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    國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目：天然氣水合物物性與分解機(jī)理的研究（No. 51225603）從2013年1月開始執(zhí)行，到2016年12月結(jié)束。項(xiàng)目針對(duì)天然氣水合物常規(guī)熱激發(fā)法開采中熱損失大和能耗高等的科學(xué)和技術(shù)難點(diǎn)，提出一種利用水合物法在海底原位制備熱鹽水用于分解海洋天然氣水合物的新方法。項(xiàng)目采用實(shí)驗(yàn)和理論模擬研究，確定注熱鹽水開采南海天然氣水合物的最佳溫度、鹽度、注入量等控制條件及動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)，篩選出優(yōu)秀水合物形成劑。通過形成劑-熱鹽水體系水合物形成動(dòng)力學(xué)，晶體形貌及流動(dòng)規(guī)律研究，闡明影響水合物快速生成的動(dòng)力學(xué)因素及控制機(jī)理。獲取海底沉積物中天然氣水合物分解動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)，進(jìn)行天然氣水合物分解方法評(píng)價(jià)和優(yōu)化，證實(shí)原位制備熱鹽水開采天然氣水合物的可行性。采用數(shù)值模擬進(jìn)行南海神狐海域站位的降壓結(jié)合注熱鹽水雙水平井水合物開采過程研究，優(yōu)化水合物法原位快速制備熱鹽水分解海洋天然氣水合物的方法。研究對(duì)開展高效、安全的天然氣水合物新型分解及控制方法研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值，為我國(guó)南海天然氣水合物的開發(fā)提供了重要的理論和技術(shù)支撐。

    項(xiàng)目闡明熱鹽水對(duì)海底沉積物中天然氣水合物分解的動(dòng)力學(xué)機(jī)理及控制因素，獲得天然氣水合物分解條件及特征參數(shù)。建立一套預(yù)測(cè)制備的熱鹽水作用下，天然氣水合物體系的形成/分解熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型。獲得水合物法原位制備熱鹽水過程中的最佳水合物形成劑、水合物形成條件及形成動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)，闡明水合物快速形成影響機(jī)制及水合物晶體形貌控制機(jī)理，建立水合物快速生成方法。建立優(yōu)化的水合物法原位快速制備熱鹽水分解海洋天然氣水合物的方法，解決天然氣水合物開采的關(guān)鍵科學(xué)問題。

    項(xiàng)目承擔(dān)單位對(duì)本項(xiàng)目取得的研究成果擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)，項(xiàng)目研制開發(fā)出具有高效放熱能力的環(huán)戊烷水合物形成劑，建立優(yōu)化的水合物法原位快速制備熱鹽水分解海洋天然氣水合物的方法均為項(xiàng)目承擔(dān)單位技術(shù)創(chuàng)新并申請(qǐng)了發(fā)明專利；項(xiàng)目針對(duì)海底沉積物中天然氣水合物，獲得我國(guó)南海北部天然氣水合物成藏環(huán)境條件，確定了符合天然氣水合物開采條件的熱鹽水性質(zhì)，獲得水合物注熱最佳溫度，水合物注熱開采最佳鹽度等成果的關(guān)鍵技術(shù)及理論基礎(chǔ)完全由項(xiàng)目承擔(dān)單位掌握，他人及他單位難以獲取及復(fù)制。

    項(xiàng)目的研究解決了天然氣水合物常規(guī)熱激發(fā)法開采中將載熱流體自海面輸送至海底過程中沿程熱損失大和能耗高等的科學(xué)和技術(shù)難點(diǎn)，可降低開采技術(shù)難度以及降低開采成本。

    項(xiàng)目通過實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論研究，采用三維開采實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行天然氣水合物分解研究，利用水合物法在海底原位制備熱鹽水用于分解海洋天然氣水合物的新方法解決南海天然氣水合物資源開采所涉及的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題。項(xiàng)目研究為基礎(chǔ)型研究，為水合物礦藏的實(shí)地開采提供理論和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，對(duì)于確保我國(guó)后續(xù)能源安全以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。

