CN108533231B - 用于海底可燃冰矿藏碎块的甲烷生成发生装置 - Google Patents

Abstract

一种用于海底可燃冰矿藏碎块的甲烷生成发生装置，由一根从海平面插入海底岩层的底部封口刚性管道(4)构成，要求：其直径能够放进定位在其底部封口位置内的深潜泵(B)，在其封口位置的外底面设置有倒锥型的且能够与海底岩层的结合部位置相吻合的配重基础(8)；其下部设置有能够与水下输送带(D)的端部位置衔接的可燃冰碎块进料口(7)。本发明分离甲烷与水的低压环境依靠水面大气空间一个大气压力的影响，分离出来的甲烷最终通过排气管道(1)输往用户，分离出来的水是依靠深潜泵(B)向外排出的。本发明设置在与露天煤矿开采方法相似的开采海底表面可燃冰矿藏的深潜水场地，目前，涉及深潜水器具的所有核心技术民间正处于接近于完全解决的程度。

Description

用于海底可燃冰矿藏碎块的甲烷生成发生装置

技术领域

本发明涉及用于海底可燃冰矿藏碎块的生成甲烷发生装置。

背景技术

随着尤其资源的巨大消耗，人类在21世纪开始已经面临着尤其资源的巨大危机，作为能源消耗的大国，中国年原油进口已经超过一亿吨，国内陆上油气田的产量勉强保持稳定，专家们估计短期内很难再会有重大突破。而天然气水合物，即可燃冰，作为一种替代能源，正在被世界各国，尤其被发达国家所青睐。

以在海底形成的天然气水合物为例：在1℃至20℃的环境温度时，只要水深在300米，即达到30个大气压力，就会形成天然气水合物，即可燃冰矿藏；而环境高于上述温度或/和环境低于上述压力，就会促使该天然气水合物分解成甲烷与水。

——世界上可燃冰矿藏的蕴藏量是如石油等可燃矿物蕴藏量的2倍，够全球人口使用1000年；理论计算，1m³的饱和天然气水合物在标准条件下可释放出164m³的甲烷气体，而天然气水合物燃烧只产生CO₂和H₂O，属于一种难得的绿色洁净能源。

中国的南海海底蕴藏了极其丰富的可燃冰矿藏，然而，与世界上其他的海域一样，可燃冰矿藏均未被开采出来，其主要原因是，可燃冰的开采成本很高，约200美元/m³。

目前为止，人们研究出来的“实验室”方法很多，但是，均处于探索阶段，难以进入实用的可以成规模的商业开采阶段。

从具体的技术层面来看：开采水下可燃冰，不少开采方法中需要分解天然气水合物时必须要的高深度潜水泵尚未问世，即高潜水深度(例如：几百米甚至上千米)的潜水泵由于多种技术问题的牵制(尚未解决)而难以问世。

——现有的潜水泵由于没有解决好其防水密封的关键问题，一般只能在离开水面几米远的水下使用才会收到最好的效果，而且，还必须定期吊拉上岸拆机进行排除泵内的渗水维护(不是坏损后的维修)才行，其“定期上岸维护”间隔时间，多则几个月而少则几周甚至几天，潜水泵的潜水深度越大，则上述“定期上岸维护”的周期就越短；就因为需要“定期上岸维护”这一点，人们就不敢奢望使用特大功率(例如：上百万瓦)的潜水泵用于水下工程，因为，特大功率的潜水泵的单机重量不可能很轻，难以经常性地“吊拉上岸进行排除渗水的维护”。

发明内容

本发明之目的或关键点的在于：

主要是从解决上述最辣手的深潜泵问题着手，提出一种可以成功地进入实用阶段，对于可燃冰，即天然气水合物分解成甲烷与水的减压特殊开采方案，最终获取人们所需要的廉价甲烷。

本发明的特点：

由于本发明能够解决或实现上述“本发明之目的”或“本发明的关键点”中诸多所述的问题，这就为能够让海洋可燃冰，即海洋天然气水合物进入成规模开采阶段，同时还可以达到商业化开采的程度(有利润)创造了条件。

本发明的特点：

由于本发明能够实现与解决了上述“本发明之目的”与“本发明的关键”中诸多所述的问题，这就为能够让海洋可燃冰，即海洋天然气水合物的开采，同时可以达到商业化开采(有利润甚)的程度创造了条件。

