篇一：可燃冰毕业论文
扬州工业职业技术学院
2009—2010学年
第 二 学期
毕业设计（论文）
（课程设计）
课题名称：天然气水合物的开发
设计时间：2009.11.10--2010.4.30
系 部：化学工程系
班 级： 0701石油化工生产技术
姓 名： 司军
指导教师： 徐红
目 录
一、天然气水合物概述 ...................................................................................................................... 2
二、天然气水合物的开发历程 .......................................................................................................... 2
2.1 世界天然气水合物勘探发现历程 ....................................................................................... 2
2.2世界天然气水合物资源查明分布状况 ................................................................................ 3
三．天然气水合物勘探方法和开采技术 .......................................................................................... 4
3.1勘探方法 ................................................................................................................................ 4
3.1.1地球物理勘探法 ......................................................................................................... 4
3.1.2 地球化学勘探法 ........................................................................................................ 4
3.1.3 标型矿物法 ................................................................................................................ 5
3.1.4 自生沉积矿物学法 .................................................................................................... 5
3.1.5 新一代地球观测系统 ................................................................................................ 5
3.2开采技术 ................................................................................................................................ 5
3.2.1加热法 ......................................................................................................................... 6
3.2.2 降压法 ........................................................................................................................ 6
3.2.3 添加化学剂法 ............................................................................................................ 7
3.2.4 CO2驱替法 ................................................................................................................. 8
3.2.5利用高能气体压裂技术 ............................................................................................. 8
四．开采天然气可燃冰对环境的影响 .............................................................................................. 9
五．天然气水合物勘探开发动向 .................................................................................................... 10
六．我国对天然气水合物研究进展 ................................................................................................ 12
七、 结论 .......................................................................................................................................... 18
【参考文献】 .................................................................................................................................... 19
致谢 ........................................................................................................................................ 21
天然气水合物的开发
司军
0701石油化工
[摘要]：天然气水合物是一种新型洁净能源，其蕴藏量约为现有地球化石燃料含碳量总和的两倍，天然气水合物资源开发已经引起了全世界的关注。提出了先利用高能气体压裂技术对储层进行压裂后再结合电磁加热或降压法开采，或者利用加热法和降压法结合开采的思路，以期达到经济有效开采的目的。此外，我们还要密切关注开采天然气水合物对环境的重要影响，同时我们国家开发天然气水合物的步伐也越来越快了。
