1、Xian Jiaotong University 第四章第四章 天然气化学天然气化学Xian Jiaotong University 天然气是继煤和石油之后的第二大能源。它是一天然气是继煤和石油之后的第二大能源。它是一种种优质优质、洁净的燃料洁净的燃料，分布广泛分布广泛、开采方便开采方便、成本成本低廉低廉、污染极小污染极小；是目前世界上产量增长最快的能；是目前世界上产量增长最快的能源，已成为全球最主要的能源之一。源，已成为全球最主要的能源之一。天然气化学天然气化学是指是指利用天然气生产化工产品的一门化利用天然气生产化工产品的一门化学学科学学科。内容包括。内容包括天然气天然气的的组成组成、分类分
2、类和和性质性质，以及，以及从天然气中从天然气中分离出化学产品分离出化学产品或或以天然气为原料进行加以天然气为原料进行加工、精制工、精制和和合成合成过程中的化学问题。过程中的化学问题。Xian Jiaotong University本章主要内容本章主要内容4.1 4.1 天然气的组成与性质天然气的组成与性质4.2 4.2 天然气的开采和天然气化工天然气的开采和天然气化工4.3 4.3 煤层气的利用、天然气的适用技术煤层气的利用、天然气的适用技术 4.4 4.4 天然气水合物天然气水合物-可燃冰可燃冰Xian Jiaotong University4.1 天然气组成和性质天然气组成和性质何为天然气
3、？何为天然气？广义：广义：自然界中天然存在的一切气体自然界中天然存在的一切气体(大气、岩石大气、岩石气、海洋气、宇宙气气、海洋气、宇宙气)狭义：狭义：(能量角度能量角度)天然蕴藏于地层中的天然蕴藏于地层中的烃类和非烃烃类和非烃类类的的可燃性混合气体。可燃性混合气体。天然气主要成分是天然气主要成分是甲烷甲烷，另有少量的乙烷、丙烷和，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。主要存在于丁烷。主要存在于油田气、气田、煤层和页岩层油田气、气田、煤层和页岩层。重烃气重烃气C C2+2+Xian Jiaotong University天然气分类天然气分类 按来源分：按来源分：伴生气伴生气和和非伴生气非伴生气伴随石油伴随
4、石油(煤炭煤炭)共生，与石油共生，与石油(煤炭煤炭)同时被开采出叫同时被开采出叫伴生气伴生气，非，非伴生气伴生气包括包括纯气田天然气纯气田天然气和和凝析气田天然气（液相为油）。凝析气田天然气（液相为油）。按蕴藏状态分：按蕴藏状态分：构造性天然气构造性天然气、水溶性天然气水溶性天然气和和 煤矿天然气煤矿天然气 按性状态分：按性状态分：干性天然气干性天然气和和湿性天然气湿性天然气 按加工情况分：按加工情况分：压缩天然气压缩天然气和和液化天然气（液化天然气（-160oC）重烃重烃C C2+2+5%5%Xian Jiaotong University天然气分类天然气分类 生储盖组合分：生储盖组合分：-
5、指天然气源岩及储层同时位于指天然气源岩及储层同时位于一个较大的地质层系，气体的运移和聚集未超过一个较大的地质层系，气体的运移和聚集未超过该层系范围该层系范围-指气体源岩的地质时代较储层指气体源岩的地质时代较储层新，气体通过断层、不整合面以侧向运移方式聚新，气体通过断层、不整合面以侧向运移方式聚集在老地层中集在老地层中-老地层中生成的天然气以垂向老地层中生成的天然气以垂向运移或通过断层不整合面等储集在新地层中的天运移或通过断层不整合面等储集在新地层中的天然气然气Xian Jiaotong University天然气分类天然气分类 存在相态存在相态：气藏气气藏气指呈游离态单独聚集成藏的天然气指呈游
6、离态单独聚集成藏的天然气溶解气溶解气指油藏中溶解的天然气指油藏中溶解的天然气凝析气凝析气指在地层条件下具有凝析和反凝析规指在地层条件下具有凝析和反凝析规 律的气藏中的天然气律的气藏中的天然气气体水合物气体水合物指以物理方式封闭在膨胀的水分指以物理方式封闭在膨胀的水分 子晶格内的天然气子晶格内的天然气Xian Jiaotong University 按母质类型划分按母质类型划分：腐泥型天然气（油型气）腐泥型天然气（油型气）-由腐泥型或偏腐泥型由腐泥型或偏腐泥型(I、II1型型)干酪根降解形成干酪根降解形成。干酪根相对富氢干酪根相对富氢，以含，以含直链及直链及环状饱和烃为主环状饱和烃为主，只含，只
