新能源(天然气水合物).ppt

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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燃烧吗可以燃烧吗?偶然的发现偶然的发现3030年年代代，为为了了输输送送天天然然气气，铺铺设设了了输输气气管管道道一一些些输输气气管管道道经经常常奇奇怪怪的的被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，这这是天然气和水的是天然气和水的结合物结合物，可以燃烧，可以燃烧!?1927年年在在克克里里米米亚亚大大地地震震期期间间，黑黑海海海海面面燃燃起起一一场场熊熊熊熊大大火火。起起初初人人们们以以为为是是硫硫化化氢氢酿酿成成了了这这场场火火灾灾，后后来来认认定定，硫硫化化氢氢在在

2、水水中中的的含含量量太太少少，不不具备那么强的爆炸力。具备那么强的爆炸力。引引起起这这场场火火灾灾的的，原原来来是是一一种种叫叫做做水水化化甲甲烷烷的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”？天天然然气气水水合合物物，也也称称气气体体水水合合物物，是是由由天天然然气气与与水水分分子子在在高高压压（100大大气气压压或或10MPa）和和低低温温（010）条条件件下下合合成成的的一一种种固固态态结结晶晶物物质质。因因天天然然气气中中80%90%的的成成分分是是甲甲烷烷，故故也也有有人人叫叫天天然然气气水水合合物物为为甲甲烷烷水水合合物物。天天然然气气水水合合

3、物物多多呈呈白白色色或或浅浅灰灰色色晶晶体体，外外貌貌类类似似冰冰雪雪，可可以以象象酒酒精精块块一一样样被被点点燃燃，故故也也有有人人叫它叫它“可燃冰可燃冰”。化学成份化学成份(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占甲烷占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后，尸沉海底海洋生物和微生物死后，尸沉海底海底水温较低，压力大，海底水温较低，压力大，经过细菌分解成经过细菌分解成为甲烷、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。

4、形成的基本条件形成的基本条件首首先先温温度度不不能能太太高高（海海底底的的温温度度是是2至至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20就分解就分解）；第第二二压压力力要要足足够够大大，但但不不需需太太大大（0时时，30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）高纬度的冻土层）高纬度的冻土层 如如美美国国的的阿阿拉拉斯斯加加、俄俄罗罗斯斯的的西西伯伯利利亚亚都都已已有有发发现，而且俄国已开采近现，而且俄国已开采近20年。年。（2）海底大陆架斜坡）海底大陆架斜坡

5、如如美美国国和和日日本本的的近近海海海海域域，加加勒勒比比海海沿沿岸岸及及我我国国南南海海和和东东海海海海底底均均有有储储藏藏，估估计计我我国国黄黄海海海海域域和和青青藏藏高原的冻土带也有储藏。高原的冻土带也有储藏。估估计计全全世世界界甲甲烷烷水水合合物物的的储储量量达达1.871017m3（按按甲甲烷烷计计），是是目目前前煤煤、石石油油和和天天然然气气储储量量的的二二倍倍，其中，海底的甲烷水合物储量占其中，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：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：5.3 5.3千亿吨。千亿吨

6、。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 根根据据前前期期勘勘探探和和历历史史勘勘探探资资料料初初步步分分析析，我我国国天天然然气气水水合合物物成成藏藏远远景景区区：南南海海海海区区、青青藏藏高高原原冻冻土土区区、东东海海部部分海域。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 惊人惊人容量！容量！世世界界上上可可燃燃冰冰的的总总资资源源量量相相当当于于全全球球已已知知煤、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。作为燃料的好处作为燃料的好处

7、藏量大，足夠应付将来的需要藏量大，足夠应付将来的需要甲烷甲烷占占 80-99.9可直接点燃，不产生任可直接点燃，不产生任何残渣何残渣不会产生硫磺氧化物不会产生硫磺氧化物-廿一廿一世纪世纪的理想燃料的理想燃料?“谁谁掌掌握握天天然然气气水水合合物物的的开开采采技技术术，谁谁就就可可以以执执2121世纪世界能源之牛耳世纪世界能源之牛耳”天天然然气气水水合合物物作作为为2121世世纪纪的的替替代代能能源源是是世世界界能能源源发发展展的的大大趋趋势势。这这不不仅仅具具有有经经济济意意义义，而而且且具具有有政政治治意意义义。美美国国伍伍兹兹霍霍尔尔海海洋洋研研究究所所的的一一名名科科学学家家认认为为，天

8、天然然气气水水合合物物的的开开发发利利用用可可能能改改变变世世界界能能源源结结构构和和对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。日日本本和和印印度度在在其其领领海海中中发发现现大大量量的的天天然然气气水水合合物物的的矿矿藏藏，具具有有重重大大的的地地缘缘政政治治意意义义。这这两两个个国国家家已已在在大张旗鼓地研究开发和利用天然气水合物。大张旗鼓地研究开发和利用天然气水合物。开开发发天天然然气气水水合合物物并并不不困困难难，在在西西伯伯利利亚亚气气田田中中开开采采甲甲烷烷表表明明，目目前前的的开开发发技技术术是是可可行行的的，但但是是从从天天然然气气水水合合物物中中开开

