可燃冰ppt
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海洋地球化学-可燃冰--天然气水合物PPT课件
2020/3/23
11
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。
2020/3/23
9
可燃冰开采方案主要有三种。 第一是热解法。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。但此方法难处在于不好收集。海底的多孔介质不是集中 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。 方案二是降压法。有科学家提出将核废料埋入地底，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。 方案三是“置换法”。研究证实，将CO2液化（实现起来很容易）， 注入1500米以下的洋面（不一定非要到海底），就会生成二氧化碳水合 物，它的比重比海水大，于是就会沉入海底。如果将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。
一方面，可燃冰有着其他传统 能源无可比拟的开发优势，而另 一方面，可燃冰的利用难度极大， 不仅要求技术高，而且要方案完 备。
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。
可燃冰存在于海底或陆地冻土带内，具有非常高的使用 价值，1m3可燃冰等于164m3 的常规天然气藏,是其他非常规 气源岩( 如煤层、黑色页岩)能量密度的10 倍，是常规天然气 能量密度的2 ～ 5倍
2020/3/23
可燃冰PPT课件
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。
.
10
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： .
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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。
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
23
可燃冰的开采方法
方案三是置换法
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
• 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。
.
4
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。
6物理高新技术--海洋技术——可燃冰课件
“ 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。
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。
正是由于需要同时具备高压和低温的环境，“可燃 冰”大多分布在深海底和冻土区域，这样才能保持稳 定的状态，而且，海洋中的“可燃冰”数量远大于冻 土区域，其分布的陆海比例为1∶100。科学家估计， “可燃冰”主要分布在海底之下1000米范围内，海底 “可燃冰”分布的范围约占海洋总面积的10%，分布 面积达4000万平方公里。
据一则新闻报道，日前，我国青藏高原再次获得可燃冰 实物样品。国土资源部日前召开新闻发布会称，我国在青海 省天峻县木里镇永久冻土带多次成功钻获天然气水合物(又 称“可燃冰”)实物样品。我国成为世界第一个在中低纬度 冻土区发现“可燃冰”的国家，是继加拿大、美国之后第三 个在陆域钻获“可燃冰”的国家。科学家初略估算，我国远 景可燃冰资源量至少有350亿吨油当量。
迄今，世界上至少有30多个国家和地区在进行可燃冰 的研究与调查勘探 。1960年，前苏联在西伯利亚发现了 第一个可燃冰藏，并于1969年投入开发，采气14年，总 采气50.17亿立方米。 美国于1 9 6 9 年开始实施可燃冰调查。1998年，把 可燃冰作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划，计 划到2015年进行商业性试开采。 日本开始关注可燃冰是在1992年，目前，已基本完成 周边海域的可燃冰调查与评价，钻探了7口探井，圈定了 12块矿集区，并成功取得可燃冰样本。
可燃冰开采方案主要有三种 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。但此方 法难处在于不好收集。海底的多孔介质不是集中 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。 方案二是降压法。有科学家提出将核废料埋入 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。
可燃冰资料
