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海洋地球化学-可燃冰--天然气水合物PPT课件
2020/3/23
11
开采过程中天然气水合物的分解还会产生大量的 水，释放岩层孔隙空间，使天然气水合物赋存区地层 的固结性变差，引发地质灾变。海洋天然气水合物的 分解则可能导致海底滑塌事件。进入海水中的甲烷量 如果特别大，则还可能造成海水汽化和海啸，甚至会 产生海水动荡和气流负压卷吸作用，严重危害海面作 业甚至海域航空作业。
2020/3/23
9
可燃冰开采方案主要有三种。 第一是热解法。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。
一方面，可燃冰有着其他传统 能源无可比拟的开发优势，而另 一方面，可燃冰的利用难度极大， 不仅要求技术高，而且要方案完 备。
可见，“可燃冰”带给人 类的不仅是新的希望，同样 也有新的困难，只有合理的、 科学的开发和利用，“可燃 冰”才会真正的为人类造福。
可燃冰存在于海底或陆地冻土带内，具有非常高的使用 价值，1m3可燃冰等于164m3 的常规天然气藏,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
2020/3/23
可燃冰的利用
青岛发现的可燃冰
青岛冻土层开发可燃冰
中国状况
• 作为世界上最大的发展中的海洋大国，中国能源 短缺十分突出。中国的油气资源供需差距很大， 1993 年中国已从油气输出国转变为净进口国， 1999 年进口石油 4000 多万吨， 2000 年进口石 油近 7000 万吨，预计 2010 石油缺口可达 2 亿 吨。因此急需开发新能源以满足中国经济的高速 发展。海底天然气水合物资源丰富，其上游的勘 探开采技术可借鉴常规油气，下游的天然气运输、 使用等技术都很成熟。因此，加强天然气水合物 调查评价是贯彻实施党中央、国务院确定的可持 续发展战略的重要措施，也是开发中国二十一世 纪新能源、改善能源结构、增强综合国力及国际 竞争力、保证经济安全的重要途径。
• 该分布区为中德双方联合在中国南海北部陆坡执 行“太阳号”科学考察船合作开展的南中国海天 然气水合物调查中首次发现。冷泉碳酸盐岩的形 成被认为与海底天然气水合物系统和生活在冷泉 喷口附近的化能生物群落的活动有关。此次科考 期间，在南海北部陆坡东沙群岛以东海域发现了 大量的自生碳酸盐岩，其水深范围分别为550 米～650米和750米～800米，海底电视观察和电 视抓斗取样发现海底有大量的管状、烟囱状、面 包圈状、板状和块状的自生碳酸盐岩产出，它们 或孤立地躺在海底上，或从沉积物里突兀地伸出 来，来自喷口的双壳类生物壳体呈斑状散布其间， 巨大碳酸盐岩建造体在海底屹立，”类似，而规模却更大.
可燃冰的缺点
• 天然气水合物在给人类带来新的能源前景的同时，对人类 生存环境也提出了严峻的挑战。天然气水合物中的甲烷， 其温室效应为 CO2 的 20 倍，温室效应造成的异常气候 和海面上升正威胁着人类的生存。全球海底天然气水合物 中的甲烷总量约为地球大气中甲烷总量的 3000 倍，若有 不慎，让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去， 将产生无法想象的后果。而且固结在海底沉积物中的水合 物，一旦条件变化使甲烷气从水合物中释出，还会改变沉 积物的物理性质，极大地降低海底沉积物的工程力学特性， 使海底软化，出现大规模的海底滑坡，毁坏海底工程设施， 如：海底输电或通讯电缆和海洋石油钻井平台等
可燃冰PPT课件
球开始掀起大规模研究、探测
和勘探天然气水合物藏的热潮。
•
至90年代中期，美、俄、
荷、德、加、日等诸多国家探
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
及陆缘区等。
•
目前，至少已有40多个国
家，针对可燃冰展开了国家级
的资源调查和研究工作，并已
调查发现可燃冰的矿点共有100
多处。
.
10
可燃冰概念
可燃冰顾名思义像冰一样的固体点火能燃 烧，是一种非常规能源。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，又叫天然气水合物或固体气。
现已证实分子结构式： CH4·8H2O
可燃冰燃烧方程式： .
11
性质
可燃冰是一种白色固体物质，外形像冰，有极强 的燃烧力。主要以甲烷(大于90％)为主，故也称 甲烷水合物。
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。
.
难处
23
可燃冰的开采方法
方案三是置换法
使CO2液化将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
较前两种方法可行性更高
• 1965年，前苏联首次在西西 伯利亚永久冻土带发现天然气 水合物矿藏。
• 至此，各国科学家相继开始了 对可燃冰的研究，一步一步解 开了其神秘的面纱。
.