[关键词]：天然气水合物，开采，高能气体压裂，环境
Development of Natural Gas Hydrate
SIJUN
0701 Petrochemical
Abstract: Gas hydrate is a new type of clean energy, its reserves of fossil fuels on Earth is about the current twice the sum of the carbon content of natural gas hydrate resources
Development has attracted worldwide attention. Made the first use of high-energy gas fracturing technology to reservoir fracturing and then combined step-down method of electromagnetic heating or extraction,or use the heating method and step-down method combined with the exploitation of ideas, in order to achieve cost-effective exploitation purposes. In addition, we also pay close attention to the exploitation of gas hydrate a significant impact on the environment, while our country's pace of development of natural gas hydrate faster and faster.
Key words: gas hydrates，mining，High Energy Gas Fracturing，Environment
一、天然气水合物概述
天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）因其外观像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。它可用M · n H2O 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。
天然气水合物在自然界广泛分布在大陆、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，一单位体积的天然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。
天然气水合物使用方便，燃烧值高，清洁无污染。据了解，全球天然气水合物的储量是现有天然气、石油储量的两倍，具有广阔的开发前景，美国、日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物，据测算，我国南海天然气水合物的资源量为700亿吨油当量，约相当我国目前陆上石油、天然气资源量总数的二分之一。
我国在南海北部成功钻获天然气水合物实物样品“可燃冰”，从而成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。
二、天然气水合物的开发历程
2.1 世界天然气水合物勘探发现历程
20世纪60年代初，前苏联借助地球物理方法首次在西伯利亚永冻层中发现了天然气水合物．随后美、加在阿拉斯加北坡三角洲冻土带相继发现了大规模的水合物矿藏。7O年代初，英国地质调查所科学家在美国东海岸大陆边缘进行的地震探测中发现了“似海底反射层”．并于1974年在深海钻探岩心中获取天然气水合物样品并释放出大量甲烷，证实了BSR与天然气水合物有关。
70年代末至80年代初，深海钻探计划和大洋钻探计划陆续实施，在全球多处海
篇二：可燃冰的调研报告
K可燃冰的调研报告
陈群娣3212000238经济管理学院 摘要
可燃冰，即天然气水合物，因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以被称“可燃冰”。可燃冰的形成条件需要温度、压力和原材料。有着储量大、能量密度高，污染小的优势。主要分布在海底地区。同时，可燃冰是一种很有发展前沿的新能源，但开采难度高，也带来温室效应等环境问题。最终，相信随着科学技术的前进，我们终有一天会开采到安全的可燃冰，推动新能源的发展进程。
关键词：可燃冰 形成条件优势开采难度高 新能源安全的可燃冰 正文：
可燃冰-性质
可燃冰，即天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate），是分布于深海沉积物中，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。因其外观像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”。可燃冰由于含有大量甲烷等可燃气体，所以燃点很低，极易燃烧。1立方米可燃冰含有200多立方米的甲烷气体。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，避免了污染问题。[1]
可燃冰 - 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；
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[2]
可燃冰-优势
1.储量大。现已探明的天然气合物的碳量>=1*10^13有化石能源碳量总和的2倍，可满足人类未来1000年的能源需求。
2.能量密度高。由1立方米可燃冰吧相当于160多立方米的天然气。换言之，1立方米可燃冰就可以满足3口之家大半年的天然气需求，故可燃冰被视为后石油时代的重要替代能源。
3.污染小。可燃冰由甲烷和水构成，不含其它成分，无需净化提炼或其它加工步骤，所以利用时产生的污染比煤等传统能源小。
可燃冰-分布地区
世界上海底天然气水合物已发现的主要分布区是大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海、南美东部陆缘、非洲西部陆缘和美国东海岸外的布莱克海台等，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、日本南海海槽、苏拉威西海和新西兰北部海域等，东太平洋海域的中美洲海槽、加利福尼亚滨外和秘鲁海槽等，印度洋的阿曼海湾，南极的罗斯海和威德尔海，北极的巴伦支海和波弗特海，以及大陆内的黑海与里海等。[3] 可燃冰-开发
1960年，前苏联在西伯利亚发现了可燃冰，并于1969年投入开发；美国于1969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；日本开始关注可燃冰是在1992年，2011年已基本完成周边海域的可燃冰调查与评价。但最先挖出可燃冰的是德国。
从20世纪80年代开始，美、英、德、加、日等发达国家纷纷投入巨资相继开展了本土和国际海底天然气水合物的调查研究和评价工作，同时美、日、加、印度等国已经制定了勘查和开发天然气水合物的国家计划。特别是日本和印度，在勘查和开发天然气水合物的能力方面已处于领先地位。
