可燃冰的利用

可燃冰的利用第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日什么是可燃冰天然氣水合物（NaturalGasHydrate，簡稱GasHydrate）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”或者“固體瓦斯”和“氣冰”。它是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、PH值等）下由水和天然氣在中高壓和低溫條件下混合時組成的類冰的、非化學計量的、籠形結(jié)晶化合物（碳的電負性較大，在高壓下能吸引與之相近的氫原子形成氫鍵，構(gòu)成籠狀結(jié)構(gòu)）。它可用mCH4·nH2O來表示，m代表水合物中的氣體分子，n為水合指數(shù)（也就是水分子數(shù)）。組成天然氣的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成單種或多種天然氣水合物。形成天然氣水合物的主要氣體為甲烷，對甲烷分子含量超過99%的天然氣水合物通常稱為甲烷水合物（MethaneHydrate）。

第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日可燃冰的成因可燃冰是天然氣分子（烷類）被包進水分子中，在海底低溫與壓力下結(jié)晶形成的。形成可燃冰有三個基本條件：溫度、壓力和原材料。首先，可燃冰可在0℃以上生成，但超過20℃便會分解。而海底溫度一般保持在2~4℃左右；其次，可燃冰在0℃時，只需30個大氣壓即可生成，而以海洋的深度，30個大氣壓很容易保證，并且氣壓越大，水合物就越不容易分解。最后，海底的有機物沉淀，其中豐富的碳經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化，可產(chǎn)生充足的氣源。海底的地層是多孔介質(zhì)，在溫度、壓力、氣源三者都具備的條件下，可燃冰晶體就會在介質(zhì)的空隙間中生成。第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日海底寶貝來之不易

可燃冰是天然氣和水結(jié)合在一起的固體化合物，外形與冰相似。由于含有大量甲烷等可燃氣體，因此極易燃燒。同等條件下，可燃冰燃燒產(chǎn)生的能量比煤、石油、天然氣要多出數(shù)十倍，而且燃燒后不產(chǎn)生任何殘渣和廢氣，避免了最讓人們頭疼的污染問題。科學家們?nèi)绔@至寶，把可燃冰稱作“屬于未來的能源”?？扇急@種寶貝可是來之不易，它的誕生至少要滿足三個條件：第一是溫度不能太高，如果溫度高于20℃，它就會“煙消云散”，所以，海底的溫度最適合可燃冰的形成；第二是壓力要足夠大，海底越深壓力就越大，可燃冰也就越穩(wěn)定；第三是要有甲烷氣源，海底古生物尸體的沉積物，被細菌分解后會產(chǎn)生甲烷。所以，可燃冰在世界各大洋中均有分布。第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日甲烷在高壓低溫的極端條件下生成的水合物，大多數(shù)在海底。水分子通過氫鍵緊密締合成三維網(wǎng)狀體，能將海底沉積的古生物遺體所分解的甲烷等氣體分子納入網(wǎng)狀體中形成水合甲烷。這些水合甲烷就象一個個淡灰色的冰球，故稱可燃冰?；瘜W式為CH4·8H2O?？扇急慕Y(jié)構(gòu)可燃冰分子結(jié)構(gòu)示意圖第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日可燃冰燃燒方程式

CH4·8H2O+2O2=CO2+10H2O（反應(yīng)條件為“點燃”）第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日可燃冰的發(fā)現(xiàn)

早在1778年英國化學家普得斯特里就著手研究氣體生成的氣體水合物溫度和壓強。1934年，人們在油氣管道和加工設(shè)備中發(fā)現(xiàn)了冰狀固體堵塞現(xiàn)象，這些固體不是冰，就是人們現(xiàn)在說的可燃冰。1965年蘇聯(lián)科學家預(yù)言，天然氣的水合物可能存在海洋底部的地表層中，后來人們終于在北極的海底首次發(fā)現(xiàn)了大量的可燃冰。19世紀70年代，美國地質(zhì)工作者在海洋中鉆探時，發(fā)現(xiàn)了一種看上去像普通干冰的東西，當它從海底被撈上來后，那些“冰”很快就成為冒著氣泡的泥水，而那些氣泡卻意外地被點著了，這些氣泡就是甲烷。據(jù)研究測試，這些像干冰一樣的灰白色物質(zhì)，是由天然氣與水在高壓低溫條件下結(jié)晶形成的固態(tài)混合物。目前的科研考察結(jié)果表明，它僅存在于海底或陸地凍土帶內(nèi)。純凈的天然氣水合物外觀呈白色，形似冰雪，可以像固體酒精一樣直接點燃，因此，人們通俗而形象地稱其為“可燃冰”。第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日可燃冰的資源量