4
可燃冰简介
• 天然气水合物，因其 外观象冰一样，而且 遇火即可燃烧，所以 又被称作“可燃冰”
• 它是在一定条件下由 水和天然气在高压和 低温条件下混合组成 的笼形结晶化合物。
6物理高新技术--海洋技术——可燃冰课件
“ 可燃冰” 的形成有三个基本条件
第一，温度不能太高，在零度以上可以生成 0℃~10℃为宜，最高限是20℃左右，温度再高 “可燃冰”就会分解。
第二，压力要够，但也不能太大，0℃时，30个大 气压以上它就可能生成。
正是由于需要同时具备高压和低温的环境，“可燃 冰”大多分布在深海底和冻土区域，这样才能保持稳 定的状态，而且，海洋中的“可燃冰”数量远大于冻 土区域，其分布的陆海比例为1∶100。科学家估计， “可燃冰”主要分布在海底之下1000米范围内，海底 “可燃冰”分布的范围约占海洋总面积的10%，分布 面积达4000万平方公里。
据一则新闻报道，日前，我国青藏高原再次获得可燃冰 实物样品。国土资源部日前召开新闻发布会称，我国在青海 省天峻县木里镇永久冻土带多次成功钻获天然气水合物(又 称“可燃冰”)实物样品。我国成为世界第一个在中低纬度 冻土区发现“可燃冰”的国家，是继加拿大、美国之后第三 个在陆域钻获“可燃冰”的国家。科学家初略估算，我国远 景可燃冰资源量至少有350亿吨油当量。
迄今，世界上至少有30多个国家和地区在进行可燃冰 的研究与调查勘探 。1960年，前苏联在西伯利亚发现了 第一个可燃冰藏，并于1969年投入开发，采气14年，总 采气50.17亿立方米。 美国于1 9 6 9 年开始实施可燃冰调查。1998年，把 可燃冰作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划，计 划到2015年进行商业性试开采。 日本开始关注可燃冰是在1992年，目前，已基本完成 周边海域的可燃冰调查与评价，钻探了7口探井，圈定了 12块矿集区，并成功取得可燃冰样本。
可燃冰开采方案主要有三种 方案一是热解法。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。
可燃冰ppt课件
降低储层压力或从而分解为天然气和水
降压法开采原理图
202233
2 可燃冰开采技术
降压法
Exploitation of Combustible Ice
最大的优点是不需要连续激发，且生产成本低
1.大面积开采时自身能量不能满足压降的需 要
2.对可燃冰矿藏性质有要求，适合于水合 物层下部有天然气层时
3.降压引起储层温度降低，因而在水合物储 层接近0℃及在 0℃以下时不能采用，否则 会使水结冰或二次形成水合物堵塞储层
2017年 • 中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功。 101031
2 可燃冰开采技术
Exploitation of Combustible Ice
“可燃冰”相平衡条件
“可燃冰”是在一定低温和高压的 条件下存在的。
通过改变温度或者压力数值，使表 示可燃冰的点越过分界线。平衡打 破后，“可燃冰”可分解为可自由 流动的气体和水
热流体从地面泵入水合物地层，进行电 磁加热和微波加热，促使温度上升。高 于地层温度的外界物质的注入，使储层 温度上升到水合物分解的温度，并持续 提供热量来维持水合物的分解
1156
2 可燃冰开采技术
热激发法
Exploitation of Combustible Ice
a.热水注入阶段 b.可燃冰分解阶段 c.开采阶段
2256
3 可燃冰开采案例 Case of combustible ice mining
日本——首个掌握海底可燃冰采掘技术的国家
2013年3月12日，日本成功地在 爱知县渥美半岛以南70公里、水 深1000米处海底开采出可燃冰并 提取出甲烷，成为世界上首个掌 握海底可燃冰采掘技术的国家。
2013年，日本尝试过开采海底可燃冰并提取了甲烷，但由于海底砂流入开采 井，试验仅6天就被迫中断。本次试验持续12天后也因出砂问题中断，未能 完成原计划连续三四周稳定生产的目标，12天产气量只有3.5万立方米。
降压法开采原理图
202233
2 可燃冰开采技术
降压法
Exploitation of Combustible Ice
最大的优点是不需要连续激发，且生产成本低
1.大面积开采时自身能量不能满足压降的需 要
2.对可燃冰矿藏性质有要求，适合于水合 物层下部有天然气层时
3.降压引起储层温度降低，因而在水合物储 层接近0℃及在 0℃以下时不能采用，否则 会使水结冰或二次形成水合物堵塞储层
2017年 • 中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功。 101031
2 可燃冰开采技术
Exploitation of Combustible Ice
“可燃冰”相平衡条件
“可燃冰”是在一定低温和高压的 条件下存在的。
通过改变温度或者压力数值，使表 示可燃冰的点越过分界线。平衡打 破后，“可燃冰”可分解为可自由 流动的气体和水
热流体从地面泵入水合物地层，进行电 磁加热和微波加热，促使温度上升。高 于地层温度的外界物质的注入，使储层 温度上升到水合物分解的温度，并持续 提供热量来维持水合物的分解
1156
2 可燃冰开采技术
热激发法
Exploitation of Combustible Ice
a.热水注入阶段 b.可燃冰分解阶段 c.开采阶段
2256
3 可燃冰开采案例 Case of combustible ice mining
日本——首个掌握海底可燃冰采掘技术的国家
2013年3月12日，日本成功地在 爱知县渥美半岛以南70公里、水 深1000米处海底开采出可燃冰并 提取出甲烷，成为世界上首个掌 握海底可燃冰采掘技术的国家。
2013年，日本尝试过开采海底可燃冰并提取了甲烷，但由于海底砂流入开采 井，试验仅6天就被迫中断。本次试验持续12天后也因出砂问题中断，未能 完成原计划连续三四周稳定生产的目标，12天产气量只有3.5万立方米。
