物理高新技术-海洋技术-可燃冰.ppt

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1、可燃冰,冰可以燃烧吗?,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?,对这些冰块结构和成分分析后发现，这是天然气和水的结合物，可以燃烧。,可燃冰,可燃冰研究历史 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。,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

2、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。,中国可燃冰分布情况 南海北部坡陆(水深550600m)可燃冰储量约185亿t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。其中东沙群岛以东，海底坡陆430万平方公里的天然气水合物“冷泉”巨型碳酸盐岩喷溢区九龙甲烷礁，目前为世界最大“冷泉

3、”喷溢区。西沙海槽圈定的可燃冰区域分布面积为5242平方公里，储量约41亿m。东海冲绳海槽附近、东海盆地、南沙海槽已发现可燃冰存在的证据；东沙群岛西南部、黄海的大陆架及其深海可能存在可燃冰，目前正在研究中。中国冻土区总面积215万平方公里，天然气水合物形成及储存前景广阔。2009年专家估计，青藏高原可燃冰远景储量350亿。其中青藏高原五道梁多年冻土区(海拔4700m)远景储量可供应90年。青海省祁连山南缘天俊县木里地区(海拔4062m)储量占陆域总储量的14。东北黑龙江省漠河盆地，西藏风火山、乌丽地区，青藏高原羌塘盆地等都在进一步探测研究。,中国可燃冰开发历程中国着手天然气水合物勘察研究较发达

4、国家晚了近20年，目前仍有57年的技术差距。表1 中国可燃冰开发历程 时间 主要研究成绩1999年 南海首次发现了天然气水合物存在标志。2002年 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。2004年 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”。2005年 成功研制可燃冰开采模拟系统。2006年 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。2007年 开发了新型可燃冰组合抑制剂，加速了开采研究进度；可燃冰钻探取 心项目启动；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

5、钻获可燃冰样品。2008年 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。2009年 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。,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。,

6、可燃冰的定义,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。由于可燃冰中以甲烷(大于80)为主，故也称甲烷水合物。充填甲烷的可燃冰1立方米可产出气164立方米和水08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。,百慕大三角现象疑与海底可燃冰有关,“多年来流传甚广的百慕大三角现象，很有可能是海底储存的大量可燃冰在捣鬼。”中科院院士戴金星在接受采访时如此推测。“百慕大三角”亦称“魔鬼三角区”或“丧命地狱”。相传，在这里航行的船只或飞机常常神秘失踪，事后不要说查明

7、原因，就是连船只和飞机的残骸碎片也找不到。对于传言。有科学家提出“可燃冰融化”的猜想，戴院士也是此猜想的支持者之一。他说：“可燃冰是一种埋藏在深海下面的燃料，是甲烷和水在高压和低温的条件下所形成的一种固态物质。可燃冰在压力减小、温度升高的条件下。就有可能融化成甲烷。它升到海面上会形成大量的气泡，从而产生巨浪。同时，海水的密度也会降低到0.5或者0.6，行船经过这种地方自然会沉下去。另外，大量甲烷涌出，会在海面上空形成空气对流，使氧气缺乏，从而使飞机坠毁。”,“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010为宜，最高限是20左右，温度再高“可燃冰”就会分解。第二，压力

8、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1100。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。,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

9、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，就形成水合物。,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。,方案三是“置换法”。研究证

10、实使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。,可燃冰年复一年地积累，形成延伸数千至数万里的矿床。据初步估算，已探明的储量比煤炭、石油和天然气加起来的储量还要大，可满足人类1 000年的需求。可燃冰的能量密度非常高，每立方米可燃冰能释放出160180立方米的天然气。天然气水合物的主要成分是甲烷，所以燃烧后不产生任何残渣和废气。由于储量丰富，能量密度高，且环保无污染，因此可

11、燃冰被许多国家看作是未来理想的战略性替代能源。,但是，面对如此巨量的清洁能源，不少科学家却认为，这很可能是上帝给人类设下的一个“陷阱”。因为可燃冰的开发利用难度极大，不仅要求技术高，而且要方案完备，否则人类很可能搬起石头砸自己的脚，掉进大自然的圈套之中。,开采可燃冰主要面临着以下三个难题：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会砰然而逝

12、导致甲烷气的大量散失。而这种气体进入大气，无疑会增加温室效应，进而使地球升温更快。,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发生滑坡，这对各种海底设施是一种极大的威胁。由此可见，可燃冰作为未来新能源的同时也是一种危险的能源。,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

13、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。上述三个方面的难题已经成为人类大规模开发利用可燃冰的巨大障碍。不过，随着技术进步和科学发展，相信这些问题都能得到很好解决。,可燃冰应用前景(1)可燃冰能缓解能源危机中国从1993年开始变为原油进口国，预计2020年原油进口将达2亿吨，因此开发可燃冰追在眉睫。目前已有30多个国家和地区正在勘测和试开采，预计2015年以后部分地区可能实现大规模的商业开采。中国可燃冰储量巨大，尽早实现其储量勘察及商业开采对于缓解能源危机具有重要意义。,(2)开采成本高 巨大经济社会效益和严重的资源短缺激发人们对可燃冰的强烈征服渴望，但开采输送设备投入资金是巨大的，目前中国南海开采费用达200美元/m，折合成天然气1美元/m，而天然气本身开采只有1元/m，因此计划由政府、企业及科研单位联合开发。专家建议先到青藏高原冻土区试验开采，青海省木里地区可燃冰开采技术难度及成本会较低。专家提醒，青藏高原开采需要考虑其对周围环境影响。,The end,