УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРАТА ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ
INSTALLATION TO PRODUCE GAS HYDRATE AND DEVICE TO DEHYDRATE IT

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к установке для получения гидрата газа и устройству для его обезвоживания.
Уровень техники
Гидрат газа представляет собой твердотельный гидрат, обладающий структурой, в которой газ захвачен в каркас из молекул воды. Гидрат газа стабилен, например, при атмосферном давлении и при нескольких десятках или нескольких °C ниже нуля. По этой причине изучалось его использование в качестве средства, альтернативного транспортировке и хранению природного газа в виде сжиженного природного газа (СПГ). Гидрат газа может быть получен при сравнительно легко достижимых условиях температуры и давления и может легко сохраняться стабильным образом, как описано выше.
2
2
Соответственно, когда природный газ, извлеченный из газового месторождения, подвергается процессу удаления кислого газа, то из него удаляется кислый газ, такой как диоксид углерода (CO) и сероводород (HS). Затем природный газ временно сохраняется на участке сохранения газа. После этого, в процессе генерации, этот природный газ реагирует с водой, подвергаясь реакции гидратации, в результате чего образуется гидрат газа. Этот гидрат газа находится в виде суспензии, смешанной с водой. В процессе обезвоживания, выполняемом после процесса генерации, из смеси удаляется непрореагировавшая вода. После выполнения процесса регенерации, процесса охлаждения и процесса декомпрессии гидрат газа размещается в сосуде, таком как резервуар. После этого гидрат газа сохраняется в узле для хранения при регулируемых условиях в соответствии с заданными температурой и давлением. Как описано выше, гидрат газа находится в виде суспензии, в которую в процессе генерации включен избыток воды. Соответственно, хранение или транспортировка гидрата газа без какой-либо модификации требует дополнительных затрат для этого количества воды. Для решения этой проблемы предлагается способ формирования гидрата природного газа, в котором суспензия гидрата газа принудительно обезвоживается в обезвоживающем устройстве со шнековым прессом (см., например, открытую публикацию заявки на патент Японии № 2003-105362).
В то же время это обезвоживающее устройство со шнековым прессом имеет двойную структуру из: внутренней стенки, образованной в виде сетки; и кожуха, расположенного с внешней стороны и образующего внешнюю оболочку вокруг внутренней стенки. Обезвоживающее устройство со шнековым прессом удаляет воду через отверстия внутренней стенки посредством принуждения суспензии гидрата природного газа к перемещению в переднем направлении шнеком, установленным внутри внутренней стенки. Соответственно, во время обезвоживания (конденсации) большое количество гидрата природного газа вместе с водой проходит через отверстия внутренней сетки, что уменьшает степень вывода гидрата природного газа. Более того, вращение шнека с высоким крутящим моментом приводит к дополнительным затратам. Кроме того, такой высокий крутящий момент создается внутри обезвоживающего узла, который находится под высоким давлением. Соответственно, оборудование в целом находится под высокой нагрузкой, и шнек должен быть уплотнен на участке перехода от высокого давления к атмосферному давлению.
Чтобы устранить такие проблемы, авторы данного изобретения предложили способ гравитационного обезвоживания, использующий силу тяжести, в отличие от обычного способа принудительного обезвоживания. Однако диаметры верхней и нижней колонн гравитационного обезвоживания сделаны одинаковыми. По этой причине могут возникать следующие проблемы, когда имеет место увеличение сопротивления в зоне обезвоживания, которая находится выше обезвоживающей части, расположенной в колонне гравитационного обезвоживания и изготовленной из металлической сетки. Например, усилие выталкивания насоса для подачи суспензии, который перемещает суспензию гидрата газа в колонну гравитационного обезвоживания, увеличивается. Более того, колонна гравитационного обезвоживания засоряется гидратом газа. С другой стороны, поверхность жидкости (уровень воды) в обезвоживающей части повышается, что приводит к недостаточному обезвоживанию. Эти проблемы в некоторых случаях делают невозможным стабильное функционирование с поддержанием постоянной скорости обезвоживания. Кроме того, к настоящему времени предложены различные устройства для получения гидрата газа. Одно из устройств для получения гидрата газа имеет двойную структуру из внутреннего цилиндрического резервуара и внешнего цилиндрического резервуара. Пространство между резервуарами используется в качестве пути перемещения образованного гидрата газа (см. открытую публикацию заявки на патент Японии № 2004-10686).
Однако в этом устройстве требуется, чтобы внешний цилиндрический резервуар имел структуру, устойчивую к давлению, которая не способствует образованию гидрата газа. В результате размер оборудования увеличивается, а также возрастают затраты. Кроме того, зазор между внешним цилиндрическим резервуаром и внутренним цилиндрическим резервуаром заполнен газом, и возникают проблемы, связанные с тем, что трудно удалить тепло из внутреннего цилиндрического резервуара, обусловленное образованием гидрата газа, и с тем, что трудно обеспечить эффективное охлаждение с внешней стороны. Когда гидрат газа, сформированный таким образом, имеет высокую адгезионную способность, зависящую от доли воды, приставшей к гидрату газа, или т.п., возникает другая проблема, заключающаяся в том, что гидрат газа не может перемещаться равномерным образом, поскольку гидрат газа прилипает к поверхности стенки резервуара.
В дополнение к этому, на фиг.5 вышеуказанной публикации предложено устройство, снабженное: вертикальным шнековым конвейером, который сформирован как выдавливающий верхнюю часть резервуара для образования гидрата газа; и горизонтальным шнековым конвейером. Устройство предназначено для перемещения образованного гидрата газа. Тем не менее, это устройство также вызывает проблему, связанную с тем, что гидрат газа, образованный таким образом, не может выпускаться равномерным образом, поскольку гидрат газа прилипает к внутренней поверхности резервуара для его образования.
С другой стороны, в соответствии со способом обезвоживания гидрата газа, описанным в открытой публикации заявки на патент Японии № 2001-342473 (патентный документ 3), первоначально суспензия гидрата газа, извлеченная из резервуара для его образования, направляется в устройство для обезвоживания приложением давления, такое как шнековый пресс, чтобы выполнить физическое обезвоживание. Затем суспензия гидрата газа, обезвоженная физическим образом, направляется и перемещается в шнековый конвейер, и с ней объединяется исходный газ. Посредством этого исходный газ и вода, приставшая к гидрату газа, реагируют один с другой, и происходит обезвоживание гидратацией. В результате получают гидрат газа, содержащий уменьшенное количество приставшей к нему воды. В таком способе обезвоживания гидратацией, как описано в патентном документе 3, гидрат газа, обезвоженный физическим образом, перемешивается шнеком, посредством чего исходный газ реагирует с водой, приставшей к гидрату газа, и гидрат газа обезвоживается. Тем не менее, данный способ имеет ограничение в отношении эффективности взаимного соприкосновения воды и исходного газа. Соответственно, не может быть достигнута высокая степень обезвоживания.
В противоположность этому рассматривается способ обезвоживания в псевдоожиженном слое. В этом способе исходный газ вдувается в гидрат газа, который был подвергнут физическому обезвоживанию, чтобы образовать псевдоожиженный слой. Исходный газ и вода, приставшая к псевдоожиженному гидрату газа, реагируют один с другой, так что выполняется обезвоживание гидратацией. В соответствии с этим способом эффективность взаимного соприкосновения воды и исходного газа высокая, и посредством этого может быть достигнута высокая степень обезвоживания.
Степень обезвоживания имеет малое значение, когда обезвоживание гидратацией выполняется механическим перемешиванием суспензии гидрата газа, который был подвергнут физическому обезвоживанию, как в патентном документе 3. Тем не менее, когда, например, выполняется обезвоживание в псевдоожиженном слое, необходимо увеличивать степень обезвоживания после физического обезвоживания, чтобы гарантированно обеспечить заданное псевдоожиженное состояние. Однако при обычном физическом обезвоживании не может быть получена достаточная степень обезвоживания. В результате имеет место проблема, заключающаяся в ограничении возможности обезвоживания гидратацией в ходе последующего процесса.
Раскрытие изобретения
Первой целью данного изобретения является уменьшение сопротивления перемещению гидрата газа при гравитационном обезвоживании, чтобы посредством этого выполнялось стабильное функционирование колонны гравитационного обезвоживания и процесс выполнялся при постоянной степени обезвоживания. Второй целью данного изобретения является предоставление установки для получения гидрата газа, включающей в себя выпускной механизм для упрощения оборудования и уменьшения затрат, а также для равномерного выпуска образованного гидрата газа при удалении воды, приставшей к гидрату газа. Кроме того, третьей целью данного изобретения является улучшение степени обезвоживания суспензии гидрата газа при физическом обезвоживании шнековым прессом.
Далее будут описаны средства для достижения целей данного изобретения.
1) Установка для получения гидрата газа по данному изобретению предназначена для взаимодействия исходного газа с исходной водой, чтобы тем самым образовать суспензию гидрата газа, и для удаления воды из суспензии гидрата газа посредством узла для гравитационного обезвоживания. Установка для получения гидрата газа отличается тем, что устройство для гравитационного обезвоживания включает в себя: цилиндрическую первую колонну; цилиндрическую обезвоживающую часть, расположенную на верхней стороне первой колонны; часть для приема воды, расположенную с внешней стороны обезвоживающей части; и цилиндрическую вторую колонну, расположенную на верхней стороне обезвоживающей части, и тем, что площадь поперечного сечения второй колонны постоянным или скачкообразным образом увеличивается в верхнем направлении от дна.
В соответствии с этим, по сравнению с обычным случаем, когда внутренний диаметр второй колонны постоянный, сопротивление перемещению гидрата газа после обезвоживания значительно уменьшается. Тем самым становится возможным разрешение таких проблем, как увеличение давления выталкивания насоса для подачи суспензии, который перемещает суспензию гидрата газа в обезвоживающий узел, засорение узла обезвоживающей колонны слоем частиц гидрата газа или недостаточное обезвоживание вследствие подъема уровня жидкости.
Более того, в соответствии с данным изобретением площади поперечного сечения обезвоживающей части и второй колонны непрерывным или прерывистым образом увеличиваются в верхнем направлении от дна обезвоживающей части ко второй колонне. Тем самым становится возможным уменьшение сопротивления принудительному перемещению гидрата газа на верхней стороне второй колонны и обезвоживающей части. Поэтому предпочтительно, чтобы площадь поперечного сечения, по меньшей мере, одной обезвоживающей части или одной второй колонны постоянным или скачкообразным образом увеличивалась в направлении вверх от дна и чтобы угол раскрытия (раскрыва) θ составлял от 1° до 30°. Кроме того, предпочтительно, чтобы площадь поперечного сечения одной обезвоживающей части или одной второй колонны прерывистым образом увеличивалась в верхнем направлении от дна и чтобы выполнялись условия а=(1/5 до 1/100)·d и b/а=2 до 120, где а - ширина ступенчатого участка, b - высота ступенчатого участка и d - диаметр самой низкой части колонны.
2) Установка для получения гидрата газа по данному изобретению предназначена для взаимодействия исходного газа с исходной водой, чтобы тем самым образовать суспензию гидрата газа, и для удаления воды из суспензии гидрата газа посредством узла для гравитационного обезвоживания. Установка для получения гидрата газа отличается тем, что узел для гравитационного обезвоживания включает: цилиндрическую первую колонну; цилиндрическую обезвоживающую часть, расположенную на верхней стороне первой колонны; часть для приема воды, расположенную с  внешней стороны обезвоживающей части; и цилиндрическую вторую колонну, расположенную на верхней стороне обезвоживающей части, и тем, что обезвоживающая часть имеет множество сквозных отверстий или щелей.
Это делает возможным уменьшение сопротивления перемещению суспензии гидрата газа в обезвоживающей части, по сравнению с обычным случаем, в котором в качестве обезвоживающей части используется металлическая сетка. Соответственно, становится возможным стабильное функционирование насоса для подачи суспензии, который подает суспензию гидрата газа к обезвоживающему узлу при постоянном расходе и постоянном давлении выталкивания. Более того, постоянная скорость перемещения слоя гидрата газа обеспечивает стабильное функционирование обезвоживающего узла. Кроме того, вследствие равномерного перемещения слоя гидрата газа достигается постоянная степень обезвоживания, что обеспечивает подачу гидрата газа однородного качества в постоянном количестве на последующую стадию обезвоживающего узла.
В дополнение к этому, в соответствии с данным изобретением сквозные отверстия, предусмотренные в обезвоживающей части, отличаются тем, что диаметры отверстий увеличиваются непрерывным или ступенчатым образом в верхнем направлении от дна обезвоживающей части. Соответственно, становится возможным значительное уменьшение сопротивления перемещению суспензии гидрата газа в обезвоживающей части, по сравнению с обычным случаем, в котором в качестве обезвоживающей части используется металлическая сетка. Тем самым становится возможным стабильное функционирование насоса для подачи суспензии, который подает суспензию гидрата газа к обезвоживающему узлу при постоянном расходе и постоянном давлении выталкивания. Более того, постоянная скорость перемещения слоя гидрата газа обеспечивает стабильное функционирование обезвоживающего узла. Кроме того, достигается постоянная степень обезвоживания вследствие равномерного перемещения слоя гидрата газа, что обеспечивает подачу гидрата газа однородного качества в постоянном количестве на последующую стадию обезвоживающего узла.
В этом отношении сквозные отверстия предпочтительно расположены в обезвоживающей части в виде зигзага или решетки. Более того, предпочтительно, чтобы минимальный диаметр сквозных отверстий составлял от 0,1 мм до 5 мм и чтобы максимальный диаметр сквозных отверстий составлял от 0,5 мм до 10,0 мм.
Кроме того, в данном изобретении сквозные отверстия наклонены таким образом, чтобы их выпускная часть была расположена ниже впускной части. Тем самым обезвоживание выполняется равномерным образом, и становится возможным значительное уменьшение сопротивления перемещению суспензии гидрата газа в обезвоживающей части, по сравнению с обычным случаем, в котором в качестве обезвоживающей части используется металлическая сетка. Тем самым становится возможным стабильное функционирование насоса для подачи суспензии, который подает суспензию гидрата газа к обезвоживающему узлу при постоянном расходе и постоянном давлении выталкивания. Более того, постоянная скорость перемещения слоя гидрата газа обеспечивает стабильное функционирование обезвоживающего узла. Кроме того, вследствие равномерного перемещения слоя гидрата газа достигается постоянная степень обезвоживания, что обеспечивает подачу гидрата газа однородного качества в постоянном количестве на последующую стадию обезвоживающего узла.
В этом отношении диаметр сквозных отверстий предпочтительно составляет от 0,1 мм до 10,0 мм. Кроме того, обезвоживающая часть предпочтительно снабжена множеством линейных элементов, каждый из которых имеет клинообразное поперечное сечение, данные линейные элементы расположены в окружном направлении и отделены один от другого промежутками заданной величины. Кроме того, предпочтительно, чтобы ширина каждого линейного элемента или интервал между щелями составлял от 1,0 мм до 5,0 мм и чтобы интервал между линейными элементами или ширина каждой щели составляла от 0,1 мм до 5,0 мм.
3) Установка для получения гидрата газа по данному изобретению предназначена для взаимодействия исходного газа с исходной водой, чтобы тем самым образовать суспензию гидрата газа, и для удаления воды из суспензии гидрата газа посредством узла для гравитационного обезвоживания. Установка для получения гидрата газа отличается в следующем. Обезвоживающая часть устройства для гравитационного обезвоживания снабжена первой открытой частью любой формы, такой как щель и ромб. На внешней стороне обезвоживающей части закреплен внешний цилиндр для контроля обезвоживающей части, данный внешний цилиндр имеет вторую открытую часть, обращенную к первой открытой части. Степень открытия первой открытой части изменяется посредством смещения внешнего цилиндра для контроля обезвоживающей части.
Это обеспечивает возможность тонкого регулирования протекания процесса в соответствии с засорением обезвоживающей части и т.п. В результате становится возможным стабильное функционирование установки для получения гидрата газа и выполнение процесса при постоянной степени обезвоживания. В этом отношении предпочтительно, чтобы по внешней окружности внешнего цилиндра для контроля обезвоживающей части было расположено зубчатое колесо и чтобы внешний цилиндр для контроля обезвоживающей части поворачивался при использовании цилиндрической обезвоживающей части в качестве оси посредством перемещения зубчатой рейки, сцепленной с данным зубчатым колесом, в прямом и обратном направлениях. Более того, предпочтительно, чтобы на боковой поверхности внешнего цилиндра для контроля обезвоживающей части была расположена в продольном направлении зубчатая рейка и чтобы зубчатое колесо, сцепленное с зубчатой рейкой, поворачивалось для скольжения цилиндра для контроля обезвоживающей части в верхнем и в нижнем направлениях при использовании цилиндрической обезвоживающей части в качестве оси.
4) Установка для получения гидрата газа по данному изобретению предназначена для удаления гидрата газа, обезвоженного посредством устройства для гравитационного обезвоживания, с помощью вытесняющего устройства, размещенного на верхней части устройства для гравитационного обезвоживания. Установка для получения гидрата газа отличается тем, что данное вытесняющее устройство включает в себя: секцию дробления, расположенную на верхней части колонны для обезвоживания; и секцию перемещения, расположенную за секцией дробления. Это обеспечивает удаление слоя обезвоженного гидрата газа равномерным образом к выходу секции перемещения посредством секции перемещения, расположенной за секцией дробления, и в то же время его дробление посредством секции дробления, расположенной непосредственно над колонной для обезвоживания.