7、含少量少量多环芳香烃及含氧官能多环芳香烃及含氧官能团，它在初次裂解过程中主要形成石油，同时伴生部团，它在初次裂解过程中主要形成石油，同时伴生部分天然气，但早期形成的液态油若继续经历更高的热分天然气，但早期形成的液态油若继续经历更高的热应力，进一步二次裂解成为天然气。应力，进一步二次裂解成为天然气。腐殖型天然气（煤型气）腐殖型天然气（煤型气）-由腐殖或偏腐殖型由腐殖或偏腐殖型(II2、III型型)干酪根降解而成干酪根降解而成。干酪根相对贫氢干酪根相对贫氢，以含多环，以含多环芳香烃及缩合稠环芳香烃为主，富含氧官能团，饱和芳香烃及缩合稠环芳香烃为主，富含氧官能团，饱和结构含量少，且以短链为主，它以成
8、气为主。结构含量少，且以短链为主，它以成气为主。Xian Jiaotong University干酪根干酪根指沉积岩中不溶于非氧化型酸、碱和有机溶剂的分散有指沉积岩中不溶于非氧化型酸、碱和有机溶剂的分散有机质。根据来源不同分为三类。机质。根据来源不同分为三类。I型（腐泥型型（腐泥型）：以含类脂化合物为主，含直链烷烃多，多环）：以含类脂化合物为主，含直链烷烃多，多环芳烃及含氧官能团很少，芳烃及含氧官能团很少，高氢低氧高氢低氧，来自藻类沉积物和各种有，来自藻类沉积物和各种有机质，生油潜能大，机质，生油潜能大，1.8kg油油/吨生油岩。吨生油岩。型型：氢含量较高，但较：氢含量较高，但较I型略低，为高
9、度饱和多环碳骨架，型略低，为高度饱和多环碳骨架，含中等长度直链烷烃、环烷烃、多环芳烃及杂原子官能团，来含中等长度直链烷烃、环烷烃、多环芳烃及杂原子官能团，来自海相浮游生物和微生物，生油潜能中等，自海相浮游生物和微生物，生油潜能中等，1.2kg油油/吨生油岩。吨生油岩。型（腐殖型）型（腐殖型）：低氢高氧，以多环芳烃及含氧官能团为主，：低氢高氧，以多环芳烃及含氧官能团为主，饱和烃很少，来自陆地高等植物，对生油不利，饱和烃很少，来自陆地高等植物，对生油不利，0.6kg油油/吨生油吨生油岩，对生气有利。岩，对生气有利。Xian Jiaotong University 按有机质演化阶段划分按有机质演化阶
10、段划分：生物气生物气-指有机质在未成熟阶段经厌氧细菌降解所指有机质在未成熟阶段经厌氧细菌降解所生成的气态产物。化学成分以甲烷为主。生成的气态产物。化学成分以甲烷为主。热解气热解气-指有机质在成熟演化阶段经热催化作用生成指有机质在成熟演化阶段经热催化作用生成的天然气，包括油型热解气和煤型热解气。的天然气，包括油型热解气和煤型热解气。生物生物-热催化过渡带天然气热催化过渡带天然气-指有机质在低温演化阶指有机质在低温演化阶段生成的天然气。段生成的天然气。裂解气裂解气-指干酪根在过成熟演化阶段由已生成的液指干酪根在过成熟演化阶段由已生成的液态烃和残余干酪根及部分重烃气经高温裂解作用而生态烃和残余干酪根
11、及部分重烃气经高温裂解作用而生成的天然气。成的天然气。Xian Jiaotong University 元素组成：主要是元素组成：主要是C、H，少量，少量O、S、N及微量及微量稀有元素组成，其中稀有元素组成，其中C占占65-80%，H占占12-20%化学组成：化学组成：烃类烃类(以以CH4为主为主)；非烃类；非烃类(CO2、H2、N2、NH3、H2S)天然气的化学组成天然气的化学组成甲烷燃烧反应：甲烷燃烧反应：CH4 +2O2 CO2 +2H2O 2CH4 +3O2 2 CO +4H2O Xian Jiaotong University 无色无色，有汽油味或有汽油味或H H2 2S S味味，可
12、燃可燃。由于其化学性质。由于其化学性质组成变化大，致使其物理性质变化甚大。组成变化大，致使其物理性质变化甚大。1)1)分子大小：天然气化合物分子的长度和有效直径分子大小：天然气化合物分子的长度和有效直径比石油化合物要小，有利于运移。比石油化合物要小，有利于运移。2)2)表观分子量：天然气中各种化合物平均分子量表观分子量：天然气中各种化合物平均分子量3)3)密度（表观密度和相对密度）密度（表观密度和相对密度）表观密度：地表一般为表观密度：地表一般为0.7-0.75 kg/m0.7-0.75 kg/m3 3；地下可达；地下可达150-250 kg/m150-250 kg/m3 3，凝析气可达，凝析
13、气可达225-450kg/m225-450kg/m3 3。基本物理性质基本物理性质Xian Jiaotong University 相对密度：一般在相对密度：一般在0.56-1.00.56-1.0，随重烃、非烃气体，随重烃、非烃气体含量的增加而增大。含量的增加而增大。4)4)溶解性：易溶于石油，难溶于水。溶解性：易溶于石油，难溶于水。油中：油中：0.30.3 m m3 3/m/m3 3，水中：，水中：0.033 0.033 m m3 3/m/m3 35)5)粘度：随粘度：随T T和非烃气体含量增加而增大。和非烃气体含量增加而增大。6)6)蒸气压力：随蒸气压力：随T T升高而增大；分子量增加而减