时间
1999年 2002年 2004年 2005年 2006年 2007年
2008年
2009年 2011年
未来之路 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”。
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 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
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
• 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”。
可燃冰之开发利用
日本
日本经济产业省已从2000年开始着手开发海底天然气水合 物,开发计划分两段进行,前5年对开采海域的蕴藏量和分布 情况进行调查,从第3年开始就打井以备调查用,之后5年进 行试验性采工作,2010年以后实现商业生产。
韩国
产业资源部制订了《可燃冰开发10年计划》,计划投入总计2257 亿韩元,用以研究开发深海勘探和商业生产技术。印度在1995年 制订了5年期《全国气体水合物研究计划》,由国家投资5600万美 元对其周边海域的天然气水合物进行前期调查研究。
勘测
❖在我国南海的西沙海槽地区,地震波法勘探
100km以上的海洋波面,发现大约有1/3面积 的地震反射波与天然气水合物的地震反射波 很相像,并由此推断那里存在着丰富的可燃冰。 富含甲烷的天然气水合物层中肯定会有一定 数量的气体扩散出来,使得局部甲烷的含量高 于周围地区。
国外可燃冰开发利用现状
❖国外可燃冰研究开发现状迄今,世界上至
❖ 但长期来说,可燃冰作为一种清洁高效、潜力巨大的新能源,将成为继 石油、煤炭、天然气之后的一种主要能源5 可燃冰的开采方法由于可 燃冰非常不稳定，在常温和常压环境下极易分解，所产生的温室效应 要比二氧化碳高10 ～ 20倍。据测算，在可燃冰中固化的甲烷总量相 当于大气中甲烷数量的 3 000 倍。一旦沉睡中的可燃冰矿藏受到扰动， 包括人为的开采和自然的破坏，都可能导致甲烷气体大量逃逸到大气 中，从而导致无法想象的后果。对此，科学家们表示出了担忧: 对于 可燃冰矿藏开采的破坏，可能导致甲烷气体的大量泄漏，释放到大气 层中，造成海啸、海底滑坡、海水毒化、全球气候变暖等灾害。
❖ 从天然气水合物 的相平衡 ( 图3) 角图 3 天然气水 合物分解机理度 可以看出，升高 水合物的环境温 度、降低水合物 所处的压力、通 过化学方法改变 相平衡曲线等都 可以实现天然气 水合物的分解
日本经济产业省已从2000年开始着手开发海底天然气水合 物,开发计划分两段进行,前5年对开采海域的蕴藏量和分布 情况进行调查,从第3年开始就打井以备调查用,之后5年进 行试验性采工作,2010年以后实现商业生产。
韩国
产业资源部制订了《可燃冰开发10年计划》,计划投入总计2257 亿韩元,用以研究开发深海勘探和商业生产技术。印度在1995年 制订了5年期《全国气体水合物研究计划》,由国家投资5600万美 元对其周边海域的天然气水合物进行前期调查研究。
勘测
❖在我国南海的西沙海槽地区,地震波法勘探
100km以上的海洋波面,发现大约有1/3面积 的地震反射波与天然气水合物的地震反射波 很相像,并由此推断那里存在着丰富的可燃冰。 富含甲烷的天然气水合物层中肯定会有一定 数量的气体扩散出来,使得局部甲烷的含量高 于周围地区。
国外可燃冰开发利用现状
❖国外可燃冰研究开发现状迄今,世界上至
❖ 但长期来说,可燃冰作为一种清洁高效、潜力巨大的新能源,将成为继 石油、煤炭、天然气之后的一种主要能源5 可燃冰的开采方法由于可 燃冰非常不稳定，在常温和常压环境下极易分解，所产生的温室效应 要比二氧化碳高10 ～ 20倍。据测算，在可燃冰中固化的甲烷总量相 当于大气中甲烷数量的 3 000 倍。一旦沉睡中的可燃冰矿藏受到扰动， 包括人为的开采和自然的破坏，都可能导致甲烷气体大量逃逸到大气 中，从而导致无法想象的后果。对此，科学家们表示出了担忧: 对于 可燃冰矿藏开采的破坏，可能导致甲烷气体的大量泄漏，释放到大气 层中，造成海啸、海底滑坡、海水毒化、全球气候变暖等灾害。
❖ 从天然气水合物 的相平衡 ( 图3) 角图 3 天然气水 合物分解机理度 可以看出，升高 水合物的环境温 度、降低水合物 所处的压力、通 过化学方法改变 相平衡曲线等都 可以实现天然气 水合物的分解
可燃冰ppt课件
降低储层压力或从而分解为天然气和水
降压法开采原理图
202233
2 可燃冰开采技术
降压法
Exploitation of Combustible Ice
最大的优点是不需要连续激发，且生产成本低
1.大面积开采时自身能量不能满足压降的需 要
2.对可燃冰矿藏性质有要求，适合于水合 物层下部有天然气层时
3.降压引起储层温度降低，因而在水合物储 层接近0℃及在 0℃以下时不能采用，否则 会使水结冰或二次形成水合物堵塞储层
2017年 • 中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功。 101031