可燃冰ppt讲解
气体分子：CH4, C2H4, C2H6, C3H8, Ne, Ar, Kr, Xe, N2, H2S, CO2,
晶体类型 I型 II型
H型
水分子数 晶穴种类 晶穴数 晶穴结构
46
小
2
512
大
6
51262
136
小
16
512
大
8
51264
小
3
512
34
中
2
435663
大
1
51268
1 m3 水合物
Chen-Guo模型
VDW模型
VDW模型
0.85
0.70
实验值
实验值
0.65 0.60
0.50
0.40
272
274
276
278
280
T ，K
0.45
0.25 46
Chen-Guo模型 VDW模型 气相实验值
56
66
z CO2 , mol%
Chen-Guo模型 VDW模型 水合物相实验值
76
86
CH4+CO2体系V-H相平衡计算值与 实验值比较
核能 ？！ 可再生能源
可燃冰-天然气 水合物有可能成 为未来的新能源
初步认为，地球上27%的陆地和90%的海域均具备天然气水合物生成 的条件
天然气水合物赋存于水深大于100-250米（两极地区）和大于400-650 米（赤道地区）的深海海底以下数百米至1000多米的沉积层内，这里 的压力和温度条件能使天然气水合物处于稳定的固态。
4. CO2置换过程强化方法研究 3.CO2置换动力学实验及模型研究 2.水合物存在条件下，CO2和CH4在溶液中溶解度 1. CO2+CH4+H2O体系V-H相平衡研究
晶体类型 I型 II型
H型
水分子数 晶穴种类 晶穴数 晶穴结构
46
小
2
512
大
6
51262
136
小
16
512
大
8
51264
小
3
512
34
中
2
435663
大
1
51268
1 m3 水合物
Chen-Guo模型
VDW模型
VDW模型
0.85
0.70
实验值
实验值
0.65 0.60
0.50
0.40
272
274
276
278
280
T ，K
0.45
0.25 46
Chen-Guo模型 VDW模型 气相实验值
56
66
z CO2 , mol%
Chen-Guo模型 VDW模型 水合物相实验值
76
86
CH4+CO2体系V-H相平衡计算值与 实验值比较
核能 ？！ 可再生能源
可燃冰-天然气 水合物有可能成 为未来的新能源
初步认为，地球上27%的陆地和90%的海域均具备天然气水合物生成 的条件
天然气水合物赋存于水深大于100-250米（两极地区）和大于400-650 米（赤道地区）的深海海底以下数百米至1000多米的沉积层内，这里 的压力和温度条件能使天然气水合物处于稳定的固态。
4. CO2置换过程强化方法研究 3.CO2置换动力学实验及模型研究 2.水合物存在条件下，CO2和CH4在溶液中溶解度 1. CO2+CH4+H2O体系V-H相平衡研究
可燃冰郑州大学化学系级李小军ppt课件
•
在2019年高考化学试卷上海卷中有一道题这样谈
到，“第28届国际地质大会提的资料显示，海底有
大量的天然气水合物，可满足人类1000年的能源需
求……〞
什么是天然气水合物呢？它真 有这样宏大的潜在才干吗？
• 中国科学院广州能源所专家樊栓狮通知记者，天然气 水合物是水和天然气〔主要成分为甲烷〕在中高压和 低温条件下混合时产生的晶体物质，外貌极似冰雪， 点火即可熄灭，故又称之为“可燃冰〞或者“气冰〞、 “固体瓦斯〞。它在自然界分布非常广泛，海底以下0 到1500米深的大陆架或北极等地的永久冻土带都有能 够存在，世界上有79个国家和地域都发现了天然气水 合物气藏。
陈多福引见说，美方每年都要深潜到这片天然气水合物典型分布区，来观测 它的变化，他们还放置了一个深水摄像头，年年观测那块出露的橙色“可燃冰〞。
在此次调查活动中，陈多福共采集了9个与“可燃冰〞有关的样品，并获得 了整个海底载人深潜活动下潜期间的摄影和海底调查记录等第一手资料。
陈多福说，我国目前还没有在本人海域采集到过天然“可燃冰〞的样品，他 希望在不久的未来能在我国的海底实地调查美丽的“可燃冰〞。
•
“可燃冰〞或者说甲烷水合物，就是作为一种科学探求的产
物，被科学家维纳德于1888年合成，此时的它没有多大的实践
意义。到了1930年，工程师在天然气保送管道里发现了这种奇
异的“冰块〞，堵塞住了天然气的保送，成为费事制造者。
随后，1934年美国科学家汉默施密特发表了关于天然气水合物呵斥输气管道堵塞的有 关数据，人们从负面认识到天然气水合物的工业重要性，开场深化对其进展研讨，以期 在工业条件下对天然气水合物进展预告和去除，以及水合物生成阻化剂的开发和运用—
学地球与大气科学系的约请，参与在美国墨西哥湾开展的海底天然气水合物调查， 这使他成为国内亲眼观测到自然环境下“可燃冰〞的第一人。
可燃冰的认识
天然可燃冰呈固态，不会像石油开采那样 可燃冰矿藏哪怕受到最小的破 自喷流出。如果把它从海底一块块搬出， 坏 ,都足以导致甲烷气体的大 在从海底到海面的运送过程中，甲烷就会 挥发殆尽，同时还会给大气造成巨大危害。 量泄漏。这种气体进入大气,
无疑增加温室效应。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。
可燃冰 的危险 度
在地球上大约有27%的陆地是可以形成 天然气水合物的潜在地区，而在世界大 洋水域中约有90%的面积也属这样的潜 在区域。已发现的天然气水合物主要存 在于北极地区的永久冻土区和世界范围 内的海底、陆坡、陆基及海沟中。
科学家的评价结果表明，仅在海底区 域，可燃冰的分布面积就达4000万平 方公里，占地球海洋总面积的 1/4。 我国钻获的可燃冰”分别取自海底 2011 年，世界上已发现的可燃冰分布 以下183~201 米、水深1245米和海 区多达 116处，其矿层之厚、规模之大， 底以下191~225米、水深1230米处。 是常规天然气田无法相比的
说起可 燃冰， 那么可 燃冰在 大家心 里是什 么样的 呢？
图片：冰
