新能源(天然气水合物)

1、天然气水合物天然气水合物 未来洁净的新能源未来洁净的新能源冰冰可以可以燃烧吗燃烧吗 ?偶然的偶然的发现发现3030年代，年代，为了为了输送天然气，输送天然气，铺设了输气管铺设了输气管道道一些输气管道一些输气管道经常奇怪的被经常奇怪的被冰块堵塞冰块堵塞- 可燃冰可燃冰 !对这些冰块结构和成份分析后发现，对这些冰块结构和成份分析后发现，这这是天然是天然气气和水的和水的结合物结合物，可以，可以燃烧燃烧 !? 1927 1927年在克里米亚大地震期间，黑海海面燃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

2、化氢在水中的含量太少，不场火灾，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。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天然气水合物。- 可燃冰可燃冰 !何为何为“天然气水合物天然气水合物” ” ？ 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（子在高压（100100大气压或大气压或10MPa10MPa）和低温（）和低温（0 01010）条件下合成的一种固态结晶物质。因天然气中）条件下合成的一种固态结晶物质。因天然气中80%80%90%90%的成分是甲烷，故

3、也有人叫天然气水合的成分是甲烷，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，故也体，外貌类似冰雪，可以象酒精块一样被点燃，故也有人叫它有人叫它“可燃冰可燃冰”。化化学学成份成份(CH4H2O) 高度压缩的固态天然气高度压缩的固态天然气外表上看它像冰霜外表上看它像冰霜甲烷甲烷占占80 - 99.91 m3水合物0.8 m3水164 m3天然气形成原因形成原因海洋生物和微生物死海洋生物和微生物死后后，尸尸沉海底沉海底海底水海底水温较温较低，低，压压力大，力大， 经过细菌分解成经过细菌分解成

4、为甲烷、乙烷等可燃气体为甲烷、乙烷等可燃气体进入海底的沉积岩，与水结合成可燃冰进入海底的沉积岩，与水结合成可燃冰。形成的基本形成的基本条件条件首先温度不能太高首先温度不能太高（海底的温度是海底的温度是2 2至至4 4，适合甲烷水合物的形成，高于适合甲烷水合物的形成，高于2020就分解就分解）；第二压力要足够大，但不需太大（第二压力要足够大，但不需太大（0 0时，时，3030个大气压以上就可生成）；个大气压以上就可生成）；第三，地底要有气源。第三，地底要有气源。 最有可能形成甲烷水合物的区域是：最有可能形成甲烷水合物的区域是：（1 1）高纬度的冻土层）高纬度的冻土层 如美国的阿拉斯加、俄罗斯的西

5、伯利亚都已有发如美国的阿拉斯加、俄罗斯的西伯利亚都已有发现，而且俄国已开采近现，而且俄国已开采近2020年。年。（2 2）海底大陆架斜坡）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。高原的冻土带也有储藏。 估计全世界甲烷水合物的储量达估计全世界甲烷水合物的储量达1.871.8710101717mm3 3（按甲烷计），是目前煤、石油和天然气储量的二倍，（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其

6、中，海底的甲烷水合物储量占9999。天然气水合物未来的替代能源估计全球储量：估计全球储量：海域：海域：16101610千亿吨千亿吨( (数百年数百年) )；冻土地区：冻土地区： 5.35.3千亿吨千亿吨。我国天然气水合物成藏远景区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。分海域。据推测，我国南海资源量可达据推测，我国南海资源量可达700700亿吨。亿吨。天然气水合物开发的利与弊天然气水合物开发的利与弊 惊人惊人

7、容量容量！世界上可燃冰的世界上可燃冰的总资源量相当于全总资源量相当于全球已知球已知煤、石油和天然煤、石油和天然气气的的2倍。倍。可可满足人类满足人类 1000 年的需求。年的需求。作作为为燃料的好燃料的好处处藏量大，足夠藏量大，足夠应应付付将来将来的需要的需要甲烷甲烷占占 80 -99.9可直接可直接点点燃，不燃，不产产生任生任何何残渣残渣不不会产会产生硫磺氧化物生硫磺氧化物- 廿一廿一世纪世纪的理想燃料的理想燃料 ? “ “谁掌握天然气水合物的开采技术，谁就可以执谁掌握天然气水合物的开采技术，谁就可以执2121世纪世界能源之牛耳世纪世界能源之牛耳” ” 天然气水合物作为天然气水合物作为212

8、1世纪的替代能源是世界能源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，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。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

9、合物。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，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，关注的焦点集中在学家的关注，关注的焦点集中在地质灾害地质灾害和对和对气气候候的影响。的影响。 地质灾害地质灾害 海底滑坡海底滑坡 海底滑坡通常认为是由地震、火山喷发、风暴波和海底滑坡通常认为是由地震、火山喷发、风暴

10、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，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，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天然气水合物的分解会使海底岩石强度降低海底岩石强度降低；另一方面；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

11、是孔隙水）增加和岩石的内摩擦力降中孔隙流体（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低，在地震波、风暴波或人为扰动下孔隙流体压力急剧孔隙流体压力急剧增加增加，岩石强度降低，以至于在海底天然气水合物稳定，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。流。 如果在开采过中向海洋排放大量甲烷气体将会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：生下列化学反应： CHCH4 4 +

12、2O + 2O2 2 = CO = CO2 2 +2H +2H2 2OO CaCO CaCO3 3 + CO + CO2 2 + H + H2 2O = Ca(HCOO = Ca(HCO3 3) )2 2 这些化学反应会使海水中这些化学反应会使海水中OO2 2 含量降低，一些含量降低，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面会使海水中的COCO2 2含量增加，造成生物礁退化，含量增加，造成生物礁退化，海洋生态平衡遭到破坏。海洋生态平衡遭到破坏。 海洋生态环境的破坏海洋生态环境的破坏 地质灾害：地质灾害： （1 1）自二十世纪）