2 可燃冰开采技术
Exploitation of Combustible Ice
“可燃冰”相平衡条件
“可燃冰”是在一定低温和高压的 条件下存在的。
通过改变温度或者压力数值，使表 示可燃冰的点越过分界线。平衡打 破后，“可燃冰”可分解为可自由 流动的气体和水
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。高 于地层温度的外界物质的注入，使储层 温度上升到水合物分解的温度，并持续 提供热量来维持水合物的分解
1156
2 可燃冰开采技术
热激发法
Exploitation of Combustible Ice
a.热水注入阶段 b.可燃冰分解阶段 c.开采阶段
2256
3 可燃冰开采案例 Case of combustible ice mining
日本——首个掌握海底可燃冰采掘技术的国家
2013年3月12日，日本成功地在 爱知县渥美半岛以南70公里、水 深1000米处海底开采出可燃冰并 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。
2013年，日本尝试过开采海底可燃冰并提取了甲烷，但由于海底砂流入开采 井，试验仅6天就被迫中断。本次试验持续12天后也因出砂问题中断，未能 完成原计划连续三四周稳定生产的目标，12天产气量只有3.5万立方米。
降压法开采原理图
202233
2 可燃冰开采技术
降压法
Exploitation of Combustible Ice
最大的优点是不需要连续激发，且生产成本低
1.大面积开采时自身能量不能满足压降的需 要
2.对可燃冰矿藏性质有要求，适合于水合 物层下部有天然气层时
3.降压引起储层温度降低，因而在水合物储 层接近0℃及在 0℃以下时不能采用，否则 会使水结冰或二次形成水合物堵塞储层
2017年 • 中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功。 101031
2 可燃冰开采技术
Exploitation of Combustible Ice
“可燃冰”相平衡条件
“可燃冰”是在一定低温和高压的 条件下存在的。
通过改变温度或者压力数值，使表 示可燃冰的点越过分界线。平衡打 破后，“可燃冰”可分解为可自由 流动的气体和水
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。高 于地层温度的外界物质的注入，使储层 温度上升到水合物分解的温度，并持续 提供热量来维持水合物的分解
1156
2 可燃冰开采技术
热激发法
Exploitation of Combustible Ice
a.热水注入阶段 b.可燃冰分解阶段 c.开采阶段
2256
3 可燃冰开采案例 Case of combustible ice mining
日本——首个掌握海底可燃冰采掘技术的国家
2013年3月12日，日本成功地在 爱知县渥美半岛以南70公里、水 深1000米处海底开采出可燃冰并 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。
2013年，日本尝试过开采海底可燃冰并提取了甲烷，但由于海底砂流入开采 井，试验仅6天就被迫中断。本次试验持续12天后也因出砂问题中断，未能 完成原计划连续三四周稳定生产的目标，12天产气量只有3.5万立方米。
可燃冰ppt讲解
气体分子：CH4, C2H4, C2H6, C3H8, Ne, Ar, Kr, Xe, N2, H2S, CO2,
晶体类型 I型 II型
H型
水分子数 晶穴种类 晶穴数 晶穴结构
46
小
2
512
大
6
51262
136
小
16
512
大
8
51264
小
3
512
34
中
2
435663
大
1
51268
1 m3 水合物
Chen-Guo模型
VDW模型
VDW模型
0.85
0.70
实验值
实验值
0.65 0.60
0.50
0.40
272
274
276
278
280
T ，K
0.45
0.25 46
Chen-Guo模型 VDW模型 气相实验值
56
66
z CO2 , mol%
Chen-Guo模型 VDW模型 水合物相实验值
76
86
CH4+CO2体系V-H相平衡计算值与 实验值比较
核能 ？！ 可再生能源
可燃冰-天然气 水合物有可能成 为未来的新能源
初步认为，地球上27%的陆地和90%的海域均具备天然气水合物生成 的条件
天然气水合物赋存于水深大于100-250米（两极地区）和大于400-650 米（赤道地区）的深海海底以下数百米至1000多米的沉积层内，这里 的压力和温度条件能使天然气水合物处于稳定的固态。
4. CO2置换过程强化方法研究 3.CO2置换动力学实验及模型研究 2.水合物存在条件下，CO2和CH4在溶液中溶解度 1. CO2+CH4+H2O体系V-H相平衡研究
晶体类型 I型 II型
H型
水分子数 晶穴种类 晶穴数 晶穴结构
46
小
2
512
大
6
51262
136
小
16
512
大
8
51264
小
3
512
34
中
2
435663
大
1
51268
1 m3 水合物