原来，可燃冰，是这样的
可燃冰虽然比冰丑陋，但是，它的
效用，是远远比冰还要大的
在标准状况下,一单位体积的可燃冰分 解最多可产生164单位体积的甲烷气体
可燃冰的能源储备丰富，元素 组成仅有 C,H ，两种元素，且比例
高达1 ：4，是一种不可多得的清洁
温度不能太高
①气候寒冷致使矿层温度 下降,加上地层的高压力, 使原来分散在地壳中的碳 ②由于海洋里大量的生物和微生 氢化合物和地壳中的水形 物死亡后留下的遗尸不断沉积到 成气—水结合的矿层。 海底,很快分解成有机气体甲烷、 乙烷等,这样,它们便钻进海底结 构疏松的沉积岩微孔,和水形成化 合物。
可燃冰ppt课件
Introduction to combustible ice
可燃冰在全球分布
可燃冰主要分布在全 世界的边缘海、深海 槽区和大洋盆地中， 约占海洋面积的10% ，此外还有高原冻土 带。
可燃冰分类
根据可燃冰的分布位 置，可以将可燃冰分 为陆上可燃冰气藏与 海洋可燃冰气藏两大 类。
图片来源：李代广.神秘的可燃冰[M]
2017年 • 中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功。 101031
2 可燃冰开采技术
Exploitation of Combustible Ice
“可燃冰”相平衡条件
“可燃冰”是在一定低温和高压的 条件下存在的。
通过改变温度或者压力数值，使表 示可燃冰的点越过分界线。平衡打 破后，“可燃冰”可分解为可自由 流动的气体和水
8,20
0 标题数字等都可以通过点
击和重新输入进行更改， 顶部“开始”面板中可以 对字体、字号、颜色、行介
Introduction to combustible ice
什么是可燃冰？
干冰，本水 合物，英文名为natural gas
新能源技术及应用 可燃冰
第一组 朱艳峰 贺禹 赖一铭 蒋雪峰
1
目录
1.可燃冰简介 2.可燃冰开采技术 3.可燃冰开采案例 4.可燃冰开发中存在的问题 5.人工合成可燃冰
12
研究背景 Research Backgrounds
能源危机
全球能源
环危境机污染
4,80 全球变0 暖
据2016年最新公布的数据显示，目前全球石油 储量为3184亿桶，还能供人类使用48.4年。
0738
1 可燃冰简介
Introduction to combustible ice
可燃冰课件幻灯片课件
• 至此，各国科学家相继开始了 对可燃冰的研究，一步一步解 开了其神秘的面纱。
可燃冰简介
• 天然气水合物，因其 外观象冰一样，而且 遇火即可燃烧，所以 又被称作“可燃冰”
• 它是在一定条件下由 水和天然气在高压和 低温条件下混合组成 的笼形结晶化合物。
可燃冰简介
• 可燃冰的构成可用
mCH（2m+2）·nH2O来
可燃冰简介
• 全球天然气水合物分布明显呈 现受地理格局控制的特点。主 要存在于世界范围内的沟盆体 系、陆坡体系、边缘海盆陆缘， 尤其是与泥火山、热水活动、 盐泥底辟及大型断裂构造有关 的深海盆地中；另外还包括扩 张盆地和北极地区的永久冻土 区，大西洋的85％、太平洋的 95％和印度洋的96％的地区中 也含有天然气水合物，并且主 要分布于海平面下200-600ｍ的 深度内
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
世界可燃冰分布图
炙手可热的“冰”
炙手可热的“冰”
• 储量大：
• 现已探明的天然气水合物中的碳量 11013吨相
当于已探明所有化石能源碳量总和的2倍。可满
足人类未来1,000年的能源需求。
1155%%
5%5%
53%
27%
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。
难处
可燃冰的开采方法
方案三是置换法
使CO2液化将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
较前两种方法可行性更高
面临的环境问题
• 1．可能导致大量温室气体排放污 染环境。由于甲烷是绝大多数可燃 冰中的主要成分，同时也是一种反 应快速、影响明显的温室气体。可 燃冰中甲烷的总量大致是大气中甲 烷数量的3000倍。作为短期温室 气体，甲烷比二氧化碳所产生的温 室效应要大得多。可燃冰非常不稳 定，在常温和常压环境下极易分解 。这些冰球一旦从海底升到海面就
可燃冰简介
• 天然气水合物，因其 外观象冰一样，而且 遇火即可燃烧，所以 又被称作“可燃冰”
• 它是在一定条件下由 水和天然气在高压和 低温条件下混合组成 的笼形结晶化合物。
可燃冰简介
• 可燃冰的构成可用
mCH（2m+2）·nH2O来
可燃冰简介
• 全球天然气水合物分布明显呈 现受地理格局控制的特点。主 要存在于世界范围内的沟盆体 系、陆坡体系、边缘海盆陆缘， 尤其是与泥火山、热水活动、 盐泥底辟及大型断裂构造有关 的深海盆地中；另外还包括扩 张盆地和北极地区的永久冻土 区，大西洋的85％、太平洋的 95％和印度洋的96％的地区中 也含有天然气水合物，并且主 要分布于海平面下200-600ｍ的 深度内
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
世界可燃冰分布图
炙手可热的“冰”
炙手可热的“冰”
• 储量大：
• 现已探明的天然气水合物中的碳量 11013吨相
当于已探明所有化石能源碳量总和的2倍。可满
足人类未来1,000年的能源需求。
1155%%
5%5%
53%
27%
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。
难处
可燃冰的开采方法
方案三是置换法
使CO2液化将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
较前两种方法可行性更高
面临的环境问题
