Агрегат для видобутку метану з придонного осаду вільних акваторій

Реферат: Агрегат для видобутку метану з придонного осаду вільних акваторій включає розміщені в корпусі гідромонітори з пушками, з'єднані системою тросів і труб з платформою на поверхні акваторії. Для підвищення ефективності збагачення газової фази на метан-газ та транспорту метану на поверхню водойми корпус виконано як дзвін з конічною та циліндричною частинами. На внутрішній поверхні встановлені додаткові газові кільцеві барботери з пушками, з'єднані між собою та з платформою для подачі барботажного газу, та джерела звукових коливань з пушками. В конічній частині корпусу виконано додатковий конус, відкритий знизу. Гідромонітори встановлені під основним кільцевим барботером, пушки яких розміщені під гострим кутом до вертикальної осі корпусу, а джерела звукових коливань - під додатковим кільцевим барботером під таким же кутом. UA 102459 C2 (12) UA 102459 C2 UA 102459 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до пристроїв для гідромеханічного руйнування корисних копалин за допомогою течії води під високим тиском. Агрегат може бути використаний для видобутку з пухкого природного осаду метан-газу, який знаходиться в шарі осаду як газогідрат та є основним із компонентів його газоподібних складових. Відомий технічний агрегат землесосний снаряд у вигляді плавучої баржі, на палубі якої встановлено двигун для приводу рухомих пристроїв (Краткий политехнический словарь. Статья "Землесосный снаряд". – М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1956. – С. 333-334). Робоча частина агрегату виконана як труба, всередині якої розташовано робочий орган - шнек типу гвинта Архімеда з можливістю обертання із контрольованою швидкістю, корпус якого розташовано на плавучій баржі. На палубі баржі розташована також система трубопроводів, з'єднана із робочим органом, та піднімальний механізм для регулювання кута нахилу робочої частини агрегату щодо дна водойми. Під час роботи у водоймі баржу стабілізують в просторі за допомогою якорів, а для рихлення річкового ґрунту на необхідну глибину опускають робочий орган землесосного снаряда, керованого безпосередньо з плавзасобу. Завдяки обертанню шнека в контрольованому режимі на палубу баржі або на берег через систему шлангів транспортують пульпу як суміші води із матеріалом ґрунту. При цьому повітря, яке акумульовано в масі пульпи, дегазують в атмосферу. Зазначений агрегат використовують для руйнування м'яких ґрунтів (пісок, глина тощо) на глибині 4-8 метрів та для поглиблення фарватерів водойм і поліпшення судноплавства. До недоліків землесосного агрегату необхідно віднести обмежену робочу глибину по руйнуванню ґрунтів, малий об'єм оброблюваного ґрунту та обмежену систему шлангів і труб для транспортування річкового ґрунту. Відомий також керований технічний агрегат гідромонітор (Большая Российская энциклопедия: В 30 т. / Т.7. Статья "Гидромонитор". – М.: Большая Российская энциклопедия, 2007.-767 с. – С. 96). На стаціонарній або на пересувній платформі встановлено центробіжний насос, який через систему труб з'єднаний із робочою частиною гідромонітора, яка виконана як пушка з конусоподібним стволом для подачі води під високим тиском, а також система керування роботою агрегату для його пересування та зміни кута нахилу до горизонту ствола пушки. Агрегат працює так. Центробіжний насос спрямовує воду в напрямку перепони, за яку можуть бути незанадто тверді гірські породи, наприклад буре вугілля або сланець, також більш м'які, за які можуть бути пісок, глина, мергель, торф тощо з утворенням двофазної пульпи. Такий технологічний прийом, як правило, використовують для відкритих кар'єрів з наступною фільтрацією пульпи з одержанням корисних складових, зокрема вугілля, руди та торфу. При цьому можливе незначне виділення газових складових, зокрема при руйнуванні накопичень вугілля або торфа. Землесосний агрегат налаштовано на обмежену робочу глибину по руйнуванню ґрунтів, малий об'єм оброблюваного ґрунту та обмежену систему шлангів і труб для транспортування річкового ґрунту на окрему додаткову баржу або на землю. Монітор призначено для роботи у відкритих кар'єрах та працює в напівручному режимі керування напрямком дії струменів води на оброблюваний об'єкт. В основу винаходу поставлено задачу створення агрегату для видобутку метану з придонного осаду вільних акваторій, в якому в результаті введення в агрегат газових кільцевих барботерів, джерел звукових коливань та сепераційних дощок забезпечується класифікація осаду по розмірах і вилучення з осаду газової фази і за рахунок цього підвищується ефективність збагачення газової фази на метан-газ та транспорт метану на поверхню водойми. Поставлена задача вирішена завдяки тому, що в агрегаті для видобутку метану з придонного осаду вільних акваторій, який включає розміщені в корпусі