СПОСОБ МАНИПУЛИРОВАНИЯ ГИДРАТОМ ГАЗА Российский патент 2006 года по МПК C07C7/20 C10L3/10 

Настоящее изобретение относится к способу манипулирования гидратом газа, который состоит из газа, содержащего метан в качестве главного компонента, такого как природный газ, и воды.

Обычно природный газ транспортируется или хранится в форме сжиженного природного газа (далее СПГ) или сжатого природного газа.

Однако является необходимым транспортировать или хранить СПГ в виде груза, температура которого поддерживается при -162°С, и требуется специальное судно (СПГ судно) или складское сооружение, снабженное дорогим резервуаром, изготовленным специально для транспортировки или хранения. В дополнение к этому, для производства СПГ необходимым является использование большого количества энергии с тем, чтобы получить решение для -162°С. В дополнение к этому, когда контроль СПГ становится недостаточным, он внезапно испаряется и является опасным. Кроме того, СПГ быстро испаряется и является непригодным для хранения в течение длительного времени, поскольку он является исключительно холодным, как описано выше.

С другой стороны, газ, содержащий метан в качестве главного компонента, такой как природный газ, привлекает внимание в качестве чистого источника энергии или исходного материала для различных структур. В настоящее время осуществляются исследования для преобразования газа, содержащего метан в качестве главного компонента, такого как природный газ, в гидрат газа искусственным или промышленным способом для целей его транспортировки или хранения.

Гидрат газа представляет собой кристаллическую структуру, где молекулы газа содержатся по отдельности в каркасе, сформированном из молекул воды. Например, 1 м³ гидрата метана (где объем воды составляет 0,8 м³), при нормальном давлении, как сказано, способен удерживать 164 м³ метана.

Таким образом гидрат метана привлекает внимание в качестве новой структуры для транспортировки и хранения природного газа, вместо СПГ, поскольку он обладает указанной выше высокой емкостью хранения. Плотность газообразного метана в гидрате метана составляет примерно 1/3,5 от СПГ, однако, в случае его искусственного или промышленного производства эффективность использования энергии может быть значительно улучшена, поскольку нет необходимости в охлаждении до температуры сжижения (ниже -162°С), как в случае СПГ.

В случае искусственного производства гидрата метана, например, вода или раствор антифриза распыляются из средств распыления, и в то же время природный газ (метан) подается из подающей трубы в емкость высокого давления, где температура поддерживается равной от 1 до 10°С, и давление поддерживается равным от 30 до 100 значений атмосферного давления. При этом вода или раствор антифриза, распыляемые из средств распыления, и природный газ (метан) соединяются с получением порошкообразного гидрата метана. Поскольку коэффициент заполнения (объем гидрата метана/объем емкости хранения) порошкообразного гидрата метана является малым, для его транспортировки и хранения становится необходимым резервуар большой емкости.

В дополнение к этому, порошкообразный гидрат метана доставляет ту проблему, что частицы связываются друг с другом под действием собственного веса или других факторов, и он становится подобным горной породе, делая сложным его извлечение (выгрузку), когда большое количество его хранится в течение длительного времени.

В публикации WO/93.01153 раскрыт способ манипулирования гидратом газа, в котором порошкообразный гидрат газа, образованный в реакторе, прессуется с образование одинаковых агломерированных частиц, имеющих диаметр от 2 до 20 мм. Эти частицы распыляются вместе с водой из сопел и охлаждаются в охладительном устройстве, в результате чего на поверхности частиц гидрата образуется оболочка льда толщиной от 0.5 до 1.5 мм. При загрузке этих частиц в резервуар обеспечивается коэффициент заполнения равный 1. Как указано выше, для транспортировки и хранения полученного таким образом гидрата газа требуется резервуар большой емкости.

Целью настоящего изобретения является создание способа манипулирования гидратом газа, обеспечивающего повышение коэффициента заполнения гидрата газа в резервуаре, безопасность во время транспортировки и хранения и простоту манипулирования.