Кроме того, в соответствии с данным изобретением вытесняющее устройство включает в себя: секцию дробления, расположенную на верхней части колонны для обезвоживания; и секцию перемещения, расположенную за секцией дробления. В секции дробления множество молотковых дробилок расположено распределенным образом в окружном направлении и вдоль осевого направления вала вращения. Это обеспечивает равномерное удаление слоя обезвоженного гидрата газа к выходу на верхнем конце колонны для обезвоживания. Более конкретно, в этом изобретении молотковые дробилки расположены распределенным образом в окружном направлении и вдоль осевого направления вала вращения в секции дробления, соответствующей выпускному отверстию на верхнем конце колонны для обезвоживания. Соответственно, становится возможным равномерное удаление слоя обезвоженного гидрата газа при одновременном дроблении слоя обезвоженного гидрата газа.
Кроме того, в соответствии с данным изобретением каждая из молотковых дробилок образована из: поддерживающего стержня, установленного вертикально в радиальном направлении вала вращения, и ударника, закрепленного посредством соединительного элемента на поддерживающем стержне с возможностью поворачивания. Тем самым становится возможным более равномерное удаление слоя обезвоженного гидрата газа при одновременном дроблении слоя обезвоженного гидрата газа. В дополнение к этому, в соответствии с данным изобретением ударник наклоняется от центра вала тела вращения лишь на определенный угол в направлении удаления. Тем самым становится возможным надежное удаление гидрата газа. Кроме того, в соответствии с данным изобретением вытесняющее устройство включает в себя: секцию дробления, расположенную непосредственно над колонной для обезвоживания; и секцию перемещения, расположенную за секцией дробления. В секции дробления винтовые лопасти расположены с заданным интервалом в направлении удаления. Тем самым становится возможным достижение такого же эффекта. Более того, в соответствии с данным изобретением вытесняющее устройство включает в себя: секцию дробления, расположенную непосредственно над колонной для обезвоживания; и секцию перемещения, расположенную за секцией дробления. В секции дробления размещены гребнеобразная лопасть для дробления и веерообразная лопасть для удаления. Тем самым становится возможным достижение такого же эффекта.
5) Установка для получения гидрата газа по данному изобретению предназначена для взаимодействия исходного газа с исходной водой, чтобы тем самым образовать суспензию гидрата газа, и для удаления воды из суспензии гидрата газа посредством узла для гравитационного обезвоживания. Устройство для получения гидрата газа отличается в следующем. Устройство для гравитационного обезвоживания включает в себя: часть для введения, из которой вводится суспензия гидрата газа; обезвоживающую часть, которая удаляет непрореагировавшую воду в суспензии гидрата газа; цилиндрический основной корпус, образующий выпускную часть, которая выводит гидрат газа, обезвоженный в обезвоживающей части; и часть для приема воды, которая принимает фильтрат, отделенный от гидрата газа в обезвоживающей части. Обезвоживающая часть промывается подъемом и опусканием уровня жидкости в части для приема воды. Это делает возможным предотвращение засорения металлической сетки или пористой пластины, образующей обезвоживающую часть. В результате становится возможным стабильное функционирование обезвоживающего узла и выполнение процесса при постоянной степени обезвоживания.
6) Установка для получения гидрата газа по данному изобретению предназначена для взаимодействия исходного газа с исходной водой, чтобы тем самым образовать суспензию гидрата газа, и для удаления воды из суспензии гидрата газа посредством устройства для гравитационного обезвоживания. Установка для получения гидрата газа отличается в следующем. Устройство для гравитационного обезвоживания включает: часть для введения, из которой вводится суспензия гидрата газа; обезвоживающую часть, которая удаляет непрореагировавшую воду в суспензии гидрата газа; цилиндрический основной корпус, образующий выпускную часть, которая выводит гидрат газа, обезвоженный в обезвоживающей части; и часть для приема воды, которая принимает фильтрат, отделенный от гидрата газа в обезвоживающей части. Посредством заполнения части для приема воды чистой водой предотвращается соприкосновение обезвоживающей части и исходного газа.
Это делает возможным предотвращение возникновения проблемы, заключающейся в том, что вода (фильтрат), отделенная обезвоживающей частью, реагирует с исходным газом с образованием гидрата газа на участке металлической сетки или пористой пластины, образующей обезвоживающую часть. Соответственно, в меньшей степени происходит засорение металлической сетки или пористой пластины обезвоживающей части, обусловленное осаждением гидрата газа на участке металлической сетки или пористой пластины, образующей обезвоживающую часть. В результате становится возможным стабильное функционирование обезвоживающего узла и выполнение процесса при постоянной степени обезвоживания.
Более того, в соответствии с данным изобретением в части для сбора удаленной воды предусмотрена перемычка, высота которой сравнима с высотой обезвоживающей части, и чистая вода подается между перемычкой и обезвоживающей частью, чтобы обезвоживающая часть всегда находилась ниже уровня жидкости. Тем самым становится возможным предотвращение засорения на участке металлической сетки или пористой пластины, образующей обезвоживающую часть, сравнительно простым образом. Кроме того, в соответствии с данным изобретением часть для сбора удаленной воды снабжена датчиком уровня жидкости, чтобы контролировать подаваемое количество чистой воды таким образом, чтобы обезвоживающая часть могла быть затоплена и находиться ниже уровня жидкости постоянно или при засорении обезвоживающей части. Тем самым становится возможным предотвращение засорения на участке металлической сетки или пористой пластины, образующей обезвоживающую часть, и уменьшение количества используемой чистой воды. В результате становится возможным снижение эксплуатационных расходов.
7) Установка для получения гидрата газа по данному изобретению предназначена для взаимодействия исходного газа с исходной водой, чтобы тем самым образовать суспензию гидрата газа, и для удаления воды из суспензии гидрата газа посредством узла для гравитационного обезвоживания. Установка для получения гидрата газа отличается в следующем. Устройство для гравитационного обезвоживания включает в себя: часть для введения, из которой вводится суспензия гидрата газа; обезвоживающую часть, которая удаляет непрореагировавшую воду в суспензии гидрата газа; цилиндрический основной корпус, образующий выпускную часть, которая выводит гидрат газа, обезвоженный в обезвоживающей части; и часть для приема воды, которая принимает фильтрат, отделенный от гидрата газа в обезвоживающей части. Внутреннее пространство части для приема воды нагревается до заданной температуры, чтобы предотвратить засорение обезвоживающей части.
Это делает возможным предотвращение засорения металлической сетки или пористой пластины, образующей обезвоживающую часть. Тем самым становится возможным стабильное функционирование обезвоживающего узла и выполнение процесса при постоянной степени обезвоживания. В этом отношении температура внутри части для приема воды предпочтительно поддерживается выше равновесной температуры гидрата газа.
8) Установка для получения гидрата газа по данному изобретению включает резервуар повышенного давления и перемешивающую лопасть во внутренней нижней части резервуара повышенного давления и предназначена для подачи газа, образующего гидрат в виде пузырьков, в воду в резервуаре повышенного давления, чтобы тем самым образовать гидрат газа. Устройство для получения гидрата газа отличается в следующем. Устройство для получения гидрата газа включает в себя: устройство перемещения в направлении вверх, которое перемещает образованный гидрат газа в верхнем направлении при приведении гидрата газа в соприкосновение с боковой поверхностью резервуара повышенного давления; и выпускное устройство, которое имеет выпускной канал, один конец которого открыт на внутренней поверхности резервуара повышенного давления, и выпускной подающий механизм, установленный в выпускном канале. Установка для получения гидрата газа также включает в себя выпускную лопасть, которая вводит гидрат газа, перемещенный устройством перемещения в направлении вверх, в выпускной канал. Устройство перемещения в направлении вверх вращает канал для перемещения, образованный ленточным спиральным элементом, вдоль внутренней поверхности резервуара повышенного давления при использовании вертикального направления в резервуаре повышенного давления в качестве направления вала вращения.
В соответствии с этим установка для получения гидрата газа включает в себя резервуар повышенного давления и перемешивающую лопасть во внутренней нижней части резервуара повышенного давления и предназначена для подачи газа, образующего гидрат в виде пузырьков, в воду внутри резервуара повышенного давления, находящегося при заданных давлении и температуре, чтобы тем самым образовать гидрат газа. Установка для получения гидрата газа включает в себя: устройство перемещения в направлении вверх, которое перемещает образованный гидрат газа в верхнем направлении при приведении гидрата газа в соприкосновение с внутренней поверхностью резервуара повышенного давления и перемещении вдоль нее; и выпускной узел, который имеет выпускной канал, один конец которого открыт на внутренней поверхности резервуара повышенного давления, и выпускной подающий механизм, установленный в выпускном канале. Установка для получения гидрата газа также включает в себя выпускную лопасть, которая вводит гидрат газа, перемещенный устройством перемещения в верхнем направлении в выпускной канал и которая вращается при использовании вертикального направления в качестве направления вала вращения. Устройство перемещения в направлении вверх вращает канал для перемещения, образованный ленточным спиральным элементом, вдоль внутренней поверхности резервуара повышенного давления при использовании вертикального направления в резервуаре повышенного давления в качестве направления вала вращения. Внешний цилиндрический резервуар не является больше необходимым, и гидрат газа может быть образован и выпущен при использовании одного резервуара повышенного давления. Оборудование упрощается, и, соответственно, существенно снижаются затраты.
Кроме того, образованный гидрат газа перемещается в верхнем направлении вдоль внутренней поверхности резервуара повышенного давления при приведении с ней в соприкосновение посредством канала для перемещения, образованного ленточным спиральным элементом. Соответственно, гидрат газа не пристает плотно к внутренней поверхности резервуара повышенного давления и может выпускаться равномерным образом, в то время как сила тяжести, действующая во время такого перемещения, вынуждает приставшую воду опускаться вниз, обеспечивая обезвоживание. Кроме того, гидрат газа, перемещаемый вверх, вводится в открытую часть выпускного канала на внутренней поверхности посредством вращения выпускной лопасти и может быть выпущен равномерным образом выпускным подающим механизмом в выпускной канал. При этом предпочтительно размещение над выпускной лопастью регулятора, который регулирует перемещение гидрата газа в верхнем направлении и в то же время обладает воздухопроницаемостью. Более того, данный регулятор предпочтительно является вращающимся диском, закрепленным на валу вращения выпускной лопасти. Кроме того, предпочтительно образовано несколько выпускных каналов.
9) Установка для получения гидрата газа по данному изобретению предназначена для взаимодействия исходного газа с водой в резервуаре повышенного давления, чтобы тем самым сформировать гидрат газа. Установка для получения гидрата газа отличается тем, что в резервуаре повышенного давления размещен с возможностью вращения скребковый узел для зачерпывания гидрата газа, и тем, что данный скребковый узел для гидрата газа снабжен скребковой лопастью в форме ленты, расположенной в виде спирали вдоль внутренней поверхности стенки резервуара повышенного давления. В соответствии с этим гидрат газа может равномерным образом перемещаться в верхнем направлении в резервуаре повышенного давления при его размещении на скребковой лопасти в форме ленты. Более того, в соответствии с этим изобретением, когда гидрат газа зачерпывается скребковой лопастью в форме ленты, вода, присутствующая среди частиц гидрата газа, стекает вниз вдоль скребковой лопасти в форме ленты. Таким образом, получают гидрат газа с низким содержанием воды.
В дополнение к этому, в этом изобретении на скребковой лопасти закреплена гибкая лопатка. Это облегчает зачерпывание гидрата газа скребковой лопастью в форме ленты. Гидрат газа обладает свойством приставать к внутренней поверхности стенки резервуара, и это облегчает соскребывание гидрата газа на лопасть. Более того, в этом изобретении внутри резервуара повышенного давления установлен элемент для отклонения гидрата газа, расположенный напротив верхнего края скребковой лопасти. Посредством этого элемент для отклонения гидрата газа делает возможным надежное удаление гидрата газа на скребковой лопасти. Кроме того, в этом изобретении в боковой стенке резервуара повышенного давления в соответствии с расположением элемента для отклонения гидрата газа сформировано отверстие для удаления гидрата газа. Тем самым обеспечивается возможность надежного выпуска гидрата газа элементом для отклонения гидрата газа через отверстие для удаления гидрата газа.
Кроме того, в этом изобретении резервуар повышенного давления снабжен дегазирующей трубой, и исходный газ, который имеется в зазорах между частицами гидрата газа, удаляется из резервуара повышенного давления через дегазирующую трубу. Соответственно, в зазорах между частицами гидрата газа присутствует меньшее количество исходного газа, и тем самым становится возможным перемещение гидрата газа, обладающего увеличенной плотностью. Более того, в этом изобретении на боковой стенке резервуара повышенного давления образована обезвоживающая часть, делающая возможным удаление воды из гидрата газа и, таким образом, дополнительное уменьшение содержания воды в гидрате газа. Кроме того, в этом изобретении на внутренней поверхности стенки резервуара повышенного давления образованы в продольном направлении тонкие канавки. Это делает возможным предотвращение прилипания гидрата газа, поскольку исходный газ протекает по данным тонким канавкам. Помимо этого, в данном изобретении резервуар повышенного давления и скребковый узел для соскребывания гидрата газа сужаются таким образом, что их диаметры постепенно уменьшаются в верхнем направлении. Тем самым гидрат газа, размещенный на скребковой лопасти в форме ленты, прижимается к резервуару повышенного давления, обеспечивая возможность увеличения плотности гидрата газа.
10) Обезвоживающий узел с гравитационным обезвоживанием по данному изобретению предназначен для введения гидрата газа, образованного взаимодействием газа с водой, в колонну для обезвоживания вместе с непрореагировавшей водой, для подъема гидрата газа в верхнем направлении от дна колонны для обезвоживания и для принуждения вытекания непрореагировавшей воды во время подъема из колонны для обезвоживания через фильтрующую часть, образованную на боковой стенке колонны. Обезвоживающий узел с гравитационным обезвоживанием отличается в следующем. Колонна для обезвоживания представляет собой колонну для обезвоживания, имеющую двойную цилиндрическую структуру, образованную двумя цилиндрическими элементами: внутренним цилиндром и внешним цилиндром. Фильтрующие элементы для обезвоживания установлены на поверхностях обеих боковых стенок внутреннего цилиндра и внешнего цилиндра соответственно, и непрореагировавшая вода вытекает из колонны через два фильтрующих элемента, включающих фильтрующий элемент, установленный на внутреннем цилиндре, и фильтрующий элемент, установленный на внешнем цилиндре.
0
1
0
1
0
1
В соответствии с этим, даже если площадь поперечного сечения A колонны для обезвоживания по данному изобретению такая же, что и площадь поперечного сечения A обычной цилиндрической колонны для обезвоживания, интервал W между двумя, внутренним и внешним, цилиндрами колонны для обезвоживания составляет (D-D)/2 в данном изобретении. Интервал W между двумя, внутренним и внешним, цилиндрами колонны для обезвоживания значительно уменьшается по сравнению с его величиной в обычной технологии (см. фиг.42). Например, можно рассмотреть случай с установкой 2,4 т/день при одновременном предположении, что диаметр D внешнего цилиндра составляет 14,04 м. В этом случае диаметр D внутреннего цилиндра становится равным 7,02 м, а интервал W (=(D-D)/2) между двумя, внутренним и внешним, цилиндрами колонны для обезвоживания составляет примерно 3,5 м.
Таким образом, в то время как диаметр D обычной цилиндрической колонны для обезвоживания составляет примерно 12 м, интервал W между внутренним цилиндром и внешним цилиндром колонны для обезвоживания, имеющей двойную цилиндрическую структуру, по данному изобретению составляет примерно 3,5 м. Соответственно, колонна для обезвоживания, имеющая двойную цилиндрическую структуру, по данному изобретению обеспечивает более равномерное обезвоживание по сравнению с обычной цилиндрической колонной для обезвоживания. В результате становится возможным уменьшение высоты цилиндра, образующего колонну для обезвоживания, чтобы тем самым попытаться снизить капитальные затраты, эксплуатационные расходы и т.п. при одновременном поддержании производительности данной колонны для обезвоживания на том же уровне, что и в случае обычной колонны для обезвоживания.
Более того, этот обезвоживающий узел с гравитационным обезвоживанием предназначен для введения гидрата газа, образованного взаимодействием газа с водой, в колонну для обезвоживания вместе с непрореагировавшей водой, для подъема гидрата газа в верхнем направлении от дна колонны для обезвоживания и для принуждения вытекания непрореагировавшей воды во время такого подъема из колонны для обезвоживания через фильтрующую часть, образованную на боковой стенке колонны. Колонна для обезвоживания, имеющая двойную цилиндрическую структуру, в которой фильтрующие элементы для обезвоживания установлены на поверхностях обеих боковых стенок внутреннего цилиндра и внешнего цилиндра соответственно, встроена в резервуар повышенного давления. Цилиндрическая часть для ввода гидрата газа предусмотрена в полости в центре колонны для обезвоживания, и сливной резервуар образован между частью для ввода гидрата газа и резервуаром повышенного давления. Кроме того, в части для ввода гидрата газа установлен узел для дробления гидрата газа. Выпускной узел для гидрата газа установлен под частью для ввода гидрата газа. Скребковый узел установлен с возможностью вращения над колонной для обезвоживания. Кроме того, в нижней части колонны для обезвоживания установлена труба для подачи суспензии. На сливном резервуаре установлена сливная труба. Тем самым, в дополнение к описанным выше результатам, становится возможной равномерная подача гидрата газа после обезвоживания при использовании скребкового узла над колонной для обезвоживания и выпускного узла для гидрата газа ниже части для ввода гидрата газа.
Кроме того, в этом изобретении узел для дробления гидрата газа и скребковый узел закреплены на общем валу вращения. Тем самым число компонентов может быть уменьшено. Кроме того, в этом изобретении в качестве выпускного узла для гидрата газа используется шнековый подающий узел. Тем самым становится возможным равномерное перемещение гидрата газа после обезвоживания.