• 1．可能导致大量温室气体排放污 染环境。由于甲烷是绝大多数可燃 冰中的主要成分，同时也是一种反 应快速、影响明显的温室气体。可 燃冰中甲烷的总量大致是大气中甲 烷数量的3000倍。作为短期温室 气体，甲烷比二氧化碳所产生的温 室效应要大得多。可燃冰非常不稳 定，在常温和常压环境下极易分解 。这些冰球一旦从海底升到海面就
新能源：可燃冰
可燃冰的构成
• 天然气水合物与天然气成分相似，且更为纯净，简单地说，它是天然气 天然气水合物与天然气成分相似，且更为纯净，简单地说， 被包进水分子中，在海底低温和很高压力下形成的一种冰状的固态晶体。 被包进水分子中，在海底低温和很高压力下形成的一种冰状的固态晶体。 • 在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下 在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等 值等） 由水和天然气, 中高压和低温条件下混合时组成的类冰的 下混合时组成的类冰的、 由水和天然气 , 在中高压和 低温条件下混合时组成的类冰的、 非化学计 量的、笼形结晶化合物（碳的电负性较大， 量的、笼形结晶化合物（碳的电负性较大，在高压下能吸引与之相近的 氢原子形成氢键，构成笼状结构） 它可用mCH4·nH2O来表示，m代表 来表示， 氢原子形成氢键，构成笼状结构）。它可用 来表示 水合物中的气体分子， 为水分子数。 水合物中的气体分子，n为水分子数。
可燃冰的形成条件
水合甲烷的物质大量沉积 低于20 低于20oC的温度 较大的压力
科学家的评价结果表明，仅仅在海底区域，可燃冰的分布面 科学家的评价结果表明，仅仅在海底区域， 的评价结果表明 积就达4000万平方公里，占地球海洋总面积的1 4000万平方公里 目前， 积就达4000万平方公里，占地球海洋总面积的1/4。目前，世界 上已发现的可燃冰分布区多达116 116处 其矿层之厚、规模之大， 上已发现的可燃冰分布区多达116处，其矿层之厚、规模之大， 是常规天然气田无法相比的。科学家估计， 是常规天然气田无法相比的 。 科学家估计 ， 海底可燃冰的储量 至少够人类使用1000年 ， 它将来有望替代煤、石油和天然气， 至少够人类使用1000年 它将来有望替代煤、 石油和天然气， 1000 成为“世纪的新能源” 成为“世纪的新能源”。
可燃冰及其利用
可燃冰及其利用一种特别的物质被科学家发现，它存在于300―500米海洋深处的沉积物中和寒冷的高纬度地区，其储量是煤炭、石油和天然气总和的两倍，1立方米的它可释放出相当于天然气164倍的能量。
在能源紧缺的现在发现它真可解燃眉之急。
可燃冰有望取代煤、石油和天然气，成为21世纪的新能源。
科学家估计，海底可燃冰分布的范围约占海洋总面积的10%，相当于4000万平方公里，是迄今为止海底最具价值的矿产资源，足够人类使用1000年。
但在繁复的可燃冰开采过程中，一旦出现任何差错，将引发严重的环境灾难，成为环保敌人—— 首先，收集海水中的气体是十分困难的，海底可燃冰属大面积分布，其分解出来的甲烷很难聚集在某一地区内收集，而且一离开海床便迅速分解，容易发生喷井意外。
更重要的是，甲烷的温室效应比二氧化碳厉害10至20倍，若处理不当发生意外，分解出来的甲烷气体由海水释放到大气层，将使全球温室效应问题更趋严重。
此外，海底开采还可能会破坏地壳稳定平衡，造成大陆架边缘动荡而引发海底塌方，甚至导致大规模海啸，带来灾难性后果。
目前已有证据显示，过去这类气体的大规模自然释放，在某种程度上导致了地球气候急剧变化。
8000年前在北欧造成浩劫的大海啸，也极有可能是由于这种气体大量释放所致。
一、什么是“可燃冰” 这种看起来像冰霜的物质叫“可燃冰”，学名叫“天然气水合物”，因为主要成分是甲烷，因此也常称为“甲烷水合物”。
在常温常压下它会分解成水与甲烷，“可燃冰”可以看成是高度压缩的固态天然气。
“可燃冰”外表上看它像冰霜，从微观上看其分子结构就像一个一个“笼子”，由若干水分子组成一个笼子，每个笼子里“关”一个气体分子。
目前，可燃冰主要分布在东、西太平洋和大西洋西部边缘，是一种极具发展潜力的新能源，但由于开采困难，海底可燃冰至今仍原封不动地保存在海底和永久冻土层内。
二、“可燃冰”是如何形成的呢？ 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。
可燃冰
可燃冰的应用
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沉淀物生成的甲烷水合物含量可能还包含了 2 至 10 倍的已知的传统天然气量 。这代表它是未来很有潜力的重要矿物燃料来源。
数十倍， 同等条件下，可燃冰燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要多出数十倍 数十倍 而且燃烧后不产生任何残渣，避免了最让人们头疼的污染问题。 作为世界上最大的发展中的海洋大国，中国能源短缺十分突出。 中国的油气资源供需差 距很大， 年中国已从油气输出国转变为净进口国， 多万吨， 距很大， 1993 年中国已从油气输出国转变为净进口国，1999 年进口石油 4000 多万吨， 2000 年进口石油近 7000 万吨，预计 2010 石油缺口可达 2 亿吨 万吨， 亿吨。因此急需开发新能源以 满足中国经济的高速发展。海底天然气水合物资源丰富，其上游的勘探开采技术可借鉴常 规油气，下游的天然气运输、使用等技术都很成熟。因此，加强天然气水合物调查评价是 贯彻实施党中央、国务院确定的可持续发展战略的重要措施，也是开发中国二十一世纪新 能源、改善能源结构、增强综合国力及国际竞争力、保证经济安全的重要途径。
3
要有甲烷气源，海底 古生物尸体的沉积 物，被细菌分解后 会产生甲烷。所以 ，可燃冰在世界各 大洋中均有分布。
开采方式
热激发开采法
传统
减压开采法 化学试剂 注入开采 法 CO2 置换 开采法
开采方式
新型
固体开采法
开采方面的问题