Chen-Guo模型
VDW模型
VDW模型
0.85
0.70
实验值
实验值
0.65 0.60
0.50
0.40
272
274
276
278
280
T ，K
0.45
0.25 46
Chen-Guo模型 VDW模型 气相实验值
56
66
z CO2 , mol%
Chen-Guo模型 VDW模型 水合物相实验值
76
86
CH4+CO2体系V-H相平衡计算值与 实验值比较
核能 ？！ 可再生能源
可燃冰-天然气 水合物有可能成 为未来的新能源
初步认为，地球上27%的陆地和90%的海域均具备天然气水合物生成 的条件
天然气水合物赋存于水深大于100-250米（两极地区）和大于400-650 米（赤道地区）的深海海底以下数百米至1000多米的沉积层内，这里 的压力和温度条件能使天然气水合物处于稳定的固态。
4. CO2置换过程强化方法研究 3.CO2置换动力学实验及模型研究 2.水合物存在条件下，CO2和CH4在溶液中溶解度 1. CO2+CH4+H2O体系V-H相平衡研究
25.沉睡的能源之王——可燃冰PPT课件
美国：
2000年，将“可燃冰”作为政府项目，进行勘探 2012年，投资2900万美元在阿拉斯加实验开采
日本： 2001年，发布<<甲烷水合物开发计划>>，
已拥有七口钻井 2013年，掌握海底甲烷分离技术
2021
12
开采方法
d体期a能b大c促）））扩或耗面使气注降散大大积分体化热压。规，开解置学法但模不采。换试：由 使能。该法剂注降于用有是方：法入低水。效目法不：加压合解前所注向热力物决最需入天流促储2热有的0如然体2使层1利前化二气或水渗用景学氧水直合透效的试化合接物性率一剂碳物加分较较种成等层热解差低开本以中储，，的发较置注层该导缺技高换入来方致陷术，天如提法产。且然甲高不气不气醇水需量适水等合要较合合化物连低长物学区续，期中试域激实或的剂内发际大甲，温，效规烷破度成果模，坏，本不使触其引较佳用发平起低。。甲衡溶，适烷条解适合气件。合长，13
2021
全球有机碳含量分布
7
可燃冰的分布
大陆永久冻土 岛屿的斜坡地带 大陆边缘的隆起处 极地大陆架
深水环境
2021
8
可燃冰在中国的分布
东海海域 南海北部海域
南沙海域 青藏高原冻土区
东北冻土区
2021
9
开采难度
可燃冰大多埋藏在海底的岩石中，
这给开采和运输带来极大困难。有 学者认为，在导致全球气候暖方面 ，甲烷所起的作用比等量的二氧化 碳要大1～20倍。而可燃冰矿藏哪 怕受到极小的破坏，都以导致甲烷 气体大量泄漏。另外，陆缘海边的 可冰开采起来十分困难，一旦发生 井喷事故，就会成海啸、海底滑坡 、海水毒化等灾害。
2021
10
勘探方法
1.地震勘探法，如地震地球物理探查、电磁探测、流体地球化学探查、 海底微地貌勘测等
可燃冰ppt
【可燃冰的发现】 可燃冰的发现】
早在1778年英国化学家普得斯特里就着手 研究气体生成的气体水合物温度和压强。 1934年，人们在油气管道和加工设备中发现 了冰状固体堵塞现象，这些固体不是冰，就 是人们现在说的可燃冰。1965年苏联科学家 预言，天然气的水合物可能存在海洋底部的 地表层中，后来人们终于在北极的海底首次 发现了大量的可燃冰。
新型能源——可燃冰
视频
建华初一二班 孟子中 &吴昊
可燃冰简介
可燃冰，学名天然气水化合物，其化学 式为CH48H2O。 “可燃冰”是未来洁净 。 的新能源。它的主要成分是甲烷分子与水 分子。它的形成与海底石油、天然气的形 成过程相仿，而且密切相关。埋于海底地 层深处的大量有机质在缺氧环境中，厌气 性细菌把有机质分解，最后形成石油和天 然气(石油气)。其中许多天然气又被包进 水分子中，在海底的低温与压力下又形成 “可燃冰”。
Hale Waihona Puke 【形成和储藏】 形成和储藏】“可燃冰”的形成有三个基本条件：首先温度不 能太高，在零度以上可以生成，0－10℃为宜，最 20 高限是20℃左右，再高就分解了。第二压力要够， 但也不能太大，零度时，30个大气压以上它就可能 生成。第三，地底要有气源。因为，在陆地只有西 伯利亚的永久冻土层才具备形成条件和使之保持稳 定的固态，而海洋深层300－500米的沉积物中都可 能具备这样的低温高压条件。因此，其分布的陆海 比例为1∶100。
【开采、利用可燃冰】 开采、利用可燃冰】
可燃冰有望取代煤、石油和天然气，成 为21世纪的新能源。科学家估计，海底可燃 冰分布的范围约占海洋总面积的10%，相当 于4000万平方公里，是迄今为止海底最具价 值的矿产资源，足够人类使用1000年。
可燃冰的认识
天然可燃冰呈固态，不会像石油开采那样 可燃冰矿藏哪怕受到最小的破 自喷流出。如果把它从海底一块块搬出， 坏 ,都足以导致甲烷气体的大 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。 量泄漏。这种气体进入大气,
无疑增加温室效应。另外,陆 缘海边的可燃冰开采起来十分 困难,一旦出了井喷事故,就会 造成海啸、海底滑坡、海水毒 化等灾害。
可燃冰 的危险 度
在地球上大约有27%的陆地是可以形成 天然气水合物的潜在地区，而在世界大 洋水域中约有90%的面积也属这样的潜 在区域。已发现的天然气水合物主要存 在于北极地区的永久冻土区和世界范围 内的海底、陆坡、陆基及海沟中。