11) Узел для обезвоживания гидрата газа по данному изобретению включает: внешний цилиндр; цилиндрическое сито для обезвоживания, установленное внутри внешнего цилиндра; цилиндрический резервуар, вытянутый к одному концу сита для обезвоживания; вал вращения, вставленный в сито для обезвоживания и цилиндрический резервуар; винтовую лопасть, установленную на валу вращения в сите для обезвоживания; лопасть, установленную на валу вращения в цилиндрическом резервуаре; впускное отверстие для подачи суспензии гидрата газа, размещенное на другом конце сита для обезвоживания; выпускное отверстие для удаления воды, сформированное во внешнем цилиндре; впускное отверстие для подачи газа, через которое исходный газ для образования гидрата газа подается в цилиндрический резервуар; выпускное отверстие для удаления гидрата газа, размещенное на другом конце цилиндрического резервуара; и канал, через который возвращается охлаждающая среда для охлаждения гидрата газа и исходного газа в цилиндрическом резервуаре.
В соответствии с этим суспензия гидрата газа, введенная через впускное отверстие для ее подачи, прежде всего, проходит через пространство канавки винтовой лопасти посредством вращения вала вращения и перемещается в осевом направлении. Одновременно суспензия гидрата газа обжимается, и это обжатие приводит к тому, что содержащаяся в ней вода эффективным образом проходит через сито для обезвоживания, и тем самым вода отделяется. Эта отделенная вода протекает через сито для обезвоживания в сторону внешнего цилиндра и выпускается из выпускного отверстия. Затем гидрат газа, введенный в цилиндрический резервуар, перемешивается в данном резервуаре посредством вращения лопасти, и исходный газ, введенный через впускное отверстие для подачи газа, приходит в соприкосновение с водой, приставшей к гидрату газа, вызывая протекание реакции гидратации, посредством чего выполняется обезвоживание. В этом отношении, хотя при реакции гидратации высвобождается тепло, в цилиндрическом резервуаре поддерживается температурный интервал, подходящий для реакции гидратации, поскольку выполняется отбор тепла посредством охлаждающей среды, протекающей через канал.
Более конкретно, в соответствии с данным изобретением, поскольку суспензия гидрата газа после физического обезвоживания подвергается непрерывным образом обезвоживанию гидратацией, то степень обезвоживания может быть увеличена по сравнению с обычным физическим обезвоживанием. Тем самым становится доступным более широкий выбор средств для обезвоживания гидратацией. Так, например, без каких-либо затруднений на последующей стадии может быть проведено обезвоживание в псевдоожиженном слое, и может быть достигнута высокая степень обезвоживания. В этом случае зазор между внутренней периферийной поверхностью сита для обезвоживания и валом вращения предпочтительно образуют таким образом, чтобы он сужался в направлении перемещения гидрата газа. В соответствии с этим суспензия гидрата газа может быть дополнительно обжата во время перемещения в осевом направлении. Поэтому эффективность физического обезвоживания может быть улучшена. Кроме того, лопасть в цилиндрическом резервуаре для проведения реакции гидратации выполняется в форме ворот, и ее ножки закреплены в осевом направлении вала вращения. Тем самым могут быть реализованы ее функции в качестве перемешивающей лопасти и т.п. Таким образом, в соответствии с данным изобретением степень обезвоживания суспензии гидрата газа физическим обезвоживанием шнековым прессом может быть улучшена. В этом отношении зазор между внутренней периферийной поверхностью сита для обезвоживания и валом вращения предпочтительно образуют таким образом, чтобы он сужался в направлении перемещения гидрата газа. Кроме того, предпочтительно, чтобы лопасть была выполнена в форме ворот и чтобы ее ножки были закреплены в осевом направлении вала вращения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой схематический чертёж первого варианта осуществления установки для получения гидрата газа в соответствии с данным изобретением.
Фиг.2 представляет собой вид поперечного сечения второй колонны инвертированной конической формы.
Фиг.3 представляет собой вид поперечного сечения второй колонны ступенчатой формы.
Фиг.4 представляет собой схематический чертёж второго варианта осуществления установки для получения гидрата газа в соответствии с данным изобретением.
Фиг.5 представляет собой вид сбоку, включающий частичный поперечный разрез обезвоживающей части.
Фиг.6 представляет собой вид сбоку, включающий частичный поперечный разрез другой обезвоживающей части.
Фиг.7 представляет собой перспективный вид третьей обезвоживающей части.
Фиг.8 представляет собой схематический чертёж третьего варианта осуществления установки для получения гидрата газа в соответствии с данным изобретением.
Фиг.9 представляет собой вид сбоку, включающий частичный поперечный разрез обезвоживающей части.
Фиг.10 представляет собой вид поперечного сечения основной части обезвоживающей части.
Фиг.11(a) представляет собой вид спереди ромбовидного отверстия, и фиг.11(b) представляет собой вид спереди эллиптического отверстия.
Фиг.12 представляет собой вид сбоку, включающий частичный поперечный разрез другого варианта осуществления обезвоживающей части.
Фиг.13 представляет собой схематический чертёж четвертого варианта осуществления установки для получения гидрата газа в соответствии с данным изобретением.
Фиг.14 представляет собой увеличенное изображение колонны для обезвоживания.
Фиг.15 представляет собой перспективный вид первого вытесняющего устройства.
Фиг.16(a) представляет собой вид спереди молотковой дробилки, и фиг.16(b) представляет собой вид сбоку молотковой дробилки.
Фиг.17 представляет собой вид в плане молотковой дробилки.
Фиг.18 представляет собой перспективный вид второго вытесняющего устройства.
Фиг.19 представляет собой вид поперечного сечения вдоль линии A-A на фиг.18.
Фиг.20 представляет собой перспективный вид третьего вытесняющего устройства.
Фиг.21 представляет собой вид поперечного сечения четвертого вытесняющего устройства.
Фиг.22 представляет собой схематический чертёж пятого варианта осуществления установки для получения гидрата газа в соответствии с данным изобретением.
Фиг.23 представляет собой схематический чертёж шестого варианта осуществления установки для получения гидрата газа в соответствии с данным изобретением.
Фиг.24 представляет собой схематический чертёж седьмого варианта осуществления установки для получения гидрата газа в соответствии с данным изобретением.
Фиг.25 представляет собой схематический чертёж восьмого варианта осуществления установки для получения гидрата газа в соответствии с данным изобретением.
Фиг.26 представляет собой схематический чертёж девятого варианта осуществления установки для получения гидрата газа в соответствии с данным изобретением.
Фиг.27 представляет собой пояснительный чертеж для иллюстрации устройства перемещения в направлении вверх в соответствии с данным изобретением.
Фиг.28 представляет собой пояснительный чертеж, показывающий пример регулятора в соответствии с данным изобретением.
Фиг.29 представляет собой пояснительный чертеж, показывающий пример, в котором выпускной канал в соответствии с данным изобретением расположен в плоскости.
Фиг.30 представляет собой схематический чертёж десятого варианта осуществления установки для получения гидрата газа в соответствии с данным изобретением.
Фиг.31 представляет собой вид поперечного сечения вдоль линии A-A на фиг.30.
Фиг.32 представляет собой вид в плане, иллюстрирующий второй пример внутреннего резервуара.
Фиг.33 представляет собой увеличенный вид участка В на фиг.32.
Фиг.34 представляет собой вид поперечного сечения лопатки, размещенной на скребковой лопасти.
Фиг.35 представляет собой схематический чертёж одиннадцатого варианта осуществления установки для получения гидрата газа в соответствии с данным изобретением.
Фиг.36 представляет собой вид поперечного сечения вдоль линии C-C на фиг.35.
Фиг.37 представляет собой увеличенный вид поперечного сечения участка D на фиг.35.
Фиг.38 представляет собой схематический чертёж двенадцатого варианта осуществления установки для получения гидрата газа в соответствии с данным изобретением.
Фиг.39 представляет собой вид поперечного сечения вдоль линии E-E на фиг.38.
Фиг.40 представляет собой увеличенное изображение участка F на фиг.39.
Фиг.41 представляет собой вид поперечного сечения обезвоживающего узла с гравитационным обезвоживанием в соответствии с данным изобретением.
Фиг.42 представляет собой вид поперечного сечения вдоль линии I-I на фиг.41.
Фиг.43 представляет собой вид поперечного сечения вдоль линии J-J на фиг.41.
Фиг.44 представляет собой вид поперечного сечения для иллюстрации варианта осуществления узла для физического обезвоживания в соответствии с данным изобретением.
Фиг.45 представляет собой блок-схему для иллюстрации варианта осуществления установки для получения гидрата, в которой используется данное изобретение.
Фиг.46 представляет собой вид поперечного сечения для иллюстрации другого варианта осуществления узла для физического обезвоживания в соответствии с данным изобретением.
Фиг.47 представляет собой блок-схему для иллюстрации варианта осуществления узла для обезвоживания гидратацией в псевдоожиженном слое установки для получения гидрата, в которой используется данное изобретение.
ЛУЧШИЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже в этом документе будут описаны при использовании чертежей варианты осуществления данного изобретения.
1) Первый вариант осуществления
В этом изобретении будет представлено описание случая, в котором площадь поперечного сечения второй колонны увеличивается постоянным или скачкообразным образом в направлении вверх от дна. Тем не менее, такой же эффект достигается, даже когда площади поперечного сечения обезвоживающей части и второй колонны увеличиваются непрерывным или прерывистым образом в верхнем направлении от дна. Кроме того, такой же эффект достигается, даже когда площадь поперечного сечения обезвоживающей части увеличивается непрерывным или прерывистым образом в верхнем направлении от дна.
На фиг.1 позиция 11 обозначает генератор гидрата природного газа (на который в последующем дается ссылка как на генератор гидрата газа); позиция 12 обозначает колонну гравитационного обезвоживания, которая обезвоживает суспензию гидрата природного газа (на которую в последующем дается ссылка как на гидрат газа), образованную в генераторе 11 гидрата газа; и позиция 13 обозначает устройство перемещения гидрата газа, которое перемещает в боковом направлении на последующую стадию (не показано) гидрат газа, почти полностью обезвоженный в колонне 12 гравитационного обезвоживания. Генератор 11 гидрата газа включает: резервуар 14 повышенного давления; сопло 15 для подачи газа, которое выпускает природный газ в виде тонких пузырьков; мешалку 16, которая перемешивает обрабатываемые объекты, а именно природный газ g, воду w, кроме того, гидрат газа и т.п., в резервуар 14 повышенного давления; и теплообменную часть 17, удаляющую теплоту реакции.
Колонна 12 гравитационного обезвоживания образована из: цилиндрической первой колонны 21; цилиндрической обезвоживающей части 22, расположенной на верхней стороне первой колонны 21 и имеющей множество тонких отверстий; часть 23 для приема воды в виде рубашки, расположенную с внешней стороны обезвоживающей части 22; и цилиндрическую вторую колонну 24, расположенную на верхней стороне обезвоживающей части 22. Донная часть 23a части 23 для приема воды расположена ниже нижнего края 22a обезвоживающей части 22 и предназначена для выпуска воды (непрореагировавшей воды), которая удаляется обезвоживающей частью 22. Обезвоживающая часть 22 необходима лишь для отделения гидрата газа и воды (непрореагировавшей воды) одного от другой, и обезвоживающая часть 22 не ограничивается особым образом. Однако в качестве обезвоживающей части 22 предпочтительно используется металлическая сетка или цилиндр с отверстиями. Диаметр отверстий металлической сетки или цилиндра предпочтительно находится в интервале от 0,1 мм до 5,0 мм. Когда. диаметр отверстий металлической сетки меньше 0,1 мм, высока вероятность их засорения. В то же время, когда диаметр отверстий металлической сетки или цилиндра с отверстиями больше 5 мм, гидрат газа может проходить через отверстия металлической сетки, и, соответственно, снижается производительность.
В этом изобретении вторая колонна 24, размещенная на верхней стороне обезвоживающей части 22, имеет форму перевернутого конуса. Другими словами, площадь поперечного сечения второй колонны 2 4 увеличивается непрерывным образом в верхнем направлении от дна, и тем самым сопротивление перемещению гидрата газа после обезвоживания имеет тенденцию к уменьшению. В этом отношении угол раскрыва θ второй колонны 24 предпочтительно находится в интервале от 1° до 30°, в частности от 2° до 20° (см. фиг.2). Когда угол раскрытия θ меньше 1°, имеет место сопротивление перемещению гидрата газа, вызывающее следующие проблемы. А именно давление выталкивания насоса 5 для подачи суспензии, который перемещает суспензию гидрата газа к обезвоживающему узлу 12, увеличивается; обезвоживающий узел 12 засоряется слоем частиц гидрата газа; или уровень жидкости повышается, что приводит к недостаточному обезвоживанию. В противоположность этому, когда угол раскрытия θ более 30°, выталкивающее усилие, действующее на слой частиц гидрата газа, уменьшается, что затрудняет перемещение слоя частиц гидрата газа.
То же самое имеет место в случае, когда вторая колонна 24 имеет ступенчатую форму (форму лестницы), как показано на фиг.3, вместо формы перевернутого конуса. Другими словами, площадь поперечного сечения второй колонны 24 устанавливается таким образом, что увеличивается периодическим образом в верхнем направлении от дна, и а=(1/5 до 1/100)×d и b/а=(2 до 120) устанавливаются таким образом, чтобы удовлетворять этому, при этом а представляет собой ширину ступенчатой части, b представляет собой высоту ступенчатой части и d представляет собой диаметр самой нижней части колонны.
Более конкретно, вторая колонна 24 образована из: первого цилиндрического элемента 26, диаметр которого такой же, что и диаметр первой колонны 21; первой кольцевой части 27, закрепленной на верхнем конце первого цилиндрического элемента 26; второго цилиндрического элемента 28, установленного вертикально на внешней периферийной поверхности первой кольцевой части 27; второй кольцевой части 29, закрепленной на верхнем конце второго цилиндрического элемента 28; и третьего цилиндрического элемента 30, установленного вертикально на внешней периферийной поверхности второй кольцевой части 29. Устройство 13 перемещения гидрата газа образовано из: поперечного цилиндрического корпуса 31; и шнекового перемещающего элемента 34, который имеет спиральную выступающую  часть 33 на боковой поверхности осевого элемента 32. Осевой элемент 32 устройства 13 перемещения гидрата газа вращается двигателем 35. На чертеже обозначение 37 обозначает исходную воду, подаваемую насосом; обозначение 38 обозначает исходный газ (природный газ), подаваемый насосом; обозначение 39 обозначает газодувку для циркуляции газа; обозначение 40 обозначает насос для циркуляции воды; и обозначение 41 обозначает узел для охлаждения циркулирующей воды.
Далее будет описано функционирование установки для получения гидрата газа. Исходная вода (вода) w, поданная в резервуар 14 повышенного давления насосом 37 для подачи исходной воды, охлаждается до заданной температуры (например, от 1 °C до 3°C) хладагентом, подаваемым в теплообменную часть 17 для удаления теплоты реакции. Затем при перемешивании исходной воды w в резервуаре 14 повышенного давления мешалкой 16 в нее подают исходный газ (природный газ) g при заданном давлении (например, 5 МПа) посредством насоса 38 для подачи исходного газа. При этом природный газ g выпускается вверх в виде тонких пузырьков из сопла 15 для подачи газа и реагирует с водой w перед достижением поверхности воды. Посредством этого образуется гидрат газа.
Гидрат газа в резервуаре 14 повышенного давления находится в виде суспензии под поверхностью воды (концентрация гидрата газа на этой стадии составляет примерно 20%). В этом состоянии гидрат газа подается в колонну 12 гравитационного обезвоживания насосом 5 для подачи суспензии. Суспензия s гидрата газа, поданная в донную часть 21a первой колонны 21 в колонне 12 гравитационного обезвоживания, поднимается внутри первой колонны 21, и вода w вытекает через металлическую сетку, образующую обезвоживающую часть 22A. В то время как вода w вытекает из обезвоживающей части 22A, гидрат n газа выпускается на верхней стороне колонны. Гидрат n газа также накапливается на участке обезвоживающей части 22A, образуя слой d' гидрата. В таком случае вода (вода, которая сопутствует гидрату газа), проходящая через слой d' гидрата, выталкивает слой d' гидрата вверх. Тем самым возможно непрерывное извлечение обезвоженного слоя d' гидрата из верхней части колонны (второй колонны 24). Концентрация гидрата газа при этом составляет примерно 50%.
Гидрат n газа, который достигает второй колонны 24, перемещается непрерывным образом на следующую стадию (не показана) посредством шнекового перемещающего элемента 34 в устройстве 13 перемещения гидрата газа. Отделенная непрореагировавшая вода в части 23 в виде рубашки для приема воды возвращается в резервуар 14 повышенного давления насосом 40 для циркуляции воды. При этом возвращаемая вода w охлаждается до заданной температуры узлом 41 для охлаждения циркулирующей воды.
2) Второй вариант осуществления
На фиг.4 позиция 11 обозначает генератор гидрата природного газа (на который в последующем дается ссылка как на генератор гидрата газа); позиция 12 обозначает колонну гравитационного обезвоживания, которая обезвоживает суспензию гидрата природного газа (на которую в последующем дается ссылка как на гидрат газа), образованную в генераторе 11 гидрата газа; и позиция 13 обозначает устройство перемещения гидрата газа, которое перемещает в боковом направлении на последующую стадию (не показано) гидрат газа, почти полностью обезвоженный в колонне 12 гравитационного обезвоживания. Генератор 11 гидрата газа включает: резервуар 14 повышенного давления; сопло 15 для подачи газа, которое выпускает природный газ в виде тонких пузырьков; мешалку 16, которая перемешивает обрабатываемые объекты, а именно природный газ g, воду w и, кроме того, гидрат газа и т.п., в резервуаре 14 повышенного давления; и теплообменную часть 17, удаляющую теплоту реакции.