世界上絕大部分的天然氣水合物分布在海洋里，據(jù)估算，海洋里天然氣水合物的資源量是陸地上的100倍以上。據(jù)最保守的統(tǒng)計，全世界海底天然氣水合物中貯存的甲烷總量約為1.8億億立方米

(18000×10^12m3)，約合1.1萬億噸(11×10^12t)，如此數(shù)量巨大的能源是人類未來動力的希望，是21世紀具有良好前景的后續(xù)能源?？扇急晃鞣綄W者稱為“21世紀能源”或“未來新能源”。迄今為止，在世界各地的海洋及大陸地層中，已探明的“可燃冰”儲量已相當于全球傳統(tǒng)化石能源(煤、石油、天然氣、油頁巖等)儲量的兩倍以上，其中海底可燃冰的儲量夠人類使用1000年。第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日可燃冰的缺點天然氣水合物在給人類帶來新的能源前景的同時，對人類生存環(huán)境也提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。天然氣水合物中的甲烷，其溫室效應(yīng)為CO2的20倍，溫室效應(yīng)造成的異常氣候和海面上升正威脅著人類的生存。全球海底天然氣水合物中的甲烷總量約為地球大氣中甲烷總量的3000倍，若有不慎，讓海底天然氣水合物中的甲烷氣逃逸到大氣中去，將產(chǎn)生無法想象的后果。而且固結(jié)在海底沉積物中的水合物，一旦條件變化使甲烷氣從水合物中釋出，還會改變沉積物的物理性質(zhì)，極大地降低海底沉積物的工程力學特性，使海底軟化，出現(xiàn)大規(guī)模的海底滑坡，毀壞海底工程設(shè)施，如：海底輸電或通訊電纜和海洋石油鉆井平臺等第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日可燃冰的分布天然氣水合物在自然界廣泛分布在大陸永久凍土、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及海洋和一些內(nèi)陸湖的深水環(huán)境。在標準狀況下，一單位體積的氣水合物分解最多可產(chǎn)生164單位體積的甲烷氣體，因而其是一種重要的潛在未來資源。天然氣水合物是20世紀科學考察中發(fā)現(xiàn)的一種新的礦產(chǎn)資源。它是水和天然氣在高壓和低溫條件下混合時產(chǎn)生的一種固態(tài)物質(zhì)，外貌極像冰雪或固體酒精，點火即可燃燒，有“可燃水”、“氣冰”、“固體瓦斯”之稱，被譽為21世紀具有商業(yè)開發(fā)前景的戰(zhàn)略資源，天然氣水合物是一種新型高效能源，其成分與人們平時所使用的天然氣成分相近，但更為純凈，開采時只需將固體的“天然氣水合物”升溫減壓就可釋放出大量的甲烷氣體。第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日可燃冰是清潔能源天然氣水合物使用方便，燃燒值高，清潔無污染。據(jù)了解，全球天然氣水合物的儲量是現(xiàn)有天然氣、石油儲量的兩倍，具有廣闊的開發(fā)前景，美國、日本等國均已經(jīng)在各自海域發(fā)現(xiàn)并開采出天然氣水合物，據(jù)測算，中國南海天然氣水合物的資源量為700億噸油當量，約相當中國目前陸上石油、天然氣資源量總數(shù)的二分之一。第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日青島發(fā)現(xiàn)的可燃冰第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日青島凍土層開發(fā)可燃冰