(1) 甲烷作为强温室气体,它对大气辐射平衡的贡献仅次于二氧化碳。一方面，全球天 然气水合物中蕴含的甲烷量约是大气圈中甲烷量的3 000倍 ;另一方面，天然气水合物 分解产生的甲烷进入大气的量即使只有大气甲烷总量的0. 5 %,也会明显加速全球变暖 的进程。因此，如果不能很好地对甲烷气体进行控制，就必然会加剧全球温室效应。 除温室效应之外，还会带来更多问题。①进入海水中的甲烷会影响海洋生态。甲烷进 入海水中后会发生较快的微生物氧化作用，影响海水的化学性质。甲烷气体如果大量 排入海水中，其氧化作用会消耗海水中大量的氧气，使海洋形成缺氧环境，从而对海 洋微生物的生长发育带来危害。②进入海水中的甲烷量如果特别大，则还可能造成海 水汽化和海啸，甚至会产生海水动荡和气流负压卷吸作用，严重危害海面作业甚至海 域航空作业。 开采过程中天然气水合物的分解还会产生大量的水，释放岩层孔隙空间，使天然气水 合物赋存区地层的固结性变差，引发地质灾变。海洋天然气水合物的分解则可能导致 海底滑塌事件]。近年的研究发现，因海底天然气水合物分解而导致陆坡区稳定性降低 是海底滑塌事件产生的重要原因。钻井过程中如果引起天然气水合物大量分解，还可 能导致钻井变形，加大海上钻井平台的风险。 (3) 如何在天然气水合物开采中对天然气水合物分解所产生的水进行处理，也是一个应 该引起重视的问题
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可燃冰的分布
• 天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的 斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以 及海洋和一些内陆湖的深水环境。在标准状况下，一单位 体积的气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体， 因而其是一种重要的潜在未来资源。 天然气水合物 是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源。它是水和 天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质， 外貌极像冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，有“可燃水”、 “气冰”、“固体瓦斯”之称，被誉为21世纪具有商业开 发前景的战略资源，天然气水合物是一种新型高效能源， 其成分与人们平时所使用的天然气成分相近，但更为纯净， 开采时只需将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放 出大量的甲烷气体。
未来动力的希望，是 21 世纪具有良好前景的后续能源。
•
可燃冰被西方学者称为“21世纪能源”或“未来新能
源”。迄今为止，在世界各地的海洋及大陆地层中，已探
明的“可燃冰”储量已相当于全球传统化石能源(煤、石
油、天然气、油页岩等)储量的两倍以上，其中海底可燃
冰的储量够人类使用1000年。
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可燃冰的缺点
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•
可燃冰的成因
• 可燃冰是天然气分子（烷类）被包进水分子中， 在海底低温与压力下结晶形成的。形成可燃冰有 三个基本条件：温度、压力和原材料。首先，可 燃冰可在0℃以上生成，但超过20℃便会分解。 而海底温度一般保持在2~4℃左右；其次，可燃 冰在0℃时，只需30个大气压即可生成，而以海 洋的深度，30个大气压很容易保证，并且气压越 大，水合物就越不容易分解。最后，海底的有机 物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充 足的气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压 力、气源三者都具备的条件下，可燃冰晶体就会 在介质的空隙间中生成。
可燃冰燃烧方程式
• CH4·8H2O+2O2=CO2+10H2O • （反应条件为“点燃”）
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可燃冰的发现
• 早在1778年英国化学家普得斯特里就着手研究气体生成 的气体水合物温度和压强。1934年，人们在油气管道和 加工设备中发现了冰状固体堵塞现象，这些固体不是冰， 就是人们现在说的可燃冰。1965年苏联科学家预言，天 然气的水合物可能存在海洋底部的地表层中，后来人们终 于在北极的海底首次发现了大量的可燃冰。19世纪70年 代，美国地质工作者在海洋中钻探时，发现了一种看上去 像普通干冰的东西，当它从海底被捞上来后，那些“冰” 很快就成为冒着气泡的泥水，而那些气泡却意外地被点着 了，这些气泡就是甲烷。据研究测试，这些像干冰一样的 灰白色物质，是由天然气与水在高压低温条件下结晶形成 的固态混合物。目前的科研考察结果表明，它仅存在于海 底或陆地冻土带内。纯净的天然气水合物外观呈白色，形 似冰雪，可以像固体酒精一样直接点燃，因此，人们通俗 而形象地称其为“可燃冰”。
什么是可燃冰
