术。但它对天然气水合物藏的性质有特殊的要求,只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时,减压开采法才具有经济可行性。(3) 化学试剂注入开采法化学试剂注入开采法通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂,如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等,破坏天然气水合物藏的相平衡条件, 促使天然气水合物分解。这种方法虽然可降低初期能量输入,但缺陷却很明显,它所需的化学试剂费用昂贵,对天然气水合物层的作用缓慢,而且还会带来一些环境问题,所以,目前对这种方法投入的研究相对较少。新型开采方法(1)CO2 置换开采法。这种方法首先由日本研究者提出,方法依据的仍然是天然气水合物稳定带的压力条件。在一定的温度条件下,天然气水合物保持稳定需要的压力比CO2 水合物更高。因此在某一特定的压力范围内,天然气水合物会分解,而CO2 水合物则易于形成并保持稳定。如果此时向天然气水合物藏内注入CO2 气体,CO2 气体就可能与天然气水合物分解出的水生成CO2 水合物。这种作用 释放出的热量可使天然气水合物的分解反应得以持续地进行下去。(2)固体开采法。固体开采法最初是直接采集海底固态天然气水合物,将天然气水合物拖至浅水区进行控制性分解。这种方法进而演化为混合开采法或称矿泥浆开采法。该方法的具体步骤是,首先促使天然气水合物在原地分解为气液混合相,采集混有气、液、固体水合物的混合泥浆,然后将这种混合泥浆导入海面作业船或生产平台进行处理,促使天然气水合物彻底分解,从而获取天然气典型开采研究实例麦索亚哈气田天然气水合物的开采麦索亚哈气田发现于20 世纪60 年代末,是第一个也是迄今为
2017中考真题专题汇编——最新科技之可燃冰
2017中考真题专题汇编——最新科技之可燃冰 1.（2017长沙）2017年5月18日，我国成为了世界上第一个连续海上开采可燃冰时间最长 的国家，可燃冰的主要成分是CH4，其中碳元素的化合价是( ) A．-4 B．-1 C．+1 D．+2 【答案】A 2.（2017株洲）下列过程中一定发生了化学变化的是 A.蔗糖溶于水B．开采可燃冰C．生石灰变质D．金属拉成丝 【答案】C 3.（2017威海）2017年我国海域可燃冰开采取得重大突破。下列有关可燃冰的叙述正确的是（） A．可燃冰是一种纯净物 B．可燃冰在常温常压下不易长久保存 C．可燃冰的成功开发利用使“水变油”成为可能 D．可燃冰作为一种清洁能对环境没有任何危害 【答案】B 【解析】A．由两种或两种以上物质组成的物质叫混合物；由一种物质组成的物质叫纯净物；可燃冰的主要成分是甲烷，是由不同物质组成的混合物；B．可燃冰在甲烷和水在低温高压条件下形成的，所以常温常压下易分解，不易长久保存；C．化学变化中元素的种类不变，水不可能变成石油。D．可燃冰作为一种相对清洁能，燃烧时热值高，污染少，但不是对环境没有任何危害。选B 4.（2017枣庄）2017年5月18日，我国首次在南海神狐海域试采“可燃冰””（天然气水合物）成功，下列关于“可燃冰”说法正确的是（） A．“可燃冰”外形像冰，是天然气冷却后得到的固体 B．“可燃冰”燃烧后几乎不产生残渣和废气，被誉为“绿色能” C．通常状况下，天然气和水就能结合成“可燃冰” D．“可燃冰”储量巨大，属于可再生能 【答案】B 【解析】A．“可燃冰”外形像冰，主要含有甲烷水合物，还含有少量的二氧化碳气体，错误；
可燃冰常见的开采方法
