可燃冰的研究与开发

可燃冰的研究与开发

气体运移so2可燃冰（ch4h2o）也称为烷水合物和天然气水合物，主要成分为甲烷和水分子。可燃冰具有很强的浓缩(吸附)气体的能力,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。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。可燃冰是近20年来在海洋和冻土带发现的新型洁净优质能源,已引起了各国政府和能源专家的广泛关注。1可燃冰的探索1.1海底可燃冰资源可燃冰是一种冰状白色固态晶体,水分子一般通过氢键合成多面体笼,笼中包含有客体的天然气分子。这种具有笼形构造的气体水合物通常在一种特定的高压低温条件下形成并稳定存在。一个单位体积的可燃冰分解后,可以产生164个单位体积的天然气和0.8个单位体积的水。海底可燃冰分布的范围约4×107km2,占海洋总面积的10%,海底可燃冰的储量够人类使用1000年。目前世界各大洋中已发现的可然冰总资源碳热量为2.0亿亿m3以上,国际科技界公认的全球可燃冰资源量,相当于全世界已知煤、石油、天然气含碳量总和的2倍以上。仅我国,已初步探明的海域至少有7×1010t可燃冰资源,相当于陆上石油、天然气资源总量的一半。1.2表面活性剂的制备经专家分析,可燃冰的形成与海底石油、天然气的形成过程相仿。在至少为600~800m深的海床上,大量细菌吞食动植物等有机物残留遗体时会分泌释放出甲烷气,深海下往往水温较低,且压力较高,这样就导致许多被释放出的甲烷气被包进水分子中,与周围沙土混杂物等混掺“冻”在一起,形成一种“混凝土”似的甲烷冰冻水合物。因此,可燃冰的形成必须具备以下三个条件:一是0℃至10℃的低温;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。1.3岩石层和天然气水合物层的差异记录法截至2002年底,世界上已直接或间接发现天然气水合物共116处(其中海洋就有85处),直接水合物样品23处。目前勘察可燃冰最好的两种方法是地震波法和速声波法。地震波法是最简单且常用的方法,首先将地震波在岩石层和天然气水合物层的差异记录在滤波器中,然后对其进行检测、判断。用这种方法勘测速度最快,而且可以水、陆通行。在我国南海的西沙海槽地区,这种方法勘探了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。速声波法是利用声波在天然气水合物、海水和岩石层之间的传播速度不同,而且前者明显最快,接着再利用物理及化学法,并根据扩散原理,判定浓度最大的区域对应的一定是矿藏的中心位置,通过测量多个点,进而便可给出矿藏的图示。1.4开锚、打钻、分离可燃冰的开采可分为减压开采、注化学药剂开采、CO2置换开采等,国际上对如何开采可燃冰尚没有可靠的方法,基本上处于研究、试验阶段。目前对可燃冰的试采中,一般要先开凿一口1200m深的钻井,直通到可燃冰层,然后注入温水,让可燃冰溶于温水中,抽回地面进行分离。具体实施可以利用双重结构管道,在含水合物层打钻,在内侧管道注入高压温水,从外侧管道收回水合物,使其转化为甲烷气体。这一开采方法被认为是目前最有效的方法,但是这项工作也仍处在初级探索阶段。2可燃冰研究2.1海底天然气水合物开发历程迄今,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年投入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;2008~2011年,韩国将完成对周边海域进一步勘探工作;2012~2014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。2.2天然气水合物勘探开发技术研究取得进展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,史斗等人将当时国外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。3开发新能源需要突破技术难题天然气水合物是一种溢散气体,因此开采时最易泄漏,如果控制不住,极易造成“井喷”。大量可燃冰排出后会造成强烈的温室效应,破坏海洋的稳定平衡,加剧气候变暖,并对海洋本身也有极大的危害,甚至造成大陆架边缘的动荡,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。因此,对这种新能源的开发利用重要的是要突