矿产资源的开发与利用

1.内容摘要2

2.矿产资源的概念与特点3

3.能源矿产的种类与构成3

4.能源矿产开发的问题4

5.能源矿产的未来发展4

(1)页岩气的开发5

内 容 摘 要

矿产资源是一种重要的自然资源，是社会和经济发展的重要物质基础。矿产资源是在漫长的地质年代中生成的，是不可再生资源，其在地球上的数量是固定的，只能是越来越少，由于矿产资源的耗量在急剧增长，使得有限的矿产资源呈现出衰竭的趋势，在可预见的未来，应该意识到矿产资源总有一天要枯竭。所以对矿产资源的开发与利用就显得尤为重要了。

矿产资源的开发与利用

自然界的资源有三种，即再生资源、非再生资源和信息资源。矿产资源从很大程度上讲是一种非再生自然资源，它是地壳形成后，经过几千万年、几亿年甚至几十亿年的地质作用而生成，露于地表或埋藏于地下的具有利用价值的自然资源。无论生产创造的财富属于哪一个门类，其起始点都必定是自然资源，矿产资源作为自然资源的重要组成部分，是人类生活资料和生产资料的主要来源，是人类生存和社会发展的重要物质基础。纵观人类文明发展史，从旧石器、新石器时代到青铜器、铁器时代，正是以矿产资源利用主体的变更来划分社会生产力进步的阶段。工业革命以来，又经历了煤、铁器时代和石油、有色金属时代以及核能与电子硅产品时代，带来了先是以英国为中心的欧洲百年强盛，继而以美国为中心的美洲百年强盛。正是资源分布和利用格局，再加上技术经济条件运动的格局，也决定了现代世界格局的多极化与开放经济体系的一体化。

矿产资源是一种重要的自然资源，是社会和经济发展的重要物质基础。矿产资源是在漫长的地质年代中生成的，是不可再生资源，其在地球上的数量是固定的，只能是越来越少，由于矿产资源的耗量在急剧增长，使得有限的矿产资源呈现出衰竭的趋势，在可预见的未来，应该意识到矿产资源总有一天要枯竭。 目前在世界范围内，有95%以上的能源、80%以上的工业原料、70%以上的农业生产资料、30%以上的工农业用水均来自矿产资源，可以毫不夸张地说，矿产资源是人类的生命基石。然而，严峻的事实告诉我们，在可预见的未来，经济上和技术上可供开采的矿产资源确实是有限的，人类的需求却仍然在不断增长，这必然导致资源的耗竭，而且耗竭的前景已不容乐观。所以如何综合开发与利用现有的矿产资源就成为了一项十分重要的课题。

一、矿产资源的特点

 1.不可再生性和可耗竭性。这是相对而言的，矿产资源的形成或者再生周期太漫长了，从这个意义上讲，矿产资源绝大多数是不可再生的，是有限的耗竭性自然资源。 

 2.区域性分布不平衡。这也是所有自然资源的共性。矿产资源尤其具有显著地地域分布特点，以我国为例，煤矿主要集中分布在北方，而有色金属矿则主要分布在南方。世界上的石油多分布在海湾地区，如沙特阿拉伯。这种特点决定了矿产资源已成为一种在国际经济和政治中具有高度竞争性的特殊资产，易引发国际争端和区域冲突等。 

3.动态性。矿产资源是依附于一定的科学技术水平和特定的人类发展阶段的，它的动态性主要反映在科技的应用上用价值，但随着科技水平的不断提高，必然会实现资源的最大限度和最合理的利用，这一过程也是没有止境的，这就导致了矿产资源的动态性。

二、能源矿产 

矿产资源多种多样，其中能源矿产占据着非常重要的地位。而煤、石油、天然气在世界和中国的一次能源消费构成中所占比例分别为93%和95%左右。 

其中石油是工业的血液，是现代工业文明的基础，是人类赖以生存与发展的重要能源之一。20世纪石油工业的迅速发展与国家战略、全球政治和经济发展紧密地联系在一起，使世界经济、国家关系和人们生活水平发生了巨大的变化。

化石燃料的储藏量和开采状况从长远观点看,煤炭是全世界最丰富的化石燃料。根据1991年的世界开采量测算,石油的已探明储量只能维持43年,天然气可以维持61年,而可资利用的煤炭则足够人类使用300年以上。显而易见,在21世纪人类应当学会节约使用石油和天然气,努力开发利用煤炭资源。