13、自二十世纪7070年代起在世界各大洋中发现数处由天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。震和海啸。 （2 2）水合物分解引起的地质灾害还会导致海底生态环境）水合物分解引起的地质灾害

14、还会导致海底生态环境恶化而殃及海洋生物。恶化而殃及海洋生物。 （3 3）在里海和巴拿马北部近海还发现水合物分解产生的）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。海底泥火山。 （4 4）全球冻土层退化（如我国的青藏高原冻土层），存）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。在天然气水合物大量释放的危险。 （5 5）在高纬度永冻土带及极地地区，油井、油气管道等）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。害。 气候气候 CH CH4 4的温室效应

15、比的温室效应比C0C02 2要大要大2121倍。在自然界，压力倍。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。大气中释放甲烷气体。 据测算，甲烷的全球变暖的潜能在据测算，甲烷的全球变暖的潜能在2020年的期间内年的期间内是二氧化碳的是二氧化碳的5656倍。倍。 在开采天然气水合物过程中，如果向大气中排放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，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，这会极地温度、海水温度和地层温度也

16、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。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，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，这样海平面的下降又引起对海底压力的下降，这

17、样就引起了天然气水合物的离散和甲烷释放，增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。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这样，天然气水合物可能是稳定全球温度的一个重要因子。个重要因子。 如果大量开发天然气水合物，人为破坏这种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？自然调节的平衡，后果将怎样呢？ 埋藏浅埋藏浅 在深海，存于海底以下在深海，存于海底以下01500米的沉积层中，且米的沉积层中，且多数赋存于自表层向下厚数百米（多数赋存于自表层向下厚数百米（500800米）；在加米）；在加拿

18、大西北拿大西北Mackenzie三角洲永冻土带，存于三角洲永冻土带，存于810.11102.3米处，含天然气水合物地层厚米处，含天然气水合物地层厚111米。米。 规模大规模大 一般厚十厘米至数百米，分布面积数万到数十万平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数百万亿立方米 。能量密度高能量密度高洁净洁净 开采开采方法方法 热热解法解法加加热热，使其分解出甲烷蒸，使其分解出甲烷蒸气气难于难于收集甲烷收集甲烷气气降降压压法法将将核核废废料埋入地底，利用核料埋入地底，利用核辐辐射使其分

19、解射使其分解难难於收集甲烷於收集甲烷气气置置换换法法将将液化液化 CO2 注入深海注入深海后后，沉入海底，沉入海底因因 CO2 较较甲烷易甲烷易于于形成水合物形成水合物甲烷水合物中的甲烷分子被排出甲烷水合物中的甲烷分子被排出作作为为燃料的燃料的坏处坏处以以固体形态埋藏在海底固体形态埋藏在海底，开采开采成本高成本高(相相对现时开采石油对现时开采石油、煤等、煤等)甲烷含量相甲烷含量相当于空气当于空气中含量的中含量的3000倍以上倍以上开采开采的技的技术术未成熟，甲烷未成熟，甲烷气气易流失易流失加剧溫室效应加剧溫室效应，引致地球溫度上升加速，引致地球溫度上升加速开采时开采时可能出現大量的甲烷可能出現

20、大量的甲烷气体泄漏气体泄漏导致海啸及影响船只导致海啸及影响船只安全等安全等过分开采影响海底沉积物的强度过分开采影响海底沉积物的强度引发海底出现引发海底出现“山泥倾泻山泥倾泻”引起引起陆地陆地地上的地上的结构不稳结构不稳能源危能源危机机新希望新希望 开采开采方法都不是十分有效方法都不是十分有效天然天然气气水合物具有分布水合物具有分布广广、規模大、規模大、储储量大量大及及洁净洁净 若能突破若能突破现有开发技术现有开发技术的的瓶颈瓶颈将将成成为为二十一二十一世纪世纪最重要的能源最重要的能源资源资源之一之一 发现（作为地下资源）发现（作为地下资源）: : 1 1、19601960年前苏联麦索亚哈气田；

21、年前苏联麦索亚哈气田；2 2、美国阿拉斯加北部冻土；、美国阿拉斯加北部冻土；3 3、至今世界已发现、至今世界已发现6060多处；多处；主要国家、组织、投入、工作区主要国家、组织、投入、工作区: :1 1、ODPODP、DSDPDSDP鄂霍茨克海、墨西哥海、大西洋、太平洋北美沿鄂霍茨克海、墨西哥海、大西洋、太平洋北美沿岸、南海海槽等岸、南海海槽等1414处；处；ODP164次航次钻探。国外研究现状国外研究现状2 2、2020世纪九十年代，美国地调所和能源部世纪九十年代，美国地调所和能源部研究中心研究中心, ,全美海全美海洋水合物研究计划（阿拉斯加、北卡罗滨岸）；洋水合物研究计划（阿拉斯加、北卡罗滨岸）；3 3、19941994年，俄罗斯年，俄罗斯勘察加半岛、千岛群岛；勘察加半岛、千岛群岛；4 4、19951995年，印度年，印度5 5年计划，年计划，56005600万美元；万美元；5 5、19951995年，日本年，日本发展促进会发展促进会, ,5 5年勘探专项计划，年勘探专项计划，1.51.5亿美元亿美元,1999,1999年日本南海海槽，计划年日本南海海槽，计划20002000年试开采