第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日中國狀況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。中國的油氣資源供需差距很大，1993年中國已從油氣輸出國轉(zhuǎn)變?yōu)閮暨M口國，1999年進口石油4000多萬噸，2000年進口石油近7000萬噸，預(yù)計2010石油缺口可達2億噸。因此急需開發(fā)新能源以滿足中國經(jīng)濟的高速發(fā)展。海底天然氣水合物資源豐富，其上游的勘探開采技術(shù)可借鑒常規(guī)油氣，下游的天然氣運輸、使用等技術(shù)都很成熟。因此，加強天然氣水合物調(diào)查評價是貫徹實施黨中央、國務(wù)院確定的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要措施，也是開發(fā)中國二十一世紀新能源、改善能源結(jié)構(gòu)、增強綜合國力及國際競爭力、保證經(jīng)濟安全的重要途徑。第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日中國對海底天然氣水合物的研究與勘查已取得一定進展，在南海西沙海槽等海區(qū)已相繼發(fā)現(xiàn)存在天然氣水合物的地球物理標志BSR，這表明中國海域也分布有天然氣水合物資源，值得我們開展進一步的工作；同時青島海洋地質(zhì)研究所已建立有自主知識產(chǎn)權(quán)的天然氣水合物實驗室并成功點燃天然氣水合物。2005年4月14日，中國在北京舉行中國地質(zhì)博物館收藏中國首次發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物碳酸鹽巖標本儀式。宣布中國首次發(fā)現(xiàn)世界上規(guī)模最大被作為“可燃冰”即天然氣水合物存在重要證據(jù)的“冷泉”碳酸鹽巖分布區(qū)，其面積約為430平方公里。第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日該分布區(qū)為中德雙方聯(lián)合在中國南海北部陸坡執(zhí)行“太陽號”科學考察船合作開展的南中國海天然氣水合物調(diào)查中首次發(fā)現(xiàn)。冷泉碳酸鹽巖的形成被認為與海底天然氣水合物系統(tǒng)和生活在冷泉噴口附近的化能生物群落的活動有關(guān)。此次科考期間，在南海北部陸坡東沙群島以東海域發(fā)現(xiàn)了大量的自生碳酸鹽巖，其水深范圍分別為550米～650米和750米～800米，海底電視觀察和電視抓斗取樣發(fā)現(xiàn)海底有大量的管狀、煙囪狀、面包圈狀、板狀和塊狀的自生碳酸鹽巖產(chǎn)出，它們或孤立地躺在海底上，或從沉積物里突兀地伸出來，來自噴口的雙殼類生物殼體呈斑狀散布其間，巨大碳酸鹽巖建造體在海底屹立，其特征與哥斯達黎加邊緣海和美國俄勒崗?fù)夂Ｋl(fā)現(xiàn)的“化學礁”類似，而規(guī)模卻更大.第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日“可燃冰”是由天然氣與水分子結(jié)合形成的外觀似冰的白色或淺灰色固態(tài)結(jié)晶物質(zhì)，因其成分的80%～99.9%為甲烷，這些碳酸鹽巖的形成和分布記錄了富含甲烷流體的類型、性質(zhì)、來源、強度變化及其與海底可能存在的水合物系統(tǒng)的關(guān)系等情況。中德科學家一致建議，借距工作區(qū)最近的中國香港九龍的名謂，將該自生碳酸鹽巖區(qū)中最典型的一個構(gòu)造體命名為“九龍甲烷礁”，其中“龍”字代表了中國，“九”代表了多個研究團體的合作。按照戰(zhàn)略規(guī)劃的安排，2006年—2020年是調(diào)查階段，2020年—2030年是開發(fā)試生產(chǎn)階段，2030年—2050年，中國可燃冰將進入商業(yè)生產(chǎn)階段。青藏高原發(fā)現(xiàn)新能源可燃冰至少350億噸油當量中國國土資源部總工程師張洪濤先生09年9月25日在北京介紹，中國地質(zhì)部門在青藏高原發(fā)現(xiàn)了一種名為可燃冰(又稱天然氣水合物)的環(huán)保新能源，預(yù)計十年左右能投入使用。