гідромонітори з пушками, з'єднані системою тросів і труб з платформою на поверхні акваторії, згідно з винаходом корпус виконано як дзвін з конічної та циліндричною частинами, на внутрішній поверхні останньої встановлені основний та додатковий кільцеві газові барботери з пушками, з'єднані між собою, а також з платформою для подачі барботажного газу, та джерела звукових коливань з пушками, а в конусній частині корпусу розташовано співвісно додатковий конус, відкритий знизу, причому гідромонітори встановлені під основним кільцевим барботером, пушки яких розміщені під гострим кутом до вертикальної осі корпусу, а джерела звукових коливань - під додатковим кільцевим барботером під таким же кутом. Додатковою відмінною ознакою винаходу є те, що над кожним барботером встановлена перфорована дошка з отворами перпендикулярно до осі корпусу. Додатковою відмінною ознакою є також те, що пушки гідромоніторів виконані з конічними соплами, розташованими в різних, але перпендикулярних площинам перфорованих дощок. 1 UA 102459 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Додатковою відмінною ознакою є те, що пушки генераторів звукових коливань розташовані один проти одного в різних площинах, паралельних між собою та перпендикулярних перфорованим дошкам. Сукупність відмінних ознак винаходу дозволяє вирішити задачу тому, що вони надають можливість здійснювати руйнування осаду водойми за рахунок локального нагріву суміші джерелами звукових коливань, підвищують вилучення метан-газу з газогідрату осаду та сприяють поліпшенню транспорту метану на платформу. Для прискорення процесу відокремлення газових складових від залишків твердих мікрочастинок встановлюють додатковий дзвін з можливістю роботи в пульсуючому режимі, що сприяє періодичному очищенню отворів на перфорованих дошках від закупорювання їх частинками осаду та забезпечує роботу агрегату у безперервному режимі. На фіг. 1 зображено поздовжній розріз агрегату по його осі, а фіг. 2 та фіг. 3 - поперечні розрізи агрегату по лініях І-І та II-II, відповідно. Агрегат для видобутку метану з природного осаду вільних акваторій включає корпус, який виконано як дзвін, що включає нижню циліндричну частину 1 з відкритим днищем та конічну верхню частину 2. Конічну частину 2 напівжорстко з'єднано з платформою системою труб: зовнішньою 3 для транспорту продукційного газу на поверхню водойми, трубою для регулювання тиску в дзвоні 4 та трубою 5 для подачі барботажного газу через спеціальний регулюючий пристрій 6. Конічну частину колокола 2 з'єднано із плавучою або стаціонарною платформою (на фіг. не вказана) системою тросів за допомогою кріплень 7, завдяки чому агрегат має систему стабілізації корпуса у просторі та можливість певного маневру. На зовнішній циліндричній частині корпусу встановлено керовані з поверхні водойми штанги 8 для стабілізації агрегату у горизонтальній площині та пристрій 9 для автоматичного визначення товщини пухкого шару придонного осаду та глибини можливого занурення дзвона в осад. Всередині циліндричної частини колокола встановлено систему контролю тиску 10, а в нижній частині на протилежних стінках дзвона 1 та перпендикулярно до них стаціонарно розташовано гідромонітори 11,12 із конічними соплами пушок 13, 14, які встановлені під гострим кутом до осі агрегату. Сопла пушок гідромоніторів розташовані в різних, але паралельних, площинах, та перпендикулярних горизонтальній площині агрегату. Всередині циліндричної частини корпусу над гідромоніторами, перпендикулярно до осі корпусу розташовано основний кільцевій барботер 15 у вигляді тора із впорядкованими циліндричними отворами для подачі газу, осі яких перпендикулярні осі агрегату. Основний барботер 15 встановлено з можливістю роботи в імпульсному режимі, над ним розташована перфорована дошка 16 з циліндричними отворами для відокремлення твердих частинок із скаламученого осаду, осі яких паралельні осі корпусу. Над перфорованою дошкою 16 всередині колокола встановлено два джерела звукових коливань 17, 18 з конічними соплами 19, 20, осі яких паралельні між собою, розташовані в різних, але паралельних площинах, перпендикулярних площині перфорованих дощок. Над джерелами звукових коливань розташовано додатковий кільцевий барботер 21 для барботажу газу та додаткова перфорована дошка 22. Обидва барботери 15 і 21 з'єднані послідовно через патрубок 5 між собою та з платформою. У внутрішній конічній частині корпусу співвісно розташовано додатковий конус 23 з відкритим днищем, який по площі займає 50-60 % живого перерізу основної частини колокола. Він з'єднаний із платформою для контролю і регулювання тиску в об'ємі колокола та для роботи в реверсному режимі подачі газу з платформи за стрілкою А, а також для регулювання подачі додаткового газу під перфоровані дошки 16 і 22 за участю регулюючого пристрою 6. Агрегат працює так. За рекомендаціями