Колонна 12 гравитационного обезвоживания образована из: цилиндрической первой колонны 21; цилиндрической обезвоживающей части 22A, расположенной на верхней стороне первой колонны 21 и имеющей множество тонких отверстий; части 23 для приема воды в виде рубашки, расположенной с внешней стороны обезвоживающей части 22A; и цилиндрической второй колонны 24, расположенной на верхней стороне обезвоживающей части 22A. Донная часть 23a части 23 для приема воды расположена ниже нижнего края 22a обезвоживающей части 22A и предназначена для выпуска воды (непрореагировавшей воды), которая удаляется обезвоживающей частью 22A. Как показано на фиг.5, обезвоживающая часть 22A образована цилиндрическим элементом 18, имеющим гладкую внутреннюю поверхность с отсутствием неровностей, данный цилиндрический элемент 18 снабжен сквозными отверстиями 19 в виде решетки.
В этом случае цилиндрический элемент 18 разделен на две зоны: верхнюю зону и нижнюю зону. В нижней зоне x сформированы сквозные отверстия 19a, имеющие диаметр от 0,1 мм до 5,0 мм, при принятии во внимание диаметра частиц гидрата газа. В верхней зоне у сформированы сквозные отверстия 19b, имеющие диаметр от 0,5 мм до 10,0 мм, который до некоторой степени больше диаметра сквозных отверстий 19a. Тем самым трение при перемещении гидрата газа поддерживается в основном постоянным, хотя содержание воды в гидрате газа постепенно уменьшается вследствие обезвоживания. В этом отношении число зон, в которых сформированы сквозные отверстия 19, не ограничивается двумя зонами, как в вышеуказанном случае, и число зон может составлять более двух. При этом диаметры отверстий сквозных отверстий 19 могут увеличиваться непрерывным образом в верхнем направлении от дна цилиндрического элемента 18 в качестве альтернативного способа изменения диаметров сквозных отверстий 19 в соответствующих зонах. В то же время сквозные отверстия 19 могут быть расположены, например, в виде зигзага, вместо расположения сквозных отверстий 19 в виде решетки. При этом шаг сквозных отверстий 19a в нижней зоне x предпочтительно составляет от примерно 1,0 мм до 10,0 мм, и шаг сквозных отверстий 19b в верхней зоне у предпочтительно составляет от примерно 2,0 мм до 20,0 мм.
Устройство 13 перемещения гидрата газа образовано из: поперечного цилиндрического корпуса 31; и шнекового перемещающего элемента 34, который имеет спиральную выступающую часть 33 на боковой поверхности осевого элемента 32. Осевой элемент 32 устройства 13 перемещения гидрата газа вращается двигателем 35. На чертеже обозначение 37 обозначает исходную воду, подаваемую насосом; обозначение 38 обозначает исходный газ (природный газ), подаваемый насосом; обозначение 39 обозначает газодувку для циркуляции газа; обозначение 40 обозначает насос для циркуляции воды; и обозначение 41 обозначает узел для охлаждения циркулирующей воды.
Далее будет описано функционирование установки для получения гидрата газа. Исходная вода (вода) w, поданная в резервуар 14 повышенного давления насосом 37 для подачи исходной воды, охлаждается до заданной температуры (например, от 1°C до 3°C) хладагентом, подаваемым в теплообменную часть 17 для удаления теплоты реакции. Затем при перемешивании исходной воды w в резервуаре 14 повышенного давления мешалкой 16 в нее подают исходный газ (природный газ) g при заданном давлении (например, 5 МПа) посредством насоса 38 для подачи исходного газа. При этом природный газ g выпускается вверх в виде тонких пузырьков из сопла 15 для подачи газа и реагирует с водой w перед достижением поверхности воды. Посредством этого образуется твердотельный гидрат газа.
Гидрат газа в резервуаре 14 повышенного давления находится в виде суспензии под поверхностью воды (концентрация гидрата газа на этой стадии составляет примерно 20%). В этом состоянии гидрат газа подается в колонну 12 гравитационного обезвоживания насосом 5 для подачи суспензии. Суспензия s гидрата газа, поданная в донную часть 21a первой колонны 21 в колонне 12 гравитационного обезвоживания, поднимается внутри первой колонны 21, и лишь вода w вытекает через сквозные отверстия 19a и 19b цилиндрического элемента 18, образующего обезвоживающую часть 22. В то время как вода w вытекает из обезвоживающей части 22A, гидрат n газа выпускается на верхней стороне колонны. Гидрат n газа также накапливается на участке обезвоживающей части 22A, образуя слой d' гидрата газа. В таком случае вода (вода, которая сопутствует гидрату газа), проходящая через слой d' гидрата газа, выталкивает слой d' гидрата газа вверх. Тем самым возможно непрерывное извлечение обезвоженного слоя d' гидрата газа из верхней части колонны (второй колонны 24). Концентрация гидрата газа при этом составляет примерно 50%.
Гидрат n газа, который достигает второй колонны 24, перемещается непрерывным образом на следующую стадию (не показана) посредством шнекового перемещающего элемента 34 в устройстве 13 перемещения гидрата газа. Непрореагировавшая вода w отделяется в части 23 в виде рубашки для приема удаленной воды и возвращается в резервуар 14 повышенного давления насосом 40 для циркуляции воды. При этом возвращаемая вода w охлаждается до заданной температуры узлом 41 для охлаждения циркулирующей воды.
В представленном выше описании описан случай, когда диаметры сквозных отверстий 19, сформированных в обезвоживающей части 22A, изменяются. Тем не менее такой же эффект может быть достигнут также и в случае, когда сквозные отверстия 19 обезвоживающей части 22A, как показано на фиг.6, наклонены таким образом, что их выпускная сторона 19A расположена ниже впускной стороны 19B. В этом случае предпочтительно, чтобы диаметр сквозных отверстий 10 составлял от примерно 0,1 мм до 10,0 мм и чтобы шаг сквозных отверстий 19 составлял от примерно 2,0 мм до 20,0 мм. Сквозные отверстия 19 могут быть расположены либо в виде зигзага, либо в виде решетки.
С другой стороны, возможно получение такого же эффекта также и в случае, когда обезвоживающая часть 22A сформирована посредством: линейных элементов 38, каждый из которых имеет клинообразное поперечное сечение, расположенных в окружном направлении с заданными интервалами e; и щелей 40, образованных между соседними линейными элементами 38, как показано на фиг.7. В этом случае линейные элементы 38 приварены к кольцеобразным опорам 39 и не отделяются одни от других. При этом обезвоживающая часть 22A может быть образована посредством предоставления многочисленных щелей в цилиндрическом элементе, имеющем гладкую внутреннюю поверхность с отсутствием неровностей. В этом отношении зазор (величина щели) между линейными элементами 38 предпочтительно составляет от 0,1 мм до 5,0 мм. Кроме того, ширина (интервал между щелями) линейного элемента 38 предпочтительно составляет от 1,0 мм до 5,0 мм.
3) Третий вариант осуществления
На фиг.8 обозначение 11a обозначает генератор гидрата газа; обозначение 12a обозначает колонну гравитационного обезвоживания, которая обезвоживает суспензию гидрата n газа, образованную в генераторе 11a гидрата газа; и обозначение 13a обозначает устройство перемещения гидрата газа, которое перемещает в боковом направлении на последующую стадию (не показано) гидрат n газа, почти полностью обезвоженный в обезвоживающем узле 12a. Генератор 11a гидрата газа включает: резервуар 14a повышенного давления; барботер 15a, который выпускает природный газ g, являющийся исходным газом, в виде пузырьков; мешалку 16a, которая перемешивает среду внутри резервуара 14a повышенного давления; и охлаждающий узел 17a. Колонна 12a гравитационного обезвоживания образована из: части 18a для введения, из которой вводится суспензия гидрата газа; обезвоживающей части 19a, которая удаляет воду w в суспензии гидрата газа; продольного цилиндрического основного корпуса 21a, образующего выпускную часть 20a, которая выводит гидрат n газа, обезвоженный в обезвоживающей части 19a; и части 22a для сбора удаленной воды, в которой собирается вода (фильтрат) w, отделенная обезвоживающей частью 19a.
Как очевидно из фиг.9 и 10, обезвоживающая часть 19a имеет двойную структуру внутренней цилиндрической части 23a и внешней цилиндрической части 24a. Внутренняя цилиндрическая часть 24a снабжена продольными длинными щелями (первыми открытыми частями) 25a, сформированными с равными интервалами. В то же время внешняя цилиндрическая часть 24a снабжена продольными длинными щелями (вторыми открытыми частями) 26a, которые соответствуют щелям 25a внутренней цилиндрической части 23a. Ширина щелей 25a внутренней цилиндрической части 23a предпочтительно составляет от, например, 5 мм до 50 мм. В то же время ширина щелей 26a внешней цилиндрической части 24a предпочтительно составляет от, например, 10 мм до 60 мм. Примеры формы открытых частей включают ромб, как показано на фиг.11(a), эллипс, как показано на фиг.11(b), и т.д.
Внешняя цилиндрическая часть 24a снабжена на внешней периферии зубчатым колесом 30a и поворачивается в окружном направлении при использовании внутренней цилиндрической части 23a в качестве оси посредством перемещения зубчатой рейки 31a, сцепленной с данным зубчатым колесом 30a, в прямом и обратном направлениях. Зубчатая рейка 31a принуждается к перемещению в прямом и обратном направлениях поворачиванием рукояткой (не показана) винтового вала 32a, соединенного с зубчатой рейкой 31a, как показано на фиг.10. При этом винтовой вал 32a связан резьбовым соединением с неподвижной частью 33a с внутренней резьбой. Часть 22a для сбора удаленной воды расположена с внешней стороны обезвоживающей части 19a таким образом, что часть 22a для сбора удаленной воды может быть концентрична продольному цилиндрическому основному корпусу 21a.
Кроме того, гидрат газа, образованный в генераторе 11a гидрата газа, подается в колонну 12a гравитационного обезвоживания в виде модифицированной суспензии. Непрореагировавшую воду (фильтрат) w, отфильтрованную обезвоживающей частью 19a, возвращают в генератор 11a гидрата газа по возвратной линии 28a, на которой установлены насос 29a и охлаждающий узел 27a. Исходный газ g в части 22a для сбора удаленной воды возвращается в генератор 11a гидрата газа по возвратной линии 35a. Исходный газ g в генераторе 11a гидрата газа возвращается в барботер 15a по циркуляционной линии 37a. Кроме того, непосредственно перед насосом 29a на возвратной линии 28a установлен расходомер 36a, который измеряет количество возвращаемой непрореагировавшей воды (фильтрата) w. Измеряемое количество этой возвращаемой непрореагировавшей воды (фильтрата) w вводится в блок управления 34a. Если количество воды уменьшается ниже базовой величины, то двигатель 38a приводится в действие в соответствии со степенью такого уменьшения. Посредством этого внешняя цилиндрическая часть 24a поворачивается, увеличивая тем самым ширину щелей 25a, образованных на внутренней цилиндрической части 23a.
Далее будет описан способ получения гидрата газа. Как показано на фиг.8, гидрат n газа, образованный в генераторе 11a гидрата газа, находится в виде суспензии, имеющей концентрацию гидрата газа примерно 20%. Эта суспензия s гидрата газа подается в часть 18a для введения насосом 30a для подачи суспензии, данная часть 18a для введения является нижней частью колонны 12a гравитационного обезвоживания. Затем суспензия s гидрата газа обезвоживается обезвоживающей частью 19a обезвоживающего узла 12a. Гидрат n газа, который после этого имеет содержание воды примерно 50%, перемещается через выпускную часть 20a на последующую стадию выпускным узлом 13a для гидрата газа.
Вода (фильтрат) w, удаленная обезвоживающей частью 19a обезвоживающего узла 12a, возвращается в генератор 11a гидрата газа по возвратной линии 28a. Если количество непрореагировавшей воды (фильтрата) w, возвращаемой по возвратной линии 28a, уменьшается ниже заданной величины, то блок управления 34a определяет, что обезвоживающая часть 19a засорена. В соответствии со степенью засорения приводится в действие двигатель 38a. Посредством этого внешняя цилиндрическая часть 24a поворачивается, увеличивая ширину щелей 25a, образованных на внутренней цилиндрической части 23a.
Реализованная обезвоживающая часть по данному изобретению и ее периферия показаны на фиг.12. В этом примере внешняя цилиндрическая часть 24a установлена с возможностью перемещения вверх и вниз вдоль внутренней цилиндрической части 23a. Для перемещения внешней цилиндрической части 24a использован способ с зубчатой рейкой и зубчатым колесом. В этом случае внешняя цилиндрическая часть 24a имеет: зону Y с отверстиями малого диаметра, в которой отверстия 40a имеют малый диаметр; и зону X с отверстиями большого диаметра, в которой отверстия 41a имеют диаметр больше, чем у отверстий 40a. При этом внутренняя цилиндрическая часть 23a имеет отверстия 42a, которые соответствуют отверстиям 40a малого диаметра и отверстиям 41a большого диаметра, образованным во внешней цилиндрической части 24a; однако диаметр любого из отверстия 42a в основном один и тот же.
4) Четвертый вариант осуществления
На фиг.13 обозначение 11b обозначает первый генератор; обозначение 12b обозначает колонну гравитационного обезвоживания; обозначение 13b обозначает вытесняющее устройство; обозначение 14b обозначает второй генератор; и обозначение 15b обозначает гранулирующий узел. Первый генератор 11b включает: резервуар 16b повышенного давления; сопло 17b для подачи газа; и мешалку 18b. Колонна 12b гравитационного обезвоживания образована из: цилиндрического корпуса 20b колонны; цилиндрической обезвоживающей части 21b, расположенной на промежуточной части корпуса 20b колонны; и части 22b для приема воды в виде рубашки, расположенной с внешней стороны обезвоживающей части 21b. Обезвоживающая часть 21b предназначена для отделения гидрата газа и воды одного от другой. Используемая обезвоживающая часть 21b представляет собой металлическую сетку, сформированную в виде цилиндра, цилиндр с отверстиями или т.п.
Вытесняющее устройство 13b закреплено в основном горизонтально на верхнем конце колонны 12b гравитационного обезвоживания. Как показано на фиг.14, вытесняющее устройство 13b образовано из: поперечного цилиндрического корпуса 24b; и вытесняющего средства 25b, размещенного в цилиндрическом корпусе 24b. Вытесняющее средство 25b вращается двигателем 26b. Вытесняющее средство 25b образовано из: секции дробления X', которая соответствует выпускному отверстию 12ab на верхнем конце колонны для обезвоживания; и секции перемещения Y', которая расположена за секцией дробления X'. Как показано на фиг.15, секция дробления X' образована расположением молотковых дробилок 27b по спирали, то есть распределением молотковых дробилок 27b в окружном направлении и осевом направлении вала вращения 28b. Секция перемещения Y' образована закреплением спиральной лопасти 29b вокруг вала вращения 28b. Соответственно, эта секция перемещения Y' является так называемым шнековым конвейером 23b.
Как показано на фиг.16(a) и фиг.16(b), каждая из молотковых дробилок 27b образована из: поддерживающего стержня 30b, установленного вертикально в радиальном направлении вала вращения 28b, и ударника 32b, закрепленного посредством соединительного элемента 31b на поддерживающем стержне 30b с возможностью поворачивания. Ударник 32b обладает возможностью поворачивания вперед и назад вокруг соединительного элемента 31b. Чтобы ограничить поворачивания ударника 32b, предусмотрены стопоры 31ab, 31bb с передней и с задней сторон соединительного элемента 31b. Кроме того, как показано на фиг.17, ударник 32b молотковой дробилки 27b расположен с наклоном по отношению к центральной оси О вала вращения 28b под заданным углом θ в направлении удаления. Ударник 32b имеет два назначения, заключающиеся в дроблении гидрата газа и передаче гидрата газа в боковом направлении. Как показано на фиг.13, второй генератор 14b включает: резервуар 33b повышенного давления; сопло 34b для подачи газа; узел 35b для удаления в постоянном количестве; и циклон 36b.
Далее будет описано функционирование установки для получения гидрата газа. Как показано на фиг.13, исходный газ (например, природный газ) g и вода w, поданные в резервуар 16b повышенного давления, подвергаются реакции гидратации внутри резервуара 16b повышенного давления, чтобы тем самым образовать гидрат газа. Этот гидрат газа вместе с водой w подается в колонну 12b гравитационного обезвоживания насосом 38b для подачи суспензии. Суспензия s гидрата газа, поданная в колонну 12b гравитационного обезвоживания, поднимается внутри корпуса 20b колонны. Когда суспензия s гидрата газа достигает обезвоживающей части 21b, вода (маточная жидкость суспензии) w вытекает из обезвоживающей части 21b, и гидрат n газа накапливается в виде слоя. Этот слой a' гидрата газа выталкивается вверх, когда вода (маточная жидкость суспензии) w, которая сопровождает гидрат n газа, проходит через слой a' гидрата газа. Слой a' гидрата газа достигает выпускного отверстия 12ab на верхнем конце колонны 12b для обезвоживания.
Гидрат n газа, который достиг выпускного отверстия 12ab на верхнем конце колонны 12b для обезвоживания, как показано на фиг.15, подается к шнековому конвейеру 23b при тонком измельчении молотковой дробилкой 27b. При этом ударник 32b молотковой дробилки 27b ни в коей мере не препятствует подъему слоев гидрата газа, поскольку ударник 32b предназначен для поворачивания в переднем и в заднем направлениях посредством соединительного элемента 31b (см. фиг.16(a) и фиг.16(b)). Шнековый конвейер 23b перемещает гидрат n газа во второй генератор 14b. Порошковый гидрат n газа, введенный во второй генератор 14b, поступает в гранулирующий узел 15b посредством узла 35b для удаления в постоянном количестве при псевдоожижении исходным газом, выпускаемым из сопла 34b для подачи газа. Посредством этого образуется гранулированный продукт.
