淺析可燃冰的現(xiàn)狀與發(fā)展

章瑞麟

（華中科技大學(xué)附屬中學(xué) 湖南武漢 430000）

1 引言

“可燃冰”（Combustible ice），學(xué)名天然氣水合物(Natural Gas Hydrate)，由天然氣和水在高壓、低溫條件下混合而成，它的化學(xué)式可用mCH4·nH2O表示，m代表水合物中的氣體分子數(shù)，n代表水分子數(shù)。可燃冰分布在巖石的孔隙和裂隙中，呈結(jié)核狀、層狀或塊狀，顏色有白色、淡黃色、琥珀色和暗褐色幾種，外觀象冰、遇火即可燃燒，具有燃燒值高、清潔無污染等特點。

2 可燃冰的發(fā)現(xiàn)及分布

早在1778年，在深度600-800米的海底，英國化學(xué)家普得斯特里就發(fā)現(xiàn)了可燃冰，著手研究其生成條件，如溫度、壓強、地理環(huán)境等。1965年，在位于西伯利亞凍土區(qū)的麥索雅哈氣田，前蘇聯(lián)也發(fā)現(xiàn)了可燃冰，并成功進行了商業(yè)試采[1]。

可燃冰存在于陸地和海洋中，所在地區(qū)要求地層中既要有充足的天然氣，又要有足夠的巖石孔隙和裂隙空間。陸域可燃冰蘊藏于北極圈和大陸高原的永久凍土帶，如西伯利亞北部、阿拉斯加和加拿大北部。海域可燃冰蘊藏于大陸架邊緣深水盆地、大陸坡、海山以及內(nèi)陸海中，如中國南海、墨西哥灣、加勒比海、美洲東西海岸、非洲西海岸、白令海、鄂霍茨克海、日本海、新西蘭海、阿曼海灣、羅斯海和威德爾海、巴倫支海和波弗特海、黑海和里海地區(qū)。可燃冰分布廣，資源量大，比天然氣更為純凈，已探明的可燃冰中蘊藏著大約2000多萬億立方米甲烷，按照當(dāng)前的消費水平，可供人類使用上千年。

3 可燃冰的開采方法和環(huán)保難題

可燃冰的開采方法如下：

（1）熱激發(fā)開采法 直接對天然氣水合物層進行加熱，使溫度超過其平衡溫度，促使其分解為天然氣與水。

（2）減壓開采法 通過降低壓力促使天然氣水合物分解，減壓途徑主要有兩種：

①采用低密度泥漿鉆井達(dá)到減壓目的；

②通過泵出其下方的游離氣或其他流體達(dá)到減壓目的。

（3）化學(xué)試劑注入開采法 通過向天然氣水合物層中注入某些化學(xué)試劑，如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等，破壞其平衡條件，促使其分解。

（4）CO2置換開采法 在一定的溫度條件下，在某一特定的壓力范圍內(nèi)，天然氣水合物會分解，而CO2水合物則易于形成并保持穩(wěn)定。

（5）礦泥漿開采法 首先促使天然氣水合物在原地分解為氣液混合相，采集混有氣、液、固體水合物的混合泥漿，然后導(dǎo)入海面作業(yè)船或生產(chǎn)平臺進行處理，獲取天然氣。

在常溫常壓條件下，可燃冰極易分解釋放甲烷，甲烷泄露造成的溫室效應(yīng)是二氧化碳的幾十倍。北極圈、大陸高原凍土帶及海洋的生態(tài)環(huán)境非常敏感脆弱，開采陸域和海域可燃冰必須要有可靠的生態(tài)環(huán)境保護手段，否則，極易破壞生態(tài)平衡，釀成環(huán)境災(zāi)難。

4 開發(fā)可燃冰的意義

我國石油對外依存度接近70%，天然氣對外依存度接近35%，能源短缺十分嚴(yán)重。國家已經(jīng)啟動了高技術(shù)研究發(fā)展863計劃和重點基礎(chǔ)研究973計劃，相關(guān)研究已納入天然氣發(fā)展“十二五”和“十三五”規(guī)劃，國際合作也在推進中。去年，為了盡快解決霧霾污染問題，各地均進行了“煤改氣”工作，由于天然氣儲備不足，去年冬季“氣荒”現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，對日常生產(chǎn)生活造成了較大的影響。

結(jié)語

我國是世界第三凍土大國，凍土區(qū)總面積達(dá)到200多萬平方公里，青海地區(qū)、大興安嶺、青藏高原等凍土地帶具備良好的“可燃冰”賦存條件和資源前景。目前，正在開展陸域可燃冰的勘查、評價工作。特別是，在2017年5月18日，我國在南海海域試采可燃冰取得了成功。未來十年，我國有望攻克開采可燃冰的技術(shù)和環(huán)保難題，屆時，困擾我國的能源短缺和霧霾問題將得到徹底解決。