та висновками геологорозвідників визначають місце для розташування плавучої платформи безпосередньо над джерелом можливих газоподібних складових придонного пухкого осаду. Завдяки металевим тросовим кріпленням, які з'єднані пристроєм 7 з дзвоном та платформою, корпус агрегату стабілізують в просторі і поступово спрямовують додолу, при цьому нижню кромку агрегату утримують на певній глибині щодо придонного осаду за допомогою штанг 8 автоматично. За приладом 9 визначають товщу осаду та оптимальну глибину можливого занурення дзвона в осад. Після стабілізації корпуса у вертикальному положенні вмикають два незалежних гідромонітори 11, 12, які завдяки струменям води з сопел пушок 13,14 під тиском струменів води більш на 5-10 % тиску на дні акваторії Ρ (умовно), які спрямовано в бік дна дзвона, руйнують верхній пухкий шар природного осаду. Це призводить до скаламучення осаду на першому етапі та до сегрегації і класифікації складових об'єму скаламученого осаду по геометричних розмірах твердих частинок на другому етапі, при цьому більші частинки осаджуються на дні водойми. Далі через скаламучену рідину здійснюють перший барботаж газу (діоксид вуглецю, горючі гази, продукційний газ тощо) у вигляді бульбашок через отвори кільцевого барботера 15, що подають з платформи у 2 UA 102459 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 регульованому режимі. Барботаж здійснюють в імпульсному режимі через пристрій 6 для підтримання процесу первинної сепарації суміші від твердих частинок осаду, яку здійснюють на перфорованій дошці 16. Бульбашки газу підхоплюють мікрочастинки осаду та спрямовують їх в вертикальному напрямку, а барботажний газ подають з поверхні водойм під тиском, значення якого перевищує тиск Ρ за глибиною занурення дзвона на 5-10 %. На верхню поверхню перфорованої дошки 16 через два конічні сопла 19, 20 подають звукові імпульси, інфразвук або ультразвук в широкому діапазоні, які генерують керовані з поверхні джерела звукових коливань 17, 18. При цьому звукові коливання мають у просторі вид конусів, їх напрямки спрямовують по паралельних курсах без перетинання їх між собою та регулюють з платформи в пульсуючому режимі. При цьому забезпечують підвищення температури суміші в зазначеній частині об'єму дзвона на 4-5 °C, що сприяє початковому руйнуванню мікрочастинок газогідратів з осаду з наступним виходом у газову фазу газоподібних складових осаду. Далі скаламучену та частково класифіковану суміш вдруге обробляють тим же газом, що подають через щілини барботера 21 з платформи у регульованому режимі завдяки спеціальному пристрою 6 для прискорення процесу подальшої сепарації газоподібної суміші від твердих макрочастинок осаду. Процес сепарації газової фази продовжують на другій перфорованій дошці 22 з подальшим виділенням метан-газу, який збагачений на горючі складові, що міститься в пухкому природному осаді, та транспортують метан-газ на поверхню водойми. Запропонований агрегат дозволяє руйнувати пухкий осад на відміну від прототипу по руйнуванню твердих порід на відкритому повітрі з одержанням пульпи без утворення газової фази. Послідовна обробка скаламученого пухкого осаду за рахунок барботажу газу, обробка його акцентованими звуковими коливаннями та сепарація газової фази від сторонніх інгредієнтів на перфорованих дошках забезпечує вилучення метан-газу з осаду в безперервному режимі та транспорт метану на платформу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Агрегат для видобутку метану з придонного осаду вільних акваторій, який включає розміщені в корпусі гідромонітори з пушками, з'єднані системою тросів і труб з платформою на поверхні акваторії, який відрізняється тим, що корпус виконано як дзвін з конічною та циліндричною частинами, на внутрішній поверхні останньої встановлені додаткові газові кільцеві барботери з пушками, з'єднані між собою та з платформою для подачі барботажного газу, та джерела звукових коливань з пушками, а в конічній частині корпусу виконано додатковий конус, відкритий знизу, причому гідромонітори встановлені під основним кільцевим барботером, пушки яких розміщені під гострим кутом до вертикальній осі корпусу, а джерела звукових коливань - під додатковим кільцевим барботером під таким же кутом. 2. Агрегат за п. 1, який відрізняється тим, що над кожним барботером встановлена перфорована дошка з отворами, осі яких паралельні осі корпусу. 3. Агрегат за п. 1, який відрізняється тим, що пушки гідромоніторів виконані з конічними соплами, розташованими в різних, але паралельних площинах, перпендикулярних перфорованим дошкам. 4. Агрегат за п. 1, який відрізняється тим, що пушки генераторів звукових коливань розташовані один проти одного в різних площинах, паралельних між собою та перпендикулярних перфорованим дошкам. 3 UA 102459 C2 4 UA 102459 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5