При этом первый генератор 11b подает находящийся в нем исходный газ g во второй генератор 14b. Из первого генератора 11b исходный газ g также подается в сопло 17b для подачи газа после увеличения давления компрессором 39b и охлаждения газа охлаждающим узлом 40b. Кроме того, часть суспензии s гидрата газа, которая подается насосом для подачи суспензии 39b, охлаждается охлаждающим узлом 41b и возвращается в первый генератор 11b. Помимо этого, вода w, удаленная колонной 12b для обезвоживания, возвращается в первый генератор 11b. Во втором генераторе 14b давление исходного газа g для второго генератора 14b увеличивается компрессором 42b, и затем исходный газ g охлаждается охлаждающим узлом 43b и подается в сопло 34b для подачи газа. При этом гидрат газа, выпущенный из второго генератора 14b вместе с исходным газом, улавливается циклоном 36b и затем возвращается во второй генератор 14b.
В вышеуказанном описании описан случай, в котором молотковые дробилки 27b расположены по спирали в секции дробления X', соответствующей выпускному отверстию 12ab на верхнем конце колонны для обезвоживания. Тем не менее тот же самый эффект может быть достигнут, например, как показано на фиг.18, также в случае, когда веерообразные винтовые лопасти 45b (см. фиг.19) расположены с заданными интервалами в направлении удаления на валу вращения 28b в секции дробления X', соответствующей выпускному отверстию 12ab на верхнем конце колонны для обезвоживания. Кроме того, тот же самый эффект может быть достигнут, например, как показано на фиг.20, также в случае, когда гребнеобразная лопасть 46b для дробления и веерообразная лопасть 47b для удаления расположены на валу вращения 28b в секции дробления X', соответствующей выпускному отверстию 12ab на верхнем конце колонны для обезвоживания. В этом примере гидрат n газа подается к шнековому конвейеру 23b по желобу 49b, расположенному на колонне 12b для обезвоживания. Кроме того, тот же самый эффект может быть достигнут, например, как показано на фиг.21, также в случае, когда несколько шнековых конвейеров 48b расположены параллельно один другому в секции дробления X', соответствующей выпускному отверстию 12ab на верхнем конце колонны для обезвоживания. При этом данное вытесняющее устройство может широко использоваться в качестве обычного устройства для удаления порошков, помимо гидрата газа с высокой адгезионной способностью.
5) Пятый вариант осуществления
На фиг.22 обозначение 11c обозначает генератор гидрата газа; обозначение 12c обозначает колонну гравитационного обезвоживания, которая обезвоживает суспензию гидрата газа, образованную в генераторе 11c гидрата газа; и обозначение 13c обозначает устройство перемещения гидрата газа, которое перемещает в боковом направлении на последующую стадию (не показано) гидрат n газа, почти полностью обезвоженный в колонне 12c гравитационного обезвоживания. Генератор 11c гидрата газа включает: резервуар 14c повышенного давления; сопло 15c для подачи газа, которое выпускает природный газ g, являющийся исходным газом, в виде пузырьков; и мешалку 16c, которая перемешивает среду внутри резервуара 14c повышенного давления. В качестве исходного газа можно использовать природный газ, который является газообразной смесью метана, этана, пропана, бутана и т.п., а также такой газ, как углекислый газ и хлорофторуглеродный газ (фреон), каждый из которых образует гидрат газа.
Колонна 12c гравитационного обезвоживания образована из: части 18c для введения, из которой вводится суспензия гидрата газа; обезвоживающей части 19c, которая удаляет воду w в суспензии гидрата газа; продольного цилиндрического основного корпуса 21c, образующего выпускную часть 20c, которая выводит гидрат n газа, обезвоженный в обезвоживающей части 19c; и водоприемной части 22c, в которой собирается вода (фильтрат) w, отфильтрованная обезвоживающей частью 19c. Обезвоживающая часть 19c представляет собой металлическую сетку или пористую пластину, имеющую форму цилиндра. Сформированные в ней небольшие отверстия 23c имеют диаметр от 0,1 мм до 5 мм. Когда диаметр отверстий 23c меньше 0,1 мм, высока вероятность их засорения. В противоположность этому, когда диаметр больше 5 мм, количество вытекающего через них гидрата газа увеличивается, и, соответственно, снижается степень удаления гидрата газа.
Часть 22c для приема воды расположена с внешней стороны обезвоживающей части 19c таким образом, что часть 22c для приема воды может быть концентрична продольному цилиндрическому основному корпусу 21c. С верхней стороны части 22c для приема воды установлен датчик 35c уровня жидкости, такой как ультразвуковой датчик, который определяет высоту h расположения поверхности жидкости в части 22c для сбора удаленной воды. Кроме того, непрореагировавшая вода (фильтрат) w, отфильтрованная обезвоживающей частью 19c, возвращается в генератор 11c гидрата газа по возвратной линии 28c, на которой установлен насос 29c. При этом непосредственно перед насосом 29c установлен расходомер 36c, который измеряет количество возвращаемой непрореагировавшей воды (фильтрата) w. На данном чертеже обозначение 33c обозначает блок управления. Когда высота h расположения поверхности жидкости в части 22c для сбора удаленной воды снижается ниже заданной величины и, вместе с этим, когда количество непрореагировавшей воды (фильтрата) w, возвращаемой по возвратной линии 28c, уменьшается ниже заданной величины блок управления 33c определяет, что обезвоживающая часть 19c засорена. При этом чистая вода w' подается в часть 22c для сбора удаленной воды из сопла 24c для выпуска воды, которое будет описано ниже. Сопло 24c для выпуска воды установлено на верхней стороне части 22c для приема воды. Сопло 24c для выпуска воды, резервуар 25c с чистой водой и насос 26c для подачи воды взаимно соединены линией 27c для подачи воды. Соответственно, чистая вода (свежая вода) w' из резервуара 25c с чистой водой подается в сопло 24c для выпуска воды насосом 26c для подачи воды.
Далее будет описано функционирование вышеописанного устройства. Гидрат n газа, образованный в генераторе 11c гидрата газа, находится в виде суспензии, имеющей концентрацию гидрата газа примерно 20%. Эта суспензия s гидрата газа подается насосом 30c для подачи суспензии в часть 18c для введения на нижнем конце обезвоживающего узла. Затем, когда уровень жидкости достигает высоты выше обезвоживающей части 19c, непрореагировавшая вода w в суспензии s гидрата газа втекает в часть 22c для сбора удаленной воды через небольшие отверстия 23c обезвоживающей части 19c. Гидрат n газа, имеющий вследствие этого содержание воды примерно 50%, поднимается в части для сбора удаленной воды 12c и достигает выпускной части 20c. Затем гидрат n газа перемещается на последующую стадию посредством выпускного узла 13c для гидрата газа.
Во время этого периода, когда высота h расположения поверхности жидкости в части 22c для сбора удаленной воды уменьшается ниже заданной величины и, вместе с этим, когда количество непрореагировавшей воды (фильтрата) w, возвращаемой по возвратной линии 28c, уменьшается ниже заданной величины, блок управления 33c определяет, что обезвоживающая часть 19c засорена. Тогда чистая вода w' насосом 26c подается в часть 22c для сбора удаленной воды из сопла 24c для выпуска воды. Таким образом, высота h расположения поверхности жидкости в части 22c для сбора удаленной воды увеличивается до высоты h', при которой обезвоживающая часть 19c затоплена. После этого посредством приведения в действие насоса 26c высота h расположения поверхности жидкости в части 22c для сбора удаленной воды изменяется между высотой h расположения поверхности жидкости и высотой h' расположения поверхности жидкости. Таким образом, обезвоживающая часть 19c промывается самим фильтратом w.
6) Шестой и седьмой варианты осуществления
На фиг.23 обозначение 11d обозначает генератор гидрата газа; обозначение 12d обозначает колонну гравитационного обезвоживания, которая обезвоживает суспензию s гидрата газа, образованную в генераторе 11d гидрата газа; и обозначение 13d обозначает устройство перемещения гидрата газа, которое перемещает в боковом направлении на последующую стадию (не показано) гидрат n газа, почти полностью обезвоженный в колонне 12d гравитационного обезвоживания. Генератор 11d гидрата газа включает: резервуар 14d повышенного давления; сопло 15d для подачи газа, которое выпускает природный газ g, являющийся исходным газом, в виде пузырьков; и мешалку 16d, которая перемешивает среду внутри резервуара 14d повышенного давления. В качестве исходного газа можно использовать природный газ, который является газообразной смесью метана, этана, пропана, бутана и т.п., а также такой газ, как углекислый газ и хлорофторуглеродный газ (фреон), каждый из которых образует гидрат газа.
Колонна 12d гравитационного обезвоживания включает: часть 18d для введения, из которой вводится суспензия s гидрата газа; обезвоживающую часть 19d, которая удаляет воду w в суспензии гидрата газа; продольный цилиндрический основной корпус 21d, образующий выпускную часть 20d, которая выводит гидрат n газа, обезвоженный в обезвоживающей части 19d; и водоприемную часть 22d, в которой собирается вода (фильтрат) w, отделенная от гидрата n газа обезвоживающей частью 19d. Обезвоживающая часть 19d представляет собой металлическую сетку или пористую пластину, имеющую форму цилиндра. Сформированные в ней небольшие отверстия 23d имеют диаметр от 0,1 мм до 5 мм. Когда диаметр отверстий 23d меньше 0,1 мм, высока вероятность их засорения. В противоположность этому, когда диаметр больше 5 мм, гидрат газа, вероятнее всего, будет вытекать, и, соответственно, степень удаления снижается. Кроме того, на верхней стороне части 22d для приема воды установлено сопло 24d для выпуска воды. Сопло 24d для выпуска воды, резервуар 25d с чистой водой и насос 26d для подачи воды взаимно соединены линией 27d для подачи воды. Соответственно, чистая вода (свежая вода) w' из резервуара 25d для чистой воды подается в сопло 24d для выпуска воды насосом 26d для подачи воды, чтобы тем самым затапливать обезвоживающую часть 19d и постоянно поддерживать ее ниже поверхности X'' жидкости.
Для этой цели часть 22d для приема воды снабжена датчиком 35d уровня жидкости, чтобы контролировать насос 26d для подачи воды таким образом, чтобы поверхность X'' жидкости могла поддерживаться на заданном уровне. Кроме того, смешанная вода w'', которая получена смешиванием чистой воды с непрореагировавшей водой (фильтратом), отфильтрованной обезвоживающей частью 19d, возвращается в генератор 11d гидрата газа по возвратной линии 28d, на которой установлен насос 29d. В этом отношении требуется, чтобы обезвоживающий узел 12d имел высоту H' для выпускаемой воды, а именно разность между верхним концом продольного цилиндрического основного корпуса 21d и поверхностью жидкости для суспензии s гидрата газа в этом продольном цилиндрическом основном корпусе 21d. На данном чертеже обозначение 33d обозначает блок управления. В то же время обычно функционирование осуществляется таким образом, что поверхность X'' жидкости может быть расположена ниже обезвоживающей части 19d. Обезвоживающая часть 19d может быть затоплена и расположена ниже поверхности X'' жидкости, лишь когда величина, измеренная расходомером 36d, установленным на возвратной линии 28d, уменьшается ниже заданной величины.
Далее будет описано функционирование этой установки для получения гидрата газа. Гидрат n газа, образованный в генераторе 11d гидрата газа, находится в виде суспензии, имеющей концентрацию гидрата газа примерно 20%. Эта суспензия s гидрата газа подается насосом 30d для подачи суспензии в часть 18d для введения на нижнем конце обезвоживающего узла. Затем, когда уровень жидкости достигает высоты выше обезвоживающей части 19d, непрореагировавшая вода в суспензии s гидрата газа втекает в часть 22d для приема воды через небольшие отверстия 23d обезвоживающей части 19d. Гидрат n газа, имеющий вследствие этого содержание воды примерно 50%, поднимается в узле 12 гравитационного обезвоживания и достигает выпускной части 20d. Затем гидрат n газа перемещается на последующую стадию посредством выпускного узла 13d для гидрата газа. Как описано выше, эта обезвоживающая часть 19d расположена ниже поверхности X'' чистой воды, инжектированной в часть 22d для приема воды, и тем самым предотвращено ее соприкосновение с исходным газом g. Соответственно, не происходит засорения вследствие образования гидрата газа.
Фиг.24 показывает другой вариант осуществления (седьмой вариант осуществления) установки для получения гидрата газа в соответствии с данным изобретением. Те же самые элементы, что и на фиг.23, обозначены такими же обозначениями, и отдельное описание будет опущено. В этом изобретении, как показано на фиг.24, в части 22d для сбора удаленной воды предусмотрена перемычка 37d. Высота перемычки 37d сравнима с высотой обезвоживающей части 19d. Чистая вода w' подается между перемычкой 37d и обезвоживающей частью 19d, чтобы затопить обезвоживающую часть 19d и постоянно поддерживать ее ниже поверхности X'' жидкости. Тем самым возможно предотвращение засорения участка металлической сетки или пористой пластины, образующей обезвоживающую часть 19d, сравнительно простым образом.
7) Восьмой вариант осуществления
На фиг.25 обозначение 11e обозначает генератор гидрата газа; обозначение 12e обозначает колонну гравитационного обезвоживания, которая обезвоживает суспензию s гидрата газа, образованную в генераторе 11e гидрата газа; и обозначение 13e обозначает устройство перемещения гидрата газа, которое перемещает в боковом направлении на последующую стадию (не показано) гидрат n газа, почти полностью обезвоженный в колонне 12e гравитационного обезвоживания. Генератор 11e гидрата газа включает: резервуар 14e повышенного давления; сопло 15e для подачи газа, которое выпускает природный газ g, являющийся исходным газом, в виде пузырьков; и мешалку 16e, которая перемешивает среду внутри резервуара 14e повышенного давления. В качестве исходного газа можно использовать природный газ, который является газообразной смесью метана, этана, пропана, бутана и т.п., а также такой газ, как углекислый газ и хлорофторуглеродный газ (фреон), каждый из которых образует гидрат газа.
Колонна 12e гравитационного обезвоживания образована из: части 18e для введения, из которой вводится суспензия s гидрата газа; обезвоживающей части 19e, которая удаляет воду w в суспензии гидрата газа; продольного цилиндрического основного корпуса 21e, образующего выпускную часть 20e, которая выводит гидрат n газа, обезвоженный в обезвоживающей части 19e; и водоприемной части 22e, в которой собирается вода (фильтрат) w, отфильтрованная обезвоживающей частью 19e. Обезвоживающая часть 19e представляет собой металлическую сетку или пористую пластину, имеющую форму цилиндра. Сформированные в ней небольшие отверстия 23e имеют диаметр от 0,1 мм до 5 мм. Когда диаметр отверстий 23e меньше 0,1 мм, высока вероятность их засорения. В противоположность этому, когда диаметр больше 5 мм, количество вытекающего через них гидрата газа увеличивается, и, соответственно, снижается степень удаления гидрата газа.
Часть 22e для приема воды расположена с внешней стороны обезвоживающей части 19e таким образом, что часть 22e для приема воды может быть концентрична продольному цилиндрическому основному корпусу 21e. С верхней стороны части 22c для приема воды установлен датчик 35e уровня жидкости, такой как ультразвуковой датчик, который определяет высоту h расположения поверхности жидкости в части 22e для сбора удаленной воды. Кроме того, непрореагировавшая вода (фильтрат) w, отфильтрованная обезвоживающей частью 19e, возвращается в генератор 11e гидрата газа по возвратной линии 28e, на которой установлен насос 29e. При этом непосредственно перед насосом 29e установлен расходомер 36e, который измеряет количество возвращаемой непрореагировавшей воды (фильтрата) w. На данном чертеже обозначение 33e обозначает блок управления. Когда высота h расположения поверхности жидкости в части для сбора удаленной воды 22e снижается ниже заданной величины и, вместе с этим, когда количество непрореагировавшей воды (фильтрата) w, возвращаемой по возвратной линии 28e, уменьшается ниже заданной величины, блок управления 33e определяет, что обезвоживающая часть 19e засорена. При этом горячая вода с подается в теплообменную часть 40e, которая служит в качестве нагревательного средства и которая установлена в части 22e для сбора удаленной воды. Линия 41e для подачи горячей воды снабжена клапаном 42e, открытие и перекрывание которого контролируется блоком управления 33e.
Далее будет описано функционирование этой установки для получения гидрата газа. Гидрат n газа, образованный в генераторе 11e гидрата газа, находится в виде суспензии, имеющей концентрацию гидрата газа примерно 20%. Эта суспензия s гидрата газа подается насосом 30e для подачи суспензии в часть 18e для введения на нижнем конце колонны гравитационного обезвоживания. Затем, когда уровень жидкости достигает высоты выше обезвоживающей части 19e, непрореагировавшая вода w в суспензии s гидрата газа втекает в часть 22e для приема воды через небольшие отверстия 23e обезвоживающей части 19e. Гидрат n газа, имеющий вследствие этого содержание воды примерно 50%, поднимается в башне 12e гравитационного обезвоживания и достигает выпускной части 20e. Затем гидрат n газа перемещается из нее на последующую стадию посредством выпускного узла 13e для гидрата газа.
