天然气水合物1

一般来说, 人为地打破天然气水合物稳定存在的温压条件使其分解, 是目 前开采天然气水合物的主要途径。但是要考虑到天然气水合物作为储存 区地层的构成部分，在稳定该区域地层方面起着相当重要的作用。 众所周知, 二氧化碳是最重要的温室气体, 其在大气中含量增高是导致全 球气候变暖的主要原因之一。因此深海地层处置被认为是减少CO2排向 大气的有效手段。研究显示，当CO2 被收集起来并注入深海地层，将形 成CO2 水合物。 因此人们设想，若将CO2注入天然气水合物聚集层，既能将其中的CH4 置换出来， 又能有效减少CO2 向大气排放，还可以保持地层的稳定性 。由此Ebinuma及Ohgaki等于1996年提出了CO2 置换法开采天然气水 合物。
天然气水合物
天然气水合物简介

天然气水合物是在一定条件下由轻烃、二氧 化碳及硫化氢等小分子气体与水相互作用形 成的白色固态结晶物质，是一种非化学计量 型晶体化合物，或称笼形水合物，也称为可 燃冰、甲烷水合物、甲烷冰。

在自然界发现的天然气水合物多为白色、淡 黄色、琥珀色、和暗褐色，呈亚等轴状、层 状、小针状结晶或分散状。
形成原因

海洋生成
有两种不同种类的海洋存量。 最常见的绝大多数都是甲烷包覆于结构Ⅰ型的包合物，而且一般都 在沉淀物的深处才能发现。在此结构下，甲烷中的碳同位素较轻，因此 指出其是微生物由CO2的氧化还原作用而来。 在接近沉积物表层所发现较少见的第二种结构中，某些样本有较高 比例的碳氢化合物长链包含于结构Ⅱ型的包合物中。其甲烷的碳同位素 较重，据推断是由沉积物深处的有机物质，经热分解后形成甲烷而往上 迁移而成。


当存在游离水时，CO2 比CH4有更高的亲和势，更易使游离水形成水合 物，这有利于反应向正方向进行。 CO2与CH4的水合物均为结构Ⅰ型，发生在CO2与CH4水合物之间的置换 反应方程式为：