科学家的评价结果表明，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。 我国钻获的可燃冰”分别取自海底 2011 年，世界上已发现的可燃冰分布 以下183~201 米、水深1245米和海 区多达 116处，其矿层之厚、规模之大， 底以下191~225米、水深1230米处。 是常规天然气田无法相比的
说起可 燃冰， 那么可 燃冰在 大家心 里是什 么样的 呢？
图片：冰
原来，可燃冰，是这样的
可燃冰虽然比冰丑陋，但是，它的
效用，是远远比冰还要大的
在标准状况下,一单位体积的可燃冰分 解最多可产生164单位体积的甲烷气体
可燃冰的能源储备丰富，元素 组成仅有 C,H ，两种元素，且比例
高达1 ：4，是一种不可多得的清洁
温度不能太高
①气候寒冷致使矿层温度 下降,加上地层的高压力, 使原来分散在地壳中的碳 ②由于海洋里大量的生物和微生 氢化合物和地壳中的水形 物死亡后留下的遗尸不断沉积到 成气—水结合的矿层。 海底,很快分解成有机气体甲烷、 乙烷等,这样,它们便钻进海底结 构疏松的沉积岩微孔,和水形成化 合物。
可燃冰ppt课件
Introduction to combustible ice
可燃冰在全球分布
可燃冰主要分布在全 世界的边缘海、深海 槽区和大洋盆地中， 约占海洋面积的10% ，此外还有高原冻土 带。
可燃冰分类
根据可燃冰的分布位 置，可以将可燃冰分 为陆上可燃冰气藏与 海洋可燃冰气藏两大 类。
图片来源：李代广.神秘的可燃冰[M]
2017年 • 中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功。 101031
2 可燃冰开采技术
Exploitation of Combustible Ice
“可燃冰”相平衡条件
“可燃冰”是在一定低温和高压的 条件下存在的。
通过改变温度或者压力数值，使表 示可燃冰的点越过分界线。平衡打 破后，“可燃冰”可分解为可自由 流动的气体和水
8,20
0 标题数字等都可以通过点
击和重新输入进行更改， 顶部“开始”面板中可以 对字体、字号、颜色、行介
Introduction to combustible ice
什么是可燃冰？
干冰，本水 合物，英文名为natural gas
新能源技术及应用 可燃冰
第一组 朱艳峰 贺禹 赖一铭 蒋雪峰
1
目录
1.可燃冰简介 2.可燃冰开采技术 3.可燃冰开采案例 4.可燃冰开发中存在的问题 5.人工合成可燃冰
12
研究背景 Research Backgrounds
能源危机
全球能源
环危境机污染
4,80 全球变0 暖
据2016年最新公布的数据显示，目前全球石油 储量为3184亿桶，还能供人类使用48.4年。
0738
1 可燃冰简介
Introduction to combustible ice
可燃冰
1.1可燃冰的性质
• 在自然界发现的天然气水合物多为白色、淡黄色、琥珀色等颜色，呈 轴状、层状、小针状结晶体或分散状 • 天然气水合物具有多孔性，硬度和剪切模量小于冰，密度与冰的密度 大致相同，热导率和电阻率远小于冰，可在0 ℃以上生成，超过20℃ 便会分解
1.2可燃冰的形成的三个基本条件
• 低温(0～10℃)
空气
10汽轮机
15除氧器 汽轮机抽汽
17高压海面汽轮机 回热加热系统
16高压水泵
14低压海面汽轮机 回热加热器系统
海平面以上
海底2200m及以下 二氧化碳 7深海蒸发 水加热器
6.深海蒸汽加热器 2.超 临界 水氧 化反 应器 蒸发水 可燃冰 1可燃冰给料装置 含盐水 5. 深海氧 气加热器 电点火装置
•
1.4可燃冰勘察方法
海底热流探测 地震探测
海底电视摄像探测
可燃冰勘查 的技术手段
电磁探测
海底微地貌勘查
流体地球化学探测
深海钻探
海底取样
二、可燃冰研究开发现状
• • 早在20世纪60年代，可燃冰即进入人类视野，1965年，苏联首次在西 西伯利亚永久冻土带发现可燃冰矿藏，并引起多国政府关注 美国、俄罗斯、英国、德国、加拿大、日本、印度、韩国、巴西等都 从能源储备战略角度重视天然气水合物的调查研究工作。它们将此作 为政府行为，投入巨资，相继开展了本国专属经济区和国际海底区域 内的调查研究和资源评价。美国、日本、加拿大、印度等国已制定了 勘探和开发天然气水合物的国家计划
•
1.3可燃冰的成因及存储
2. 冻土型
•
我国是世界上第三冻土大国，冻土区总面积达215万km2，具备良好 的天然气水合物赋存条件和资源前景。远景资源量至少有350亿t当量 油，可供中国使用近90年，而青海省的储量约占其中的1/4。 青海木里是我国陆域“可燃冰”的首个“现身地”，一方面，青海有 面积广、厚度较大的冻土带资源，为“可燃冰”的存在提供了地质条 件。另一方面，青海木里有丰富的煤炭资源，为“可燃冰”的形成提 供了可能的资源条件
可燃冰探测项目ppt【23页】
目标市场分析
这些能源开采公司批量开采时，需3～8个月时间 重金组建钻进平台，为了开采效率，也同样需要 同数量甚至更多的可燃冰探测仪为其探测服务。