Во время этого периода, когда высота h расположения поверхности жидкости в части 22e для приема воды снижается ниже заданной величины и, вместе с этим, когда количество непрореагировавшей воды (фильтрата) w, возвращаемой по возвратной линии 28e, уменьшается ниже заданной величины, блок управления 33e определяет, что обезвоживающая часть 19e засорена. При этом посредством открытия клапана 42e горячая вода с подается в теплообменную часть 40e, и внутреннее пространство части 22e для сбора удаленной воды нагревается до заданной температуры, то есть температуры выше равновесной температуры гидрата газа на величину от 2°C до 3°C. В результате гидрат газа, приставший к поверхности обезвоживающей части 19e, разлагается, и тем самым устраняется засорение обезвоживающей части 19e. Следует заметить, что при этом, для того чтобы не разлагать гидрат газа, поднимающийся внутри обезвоживающей части 19e, дополнительное повышение температуры возможно, если материал и толщина обезвоживающей части 19e регулируются таким образом, при котором подавляется передача тепла от поверхности обезвоживающей части.
В приведенном выше описании представлен случай, когда теплообменная часть 40e, в которую подается горячая вода с, расположена в части 22e для сбора удаленной воды. Однако этот вариант осуществления не ограничивается этим. Могут быть применены другие способы. Например, исходный газ (такой как метан), нагретый до заданной температуры, может быть подан в часть 22e для сбора удаленной воды. В качестве варианта, внутреннее пространство части 22e для сбора удаленной воды может быть нагрето световым излучением.
8) Девятый вариант осуществления
Фиг.26 представляет в полном виде схему установки для образования гидрата газа. Цилиндрический резервуар 1f повышенного давления соединен с: линией 10f для подачи воды, по которой поступает охлажденная вода w; и линией 11f для подачи газа, по которой подается газ g, образующий гидрат (газообразный метан, природный газ и т.п.). Газ g, образующий гидрат, циркулирует по линии 12f для циркуляции газа, на которой установлена газодувка 9f. Газ g, образующий гидрат, выпускается с верхней стороны резервуара 1f повышенного давления и снова поступает в резервуар 1f повышенного давления со стороны его донной части. На внешней периферийной поверхности резервуара 1f повышенного давления может быть установлена, как это проиллюстрировано, охлаждающая рубашка 8f. В резервуаре 1f повышенного давления перемешивающая лопасть 4f размещена в нижней части резервуара 1f повышенного давления. Перемешивающая лопасть 4f перемешивает жидкость внутри резервуара 1f повышенного давления посредством приводного двигателя M. Над этой перемешивающей лопастью 4f установлено устройство 5f перемещения в направлении вверх, которое перемещает образованный гидрат n газа вверх. Конструкция этого устройства 5f перемещения в верхнем направлении следующая. Канал 5af для перемещения, который образован ленточным спиральным элементом, расположен внутри резервуара 1f повышенного давления таким образом, что вытянут в вертикальном направлении вдоль его внутренней поверхности и обладает возможностью вращения вдоль внутренней поверхности резервуара 1f повышенного давления. Его отдельное описание будет представлено ниже.
В резервуаре 1f повышенного давления выпускные лопасти 6f расположены в верхней части резервуара 1f повышенного давления. Выпускные лопасти 6f вытянуты в вертикальном направлении и закреплены на валу вращения 6af, который вращается приводным двигателем M. Что касается формы выпускных лопастей 6f в плоскости, то могут быть использованы такие формы, как прямая лопасть, искривленная лопасть и т.п., которые вытянуты радиально вокруг вала вращения 6af и подходят для эффективного выпуска гидрата n газа в выпускной канал 2f. Число лопастей также определяется соответствующим образом при принятии во внимание эффективности выпуска гидрата n газа и т.п.
На внутренней поверхности резервуара 1f повышенного давления на почти той же самой высоте, что и высота выпускной лопасти 6f, образована открытая часть 2af выпускного канала 2f. В выпускном канале 2f установлен выпускной подающий механизм 3f, который приводится в действие приводным двигателем M. Чтобы равномерным образом вводить гидрат n газа в выпускной канал 2f, открытая часть 2af может иметь форму раструба. Над выпускной лопастью 6f размещен вращающийся диск 7f с участком прохода газа, закрепленный на том же самом валу вращения 6af, что и выпускная лопасть 6f. Пример этого вращающегося диска 7f показан на фиг.28. В плоскости, как показано на фиг.28(a), расположено радиальным образом множество разделенных кусочков 7af, один конец которых закреплен на валу вращения 6af. Между разделенными кусочками 7af образованы зазоры, как это можно видеть с боковой стороны на фиг.28(b), так что тем самым обеспечивается проходимость газа. Оконечная часть каждого разделенного кусочка 7af изогнута в форме ключа и не препятствует циркуляции газа g, образующего гидрат, и вместе с тем ограничивает перемещение образованного гидрата n газа в верхнем направлении.
Конструкция устройства 5f перемещения в направлении вверх будет описана на основе фиг.27. Канал 5af для перемещения, который образован ленточным спиральным элементом, зафиксирован в заданной позиции поддерживающими опорами 5bf, которые вытянуты в вертикальном направлении, и верхние концы поддерживающих опор 5bf закреплены на выпускных лопастях 6f. Канал 5af для перемещения вращается вместе с выпускной лопастью 6f при сохранении вместе с этим спиральной формы. Поддержание канала 5af для перемещения, имеющего ленточный спиральный элемент, не ограничивается этой конструкцией. Например, посредством удлинения вала вращения 6af в нижнем направлении, чтобы поддерживающие опоры 5bf могли быть вытянуты радиально в плоскости от вала вращения 6af к каналу 5af для перемещения, данный канал 5af для перемещения может вращаться при поддержании спиральной формы. Более того, канал 5af для перемещения может вращаться посредством другого вала вращения, который не является валом вращения выпускной лопасти 6f.
Ширина канала 5af для перемещения определяется соответствующим образом при принятии во внимание эффективности перемещения, скорости вращения, шага спирали и т.п. При этом посредством образования пространства, являющегося полостью в центральной части вращающейся структуры, вода, приставшая к гидрату n газа, стекает под действием силы тяжести. Соответственно, гидрат n газа обезвоживается при перемещении вверх через это пространство. В то же время на верхней поверхности канала 5af для перемещения может быть расположен верхний поверхностный элемент 5cf, который изготовлен из каучука, каучуковой смеси и т.п. таким образом, что он расширяется в наружном направлении и тем самым приводится в соприкосновение или почти приводится в соприкосновение с внутренней поверхностью резервуара 1f повышенного давления. Тем самым становится возможным перемещение гидрата n газа в верхнем направлении при соскабливании гидрата n газа, приставшего к внутренней поверхности резервуара 1f повышенного давления, и возможно уменьшение количества гидрата n газа, остающегося приставшим к внутренней поверхности резервуара 1f повышенного давления. Теперь со ссылкой на фиг.26 будут описаны процессы образования и выпуска гидрата n газа при использовании этой установки для получения гидрата газа. Газ g, образующий гидрат, подается в виде пузырьков из барботера 13f, который закреплен в нижней части резервуара 1f повышенного давления, в воду w, охлажденную до заданной температуры внутри резервуара 1f повышенного давления. При этом посредством перемешивания перемешивающей лопастью 4f вода w и газ g, образующий гидрат, повторяющимся образом приводятся в соприкосновение одна с другим, образуя тем самым гидрат n газа. Такое перемешивание может улучшить скорость образования.
Сформированный гидрат n газа всплывает на поверхность воды и образует слой гидрата газа. Толщина данного слоя постепенно увеличивается, и он остается внутри резервуара 1f повышенного давления. Соответственно, если данные слои не перемещаются последовательно вверх и не выводятся постоянно из резервуара 1f повышенного давления, то сдерживается взаимное соприкосновение воды w и газа g, образующего гидрат. В результате скорость образования гидрата n газа может снижаться в некоторых случаях. Более того, образованный гидрат n газа может иметь склонность к плотному налипанию на внутреннюю поверхность резервуара 1 повышенного давления, в зависимости от содержания приставшей к нему воды или т.п. По этой причине настоятельно требуется, чтобы образованный гидрат n газа перемещался вверх устройством 5f перемещения в направлении вверх. Нижний край канала 5af для перемещения располагается поблизости от границы между слоем гидрата n газа и слоем воды w.
Посредством вращения канала 5af для перемещения гидрат n газа размещается на верхней поверхности канала 5af для перемещения и перемещается в верхнем направлении вдоль внутренней поверхности резервуара 1f повышенного давления при соприкосновении с данной внутренней поверхностью. Более того, поскольку гидрат n газа перемещается вдоль внутренней поверхности, то может быть предотвращено его плотное прилипание к внутренней поверхности. Сила тяжести вызывает во время такого перемещения стекание приставшей воды из канала 5af для перемещения, и тем самым также имеет место эффект обезвоживания гидрата n газа. Гидрат n газа, перемещаемый вверх, выталкивается в направлении к внутренней поверхности резервуара 1f повышенного давления посредством вращения выпускных лопастей 6f и направляется к выпускному каналу 2f, который имеет отверстие на внутренней поверхности резервуара 1f повышенного давления. При этом, поскольку вращающийся диск 7f расположен над выпускной лопастью 6f, дальнейшее перемещение гидрата n газа в верхнем направлении сдерживается посредством вращения диска 7, и гидрат n газа может быть введен в выпускной канал 2f равномерным образом. В особенности в этой установке для образования гидрата газа циркулирующий поток газа g, образующего гидрат, принуждает гидрат n газа к дальнейшему перемещению в верхнем направлении. Однако вращающийся диск 7f сдерживает перемещение гидрата n газа в верхнем направлении, и сформированные внутри него зазоры обеспечивают проходимость газа g, образующего гидрат, в вертикальном направлении. Соответственно, циркуляции газа g, образующего гидрат, ничего не препятствует, и отсутствует отрицательное влияние на образование гидрата n газа.
В этом варианте осуществления вращающийся диск 7f образован множеством разделенных кусочков 7af и используется в качестве регулятора перемещения гидрата n газа в верхнем направлении. Однако регулятор не ограничивается такой конструкцией и может представлять собой вращающийся диск с множеством сквозных отверстий. Регулятор может быть размещен таким образом, что выступает от внутренней поверхности резервуара 1f повышенного давления. Гидрат n газа, введенный через открытую часть 2af, перемещается на последующую стадию через выпускной канал 2f посредством выпускного подающего механизма 3f, который приводится в действие приводным двигателем M. В качестве выпускного подающего механизма 3f используется ленточный подающий узел, шнековый подающий узел или т.п.
Посредством использования, как показано на фиг.29, нескольких выпускных каналов 2f в соответствии с образованным количеством гидрата n газа эффективность выпуска может быть улучшена. При этом, как видно в плоскости, выпускные каналы 2f соединены с резервуаром 1f повышенного давления при равных интервалах в направлении вдоль окружности. Направление, в котором расположены выпускные каналы 2f, не ограничивается направлением вдоль окружности, и выпускные каналы 2f могут быть расположены в радиальных направлениях.
Как описано выше, в установке для получения гидрата газа по данному изобретению внешний цилиндрический резервуар больше не является необходимым для резервуара 1f повышенного давления, и оборудование упрощается вместе со снижением затрат. Более того, становится возможным предотвращение плотного налипания образованного гидрата n газа на внутреннюю поверхность резервуара 1f повышенного давления, и обеспечивается равномерный выпуск гидрата n газа при удалении приставшей воды. В частности, в установке для непрерывного образования гидрата n газа гидрат газа может образовываться и выпускаться эффективно и непрерывно.
9) С десятого по двенадцатый варианты осуществления
Прежде всего будет описан десятый вариант осуществления. На фиг.30 и фиг.31 обозначение 1g обозначает установку для образования гидрата газа, которая включает в себя два вытянутых в продольном направлении резервуара: внешний резервуар 2ag и внутренний резервуар 2bg. Во внутреннем резервуаре 2bg размещен с возможностью вращения скребковый узел 3g для соскребывания гидрата газа. Внешний резервуар 2ag представляет собой резервуар повышенного давления. В данной конструкции скребкового узла 3g для соскребывания гидрата газа скребковая лопасть 4g в форме ленты расположена в виде спирали вдоль внутренней поверхности стенки внутреннего резервуара 2bg. Если описывать более конкретно, то скребковый узел 3g для соскребывания гидрата газа включает: вал вращения 5g; верхнюю пластину 6g, закрепленную на валу вращения 5g; несколько опор 7g, расположенных под верхней пластиной 6g таким образом, чтобы опоры 7g могли быть позиционированы на концентрической окружности (не показано) при вале вращения 5g в качестве центрального вала; и скребковую лопасть 4g в форме ленты, закрепленную в виде спирали с внешней стороны этих опор 7g. Вал вращения 5g вращается электродвигателем 22g.
Передняя оконечная часть (нижний край) 4bg скребковой лопасти 4g в форме ленты расположена вблизи поверхности R жидкости, являющейся водой для образования гидрата газа, а ее задняя оконечная часть (верхний конец) 4ag расположена в основном в той же самой горизонтальной плоскости, что и верхняя оконечная поверхность внутреннего резервуара 2bg. Верхний конец внутреннего резервуара 2bg снабжен плоским элементом 11g для отклонения гидрата газа, ориентированным в радиальном направлении таким образом, что элемент 11g для отклонения гидрата газа может выступать в данный резервуар. Кроме того, внутренний резервуар 2bg включает расположенный в нем барботер 25g. Помимо этого, вода w во внутреннем резервуаре 2bg циркулирует посредством насоса 27g, установленного на циркуляционной линии 26g, и охлаждается до заданной температуры охлаждающим узлом 28g. Недостача воды w восполняется подачей воды через пополняющую трубу 29g.
В это же время исходный газ g в резервуаре 2ag повышенного давления циркулирует посредством газодувки 31g, установленной на циркуляционной линии 30g, однако он выпускается в виде пузырьков из барботера 25g в воду w. Недостача исходного газа g восполняется из пополняющей трубы 32g. Следует заметить, что для того, чтобы предотвратить прилипание гидрата газа, в продольном направлении по периметру поверхности внутренней стенки внутреннего резервуара 2bg должны быть сформированы тонкие канавки 18g, как показано на фиг.32. Ширина t этих V-образных тонких канавок 18g (см. фиг.33) находится предпочтительно в интервале, например, от 0,5 мм до 5 мм. Кроме того, глубина d'' канавок находится предпочтительно в интервале, например, от 0,2 мм до 5 мм. В дополнение к этому, V-образные тонкие канавки 18g могут быть расположены неплотным образом при поддержании между ними заданных интервалов.
Кроме того, чтобы облегчить соскабливание гидрата газа, на скребковой лопасти 4g в форме ленты должна быть закреплена гибкая лопатка 8g в виде ленты, изготовленная из резины, мягкой синтетической смолы и т.п., как показано на фиг.34. Кроме того, верхняя поверхность лопатки 8g может быть огрублена, чтобы предотвратить скольжение и падение гидрата газа.
Далее будет описано функционирование вышеуказанной установки для образования гидрата газа. Когда исходный газ g под заданным давлением высвобождается в виде пузырьков из барботера 25g в воду w при низкой температуре, инжектированную во внутренний резервуар 2bg, исходный газ g реагирует с водой w, чтобы тем самым образовать гидрат n газа, который является твердым веществом, подобным льду.
Поскольку этот гидрат n газа легче воды w, в расчете на удельную массу, то он всплывает и образует слой гидрата газа на поверхности R жидкости. Соответственно, когда скребковый узел 3g для соскребывания гидрата газа вращается, то слой гидрата n газа непрерывным образом зачерпывается краем 4bg скребковой лопасти 4g в форме ленты. При этом вода w, содержащаяся в гидрате n газа, стекает вниз вдоль скребковой лопасти 4g в форме ленты. Таким образом, получают гидрат газа с низким содержанием воды.
Гидрат n газа, размещенный на скребковой лопасти 4g в форме ленты, находится в виде полуцилиндра и непрерывным образом выталкивается вверх вдоль скребковой лопасти 4g в форме ленты последующим гидратом n газа. Затем, когда гидрат n газа достигает верхнего края 4ag скребковой лопасти 4g в форме ленты, гидрат n газа направляется к элементу 11g для отклонения гидрата газа, выступающему во внутренний резервуар 2bg, и удаляется из внутреннего резервуара 2bg. Гидрат n газа, удаленный из внутреннего резервуара 2bg, проходит через пространство между внешним и внутренним резервуарами 2ag и 2bg и выпускается на последующую стадию из нижней части внешнего резервуара 2ag. Может быть установлено несколько отклоняющих элементов 11g.
Теперь будет описан одиннадцатый вариант осуществления. Следует заметить, что такие же части, что и в десятом варианте осуществления, обозначены теми же самыми обозначениями и отдельное описание будет опущено. На фиг.35 обозначение 1g обозначает устройство для образования гидрата газа, и скребковый узел 3g для соскребывания гидрата газа размещен с возможностью вращения в вытянутом в продольном направлении резервуаре 2g повышенного давления. Следует заметить, что для того, чтобы предотвратить прилипание гидрата газа, в продольном направлении по периметру поверхности внутренней стенки резервуара 2g повышенного давления должны быть сформированы тонкие канавки. Скребковый узел 3g для соскребывания гидрата газа включает в себя: дегазирующую трубу 5'g, которая также служит в качестве вала вращения; верхнюю пластину 6g, закрепленную на дегазирующей трубе 5'g; несколько опор 7g, расположенных ниже верхней пластины 6g таким образом, что опоры 7g могут быть позиционированы на концентрической окружности (не показано) при дегазирующей трубе 5'g в качестве центрального вала; и скребковую лопасть 4g в форме ленты, закрепленную в виде спирали с внешней стороны этих опор 7g.
На скребковой лопасти 4g в форме ленты закреплена гибкая лопатка 8g в форме ленты, изготовленная из резины, мягкой синтетической смолы и т.п., посредством чего уплотняется зазор между скребковой лопастью 4g и резервуаром 2g повышенного давления (см. фиг.37). Посредством огрубления верхней поверхности лопатки 8g может быть также предотвращено скольжение и падение гидрата газа. Передняя оконечная часть (нижний край) 4bg скребковой лопасти 4g в форме ленты расположена вблизи поверхности R жидкости, являющейся водой для образования гидрата газа, а ее задняя оконечная часть (верхний конец) 4ag расположена вблизи верхнего конца внутреннего резервуара 2g.
