可燃冰學(xué)習(xí)課件

可燃冰學(xué)習(xí)課件第1頁/共44頁Contents可燃冰的簡介炙手可熱的“冰”可燃冰的開采方法

帶刺的玫瑰未來之路第2頁/共44頁偶然的發(fā)現(xiàn)30年代，為了輸送天然氣鋪設(shè)了輸氣管道。一些輸氣管道經(jīng)常奇怪地被冰塊堵塞?第3頁/共44頁可燃冰簡介1778年，首次在實驗室發(fā)現(xiàn)天然氣水合物.1934年，前蘇聯(lián)在被堵塞的天然氣輸氣管道里發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物。這一發(fā)現(xiàn)引起前蘇聯(lián)人對天然氣水合物的重視。1965年，前蘇聯(lián)首次在西西伯利亞永久凍土帶發(fā)現(xiàn)天然氣水合物礦藏。至此，各國科學(xué)家相繼開始了對可燃冰的研究，一步一步解開了其神秘的面紗。第4頁/共44頁可燃冰簡介天然氣水合物，因其外觀象冰一樣，而且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”它是在一定條件下由水和天然氣在高壓和低溫條件下混合組成的籠形結(jié)晶化合物。第5頁/共44頁可燃冰簡介可燃冰的構(gòu)成可用mCH（2m+2）·nH2O來表示，m代表水合物中的氣體分子，n為水合指數(shù)形成天然氣水合物的主要氣體為甲烷第6頁/共44頁關(guān)于“可燃冰”的成因，目前認(rèn)為有兩條途徑。一種途徑是，海底的動植物殘骸被細(xì)菌分解時釋放出的甲烷被高壓低溫的海底環(huán)境鎖進(jìn)水分子籠中。另一種途徑是，可燃冰由海洋板塊活動而成。當(dāng)海洋板塊運(yùn)動時時，海底石油和天然氣便隨板塊的邊緣涌上表面。當(dāng)接觸到冰冷的海水和深海壓力，天然氣與海水產(chǎn)生化學(xué)作用，就形成“甲烷水合物”。可燃冰簡介第7頁/共44頁可燃冰簡介全球天然氣水合物分布明顯呈現(xiàn)受地理格局控制的特點。主要存在于世界范圍內(nèi)的溝盆體系、陸坡體系、邊緣海盆陸緣，尤其是與泥火山、熱水活動、鹽泥底辟及大型斷裂構(gòu)造有關(guān)的深海盆地中；另外還包括擴(kuò)張盆地和北極地區(qū)的永久凍土區(qū)，大西洋的85％、太平洋的95％和印度洋的96％的地區(qū)中也含有天然氣水合物，并且主要分布于海平面下200-600ｍ的深度內(nèi)第8頁/共44頁炙手可熱的“冰”在可燃冰礦藏被人們發(fā)現(xiàn)之后，迅速地得到了人們的關(guān)注。在能源問題日益凸顯的今天，可燃冰更是被賦予了“沉睡的未來能源”、“能滿足人類使用1000年的新能源”等稱號。常規(guī)能源總會有盡頭的一天，只有不斷的找到新型能源，并且高效利用，才能夠可持續(xù)發(fā)展。第9頁/共44頁 上世紀(jì)60年代末，蘇聯(lián)也發(fā)現(xiàn)了世界上第一個可燃冰礦田：麥索亞哈氣田。自此，全球開始掀起大規(guī)模研究、探測和勘探天然氣水合物藏的熱潮。 至90年代中期，美、俄、荷、德、加、日等諸多國家探測可燃冰的目標(biāo)和范圍已覆蓋了世界上幾乎所有大洋陸緣的重要潛在遠(yuǎn)景地區(qū)，以及高緯度極地永凍土地帶和南極大陸及陸緣區(qū)等。 目前，至少已有40多個國家，針對可燃冰展開了國家級的資源調(diào)查和研究工作，并已調(diào)查發(fā)現(xiàn)可燃冰的礦點共有100多處。炙手可熱的“冰”第10頁/共44頁可燃冰概念

