RU2781055C1 - Cavitation method for producing gas hydrate - Google Patents

Cavitation method for producing gas hydrate Download PDF

Info

Publication number
RU2781055C1
RU2781055C1 RU2021131127A RU2021131127A RU2781055C1 RU 2781055 C1 RU2781055 C1 RU 2781055C1 RU 2021131127 A RU2021131127 A RU 2021131127A RU 2021131127 A RU2021131127 A RU 2021131127A RU 2781055 C1 RU2781055 C1 RU 2781055C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
hydrate
water
reaction vessel
liquefied
Prior art date
Application number
RU2021131127A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Сергеевич Елистратов
Татьяна Петровна Адамова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук
Application granted granted Critical
Publication of RU2781055C1 publication Critical patent/RU2781055C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: gas industry.
SUBSTANCE: invention relates to a cavitation method for producing gas hydrate, in which water and a liquefied hydrate gas are fed into the reaction vessel. The method is characterized by the fact that the gas is under static pressure in a metastable state. The thermobaric conditions in the reaction vessel correspond to the conditions under which hydrate formation is possible. An impeller consisting of a housing, shaft and blade wheels is installed in the reaction vessel. At the same time, holes are made in the lower part of the housing, which is in the water, with the help of rotating bladewheels, pressure is created, since the capacity of the holes is less than the capacity of the impeller, a pressure difference is created inside and outside the housing. Water and liquefied hydrate-forming gas begin to be sucked through the holes, which leads to boiling of the liquefied hydrate-forming gas and active mixing, which, in turn, leads to intensive hydrate formation.
EFFECT: use of the proposed method makes it possible to simplify the process due to the absence of a compressor with which the gas is compressed and cooled, as well as to ensure the continuity of the gas hydrate formation process.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области газовой промышленности и предназначено для получения гидратов различных газов (метан, углекислый газ, этан, пропан и т.д.).The invention relates to the gas industry and is intended for the production of hydrates of various gases (methane, carbon dioxide, ethane, propane, etc.).

Известен способ транспортирования или хранения гидратов газов (патент РФ № 2200727, 1997 г., С07С 5/02), в котором сжатый газ подают в реакционный сосуд и вместе с водой, находящейся под давлением, расширяют с уменьшением давления, пропуская через сопла или аналогичные отверстия. При этом образуются мелкие капельки воды, диспергированные в расширившемся газе. Вода и газ реагируют с образованием гидрата газа. Давление и температуру в реакторе устанавливают так, чтобы способствовать образованию гидрата. Однако этот способ обладает существенным недостатком, а именно низкой скоростью роста газогидратов.A known method of transporting or storing gas hydrates (RF patent No. 2200727, 1997, C07C 5/02), in which compressed gas is fed into the reaction vessel and, together with pressurized water, is expanded with decreasing pressure, passing through nozzles or similar holes. In this case, small droplets of water are formed, dispersed in the expanded gas. Water and gas react to form a gas hydrate. The pressure and temperature in the reactor are set to promote hydrate formation. However, this method has a significant drawback, namely the low growth rate of gas hydrates.

Известен способ получения гидрата газа (Патент GB № 2347938, 1999 г., F17C 11/00), где газ реагирует с водой в реакционном сосуде с образованием гидрата при давлении и температуре, необходимых для образования гидрата. Верхняя часть сосуда заполнена газовой фазой, нижняя - жидкой фазой. Вода распыляется через сопла, находящиеся в верхней части реакционного сосуда. Для образования капель жидкости используется ультразвуковая вибрирующая пластина в газовой фазе, содержащей гидратопроизводящую субстанцию. Ультразвуковая вибрирующая пластина используется для разрушения гидратных оболочек на поверхности больших капель воды, что приводит к реакции всей капли жидкости с образованием гидрата. Использование ультразвукового излучателя в газовой фазе интенсифицирует процесс образования газогидратов, однако недостатки ранее рассмотренного аналога (патент РФ № 2200727, 1997 г., С07С 5/02) присутствуют и здесь. По мнению авторов, использование ультразвукового излучателя в жидкой фазе является менее предпочтительным, чем в газовой фазе. К недостаткам использования ультразвукового излучателя в жидкой фазе с газовыми пузырьками относятся невозможность получения высоких амплитуд давления вследствие высокой сжимаемости газожидкостной среды, а также малая зона воздействия излучателя на среду из-за сильного затухания ультразвука в газожидкостных средах. A method for producing a gas hydrate is known (GB Patent No. 2347938, 1999, F17C 11/00), where the gas reacts with water in a reaction vessel to form a hydrate at a pressure and temperature necessary for the formation of a hydrate. The upper part of the vessel is filled with the gas phase, the lower part is filled with the liquid phase. Water is sprayed through nozzles located at the top of the reaction vessel. To form liquid droplets, an ultrasonic vibrating plate is used in the gas phase containing a hydrate-producing substance. An ultrasonic vibrating plate is used to break the hydrate shells on the surface of large water droplets, causing the entire liquid droplet to react to form a hydrate. The use of an ultrasonic emitter in the gas phase intensifies the process of formation of gas hydrates, however, the disadvantages of the previously considered analogue (RF patent No. 2200727, 1997, С07С 5/02) are also present here. According to the authors, the use of an ultrasonic emitter in the liquid phase is less preferable than in the gas phase. The disadvantages of using an ultrasonic emitter in a liquid phase with gas bubbles include the impossibility of obtaining high pressure amplitudes due to the high compressibility of the gas-liquid medium, as well as the small area of the emitter impact on the medium due to the strong attenuation of ultrasound in gas-liquid media.