2011年，我国已在南海圈定25个成矿区块，控制 资源量达到41亿吨油当量。如果一个区块需要30 套深海可燃冰探测仪，则共需750套探测仪，每 套探测仪售价按200万元保守估算，750套共15亿 元。尚有更多的成矿区块正在被发掘，也就是供 应需求不断在扩大。
项目背景
“十二五”能源规划主项 可燃冰作为一种新能源被纳入国家“十二
五”能源规划，关于可燃冰的战略规划为： 2006~2020年，调查阶段 2020~2030年，开发试生产阶段 2030~2050年，商业生产阶段
现有可燃冰测技术存在的问题
深海可燃冰探测技术已有重大突破。但是，也有存 如下严重问题：
公司技术领头人丁厚本教授简介
（1）. 技术带头人：丁厚本教授 1963年起从事国防科技工作，参加我国第一颗
原子弹试验和第一颗氢弹试验及多次国家重大 试验。 1986年1月至1991年，出任核九院工学院院长， 兼任重庆大学和四川大学客座教授，博士生导 师。 1991年7月，作为安徽引进的高科技人才，回 安徽合肥工作并继续投身研发工作。 1993年主持研制成功我国首台工业商业样机。
参赛项目介绍
可燃冰或称天然气水合物等，固态结晶物质，外 貌极像冰雪或固体酒精。分布于深海沉积物或陆 域的永久冻土中，其主要成分是甲烷。
怎么样才能获得实地探测的准确的数据？这成为 全球科学家技术攻关的难题之一。现在我国已形 成具有自主知识产权的关键探测技术体系。研制 成功了“深海甲烷原位探测系统”，这个探测设 备即探头插入海底，探头先吸入海底沉积物中的 孔隙水，经过金属烧结而成的过滤器过滤，采样 通过泵吸到一个只有0.087ml容器的光学微探测舱 中，经过激光照射检测出拉曼光谱，就可分析出 海底该处沉积物中的甲烷含量。2010年研制成功 中功率的海洋可控源电磁探测（MCAEM）仪器， 主要包括可控源电磁发射机和接收机。
可燃冰将解千年能源忧PPT课件
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本文是一篇科技新闻， 是对科学技术领域新近 发生的事实的报道。科 技新闻既有新闻性，又 有科学性，一般来说， 科技新闻的主体部分属 于科技说明文。
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yùn cáng dài wán cáng qì
•蕴藏 殆尽 甲烷 气藏 迄
今chǔ sù lǜ kē dàn
qīng jué qiào zuān xiào
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2℃—4℃ ≥30个大气压 甲烷、天然气
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首先，从能源的角度看，迄今为止，在世界各地的海 洋及大陆地层中，已探明的“可燃冰”储量已相当于全 球传统化石能源（煤、石油、天然气、油页岩等）储量 的两倍以上。
于此同时，天然“可燃冰”不易开采和运输，开采这 种水合物会给生态造成一系列严重问题。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。陆 缘海边的“可燃冰”开采起来十分困难，一旦出了井喷 事故，就会造成海水汽化，发生海啸船翻。
•储量 追溯 氯气 苛刻 氮
s气è rèn
jié
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解释
• 蕴藏：蓄积深藏未露。 • 殆尽：几乎罄尽（全尽无余、竭尽的意思）。 • 气藏：气田。 • 迄今：至今、到现在。 • 追溯：比喻回首或钩沉往事，探寻本质或源泉。追：追寻；溯：
逆流而上。 • 迫在眉睫：形容事情已到眼前，情势十分紧迫。 • 刻不容缓：比喻情势紧迫，一刻也不允许拖延。
第10页/共21页
第二部分整理人类对气水化合物认识过程和探究历史：
最早可追溯到1810年，英国科学家戴维在实验室中把氯气通 入水中，在摄氏零度以上出现了“冰块”，由此人们首次认识到 了气水合物这种物质。
“可燃冰”或者说甲烷水合物，就是作为一种科学探索的产物， 被科学家维纳德于1888年合成。
本文是一篇科技新闻， 是对科学技术领域新近 发生的事实的报道。科 技新闻既有新闻性，又 有科学性，一般来说， 科技新闻的主体部分属 于科技说明文。
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yùn cáng dài wán cáng qì
•蕴藏 殆尽 甲烷 气藏 迄
今chǔ sù lǜ kē dàn
qīng jué qiào zuān xiào
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2℃—4℃ ≥30个大气压 甲烷、天然气
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首先，从能源的角度看，迄今为止，在世界各地的海 洋及大陆地层中，已探明的“可燃冰”储量已相当于全 球传统化石能源（煤、石油、天然气、油页岩等）储量 的两倍以上。