• 天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又 被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。它是在 一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、 PH值等）下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时 组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物（碳的电 负性较大，在高压下能吸引与之相近的氢原子形成氢键， 构成笼状结构）。它可用mCH4·nH2O来表示，m代表水 合物中的气体分子，n为水合指数（也就是水分子数）。 组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同 系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水 合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子 含量超过99%的天然气水合物通常称为甲烷水合物 （Methane Hydrate）。
•
可燃冰这种宝贝可是来之不易，它的诞生至少要满足
三个条件：第一是温度不能太高，如果温度高于20℃，它
就会“烟消云散”，所以，海底的温度最适合可燃冰的形
成；第二是压力要足够大，海底越深压力就越大，可燃冰
也就越稳定；第三是要有甲烷气源，海底古生物尸体的沉
积物，被细菌分解后会产生甲烷。所以，可燃冰在世界各
• 天然气水合物在给人类带来新的能源前景的同时，对人类 生存环境也提出了严峻的挑战。天然气水合物中的甲烷， 其温室效应为 CO2 的 20 倍，温室效应造成的异常气候 和海面上升正威胁着人类的生存。全球海底天然气水合物 中的甲烷总量约为地球大气中甲烷总量的 3000 倍，若有 不慎，让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去， 将产生无法想象的后果。而且固结在海底沉积物中的水合 物，一旦条件变化使甲烷气从水合物中释出，还会改变沉 积物的物理性质，极大地降低海底沉积物的工程力学特性， 使海底软化，出现大规模的海底滑坡，毁坏海底工程设施， 如：海底输电或通讯电缆和海洋石油钻井平台等
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海底宝贝来之不易
• 可燃冰是天然气和水结合在一起的固体化合物，外形与冰 相似。由于含有大量甲烷等可燃气体，因此极易燃烧。同
等条件下，可燃冰燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要
多出数十倍，而且燃烧后不产生任何残渣和废气，避免了
最让人们头疼的污染问题。科学家们如获至宝，把可燃冰 称作“属于未来的能源”。大洋中均有分布。 Nhomakorabea3
可燃冰的结构
• 甲烷在高压低温的极 端条件下生成的水合 物，大多数在海底。 水分子通过氢键紧密 缔合成三维网状体， 能将海底沉积的古生 物遗体所分解的甲烷 等气体分子纳入网状 体中形成水合甲烷。 这些水合甲烷就象一 个个淡灰色的冰球， 故称可燃冰。化学式 为CH4·8H2O。
• 可燃冰分子结构示意图 4
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可燃冰的资源量
• 世界上绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，据估算， 海洋里天然气水合物的资源量是陆地上的 100 倍以上。
据最保守的统计，全世界海底天然气水合物中贮存的甲烷
总量约为 1.8 亿亿立方米 (18000 × 10^12m3 ) ，约合
1.1 万亿吨 (11 × 10^12t) ，如此数量巨大的能源是人类
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可燃冰是清洁能源
• 天然气水合物使用方便，燃烧值高，
可燃冰的分布
• 天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的 斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以 及海洋和一些内陆湖的深水环境。在标准状况下，一单位 体积的气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体， 因而其是一种重要的潜在未来资源。 天然气水合物 是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源。它是水和 天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质， 外貌极像冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，有“可燃水”、 “气冰”、“固体瓦斯”之称，被誉为21世纪具有商业开 发前景的战略资源，天然气水合物是一种新型高效能源， 其成分与人们平时所使用的天然气成分相近，但更为纯净， 开采时只需将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放 出大量的甲烷气体。
未来动力的希望，是 21 世纪具有良好前景的后续能源。
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可燃冰被西方学者称为“21世纪能源”或“未来新能
源”。迄今为止，在世界各地的海洋及大陆地层中，已探
明的“可燃冰”储量已相当于全球传统化石能源(煤、石
油、天然气、油页岩等)储量的两倍以上，其中海底可燃
冰的储量够人类使用1000年。
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可燃冰的缺点
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可燃冰的成因