Известен способ получения газогидратов методом взрывного вскипания (заявка на патент РФ № 2016137058, 2016 г., B01F 3/04, C02F 1/00, F17C 5/02, B01J 3/00), при котором реакционный сосуд, заполненный водой, подают сжатый газ, отличающийся тем, что в реакционном сосуде газ сжижается, а сжиженный газ переводят в состояние взрывного вскипания путем декомпрессии реакционного сосуда (резкого сброса давления до атмосферного). Недостаток данного способа в том, что метод взрывного вскипания является методом разового действия, то есть после разгерметизации камеры необходимо снова подготавливать реакционный сосуд (заливать воду, закрывать реакционный сосуд, заправлять гидратообразователь и охлаждать содержимое реакционного сосуда).A known method for producing gas hydrates by explosive boiling (application for a patent of the Russian Federation No. 2016137058, 2016, B01F 3/04, C02F 1/00, F17C 5/02, B01J 3/00), in which a reaction vessel filled with water is fed compressed gas, characterized in that the gas is liquefied in the reaction vessel, and the liquefied gas is transferred to a state of explosive boiling by decompression of the reaction vessel (a sharp drop in pressure to atmospheric pressure). The disadvantage of this method is that the explosive boiling method is a one-time method, that is, after the chamber is depressurized, it is necessary to prepare the reaction vessel again (fill in water, close the reaction vessel, fill the hydrate former and cool the contents of the reaction vessel).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения газовых гидратов (патент РФ № 2270053, 2003 г., B01F 3/04], при котором газ подвергают сжатию, охлаждению и смешивают с водой в сосуде, находящемся под давлением и температуре ниже равновесной температуры образования газового гидрата. На газожидкостную смесь импульсно воздействуют ударными волнами, что приводит к повышению давления в среде, к дроблению газовой фазы и значительной интенсификации процесса гидратообразования.The closest in technical essence to the claimed invention is a method for producing gas hydrates (RF patent No. 2270053, 2003, B01F 3/04], in which the gas is compressed, cooled and mixed with water in a vessel under pressure and at a temperature below equilibrium temperature of gas hydrate formation.The gas-liquid mixture is pulsed by shock waves, which leads to an increase in pressure in the medium, to crushing of the gas phase and a significant intensification of the process of hydrate formation.

Указанный способ решает задачу повышения скорости образования газовых гидратов. Однако достичь более высоких скоростей образования газовых гидратов этим способом нельзя, поскольку технически невозможно осуществить ввод в реактор равномерно распределенного в воде большого количества газа, сравнимого по массе с количеством вводимой в сосуд воды, за небольшие отрезки времени (десятки миллисекунд) между последовательно воздействующими на среду ударными волнами. При близких массовых расходах воды и газа вода уже не будет несущей фазой, что резко уменьшит (на порядок и более) отвод тепла, выделяющегося вследствие реакции гидратизации, и соответственно резко упадет (на порядок и более) скорость гидратообразования.This method solves the problem of increasing the rate of formation of gas hydrates. However, it is impossible to achieve higher rates of gas hydrate formation by this method, since it is technically impossible to introduce into the reactor a large amount of gas uniformly distributed in water, comparable in mass to the amount of water introduced into the vessel, for short periods of time (tens of milliseconds) between sequentially affecting the medium shock waves. At close mass flow rates of water and gas, water will no longer be a carrier phase, which will sharply reduce (by an order of magnitude or more) the removal of heat released due to the hydration reaction, and, accordingly, the rate of hydrate formation will drop sharply (by an order of magnitude or more).