Эта цель достигается тем, что в способе манипулирования гидратом газа, включающем гранулирование порошкообразного гидрата газа путем формования под давлением с помощью устройства для гранулирования и последующую загрузку гранулированного гидрата газа на судно или в резервуар для хранения в складском сооружении, согласно изобретению, по меньшей мере, два вида гранул гидрата газа с различными размерами смешиваются и загружаются на судно или в резервуар для хранения в складском сооружении.

Является предпочтительным первоначальное увлажнение гидрата газа путем распыления над ним раствора перед гранулированием порошкообразного гидрата газа.

Является также предпочтительным, чтобы отношение диаметров, по меньшей мере, двух видов гранул гидрата газа составляло от 1,5 до 30.

Фиг.1 иллюстрирует способ манипулирования гидратом газа в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 представляет увеличенный вид сверху, содержащий частичный разрез устройства для гранулирования;

фиг.3 представляет поперечный разрез устройства для транспортировки;

фиг.4 иллюстрирует способ производства гидрата газа;

фиг.5 иллюстрирует смешивание двух видов гранул гидрата газа большого и малого размера;

фиг.6 иллюстрирует загрузку в прицеп в виде танка;

фиг.7 представляет разрез судна для транспортировки;

фиг.8 представляет разрез, изображающий другой вариант судна для транспортировки.

Фиг.1 иллюстрирует способ манипулирования гидратом газа в соответствии с настоящим изобретением. Однако перед описанием способа должен быть кратко описан способ для искусственного производства гидрата метана.

Гидрат метана может быть получен с помощью сухого и влажного способа, и в случае производства с помощью влажного способа он должен производиться, например, с помощью устройства, изображенного на фиг.4.

Это устройство состоит из цилиндрической емкости 101, температура в которой поддерживается равной от 1 до 10°С, и давление поддерживается равным от 30 до 100 значений атмосферного давления. Вода или раствор антифриза, распыляемый из средств 112 распыления, соединяется с природным газом (метаном), поступающим из подающей трубы 108 в реактор 101А, с получением порошкообразного гидрата метана а, который падает на поверхностный слой воды или раствора антифриза в резервуаре 101В. Порошкообразный гидрат метана а, всплывающий в поверхностном слое воды или раствора антифриза, впоследствии собирается в направлении устройства 107 откачки и извлекается из устройства 107 откачки. Порошкообразный гидрат метана а, извлекаемый из устройства 107 откачки, хранится в непоказанном резервуаре для хранения после удаления избытка воды или раствора антифриза.

На фиг.4 показаны охлаждающий кожух 103, линия 106 подачи охладителя, линия 102 выхода охладителя, линия 104 откачки воды или раствора антифриза, линия 105 циркуляции воды или раствора антифриза, циркуляционный насос 110, линия 111 откачки воды или раствора антифриза и линия 113 подачи воды или раствора антифриза.

Далее способ манипулирования гидратом газа в соответствии с настоящим изобретением будет описываться с использованием фиг.1.

На фиг.1 показаны резервуар 1 для хранения порошкообразного гидрата метана а, горизонтальный шнековый конвейер 2, установленный в нижней части резервуара 1. Шнековый конвейер 2 состоит из цилиндрического корпуса 3 и шнекового привода 4, приводимого в движение против часовой стрелки с помощью электрического мотора 5. Корпус 3 имеет проход 6, направленный вниз по направлению к нижнему срезу торца корпуса 3.

Устройство 7 для гранулирования, состоящее из двух валков 8а, 8b, устанавливается непосредственно под проходом 6. Валок 8а вращается по часовой стрелке на фигуре, в то время как валок 8b вращается против часовой стрелки синхронно с валком 8а.

Как показано на фиг.2, периферийные наружные поверхности валков 8а, 8b, соответственно, снабжены полусферическими углублениями 9, расположенными по окружности, через заданные интервалы. Форма углубления 9 не ограничивается полусферой, могут быть использованы, например, полуэллипсоид, полуцилиндр или другая желаемая форма. Кроме того, его размер также может быть произвольным. Необходимо заметить, что устройство для гранулирования не является ограниченным указанной выше системой валков. Могут быть использованы и другие системы.