只有四个国家有能力开采“可燃冰”这种矿物，分别为：美国、日本、印度及中国。 按照中国战略规划的安排，2006—2020年是调查阶段，2020—2030年是开发试生产阶段，2030—2050年，中国可燃冰将进入商业生产阶段。 中国在南海西沙海槽等海区已相继发现存在天然气水合物的地球物理标志，这表明中国海域也分布有天然气水合物资源，值得开展进一步的工作；同时青岛海洋地质研究所已建立有自主知识产权的天然气水合物实验室并成功点燃天然气水合物。
2011年11月，中国“海洋地质、矿产资源与环境”学术研讨会在广州召开，由广州海洋地质调查局承担的可燃冰专题调查工作取得重大进展，2011年已在南海圈定了25个成矿区块，控制资源量达到41亿吨油当量。
2012年5，近日再次深入南海北部区域，对可燃冰资源进行新一轮“精确调查”。如果取样条件具备，计划2013年再次开钻获取新样品。[4]
可燃冰-环境问题
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。[5]
可燃冰是一种新能源，很有发展前沿和用途大，但同时也存在开发难，带来一些环境问题，但是相信随着科技的发展，我们一定可以安全地开采可燃冰。 参考文献：
[1]、[2]是百度百科。[3]、[4]、[5]是互动百科。
篇三：可燃冰的研究和发展
Central South University
应用化学研究方法论文
2013 年 12 月
可燃冰的研究与发展
【摘要】可燃冰是近些年来世界各国相继发现的一大新型能源。因其优越的燃烧性能和清洁燃烧产物，所以被称作“属于未来的能源”。现在阐述可燃冰形成过程并分析总结目前对可燃冰的研究现状、分析可燃冰的应用对环境产生的利与弊，及对可燃冰的研究开发对未来能源储备具有重要意义
【关键词】可燃冰；研究现状；发展前景
可燃冰
可燃冰又叫做“天然气水合物”也称作气体水合物(Natural GasHydrate，简称Gas Hydrate)，是分布于深海沉积物中，它是由天然气水在高压(大于l~atm，或大于10MPa)和低温(O—l0℃)条件下合成的一种固态类冰状结晶物质。天然气水合物是一种白色固体物质，因其外观像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”。因形成天然气水合物的主要气体为甲烷．所以可燃冰又称为固态甲烷。其在一定温度下熔化，可以生成甲烷和水：其资源量充足，据初步统计，可达全球已知化石燃料总和的2倍，占地球全部有机碳总量的1／2以上，可供人类使用1000年以上，能大大缓解全球能源危机。所以被认为是继石油之后的一种新型燃料，具有很高的研究价值。
可燃冰”这种固态物质是在低温、高压环境下水和天然气混合而成的，外表貌似冰雪；只有在温度(℃)、压力(Mpa)、气源都具备的前
提下，才会在海底、冻土带地层介质的间隙中生成天然气水合物晶体。所以“可燃冰”的形成必须满足3个基本条件，缺一不可。研究表示可燃冰的形成条件首先温度不能太高；第二压力要足够大．O℃时压力在30arm 以上就可生成；第三，地底要有气源。因此，可燃冰受其性质、形成条件的种种限制，只会在诸如大陆、岛屿的斜坡地带等特殊的地理环境和地质构造单元内形成。
可燃冰的热力学和动力学性质
目前，有关天然气水合物的热力学和动力学性质的研究虽然开展的较多，但是都不完善，学者们提出的计算模型也是众说纷纭，不能准确描述天然气水合物的储层特性，尤其是天然气水合物动力学研究还很不完善。天然气水合物在多孔介质中的热力学和动力学研究，主要集中在多孔介质的类型、润湿性和初始压力对水合物生成过程的影响。Makogon进行的多孔介质中气体水合物的相平衡研究结果表明，为了克服多孔介质中的表面张力以及水在介质表面吸附作用的影响，与气液体系相比，气体水合物在多孔介质中生成需要更低的温度或者更高的压力。Yousif和Bondarev在岩心及多种介质上对气体水合物生成及分解的研究中也得到了近似的结论。研究证明，天然气水合物的导热系数：(W／m·K)主要与其密度有关。斯托尔和布拉依安用探测法测量了丙烷和甲烷水合物的导热系数。斯托尔测得的丙烷和甲烷水合物导热系数值与切尔斯基在密度为680kg／m3时的测得值一致。随着压力的升高天然气水合物导热系数增加。目前，国内外有关气体水合物在多孔介质中的动力学研究还很有限。水合物动力学包括生成动力学与
分解动力学，水合物生成过程类似于结晶过程，生成过程可分为成核、生长两个过程。水合物成核是指形成临界尺寸、稳定水合物核的过程；水合物生长是指稳定核的成长过程。郭天民等在综合研究国内外的动力学模型后，提出了以下水合物生成和分解动力学模型：
1.双过程水合物成核动力学机理模型
该模型认为水合物的成核过程中同时进行着以下两个动力学过程：(1)准化学反应动力学过程：气体分子和水络合生成化学计量型的基础水合物。(2)吸附动力学过程：基础水合物存在空孔，一些气体小分子吸附于其中，导致整个水合物的非化学计量性。在第一个过程中，类似于Long和Sloan的观点，认为溶于水中的气体分子与包围它的水分子形成不稳定的分子束，分子束的大小取决于气体分子的大小，一种分子只能形成一种大小的分子束。而不同的是他们认为由于水合物中有大、小两种不同的孔，因此这些分子束有一部分需转化为另一种大小的分子束以后才能开始缔合成核，这一转化需要较大的活化能，从而导致水合物成核诱导期较长。而该模型认为这种转化并不需要，因为分子束实际上是一种多面体，它们缔合过程中为保持水分子的4个氢键处于饱和状态，不可能做到紧密堆积，缔合过程中必然形成空的包腔，称其为连接孔，这也就是水合物中的另外一种与上述分子束大小不同的孔。在吸附过程中，溶于水中的气体小分子会进入连接孔中。但这一过程并不是一定会发生。由于连接孔孔径较小，对于较大的气体大分子不会进入其中。即使对于较小的气体分子，也不会占据百分之百的连接孔，因此用Langmuir吸附理论来描述气体分子填充连接孔
的过程较为合理。
2.甲烷水合物的分解动力学模型
水合物的分解涉及气体、水和固体水合物，温度、压力、水合物粒子表面积和分解推动力等对固体水合物分解速率都有很大影响。 水合物分解过程可分为两个步骤：(1)水合物粒子表面的笼形格子结构的解构(2)客体分子由表面的解吸过程。水合物分解发生在固体表面，而不是固体内。分解过程为吸热过程，并假定分解过程中固体粒子保持恒温。随着分解的进行，水合物粒子数减少，气体在固体表面产生，产生的气体进入主体气相。假定反应容器中的气体的物质的量随着气体水合物的分解而增加。
研究方法和开发现状
随着全球能源危机的日趋严峻，寻求新的接替能源已经成为全世界迫在眉睫的课题。丰富的可燃冰矿藏广泛分布于海底以下数百米的沉积层中；而在陆地上，它则存在于地表深处200m～2000m之间。标准状态下，它会以164：1的体积比分解为气体和水，能量密度高达常规天然气的2～5倍，比煤多9倍，并且所含杂质较少，燃烧后几乎不产生污染性物质，符合清洁能源的标准。也正是由于其埋藏浅、能量密度高、洁净等优点，它一直深深地吸引着各国科学家们的眼球。而主要勘探方法有地震勘探法、地球化学法及地质勘探法，勘探方法日趋成熟。主要开采方法有3种：
一是热激化法，即利用可燃冰加热时分解出甲烷气体的原理。
二是降压法，专家提出将核废料埋入地底，利用核辐射效应使其分解
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