可燃冰传统开采方法 (1) 热激发开采法热激发开采法是直接对天然气水合物层进行加热,使天然气水合物层的温度超过其平衡温度,从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。这种方法经历了直接向天然气水合物层中注入热流体加热、火驱法加热、井下电磁加热以及微波加热等发展历程。热激发开采法可实现循环注热，且作用方式较快。加热方式的不断改进，促进了热激发开采法的发展。但这种方法至今尚未很好地解决热利用效率较低的问题，而且只能进行局部加热，因此该方法尚有待进一步完善。 (2) 减压开采法减压开采法是一种通过降低压力促使天然天然气水合物 气水合物分解的开采方法。减压途径主要有两种: ①采用低密度泥浆钻井达到减压目的;②当天然气水合物层下方存在游离气或其他流体时,通过泵出天然气水合物层下方的游离气或其他流体来降低天然气水合物层的压力。减压开采法不需要连续激发,成本较低,适合大面积开采,尤其适用于存在下伏游离气层的天然气水合物藏的开采,是天然气水合物传统开采方法中最有前景的一种技术。但它对天然气水合物藏的性质有特殊的要求,只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时,减压开采法才具有经济可行性。 (3) 化学试剂注入开采法化学试剂注入开采法通过向天然气水合物层中注入某些化学试剂,如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等,破坏天然气水合物藏的相平衡条件, 促使天然气水合物分解。这种方法虽然可降低初期能量输入,但缺陷却很明显,它所需的化学试剂费用昂贵,对天然气水合物层的作用缓慢,而且还会带来一些环境问题,所以,目前对这种方法投入的研究相对较少。 新型开采方法 (1)CO2 置换开采法。这种方法首先由日本研究者提出,方法依据的仍然是天然气水合物稳定带的压力条件。在一定的温度条件下,天然气水合物保持稳定需要的压力比CO2 水合物更高。因此在某一特定的压力范围内,天然气水合物会分解,而CO2 水合物则易于形成并保持稳定。如果此时向天然气水合物藏内注入CO2 气体,CO2 气体就可能与天然气水合物分解出的水生成CO2 水合物。这种作用天然气水合物 释放出的热量可使天然气水合物的分解反应得以持续地进行下去。 (2)固体开采法。固体开采法最初是直接采集海底固态天然气水合物,将天然气水合物拖至浅水区进行控制性分解。这种方法进而演化为混合开采法或称矿泥浆开采法。该方法的具体步骤是,首先促使天然气水合物在原地分解为气液混合相,采集混有气、液、固体水合物的混合泥浆,然后将这种混合泥浆导入海面作业船或生产平台进行处理,促使天然气水合物彻底分解,从而获取天然气可燃冰传统开采方法 (1) 热激发开采法热激发开采法是直接对天然气水合物层进行加热,使天然气水合物层的温度超过其平衡温度,从而促使天然气水合物分解为水与天然气的开采方法。这种方法经历了直接向天然气水合物层中注入热流体加热、火驱法加热、井下电磁加热以及微波加热等发展历程。热激发开采法可实现循环注热，且作用方式较快。加热方式的不断改进，促
2017年中考真题专题汇编——最新科技之可燃冰
2017年中考真题专题汇编——最新科技之可燃冰 1.（2017长沙）2017年5月18日，我国成为了世界上第一个连续海上开采可燃冰时间最长 的国家，可燃冰的主要成分是CH4，其中碳元素的化合价是( ) A．-4 B．-1 C．+1 D．+2 【答案】A 2.（2017株洲）下列过程中一定发生了化学变化的是 A.蔗糖溶于水B．开采可燃冰C．生石灰变质D．金属拉成丝 【答案】C 3.（2017威海）2017年我国海域可燃冰开采取得重大突破。下列有关可燃冰的叙述正确的是（） A．可燃冰是一种纯净物 B．可燃冰在常温常压下不易长久保存 C．可燃冰的成功开发利用使“水变油”成为可能 D．可燃冰作为一种清洁能源对环境没有任何危害 【答案】B 【解析】A．由两种或两种以上物质组成的物质叫混合物；由一种物质组成的物质叫纯净物；可燃冰的主要成分是甲烷，是由不同物质组成的混合物；B．可燃冰在甲烷和水在低温高压条件下形成的，所以常温常压下易分解，不易长久保存；C．化学变化中元素的种类不变，水不可能变成石油。D．可燃冰作为一种相对清洁能源，燃烧时热值高，污染少，但不是对环境没有任何危害。选B 4.（2017枣庄）2017年5月18日，我国首次在南海神狐海域试采“可燃冰””（天然气水合物）成功，下列关于“可燃冰”说法正确的是（） A．“可燃冰”外形像冰，是天然气冷却后得到的固体 B．“可燃冰”燃烧后几乎不产生残渣和废气，被誉为“绿色能源” C．通常状况下，天然气和水就能结合成“可燃冰” D．“可燃冰”储量巨大，属于可再生能源 【答案】B 【解析】A．“可燃冰”外形像冰，主要含有甲烷水合物，还含有少量的二氧化碳气体，错误；