Как показано на фиг.1, между проходом 6 и устройством 7 для гранулирования установлено сопло 10 для распыления воды. В дополнение к этому, устройство 11 для горизонтальной транспортировки устанавливается под устройством 7 для гранулирования. Устройство 11 для транспортировки состоит из ленточного конвейера 12 и корпуса 13 в форме короба. Корпус 13 имеет лоток 14 под устройством 7 для гранулирования и проход 15, направленный вниз к нижнему срезу торца корпуса 13. В дополнение к этому, корпус 13 устройства 11 для транспортировки снабжен соплом 10а для распыления воды вниз по направлению к лотку 14. Конец сопла 10а для распыления воды направлен на верхнюю лицевую сторону ленточного конвейера 12.

В дополнение к этому, указанный выше корпус 13 имеет охлаждающий кожух (не показан) снаружи для переохлаждения объекта, транспортируемого ленточным конвейером 12. Кроме того, ленточный конвейер 12 поддерживается с помощью 2-3 валков 16 в каждой точке для того, чтобы поддерживать угол динамического отклика (смотри фиг.3).

Необходимо заметить, что интервал между проходом 6 шнекового конвейера 2 и лотком 14 устройства 11 для транспортировки герметизируется с помощью непоказанной крышки или чего-либо подобного для предотвращения вытекания наружу испаряющегося газа.

Затем будут описаны загрузка гидрата метана на судно для транспортировки и транспортировка.

Как показано на фиг.1, когда проход 15 устройства 11 для транспортировки вставляется в устройство 32 для загрузки хранилища 31 (грузового танка) большого грузового судна (балкера) 30, после этого приводится в действие электрический мотор 5 шнекового конвейера 2 и порошкообразный гидрат метана а в резервуаре 1 подается в устройство 7 для гранулирования с помощью горизонтального шнекового конвейера 2.

Порошкообразный гидрат метана а, поступающий в устройство 7 для гранулирования, путем формования под давлением превращается в гранулы гидрат метана в виде шариков b с помощью двух валков 8а, 8b, имеющих полусферические углубления 9 на наружной периферической поверхности. Если порошкообразный гидрат метана а не является достаточно влажным, вода с распыляется из сопла 10 для распыления воды для смачивания порошкообразного гидрата метана а. Соответственно, консистенция порошкообразного гидрата метана становится более твердой, и он меньше ломается, даже когда он падает.

Гидрат метана в форме шариков (далее называемый шариками гидрата метана) b подается из устройства 7 для гранулирования на ленточный конвейер 12 устройства 11 для транспортировки, и, например, в случае загрузки в хранилище (грузовой танк) 31 большого грузового судна (балкера) 30 вода с распыляется из сопла 10а для распыления воды установленного на корпусе 13 устройства 11 для транспортировки на шарики b гидрата метана на ленточном конвейере 12 для их переохлаждения до температуры от -5°С до -20°С.

Затем наружная поверхность шарика b гидрата метана покрывается пленкой льда (капсулой), и прочность шариков гидрата метана b дополнительно увеличивается.

По этой причине шарики b гидрата метана практически не разламываются, даже когда они загружаются в хранилище (грузовой танк) 31 большого грузового судна (балкера) 30, и они редко слипаются под действием собственного веса, даже если их загружают в большом количестве.

Порошкообразный гидрат метана обладает самоконсервирующим воздействием, поскольку он имеет кристаллическую структуру, где молекулы газа содержатся по отдельности в каркасе, сформированном с помощью молекул воды. Имеется то преимущество, что эффект самоконсервации может быть дополнительно усилен, когда наружная поверхность шариков гидрата метана b покрывается пленкой льда (капсулой), как указано выше.

Шарики b гидрата метана, покрытые пленкой льда, загружаются в хранилище (грузовой танк) 31 судна 30. Внутри хранилища (грузового танка) 31 поддерживается температура (например, от -5°С до -30°С) более низкая, чем температура, при которой разлагаются шарики гидрата метана b.

