可燃冰概述

能源材料概述报告姓名赵腾飞学号S20100800时间2012625新型清洁能源材料可燃冰前言可燃冰CH4H2O学名天然气水合物也叫甲烷水合物，主要成分是甲烷与水分子，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是一种白色或浅灰色结晶。充填甲烷的可燃冰L立方米可产出气164立方米和水08立方米，可燃冰具有很强的浓缩吸附气体的能力，是煤层、黑色页岩能量密度的10倍，是常规天然气能量密度的25倍，LM3可燃冰相当于164M3的天然气燃烧释放的热量。可燃冰的燃烧值高，清洁无污染，燃烧后几乎不产生任何废弃物，SO2产生量比燃烧原油或煤低两个数量级。据国际地质勘探组织最新的估算，当前地球深海中“可燃冰”的蕴藏量足以超过2841021M3，是常规气体能源储存量的1000倍，且在这些“可燃冰”层下还可能蕴藏着11351020M3的气体，足够人类使用1000年。可燃冰主要分布在北半球的东、西太平洋和大西洋西部边缘水深3004000M海底处及其下约650M沉积层内，以及大洋水深100250M以下的极地海陆架和高纬度陆地永久冻土区。近20年来在煤炭、石油、天然气等传统能源储量有限并且价格趋势逐渐走高的情况下，已引起了各国政府和能源专家的广泛关注。可燃冰的成因目前广泛认为可燃冰的形成必须同时具备三个条件一是温度不能太高，在零度以上可以生成，0至10为宜；二是压力要保持在10MPA高压或水深300M以上；三是地底要有气源。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。我国可燃冰的分布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，其资源量分别约为64971012M3，3381012M3，1251012M3和281012M3。其中，南海北部陆坡（水深550600M）的可燃冰资源量达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，达到我国陆上石油总量的50，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”喷溢区。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41亿M3。而且，在我国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，证实中国台湾省西南面积约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T油当量，并且已在南海北部神狐海域和青海省祁连山永久冻土带取得了可燃冰实物样品。可燃冰的开采方法可燃冰开采方案主要有三种。第一种方案是热解法。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。但人类要开采埋藏于深海的可燃冰，尚面临着许多新问题。有学者认为，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1020倍。而可燃冰矿藏哪怕受到最小的破坏，都足以导致甲烷气体的大量泄漏。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。由此可见，可燃冰在作为未来新能源的同时，也是一种危险的能源。可燃冰前景虽然可观，但开采难度很大。可燃冰的开发利用就像一柄“双刃剑”，需要小心对待。一方面是可燃冰要么位于浩瀚的大洋底部，要么位于高寒险远的冻土带上，开发的难度非常大。另一方面，可燃冰自身的一些物理属性，也使得可燃冰的开采困难重重。国外可燃冰的研究开发现状迄今，世界上至少有30多个国家和地区进行可燃冰的研究与调查勘探。美国、日本、印度等国近年来纷纷制订天然气水合物研究开发战略和国家研究开发项目计划。美国于1981年投人800万美元制订了天然气水合物10年研究计划；1998年又把天然气水合物作为国家发展的战略能源列入长远计划，每年投入2000万美元，准备在2015年试开采。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年进行试验性采掘工作，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。目前，美国、俄罗斯、荷兰、加拿大、日本等国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陆陆缘区，同时，俄、美、加等国通过地震勘探工作，已查明在北极地区有大量正在形成的天然气水合物。据日本经济产业省专家小组会议2008年8月18日在东京发表的一份文件所说，日本政府将在一个叫作NANKAI海槽的深海沟中进行冰冻甲烷的试验性生产。韩国已成功完成可燃冰开发10年计划第一阶段任务，确认韩国周边海域海底可燃冰矿藏，并对储藏量进行初步估计；20082011年，韩国将完成对周边海域进一步勘探工作；20122014年，对周边海域发现的可燃冰矿藏储量进行最终确认，研发可燃冰商业生产相关技术。我国可燃冰的研究开发现状1990年中国科学院与莫斯科大学冻土专业学者合作开展室内可燃冰合成试验。1992年，史斗等人将当时有关天然气水合物研究的资料进行整理精选，翻译出版了中国第一部关于天然气水合物研究的中文资料国外天然气水合物研究进展。1998年，中国完成了“中国海域气体水合物勘测研究调研”课题，首次对中国海域的天然气水合物成矿条件及找矿远景做了总结。据专家分析，青藏高原的羌塘盆地和东海、南海、黄海的大陆坡及其深海，都可能存在体积巨大的可燃冰。2002年，国家批准设立了水合物专项“我国海域天然气水合物资源勘测与评价”。“十一五”期间，“863”计划海洋技术领域设立了“天然气水合物勘探开发关键技术”重大项目。国家科学技术部制订的国家重点基础研究发展计划“973”计划“十一五”发展纲要中，大规模新能源天然气水合物的探索研究被列为能源领域重点研究方向。2007年6月，我国南海北部可燃冰钻探顺利结束，科学家共在3个工作站位成功获得高纯度的可燃冰样品。2008年10月，我国首艘自主研制的可燃冰综合调查船“海洋6”号在武昌造船厂下水。可燃冰的发展前景可燃冰是一种逸散气体，因此，开采时最易泄露，如果控制不住，极易造成“井喷”。大量可燃冰排除后会造成强烈的温室效应，可燃冰中的甲烷温室效应为二氧化碳的13倍，全球海底可燃冰中的甲烷总量为地球大气中甲烷总量的3000倍。若不慎让海底甲烷气逃逸到大气中，将产生无法想象的后果一方面加剧全球气候变暖，另一方面对海洋本身也有极大地危害，可能造成大陆架边缘的动荡，甚至导致灾难性海啸，同时也会危及海底油气管线、水下电缆等设施。在5500万年前，有过一次海底可燃冰大量释放过程，结果全球急剧变热，海底生物大灭绝；百慕大三角之所以成为“死亡三角区”，有一种解释就是那里有大量可燃冰的释放。因此，对这种新能的开发利用