第三章 新能源(天然气水合物).ppt

天然气水合物未来洁净的新能源,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的被冰块堵塞,-可燃冰,对这些冰块结构和成份分析后发现，这是天然气和水的结合物，可以燃烧,,,,,1927年在克里米亚大地震期间，黑海海面燃起一场熊熊大火。起初人们以为是硫化氢酿成了这场火灾，后来认定，硫化氢在水中的含量太少，不具备那么强的爆炸力。引起这场火灾的，原来是一种叫做水化甲烷的天然气水合物。,-可燃冰,何为“天然气水合物”,天然气水合物，也称气体水合物，是由天然气与水分子在高压（100大气压或10MPa）和低温（0～10℃）条件下合成的一种固态结晶物质。因天然气中80～90的成分是甲烷，故也有人叫天然气水合物为甲烷水合物。天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体，外貌类似冰雪，可以象酒精块一样被点燃，故也有人叫它“可燃冰”。,化学成份,CH4H2O高度压缩的固态天然气外表上看它像冰霜甲烷占80％-99.9％,,,,＋,1m3水合物,0.8m3水,164m3天然气,,形成原因,海洋生物和微生物死后，尸沉海底海底水温较低，压力大，经过细菌分解成为甲烷、乙烷等可燃气体进入海底的沉积岩，与水结合成可燃冰。,形成的基本条件,首先温度不能太高（海底的温度是2℃至4℃，适合甲烷水合物的形成，高于20℃就分解）；第二压力要足够大，但不需太大（0℃时，30个大气压以上就可生成）；第三，地底要有气源。,最有可能形成甲烷水合物的区域是（1）高纬度的冻土层如美国的阿拉斯加、俄罗斯的西伯利亚都已有发现，而且俄国已开采近20年。（2）海底大陆架斜坡如美国和日本的近海海域，加勒比海沿岸及我国南海和东海海底均有储藏，估计我国黄海海域和青藏高原的冻土带也有储藏。估计全世界甲烷水合物的储量达1.871017m3（按甲烷计），是目前煤、石油和天然气储量的二倍，其中，海底的甲烷水合物储量占99％。,,天然气水合物未来的替代能源,★估计全球储量海域1610千亿吨数百年；冻土地区5.3千亿吨。,我国天然气水合物成藏远景区,根据前期勘探和历史勘探资料初步分析，我国天然气水合物成藏远景区南海海区、青藏高原冻土区、东海部分海域。,据推测，我国南海资源量可达700亿吨。,天然气水合物开发的利与弊,惊人容量,世界上可燃冰的总资源量相当于全球已知煤、石油和天然气的2倍。可满足人类1000年的需求。,作为燃料的好处,藏量大，足夠应付将来的需要甲烷占80％-99.9％可直接点燃，不产生任何残渣不会产生硫磺氧化物,-廿一世纪的理想燃料,“谁掌握天然气水合物的开采技术，谁就可以执21世纪世界能源之牛耳”天然气水合物作为21世纪的替代能源是世界能源发展的大趋势。这不仅具有经济意义，而且具有政治意义。美国伍兹霍尔海洋研究所的一名科学家认为，天然气水合物的开发利用可能改变世界能源结构和对中东石油的重要性产生极大的影响。日本和印度在其领海中发现大量的天然气水合物的矿藏，具有重大的地缘政治意义。这两个国家已在大张旗鼓地研究开发和利用天然气水合物。,开发天然气水合物并不困难，在西伯利亚气田中开采甲烷表明，目前的开发技术是可行的，但是从天然气水合物中开发大量的甲烷将对环境带来什么样的影响，已引起很多国家的政府和科学家的关注，关注的焦点集中在地质灾害和对气候的影响。,地质灾害,海底滑坡,海底滑坡通常认为是由地震、火山喷发、风暴波和沉积物快速堆积等事件或因坡体过度倾斜而引起的。然而，近年来研究者不断发现，因海底天然气水合物分解而导致斜坡稳定性降低是海底滑坡产生的另一个重要原因。天然气水合物以固态胶结物形式赋存于岩石孔隙中，天然气水合物的分解会使海底岩石强度降低；另一方面因天然气水合物分解而释放岩石的孔隙空间，会使岩石中孔隙流体（主要是孔隙水）增加和岩石的内摩擦力降低，在地震波、风暴波或人为扰动下孔隙流体压力急剧增加，岩石强度降低，以至于在海底天然气水合物稳定带内的岩层中形成统一的破裂面而引起海底滑坡或泥石流。,如果在开采过中向海洋排放大量甲烷气体将会破坏海洋中的生态平衡。在海水中甲烷气体常常发生下列化学反应CH42O2CO22H2OCaCO3CO2H2OCaHCO32这些化学反应会使海水中O2含量降低，一些喜氧生物群落会萎缩，甚至出现物种灭绝；另一方面会使海水中的CO2含量增加，造成生物礁退化，海洋生态平衡遭到破坏。