可燃冰热的冷思考,汽车烧油到烧冰有多远?
2017-05-23 08:30 来源:矿材网 编辑:矿材网

 自5月18日国土资源部部长姜大明宣布我国首次在南海海域可燃冰连续试采成功,中共中央和国务院发贺电起,短短三四天,可燃冰热席卷全国。作为专业矿材平台的小编,查阅了几十篇可燃冰研究文献和报道却发现,到目前为止,从可燃冰的物化性能、成因、分布、储量,到可燃冰勘查、开采、存储、运输、成本、环保等一系列理论和应用实际问题,世界各国科学家正在研究探索,尚没有定论和可靠答案。


 可燃冰真正应用要解决问题非常多,汽车烧油到烧冰还很远。因此,我们必须给可燃冰热降温,冷思考可燃冰,以科学的态度深入认识和研究可燃冰,才有助于可燃冰发展,让我们的汽车早点烧上冰,早点加箱冰跑得更远。


 1、可燃冰物化性能


 自然界发现的可燃冰多为白色、淡黄色、琥珀色等颜色,呈轴状、层状、小针状结晶体或分散状;可燃冰具多孔性,硬度和剪切模量小于冰,密度和冰的密度大致相同,热导率和电阻率远小于冰,可在0℃以上生成,但超过20℃就分解。


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 可燃冰实物


 可燃冰是天然气充填在水晶体笼架中形成的冰状固体物,其本质是小分子气体(主要是CH4)“住”在由各种规则笼形结构(水分子组成)相套在一起组成的晶胞结构里,小分子是客体,晶胞结构是主体,主客之间通过范德华力联系在一起,就好比是屋子里面住了人一样。


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可燃冰结构


 2、可燃冰成因


 可燃冰结构独特,形成条件受温度和压力影响大,其形成机理仍在摸索中。


 可燃冰形成必须满足三个条件:

 一是温度不能太高,海底温度在2~4℃,这才适合可燃冰的形成,而一旦温度高于20℃,可燃冰就会分解;

 二是压力要足够大,需要30个大气压才可形成可燃冰,压力越大可燃冰就越稳定,而海深300米才能达到30个大气压;

 三是要有甲烷气源,产生甲烷要靠海底古生物遗骸的沉积物被细菌分解,或者天然气在地球深处产生并不断进入地壳。


 3、可燃冰分布及资源量


 可燃冰有海洋和陆地冻土带两种,其中海洋可燃冰主要赋存于新生代欠固结岩石或沉积物中,在砂岩或粉砂岩中以细粒侵染状分布于空隙中或网状充填裂隙中;在未成岩的沉积物中通常呈团块状、絮状、薄层状和透镜状,整体含气性差,但在砂岩储集层中整体含气性好,海洋可燃冰在上新世底层中发现较多。


 目前海洋中发现的可燃冰数量和规模比陆地大,主要分布在东西太平洋边缘和西大西洋边缘。此外,东大西洋边缘和印度洋也有少量发现,中北美洲沿岸发现最多。世界海洋陆坡面积90%具备埋藏可燃冰条件,海底可燃冰分布范围约占海洋总面积的10%,相当于4000万km2。保守估计,可燃冰资源量是目前全球已探明的煤、石油和天然气总量近两倍,足够人类使用1000年。中国南海可燃冰探明资源量约700 亿吨油当量, 划定了可燃冰矿区在西沙海槽。


 陆地可燃冰分布于永久冻土带,其成矿机理是煤层气向上逸散,遇到上面冻土层的覆盖,煤层气和水在低温高压条件下形成可燃冰,其组分除了甲烷外,还有少量乙烷、丙烷等气体。陆地上的可燃冰气藏与常规气藏赋存形式相同,都在沉积岩中。陆地可燃冰气藏和海洋可燃冰气藏相比,气层厚度相对较大,并且均发现在含油气盆地中,且气藏属于下生上储型,气源来自于下伏地层中常规气藏的热解气。


 中国是世界上第三大冻土国,冻土区总面积达215万km2,具备良好的可燃冰赋存条件和资源前景,仅青海祁连山南缘永久冻土带就有350亿吨油当量以上远景资源,可供中国使用90年。