天然气水合物的危害与防止天然气水合物（又称冰火）是一种在高压和低温条件下形成的物质，由水和天然气分子相结合而成。

它主要存在于深海沉积物中，是一种潜在的能源资源。

然而，天然气水合物也具有一定的危害，并需要采取适当的措施进行防止和控制。

以下是有关天然气水合物的危害和防止方法的详细说明。

一、天然气水合物的危害1. 环境污染：天然气水合物的开采和开发过程中，会产生大量的废水和废气。

废水中含有一定浓度的盐和重金属等有毒物质，如果未经处理直接排放到环境中，将会对水体和生态系统造成严重污染。

废气中含有甲烷等温室气体，其对全球气候变化的影响也不可忽视。

2. 地质灾害：天然气水合物属于一种稳定的结构，在地质条件发生改变时，有可能导致其解聚释放出大量的天然气。

这些气体若在地下形成较大规模的气囊，有可能引发火灾、爆炸等地质灾害，对周围环境和人类的安全造成威胁。

3. 海洋生态系统破坏：天然气水合物存在于深海沉积物中，开采和开发这些水合物往往需要使用大量的设备和工具，这些设备在操作过程中可能会对海洋生态系统造成破坏。

例如，底部拖缆或钻浆泄漏可能导致海洋底栖生物死亡，捕捞设备的使用可能破坏底栖生物的生活环境。

4. 社会经济影响：天然气水合物是一种潜在的能源资源，如果能够成功开发和利用，将会对经济产生重大的影响。

然而，由于水合物开发技术的复杂性和风险性，开发难度较大，并且需要大量的资金投入。

一旦投资失败，将会对相关企业和国家的财务状况产生负面影响。

二、天然气水合物的防止1. 加强监管和管理：针对天然气水合物开采和开发活动，应加强监管和管理。

完善相关法律法规，建立健全的监测和检测机制，确保开发活动符合环境保护和安全标准。

对违规行为严肃追责，提高违法成本，减少不合规行为的发生。

2. 发展环保技术：开发天然气水合物的过程中，应加强环境保护技术研究和应用。

例如，开展废水处理和废气排放控制技术研发，提高处理效率和降低对环境的影响。

同时，应大力发展清洁能源技术，减少对水合物的依赖，推动可再生能源的发展。

1.分布广：世界天然气水合物矿藏的面积可达全部海洋面积的30%以
上。
2.资源量巨大：天然气水合物是全球第二大碳储库，世界上天然气
水合物所含天然气的总的热当量相当于全球已知煤、石油和天然 气总热当量的2倍。
3.埋藏浅：在深海，水合物矿藏赋存于
海底以下0～1500 米的沉积层中，有 利于开采。
4.能量密度高:在标准状态下，一单位
天然气水合物
• 简介 • 特点 • 开采带来的危害
天然气水合物
Natural Gas Hydrate 天然气水合物是分 布于深海沉积物或陆 域的永久冻土中，由 天然气与水在高压低 温条件下形成的类冰 状的结晶物质。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
• 分子式为CH4· 8H2O。 • 组成天然气的成分如 CH4、C2H6、等可形 成单种或多种天然气水 合物
形成条件
• 形成可燃冰有三个基本条件：温度、压力和原材料。 • 首先，低温。可燃冰在0—10℃时生成，超过20℃便会分 解。海底温度一般保持在2—4℃左右，所以一般在冰土带 的地方较多。； • 其次，高压。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，充足的气源。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。
体积的气水合物分解最多可产生164单 位体积的甲烷气体和0.8单位体积的水。 这样的能量密度是常规天然气的2～5 倍，是煤的10倍。
危害
• 甲烷气的温室效应为二氧化碳气温室效应的20倍。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量的3000倍，这么巨大量的甲 烷气如果释放，将对全球环境产生巨大的影响，严重地影响全球的气 候与海平面。 • 另外，固结在海底沉积物中的水合物，一旦条件发生变化，释出甲烷 气，将会明显改变海底沉积物的物理性质。其后果是降低海底沉积物 的工程力学特性，引发大规模的海底滑坡，毁坏一些海底的重要工程 设施。

1第一章 天然气水合物第一节 水合物的形成及防止一、天然气的水汽含量天然气在地层温度和压力条件下含有饱和水汽。

天然气的水汽含量取决于天然气的温度、压力和气体的组成等条件。

天然气含水汽量，通常用绝对湿度、相对湿度、水露点三种方法表示。

1．天然气绝对湿度每立方米天然气中所含水汽的克数，称为天然气的绝对湿度，用e 表示。

2．天然气的相对湿度在一定条件下，天然气中可能含有的最大水汽量，即天然气与液态平衡时的含水汽量，称为天然气的饱和含水汽量，用e s 表示。

相对湿度，即在一定温度和压力条件下，天然气水汽含量e 与其在该条件下的饱和水汽含量e s 的比值，用φ表示。

即：se e =φ （1-1）3．天然气的水露点天然气在一定压力条件下与e s 相对应的温度值称为天然气的水露点，简称露点。

可通过天然气的露点曲线图查得，如图1-1所示。

图中，气体水合物生成线（虚线）以下是水合物形成区，表示气体与水合物的相平衡关系。

该图是在天然气相对密度为0.6，与纯水接触条件下绘制的。

若天然气的相对密度不等于0.6和（或）接触水为盐水时，应乘以图中修正系数。

非酸性天然气饱和水含量按下式计算：W ＝0.983WoC RD Cs （1-2）式中 W ——非酸性天然气饱和水含量，mg/m 3； W 0——由图1-1查得的含水量，mg/m 3； C RD ——相对密度校正系数，由图1-1查得；Cs ——含盐量校正系数，由图1-1查得。

对于酸性天然气，当系统压力低于2100kPa （绝）时，可不对H 2S 和（或）CO 2含量进行修正。

当系统压力高于2100kPa （绝）时，则应进行修正。

酸性天然气饱和水含量按下式计算：2 图1-1 天然气的露点3)W y W y W 0.983(yW S H S H CO CO HC HC2222++= （1-3）式中 W —酸性天然气饱和水含量，mg/m 3；2CO y ，S H 2y ——气体中CO 2，H 2S 的摩尔含量；HC y ——气体中除CO 2，H 2S 以外的其它组分的摩尔含量；W HC ——由图1-1查得的含水量，mg/m 3；2CO W ——CO 2气体含水量，由图1-2查得； S H 2W ——H 2S 气体含水量，由图1-3查得。