附图说明

图1示意了用于海底可燃冰矿藏碎块的甲烷生成发生装置的结构原理。

1：排气管道；2：排水管道；3：密封的甲烷集散室(兼顾：人携带氧气瓶进入的临时工作室)；4：刚性管道；5：可上下翻动的密封盖；6：开采获得的可燃冰碎块；7：可燃冰碎块进料口；8：倒锥形底部配重基础；9：供水升压阀(为了开启密封盖增压而设置)；D：深水输送带；B：深潜泵；R：微波加热器；W：可垂直升降拦截其他碎杂石块的接收网；虚线箭头

示意了甲烷(气体)的流向；实线箭头

示意了水的流向。

具体实施方式

为了实现上述本发明目的，拟采用以下的技术方案：

本发明的主体结构特征在于：

至少由一根刚性管道4从海平面插入并定位在海底岩层的甲烷生成发生装置的机体组成，该机体外底面设置有倒锥型的且能够与海底岩层的结合部位置相吻合的配重基础8，该机体内下部定位了深潜泵B，深潜泵B上方与进料口7之间设置了能够垂直上升至海平面的碎杂石块收集网W，进料口7上方设置有微波加热器R；

所述的进料口7设置有能够通过遥控翻动实施开启或封闭的密封盖5：

当密封盖5开启时，进料口7与外接的水下输送带D的端部能够实施非连接式的位置衔接，准确地接收由该水下输送带D输送的可燃冰碎块6；

所述的刚性管道4外侧水面以下设置了对内的遥控供水升压阀9，只有通过对内供水升压并与外侧水体压力一致时才能够让密封盖5开启；

所述的深潜泵B的上方设置有排水管道2，用以对外排放通过深潜泵B随时能够自动排出的内部积水；

所述的刚性管道4内部的水体被深潜泵B对外抽空时，就会受到水面大气空间一个大气压力的间接影响，其间接影响的方式是：

让刚性管道4内部生成的甲烷收集器3，最后从排气管道1对外输出供人们使用的过程当中。

——若觉得在现有的环境条件下本发明的结构分离甲烷与水的速度不理想，为了加快甲烷的生成，可再启用微波加热器R，然而，所需的电力，可以尽量地让大自然来提供，例如：

在设置本发明结构的水面上空，通过形成三角形水平位置三个顶点的三根绳索在高空定位一个悬挂在风筝下面的大功率风力发电机(根据气象资料显示该高度的风筝悬挂风力发电机是永远不会落下来的)来提供免费的持续电力供应，这在技术上应该是可行的。

本发明的安装施工方法特征在于：

首先，由钻孔机在海底岩层为甲烷生成发生装置的倒锥形基础8设置能够吻合的倒锥形洞孔。容易实现不需要人力在现场协助的安装施工；

然后，从水面将甲烷生成发生装置吊入水底的与之吻合的倒锥形洞孔位置，接通：从甲烷生成发生装置的顶部至水面接通刚性管道4；

最后，完成水面以上的甲烷收集器3以及排气管道1和排水管道2的设置。

所述的甲烷收集器3兼顾携带氧气瓶工作人员进入工作的条件。例如：需要依靠人力的协助在刚性管道4顶部位置处收集无用的其他杂石块并将其抛弃在外。

所述的刚性管道4的衔接处允许外界水体对内渗漏，但只要深潜泵B在周期性地分批生产，即分批分离可燃冰成甲烷与水的过程中，能够控制好甲烷生成发生装置内底部的最低水平面即可。

本发明的使用方法：

其特征在于，有两种不同的操作方法：

(一)在甲烷生成发生装置安装完毕后，也是每批次可燃冰碎块在装置中装载完毕并欲开始分离甲烷与水时，即生产甲烷时的操作方法：

关闭供水升压阀9，开启深潜泵B将内部的水快速外排，到达控制的最低水平面为止，此时，内部环境压力骤然下降至达到可燃冰分离成甲烷与水的要求：甲烷最后会沿着刚性管道4上升并经过排气管道1输给用户使用，而分离出来大量的水就会很自然地被深潜泵B不断地向外排出，直到可燃冰碎块被全部分离成甲烷与水为止。

——本发明装置分离甲烷与水时，必须保证以刚性管道4内为主体的空间压力环境处于低压状态，其途径就是让水面上的大气空间的一个大气压力来主导可燃冰分离甲烷与水时的环境压力，显然是很低的，而且是能够做到的，上述结果主要是依靠深潜泵B周期性地工作。

(二)之后，重新往本发明装置中注入可燃冰碎块的方法：

开启供水升压阀9，通过内部的水位升高，使得密封盖5能够克服外部的水体高压而开启，由深水输送带D输送过来的可燃冰碎块6由上而下地通过进料口7并定量地进入堆放在碎杂石块收集网W的上部。