9、发发大大量量的的甲甲烷烷将将对对环环境境带带来来什什么么样样的的影影响响，已已引引起起很很多多国国家家的的政政府府和和科科学学家家的的关关注注，关关注注的的焦焦点点集集中中在在地地质质灾灾害害和和对对气气候候的影响。的影响。地质灾害地质灾害 海底滑坡海底滑坡 海海底底滑滑坡坡通通常常认认为为是是由由地地震震、火火山山喷喷发发、风风暴暴波波和和沉沉积积物物快快速速堆堆积积等等事事件件或或因因坡坡体体过过度度倾倾斜斜而而引引起起的的。然然而而，近近年年来来研研究究者者不不断断发发现现，因因海海底底天天然然气气水水合合物物分分解解而而导导致致斜斜坡坡稳稳定定性性降降低低是是海海底底滑滑坡坡产产生生的

10、的另另一一个个重重要要原原因因。天天然然气气水水合合物物以以固固态态胶胶结结物物形形式式赋赋存存于于岩岩石石孔孔隙隙中中，天天然然气气水水合合物物的的分分解解会会使使海海底底岩岩石石强强度度降降低低；另另一一方方面面因因天天然然气气水水合合物物分分解解而而释释放放岩岩石石的的孔孔隙隙空空间间，会会使使岩岩石石中中孔孔隙隙流流体体（主主要要是是孔孔隙隙水水）增增加加和和岩岩石石的的内内摩摩擦擦力力降降低低，在在地地震震波波、风风暴暴波波或或人人为为扰扰动动下下孔孔隙隙流流体体压压力力急急剧剧增增加加，岩岩石石强强度度降降低低，以以至至于于在在海海底底天天然然气气水水合合物物稳稳定定带带内内的的岩

11、岩层层中中形形成成统统一一的的破破裂裂面面而而引引起起海海底底滑滑坡坡或或泥泥石石流。流。如如果果在在开开采采过过中中向向海海洋洋排排放放大大量量甲甲烷烷气气体体将将会会破破坏坏海海洋洋中中的的生生态态平平衡衡。在在海海水水中中甲甲烷烷气气体体常常常常发发生下列化学反应：生下列化学反应：CH4+2O2=CO2+2H2O CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 这这些些化化学学反反应应会会使使海海水水中中O2 含含量量降降低低，一一些些喜喜氧氧生生物物群群落落会会萎萎缩缩，甚甚至至出出现现物物种种灭灭绝绝；另另一一方方面面会会使使海海水水中中的的CO2含含量量增增加加，造造成成生生物物礁

12、礁退退化化，海海洋生态平衡遭到破坏。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）自自二二十十世世纪纪7070年年代代起起在在世世界界各各大大洋洋中中发发现现数数处处由由天天然然气气水水合合物物分分解解造造成成的的海海底底地地质质灾灾害害（海海底底滑滑塌塌、滑滑坡坡和和浊浊流流）。目目前前较较为为一一致致的的认认识识是是，这这些些海海底底地地质质灾灾害害可可能能是是由由海海平平面面升升降降、地地震震和和海海啸啸导导致致的的水水合合物物分分解解而而引引起起的的，而而水水合合物物分分解解产产生生的的滑滑塌塌、滑滑坡坡和和浊浊流流则则可可能能进进一一步步引引

13、发发新新的的地地震和海啸。震和海啸。（2 2）水水合合物物分分解解引引起起的的地地质质灾灾害害还还会会导导致致海海底底生生态态环环境境恶化而殃及海洋生物。恶化而殃及海洋生物。（3 3）在在里里海海和和巴巴拿拿马马北北部部近近海海还还发发现现水水合合物物分分解解产产生生的的海底泥火山。海底泥火山。（4 4）全全球球冻冻土土层层退退化化（如如我我国国的的青青藏藏高高原原冻冻土土层层），存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）在在高高纬纬度度永永冻冻土土带带及及极极地地地地区区，油油井井、油油气气管管道道等等生生产产设设施施中中水水合合物物的的形形成成会会造造成成管

14、管路路堵堵塞塞，而而产产生生事事故故或或灾灾害。害。气候气候 CHCH4 4的的温温室室效效应应比比C0C02 2要要大大2121倍倍。在在自自然然界界，压压力力和和温温度度的的微微小小变变化化都都会会引引起起天天然然气气水水合合物物分分解解，并并向向大气中释放甲烷气体。大气中释放甲烷气体。据据测测算算，甲甲烷烷的的全全球球变变暖暖的的潜潜能能在在2020年年的的期期间间内内是二氧化碳的是二氧化碳的5656倍。倍。在在开开采采天天然然气气水水合合物物过过程程中中，如如果果向向大大气气中中排排放放大大量量甲甲烷烷气气体体，这这必必然然会会进进一一步步加加剧剧全全球球的的温温室室效效应应，极极地地