Устройства, изображенные на фиг.7 или фиг.8, предпочтительно используются в качестве судна 30. Судно 30, изображенное на фиг.7, имеет погрузочный конвейер 33 и разгрузочный конвейер 35. Он также имеет отбойную пластину 38, которая функционирует также в качестве вертикального прохода для равномерной загрузки шариков b гидрата газа. Эта отбойная пластина 38, которая функционирует также в качестве вертикального прохода, может перемещаться вертикально. На этой фигуре показаны хранилище 31, проход 34, балластный танк 36, крышка 37 и изолирующий материал 39.

Грузовое судно 30, показанное на фиг.8, снабжено устройством 50 для манипулирования, которое может перемещаться от носа к корме судна. На фиг.8 показаны хранилище 31, крышка 37 и изолирующий материал 39.

Когда шарики b гидрата метана загружаются в хранилище (грузовой танк) 31 с помощью устройства 11 для транспортировки типа ленточного конвейера, способ пневматической транспортировки может быть принят в качестве устройства для транспортировки при непосредственной загрузке из устройства 7 для гранулирования в хранилище (грузовой танк) 31.

При загрузке шариков b гидрата метана в грузовик 40 с танком они также загружаются в танк 41 грузовика 40 посредством устройства 11 для транспортировки типа ленточного конвейера, подобно судну (фиг.6). Кроме того, в случае хранения шариков b гидрата метана также и в складском сооружении он также транспортируется посредством устройства 11 для транспортировки типа ленточного конвейера, подобно грузовику с танком.

Размер шарика b гидрата метана составляет от нескольких сантиметров до десятков сантиметров, а иногда он может составлять несколько метров. Чем больше размер, тем меньше отношение площади поверхности к объему и меньше генерируется мостиков, тем выше становится коэффициент заполнения. Коэффициент заполнения шариков b гидрата метана, гранулированных, как указано выше, составляет примерно 60%. Поскольку коэффициент заполнения порошкообразного гидрата газа равен 40%, можно понять, что путем гранулирования гидрата газа коэффициент заполнения значительно улучшается.

Фиг.5 демонстрирует способ для дальнейшего увеличения коэффициента заполнения шариков гидрата метана, который представляет собой способ для объединения устройства 7' для гранулирования для производства шариков b' гидрата метана с большим диаметром зерен и устройства 7" для гранулирования для производства шариков b" гидрата метана меньшего диаметра зерен. Этот способ имеет тенденцию к заполнению пространства (1 - коэффициент заполнения), образующегося между большими шариками b' гидрата метана, с помощью малых шариков b" гидрата метана. Использование этого способа дополнительно повышает коэффициент заполнения гидрата газа примерно до 80%.

Является важным соответствующий выбор отношения диаметра больших шариков b' гидрата метана и диаметра малых шариков b" гидрата метана (отношение диаметров = диаметр больших шариков гидрата метана/диаметр малых шариков гидрата метана). В соответствии с экспериментом, это отношение диаметров предпочтительно находится в пределах 1,5 и 30, а более предпочтительно в пределах между 5 и 20.

В случае отношения диаметров меньшего, чем 1,5 коэффициент заполнения не увеличивается, поскольку малые шарики b" гидрата метана не входят в пространство, создаваемое большими шариками b' гидрата метана.

С другой стороны, если отношение диаметров превосходит 30, количество малых шариков b" гидрата метана увеличивается, и они легко образуют мостики; по этой причине коэффициент заполнения не увеличивается. Необходимо заметить, что диаметр шарика b гидрата метана иного, чем сферы, такого как эллипсоид, соответствует диаметру сферы с соответствующими контактами.

Использование этого способа уменьшает размер хранилища (грузового танка) или танка грузовика на 1/2 или менее, по сравнению со случаем загрузки порошкообразного гидрата метана а. Количество видов шариков гидрата метана предпочтительно равно 2 или более, и, если приготавливают, например, три размера шариков гидрата метана в (большие, средние, малые), становится возможным дальнейшее увеличение коэффициента заполнения.

Как указано выше, если используется настоящее изобретение, поддерживается состояние с температурой более низкой, чем температура разложения шариков гидрата метана, шарики гидрата метана поддерживают агломерированное состояние друг друга, поскольку поверхность контакта между соседними шариками гидрата метана является малой.