Задачей изобретения является ускорение процесса образования газового гидрата, упрощение и удешевление процесса за счёт отсутствия компрессора, с помощью которого сжимают и охлаждают газ, а также обеспечение непрерывности процесса образования газового гидрата.The objective of the invention is to accelerate the process of formation of gas hydrate, simplify and reduce the cost of the process due to the absence of a compressor, which compresses and cools the gas, as well as ensuring the continuity of the process of formation of gas hydrate.

Поставленная задача решается тем, что в кавитационном способе получения газового гидрата, при котором в реакционный сосуд подают воду и сжиженный газ-гидратообразователь, согласно изобретению, в реакционный сосуд устанавливают импеллер, состоящий из корпуса, вала и крыльчаток, при этом в нижней части корпуса, находящейся в воде, выполнены отверстия, с помощью вращающихся крыльчаток создают напор и, через отверстия, начинает всасываться вода и сжиженный газ-гидратообразователь, что приводит к вскипанию сжиженного газа-гидратообразователя и активному перемешиванию, что в свою очередь, приводит к интенсивному гидратообразованию.The problem is solved by the fact that in the cavitation method for obtaining gas hydrate, in which water and a liquefied hydrate-forming gas are supplied to the reaction vessel, according to the invention , an impeller is installed in the reaction vessel, consisting of a housing, a shaft and impellers, while in the lower part of the housing, holes are made in the water, with the help of rotating impellers a pressure is created and, through the holes, water and liquefied hydrate-forming gas begin to be sucked in, which leads to boiling of the liquefied hydrate-forming gas and active mixing, which in turn leads to intensive hydrate formation.

Для повышения скорости гидратообразования в реакционном сосуде вместе с водой и сжиженным газом-гидратообразователем (далее по тексту «газ») находится импеллер. Применение сжиженного газа позволяет значительно уменьшить объём реакционного сосуда, что в свою очередь улучшает технико-экономические показатели. Вращаясь, крыльчатки импеллера создают напор и, через отверстия в корпусе, начинает всасываться вода и газ. Так как пропускная способность отверстий меньше чем производительность импеллера, создается разница давлений внутри и снаружи корпуса. Понижение давления внутри корпуса импеллера приводит к вскипанию газа на всасывающих сторонах крыльчаток импеллера и активному перемешиванию. Вскипание газа на всасывающих сторонах крыльчаток импеллера является эффектом кавитации. Кипение газа сопровождается понижением температуры, что в свою очередь приводит к интенсивному гидратообразованию.To increase the rate of hydrate formation, an impeller is located in the reaction vessel together with water and a liquefied hydrate-forming gas (hereinafter referred to as "gas"). The use of liquefied gas can significantly reduce the volume of the reaction vessel, which in turn improves technical and economic performance. Rotating, the impeller impellers create pressure and, through the holes in the housing, water and gas begin to be sucked in. Since the throughput of the holes is less than the performance of the impeller, a pressure difference is created inside and outside the housing. The decrease in pressure inside the impeller housing causes the gas to boil on the suction sides of the impeller impellers and actively mix. The flashing of gas on the suction sides of the impellers is the effect of cavitation. The boiling of the gas is accompanied by a decrease in temperature, which in turn leads to intense hydrate formation.

На фиг. 1 показана схема устройства для осуществления заявленного способа, где:In FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing the claimed method, where:

1 – корпус импеллера;1 - impeller body;

2 – вал, вращающий крыльчатки импеллера;2 - shaft rotating the impeller impellers;

3 – крыльчатки;3 - impellers;

4 – отверстия для всасывания воды и газа;4 - holes for suction of water and gas;

5 – решётка для сбора гидратной массы;5 - grate for collecting hydrated mass;

6 – сжиженный газ;6 - liquefied gas;

7 – вода;7 - water;

8 – вода, сжиженный газ, гидратная масса;8 - water, liquefied gas, hydrate mass;

9 – гидратная масса;9 – hydrated mass;

10 – корпус реакционного сосуда.10 – body of the reaction vessel.

Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.