14、小升高而增大；分子量增加而减小7)7)吸附作用：天然气被岩石层吸附的现象吸附作用：天然气被岩石层吸附的现象 单位质量岩石吸附天然气量大小，与岩石类型和天单位质量岩石吸附天然气量大小，与岩石类型和天然气种类以及压力温度等有关。然气种类以及压力温度等有关。Xian Jiaotong University8)8)热值热值发热量发热量烃类烃类热值（发热量）热值（发热量）kJ/m3(净值净值)kJ/kg(净值净值)kJ/m3(全值全值)kJ/kg(全值全值)CH4C2H6C3H8C4H1034037.8060937.2587915.42115863.0447541.9645162.1044054.174
15、3368.1537811.4866618.4495537.50125876.3552812.9649371.2047873.3347116.44Xian Jiaotong University天然气的产状天然气的产状存在相态：游离相、溶解相、吸附相、固态气水化物存在相态：游离相、溶解相、吸附相、固态气水化物分布特征：聚集型、分散型分布特征：聚集型、分散型聚集型天然气：以游离状态聚集在一起。聚集型天然气：以游离状态聚集在一起。气藏气气藏气、气顶气气顶气、凝析气凝析气（固态气水合物）（固态气水合物）分散型天然气：溶解气（油溶气、水溶气）、煤层气分散型天然气：溶解气（油溶气、水溶气）、煤层气Xian
16、 Jiaotong University聚集型天然气聚集型天然气 气藏气气藏气：不与石油伴生，单独聚集成纯气藏：不与石油伴生，单独聚集成纯气藏 CH CH4 4含量含量95%95%、C C2+2+气少；可为烃气，也可为非烃气气少；可为烃气，也可为非烃气 气顶气气顶气：存在于石油层顶部，呈游离态存在。：存在于石油层顶部，呈游离态存在。CHCH4 4为主，为主，C C2+2+气气5%5%，湿气，成因、分布与石油有关，湿气，成因、分布与石油有关 凝析气凝析气：当地下：当地下T T、P P超过临界条件时，液态烃超过临界条件时，液态烃逆逆蒸发蒸发形成气体，称为凝析气。采至地面后，随形成气体，称为凝析气。
17、采至地面后，随T T、P P降低又逆凝结为轻质油。即凝析油。降低又逆凝结为轻质油。即凝析油。凝析气属于湿气，多分布在凝析气属于湿气，多分布在3000-40003000-4000米深度范围内米深度范围内Xian Jiaotong University分散型天然气分散型天然气 煤层气（矿井瓦斯）煤层气（矿井瓦斯）煤层中呈吸附或游离状态的天然气；主要成分是煤层中呈吸附或游离状态的天然气；主要成分是CH4，少量，少量N2、CO2、H2S。油田气油田气 溶于石油或地下水，属于湿气，溶于石油或地下水，属于湿气，C2+高，可达高，可达40%。固态气水合物固态气水合物-可燃冰可燃冰 高压低温条件下，高压低温条
18、件下，CH4等气体分子被封闭冻结在水等气体分子被封闭冻结在水分子的晶格中，形成的固体水合物。分子的晶格中，形成的固体水合物。聚集性天然气聚集性天然气Xian Jiaotong University全球储藏量的全球储藏量的50%50%以上集中在中东地区以上集中在中东地区(俄罗斯、伊朗和卡塔尔俄罗斯、伊朗和卡塔尔)。4.2 天然气的开采和天然气化工天然气的开采和天然气化工天然气的勘探方式与石油勘探相似。同样包括地质勘天然气的勘探方式与石油勘探相似。同样包括地质勘探、评估、预探、钻井采气等四个步骤。探、评估、预探、钻井采气等四个步骤。天然气勘探天然气勘探Xian Jiaotong Universit
19、y我国累计探明天然气地质储量我国累计探明天然气地质储量(不含溶解气不含溶解气)4.38万亿立方米万亿立方米西气东输西气东输Xian Jiaotong University采气采气是把天然气从地层内部开采出来的全部工艺过程。是把天然气从地层内部开采出来的全部工艺过程。采气工艺与自喷采油法基本相似，都是在探明的油气采气工艺与自喷采油法基本相似，都是在探明的油气田上方钻井，并诱导气流，使气体靠地层压力由井内田上方钻井，并诱导气流，使气体靠地层压力由井内自喷至井口。自喷至井口。采气方式主要采用采气方式主要采用柱塞排液法柱塞排液法：它是一种利用投放在：它是一种利用投放在井筒油管内的井筒油管内的柱塞的上下