 4、可燃冰勘查


 可燃冰调查有水合物赋存相关的地貌、沉积矿物地质、地球物理、地球化学、地震等相关方法技术,勘查包括钻探船动力定位、钻进升沉补偿、随钻测井、保压取心和现场检测等方法和技术。

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 可燃冰勘查技术手段


 5、可燃冰开采


 可燃冰一般是固体状态,如果温度和压力等因素发生变化就会分解,从而产生天然气和水,给开采带来了非常大难度,目前全世界对其开采大多还处于摸索阶段,主要开采思路和方法有两种:


 一是与传统油气开采相结合,通过降压、注热和注化学药剂和注CO2方法,将可燃冰在海底分解为气体,然后开采。其优点在于,海底以上部分可以用现有的油气技术开采,只需开发提高可燃冰的分解效率技术即可;缺点是要注入大量的能量和化学药剂,开采效率不高,同时可能对海底环境造成危害。


 二是固体开采,将可燃冰以固体形态输送到海面,进行初步泥砂分离后采用固液气三项输送技术,将固态可燃冰及输送过程中分解出的气体输送到海面,然后利用海面的高温海水对可燃冰进行分解、收集并通过管道输送,或将分解出来的可燃冰重新制成可燃冰固体转入船运。该技术与现有油气开采技术差别较大,需要全面开发,技术难度较大。


 6、可燃冰存储和运输


 可燃冰一般呈固体状,其储存与运输技术实质为对天然气的固态储运技术。可燃冰可在常压和低温 ( 通常为-15℃ ) 的条件下储存、运输,气体逸失不明显。可燃冰在常压下的分解只发生在表面,分解产生水又覆盖在其表面,形成了一层冰膜,起到保护作用,避免了更多分解,理论上可以将其置于相应条件绝热储罐中进行存储、运输。装运可燃冰设备在运输途中不需要承受高压、低温 , 由于可燃冰具有自我储存能力,同样不需要特殊绝热措施,因此设备对建造材料要求不高。可燃冰的运输具有生产成本低、储存条件相对较易实现、储存和运输过程中安全性高等优点。


 海上运输可燃冰可分为集装运输与散装运输两种模式,集装运输是将可燃冰固体装载在专用的冷藏集装箱里,通过普通集装箱船进行运输。集装运输的关键技术为专用冷藏箱的绝热技术与降低气体逸失技术,箱内货物装卸技术等,需确保可燃冰在整个输送过程中不会发生分解与融化;散装运输可燃冰需研制出新型专用船舶,专家将此船型称为NGH CARRIERS运输。


 7、可燃冰成本


 可燃冰赋存于海底,在这些地方开采,成本可想而知,据估计可燃冰开采成本高达200美元/m3,折合成天然气要1美元/m3;另外,还需要考虑储存设备成本,高压下长距离铺设运输管道成本也不菲。因此,可燃冰最终到民用成本不会低。


 8、可燃冰环保


 可燃冰从开采到使用会造成温室效应和地质灾害,因此仅仅从可燃冰最终燃烧物是CO2和H2O,说可燃冰是清洁能源并不科学。


 一是温室效应

 现有研究发现,相同质量CH4所造成温室增温效应是CO2的56倍,如果可燃冰泄露,全球都会受到温室效应影响,两级冰川会融化,海平面会上升,岛国会淹没;另外环境温度上升会破坏陆地和水生生物圈,最可怕的是,水温上升会导致海底可燃冰进一步分解,会恶性循环。


 二是地质灾害

 固结在海底沉积物中的可燃冰,一旦条件变化会使甲烷气从中释出,不仅会改变沉积物物理性质,极大地降低海底沉积物工程力学特性,使海底软化,出现大规模海底滑坡,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;另外可燃冰开采时极易引发井喷事故,造成海啸和海水毒化等灾害。


 综上所述,虽然可燃冰物化性能、成因、分布、储量等研究已取得阶段性进展,但也仅停留在表面,至于勘查、开采、储存和运输、环保等关键性问题仍然处于探索阶段,尤其是开采还没有进入到大规模稳定阶段,储存和运输也没有实际操作应用,过程中的温室效应和地质灾害等环保问题尚没有答案,所有这些障碍一时半会儿难以解决。因此,可燃冰离应用还很远,但我们要保持对可燃冰的科学热情和现有热度,全社会共同努力,让我们的汽车早点加上冰,早点跑得更远!


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