В реакционном сосуде, вместе с водой и сжиженным газом, находится импеллер, состоящий из корпуса 1 наглухо закрытого с одного конца, вала 2 и крыльчаток 3. Крыльчатки жестко закреплены на валу. Газ находится под статическим давлением в метастабильном состоянии. Термобарические условия в реакционном сосуде соответствуют условиям, при которых возможно гидратообразование. В корпусе импеллера имеются отверстия 4 для всасывания воды и газа. К верхней части корпуса импеллера 1, находящейся в газовой среде, по окружности прикреплена решетка 5. Вращаясь, крыльчатки импеллера 3 создают напор и, через отверстия в корпусе 4, начинает всасываться вода и газ. Так как пропускная способность отверстий меньше, чем производительность импеллера, создается разница давлений внутри и снаружи корпуса импеллера. Понижение давления внутри корпуса импеллера приводит к вскипанию газа на всасывающих сторонах крыльчаток импеллера и активному перемешиванию. Вскипание газа на всасывающих сторонах крыльчаток импеллера является эффектом кавитации. Кипение газа сопровождается понижением температуры, что в свою очередь приводит к интенсивному гидратообразованию. Образовавшаяся гидратная масса выталкивается импеллером на решетку. Вскипевший на крыльчатках газ, не перешедший в гидратное состояние, по выходу из корпуса импеллера конденсируется и вместе с водой возвращается на дно реакционного сосуда и снова всасываются в импеллер, а получившийся газовый гидрат остаётся на решетке. По мере необходимости в реакционный сосуд добавляют воду и газ, а получившийся газовый гидрат удаляется.In the reaction vessel, together with water and liquefied gas, there is an impeller, consisting of a housing 1 tightly closed at one end, a shaft 2 and impellers 3. The impellers are rigidly fixed to the shaft. The gas is under static pressure in a metastable state. The thermobaric conditions in the reaction vessel correspond to the conditions under which hydrate formation is possible. There are 4 holes in the impeller housing for suction of water and gas. A grate 5 is attached to the upper part of the impeller body 1, which is in a gaseous medium, along the circumference. Rotating, the impeller 3 impellers create pressure and, through the holes in the body 4, water and gas begin to be sucked in. Since the throughput of the holes is less than the performance of the impeller, a pressure difference is created inside and outside the impeller housing. The decrease in pressure inside the impeller housing causes the gas to boil on the suction sides of the impeller impellers and actively mix. The flashing of gas on the suction sides of the impellers is the effect of cavitation. The boiling of the gas is accompanied by a decrease in temperature, which in turn leads to intense hydrate formation. The resulting hydrated mass is pushed onto the grate by the impeller. The gas boiled on the impellers, which did not turn into a hydrate state, condenses upon exiting the impeller housing and returns to the bottom of the reaction vessel together with water and is again sucked into the impeller, while the resulting gas hydrate remains on the grate. As needed, water and gas are added to the reaction vessel, and the resulting gas hydrate is removed.

Использование заявляемого способа получения газогидратов позволяет ускорить процесс гидратообразования.The use of the proposed method for obtaining gas hydrates allows you to accelerate the process of hydrate formation.

Claims (1)

Кавитационный способ получения газового гидрата, при котором в реакционный сосуд подают воду и сжиженный газ-гидратообразователь, отличающийся тем, что газ находится под статическим давлением в метастабильном состоянии, термобарические условия в реакционном сосуде соответствуют условиям, при которых возможно гидратообразование, в реакционный сосуд устанавливают импеллер, состоящий из корпуса, вала и крыльчаток, при этом в нижней части корпуса, находящейся в воде, выполнены отверстия, с помощью вращающихся крыльчаток создают напор, так как пропускная способность отверстий меньше, чем производительность импеллера, создается разница давлений внутри и снаружи корпуса, через отверстия начинает всасываться вода и сжиженный газ-гидратообразователь, что приводит к вскипанию сжиженного газа-гидратообразователя и активному перемешиванию, что, в свою очередь, приводит к интенсивному гидратообразованию.A cavitation method for producing gas hydrate, in which water and a liquefied hydrate-forming gas are supplied to the reaction vessel, characterized in that the gas is under static pressure in a metastable state, the thermobaric conditions in the reaction vessel correspond to the conditions under which hydrate formation is possible, an impeller is installed in the reaction vessel , consisting of a housing, a shaft and impellers, while holes are made in the lower part of the housing in the water, with the help of rotating impellers a pressure is created, since the throughput of the holes is less than the performance of the impeller, a pressure difference is created inside and outside the housing, through water and liquefied hydrate-forming gas begin to be sucked in from the hole, which leads to the boiling of the liquefied gas-hydrate-forming gas and active mixing, which, in turn, leads to intensive hydrate formation.
RU2021131127A 2021-10-26 Cavitation method for producing gas hydrate RU2781055C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2781055C1 true RU2781055C1 (en) 2022-10-04