20、运动柱塞的上下运动来排除和防止井筒积液来排除和防止井筒积液的间歇气举排液采气工艺。的间歇气举排液采气工艺。采气采气Xian Jiaotong University热成因型热成因型页岩气藏页岩气藏致密砂岩气藏致密砂岩气藏几十公里几十公里转换带转换带岩性气藏岩性气藏构造油藏构造油藏构造气藏构造气藏页岩油藏页岩油藏煤层气煤层气生油窗生油窗生气窗生气窗生物成因型页岩气藏生物成因型页岩气藏Xian Jiaotong University从地下开采出来的天然气，通常含有水、从地下开采出来的天然气，通常含有水、H H2 2S S、COCO2 2和汞和汞蒸气，会堵塞或腐蚀输气管道。蒸气，会堵塞或腐蚀输气管道。
21、天然气净化天然气净化水的水的困扰困扰水合物水合物弱酸弱酸局部聚集局部聚集堵塞管道、阀门堵塞管道、阀门腐蚀管道腐蚀管道降低输气量降低输气量增加流动压力增加流动压力Why?热值低热值低Xian Jiaotong University净化净化方法方法降低天然气露点，防止液相水析出；降低天然气露点，防止液相水析出；保证输气管道的输送效率；保证输气管道的输送效率；防止水合物生成；防止水合物生成；保护管线免受腐蚀。保护管线免受腐蚀。作用作用分离和过滤（分离和过滤（灰尘和夹带液体灰尘和夹带液体分离器分离器）冷凝分离（冷凝分离（水和重烃气水和重烃气）物理、化学吸收（物理、化学吸收（H H2 2S S、COCO
22、2 2、H H2 2O O）液化分离（液化分离（蒸汽压不同蒸汽压不同）Xian Jiaotong University天然气化工天然气化工天然气化工是化学工业分支之一。是以天然气为原料天然气化工是化学工业分支之一。是以天然气为原料生产化工产品的工业，是燃料化工的组成部分，也可生产化工产品的工业，是燃料化工的组成部分，也可将天然气化工归属于石油化工。将天然气化工归属于石油化工。在能源结构上，天然气在在能源结构上，天然气在2121世纪将逐渐替代石油成为世纪将逐渐替代石油成为能源主力；但在化工利用方面，石油化工产品成本明能源主力；但在化工利用方面，石油化工产品成本明显低于天然气化工产品，利用面窄显低
23、于天然气化工产品，利用面窄(氨氨和和甲醇甲醇)。天然气化工一般包括天然气净化分离、化学加工等。天然气化工一般包括天然气净化分离、化学加工等。Xian Jiaotong University净化分离净化分离初步分离初步分离脱水、脱砂、分离凝析油脱水、脱砂、分离凝析油加压、冷凝、精馏加压、冷凝、精馏二次分离二次分离脱脱H2S脱脱CO2富硫矿富硫矿脱硫磺脱硫磺富重烃气富重烃气凝析油凝析油(C2+)Xian Jiaotong University化学加工化学加工Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University特例分析特例分析1 1）乙烷、丙烷裂解制乙烯和
24、甲烷转化技术乙烷、丙烷裂解制乙烯和甲烷转化技术 将天然气中乙烷、丙烷用作裂解装置制乙烯的原料，将天然气中乙烷、丙烷用作裂解装置制乙烯的原料，大大提高了裂解制乙烯的经济性。大大提高了裂解制乙烯的经济性。20002000年加拿大建成年加拿大建成世界最大的乙烷裂解装置。世界最大的乙烷裂解装置。Xian Jiaotong University采用氧化偶联技术将甲烷转化为乙烯的工艺正在开采用氧化偶联技术将甲烷转化为乙烯的工艺正在开发之中。发之中。a）伊朗将甲烷与被氦气稀释的氧在）伊朗将甲烷与被氦气稀释的氧在700-800下发下发生氧化偶联反应制备乙烯，催化剂为生氧化偶联反应制备乙烯，催化剂为CaBaTi
25、O3，乙，乙烯产率为烯产率为26%。b）我国兰化所以）我国兰化所以Na-W-Mn/SiO2作催化剂对甲烷氧作催化剂对甲烷氧化偶联制备乙烯化偶联制备乙烯，甲烷转化率高达，甲烷转化率高达40%，尤其适用，尤其适用于流化床和加压。于流化床和加压。Xian Jiaotong University4.3 煤层气的利用、天然气的适用技术煤层气的利用、天然气的适用技术 煤层气煤层气：俗称瓦斯，是赋存在煤层中俗称瓦斯，是赋存在煤层中以甲烷为主以甲烷为主要要成分、以吸附在成分、以吸附在煤基质颗粒表面煤基质颗粒表面为主、为主、部分游离于煤部分游离于煤孔隙中孔隙中或溶解于煤层水中的或溶解于煤层水中的烃类气体烃类气体