15、温温度度、海海水水温温度度和和地地层层温温度度也也将将随随之之升升高高，这这会会引引起起极极地地永永久久冻冻土土带带之之下下或或海海底底的的天天然然气气水水合合物物自自动动分分解解，大大气气的的温温室室效效应应会会进进一一步步加加剧剧。如如加加拿拿大大福福特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。很很多多科科学学家家认认为为，天天然然气气水水合合物物中中的的甲甲烷烷最最终终将将对对全全球球气气候候产产生生稳稳定定的的影影响响。在在冰冰期期开开始始时时，地地球球变变冷冷，冰冰盖盖扩扩大大而而引引起起海海平平面面下下降降，海海平平面面的的下下降降又又引

16、引起起对对海海底底压压力力的的下下降降，这这样样就就引引起起了了天天然然气气水水合合物物的的离离散散和和甲甲烷烷释释放放，增增加加大大气气的的温温室室效效应应，从从而而阻阻止止了了全全球球继继续续变变冷冷。这这样样，天天然然气水合物可能是稳定全球温度的一个重要因子。气水合物可能是稳定全球温度的一个重要因子。如如果果大大量量开开发发天天然然气气水水合合物物，人人为为破破坏坏这这种种自然调节的平衡，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（5

17、00800米）；在加米）；在加拿大西北拿大西北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 热热解法解法加热，使其分解出甲烷蒸气加热，使其分解出甲烷蒸气难于收集甲烷气难于收集甲烷气降压法降压法将将核废料埋入地底，利用核辐射使

18、其分解核废料埋入地底，利用核辐射使其分解难於收集甲烷气难於收集甲烷气置换法置换法将将液化液化 CO2 注入深海后，沉入海底注入深海后，沉入海底因因 CO2 较较甲烷易于形成水合物甲烷易于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为燃料的坏处作为燃料的坏处以固体形态埋藏在海底，开采成本高以固体形态埋藏在海底，开采成本高(相对现时开采石油、煤等相对现时开采石油、煤等)甲烷含量相当于空气中含量的甲烷含量相当于空气中含量的3000倍以上倍以上开采的技术未成熟，甲烷气易流失开采的技术未成熟，甲烷气易流失加剧溫室效应，引致地球溫度上升加速加剧溫室效应，引致地球溫度上升加速开采时开

19、采时可能出現大量的甲烷气体泄漏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”引起陆地地上的结构不稳引起陆地地上的结构不稳能源危机新希望能源危机新希望 开采开采方法都不是十分有效方法都不是十分有效天然气水合物具有分布广、規模大、储量大天然气水合物具有分布广、規模大、储量大及洁净及洁净 若能突破现有开发技术的瓶颈若能突破现有开发技术的瓶颈将将成为二十一世纪最重要的能源资源之一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）发现（作为地下资源）:1 1、196019

20、60年前苏联麦索亚哈气田；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鄂鄂霍霍茨茨克克海海、墨墨西西哥哥海海、大大西西洋洋、太太平平洋洋北北美美沿沿岸、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

21、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55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年试开采年试开采;6 6、19961996年，挪威年，挪威挪威海槽北部；挪威海槽北部；7 7、19981998年，美、日、加联合年，美、日、加联合冻土；冻土；8 8、19991999年，德国年，德国取

22、得海底出露样品。取得海底出露样品。国内研究现状国内研究现状 1 1、2020世纪世纪8080年代初，开始研究，建议研究区：南年代初，开始研究，建议研究区：南海海区和青藏高原羌塘盆地；海海区和青藏高原羌塘盆地；2 2、19971997年中国地质科学院矿床研究所完成了年中国地质科学院矿床研究所完成了“西西太平洋气体水合物找矿前景与方法的调研太平洋气体水合物找矿前景与方法的调研”课题课题863863计划海洋探查与资源开发技术（计划海洋探查与资源开发技术（820820）主题；）主题；3 3、19991999年年1010月，广州海洋地质调查局实施了月，广州海洋地质调查局实施了“南南海北部西沙海槽气体水合

23、物前期调查海北部西沙海槽气体水合物前期调查”项目，三条地项目，三条地震剖面（震剖面（130130海里）海里）BSRBSR。4 4、20002000年中国地质调查局批准了年中国地质调查局批准了“天然气水合天然气水合物取样技术方案研究物取样技术方案研究”的课题的课题中国地质大学（武中国地质大学（武汉）；汉）；5 5、20002000年国土资源部对天然气水合物的保压取年国土资源部对天然气水合物的保压取样器立项研究样器立项研究中国地质科学院勘探技术研究所；中国地质科学院勘探技术研究所；6 6、20012001年国家准备启动专项基金，年国家准备启动专项基金，3 3千万元人千万元人民币。民币。预计预计在在20202020年进行开采。年进行开采。