    項(xiàng)目的研究解決了天然氣水合物常規(guī)熱激發(fā)法開采中將載熱流體自海面輸送至海底過程中沿程熱損失大和能耗高等的科學(xué)和技術(shù)難點(diǎn)。研究成果對(duì)開展高效、安全的天然氣水合物新型分解及控制方法研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值，為我國(guó)南海天然氣水合物的開發(fā)提供了重要的理論和技術(shù)支撐。對(duì)于確保我國(guó)后續(xù)能源安全以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。

    天然氣水合物（NGH）被認(rèn)為是 21 世紀(jì)石油天然氣首選替代能源，具有儲(chǔ)量大、能量密度高、分布廣、燃燒后無污染和殘留等特點(diǎn)，是當(dāng)代地球科學(xué)和能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。我國(guó)南海、東海陸坡－沖繩海、青藏高原凍土帶都蘊(yùn)藏著 NGH。國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）將“天然氣水合物開發(fā)技術(shù)”列為重點(diǎn)研究發(fā)展的前沿技術(shù)，表明 NGH 開發(fā)技術(shù)研究對(duì)于確保我國(guó)后續(xù)能源安全以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。
NGH 開采技術(shù)是實(shí)現(xiàn) NGH 資源開發(fā)利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，總體來說還處于初期階段，目前，主要集中于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M和理論模擬研究。國(guó)內(nèi)外的研究表明， NGH 開采的關(guān)鍵是必需解決 NGH 的快速高效分解和安全可控分解兩個(gè)難點(diǎn)問題，前者涉及 NGH 開采的經(jīng)濟(jì)性和可行性，后者涉及 NGH 開采的安全性和環(huán)境影響。目前國(guó)內(nèi)外提出的 NGH 分解方法可歸納為熱激發(fā)法、降壓法和注入化學(xué)試劑法三類。熱激發(fā)法是最常用的方法，但熱激發(fā)法存在的技術(shù)難點(diǎn)在于載熱流體從海面輸送至海底，沿程熱損失大，能量利用率低，如將海面 20℃以上的海水通過管道注入大約 1000 米深的海底，海水溫度將降低到接近海底海水溫度（約 4℃）?；瘜W(xué)法是向天然氣水合物儲(chǔ)層注入鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇等化學(xué)物質(zhì)，改變水的活度，從而改變天然氣水合物形成的相平衡條件，降低天然氣水合物穩(wěn)定溫度，促進(jìn)天然氣水合物的分解，化學(xué)法的缺點(diǎn)是藥劑用量大，成本高，大量使用化學(xué)藥劑也會(huì)造成環(huán)境污染問題。由于天然氣水合物分解為吸熱反應(yīng)，天然氣水合物儲(chǔ)層的溫度會(huì)隨著分解過程的進(jìn)行而不斷降低，從而導(dǎo)致分解速率降低。降壓法雖然能源利用效率高，但開采速率慢，往往與其它方法結(jié)合使用。上述各種 NGH 分解各有優(yōu)缺點(diǎn)，目前還沒有一種國(guó)際公認(rèn)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)境均可行的大規(guī)模海洋 NGH 分解方法。因此，開展高效、安全的 NGH 新型分解及相關(guān)控制方法研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。