26、，是一种新型洁，是一种新型洁净能源和优质化工原料。净能源和优质化工原料。在热值上，煤层气与常规天然气相当，每在热值上，煤层气与常规天然气相当，每1000m3煤煤层气相当于层气相当于1t石油或石油或1.25t标准煤。标准煤。Xian Jiaotong University瓦斯爆炸是威胁煤矿工瓦斯爆炸是威胁煤矿工人生命安全的恶魔！人生命安全的恶魔！Xian Jiaotong University我国煤层气开发利用现状我国煤层气开发利用现状 我国深层煤层气储量约我国深层煤层气储量约36.81万亿万亿m3,主要分布在华主要分布在华北和西北地区北和西北地区,与陆上常规天然气资源量与陆上常规天然气资源量3
27、8万亿万亿m3基基本相当。本相当。我国煤层气主要分布在晋陕内蒙古、新疆、冀豫我国煤层气主要分布在晋陕内蒙古、新疆、冀豫皖和云贵川渝等四个含气区，其中晋陕内蒙古含气皖和云贵川渝等四个含气区，其中晋陕内蒙古含气区煤层气资源量最大，占全国煤层气总资源量的区煤层气资源量最大，占全国煤层气总资源量的50%左右。左右。Xian Jiaotong University煤层气开发利用现状煤层气开发利用现状我国煤层气已进入快速发展轨道我国煤层气已进入快速发展轨道 全国煤层气探明储量达到全国煤层气探明储量达到1700亿亿m3，与，与2005年相比，增长年相比，增长70%；累计施工煤层气井；累计施工煤层气井3600
28、多口，增长多口，增长5倍；年产量达倍；年产量达7亿亿m3，增长，增长18倍，产能达到倍，产能达到25亿亿m3煤层气抽采利用不断取得进展煤层气抽采利用不断取得进展 2009年累计抽采煤层气年累计抽采煤层气64.5亿亿m3，利用，利用19.3亿亿m3，其中地，其中地面煤层气产量面煤层气产量10.1亿亿m3，利用量，利用量5.8亿亿m3,与与2005年相比，年相比，五年时间煤层气抽采量、利用量增加了约五年时间煤层气抽采量、利用量增加了约3倍倍Xian Jiaotong University煤层气利用煤层气利用煤层气抽放煤层气抽放煤层气发电机组煤层气发电机组尾气尾气剩剩余余煤煤层层气气供井筒采暖供井筒
29、采暖供楼房采暖供楼房采暖供职工洗澡水供职工洗澡水大棚供热大棚供热/碳碳生产干冰生产干冰生产炭黑生产炭黑合成甲醇合成甲醇压缩灌装压缩灌装加压加压富氢尾气富氢尾气汽车、燃料汽车、燃料并入西气东输管网并入西气东输管网化工产品化工产品余热余热碳源碳源Xian Jiaotong University煤层气发电煤层气发电我国煤层气发电我国煤层气发电装机容量装机容量9292万千瓦万千瓦，跟煤电相比，跟煤电相比，减减排排COCO2 2的效果比较明显的效果比较明显山西晋煤集团山西晋煤集团寺河煤层气发电厂是世界上最大的寺河煤层气发电厂是世界上最大的煤层气电厂煤层气电厂，拥有，拥有6060台发电机组，装机容量为台发
30、电机组，装机容量为1212万千万千瓦，年发电量约瓦，年发电量约8.48.4亿度，年利用煤矿瓦斯约亿度，年利用煤矿瓦斯约1.81.8亿亿m m3 3 缺点：缺点：发电成本较高发电成本较高、发电上网难发电上网难、发电规模较发电规模较小小，大部分是公司自备煤层气发电厂，总装机容量还，大部分是公司自备煤层气发电厂，总装机容量还很小很小Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University陕西彬长集团瓦斯发电Xian Jiaotong University煤层气工业利用煤层气工业利用 煤层气用作工业、汽车燃料，等同天然气，是煤层气用作工业、汽车燃料，等同天然气，
31、是一种清洁燃料，可替代汽油，气价便宜、环保。一种清洁燃料，可替代汽油，气价便宜、环保。煤层气作为优质的化工原料，可用来煤层气作为优质的化工原料，可用来生产炭黑生产炭黑、合成甲醇合成甲醇、合成氨和生产乙炔合成氨和生产乙炔等，具有投资小、等，具有投资小、成本低、占地少、不污染等优点。成本低、占地少、不污染等优点。国内煤层气利用项目主要有：国内煤层气利用项目主要有：铁法煤层气供法铁法煤层气供法库县陶瓷城项目库县陶瓷城项目，阳泉煤层气氧化铝焙烧项目阳泉煤层气氧化铝焙烧项目Xian Jiaotong University铁法煤层气供法库县陶瓷城项目Xian Jiaotong University氧化铝管
