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新能源(天然气水合物)

作者:ManBetX体育官网 发布时间:2020-08-11 23:55 点击数:

  新能源(天然气水合物)_政史地_高中教育_教育专区。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 对这些冰块结构和成

  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 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 !? - 可燃冰 !! 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 (CH4·H2O) 高度压缩的固态天然气 外表上看它像冰霜 甲烷占80% - 99.9% 1 m3 水合物 164 m3 天然气 + 0.8 m3水 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1.87×1017m3 (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。 海洋生态环境的破坏 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: CH4 + 2O2 = CO2 +2H2O CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2 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。 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 国外研究现状 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; ODP—164 次航次钻探。 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。


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