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA200400891A1 (en) * 2001-12-31 2005-02-24 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. KNOT AND METHOD OF MULTI-STEP SEPARATION
RU2405740C2 (en) * 2009-02-24 2010-12-10 Учреждение Российской Академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской Академии наук Impact wave method of producing hydrated gases
RU2012109761A (en) * 2012-03-15 2013-09-20 Алексей Львович Сильвестров METHOD FOR PRODUCING, STORAGE AND DECOMPOSITION OF NATURAL GAS HYDRATES
CN206132754U (en) * 2016-10-31 2017-04-26 西南石油大学 Solid -state fluidization exploitation water gas separat experimental apparatus of simulation gas hydrate
CN110439529A (en) * 2019-08-20 2019-11-12 华东理工大学 It is a kind of for gas hydrates solid state fluidizing exploitation well on three-phase separating device and method
CN112049801A (en) * 2020-09-18 2020-12-08 西南石油大学 Double-impeller pump for marine natural gas hydrate excavation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA200400891A1 (en) * 2001-12-31 2005-02-24 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. KNOT AND METHOD OF MULTI-STEP SEPARATION
RU2405740C2 (en) * 2009-02-24 2010-12-10 Учреждение Российской Академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской Академии наук Impact wave method of producing hydrated gases
RU2012109761A (en) * 2012-03-15 2013-09-20 Алексей Львович Сильвестров METHOD FOR PRODUCING, STORAGE AND DECOMPOSITION OF NATURAL GAS HYDRATES
CN206132754U (en) * 2016-10-31 2017-04-26 西南石油大学 Solid -state fluidization exploitation water gas separat experimental apparatus of simulation gas hydrate
CN110439529A (en) * 2019-08-20 2019-11-12 华东理工大学 It is a kind of for gas hydrates solid state fluidizing exploitation well on three-phase separating device and method
CN112049801A (en) * 2020-09-18 2020-12-08 西南石油大学 Double-impeller pump for marine natural gas hydrate excavation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6653516B1 (en) Production method for hydrate and device for proceeding the same
US20140223958A1 (en) Clathrate desalination process using an ultrasonic actuator
RU2781055C1 (en) Cavitation method for producing gas hydrate
JP2004075771A (en) Apparatus for producing gas hydrate
RU2780795C1 (en) Device for obtaining gas hydrate
KR100932471B1 (en) Reaction Chamber of Gas Hydrate Generator
Nakoryakov et al. Experimental investigation of gas-hydrate formation by underwater boiling of a condensed gas layer
JP4045476B2 (en) Gas hydrate manufacturing method and manufacturing apparatus
JP4096580B2 (en) Hydrate manufacturing method and apparatus
US20100326132A1 (en) Process and appratus for producing gas hydrate
CN110812880B (en) Preparation method of nano-bubble extracted edible raw material
JP3876348B2 (en) Gas hydrate manufacturing method and manufacturing apparatus
RU2270053C2 (en) Method of production of gas hydrates
JP2003138279A (en) Gas hydrate generation apparatus
JP2006116503A (en) Concentrator of low-concentration gas-hydrate slurry and gas-hydrate production plant
RU2200727C2 (en) Gas hydrate transportation and storage method
US20160376515A1 (en) Systems and methods for gas hydrate slurry formation
JP4062431B2 (en) Gas clathrate manufacturing method and manufacturing apparatus
JP2003080056A (en) Vessel for forming gas hydrate, and device and method for producing gas hydrate
JP2003082371A (en) Gas hydrate-forming container, apparatus and method for producing gas hydrate
Meleshkin Influence of the intensity of gas relief in the process of synthesis of freon R32 hydrate by the method of boiling of the hydrate-forming gas in the volume of water
JP2012046696A (en) Device and method for generating mixed gas hydrate, and device for producing mixed gas hydrate pellet
RU2718795C2 (en) Method of producing gas hydrates by condensation of nanoclusters
JP2000264851A (en) Method for producing hydrate and device for producing the same
SU1212436A1 (en) Apparatus for generating fire-fighting foam