Кроме того, внутри резервуара 2g повышенного давления установлен плоский элемент 11g для отклонения гидрата газа, который расположен напротив верхнего края 4ag скребковой лопасти 4g в форме ленты (см. фиг.36). Элемент 11g для отклонения гидрата газа выступает в резервуар 2g повышенного давления в направлении к центру резервуара повышенного давления 2g. Кроме того, в боковой стенке резервуара повышенного давления 2g в соответствии с расположением элемента 11g для отклонения гидрата газа сформировано отверстие 10g для удаления гидрата газа.
Более конкретно, элемент 11g для отклонения гидрата газа располагается, в направлении вращения скребковой лопасти 4g, возле заднего края отверстия 10g для удаления гидрата газа и равномерным образом удаляет гидрат газа на скребковой лопасти 4g. С наружной стороны этого отверстия 10g для удаления гидрата газа установлен в основном в горизонтальном положении шнековый конвейер 13g с размещением между ними наклонного канала 12g.
Дегазирующая труба 5'g, которая также служит в качестве вала вращения, установлена таким образом, чтобы ее нижняя часть могла быть расположена непосредственно над поверхностью жидкости. Исходный газ, который имеется среди частиц гидрата газа, плавающих на поверхности R жидкости, удаляется из резервуара повышенного давления 2g через дегазирующую трубу 5'g. Кроме того, дегазирующая труба 5'g, которая служит также в качестве вала вращения, приводится во вращение электродвигателем 22g. Помимо этого, эта дегазирующая труба 5'g снабжена отверстием 9g для удаления исходного газа. С внешней стороны дегазирующей трубы 5'g размещен полый резервуар 14g, чтобы предотвратить утечку газа.
Резервуар 2g повышенного давления включает размещенный внутри него барботер 25g. Кроме того, вода w в резервуаре 2g повышенного давления циркулирует посредством насоса 27g, установленного на циркуляционной линии 26g, и охлаждается до заданной температуры охлаждающим узлом 28g. Недостача воды w восполняется посредством пополняющей трубы 29g. В это же время исходный газ g в резервуаре 2g повышенного давления циркулирует посредством газодувки 31g, установленной на циркуляционной линии 30g, однако он выпускается в виде пузырьков из барботера 25g в воду w. Недостача исходного газа g восполняется из пополняющей трубы 32g.
Далее будет описано функционирование вышеуказанной установки для образования гидрата газа. Когда исходный газ g под заданным давлением высвобождается в виде пузырьков из барботера 25g в воду w при низкой температуре, инжектированную в резервуар 2g повышенного давления, исходный газ g реагирует с водой w, чтобы тем самым образовать гидрат n газа, который является твердотельным веществом, подобным льду.
Поскольку этот гидрат n газа легче воды w, в расчете на удельную массу, то он всплывает и образует слой гидрата газа на поверхности R жидкости. Соответственно, когда скребковый узел 3g в виде спирали вращается, то слой гидрата n газа непрерывным образом зачерпывается краем 4bg скребковой лопасти 4g в форме ленты. При этом вода w, содержащаяся в гидрате n газа, стекает вниз вдоль скребковой лопасти 4g в форме ленты. Таким образом, получают гидрат газа с низким содержанием воды.
Гидрат n газа, размещенный на скребковой лопасти 4g в форме ленты, находится в виде полуцилиндра и непрерывным образом выталкивается вверх вдоль скребковой лопасти 4g в форме ленты последующим гидратом n газа. Затем, когда гидрат n газа достигает верхнего края 4ag скребковой лопасти 4g в форме ленты, гидрат n газа направляется к элементу 11g для отклонения гидрата газа, выступающему в резервуар 2g повышенного давления, и удаляется в канал 12g через отверстие 10g для удаления гидрата газа. Гидрат n газа, удаляемый в канал 12g, перемещается на последующую стадию шнековым конвейером 13g.
При этом дегазирующая труба 5'g выпускает из резервуара 2g повышенного давления исходный газ, который присутствует среди частиц гидрата n газа, плавающих на поверхности R жидкости. Соответственно, меньшее количество исходного газа находится между частицами гидрата n газа, и тем самым плотность гидрата газа может быть увеличена.
Теперь будет описан двенадцатый вариант осуществления. При этом такие же компоненты, что и в одиннадцатом варианте осуществления, обозначены теми же самыми обозначениями, и отдельное описание будет опущено. Отличающимися от одиннадцатого варианта осуществления являются следующие три детали: обезвоживающая часть 15g расположена с внешней стороны резервуара 2g повышенного давления; мешалка 20g расположена внутри резервуара 2g повышенного давления; и тонкие канавки 18g сформированы на внутренней поверхности резервуара повышенного давления 2g (см. фиг.38 и фиг.39).
Более конкретно, обезвоживающая часть 15g расположена на промежуточной части боковой поверхности резервуара повышенного давления 2g, и вода, сопутствующая гидрату газа, точно так же удаляется из этой обезвоживающей части 15g. Обезвоживающая часть 15g образована, например, цилиндрическим элементом, изготовленным из металлической сетки или цилиндрическим элементом с множеством тонких отверстий 16g в его боковой стенке. С внешней стороны обезвоживающей части 15g установлена цилиндрическая часть 17g для сбора удаленной воды, в которой собираются исходный газ и вода. Кроме того, как показано на фиг.39, по всему периметру внутренней поверхности стенки резервуара повышенного давления 2g сформированы непрерывным образом в продольном направлении тонкие канавки 18g, чтобы избежать налипания гидрата газа. Ширина t этих V-образных тонких канавок 18g находится предпочтительно в интервале, например, от 0,5 мм до 5 мм. Кроме того, глубина d'' канавок находится предпочтительно в интервале, например, от 0,2 мм до 5 мм. В дополнение к этому, V-образные тонкие канавки 18g могут быть расположены неплотным образом при поддержании между ними заданных интервалов.
Кроме того, резервуар 2g повышенного давления включает размещенную внутри него мешалку 20g. Вал вращения 21g этой мешалки 20g размещен в полой дегазирующей трубе 5g. Вал вращения 21g мешалки 20g и дегазирующая труба 5g, которая также служит в качестве вала вращения скребкового узла 3g, приводятся во вращение электродвигателем 22g. Их скорость вращения изменяется передаточным узлом, не показанным на чертеже.
Таким образом, резервуар 2g повышенного давления снабжен мешалкой 20g для перемешивания содержимого резервуара 2g повышенного давления. Тем самым реакция между исходным газом и водой может быть ускорена. Уже пояснявшиеся резервуар 2g повышенного давления или внутренний резервуар 2bg имеют одинаковый диаметр по всей длине. Тем не менее, когда резервуар 2g повышенного давления, внутренний резервуар 2bg и скребковый узел 3g имеют конусообразную форму, их диаметры постепенно уменьшаются в верхнем направлении, усилие выталкивания гидрата n газа, действующее против внутренней поверхности резервуара повышенного давления 2g или внутреннего резервуара 2bg, увеличивается. Тем самым облегчается выполнение обезвоживания.
10) Тринадцатый вариант осуществления
1
0
1
На фиг.41 обозначение 20h обозначает обезвоживающий узел с гравитационным обезвоживанием, который имеет колонну 22h для обезвоживания, встроенную в резервуар повышенного давления (на который также можно ссылаться как на оболочку повышенного давления) 21h. Эта колонна для обезвоживания 22h, как показано на фиг.42, имеет двойную цилиндрическую структуру, образованную: внутренним цилиндром 23h диаметром D и внешним цилиндром 24h диаметром D, который больше диаметра D. Следует заметить, что верхний край внутреннего цилиндра 23h несколько ниже верхнего края внешнего цилиндра 24h и открытая часть 25h на верхнем конце колонны 22h для обезвоживания имеет форму перевернутого усеченного конуса.
Кроме того, колонна 22h для обезвоживания, как показано на фиг.41, снабжена фильтрующими элементами 26ah и 26bh для удаления воды на участке, расположенном на заданной высоте. Другими словами, внутренний цилиндр 23h снабжен цилиндрическим фильтрующим элементом 26ah для удаления жидкости на участке, расположенном на заданной высоте, фильтрующий элемент 26ah образован металлической сеткой, пористой спеченной пластиной или т.п. В то же время внешний цилиндр 24h снабжен фильтрующим элементом 26bh для удаления жидкости на участке, расположенном на той же высоте, что и фильтрующий элемент 26ah, данный фильтрующий элемент 26bh сформирован таким же способом, что и фильтрующий элемент 26ah. Цилиндрическая часть 28h для ввода гидрата газа предусмотрена в полости 27h в центре колонны 22h для обезвоживания, и сливной резервуар 29h образован между частью 28h для ввода гидрата газа и резервуаром 21h повышенного давления. Этот сливной резервуар 29h имеет круглую донную пластину 30h. Кроме того, зазор между внешним цилиндром 24h колонны для обезвоживания и резервуаром 21h повышенного давления уплотнен круглой перекрывающей пластиной 31h.
Кроме того, колонна 22h для обезвоживания снабжена узлом 32h для дробления гидрата газа в части 28h для ввода гидрата газа. Этот узел 32h для дробления гидрата газа образован несколькими плоскими лопастями 34h, расположенными радиально на нижней оконечной части вертикального вала вращения 33h, который пропущен через верхнюю часть резервуара 21h повышенного давления (см. фиг.42). Форма этого узла 32h для дробления гидрата газа не ограничивается плоской лопастью, и может быть, например, использован узел в форме стержня. Единственным условием является его способность к тонкому измельчению массы гидрата газа. В дополнение к этому, вал вращения 33h приводится во вращение двигателем 35h.
Кроме того, выпускной узел 36h для гидрата газа установлен под цилиндрической частью 28h для ввода гидрата газа. Этот выпускной узел 36h для гидрата газа образован размещением нескольких (например, двух) шнековых подающих узлов 37h параллельно. Следует заметить, что при условии, что обезвоженный гидрат газа может быть выпущен равномерным образом, выпускной узел 36h для гидрата газа может быть образован иным образом, чем из шнековых подающих узлов. Кроме того, над колонной 22h для обезвоживания размещен скребковый узел 38h. Этот скребковый узел 38h образован размещением трех лопаток или лопастей 39h радиальным образом на валу вращения 33h (см. фиг.42). Тем не менее, при условии обеспечения соскребания обезвоженного гидрата газа от колонны 22h для обезвоживания, скребковый узел 38h может быть образован иным образом, чем из лопаток или лопастей.
0
1
1
Кроме того, в нижней части колонны 22h для обезвоживания установлена труба 40h для подачи суспензии, расположенная в касательном направлении по отношению к колонне 22h для обезвоживания. При этом суспензия s гидрата газа, подаваемая из трубы 40h для подачи суспензии в нижнюю часть колонны 22h для обезвоживания, принуждается к вращению в колонне 22h для обезвоживания. Кроме того, сливной резервуар 29h снабжен сливной трубой 41h, по которой непрореагировавшая вода w, отделенная при обезвоживании (на которую также может быть дана ссылка как на рассол), возвращается в генератор (не показан). Помимо этого, резервуар 21h повышенного давления снабжен трубопроводом (не показан) для возврата непрореагировавшего природного газа g внутри резервуара 21h повышенного давления в непоказанный первый регенератор. Теперь диаметр внешнего цилиндра 24h обозначим как D; диаметр внутреннего цилиндра 23h обозначим как D; и площадь поперечного сечения колонны 22h для обезвоживания обозначим как А, где π - математическая константа. Тогда диаметр D внутреннего цилиндра 23h выражается следующим образом. А именно:
1
0
2
D=2√((D/2)-(А/π)).
0
1
0
1
2
Соответственно, в примере с установкой 2,4 т/день при одновременном предположении, что диаметр D внешнего цилиндра 24h составляет 14,04 м и площадь поперечного сечения А колонны 22h для обезвоживания составляет 116,11 м, что равно площади поперечного сечения обычной цилиндрической колонны для обезвоживания. В этом случае диаметр D внутреннего цилиндра 23h составляет 7,02 м, и интервал W (=(D-D)/2) между двумя, внутренним и внешним, цилиндрами колонны 22h для обезвоживания составляет примерно 3,5 м.
Теперь будет описано функционирование этого обезвоживающего узла. Как показано на фиг.41, когда суспензия s гидрата газа подается по трубе 40h для подачи суспензии в колонну 22h для обезвоживания, имеющую двойную цилиндрическую структуру, эта суспензия s гидрата газа поднимается от дна к верху между внутренним цилиндром 23h и внешним цилиндром 24h при одновременном вращении внутри колонны 22h для обезвоживания, как показано на фиг.42. Когда суспензия s гидрата газа достигает мест размещения цилиндрического фильтрующего элемента 26ah, расположенного на внутреннем цилиндре 23h колонны 22h для обезвоживания, и цилиндрического фильтрующего элемента 26bh, расположенного на внешнем цилиндре 24h, непрореагировавшая вода w, содержащаяся в суспензии s гидрата газа, выпускается из колонны через фильтрующие элементы 26ah и 26bh.
Более конкретно, непрореагировавшая вода w, выпускаемая из фильтрующего элемента 26ah, расположенного на внутреннем цилиндре 23h, стекает вниз вдоль поверхности стенки внутреннего цилиндра 23h в сливной резервуар 29h. Непрореагировавшая вода, выпускаемая из фильтрующего элемента 26bh, расположенного на внешнем цилиндре 24h, стекает вниз вдоль поверхности стенки внешнего цилиндра 24h в сливной резервуар 29h. Гидраты n газа, которые обезвожены при прохождении вдоль фильтрующих элементов 26ah, 26bh колонны 22h для обезвоживания и которые имеют содержание воды примерно от 40% до 50%, выталкиваются затем вверх. После этого, при достижении верхней открытой части 25h колонны 22h для обезвоживания, гидрат n газа счищается скребковым узлом 38h и падает в цилиндрическую часть 28h для ввода гидрата газа, размещенную в центре колонны 22h для обезвоживания. Масса гидрата n газа, удаленного в часть 28h для ввода гидрата газа, тонко измельчается узлом 32h для дробления гидрата газа, установленного в части 28h для ввода гидрата газа, и сбрасывается в нижнее пространство части 28h для ввода гидрата газа. Гидрат n газа, сброшенный в нижнее пространство части 28h для ввода гидрата газа, перемещается на последующую стадию, например во второй генератор, посредством двухосного шнекового подающего узла 37h. В то же время непрореагировавшая вода w, которая стекла в сливной резервуар 29h, возвращается в непоказанный первый генератор по сливной трубе 41h. Кроме того, природный газ g в верхнем пространстве резервуара 21h повышенного давления возвращается в первый генератор по трубопроводу (не показан).
11) Четырнадцатый и пятнадцатый варианты осуществления
Вариант осуществления, показанный на фиг.45, является установкой для получения гидрата природного газа (далее обозначенного аббревиатурой NGH); однако данное изобретение не ограничивается природным газом и может быть использовано для получения гидрата других исходных газов, например газообразного метана и углекислого газа. Как показано на том же чертеже, установка для получения гидрата по этому варианту осуществления содержит следующие компоненты: устройство для получения суспензии гидрата, включающее генератор 1i, который образует суспензию NGH; узел 2i физического обезвоживания, который удаляет, с использованием физического средства или т.п., воду из суспензии NGH, образованной генератором 1i; и узел 3i для обезвоживания гидратацией, в котором природный газ реагирует с водой, приставшей к NGH, обезвоженному узлом 2i физического обезвоживания, чтобы тем самым увеличить концентрацию NGH до уровня, требуемого для продукта. Любой из этих компонентов, включая генератор 1i, узел 2i физического обезвоживания и узел 3i для обезвоживания гидратацией, поддерживается при заданном высоком давлении (например, от 3 МПа до 10 МПа) и низкой температуре (например, от 1°C до 5°C). Генератор 1i образован из цилиндрического резервуара. В верхнюю часть данного резервуара непрерывным образом подается природный газ, который представляет собой охлажденный исходный газ, из бака 11i с NG (природным газом) через компрессор 12i и охлаждающий узел 13i. В то же время в донную часть генератора 1i непрерывным образом подается охлажденная вода из бака 14i с водой через насос 15i и охлаждающий узел 16i. Через охлаждающие узлы 13i, 16i циркулирует хладагент из непоказанной морозильной камеры, чтобы тем самым охладить природный газ и воду, подаваемые в генератор 1i, до заданной температуры. В верхней части генератора 1i установлено распылительное сопло 17i для воды. Вода, извлеченная насосом 18i для циркуляции воды, который соединен с донной частью генератора 1i, охлаждается охлаждающим узлом 19i, циркулирует и подается в распылительное сопло 17i. Хладагент циркулирует в охлаждающий узел 19i из непоказанной морозильной камеры, чтобы тем самым охладить воду, подаваемую в распылительное сопло 17i, до заданной температуры (например, 1 °C).
Суспензия NGH, образованная генератором 1i, непрерывным образом извлекается из средней части генератора 1i насосом 20i для перемещения суспензии. При необходимости данная суспензия NGH концентрируется непоказанным концентратором посредством отделения от нее части воды и затем подается в узел 2i физического обезвоживания, относящегося к особенности данного изобретения в отношении обезвоживания. Вода, отделенная от NGH узлом 2i физического обезвоживания, возвращается в генератор 1i насосом 21i.