Как следствие, соединенные вместе шарики гидрата метана, которые должны транспортироваться, легко могут быть разломаны и выгружены с помощью перчаток или чего-либо подобного.

Хотя выше описан случай загрузки шариков гидрата метана в хранилище или в танк грузовика, настоящее изобретение может также применяться к случаю хранения шариков гидрата метана в танке или в складском сооружении.

В дополнение к этому, настоящее изобретение может применяться для гранулирования, манипулирования и хранения и для транспортировки гидрата газа иного, чем метан, такого как пропан, двуокись углерода.

Как указано выше, настоящее изобретение может превратить гидрат газа в отвержденный, с гомогенной формой и качеством, путем промышленного гранулирования порошкообразного гидрата газа. Как следствие, текучесть гидрата газа значительно возрастает, облегчая манипулирование и транспортировку.

Кроме этого, в соответствии с настоящим изобретением, путем промышленного гранулирования порошкообразного гидрата газа коэффициент заполнения значительно возрастает, по сравнению с порошкообразным гидратом газа, и может быть обеспечена экономическая эффективность при его транспортировке и хранении.

Кроме того, гидрат газа не испаряется внезапно, даже если контроль температуры становится недостаточным, поскольку он имеет кристаллическую структуру, где молекулы газа удерживаются по отдельности в каркасе, сформированном с помощью молекул воды, делая безопасность более высокой, чем для СПГ. В дополнение к этому, поскольку он испаряется медленно, он является более пригодным для долговременного хранения, чем СПГ.

В дополнение к этому, шарообразные гидраты газов поддерживаются в агломерированном состоянии, поскольку для шарика гидрата газа площадь поверхности контакта является малой. Как следствие, агломераты шариков гидрата метана, агломерировавших во время транспортировки или хранения, легко могут быть разрушены и легко выгружены, например, с помощью перчаток или чего-либо подобного.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, поскольку поверхность шарика гидрата метана покрывается пленкой льда (капсулой), создаваемой путем распыления воды над шариками гидрата газа и переохлаждения, прочность шарика гидрата метана дополнительно повышается и, таким образом, его трудно разрушить. Как следствие, они могут транспортироваться или храниться в больших количествах.

Наконец, в соответствии с настоящим изобретением, когда смешиваются и загружаются два или более видов шарообразного гидрата газа с различными размерами, коэффициент заполнения может быть дополнительно увеличен, по сравнению со случаем, когда загружается только один вид шариков гидрата газа одного и того же диаметра.

Настоящее изобретение, обладающее указанными выше превосходными эффектами, может быть исключительно эффективно использовано для гранулирования, манипулирования и транспортировки гидрата газа.

Настоящее изобретение относится к способу манипулирования гидратом газа. Способ включает гранулирование порошкообразного гидрата газа путем формования под давлением с помощью устройства для гранулирования и последующую загрузку гранулированного гидрата газа на судно или в резервуар для хранения в складском сооружении, причем, по меньшей мере, два вида гранул гидрата газа, отличающихся по размерам, смешивают и загружают на судно или в резервуар для хранения в складском сооружении. Изобретение позволяет повысить коэффициент заполнения гидрата газа в резервуаре, а также обеспечивает безопасность во время транспортировки и хранения. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ манипулирования гидратом газа, включающий гранулирование порошкообразного гидрата газа путем формования под давлением с помощью устройства для гранулирования и последующую загрузку гранулированного гидрата газа на судно или в резервуар для хранения в складском сооружении, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два вида гранул гидрата газа, отличающихся по размерам, смешивают и загружают на судно или в резервуар для хранения в складском сооружении.2. Способ манипулирования гидратом газа по п.1, отличающийся тем, что порошкообразный гидрат газа увлажняют путем распыления над ним жидкости перед гранулированием порошкообразного гидрата газа.3. Способ манипулирования гидратом газа по п.1, отличающийся тем, что отношение диаметров, по меньшей мере, двух видов гранул гидрата газа, отличающихся по размерам, составляет от 1,5 до 30.