綜述可燃冰技術進展
責任編輯:icynet    瀏覽:3437次    時間: 2015-05-31 22:54:34      

摘要:亚洲做性视频在线观看1、什么是“可燃冰”?對于可燃冰的定義可謂是幾經波折,起初大部分人會把可燃冰與甲烷水合物劃等號,這是由占99%體積的甲烷而導致的誤解。后來經過研究發現存在不同成分的“可燃冰”,乙烷、丙烷、CO2甚至長鏈烴都可能成為構成可燃冰的主要氣、液體。現在公認的可燃..

關鍵詞:綜述 可燃 技術 進展
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1、什么是可燃冰

對于可燃冰的定義可謂是幾經波折,起初大部分人會把可燃冰與甲烷水合物劃等號,這是由占99%體積的甲烷而導致的誤解。后來經過研究發現存在不同成分的可燃冰,乙烷、丙烷、CO2甚至長鏈烴都可能成為構成可燃冰的主要氣、液體。現在公認的可燃冰的定義為天然氣水合物(Gas Hydrate)也稱籠型水合物(Clathrate hydrate)是由甲烷(或乙烷、CO2等)與H2O在低溫高壓條件下形成的冰狀固體物質。其中guest molecule可以是 O2, H2, N2, CO2, CH4,H2S, Ar, Kr, Xe及其它碳氫化合物和氟化物。可燃冰按照端元分子和空間構型的不同可以分為三種結構:I型(甲烷水合物、CO2水合物)、II型(O2水合物、N2水合物)和H型(H2水合物、丁烷水合物等)。(如圖一)

1 籠狀化合物的晶體構型


2
、形成條件
低溫:一般小于10
高壓:一般小于200bar
充足的氣源和水源圖2 永久凍土帶(左)和海底(右)甲烷水合物的溫壓曲線

從比較可以看出,純冰的穩定曲線是垂直的。在甲烷水合物穩定曲線的右邊,甲烷水合物不穩定并且分解成甲烷和水。在該曲線的左邊,甲烷水合物或者與甲烷共存于以氣為主的系統中(如輸氣管道),或者與水共存于以水為主的系統中(如沉積物中充滿水的孔隙中)。


1的曲線中最重要的方面是,甲烷水合物可以在純冰不穩定的溫壓范圍內存在,因此可以在自然環境(這種環境中不可能發現純冰)中發現甲烷水合物。其中氣體的來源依舊是一個熱門議題,因為全球發現的氣水合物的烴類組成極為復雜,且不一,在早期認為的微生物成因只能被解釋為甲烷的來源,至于乙烷等主要重烴的來源則需要另找出路,目前認為微生物成因和熱作用共同形成了氣體來源的可能性更大,但尚未被證實。

3 氣態烴體積比(R)與氣水合物樣品中值相關圖

圖中標示了生物成因和熱成因甲烷的組成區域,其中——ODP●——普拉德霍灣;——墨西哥灣;⊙——黑海;——里海;╋鄂霍茨克海;◆——北加州濱海帶


3
、存在區域及儲量
目前天氣水合物的主要賦存區域是永久凍土帶和深海底淺部沉積物中。
然而永凍區下面與大洋底部下面的環境有很大差別。現在已經知道,大洋環境中甲烷是最主要的烴類氣體,而永凍區環境中乙烷和其他重烴則占主要部分。氣體成分的這種明顯變化表明微生物作用并不是形成這些烴類的唯一作用。相反,這些氣體也可能是從深部運移而來,輕烴是埋藏在深部的沉積物中有機質的熱分解而形成的。

4 全球已知及推測的氣水合物分布圖

●——大洋(水中)沉積物中的氣水合物;——大陸(水凍土)地區的氣水合物;◆——已發現氣體水合物的地區

全球約有27%的陸地和30%的海底地區,具備形成天然氣水合物的地質條件,熱值總量約為其他化石燃料的兩倍。如果按照現在估算的量來看,中國南海+凍土帶發現的儲量可供中國200+年,日本沿海供日本100+年。

4、識別方法——BSR

BSR是被普遍稱為海底模擬反射層的一種地球物理探測方法。與大陸邊緣通常的沉積物相比,天然氣水合物沉積具有較高的縱波速度,因此地震得到的速度及其他彈性參數對研究天然氣水合物的分布非常有用。此外,天然氣水合物穩定帶下方可能存在的含游離氣體沉積物則具有較低的縱波速度與泊松比。因此,可以利用得到的速度與彈性參數結構,通過巖石物理模型方法對比現有資料半定量地估計天然氣水合物的飽和度。再根據厚度、面積等參數計算天然氣水合物蘊藏量。

然而這一方法并不是完全準確的,首先有的地物數據非常模糊無法準確判斷BSR的存在和連續性,其次,根據目前的采樣數據發現存在天然氣水合物的地區不一定能夠被BSR探測出來。

5 洋底BSR反射示意圖(根據Michael Riedel 2011

5、開采技術

目前開采技術主要有3種傳統方法和2種新型方法,包括注熱開采法、減壓開采法、注化學試劑開采法(傳統方法)和CO2置換法、固體開采法(新型方法)。

注熱開采法(最初級、最廣泛的方法)

直接對天然氣水合物層進行加熱,使天然氣水合物層的溫度超過其平衡溫度,從而促使天然氣水合物。

減壓開采(日本采用)

一種通過降低壓力促使天然氣水合物分解的開采方法。

化學試劑注入開采法(較少使用)

通過向天然氣水合物層中注入某些化學試劑,以破壞天然氣水合物藏的相平衡條件, 促使天然氣水合物分解 。如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等。
CO2
置換開采法(日本提出、驗證中)
在一定的溫度條件下,天然氣水合物保持穩定需要的壓力比CO2 水合物更高,在某一特定的壓力范圍內,天然氣水合物會分解,CO2 水合物則易于形成并保持穩定。
天然氣水合物分解——吸熱
CO2
水合物形成——放熱
這種作用釋放出的熱量可使天然氣水合物的分解反應得以持續地進行下去。

固體開采法(美國采用)
是直接采集海底固態天然氣水合物,將天然氣水合物拖至淺水區進行控制性分解。

6
、環境問題

在天然氣水合物的研究、開采過程中最讓人擔心的還是其可能導致的環境問題。天然氣水合物藏的開采會改變天然氣水合物賴以賦存的溫壓條件,引起天然氣水合物的分解。在天然氣水合物藏的開采過程中如果不能有效地實現對溫壓條件的控制,就可能產生一系列環境問題。
以上的幾種開采方法都有各自的缺點,而這些缺點導致的主要就是環境問題。

氣候變化:甲烷是一種強效溫室氣體,它的溫室效應為二氧化碳的20倍,全球海底可燃冰中的甲烷總量約為地球大氣中甲烷總量的3000倍。如果開發不慎導致短時間內大量甲烷進入大氣會引起非常可怕的氣候變化和地質災難。
影響生態:如果開發不慎,可能會導致天然氣泄漏到海洋中,氧化加劇,海洋缺氧,使得海洋生物遭受毀滅性打擊。
海底地質災害:如海底滑坡、海底地震等,還會引起海水汽化和海嘯,甚至會產生海水動蕩和氣流負壓卷吸作用


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