清華新聞網(wǎng)4月18日電 可燃冰（又稱(chēng)天然氣水合物）被認(rèn)為是未來(lái)最具前景的替代能源，可滿(mǎn)足我國(guó)能源經(jīng)濟(jì)的重大需求。但是大規(guī)模商業(yè)化開(kāi)采還需要實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵的兩點(diǎn)，即高度安全性和具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的經(jīng)濟(jì)性。基于我國(guó)南?？扇急Y源高度分散性的貯存條件，按照“安全開(kāi)采，綠色高效“思路，以增大產(chǎn)氣量、地質(zhì)修復(fù)、溫室氣體儲(chǔ)存為目標(biāo)，將傳統(tǒng)的降壓開(kāi)采方式與二氧化碳（CO2）封存相結(jié)合，開(kāi)發(fā)新一代南?？扇急_(kāi)采、固碳和地質(zhì)修復(fù)三聯(lián)技術(shù)。考慮到我國(guó)75%以上的可燃冰分布在南海，但目前的海域水合物勘探表明，大多數(shù)海域水合物儲(chǔ)層溫度壓力較高，現(xiàn)有的采用CO2置換法開(kāi)采天然氣水合物研究多在低溫區(qū)域下進(jìn)行，在此惡劣的環(huán)境下，CO2/CO2+N2水合物很難穩(wěn)定的存在，這對(duì)CO2封存以及地質(zhì)修復(fù)造成了巨大的挑戰(zhàn)。
自2019年以來(lái)，清華深圳國(guó)際研究生院海洋工程研究院陳道毅教授團(tuán)隊(duì)主持了廣東省自然資源廳項(xiàng)目，關(guān)于開(kāi)展可燃冰開(kāi)采聯(lián)合二氧化碳地質(zhì)修復(fù)技術(shù)的研究工作。該項(xiàng)工作主要針對(duì)我國(guó)南海海域天然氣水合物儲(chǔ)層溫度壓力較高的特點(diǎn)，探尋CH4-CO2-N2混合水合物形成的熱力學(xué)可行性條件。在此基礎(chǔ)上采用高壓可視反應(yīng)裝備開(kāi)展CH4水合物生成，降壓產(chǎn)氣以及CO2/CO2-N2氣體注采實(shí)驗(yàn)研究。并結(jié)合CCD照相機(jī)實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)水合物形態(tài)變化和自由水的遷移分布等。根據(jù)體系中溫度、壓力變化和氣相色譜等測(cè)試結(jié)果，開(kāi)發(fā)出了一套可實(shí)時(shí)量化各組分（CH4, CO2, N2, H­2O）分別在氣相，液相和水合物相動(dòng)力學(xué)演變規(guī)律的計(jì)算方法。
本研究揭示了海域水合物儲(chǔ)層條件下降壓聯(lián)合CO2/CO2-N2注采的動(dòng)力學(xué)以及熱力學(xué)可行性，并指出降壓采氣后剩余甲烷（CH4）氣體對(duì)于后續(xù)地質(zhì)修復(fù)的積極作用，以及體系中混合氣體的組分對(duì)于水合物的二次生長(zhǎng)或分解作用的重要影響機(jī)制，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)我國(guó)南海海域水合物降壓開(kāi)采聯(lián)合CO2地質(zhì)修復(fù)提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)。
甲烷水合物降壓注采實(shí)驗(yàn)中水的演變規(guī)律及對(duì)應(yīng)水合物形貌圖
（a）水合物共同生長(zhǎng)作用（b）水合物持續(xù)分解作用
相關(guān)工作近日以“海域天然氣水合物儲(chǔ)層條件下CO2- N2注入?yún)f(xié)同CH4開(kāi)采及CO2封存的有效性”（Effectiveness of CO2-N2 injection for synergistic CH4recovery and CO2sequestration at marine gas hydrates condition）為題發(fā)表在《化學(xué)工程期刊》（Chemical Engineering Journal）上。文章第一作者為清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院博士生牛夢(mèng)雅，論文通訊作者為國(guó)際研究生院陳道毅教授，論文作者還包括國(guó)際研究生院吳國(guó)鐘講師、殷振元助理教授，博士后孫漪霏和博士生劉凱。該研究得到了廣東省自然資源廳、深圳市規(guī)劃和自然資源局以及清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院海外科研合作基金的支持。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472101202X
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：呂婷