第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日可燃冰的危害天然氣水合物在給人類帶來新的能源前景的同時，對人類生存環(huán)境也提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。天然氣水合物中的甲烷，其溫室效應(yīng)為CO2的20倍，溫室效應(yīng)造成的異常氣候和海面上升正威脅著人類的生存。全球海底天然氣水合物中的甲烷總量約為地球大氣中甲烷總量的3000倍，若有不慎，讓海底天然氣水合物中的甲烷氣逃逸到大氣中去，將產(chǎn)生無法想象的后果。而且固結(jié)在海底沉積物中的水合物，一旦條件變化使甲烷氣從水合物中釋出，還會改變沉積物的物理性質(zhì)，極大地降低海底沉積物的工程力學特性，使海底軟化，出現(xiàn)大規(guī)模的海底滑坡，毀壞海底工程設(shè)施，如：海底輸電或通訊電纜和海洋石油鉆井平臺等。第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日天然可燃冰呈固態(tài)，不會像石油開采那樣自噴流出。如果把它從海底一塊塊搬出，在從海底到海面的運送過程中，甲烷就會揮發(fā)殆盡，同時還會給大氣造成巨大危害。為了獲取這種清潔能源，世界許多國家都在研究天然可燃冰的開采方法?？茖W家們認為，一旦開采技術(shù)獲得突破性進展，那么可燃冰立刻會成為21世紀的主要能源。第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日可燃冰的重要性可燃冰是天然氣和水結(jié)合在一起的固體化合物，外形晶瑩剔透，與冰相似。由于含有大量甲烷等可燃氣體，所以燃點很低，極易燃燒。同等條件下，可燃冰燃燒產(chǎn)生的能量比煤、石油、天然氣要多出數(shù)十倍，而且燃燒后不產(chǎn)生任何殘渣和廢氣，避免了最讓人們頭疼的污染問題。科學家們?nèi)绔@至寶，把可燃冰稱作“屬于未來的能源”?？扇急@種寶貝，是一種干凈清潔的新能源，可是來之不易，它的誕生至少要滿足三個條件：第一是溫度不能太高，如果溫度高于20℃，它就會“煙消云散”，所以，海底的溫度最適合可燃冰的形成；第二是壓力要足夠大，海底越深壓力就越大，可燃冰也就越穩(wěn)定；第三是要有甲烷氣源，海底古生物尸體的沉積物，被細菌分解后會產(chǎn)生甲烷。所以，可燃冰在世界各大洋中均有分布。第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日可燃冰未來規(guī)劃作為未來重要的新型能源礦藏——“可燃冰”將首次納入到能源規(guī)劃之中。2011年3月15日，可燃冰已經(jīng)納入“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃，加快加強勘探和科學研究，以便為未來開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。無論是國土資源部，還是國家能源局，對可燃冰的態(tài)度都日漸明確。作為一種新型能源，可燃冰納入“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃更多的是側(cè)重于勘探和科學研究。國土資源部總工程師張洪濤曾向記者介紹，天然氣水合物又稱“可燃冰”，是由水和天然氣在高壓、低溫條件下混合而成的一種固態(tài)物質(zhì)，外貌極像冰雪或固體酒精，遇火即可燃燒，具有使用方便、燃燒值高、清潔無污染等特點，是公認的尚未開發(fā)的最大新型能源。[2]第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日在2011年全國“兩會”期間，國家能源局副局長錢智民向媒體透露，天然氣水合物將在能源發(fā)展規(guī)劃中得到體現(xiàn)。而中國礦產(chǎn)資源權(quán)威人士也明確表示，在“十二五”能源規(guī)劃中，可燃冰作為一種新型資源將被納入其中。數(shù)據(jù)顯示，“十一五”期間，全國油氣勘探投入2750多億元，平均每年550億元，較“十五”期間翻番；同期頁巖氣、砂巖氣、天然氣水合物等非常規(guī)油氣資源勘查速度進一步加快，而“十二五”期間，相關(guān)工作將更上一層樓。中國在南海、青藏高原凍土帶先后發(fā)現(xiàn)可燃冰，其中中國作為第三大凍土大國，具備良好的天然氣水合物賦存條件和資源前景。據(jù)科學家粗略估算，遠景資源量至少有350億噸油當量。第二十五頁，共二十八頁，202