于此同时，天然“可燃冰”不易开采和运输，开采这 种水合物会给生态造成一系列严重问题。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。陆 缘海边的“可燃冰”开采起来十分困难，一旦出了井喷 事故，就会造成海水汽化，发生海啸船翻。
•储量 追溯 氯气 苛刻 氮
s气è rèn
jié
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解释
• 蕴藏：蓄积深藏未露。 • 殆尽：几乎罄尽（全尽无余、竭尽的意思）。 • 气藏：气田。 • 迄今：至今、到现在。 • 追溯：比喻回首或钩沉往事，探寻本质或源泉。追：追寻；溯：
逆流而上。 • 迫在眉睫：形容事情已到眼前，情势十分紧迫。 • 刻不容缓：比喻情势紧迫，一刻也不允许拖延。
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第二部分整理人类对气水化合物认识过程和探究历史：
最早可追溯到1810年，英国科学家戴维在实验室中把氯气通 入水中，在摄氏零度以上出现了“冰块”，由此人们首次认识到 了气水合物这种物质。
“可燃冰”或者说甲烷水合物，就是作为一种科学探索的产物， 被科学家维纳德于1888年合成。
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0.70
0.65
0.45
Chen-Guo 模型 VDW 模型 气相实验值 Chen-Guo 模型 VDW 模型 水合物相实验值
0.40 272 274
0.25
T ，K
276
278
280
46
56
z CO2 , mol%
66
76
86
CH4+CO2体系V-H相平衡计算值与 实验值比较 （P=3.50MPa; ZCO2 =0.5112;w=0.746）
气水合物开采地区。
四、天然气水合物的开采方法
(CH4 )气 n( H2O)水 (CH4 nH2O)水合物
三种途径促水合物分解
压 力 临界线
（1）降低压力 （2）升高温度 （3）注化学剂改变相态图
Pc
降 压 升温分解 分 水合物+水 解 水+气 Tc 温度
水合物相态变化示意图
四、天然气水合物的开采方法
非化学计量的、笼形结晶化合物，其遇火可燃烧，因而 俗称可燃冰。
水-水：氢键 (hydrogen bond) 水分子“笼子 (cavity)” 外观为类冰晶体 非化学计量的 包合物 (clathrate)
气体分子：CH4, C2H4, C2H6, C3H8, Ne, Ar, Kr, Xe, N2, H2S, CO2,
五、天然气水合物可能的工业应用
五、天然气水合物可能的工业应用
五、天然气水合物可能的工业应用
五、天然气水合物可能的工业应用
羌塘高原大片连续多年冻土区是青藏高原多年冻土的 主体，面积约60.7104km2，海拔高度在4500－7000 米之间。
中国天然气水合物资源量预测表
沉积层厚度、 饱和度、矿 藏分布面积 精确估计较 为困难
天然气水合物
在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水 的盐度、pH值等）下由水和天然气组成的类似冰状的、
0.95
气固相CO2 摩尔分率
Chen-Guo 模型 VDW 模型 水合物相实验值
Chen-Guo 模型 VDW 模型 气相实验值
0.70 0.60
0.85
0.75
0.50 0.40 2.4 2.9 3.4
0.65
P ，MPa
3.9
4.4
4.9
2.4
2.9
3.4
3.9
4.4
4.9
P , M Pa
CH4+CO2体系V-H相平衡计算值 与实验值比较 （T=273.2K; ZCO2 =0.5112;w=0.746）
ODP 204航次美国水合物脊采集的地质样品
鄂霍次克海，2006
美国布莱克海台水合物样品
截止 2002 年底，世界上已直接或间接发现水合物共 116 处，其中海洋 107处，陆地9处。在这116处中，直接见到水合物23处（海洋20处、陆 地3处），推断水合物93处（海洋87处、陆地6处）。
4.1 降压法
通过降低NGH
藏的压力使NGH低
于相平衡曲线的 压力，从而达到
井筒产 出气体 盖层 水合物层 低压区，水合物分解区
促使NGH分解。
四、天然气水合物的开采方法
4.2 热激法
四、天然气水合物的开采方法
4.3 注化学剂法 某些化学剂，诸如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙 三醇等化学剂可以改变水合物形成的相平衡条件，降低 水合物稳定温度。当将上述化学剂从井孔泵入后，就会 引起NGH的分解。 添加化学剂较加热法作用缓慢，但确有降低初始能 源输入的优点。添加化学剂最大的缺点是费用太昂贵。
4. CO2置换过程强化方法研究
3.CO2置换动力学实验及模型研究 2.水合物存在条件下，CO2和CH4在溶液中溶解度 1. CO2+CH4+H2O体系V-H相平衡研究
四、天然气水合物的开采方法
0.80
气固相CO2摩尔分率
Chen-Guo 模型 VDW 模型 气相实验值
Chen-Guo 模型 VDW 模型 水合物相实验值