   2、目前以煤炭、石油为主的世界能源结构带来全球性能源环境问题的主要表现为酸雨、臭氧层破坏、温室气体排放等。在许多发展中国家，城市大气污染已达到十分严重的程度，在欧洲和北美也出现了超越国界的大气污染，形成了广泛的环境酸化，上千个湖泊的湖水酸度达到了不能支持鱼类生存的程度，酸性气体所造成的腐蚀损失，每年高达10亿美元。我国以煤炭、石油为主的能源结构也造成了严重的大气污染，二氧化硫和二氧化碳的排放量都居世界前列。二氧化碳排放量的增加使全球变暖，因此联合国呼吁各国签署《京都协议书》，以减少温室效应气体的排放。包括中国在内的大多数国家做出积极响应，而二氧化碳排放量居世界第一的美国，出于自身经济扩张的考虑，拒绝签署《京都协议书》，使国际社会同温室效应问题的斗争举步维艰。

四，未来发展：

1、面对这样的一种情况，清洁能源的开发得到了迅速的发展。其中天然气的开发利用迅速增长并且前景广阔。天然气储量丰富，迄今仅开采了全球总储量的16%，而且污染较小，可以作为石油的替代品，消费量将以年均10%的速度增长，有望超越煤炭成为第二大能源载体。天然气水合物是深藏海底的固体天然气，测算储量是化石能源储量的2倍，而且杂质少，无污染，是一种新型的清洁能源。日、美等国已经获取了天然气水合物的样品，我国已经建立了专门的实验室，天然气水合物有望继石油之后成为人类的又一支柱能源。

    各种新能源的开发利用引人瞩目。太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能等可再生能源的研发迅速展开，尤其是美、日、中等国都在大力开发氢燃料电池技术，使用氢燃料电池的汽车样机已经上路，2008年北京奥运会期间将出现氢燃料电池的公共汽车。到本世纪中期，人类有望进入“新能源时代”。

    核能的开发利用重新受到重视。由于技术的进步，核电站的安全性、核废物处理等难题得到解决，中国、芬兰、美国都着手建设新一代核电站，国际原子能机构实施了先进核燃料计划，日、法、美、俄等国推动了核聚变能的远期商业应用，核能将进入新一轮发展期。

2、煤炭作为现今以探明的储藏最大的能源矿产，显而易见，煤炭资源的开发必将一直持续下去，而在煤炭开发中我们更应该有效避免开发煤炭资源所带来的问题。1)必须建立一套严格科学的管理制度和方法,使煤矿生产与环境保护同步规划、同步实施、同步发展,使煤矿环境管理科学化、制度化。(2)依靠科学,加快煤炭开采及转化利用中环保技术的研发,用先进的技术措施和环保设备对煤矿环境污染和破坏进行防治。(3)加强环境教育与宣传,使每个公民都具有保护环境的良好意识,从而达到人人保护环境、重视环境建设的良好局面。

3、在清洁能源的开发中，最引人瞩目的是页岩气的开发。页岩气是一种非常规天然气，页岩气是以吸附和游离方式赋存于页岩和泥岩地层及其夹层中的天然气。近年来，兴起于美国的页岩气浪潮，不仅对美国天然气市场产生了巨大影响，同时也波及到全球能源化工行业。页岩气开采技术的突破带来了页岩气产量的猛增，不仅导致美国天然气价格极具竞争力，而且页岩气开采的湿气组分所包含的乙烷、丙烷、丁烷等也为下游化工行业提供丰富而廉价的原料。美国页岩气产业的发展对全球能源化工行业趋势的影响将重塑世界石化行业格局，对中国煤化工产生的影响也不容小觑。

页岩气做为一种非常规天然气较常规天然气开采难度大经过30多年页岩气开发，逐步 形成了成熟可靠的开采技术。页岩气的大规模开发受益于本世纪初水力压裂、水平井、微震监测等创新技术的成功应用。近年来美国页岩气产业蓬勃发展，1999年美国页岩气年产量达到112亿m3，过去二十多年里美国页岩气产量超过20倍增长，2012年美国页岩气产量达到2653亿m3，占美国天然气总产量34%，预计到2035年，页岩气产量比将提高至49%。目前美国有8000家油气公司从事页岩气开发，85%的页岩气由中小公司生产，新储量还在不断发现中。美国页岩气未来将成为美国天然气主要来源，页岩气产量的逐渐上升将成为弥补美国天然气缺口最主要的贡献因素，大幅降低天然气进口依赖度。 