可燃冰开发简介
可燃冰简介与开发前景 摘要 随着能源日渐短缺，新能源的开发和利用已经被许多国家放到了发展的战略位置。可燃冰自20世纪70年代在海洋深处和冻土地带被发现后，就因其污染小、储量大等优点而受到高度重视。但是，若可燃冰的开采不慎，极易导致其矿产受到破坏，甲烷气体的大量泄露并进入大气。在导致温室效应方面，甲烷所起的作用比二氧化碳要大10-20倍，由此可见，可燃冰也是一种带有危险性的能源。因此，在对其开发利用之前做好充分的研究十分重要。 目前，对可燃冰的研究已经取得一定的进展，它的多种结构已经被X-Ray、Raman、NMR等实验验证，对可燃冰形成的温度、压力亦作了大量的研究工作，在理论方面也展开了一定的研究。 关键词：可燃冰能源危机海底开发
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Since the shortage of energy sources has became more and more obvious, many countries treat the exploration and utilization of new energy as the most important strategy of their development. Thus ,methane hydrates, found in deep oceans and permafrost regions in the 1970s, have received unprecedented attention because of their special advantages, such as less pollution and lager reserves. However,methane is also one of the greenhouse gases, which brings about 10 to 20 times greater influence than that of carbon dioxide. If we explore methane hydrates carelessly, it is likely to destroy the mines and cause methane leakage, producing severe greenhouse effect. This trait makes methane hydrate a dangerous energy source. Therefore, it is necessary to do a fully research before exploiting. At present, we have achieved some progress in the research of the structures have been confirmed by experiments such as X-Ray、Raman and NMR.Also, researches are made on methane hydrates about the forming conditions such as temperature. Keywords : Methane hydrates Energy crises Ocean development
关于可燃冰的开发利用及前景(四千字)