32、氧化铝管阳泉煤层气氧化铝焙烧项目阳泉煤层气氧化铝焙烧项目Xian Jiaotong University煤层气民用煤层气民用民用煤层气主要作为燃料民用煤层气主要作为燃料，占煤层气总利用量的，占煤层气总利用量的70%70%以上，以上，20092009年民用瓦斯用户超过年民用瓦斯用户超过8787万户。万户。Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University煤层气开发利用存在的主要问题煤层气开发利用存在的主要问题 科研投入不足，技术创新不够科研投入不足，技术创新不够 煤炭、煤层气矿业权重叠（煤炭、煤层气矿业权重叠（矿权矿权、气权分离气权分离）相关政策落实
33、不到位，企业积极性不高相关政策落实不到位，企业积极性不高 煤层气抽采难度大，利用率偏低煤层气抽采难度大，利用率偏低 Xian Jiaotong University煤层气的开发利用前景煤层气的开发利用前景1 1）是一举多得的民生工程，具有广阔的发展前景）是一举多得的民生工程，具有广阔的发展前景2 2）经济效益巨大）经济效益巨大3 3）保障煤矿安全生产）保障煤矿安全生产4 4）改善能源结构，缓解常规油气供应紧张状况）改善能源结构，缓解常规油气供应紧张状况5 5）保护大气环境）保护大气环境Xian Jiaotong University天然气的适用技术天然气的适用技术随着人们对天然气的重视程度逐渐
34、加强，天然气适用技随着人们对天然气的重视程度逐渐加强，天然气适用技术得到了快速发展。术得到了快速发展。(1)(1)燃烧天然气的电厂日益增多燃烧天然气的电厂日益增多(2)(2)天然气用于燃料电池天然气用于燃料电池(3)(3)天然气汽车天然气汽车(4)(4)天然气空调天然气空调与常规含氯氟烃空调相比，成本低、运行费用少，环保与常规含氯氟烃空调相比，成本低、运行费用少，环保以压缩天然气为燃料，汽车车种较齐全；清洁、无污染以压缩天然气为燃料，汽车车种较齐全；清洁、无污染快速发电，能量损失少，发电效率高，尾气清洁、无噪音快速发电，能量损失少，发电效率高，尾气清洁、无噪音Xian Jiaotong Uni
35、versity我国天然气市场展望我国天然气市场展望(1)(1)开采量少，储藏量不多（开采量少，储藏量不多（1%1%世界）；世界）；(2)(2)分布不均匀：陆多海少，西多东少，北多南少；分布不均匀：陆多海少，西多东少，北多南少；(3)(3)天然气消费水平低，在一次能源消费结构所占比天然气消费水平低，在一次能源消费结构所占比例远低于发达国家水平；例远低于发达国家水平；(4)(4)调整能源消费结构、减少污染物排放；调整能源消费结构、减少污染物排放；(5)(5)合理利用国外资源合理利用国外资源Xian Jiaotong University4.4 4.4 天然气水合物天然气水合物（1 1）（2 2）X
36、ian Jiaotong University可燃冰简介可燃冰简介天然气水合物又叫可燃冰，主要成天然气水合物又叫可燃冰，主要成分是分是CHCH4 4与水分子，由与水分子，由天然气与水天然气与水在高压低温条件下形成的具有笼状在高压低温条件下形成的具有笼状结构的似冰状结晶化合物结构的似冰状结晶化合物，气体分，气体分子多以子多以CHCH4 4为主为主(90%),90%),也称甲烷也称甲烷水合物。纯净的天然气水合物多呈水合物。纯净的天然气水合物多呈白色，形似冰雪，可以像固体酒精白色，形似冰雪，可以像固体酒精一样直接被点燃，因此，被形象地一样直接被点燃，因此，被形象地称为称为“可燃冰可燃冰”。Xian
37、Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University 可燃冰存在于海底或陆地冻土带内可燃冰存在于海底或陆地冻土带内，具有非常高的，具有非常高的使用价值，使用价值，1m1m3 3可燃冰等于可燃冰等于164m164m3 3 的常规天然气藏的常规天然气藏,是其他非常规气源岩是其他非常规气源岩(如煤层、黑色页岩如煤层、黑色页岩)能量密能量密度的度的10 10 倍，是常规天然气能量密度的倍，是常规天然气能量密度的2-52-5倍。倍。1 m3水合物水合物0.8 m3水水164 m3天然气天然气Xian Jiaotong Un
38、iversity可燃冰的发现可燃冰的发现 1778 1778年，英国年，英国化学家普得斯特化学家普得斯特里里首次发现天然气水合物首次发现天然气水合物，但并未，但并未引起足够重视；引起足够重视；19341934年，前苏联在被堵塞的天然年，前苏联在被堵塞的天然气输气管道里发现冰状固体堵塞物，气输气管道里发现冰状固体堵塞物，自此对可燃冰这一新能源产生了广自此对可燃冰这一新能源产生了广泛的关注；泛的关注；19651965年，前苏联在西西伯利亚永年，前苏联在西西伯利亚永久冻土带发现了可燃冰矿藏。久冻土带发现了可燃冰矿藏。至此，可燃冰的神秘面纱正被一步至此，可燃冰的神秘面纱正被一步步地揭开。步地揭开。Xi