页岩气开发与利用在中国的起步较晚，但近年已越来越受重视。与常规天然气资源相比， 中国的非常规天然气资源十分丰富，并且随着开采技术的进步，中国非常规天然气资源有着巨大的发展潜力。 目前，中国非常规天然气资源开发利用正处于快速发展阶段。以页岩气为主的非常规天然气的开采在今后二十年将保持每年超过10%的增长。据“十二五”规划，至2015年，全国页岩气产量将占非常规天然气产量的75%。因此对于中国的石油企业来说，转变认识、研发低成本配套技术以推进页岩气的开发利用将是一项重大战略选择。此外，在开发国内非常规天然气的同时，中国的石油企业必须争取通过各种途径获取国外非常规天然气资源和技术，以保证资源的充足性。

页岩气综合利用：页岩气的组成与常规天然气相仿，主要成分是甲烷，并含有少量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、氮气。页岩气不仅能够替代常规天然气在能源领域的应用，而且在化工行业的应用较常规天然气更为广泛。页岩气中分离出大量凝析液NGL，凝析液NGL的主要成分为乙烷、丙烷，分别经裂解和脱氢后，即可分别获得乙烯、丙烯。甲烷、乙烷、丙烷是页岩气化工的三种最基础的原料，由此构成了页岩气化工产业链。 

（1）页岩气发电 随着页岩气产业井喷式发展，天然气价格大幅跳水，天然气发电的经济环保效益越来越明显。基于国内外页岩气开发和天然气发电产业的现实情况，并结合我国能源紧缺和环保压力极大的现状进行分析，可看出，我国页岩气地理分布与电力负荷中心分布的吻合度较高， 在我国经济较为发达的电力负荷中心利用页岩气就地发电，可切实减轻不断增大的节能减排压力。 

（2）提取裂解原料 页岩气中含有的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷均属于优质裂解原料， 乙烷裂解生产乙烯的收率高达80.5%，远高于亚洲传统的石脑油制35%的乙烯收率。美国近几年的页岩气开发有大量的湿气资源，使乙烷和丙烷的供应量大幅增加，乙烷裂解制乙烯已成为极具竞争力的工艺路线.

（3）页岩气制合成油 页岩气组成与天然气相似，将来也可用页岩气代替天然气来制备合成油。天然气制合成油（GTL）是天然气高效利用的途径之一，近几年来一直是业内广泛关注的热点。天然气生产的合成油属于清洁燃料，其优点在于不含硫、氮、镍杂质和芳烃等非理想组分，符合现代燃料的严格要求和日益苛刻的环境法规，从而为生产清洁能源开辟了一条新的途径。 

（4）页岩气制氢 页岩气中的甲烷制备氢气可通过2种工艺路线来实现：一种是通过制备合成气（H2和CO的混合气）从而得到氢气；另一种是甲烷催化裂解反应产生氢气。

（5）页岩气制甲醇 随着甲醇制烯烃（MTO）工艺的大规模应用，国内外甲醇的需求量逐年增加。如将页岩气制成甲醇将有利于缓解国内甲醇大量进口的局面。经合成气制备甲醇是当前工业生产甲醇的主要方法，但直接利用甲烷为原料，一步合成甲醇一直是科研人员探索的课题，并取得一定的进展。 

（6）页岩气制芳烃 页岩气中的甲烷也可经催化过程转化为芳烃，将极大地增加产品的附加值。甲烷制芳烃方法分为部分氧化法、无氧脱氢法。部分氧化法的甲烷转化率很低，芳烃选择性和收率也很低，且产生大量的二氧化碳气体，在经济上不具备开发前景。1993年，国内大连化物所在国际上首先报道了甲烷无氧脱氢芳构化制芳烃的研究成果。目前，甲烷无氧脱氢芳构化已经成为甲烷利用研究中的一个重要分支，是目前甲烷直接转化的主要研究内容之一。