本項(xiàng)目針對(duì) NGH 常規(guī)熱激發(fā)法開采中將載熱流體自海面輸送至海底過程中沿程熱損失大和化學(xué)法成本高、易造成環(huán)境污染等技術(shù)難點(diǎn)，基于我們前期的研究基礎(chǔ)，提出一種利用水合物法在海底原位制備熱鹽水用于分解海洋 NGH 的新方法，該方法就是利用水合物形成劑在海底高壓下生成水合物時(shí)的放熱效應(yīng)和排鹽效應(yīng)，加熱和濃縮海水制備熱的濃鹽水，利用制備的熱鹽水進(jìn)行海底天然氣水合物的分解。該方法能夠消除常規(guī)注熱分解過程中熱量沿途的巨大損失，同時(shí)又是一個(gè)注熱和注化學(xué)劑結(jié)合法（濃鹽水本身是一個(gè)水合物分解促進(jìn)劑）。因此，該方法能夠有效地提高 NGH 的分解效率及分解過程中的能量效率。本項(xiàng)目將對(duì)這種新型海洋 NGH 分解方法所涉及的基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵問題進(jìn)行研究，研究工作將為海洋 NGH 的開采提供一種新的、有效的分解方法和思路，為其工藝設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。
本項(xiàng)目提出的新型海洋NGH分解方法對(duì)NGH資源開采市場(chǎng)應(yīng)用具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）利用海底水壓勢(shì)能，在海底生成固體水合物，原位制備熱鹽水用于NGH分解，能量利用效率大大提高；傳統(tǒng)的注熱法是將熱水、熱鹽水、蒸汽等載熱流體自海面平臺(tái)輸送至海底NGH水合物層加熱分解NGH，載熱流體自海面輸送至海底的距離約為1000-2000米（南海），在此過程中，大量的熱量通過管壁損失掉；而在本項(xiàng)目提出的方法中，熱鹽水是在海底原位生成，就有效地避免了這種常規(guī)注熱分解方法的沿程熱損失；（2）熱鹽水對(duì)NGH具有熱激發(fā)和電解質(zhì)化學(xué)分解雙重作用，兩者的協(xié)同作用會(huì)使水合物分解速率大大提高，熱鹽水激發(fā)NGH的分解溫度和分解熱均降低，熱鹽水在NGH儲(chǔ)層的熱損失也會(huì)降低；（3）利用固體水合物與海水的密度差，通過浮力將水合物固體從熱鹽水中分離，輸送至海面低壓高溫處分解，回收水合物形成劑，水合物分解熱由海面溫度較高的海水提供，水合物形成劑回收工藝簡(jiǎn)單，成本低廉；（5）采用海水作原料原位制備熱鹽水，原料就地取材，取之不盡，用之不竭，成本低，水合物形成劑回收后循環(huán)利用，整個(gè)過程環(huán)境友好；（6）水合物在海面分解回收過程中釋放出大量淡水，同時(shí)吸收大量水合物分解熱，如將淡水和水合物分解產(chǎn)生的冷能加以利用，還可實(shí)現(xiàn)海水淡化與NGH分解聯(lián)產(chǎn)，產(chǎn)生的冷能可用于海上平臺(tái)及陸上空調(diào)系統(tǒng)的冷能；（7）本分解方法工藝簡(jiǎn)單、所用設(shè)備均為常壓設(shè)備，水下動(dòng)設(shè)備少，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

    本項(xiàng)目研究成果將進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓和項(xiàng)目建設(shè)，其商業(yè)模式遵循天然氣資源發(fā)展模式。項(xiàng)目獲得國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目支持，建設(shè)引入中石化、中海油等大型能源企業(yè)的合作開發(fā)，項(xiàng)目建設(shè)資金來源充裕，市場(chǎng)前景非常廣闊。其潛在用戶包括國(guó)內(nèi)外發(fā)電企業(yè)，石油、化工、冶金等大型天然氣需求企業(yè)，以及天然氣居民和商業(yè)用戶等。

    國(guó)內(nèi)外石油、化工、冶金等大型能源需求企業(yè)，商業(yè)和居民等將是本項(xiàng)目成果的最大受惠者。項(xiàng)目成熟后將托付成果轉(zhuǎn)化平臺(tái)向企業(yè)推廣，產(chǎn)品定價(jià)將根據(jù)技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議進(jìn)行，銷售渠道與天然氣銷售一致，典型試用客戶包括石化企業(yè)等。