• 可燃冰是天然气分子（烷类）被包进水分子中， 在海底低温与压力下结晶形成的。形成可燃冰有 三个基本条件：温度、压力和原材料。首先，可 燃冰可在0℃以上生成，但超过20℃便会分解。 而海底温度一般保持在2~4℃左右；其次，可燃 冰在0℃时，只需30个大气压即可生成，而以海 洋的深度，30个大气压很容易保证，并且气压越 大，水合物就越不容易分解。最后，海底的有机 物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充 足的气源。海底的地层是多孔介质，在温度、压 力、气源三者都具备的条件下，可燃冰晶体就会 在介质的空隙间中生成。
可燃冰燃烧方程式
• CH4·8H2O+2O2=CO2+10H2O • （反应条件为“点燃”）
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可燃冰的发现
• 早在1778年英国化学家普得斯特里就着手研究气体生成 的气体水合物温度和压强。1934年，人们在油气管道和 加工设备中发现了冰状固体堵塞现象，这些固体不是冰， 就是人们现在说的可燃冰。1965年苏联科学家预言，天 然气的水合物可能存在海洋底部的地表层中，后来人们终 于在北极的海底首次发现了大量的可燃冰。19世纪70年 代，美国地质工作者在海洋中钻探时，发现了一种看上去 像普通干冰的东西，当它从海底被捞上来后，那些“冰” 很快就成为冒着气泡的泥水，而那些气泡却意外地被点着 了，这些气泡就是甲烷。据研究测试，这些像干冰一样的 灰白色物质，是由天然气与水在高压低温条件下结晶形成 的固态混合物。目前的科研考察结果表明，它仅存在于海 底或陆地冻土带内。纯净的天然气水合物外观呈白色，形 似冰雪，可以像固体酒精一样直接点燃，因此，人们通俗 而形象地称其为“可燃冰”。
什么是可燃冰
• 天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又 被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。它是在 一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、 PH值等）下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时 组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物（碳的电 负性较大，在高压下能吸引与之相近的氢原子形成氢键， 构成笼状结构）。它可用mCH4·nH2O来表示，m代表水 合物中的气体分子，n为水合指数（也就是水分子数）。 组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同 系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水 合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子 含量超过99%的天然气水合物通常称为甲烷水合物 （Methane Hydrate）。
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可燃冰这种宝贝可是来之不易，它的诞生至少要满足
三个条件：第一是温度不能太高，如果温度高于20℃，它
就会“烟消云散”，所以，海底的温度最适合可燃冰的形
成；第二是压力要足够大，海底越深压力就越大，可燃冰
也就越稳定；第三是要有甲烷气源，海底古生物尸体的沉
积物，被细菌分解后会产生甲烷。所以，可燃冰在世界各
• 天然气水合物在给人类带来新的能源前景的同时，对人类 生存环境也提出了严峻的挑战。天然气水合物中的甲烷， 其温室效应为 CO2 的 20 倍，温室效应造成的异常气候 和海面上升正威胁着人类的生存。全球海底天然气水合物 中的甲烷总量约为地球大气中甲烷总量的 3000 倍，若有 不慎，让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去， 将产生无法想象的后果。而且固结在海底沉积物中的水合 物，一旦条件变化使甲烷气从水合物中释出，还会改变沉 积物的物理性质，极大地降低海底沉积物的工程力学特性， 使海底软化，出现大规模的海底滑坡，毁坏海底工程设施， 如：海底输电或通讯电缆和海洋石油钻井平台等
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海底宝贝来之不易
• 可燃冰是天然气和水结合在一起的固体化合物，外形与冰 相似。由于含有大量甲烷等可燃气体，因此极易燃烧。同
等条件下，可燃冰燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要
多出数十倍，而且燃烧后不产生任何残渣和废气，避免了
最让人们头疼的污染问题。科学家们如获至宝，把可燃冰 称作“属于未来的能源”。大洋中均有分布。 Nhomakorabea3
可燃冰的结构
• 甲烷在高压低温的极 端条件下生成的水合 物，大多数在海底。 水分子通过氢键紧密 缔合成三维网状体， 能将海底沉积的古生 物遗体所分解的甲烷 等气体分子纳入网状 体中形成水合甲烷。 这些水合甲烷就象一 个个淡灰色的冰球， 故称可燃冰。化学式 为CH4·8H2O。
• 可燃冰分子结构示意图 4
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可燃冰的资源量
• 世界上绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，据估算， 海洋里天然气水合物的资源量是陆地上的 100 倍以上。
据最保守的统计，全世界海底天然气水合物中贮存的甲烷
总量约为 1.8 亿亿立方米 (18000 × 10^12m3 ) ，约合
1.1 万亿吨 (11 × 10^12t) ，如此数量巨大的能源是人类
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可燃冰是清洁能源
• 天然气水合物使用方便，燃烧值高，