,海洋生态环境的破坏,地质灾害（1）自二十世纪70年代起在世界各大洋中发现数处由天然气水合物分解造成的海底地质灾害（海底滑塌、滑坡和浊流）。目前较为一致的认识是，这些海底地质灾害可能是由海平面升降、地震和海啸导致的水合物分解而引起的，而水合物分解产生的滑塌、滑坡和浊流则可能进一步引发新的地震和海啸。（2）水合物分解引起的地质灾害还会导致海底生态环境恶化而殃及海洋生物。（3）在里海和巴拿马北部近海还发现水合物分解产生的海底泥火山。（4）全球冻土层退化（如我国的青藏高原冻土层），存在天然气水合物大量释放的危险。（5）在高纬度永冻土带及极地地区，油井、油气管道等生产设施中水合物的形成会造成管路堵塞，而产生事故或灾害。,气候,CH4的温室效应比C02要大21倍。在自然界，压力和温度的微小变化都会引起天然气水合物分解，并向大气中释放甲烷气体。据测算，甲烷的全球变暖的潜能在20年的期间内是二氧化碳的56倍。在开采天然气水合物过程中，如果向大气中排放大量甲烷气体，这必然会进一步加剧全球的温室效应，极地温度、海水温度和地层温度也将随之升高，这会引起极地永久冻土带之下或海底的天然气水合物自动分解，大气的温室效应会进一步加剧。如加拿大福特斯洛普天然气水合物层正在融化就是一个例证。,很多科学家认为，天然气水合物中的甲烷最终将对全球气候产生稳定的影响。在冰期开始时，地球变冷，冰盖扩大而引起海平面下降，海平面的下降又引起对海底压力的下降，这样就引起了天然气水合物的离散和甲烷释放，增加大气的温室效应，从而阻止了全球继续变冷。这样，天然气水合物可能是稳定全球温度的一个重要因子。,如果大量开发天然气水合物，人为破坏这种自然调节的平衡，后果将怎样呢,埋藏浅在深海，存于海底以下0～1500米的沉积层中，且多数赋存于自表层向下厚数百米（500～800米）；在加拿大西北Mackenzie三角洲永冻土带，存于810.1～1102.3米处，含天然气水合物地层厚111米。规模大一般厚十厘米至数百米，分布面积数万到数十万平方公里，单个海域水合物中天然气的资源量可达数万至数百万亿立方米。能量密度高洁净,开采方法,热解法加热，使其分解出甲烷蒸气难于收集甲烷气降压法将核废料埋入地底，利用核辐射使其分解难於收集甲烷气,置换法将液化CO2注入深海后，沉入海底因CO2较甲烷易于形成水合物甲烷水合物中的甲烷分子被排出,作为燃料的坏处,以固体形态埋藏在海底，开采成本高相对现时开采石油、煤等,甲烷含量相当于空气中含量的3000倍以上开采的技术未成熟，甲烷气易流失加剧溫室效应，引致地球溫度上升加速,开采时可能出現大量的甲烷气体泄漏导致海啸及影响船只安全等,过分开采影响海底沉积物的强度引发海底出现“山泥倾泻”引起陆地地上的结构不稳,能源危机新希望,开采方法都不是十分有效天然气水合物具有分布广、規模大、储量大及洁净,若能突破现有开发技术的瓶颈将成为二十一世纪最重要的能源资源之一,发现（作为地下资源）1、1960年前苏联麦索亚哈气田；2、美国阿拉斯加北部冻土；3、至今世界已发现60多处；主要国家、组织、投入、工作区1、ODP、DSDP鄂霍茨克海、墨西哥海、大西洋、太平洋北美沿岸、南海海槽等14处；,ODP164次航次钻探。,国外研究现状,2、20世纪九十年代，美国地调所和能源部研究中心,全美海洋水合物研究计划（阿拉斯加、北卡罗滨岸）；3、1994年，俄罗斯勘察加半岛、千岛群岛；4、1995年，印度5年计划，5600万美元；5、1995年，日本发展促进会,5年勘探专项计划，1.5亿美元,1999年日本南海海槽，计划2000年试开采;6、1996年，挪威挪威海槽北部；7、1998年，美、日、加联合冻土；8、1999年，德国取得海底出露样品。,国内研究现状,1、20世纪80年代初，开始研究，建议研究区南海海区和青藏高原羌塘盆地；2、1997年中国地质科学院矿床研究所完成了“西太平洋气体水合物找矿前景与方法的调研”课题863计划海洋探查与资源开发技术（820）主题；3、1999年10月，广州海洋地质调查局实施了“南海北部西沙海槽气体水合物前期调查”项目，三条地震剖面（130海里）BSR。,4、2000年中国地质调查局批准了“天然气水合物取样技术方案研究”的课题中国地质大学（武汉）；5、2000年国土资源部对天然气水合物的保压取样器立项研究中国地质科学院勘探技术研究所；6、2001年国家准备启动专项基金，3千万元人民币。,预计在2020年进行开采。,