可燃冰的开发利用及前景 引言 可燃冰学名天然气水合物,主要成分是甲烷, 又称气冰或固体瓦斯,是一种白色或浅灰色结晶。可燃冰由海洋板块活动而成。当海洋板块下沉时，较古老的海底地壳会下沉到地球内部，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在深海压力下，天然气与海水产生化学作用，就会形成水合物。作为燃料能源,可燃冰清洁无污染,燃烧放热量大, 1立方米可燃冰可释放出160—180立方米的天然气，其能量密度是煤的10倍，而且燃烧后不产生任何残渣和废气。可燃冰分布广储量大,可作为石油及天然气等的替代能源。可燃冰分子中,甲烷分子与水分子间通过范德瓦耳斯力形成稳定结构在点燃条件下甲烷分子被释放。它是甲烷和水在海底高压低温下形成的白色固体燃料，可以被直接点燃。 随着现代社会的飞速发展，石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源枯竭，同时新的能源生产供应体系又未能建立而在交通运输、金融业、工商业等方面造成的一系列问题统称能源危机。根据经济学家和科学家的普遍估计，到本世纪中叶，也即2050年左右，石油资源将会开采殆尽，其价格升到很高，不适于大众化普及应用的时候，如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球，尤以欧美极大依赖于石油资源的发达国家受害为重。最严重的状态，莫过于工业大幅度萎缩，或甚至因为抢占剩余的石油资源而引发战争。比如经常爆发战争的中东国家，大多是为了争夺石油资源战争不断。而可燃冰是二十一世纪公认的替代能源和清洁能源，开发利用潜力巨大。 由于石油和天然气逐渐枯竭，全世界对煤炭资源的需求量将提高30%。按今天的估测看，世界煤炭能源将在155年内全部枯竭。我国煤炭储量居世界第三位，中国煤的探明储量在2008年已接近16000亿吨。但如果以人均占有量来计算，却只接近于世界平均水平，相当于煤炭资源中等的国家。沙特阿拉伯阿美石油公司首席执行官阿卜杜拉·朱马表明，全球可开采原油储量约为５．７万亿桶，目前只开采了１万亿桶，不到总储量的１８％，以目前开采速度，全球的原油储量还可以开采100多年。目前世界已探明能源储量和可开采的年限，分别是石油储量10195亿桶，可供开采40余年，高成本油田也只能开采240年；煤炭埋藏量10316亿吨，可开采230年。200多年后，煤、油将被开采殆尽！故而，我认
说明文阅读练习《可燃冰》及答案2020年龙岩市中考语文试题
(四)阅读下面的文字，完成15-17题。(12分) ①日前,自然资源部宣布,我国海域天然气水合物(即可燃冰)第二轮试采取得圆满成功。这是继2017年我国首次海域可燃冰试采成功后，取得的又一项重大成果。 ②天然气和水在高压低温条件下形成天然气水合物,其多呈白色或浅灰色晶体,外貌类似冰雪,可以像酒精块一样被点燃，所以被称为“可燃冰”。在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。天然气水合物燃烧值高，像一个天然气的“压缩包”，1立方米的可燃冰分解后可释放出约160立方米以上的天然气和0.8立方米的水，而且它的燃烧不会释放出粉尘、硫氧化物、氮氧化物等环境污染物，污染小，所以被誉为21世纪理想的清洁能源之一。 ③我国海域可燃冰第一轮试采采用垂直井钻采技术，井筒垂直穿过天然气水合物储层。而此次采用的水平井钻采技术，井筒可横向顺层穿越，与可燃冰储层接触的面积更大，能够有效提高产气规模。然而,相较于垂直井,水平井钻采对技术、工艺和装备的要求更高,难度更大，在深海浅软地层中尚无实施先例。由于深海浅部地层松软未固结，天然气水合物矿藏埋深浅,水平井建井面临着井口稳定、井壁稳定、造斜难度大等困难，是世界性难题。 ④我国海域天然气水合物第一轮试采完成了探索性试采，解决了“能否安全、连续开采出来”的问题。而第二轮试采完成了试验性试采，解决的是“如何提高产气规模”的问题，这是天然气水合物产业化进程中极为关键的一步。可燃冰储量极大,仅我国海域可燃冰远景资源量约800亿吨油当量。目前通过地质勘查,在我国海域已证实了有两个千亿立方米级的大型可燃冰矿藏。