——当注入本发明装置中的可燃冰碎块全部分离成甲烷与水时，此时，由于以刚性管道4内为主体的空间中的压力环境是很低的，而其外部水体的压力是极高的，欲开启密封盖5是不可能的，显然，只有重新往以刚性管道4内为主体的空间大量注入水体，使得密封盖5两个侧面压力一样或基本上相当，才能够重新开启该密封盖5，让新的一批可燃冰碎块通过进料口7注入，维持连续产出甲烷。

说明一点：

本发明设置的前提是，采用类似露天煤矿的开采方法，不同的只是在深露水的情况下来开采海底表面可燃冰矿藏，即涉及该方案所有的水下器具必须是能够承受深潜水的基本条件才行。

这里可以坦言：涉及深潜水器具的所有核心技术已经处于接近于完全解决的程度。

——这里所述的已经解决的核心技术，起码必须做到，能够克服现有技术潜水泵的关键缺陷：潜水很浅(最多几十米的量级)，而且还需要该潜水泵定期上岸做清除内部渗水的维护(间隔时间几个月或几周)，该定期间隔时间周期的短与长，和该潜水泵潜水作业的潜水深度成正比。

Claims (3)

1.一种用于海底可燃冰矿藏碎块的甲烷生成发生装置，

其特征在于：

至少由一根刚性管道(4)从海平面插入并定位在海底岩层的甲烷生成发生装置的机体组成，该机体外底面设置有倒锥型的且能够与海底岩层的结合部位置相吻合的配重基础(8)，该机体内下部定位了深潜泵(B)，深潜泵(B)上方与进料口(7)之间设置了能够垂直上升至海平面的碎杂石块收集网(W)，进料口(7)上方设置有微波加热器(R)；

所述的进料口(7)设置有能够通过遥控翻动实施开启或封闭的密封盖(5)：

当密封盖(5)开启时，进料口(7)与外接的水下输送带(D)的端部能够实施非连接式的位置衔接，准确地接收由该水下输送带(D)输送的可燃冰碎块(6)；

所述的刚性管道(4)外侧水面以下设置了对内的遥控供水升压阀(9)，只有通过对内供水升压并与外侧水体压力一致时才能够让密封盖(5)开启；

所述的深潜泵(B)的上方设置有排水管道(2)，用以对外排放通过深潜泵(B)随时能够自动排出的内部积水；

所述的刚性管道(4)内部的水体被深潜泵(B)对外抽空时，就会受到水面大气空间一个大气压力的间接影响，其间接影响的方式是：

让刚性管道(4)内部生成的甲烷收集器(3)，最后从排气管道(1)对外输出供人们使用的过程当中。

2.一种根据权利要求1所述的用于海底可燃冰矿藏碎块的甲烷生成发生装置的安装施工方法，

其特征在于：

首先，由钻孔机在海底岩层为甲烷生成发生装置的配重基础(8)设置能够吻合的倒锥形洞孔；

然后，从水面将甲烷生成发生装置吊入水底的与之吻合的倒锥形洞孔位置，接通：从甲烷生成发生装置的顶部至水面接通刚性管道(4)；

最后，完成水面以上的甲烷收集器(3)以及排气管道(1)和排水管道(2)的设置；

所述的甲烷收集器(3)兼顾携带氧气瓶工作人员进入工作的条件；

所述的刚性管道(4)的衔接处允许外界水体对内渗漏，但只要深潜泵(B)在周期性地分批生产，即分批分离可燃冰成甲烷与水的过程中，能够控制好甲烷生成发生装置内底部的最低水平面即可。

3.一种根据权利要求1所述的用于海底可燃冰矿藏碎块的甲烷生成发生装置的使用方法，

其特征在于：

(一)在甲烷生成发生装置安装完毕后，也是每批次可燃冰碎块在装置中装载完毕并欲开始分离甲烷与水时，即生产甲烷时的操作方法：

关闭供水升压阀(9)，开启深潜泵(B)将内部的水快速外排，到达控制的最低水平面为止，此时，内部环境压力骤然下降至达到可燃冰分离成甲烷与水的要求：甲烷最后会沿着刚性管道(4)上升并经过排气管道(1)输给用户使用，而分离出来大量的水就会很自然地被深潜泵(B)不断地向外排出，直到可燃冰碎块被全部分离成甲烷与水为止；

(二)之后，重新往装置中注入可燃冰碎块的方法：

开启供水升压阀(9)，通过内部的水位升高，使得密封盖(5)能够克服外部的水体高压而开启，由深水输送带(D)输送过来的可燃冰碎块(6)由上而下地通过进料口(7)并定量地进入堆放在碎杂石块收集网(W)的上部。

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