CH4+CO2体系V-H相平衡计算值与 实验值比较 （P=3.50MPa;T=275.2K）
四、天然气水合物的开采方法
V-2
P
V-11
8
取样口
V-1
V-5
7 7 6
P
5
进、出液口 V-3
CH4水 合物
V-10
9
V-4 V-6 V-7 V-8
P P
1
10
11
资源情况：海洋沉积层内天然气水 合物中甲烷的资源量为 3×1015~7.6×1018立方米之间。 可满足人类需要1000多年。
我国南海北部 发现的天然气 水合物样品。
我国的水合物研究及资源
(1) 1990年中国科学院开展了合成甲烷水合物实验，取得成功。 (2) 1998年,中国加入大洋钻探计划。 (3) 1999年10 月,广州海洋地质调查局首次在南海开展天然气水合 物前期调查,在3 条共130 km 的地震剖面上识别出B S R。之 后,又在南海西沙海槽识别出5242 km2 的B S R 分布区。 (4) 2007年5月,中国地质调查局在南海神狐海域3 个站位钻获天然 气水合物实物样品。 (5) 2008年在青藏高原祁连山南缘永久冻土层的下面，井深是
晶体类型
I型
水分子数 晶穴种类 晶穴数 晶穴结构
46
小 大
小 大 小 中 大
2 6
16 8 3 2 1
512 51262
512 51264 512 435663 51268
II型
136
H型
34
1 m3 水合物
164 Nm3 天然气
＋
0.8 m3水
储气能力：160 atm钢瓶 110 kg甲烷/m3水合物
五、天然气水合物可能的工业应用
储气量大， 1m3的 天然气水合物可储存150-180m3的天然气 水合物的形成条件不苛刻，在 0-10℃ ,2-6MPa 即可生成，工业上很 容易实现 天然气水合物在常压下大规模储存和运输是不必冷却到平衡温度以 下，而是将水合物冷冻到水的冰点以下 (-15 ～-5 ℃) ，保持完全绝 热，水合物就可以保持稳定 这些特征预示着以水合物储存运输天然气成为可能。
核能 ？！ 可再生能源
可燃冰-天然气 水合物有可能成 为未来的新能源
初步认为，地球上27%的陆地和90%的海域均具备天然气水合物生成
的条件
天然气水合物赋存于水深大于 100-250米（两极地区）和大于400-650 米（赤道地区）的深海海底以下数百米至1000多米的沉积层内，这里 的压力和温度条件能使天然气水合物处于稳定的固态。
1、俄、美、加、日处于开发研究前沿
1965年，在俄罗斯西伯利亚多年冻土区麦索雅哈气田首次发现天然气水合物。 1969年开始试开采，到1990年最终停产，累计开采51.7亿立方米天然气。 美国和日本分别制定了2015年和2016年进行商业开采的时间表。
2、中国的起步与差距
中国对天然气水合物的研究还处在调查评价前期阶段，开采研究刚刚起步，尚未 开展试开采研究。青藏高原多年冻土区水合物资源有可能成为我国最早进行天然
CH4+CO2体系V-H相平衡计算值 与实验值比较 （T=275.2K; ZCO2 =0.7233;w=0.624）
四、天然气水合物的开采方法
0.80
Chen-Guo 模型 VDW 模型 实验值 Chen-Guo 模型 VDW 模型 实验值
气固相中CO2摩尔分率
0.85
0.60
0.50
气固相中CO2的摩尔分率
未来能源：可燃冰
一、未来的能源是什么
二、气水合物发展史
三、天然气水合物简介
四、天然气水合物的开采方法
五、水合物可能的工业应用
石油天然气是不可再生能源，随着开采的不断 进行，产量达到峰值后将不断下降，因此寻找新 能源势在必行。
世界石油发现量和产量的变化
石油发现在20世纪60年代中期就达 到了高峰，随后逐年下降，最近几 年石油发现量已经低于石油产量。 因此预计在近10年石油产量将达到 峰值，随后逐年下降。
四、天然气水合物的开采方法
4.3 注化学剂法
四、天然气水合物的开采方法
4.4 CO2置换法
CH4水合 物
CO2水合 物
CO2置换法开发天然气水合物的原理： 1、CH4和CO2水合物的稳定条件不同； 2、CO2水合物的反应焓高于CH4水合物的分解热。
四、天然气水合物的开采方法
四、天然气水合物的开采方法
12
天然气储运
水合物分离技术 海水淡化 二氧化碳深海储藏 蓄能
五、天然气水合物可能的工业应用
日本、美国、挪威等在21世纪来临之际加大了该技术的研究力度 工业上还没有被利用过的潜在的高效的储气技术
可以形成创新性专利成果
美国国家天然气水合物研究中心（SCGH） 启动以使用表面活性剂为主要技术的调峰储气的中试研究 天然气水合物汽车探索项目
130到396米发现天然气水合物资源。
我国的水合物资源
南海北部 （185亿吨油当量）
青海省祁连山南缘永久冻 土带 （估计253亿吨油当 量）
青海省天峻县木里镇祁连山南麓可燃冰钻探现场
青藏高原多年冻土面积158.8104km2，约占本区总面 积的66％，在平面上的分布基本上与地形的变化和山 脉的走向相一致。
天 然 气 水 合 物 特 点
储量巨大（世界范围内1.5
～2.0×1016立方米）
埋藏浅，分布广（ 100多
个国家和地区）
能量密度高，洁净能源
Davy于1810年首次在伦敦皇家研究院实验室成功地 合成了氯气水合物；
上世纪30年代，发现输气管道内形成白色冰状固体 填积物；