可燃冰顧名思義像冰一樣的固體點火能燃燒，是一種非常規(guī)能源。它是天然氣分子(除氫、氦和氖外)充填在水的晶體籠架中形成的冰狀固體物，又叫天然氣水合物或固體氣。

現(xiàn)已證實分子結(jié)構(gòu)式：

CH4·8H2O

可燃冰燃燒方程式：

CH4·8H2O+2O2==CO2

（反應(yīng)條件為“點燃”）第11頁/共44頁性質(zhì)

可燃冰是一種白色固體物質(zhì)，外形像冰，有極強(qiáng)的燃燒力。主要以甲烷(大于90％)為主，故也稱甲烷水合物。在高壓下，甲烷氣水包合物在18°C的溫度下仍能維持穩(wěn)定。充填甲烷的可燃冰1立方米可產(chǎn)出氣164立方米和水0．8立方米，其能量密度是煤和黑色頁巖的10倍左右，是一種能量密度高的能源。第12頁/共44頁可燃冰的形成有三個基本條件第一，溫度不能太高，在零度以上可以生成0℃~10℃為宜，最高限是20℃左右，溫度再高“可燃冰”就會分解。第二，壓力要夠，但也不能太大，0℃時，30個大氣壓以上它就可能生成。第13頁/共44頁第三，要有氣源。關(guān)于“可燃冰”的成因，目前主要有兩種觀點，一種認(rèn)為，它們最初來源于海底下的細(xì)菌。海底有很多動植物的殘骸，這些殘骸腐爛時產(chǎn)生細(xì)菌，細(xì)菌排出甲烷，當(dāng)正好具備高壓和低溫的條件時，細(xì)菌產(chǎn)生的甲烷氣體就被鎖進(jìn)水合物中。另一種觀點則認(rèn)為，“可燃冰”由海洋板塊活動而成。當(dāng)海洋板塊下沉?xí)r，較古老的海底地殼會下沉到地球內(nèi)部，海底石油和天然氣便隨板塊的邊緣涌上表面。當(dāng)接觸到冰冷的海水和在深海壓力下，天然氣與海水產(chǎn)生化學(xué)作用，就形成水合物。第14頁/共44頁世界可燃冰分布圖第15頁/共44頁第16頁/共44頁炙手可熱的“冰”可燃冰的優(yōu)勢能源密度高清潔，污染小儲量大第17頁/共44頁炙手可熱的“冰”儲量大：現(xiàn)已探明的天然氣水合物中的碳量11013噸相當(dāng)于已探明所有化石能源碳量總和的2倍。可滿足人類未來1,000年的能源需求。15%5%53%27%第18頁/共44頁能量密度高：由1立方米可燃冰相當(dāng)於160多立方米的天然氣。換言之，1立方米可燃冰就可滿足3口之家大半年的天然氣需求，故可燃冰被視為「后石油時代」的重要替代能源。＋164Nm3

天然氣1m3

水合物0.8m3水炙手可熱的“冰”第19頁/共44頁炙手可熱的“冰”污染?。?/p>

可燃冰由甲烷和水構(gòu)成，不含其它成分，無需凈化提煉或其它加工步驟。所以利用時產(chǎn)生的污染比石油以及煤等傳統(tǒng)能源小很多。煤炭加工可燃冰直接燃燒第20頁/共44頁炙手可熱的“冰”另外可燃冰還有便于儲存運(yùn)輸（與天然氣相比），再生迅速等優(yōu)點。難怪有人稱可燃冰是“上帝帶給人類的禮物”，讓陷入能源危機(jī)的人類重新看到了希望。那如何開采這炙手可熱的“冰”？第21頁/共44頁可燃冰的開采方法方案一是熱解法

難處

利用“可燃冰”在加溫時分解的特性，使其由固態(tài)分解出甲烷蒸汽。不好收集。海底的多孔介質(zhì)不是集中為“一片”，也不是一大塊巖石，而是較為均勻地遍布著。如何布設(shè)管道并高效收集是急于解決的問題難處第22頁/共44頁方案二是降壓法