В то же время NGH, обезвоженный узлом 2i физического обезвоживания, подается в узел 3i для обезвоживания гидратацией. Вода, приставшая к NGH, взаимодействует с исходным газом, подаваемым по другой линии, и тем самым образуется NGH. Таким образом, концентрация NGH увеличивается в достаточно большой степени. В качестве узла 3i для обезвоживания гидратацией может быть использован, например, двухосный шнековый обезвоживающий узел, описанный в патентном документе 3. Однако в этом варианте осуществления использован узел 3i для обезвоживания гидратацией в псевдоожиженном слое, который будет описан ниже.
Далее будет описано функционирование установки для получения гидрата газа. Как описано выше, внутри генератора 1i поддерживается высокое давление (например, от 3 МПа до 10 МПа) посредством давления подачи природного газа и воды, и также поддерживается низкая температура (например, от 1°C до 5°C) посредством охлаждающих узлов 13i, 16i. Когда вода, охлажденная в достаточной степени, распыляется внутри генератора 1i из распылительного сопла 17i в верхней части, то вода реагирует с природным газом в газофазной части генератора 1i с образованием NGH в виде частиц 22i, представляющих собой продукт гидратации. Данный продукт затем падает в жидкофазную часть. Вода, содержащая NGH, жидкофазной части извлекается из донной части насосом 18i для циркуляции воды и снова распыляется из распылительного сопла 17i в генераторе 1i после прохождения через охлаждающий узел 19i. Следует заметить, что, чтобы воспрепятствовать смешиванию воды, извлеченной насосом 18i для циркуляции воды, с NGH, на донной части генератора 1i установлен фильтр 23i из пористой пластины или т.п. Кроме того, поскольку при реакции образования NGH в генераторе 1i высвобождается тепло, то циркулирующая вода охлаждается охлаждающим узлом 19i до температуры, близкой температуре замерзания циркулирующей воды, чтобы поддерживать температуру в генераторе 1i на заданном уровне. При этом условии циркулирующая вода направляется в распылительное сопло 17i.
Таким образом, посредством циркуляции и распыления воды непрерывно образуется NGH. Образованный NGH легче воды в расчете на удельную массу. Соответственно, концентрация NGH вблизи поверхности воды в жидкофазной части наиболее высокая. Извлеченная суспензия NGH обычно имеет низкую концентрацию (например, от 0,5 масс.% до 5 масс.%). Соответственно, суспензия NGH концентрируется концентратором и затем обезвоживается узлом 2i физического обезвоживания, относящегося к особенности данного изобретения.
В то же время NGH, обезвоженный узлом 2i физического обезвоживания, подается в узел 3i для обезвоживания гидратацией. Вода, приставшая к NGH, взаимодействует с исходным газом, подаваемым по другой линии, и тем самым образуется NGH. Таким образом, концентрация NGH увеличивается в достаточно большой степени.
Теперь будет описана конкретная конфигурация узла 3i для обезвоживания гидратацией в псевдоожиженном слое в этом варианте осуществления. Как показано на фиг.47, колонна 91i для проведения реакции в псевдоожиженном слое имеет форму вертикального цилиндра, и природный газ, который является исходным газом, подается в верхнюю часть колонны. В дополнение к этому, на определенной высоте от донной части колонны установлены газовый диффузор, такой как газодиффузионное сопло, и распределительная пластина, здесь - это пористая пластина 92i. После перемещения шнековым конвейером 93i NGH при низкой концентрации (например, от 45 масс.% до 55 масс.%) подается на верхнюю часть пористой пластины 92i. Кроме того, природный газ, который является исходным газом, вдувается в качестве газа для псевдоожижения между донной частью и пористой пластиной 92i из газодувки 94i для циркуляции газа через охлаждающий узел 95i и клапан 96i контроля расхода потока. Верхняя часть колонны 91i для проведения реакции в псевдоожиженном слое соединена с засасывающим концом газодувки 94i для циркуляции газа через циклон 97i. Далее будет описано функционирование установки для получения гидрата газа. Кроме того, со стороны выпуска охлаждающего узла 95i установлен термометр 99i. Хотя это и не показано, расход хладагента в охлаждающем узле 95i контролируется таким образом, чтобы температура, измеряемая термометром 99i, могла поддерживаться на заданном уровне. Эти газодувка 94i для циркуляции газа, охлаждающий узел 95i, циклон 97i и т.п. образуют узел для циркуляции исходного газа.
В то же время один конец шнекового конвейера 101i, который приводится в действие двигателем 100i, расположен с нижней стороны пористой пластины 92i. Отверстие сформировано в месте пористой пластины 92i, возле которого расположен конец шнекового конвейера 101i, и отверстие сформировано в кожухе шнекового конвейера 101i таким образом, что оно обращено к отверстию в пористой пластине 92i. Тем самым NGH в высокой концентрации вблизи пористой пластины 92i перемещается шнековым конвейером 101i, при этом его высокая концентрация обусловлена реакцией в псевдоожиженном слое. Другой конец шнекового конвейера 101i соединен с верхней частью бункера 102i для размещения NGH в качестве продукта. Кроме того, хотя это не показано, загрузка шнекового конвейера 101i определяется в соответствии с током двигателя l00i или т.п. Чтобы поддерживать измеренную величину в заданном интервале, количество циркулирующего газа регулируется посредством использования клапана 96i для регулирования расхода. Таким образом, может поддерживаться заданная величина концентрации NGH, выпускаемого в качестве продукта.
Следует заметить, что вместо регулирования количества циркулирующего газа или в дополнение к регулированию количества циркулирующего газа концентрация NGH, выпускаемого в качестве продукта, может контролироваться при поддержании заданной величины посредством регулирования по меньшей мере одного параметра из количества материала, перемещаемого шнековым конвейером 101i, и расхода хладагента охлаждающим узлом 95i. Кроме того, колонна 91i для проведения реакции в псевдоожиженном слое, представленная на чертеже, имеет верхнюю часть большого диаметра, которая может быть названа надводной. Однако колонна 91i для проведения реакции в псевдоожиженном слое не ограничивается лишь этой формой, и она может иметь одинаковый диаметр по всей высоте.
В вышеописанной конфигурации, когда природный газ выпускается через пористую пластину 92i к слою NGH, введенного и образованного в колонне 91i для проведения реакции в псевдоожиженном слое, над верхней частью пористой пластины 92i образуется псевдоожиженный слой NGH. В этом псевдоожиженном слое вода, приставшая к NGH, и охлажденный природный газ активно реагируют одна с другим, чтобы тем самым образовать NGH. Концентрация NGH может быть увеличена, например, до 90 масс.% или более. NGH в виде частиц, полученный увеличением доли образованного NGH, как это описано выше, перемещается шнековым конвейером 101i к бункеру 102i для временного размещения. NGH в виде частиц, размещенный в бункере 102i, выпускается требуемыми порциями, в соответствии с необходимостью, посредством выпускного клапана 103i и, соответственно, используется в качестве конечного продукта NGH или транспортируется в устройство для получения гранулированного NGH или т.п. для дальнейшей обработки. Следует заметить, что, поскольку внутреннее пространство бункера 102i находится под высоким давлением (например, от 3 МПа до 10 МПа), обычно со стороны выпуска выпускного клапана 103i размещен узел для сброса давления, хотя он и не показан здесь.
В то же время, наряду с исходным газом, который образует псевдоожиженный слой в колонне 91i для проведения реакции в псевдоожиженном слое, исходный газ, который не вносит вклада в реакцию гидратации, отсасывается из верхней части колонны через циклон 97i газодувкой 94i для циркуляции газа. Исходный газ, отсосанный газодувкой 94i для циркуляции газа, охлаждается охлаждающим узлом 95i и возвращается к нижней стороне пористой пластины 92i колонны 91i для проведения реакции в псевдоожиженном слое через клапан 96i для регулирования расхода. Этот охлаждающий узел 95i охлаждает исходный газ, температура которого повышается вследствие теплоты реакции гидратации в псевдоожиженном слое. Соответственно, температура в колонне 91i для проведения реакции в псевдоожиженном слое поддерживается на низком уровне (например, от 1°C до 5°C), подходящем для образования NGH, чтобы способствовать реакции.
Теперь будет описана, со ссылкой на фиг.44, конкретная конфигурация варианта осуществления узла 2i физического обезвоживания, относящегося к особенности данного изобретения.
Узел 2i физического обезвоживания по этому варианту осуществления, как показано на чертеже, включает: зону 31i физического обезвоживания и зону 33i обезвоживания гидратацией. Зона 31i физического обезвоживания включает: цилиндрическую оболочку 35i высокого давления; цилиндрическое сито 37i для обезвоживания, размещенное в оболочке 35i высокого давления; и вал вращения 41i, который размещен во внутреннем пространстве сита для обезвоживания 37i и который включает винтовую лопасть 39i.
Верхний конец оболочки 35i высокого давления снабжен подающим впускным отверстием 45i, через которое поступает суспензия 43i NGH. В то же время нижняя часть противоположного конца снабжена выпускным отверстием 49i, через которое выпускается вода 47i, отделенная от суспензии 43i NGH. Кроме того, нижняя часть внутренней стороны оболочки 35i высокого давления сформирована с наклоном в сторону выпускного отверстия 49i, так что отделенная вода 47i может стекать к выпускному отверстию 49i. По всему периметру сита для обезвоживания 37i сформированы отверстия 51i, через которые протекает вода 47i, отделенная от суспензии 43i NGH. В этом отношении не всегда требуется, чтобы отверстия 51i были сформированы по всему периметру. Необходимо лишь, чтобы отверстия 51i были сформированы по меньшей мере в нижней части сита для обезвоживания 37i. Кроме того, существенно, чтобы размер отверстий 51i был установлен таким образом, чтобы через них могла проходить лишь вода, но не гидрат газа; тем не менее, часть гидрата газа может проходить через эти отверстия. В дополнение к этому, отверстия 51i могут быть сформированы в виде, например, щелей.
Вал вращения 41i имеет прямолинейную часть 53i, которая вытянута прямолинейным образом; и коническую часть 55i, диаметр которой увеличивается в осевом направлении, прямолинейная часть 53i и коническая часть 55i соединены одна с другой в направлении перемещения. Вал вращения 41i приводится во вращение посредством соединенного с ним приводного узла (не показан). Винтовая лопасть 39i сформирована в виде спирали вдоль вала вращения 41i, и данная винтовая лопасть 39i расположена поблизости от внутренней периферийной поверхности сита 37i для обезвоживания.
С другой стороны, зона 33i обезвоживания гидратацией включает: цилиндрический резервуар 54i; охлаждающую рубашку 56i, закрепленную на внешней периферии резервуара 54i; и вал вращения 42i, который расположен во внутреннем пространстве резервуара 54i и который имеет перемешивающие лопасти 57i в форме ворот.
Один конец резервуара 54i соединен с оконечной частью сита 37i для обезвоживания, и этот участок соединения закрыт и сформирован оболочкой 35i высокого давления. А именно резервуар 54i сформирован в виде единого целого с этим участком посредством удлинения оболочки 35i высокого давления в осевом направлении. На нижней части другого конца резервуара 54i сформировано выпускное отверстие 69i, через которое выпускается обезвоженный NGH 67i.
Охлаждающая рубашка 56i закреплена по периметру всей внешней периферии резервуара 54i. В ее нижней части сформировано впускное отверстие 59i для введения охлаждающей среды 58i. В верхней части сформировано выпускное отверстие 61i для выпуска охлаждающей среды 58i. Кроме того, на внешней периферии резервуара 54i расположено несколько труб 65i для подачи газа, через которые природный газ 63i в качестве исходного газа подается в резервуар 54i.
Вал вращения 42i соединен с одним концом конической части 55i вала вращения 41i, который имеет общую осевую линию с валом вращения 42i. При этом вал вращения 42i приводится во вращение вместе с валом вращения 41i. Несколько перемешивающих лопастей 57i в виде ворот расположено вокруг вала вращения 42i таким образом, что обе ножки каждой из них могли быть совмещены в осевом направления вала вращения 42i, и несколько таких лопастей 57i установлено вдоль осевого направления. На входной и на выходной сторонах зоны 33i обезвоживания гидратацией вокруг вала закреплено несколько подающих лопастей 71i в виде плоских пластин, которые наклонены от осевого направления вала вращения 42i. Следует заметить, что один конец вала вращения 41i и другой конец вала вращения 42i, с его противоположной стороны, поддерживаются с возможностью вращения краевыми поверхностями оболочки 35i высокого давления и резервуара 54i соответственно.
Далее будет описано функционирование узла 2i физического обезвоживания, сконфигурированного вышеуказанным образом. Прежде всего, суспензия 43i NGH, выпускаемая из генератора 1i насосом 20i для перемещения суспензии, вводится в сито 37i для обезвоживания через впускное отверстие 45i для подачи суспензии. Суспензия 43i NGH, введенная в сито 37i для обезвоживания, перемещается в осевом направлении через пространство канавки винтовой лопасти 39i посредством вращения вала вращения 41i. В ходе этого процесса суспензия 43i NGH постепенно сжимается, и от нее отделяется вода. Эта отделенная вода 47i вытекает через отверстия 51i в сите 37i для обезвоживания и выводится из выпускного отверстия 49i. Таким образом, вода может быть удалена до некоторой степени, пока суспензия 43i NGH проходит через зону 31i физического обезвоживания. Однако еще остается вода, приставшая, например, к поверхности частиц NGH.
Соответственно, в этом варианте осуществления предусмотрена зона 33i обезвоживания гидратацией, расположенная после зоны 31i физического обезвоживания, чтобы удалить воду, приставшую к NGH, посредством реакции гидратации. Более конкретно, NGH, введенный из зоны 31i физического обезвоживания в резервуар 54i, перемещается при перемешивании в резервуар 54i, например, посредством вращения перемешивающей лопасти 57i. Вместе с этим NGH открыт в атмосферу природного газа 63i, который вводится в резервуар 54i из трубы 65i для подачи газа. Тем самым вода, приставшая к NGH, приводится в соприкосновение с природным газом 63i и реагирует с ним с выполнением обезвоживания гидратацией.
Следует заметить, что, хотя в ходе реакции гидратации выделяется тепло, это тепло удаляется от внешней периферии резервуара 54i посредством охлаждающей рубашки 56i. Соответственно, внутреннее пространство резервуара 54i поддерживается в температурном интервале, подходящем для протекания реакции гидратации. Кроме того, природный газ 63i, поданный в резервуар 54i, принуждается к циркуляции насосом или т.п., и тем самым непрореагировавший природный газ 63i постоянно подается в резервуар 54i. Тем самым может поддерживаться высокая скорость реакции гидратации в резервуаре 54i.
Как описано выше, в узле 2i для физического обезвоживания суспензия NGH после физического обезвоживания непрерывным образом подвергается обезвоживанию гидратацией. Соответственно, может быть достигнута более высокая степень обезвоживания по сравнению с обычным физическим обезвоживанием. Поэтому, например, после того как суспензия NGH доставлена на последующую стадию, обезвоживание гидратацией может быть выполнено без возникновения каких-либо проблем в псевдоожиженном слое, что обеспечивает более широкий выбор для обезвоживания гидратацией, а также может поддерживаться высокая концентрация NGH, являющегося конечным продуктом. Кроме того, посредством выполнения обезвоживания гидратацией для NGH, имеющего высокую степень обезвоживания, может быть снижена нагрузка при обезвоживании гидратацией, а именно нагрузка на оборудование для удаления тепла или т.п., и, соответственно, могут быть получены преимущества в экономическом отношении.
Кроме того, в этом варианте осуществления масса гидрата газа, выпускаемого на стадии физического обезвоживания, измельчается вследствие перемешивающего действия перемешивающей лопасти 57i. Тем самым эффективность обезвоживания гидратацией псевдоожиженного слоя на последующей стадии может быть увеличена.
Кроме того, в этом варианте осуществления зона 31i физического обезвоживания и зона 33i обезвоживания гидратацией образованы в одном резервуаре, и возможна непрерывная обработка. Тем самым достигаются эффекты, выражающиеся в упрощении конфигурации системы и в том, что может быть уменьшена площадь, занятая оборудованием.
Теперь с использованием фиг.46 будет описан другой вариант осуществления узла для физического обезвоживания, относящегося к особенности данного изобретения. Следует заметить, что такие же компоненты, что и в описанном выше варианте осуществления, обозначены теми же самыми обозначениями и отдельное описание будет опущено.
Узел 82i для физического обезвоживания в этом варианте осуществления отличается от узла по варианту осуществления, описанному выше, в том, что в зоне 33i обезвоживания гидратацией NGH перемешивается и перемещается шнеком. Более конкретно, вал вращения 83i в этом варианте осуществления соединен с одним концом конической части 55i на осевой линии вала вращения 41i. Вал вращения 83i имеет коническую часть 85i, диаметр которой уменьшается в осевом направлении; и прямолинейную часть 87i, которая вытянута прямолинейным образом, коническая часть 85i и прямолинейная часть 87i соединены одна с другой в направлении перемещения. Винтовая лопасть 89i сформирована в виде спирали в осевом направлении на внешней периферии конической части 85i, и данная винтовая лопасть 89i расположена поблизости от внутренней периферийной поверхности резервуара 54i. Кроме того, перемешивающая лопасть 57i сформирована на внешней периферии прямолинейной части 87i.
В соответствии с этим вариантом осуществления могут быть достигнуты те же самые эффекты, что и в описанном выше варианте осуществления, и может быть достигнута более высокая степень обезвоживания по сравнению со случаем обычного физического обезвоживания.
Следует заметить, что в этом варианте осуществления описывается другой вид перемешивающего средства в зоне 33i обезвоживания гидратацией. Однако при условии, что NGH перемешивается непрерывным образом в окружении, в которое подается исходный газ, перемешивающее средство не ограничивается указанным средством. Следует заметить, что на чертежах обозначение T обозначает впускное отверстие для исходного газа; обозначение T' обозначает выпускное отверстие для исходного газа; и обозначение U обозначает NGH в низкой концентрации.