1绪论
1.1研究背景及意义
自古以来,人类社会的发展离不开对自然资源的利用,尤其是现在,随着社会经济的快速发展,人类对能源的需求日益增涨,而化石能源是目前广泛使用的能源,一方面它是经过几亿年环境变迁形成的不可再生能源,现已面临着枯竭的危险;另一方面,它对人类赖以生存的环境造成危害,应当控制或改善这种能源使用。这就需要寻找新型的环境友好型能源代替传统化石能源,不仅可以解决能源枯竭问题,还可以改善环境,延长地球寿命。我国能源结构的特点是多煤贫油少气,据统计,我国的煤炭储量约为1145亿吨(约占世界储量的13%);又据中国石油报统计:2017年我国石油产量约为1.92亿吨,仅占全球石油总产量的4.4%;我国已勘探到的天然气储量丰富,但受到技术等一系列因素的限制,目前我国天然气开采量未达到已探明储量的30%,所以天然气人均消费量低,需要进口大量的天然气。图1.1是我国近几年来天然气的生产量与消费量的统计结果,由图不难看出,我国的天然气生产量虽然呈增涨趋势,但消耗量增长幅度更大,尤其是近几年,我国的天然气消费正处与有史以来最繁荣的时期,天然气年消费增长超过300亿立方米,已经进入了“3”时代。随着居民生活水平的提高以及国家对低碳经济的大力推广,天然气的需求量飞快增长,我国天然气消费结构正以工业消费为主向多领域,多用途方向发展,预计天然气在我国一次能源结构中所占的比重未来将超过煤炭资源,成为我国未来的主要能源。
图1.1 2007-2017我国天然气生产量与消费量情况
我国既是能源生产大国,也是能源消费大国,面对环境污染、能源结构不合理等难题,我国在全球号召环保的形势下亟需开发一种清洁高效的新型环境友好型能源,从经济可持续发展上考虑,这种新能源还应具备储量丰富的特点。而天然气水合物具有清洁、热效率高、分布广、规模大、便于运输等优点,与我国能源结构的调整战略相符合,因此,从经济建设和国际政策方面来看,勘探及开采天然气水合物的研究工作具有重大意义且刻不容缓。
1.1.1天然气水合物的形成及结构
1810年,天然气水合物首次在实验室里被发现。1934年,由于在天然气输气管道里有水合物的形成,输气管道被堵塞,这一发现引起前苏联人对天然气水合物的重视。1960年,前苏联在西伯利亚发现了可燃冰,1965年,前苏联首次在西西伯利亚永久冻土带发现天然气水合物矿藏,并在1969年投入开发。美国,德国和日本等国家也相继对天然气水合物进行开采研究。1971年,美国学者Stoll等人在深海钻探岩心中首次发现海洋天然气水合物,并正式提出“天然气水合物”概念。天然气水合物(Natural Gas Hydrate/Gas Hydrate)是在低温高压条件下(通常压力为2.5-11Mpa,温度为275-285K)由天然气分子(客体分子)和水分子(主体分子)形成的非化学计量的、白色晶体状的笼型化合物[1],化学式是CH4·xH2O。因其外观像冰且遇火即燃又称为“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”,其结晶构造如图1.2所示。
图1.2 天然气水合物结构
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