此次试采产气规模、开采效率的提升,有望推动我国可燃冰勘查开采产业化驶入快车道。推进可燃冰勘查开采产业化的任务依然艰巨繁重，下一步还要进行生产性试采攻关,力争尽早实现天然气水合物商业开采，实现产业化目标。 ⑤海域可燃冰开采会不会破坏海底结构，甚至引发地质灾害?会不会发生甲烷泄漏，影响海洋生态环境?在工程施工过程中，确保环境安全、生产安全是第一要务。因此，此次试采从各个环节加强保护监测，主要从两方面做好了环境保护工作，确保海洋环境安全。一方面，形成了覆盖全过程的环境保护技术，包括压力调控、钻井安全、流动保障等技术，应用到了试采的各个环节，确保了地层的稳定和环境安全。以压力调控技术为例，它能通过精确调节储层中的压力条件提高产气效率。压差大了，就可能引发地层不稳定，会对井简安全带来风险。压差小了，产气量就上不来。另一方面，构建了大气、水体、海底、井下一体的环境监测体系。在试采井内布放了多组传感器,在试采井周、水体和K面部署了监测设备,重点监测储层温度压力。地层形变、甲炕含量等情况，实现对试采全过程的各项环境指标实时监测和预警。监测结果表明，此次试采过程中甲烷无泄漏，未发生地质灾害。 (摘编自《人民日报》2020.3.31版) 15.下列对文章的理解和开所，不正正确的一项是( ) A.可燃冰属天然气水合物，多呈晶体，因其颜色、外貌类似冰雪.具有可燃性而得名。 B.可燃冰被誉为21世纪理想的清洁能源之一，但其开采难度极大，是世界性难题。 C.我国于2017年采用垂直井钻采试采可燃冰成功，目前可燃冰试采再次取得重大突破。 D.可燃冰开采产业化如双刃剑，既可提供清洁能源，也可能造成地质和生态环境灾难。 16.可燃冰具有哪些特点? (3分) 17.可燃冰第二轮试采，有哪些新的突破?请简述。(6分) (四)(12分) 15. (3分) B 16.(3分，每点1分)可燃冰具有燃烧值高、污染小、分布广“、储量大等特点。
可燃冰开采
可燃冰 摘要：本文主要介绍了可燃冰的形成条件、分布状况、发展过程与前景，归纳总结了可燃 冰的开采方法，并对可燃冰可能造成的危害做了一定的分析。 关键词：可燃冰、发展、开采、危害 一.名词解释 天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）是分布于深海沉积物或陆 域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。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”或者“固体瓦斯”和“气冰。 它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下由水和天然气在中高压和低温 条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结 晶化合物（碳的电负性较大，在高压下能吸引与之相 近的氢原子形成氢键，构成笼状结构（如图2））。它 可用mCH4·nH2O来表示，m代表水合物中的气体分子， n为水合指数（也就是水分子数）。组成天然气的成 分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。形成天然气 水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99%的天 然气水合物通常称为甲烷水合物（Methane Hydrate）。图2 天然气水合物笼状分子结构图 二.形成条件 可燃冰分子结构就像一个一个由若干水分子组成的笼子。 形成可燃冰有三个基本条件：温度、压力和原材料。 首先，低温。可燃冰在0—10℃时生成，超过20℃便会分解。海底温度一般保持在2—4℃左右；其次，高压。可燃冰在0℃时，只需30个大气压即可生成，而以海洋的深度， 30个大气压很容易保证，并且气压越大，水合物就越不容易分解。最后，充足的气源。