可燃冰的開采方法將核廢料埋入地底，利用核輻射效應(yīng)使其分解但它們都面臨著和熱解法同樣布設(shè)管道并高效收集的問題。難處第23頁/共44頁方案三是置換法較前兩種方法可行性更高可燃冰的開采方法使CO2液化將CO2注射入海底的甲烷水合物儲層，因CO2較之甲烷易于形成水合物，因而就可能將甲烷水合物中的甲烷分子“擠走”，從而將其置換出來但是開采可燃冰真的毫無危險性嗎？第24頁/共44頁面臨的環(huán)境問題1．可能導(dǎo)致大量溫室氣體排放污染環(huán)境。由于甲烷是絕大多數(shù)可燃冰中的主要成分，同時也是一種反應(yīng)快速、影響明顯的溫室氣體?？扇急屑淄榈目偭看笾率谴髿庵屑淄閿?shù)量的3000倍。作為短期溫室氣體，甲烷比二氧化碳所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)要大得多?？扇急浅２环€(wěn)定，在常溫和常壓環(huán)境下極易分解。這些冰球一旦從海底升到海面就會砰然而逝．導(dǎo)致甲烷氣的大量散失。而這種氣體進(jìn)入大氣，無疑會增加溫室效應(yīng)，進(jìn)而使地球升溫更快。第25頁/共44頁

2．特殊的存在條件極有可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。由于可燃冰經(jīng)常作為沉積物的膠結(jié)物存在．它的形成和分解能夠影響沉積物的強(qiáng)度，進(jìn)而誘發(fā)海底滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。日益增多的研究成果表明．由自然或人為因素所引起的溫壓變化。均可使水合物分解．造成海底滑坡、生物滅亡和氣候變暖等環(huán)境災(zāi)害。美國地質(zhì)調(diào)查所的調(diào)查表明，可燃冰能導(dǎo)致大陸斜坡上發(fā)生滑坡，這對各種海底設(shè)施是一種極大的威脅。由此可見，可燃冰作為未來新能源的同時也是一種危險的能源。第26頁/共44頁3．目前技術(shù)條件下開采成本過于高昂。目前可燃冰的開采方法主要熱激化法、減壓法和注入劑法。從各國進(jìn)行的試驗性開采看，這些方法要么技術(shù)復(fù)雜成本高昂．要么推廣價值不大．不適合大規(guī)模作業(yè)。第27頁/共44頁帶刺的玫瑰天使