39、an Jiaotong University 可燃冰储量及分布可燃冰储量及分布据保守估算，世界据保守估算，世界上上天然气水合物中天然气水合物中有机碳的总资源量有机碳的总资源量，相当于相当于全球已知全球已知煤、煤、石油和天然气石油和天然气总量总量的的2 2倍倍。燃烧后几乎。燃烧后几乎没有污染，没有污染，是一种是一种绿色的新型清洁能绿色的新型清洁能源源。Xian Jiaotong University可燃冰的储量可燃冰的储量目前，世界上有目前，世界上有7979个国家和地区都发现了天然个国家和地区都发现了天然气水合物气藏。各国科学家对全球天然气水合气水合物气藏。各国科学家对全球天然气水合物资源量较为
40、一致的评价为物资源量较为一致的评价为2 2 10 101616 m m3 3，是，是剩余天然气储量剩余天然气储量(1.56 1.56 10 101414 m m3 3)的的128 128 倍。倍。据第据第2828届国际地质大会提供的资料显示，海底届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量存在的天然气水合物，可满足人类有大量存在的天然气水合物，可满足人类1000 1000 年的能源需要。年的能源需要。Xian Jiaotong University 我国可燃冰主要分布在我国可燃冰主要分布在南海海域南海海域、东海海域东海海域、青藏高原冻土带青藏高原冻土带以及以及东北冻土带东北冻土带。其中，南海北部。
41、其中，南海北部陆坡的可燃冰资源量达陆坡的可燃冰资源量达185185亿亿t t油当量。油当量。在西沙海槽已初步圈出可燃冰面积为在西沙海槽已初步圈出可燃冰面积为5242km5242km2 2，其资源达其资源达4.14.1万亿万亿m m3 3。而且，东海和台湾省海域也存。而且，东海和台湾省海域也存在大量可燃冰，资源量至少有在大量可燃冰，资源量至少有350350亿亿t t油当量油当量。我国已经在南海北部神狐海域和青海省祁连山我国已经在南海北部神狐海域和青海省祁连山永久冻土带取得了可燃冰实物样品。永久冻土带取得了可燃冰实物样品。Xian Jiaotong University世界上可燃冰的分布世界上可燃
42、冰的分布科学家公认，可燃冰在科学家公认，可燃冰在世界范围内有广泛存在的可能性世界范围内有广泛存在的可能性，在，在陆陆地大约有地大约有27%27%的面积的面积存在可燃冰，存在可燃冰，海洋约海洋约90%90%面积面积存在可燃冰。存在可燃冰。海底范围约海底范围约4 410107 7kmkm2 2，海底可燃冰的储量够人类使用海底可燃冰的储量够人类使用1000 1000 年年。可燃冰的世界分布图可燃冰的世界分布图注注:黑点为可燃冰分黑点为可燃冰分布位置布位置Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University形成
43、原因形成原因海洋生物和微生物死海洋生物和微生物死后后，尸尸沉海底沉海底海底水海底水温较温较低，低，压压力大，力大，经过细菌分解成为甲烷经过细菌分解成为甲烷、乙烷等可燃气体、乙烷等可燃气体进入海底的沉积岩，与水结合成可燃冰进入海底的沉积岩，与水结合成可燃冰。Xian Jiaotong University形成的基本形成的基本条件条件首先，温度不能太高首先，温度不能太高（海底的温度是（海底的温度是22至至44，适合甲烷水合物的形成，高于适合甲烷水合物的形成，高于2020就分解就分解）；第二，压力要足够大第二，压力要足够大，但不需太大（，但不需太大（00时，时，3030个大气压以上就可生成）；个大气
44、压以上就可生成）；第三，地底要有气源。第三，地底要有气源。Xian Jiaotong University最有可能形成甲烷水合物区域：最有可能形成甲烷水合物区域：（1 1）高纬度的冻土层）高纬度的冻土层 如美国的阿拉斯加、俄罗斯的西伯利亚都已有发现，而且如美国的阿拉斯加、俄罗斯的西伯利亚都已有发现，而且俄国已开采近俄国已开采近2020年。年。（2 2）海底大陆架斜坡）海底大陆架斜坡 如美国和日本的近海海域，加勒比海沿岸及我国南海和如美国和日本的近海海域，加勒比海沿岸及我国南海和东海海底均有储藏，估计我国黄海海域和青藏高原的冻土带也东海海底均有储藏，估计我国黄海海域和青藏高原的冻土带也有储藏。有