海 底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的条件下，可燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。 三.分布状况 科学家们公认，可燃冰在世界范围内有广泛存在的可能性。在陆地上，大约有27%的面 积是可以形成可燃冰的潜在地区，而大洋水域中90%的面积也属这样的潜在区域海底可燃 冰分布的范围约为4×107km2，占海洋总面积的10%。从所取得的岩心样品看，天然气水合 物可以以多种方式存在[5]：1.占据大的岩石粒间孔隙；2.以球粒状散布 于细粒岩石中；3.以固体形式填充在裂缝中；4.大块固态水合物伴随少量沉积物。 我国可燃冰主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带以及东北冻土带，据粗 略估算，其资源量[7]分别约为64.97×1012m3、3.38×1012m3、12.5×1012m3和 2.8×1012m3。其中，南海北部陆坡的可燃冰资源量达185 亿吨油当量，相当于南海深水勘探已探明的油 气地质储备的6 倍，达到我国陆上石油总量的50%。此外，在西沙海槽已初步圈出可燃冰
可燃冰大规模开采
燃冰有望成为重要的替代能源 “可燃冰”是人们公认的“后石油时代”首选替代能源。首次在我国陆域发现“可燃冰”，使我国成为世界上第一次在中低纬度冻土区发现“可燃冰”的国家，也是继加拿大1992年在北美麦肯齐三角洲、美国2007年在阿拉斯加山北坡发现“可燃冰”之后，在陆域通过钻探获得“可燃冰”样品的第三个国家。 “可燃冰”主要存在于大洋深处和世界永久冻土区。不久前，我国在南海北部成功钻获天然气水合物，成为继美国、日本、印度之后世界第四个通过国家级开发计划采到水合物实物样本的国家。深海钻探面临特殊困难，海洋环境特别是深海生态系统具有脆弱性，大规模商业化深海钻探面临很大困难。而陆地永久冻土区勘探开采，可行性要大得多。因此，我国高度重视陆域永久冻土区天然气水合物的调查与研究工作。 国内知名的天然气水合物专家，中国地质大学(北京)海洋学院教授苏新指出，与天然气、煤层气等传统能源相比，可燃冰的利用价值体现在：首先，天然气水合物资源量大，分布广，能量密度大，一般来说1立方米体积的可燃冰能释放出164立方米的天然气。据估算，全球天然气水合物所蕴藏的天然气资源量是目前全球已探明化石燃料(煤炭、石油、天然气等)碳总量的两倍。另外，天然气水合物的埋藏比较浅，许多油田中的石油、天然气开采要打到井下上千米才能采出油气，而木里地区可燃冰的埋藏深度仅在100多米，因此开采深度浅。最后就是天然气水合物是一种洁净能源，而其他燃料，如煤燃烧后释放硫，大量的硫的排放会导致城市上空形成酸雨。甲烷水合物燃烧后不产生残渣和废气，避免了最让人们头疼的污染问题。 在永久冻土区成功获取“可燃冰”，对于我国未来的能源接续利用格外重要。我国是世界上第三冻土大国，冻土区总面积达215万平方千米，具备良好的天然气水合物赋存条件和资源前景。据粗略估算，远景资源量至少有350亿吨油当量。我国在冻土区发现这一潜在资源，必将极大地开拓人类寻找新资源的视野，为我国经济社会可持续发展提供新型能源。 可燃冰开采存在不少问题，尤其要防生态环保风险 可燃冰是低温和高压状态下，小分子天然气(烃类)分子被包进水分子笼状结构后形成的固体，呈层状、分散状等产状保存在沉积物或沉积岩中。因此，可燃冰不会像石油开采那样自喷流出。但可燃冰则需要预先化冰让气体从“水笼子”里释放出来并从沉积物中分离出来。从目前全世界范围来看，一般的释放思路有三种：降压、热解和直接开采后分解。陆上可燃冰富矿层有可能采取直接开采固态可燃冰的方式，但开采出来之后还有与泥沙或岩石分离以及储存和运输等技术需要解决。不论是那种开采方法，需要考虑的是，甲烷是一种温室气体，让天然气水合物中的甲烷气大量逃逸到大气中去，将增加温室效应。上述三种释放思路都还处于实验阶段，技术还很不成熟。陆地上进行试开采的例子主要是在加拿大近极区永冻土带的麦肯锡三角洲进行试验，主要采用的是“加热法”和“减压法”。