《可燃冰的开发及应用前景》.doc

《化学与人类文明》课程论文 可燃冰的开发及应用前景 学 院：机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：117班 学 号：1108030371 学生姓名：贾红鹏 电子信箱 2013年6月10日 可燃冰的开发及应用前景 摘要：随着化石燃料的短缺和其使用时产生的污染问题的加剧,人们对新能源的开发与利用日益重视起来。可燃冰，作为一种新型、绿色、清洁能源，公认21世纪替代能源之一1 可燃冰的介绍 “可燃冰” 又被称作 “固体瓦斯”和“气冰”(Natural Gas Hydrate，Gas Hydrate)，又称“笼形包合物”(Clathrate)，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）。(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等)下，由气体或挥发性液体与水相互作用过程中形成的白色固态结晶物质，外观像冰。由于可燃冰中通常含有大量甲烷或其它碳氢气体，因此极易燃烧，固被称为“可燃烧的冰”。其燃烧产生的能量比同等条件下煤、石油、天然气产生的多得多，而且在燃烧以后几乎不产生任何残渣或废弃物，污染比煤、石油、天然气等要小得多。组成天然气的成分如CH4，C2H6，C3H8，C4H10CO2，N2，H2S99％(Methane Hydrate)。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。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，可产生充足的气源。海底的地层是多在温度、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。可燃冰优点(1)埋藏浅。可燃冰矿藏赋存于海底以下0米～1500米的沉积层中，而且多数赋存于自表层向下数百米（500米～800米）的沉积层中；陆上，可燃冰矿藏一般距地表 200米～2000米深处。(2)能量密度高。在标准状态下，可燃冰分解后气体体积与水体积之比为164∶1，能量密度是常规天然气的2～5倍，是煤的10倍。(3)洁净。它所含的杂质比常规天然气更少，燃烧后几乎不产生污染物质。(4)储量丰富。可燃冰1000年的能源需求。另外，可燃冰广泛存在于各个区域，在许多天体（如天王星、土星以及哈雷等慧星头部）及其卫星都存在可燃冰。4 开采方法传统开采 热激发开采法　热激发开采法是直接对可燃冰层进行加热，使可燃冰层的温度超过其平衡温度，从而促使可燃冰分解为水与天然气的开采方法。这种方法经历了直接向可燃冰层中注入热流体加热、火驱法加热、井下电磁加热以及微波加热等发展历程。热激发开采法可实现循环注热，且作用方式较快。加热方式的不断改进，促进了热激发开采法的发展。但这种方法至今尚未很好地解决热利用效率较低的问题，而且只能进行局部加热，因此该方法尚有待进一步完善。 减压开采法　 减压开采法是一种通过降低压力促使可燃冰分解的开采方法。减压途径主要有两种：(1)采用低密度泥浆钻井达到减压目的；(2)当可燃冰层下方存在游离气或其他流体时，通过泵出可燃冰层下方的游离气或其他流体来降低可燃冰层的压力。减压开采法不需要连续激发，成本较低，适合大面积开采，尤其适用于存在下伏游离气层的可燃冰藏的开采，是可燃冰传统开采方法中最有前景的一种技术。但它对可燃冰藏的性质有特殊的要求，只有当天然气水合物藏位于温压平衡边界附近时，减压开采法才具有经济可行性。4.1.3 化学试剂注入开采法　化学试剂注入开采法通过向可燃冰层中注入某些化学试剂，如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，破坏可燃冰藏的相平衡条件，促使可燃冰分解。这种方法虽然可降低初期能量输入，但缺陷却很明显，它所需的化学试剂费用昂贵，对可燃冰层的作用缓慢，而且还会带来一些环境问题，所以，对这种方法投入的研究相对较少。4.2 新型开采CO2置换开采法这种方法首先由日本研究者提出，方法依据的仍然是可燃冰稳定带的压力条件。在一定的温度条件下，可燃冰保持稳定需要的压力比CO2水合物更高。因此在某一特定的压力范围内，可燃冰会分解，而CO2水合物则易于形成并保持稳定。如果此时向可燃冰藏内注入CO2气体，CO2气体就可能与可燃冰分解出的水生成CO2水合物。这种作用释放出的热量可使可燃冰的分解反应得以持续地进行下去。