45、储藏。Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University天然气水合物天然气水合物-未来的替代能源未来的替代能源全球储量：全球储量：海域：海域：16101610千亿吨千亿吨(数百年数百年)；冻土地区：冻土地区：5.35.3千亿吨千亿吨。Xian Jiaotong University作作为为燃料的燃料的优缺点优缺点优点：储量大、无污染优点：储量大、无污染缺点：缺点：以以固体形态埋藏在海底固体形态埋藏在海底，开采开采成本高成本高 (相相对现时开采石油对现时开采石油、煤等、煤等)Xian Jiaotong University天然气水合物开发的利与弊天然
46、气水合物开发的利与弊 惊人容量！世界上可燃冰的世界上可燃冰的总资源量相当于全总资源量相当于全球球已知煤、石油和天然已知煤、石油和天然气气的的2倍。倍。可可满足人类满足人类 1000 年的需求。年的需求。Xian Jiaotong University可燃冰的开采原理可燃冰的开采原理天然气天然气水合物水合物水水 +气气取走取走分解破坏相平衡分解破坏相平衡层压下降层压下降加速分解加速分解层温下降层温下降补充热量补充热量加注药剂加注药剂水水 +气气Xian Jiaotong University可燃冰的开采可燃冰的开采方法方法 将热流体泵入水合物地层促使将热流体泵入水合物地层促使温度上升，达到水合物
47、分解并温度上升，达到水合物分解并释放出甲烷蒸汽的方法。释放出甲烷蒸汽的方法。缺点缺点 热激发热激发法法热损失大，效率低，不好收集。尤其海底热损失大，效率低，不好收集。尤其海底的水合物均匀分布于海床。如何的水合物均匀分布于海床。如何布设管道布设管道并高效收集并高效收集成为难题成为难题电磁加热电磁加热Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University 化学试剂法化学试剂法利用盐水、甲醇等化学试剂破利用盐水、甲醇等化学试剂破坏水合物相平衡，降低水合物坏水合物相平衡，降低水合物稳定温度，使其分解的方法稳定温度，使其分解的方法缺点缺点分解缓慢，费用昂贵分解缓
48、慢，费用昂贵Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University 降压降压法法先开采水合物下层的游离气使先开采水合物下层的游离气使气压下降，破坏水合物相平衡气压下降，破坏水合物相平衡促使其分解的方法。促使其分解的方法。优点：无需连续激发，成本低优点：无需连续激发，成本低缺点：开采速度慢缺点：开采速度慢未来发展趋势未来发展趋势Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University 置置换换法法将将液化液化COCO2 2注入海底注入海底，因因COCO2 2较较甲甲烷易烷易于于形成水合物形成水合物，放热促使，放热促
49、使甲甲烷烷分子从分子从水合物中水合物中被被排出排出Xian Jiaotong UniversityXian Jiaotong University 核辐射核辐射法法将将核核废废料埋入料埋入冻土层冻土层地底，利地底，利用核用核辐辐射使射使水合物水合物分解分解缺点缺点需要铺设管道，而且甲需要铺设管道，而且甲烷气收集效率不高烷气收集效率不高Xian Jiaotong University天然气水合物的发现和开采为人类面对能源危机带来了挑战和希望 尽管尽管天然天然气气水合物具有分布水合物具有分布广广、规模大规模大、储储量量多、清多、清洁无污染等优点洁无污染等优点但是目前的开采但是目前的开采方法都不是十
50、分有效方法都不是十分有效Xian Jiaotong University若能突破现有开发技术的瓶颈天然气水合物必将天然气水合物必将成成为为2121世纪世纪最重要的能最重要的能源源资源资源之一之一Xian Jiaotong University “谁掌握天然气水合物的开采技术，谁就可以执谁掌握天然气水合物的开采技术，谁就可以执2121世纪世界能源之牛耳世纪世界能源之牛耳”。天然气水合物天然气水合物作为作为2121世纪的替代能源世纪的替代能源是世界能源是世界能源发展的大趋势发展的大趋势。不仅具有经济意义，而且具有政治意。不仅具有经济意义，而且具有政治意义。美国科学家认为，义。美国科学家认为，天然气