在海域，2007年，日本和加拿大曾联合在本州岛海岸线30英里外的海域采用“降压”的方法开采可燃冰，即在含水合物的沉积物中打许多深孔，然后借助大量抽水机降低打孔带来的重压，从而让有用的甲烷气体从沉积物分离出来，再进行抽取。但这项工程目前也仍处于测试阶段。 日本和加拿大两地开采可燃冰，引起了各国的广泛关注的同时，也引发了学界的很多顾虑。比如，在“降压”方法的第三个步骤，降压过程会让让沉积物中大量的甲烷气体溢出进入大气。地质历史上有“极端热气候”的时期，目前有学说解释其原因为海底天然气水合物大量分解甲烷溢出的结果。但开采所造成的甲烷温室气体增加会对全球气温造成多大程度的影响还不得而知。在开采过程中依然有许多未知威胁。科学家们提醒日本政府在开采中必须警惕海底的陆架崩塌。表面平静的海洋底下究竟在进行着哪些变化，人们还没有完全搞清楚。如果开采中导致陆架崩塌灾难，不仅会给开采国带来巨大人力、财力损失，由此泄露的大量温室气体更会让世界担忧。也就是说到了大规模开采利用可燃冰时可能带来环境和地层结构的影响问
2018年通用版中考化学专题测试专题16燃料与能源的利用含解析
专题16 燃料与能源的利用 一、单选题 1．【 2018年北京市中考化学复习测试】能用如下图所示的气体制取装置制取少量气体并能“随开随用、随关随停”的是( ) A．大理石和稀硫酸制取二氧化碳 B．锌粒和稀硫酸制取氢气 C．浓盐酸和二氧化锰制取氯气 D．过氧化钠和水制取氧气 【答案】B 2．【湖南省邵阳市邵阳县2018届九年级上学期期末考试】下列排放到空气中的物质不使空气受到污染的是( ) A．煤燃烧产生的烟 B．燃烧烟花爆竹的产物 C．汽车排放的尾气 D．氢气在空气中燃烧的产物 【答案】D 【解析】A、煤属于化石燃料，燃烧时产生二氧化硫、一氧化碳等空气污染物，会造成空气污染，错误；B、燃烧烟花爆竹的产物中有二氧化硫，会造成空气污染，错误；C、汽车排放的尾气中含有一氧化碳、一氧化氮等空气污染物，会造成空气污染，错误；D、氢气在空气中燃烧的产物，只有水，不可造成空气污染，正确。故选D。 3．【安徽省宿州市埇桥区十校2017届九年级最后一模】良好的生活习惯，从我做起。下列做法符合这一理念的是（） A．通过秸秆综合利用，杜绝露天焚烧，来降低空气中PM2.5的含量 B．缺铁会引起贫血，平时应尽可能吃补铁的营养品
C．解决“白色污染”问题，可将废弃塑料焚烧处理 D．将废旧电池掩埋到土壤里 【答案】A 4．【黑龙江哈尔滨市香坊区2017届初四中考（五四学制）模拟试题（三）理综】下列有关资源和能源的说法正确的是( ) A．空气是一种宝贵的资源，其中含量最多的是氧气 B．为了节约化石能源，要大力开发太阳能、核能、水能等新能源 C．回收废旧金属既节约金属资源又减少对环境的污染 D．将煤隔绝空气加强热会得到煤焦油、煤油、煤气等产品 【答案】C 【解析】A、空气中含量最多的是氮气，错误；B、水能是人们早已经开发的能源，不是新能源，错误；C、回收废旧金属既节约金属资源又减少对环境的污染，正确；D、煤油是石油的分馏产品，不是煤的干馏产品，错误。故选C。 5．我国南海海底发现的巨大“可燃冰”带，能源总量估计相当于中国石油总量的一半，而我国东海“可燃冰”的蕴藏量也很可观……。“可燃冰”的主要成分是一水合甲烷(CH4·H2O)晶体，请结合初中化学知识分析下列说法，正确的是（） A．可燃冰是天然气和水在降温后形成的冰状固体 B．CH4·H2O的组成元素有三种 C．CH4·H2O中CH4和水的质量比为1∶1 D．可燃冰能燃烧，说明水具有可燃性 【答案】B 【解析】A、可燃冰是一种结晶水合物，而不是天然气和水在降温后形成的冰状固体，错误；B、根据可燃冰的化学式可以看出，是由碳、氢、氧三种元素组成，正确；C、根据CH4?H2O可知中CH4和H2O的质量比为16:18=8:9；而不是1:1，错误；D、可燃冰能燃烧，是甲烷在燃烧，并不说明水具有可燃性，错误。故选B。 6．【广东省佛山市南海区2018届九年级上学期期末考试】2017年5月18日中国首次成功开采“可燃冰”。 “可燃冰”为甲烷的水合物（化学式CH4?8H2O），遇火即可燃烧且热值高，是一种环保高效新能源，以
