未来社会最佳新能源

2018-01-16 21:23张祺弢

中学课程辅导·教师教育（中） 2017年12期

张祺弢

2017年5月18日，央视新闻宣布：中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功！这标志着我国成为全球第一个实现了在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。当天中午，中共中央、国务院对海域天然气水合物试采成功发去贺电。

一、中国率先批量开发可燃冰

本次试开采作业区位于珠海市东南320千米的神狐海域。3月28日第一口试开采井开钻，5月10日下午14时52分点火成功，从水深1266米海底以下203—277米的天然气水合物矿藏开采出天然气。到5月18日上午10时，连续产气近8天，平均日产超过1.6万立方米，超额完成“日产万方、持续一周”的预定目标。

“截止7月9日14时52分，我国南海天然气水合物试开采连续试气点火60天，累计产气量超过30万立方米，平均日产5000立方米以上，最高产量达3.5万立方米/天，甲烷含量最高达99.5%。获取科学试验数据647万组，为后续的科学研究积累了大量的翔实可靠的数据资料。”天然气水合物试采现场指挥部指挥长叶建良介绍。

这意味着我国“可燃冰”开采取得了持续产气时间最长、产气总量最大、气流稳定、环境安全等多项重大突破性成果，创造了产气时长和总量的世界纪录。

这标志着我国成为全球第一个实现了在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。

二、可燃冰及其性质

所谓“可燃冰”，实际上是一种天然气水合物的新型矿物，它是在低温、高压条件下，由碳氢化合物气体与水分子组成的一种类冰结晶化合物的固体物质。透明无色的“可燃冰”外形似冰，能够燃烧。其分子结构就像一个一个的“笼子”，由若干水分子组成的每个“笼子”里面“关”着一个天然气分子（主要成分为甲烷）。关进“笼子”的分子除了甲烷外，还可以是二氧化碳、氮气、硫化氢等小分子的气体，它们被统称为气水化合物。

据估计，20.7%的陆地和大洋底90%的地区，具有形成天然气水合物的有利条件。绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，其资源量是陆地上的100倍以上。

作为一种新型的能源矿产，“可燃冰”具有如下的特征：

1.“可燃冰”能量密度高。每立方米的固体水合物，可释放164立方米的甲烷气体，其能量密度是普通天然气的2～5倍。

2.“可燃冰”杂质少，无污染。燃烧后几乎不会产生有害污染物质，尤其是生成的致癌物质二氧化硫要比燃烧原油或煤低两个数量级，是一种新型的清洁能源。

3.“可燃冰”形成条件复杂。需要低于10℃的温度和大于100个大气压的压力等环境条件。能够满足上述条件的区域只有两种情况：一是陆地上的高纬度永冻区，另一种是水深大于300～500米的海洋中在海底之下0～1500米之间的孔隙地层。另外，一些天文学家指出，在巨大的地外天体及其卫星中，“可燃冰”也是重要的化合物。

4.“可燃冰”分布广、资源丰富。科学家的评价结果表明，“可燃冰”在世界各大洋中均有分布，仅海底区域分布面积就达4000万平方公里，占海洋总面积的1/4，是迄今为止海底最具价值的矿产资源。科学家推测，全球海底天然气水合物的甲烷资源量是迄今地球上所有已知的煤、石油及天然气矿床的甲烷当量的两倍。

5.“可燃冰”矿层厚、规模大。目前，世界上已发现的“可燃冰”分布区多达60处，矿层最厚可达数百米。

三、可燃冰的开采

1.传统开采

由于可燃冰在常温常压下不稳定，因此开采可燃冰的方法设想有：

①热解法。②降压法。③二氧化碳置换法。（技术仍不完善，由此泄露的甲烷可造成比二氧化碳严重十倍的温室效应）。

2.新型开采

（1）CO2置换开采法

这种方法首先由日本研究者提出，方法依据的仍然是天然气水合物稳定带的压力条件。在一定的温度条件下，天然气水合物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，天然气水合物会分解，而CO2水合物则易于形成并保持稳定。如果此时向天然气水合物藏内注入CO2气体，CO2气体就可能与天然气水合物分解出的水生成CO2水合物。这种作用释放出的热量可使天然气水合物的分解反应得以持续地进行下去。

二氧化碳置换法

（2）固体开采法

固体开采法最初是直接采集海底固态天然气水合物，将天然气水合物拖至浅水区进行控制性分解。这种方法进而演化为混合开采法或称矿泥浆开采法。该方法的具体步骤是，首先促使天然氣水合物在原地分解为气液混合相，采集混有气、液、固体水合物的混合泥浆，然后将这种混合泥浆导入海面作业船或生产平台进行处理，促使天然气水合物彻底分解，从而获取天然气。endprint