還是魔鬼既然可燃冰有著這么多的優(yōu)點，我們是不是可以毫無顧忌地開發(fā)它呢？它真的是“上帝帶給人類的禮物”嗎？還是一個誘惑人類打開的潘多拉魔盒？第28頁/共44頁帶刺的玫瑰儲量大帶來的問題：溫室效應(yīng)是當(dāng)今一個全球性的難題。我們都知道最主要的溫室氣體是二氧化碳。然而甲烷是一種強(qiáng)效的溫室氣體。澳大利亞的科學(xué)家曾做過一個看似滑稽的比較：澳洲畜牧業(yè)與火力發(fā)電，誰對全球暖化的影響更大？第29頁/共44頁帶刺的玫瑰VS澳洲的養(yǎng)牛業(yè)、畜牧業(yè)、牛、羊，目前每年約排放三百萬噸甲烷。澳大利亞的火力發(fā)電廠約排放一億八千萬噸二氧化碳。牛羊在消化過程中會產(chǎn)生甲烷。它們咀嚼反芻的食物，而第二個胃里的細(xì)菌會分解植物的纖維素，釋放其中的能量，該過程即所謂的厭氧程序，在無氧狀態(tài)下進(jìn)行，而所產(chǎn)生的甲烷大多經(jīng)由打嗝釋放。第30頁/共44頁帶刺的玫瑰在大氣層中釋放一噸甲烷對溫室效應(yīng)的加劇等于釋放七十二噸的二氧化碳。很容易看出澳洲畜牧業(yè)對全球暖化的影響完爆火力發(fā)電廠?？扇急屑淄榈目偭看笾率谴髿庵屑淄閿?shù)量的3000倍?？扇急鶎囟群蛪毫苊舾校陂_采和輸送過程中稍有不慎，就會使甲烷氣體逸散到大氣中從而加速溫室效應(yīng)，后果不堪設(shè)想！第31頁/共44頁帶刺的玫瑰開采過程中天然氣水合物的分解還會產(chǎn)生大量的水，釋放巖層孔隙空間，使天然氣水合物賦存區(qū)地層的固結(jié)性變差，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)變。海洋天然氣水合物的分解則可能導(dǎo)致海底滑塌事件。進(jìn)入海水中的甲烷量如果特別大，則還可能造成海水汽化和海嘯，甚至?xí)a(chǎn)生海水動蕩和氣流負(fù)壓卷吸作用，嚴(yán)重危害海面作業(yè)甚至海域航空作業(yè)。第32頁/共44頁帶刺的玫瑰進(jìn)入海水中的甲烷會影響海洋生態(tài)。甲烷進(jìn)入海水中后會發(fā)生較快的微生物氧化作用，影響海水的化學(xué)性質(zhì)。甲烷氣體如果大量排入海水中，其氧化作用會消耗海水中大量的氧氣，使海洋形成缺氧環(huán)境，從而對海洋微生物的生長發(fā)育帶來危害。第33頁/共44頁帶刺的玫瑰高昂的開采成本：2000年開始，可燃冰的研究與勘探進(jìn)入高峰期，世界上至少有30多個國家和地區(qū)參與其中。其中以美國的計劃最為完善，美國每年用于可燃冰研究的財政撥款達(dá)上千萬美元。但是，直到現(xiàn)在世界上還沒有任何一個國家能對可燃冰進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)開采。從各國進(jìn)行的試驗性開采看，這些方法要么技術(shù)復(fù)雜成本高昂，要么推廣價值不大，不適合大規(guī)模作業(yè)。有那閑錢還不如開發(fā)太陽能和風(fēng)能呢！第34頁/共44頁帶刺的玫瑰雖然可燃冰的開采并不如想象中那么順利，但是相信隨著科技的發(fā)展，終有一天我們一定可以安全地開采可燃冰礦藏！第35頁/共44頁在能源資源日益枯竭的今天，能源問題經(jīng)常在各國的爭端之中暗流涌動?？扇急陌l(fā)現(xiàn)讓人們覺得它也許是解決能源問題的一把鑰匙。因此，各個國家很早圍繞可燃冰展開了激烈的角逐。未來之路第36頁/共44頁1965年，前蘇聯(lián)在西伯利亞發(fā)現(xiàn)了可燃冰礦藏，并于1969年投入開發(fā)；日本開始關(guān)注可燃冰是在1992年；美國于1998年把可燃冰作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略能源列入國家級長遠(yuǎn)計劃；迄今為止，全球至少有30多個國家和地區(qū)在進(jìn)行可燃冰的研究與調(diào)查勘探。

第37頁/共44頁未來之路作為世界上最大的發(fā)展中的海洋大國，中國能源短缺十分突出。急需開發(fā)新能源以滿足中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。因此，加強(qiáng)可燃冰開發(fā)是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要措施，也是開發(fā)中國二十一世紀(jì)新能源、改善能源結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)綜合國力及國際競爭力、保證經(jīng)濟(jì)安全的重要途徑。第38頁/共44頁我國南海天然氣水合物的儲量為700億噸油當(dāng)量，相當(dāng)于目前陸上石油、天然氣資源量總數(shù)的1/2。南海北部坡陸可燃冰儲量約185億噸油當(dāng)量，相當(dāng)于已探明南海油氣地質(zhì)儲備的6倍，而東沙群島以東的九龍甲烷礁，目前為世界上最大的冷泉湓溢區(qū)。

陸地方面，我國凍土面積為215萬平方公里，天然氣水合物形成及儲存前景廣闊。青藏高原可燃冰遠(yuǎn)景儲量為350億噸油當(dāng)量，祁連山地區(qū)儲量占陸地總儲量的1/4。未來之路第39頁/共44頁未來之路時間中國可燃冰開發(fā)歷程主要研究成績1999年南海首次發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物存在標(biāo)志。2002年勘測南海儲量相當(dāng)于7