浅析可燃冰的国内开发现状与发展前景
102生态环境 可燃冰又称天然气水合物，它分布在深海沉积物和陆地上的永久性冻土中，是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质。因为它的外形看上去很像冰，且遇到火焰可以燃烧，因此被称为可燃冰。可燃冰作为重要的清洁能源，现已引起了许多国家的注意。美国、日本、加拿大、俄罗斯、中国等国家都投入了大量人才与资金对其进行研究。我们期待着有一天真的能将可燃冰大量开采并投入商业化使用，由此来缓解能源短缺带给我们的压力。 1.我国可燃冰研究现状 从上世纪80年代起，我国就开始了对可燃冰的研究。自2002年开始，地质调查局对我国冻土区进行了地质勘查，发现我国冻土区存在着大量的可燃冰；2007年5月1日凌晨，我国在南海北部首次采样成功，证明了我国南海北部有着大量的可燃冰资源，说明了我国对于可燃冰的研究突破到了一个新的阶段，与世界顶尖水平已经相差无几；2009年9月，我国在青藏高原地区发现了可燃冰，大约十年之后便能投入到生产生活中，粗略估计它的价值相当于350亿吨石油；2013年12月17日，我国在广东珠江口盆地东海海域得到了相当于1000~1500亿立方米天然气的高纯度可燃冰样品；2017年5月18日，我国首次在南海地区试采可燃冰成功并实现了长达八天以上的连续稳定产气，这一重要成果震惊了全世界，标志着我国成为了世界上第一个可以在海域中连续稳定地开采可燃冰的国家。可燃冰的开采成功为我国清洁能源的宝库打开了一扇重要的门扉，缓解了我国资源短缺的现状。 2.可燃冰开采方法 2.1热解法。热解法就是直接对可燃冰进行加热，使可燃冰受热分解为水和天然气。这种方法经历了电磁加热与微波加热，实现了循环注热，并且原理简单，作用快，但是热解法效率低，只能用来局部加热，而且产生的天然气不易收集，铺设管道花费代价也很高。 2.2置换法。这种方法是把化学试剂诸如盐水甲醇、乙二醇、乙醇等注入到可燃冰的水合物储层中去。破坏可燃冰的稳定状态，使其温度下降，开始分解。但是这种方法成本比较高，作用缓慢，目前应用较少。 2.3降压法。降压法通过降低压力使可燃冰的平衡曲线稳定移动，最终达到分解可燃冰的目的。降压法开采成本不高，适合于大面积开采，是目前所有方法中最具有可实施性的。 3.可燃冰的发展前景 3.1可燃冰的积极作用。在现今能源匮乏的条件下，许多国家都出现了能源危机，虽说现在都在提倡使用新能源，但是其开发和利用技术都不是很完善，煤、石油等常规能源依旧处于主导地位。可燃冰作为本世纪最重要的清洁能源，它的出现让我们人类重新看到了希望，可燃冰开发前景十分广阔，它主要拥有以下两个优点： 第一，可燃冰总量多，且分布广泛、埋藏较浅。目前已在100多个国家发现了可燃冰的存在，覆盖了30%的陆地和90%的海洋，且分布均匀，不像石油煤炭等常规能源那样分布集中，避免了能源垄断。可燃冰储量十分庞大，据不完全统计，目前海洋中所储存的可燃冰中甲烷的含量约为2万亿立方米，如果全部开采并储存下来，大概可供全球所有人再用1000年，这样就为之后新能源的开发利用提供了充裕的过渡时间，保证了能源的可持续性。 第二，清洁高效，能量密度大。可燃冰体积虽小，却蕴含着很大的能量。 1立方米可燃冰就相当于160立方米的天然气。由此可以看出，可燃冰具有极高的热值。另外，可燃冰燃烧后生成的产物只有水和少量的二氧化碳，与传统能源相比，它造成的环境污染可以忽略不计。因此无论是从能源的分布范围和储量考 浅析可燃冰的国内开发现状与发展前景 刘少鹏 陶 磊 苗建杰 孙 旭 赵聪聪 （河北农业大学，河北 保定 071000） 摘 要：当今社会人们使用的能源主要还是煤和石油，但是这种常规能源不但数量有限，而且使用起来严重破坏了自然环境。可燃冰作为当下新型的清洁能源，其发展前景十分广阔。本文对我国可燃冰的开采现状和发展前景做了简单的分析。 关键词：清洁能源；可燃冰；能源开采 文章编号：ISSN2096-0743/2019-07-0102 ·102·