CN112127856A - 一种陆地开采可燃冰的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陆地开采可燃冰的装置，达到降低水的凝固点，便于可燃冰开采的优点，涉及可燃冰的开采领域，其技术方案要点是：包括设置在地面上的工作平台、设置在工作平台上的蓄水桶、设置在工作平台上且与蓄水桶通过第一连接管连接的换热器、设置在第一连接管上的第一泵、设置在换热器出口的第二连接管，第二连接管上设有将天然气充入热水中的微界面强化装置，所述微界面强化装置的出口设有延伸至井底可燃冰开采位置的排水管，所述蓄水桶上端设有进水管；工作平台上设有延伸至井底开采位置的天然气输出管道，所述天然气输出管道上设有第二泵，所述天然气输出管道的出口连接有气液分离器。

Description

一种陆地开采可燃冰的装置

技术领域

本发明涉及可燃冰的开采领域,更具体地说，它涉及一种陆地开采可燃冰的装置。

背景技术

陆地可燃冰是甲烷气体在低温高压环境下与水分子结合形成的结晶体，主要存在于陆地高原冻土层中，加热减压分解后产生的主要气体成分是纯度很高的甲烷，甲烷分子只有一个碳原子，燃烧后排放的二氧化碳少，且没有硫化物产生，是一种理想的清洁能源。

公开号为CN103510934A的中国专利公开了一种陆地可燃冰的开采方法及***：通过钻机钻两个深度不同，间距不太远的竖井到可燃冰层。在竖井的底部用***炸出两个空腔并贯通，向较深一点的井底不停地注入高温淡水，使甲烷从固态变成气态，气态甲烷从另一个竖井中喷出，经过加压和冷却除去水分，再经过氮气压缩机制冷到-162℃成液体甲烷或者再次做成可燃冰储存，开采的甲烷一部分用作为给淡水加热的燃料。

但是热水输出管道在将高温淡水输入井底的过程中，热水输出管道外界的温度逐渐降低，使得热水输出管道中的热水容易降温，粘度增大，流动阻力增大，甚至凝固堵塞热水输出管道，此时不利于可燃冰的开采。

发明内容

本发明的目的是提供一种陆地开采可燃冰的装置，达到降低水的凝固点，便于可燃冰开采的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种陆地开采可燃冰的装置，包括设置在地面上的工作平台、设置在工作平台上的蓄水桶、设置在工作平台上且与蓄水桶通过第一连接管连接的换热器、设置在第一连接管上的第一泵、设置在换热器出口的第二连接管，所述第二连接管上设有将天然气充入热水中的微界面强化装置，所述微界面强化装置的出口设有延伸至井底可燃冰开采位置的排水管，所述蓄水桶上端设有进水管；

所述工作平台上设有延伸至井底开采位置的天然气输出管道，所述天然气输出管道上设有第二泵，所述天然气输出管道的出口连接有气液分离器。

通过采用上述技术方案，蓄水桶将水通过第一连接管输送至换热器内进行加热，经过加热后的水通过第二连接管输送至微界面强化装置，此时天然气通过微界面强化装置并在其作用下生成微气泡，微气泡充满水中，使水呈现为乳化态溶液，降低了水的凝固点，此时将乳化态的热的水通过排水管输入到井底可燃冰开采位置，使得在井底的可燃冰融化，随后第二泵通过天然气输出管道将融化的可燃冰产生的天然气以及水抽上来，经过气液分离器实现天然气和水的分离，实现了可燃冰的开采，在此融化可燃冰的过程中并未有其余的杂质产生，因此只需要通过气液分离器即可，使得可燃冰采取效率高，整个过程绿色环保，成本低，且操作简单。

优选地，所述微界面强化装置包括设置在工作平台上的储存有天然气的气罐、与气罐通过第三连接管连接的压缩机、与压缩机通过第四连接管连接的产生微气泡的装置，所述产生微气泡的装置的输出口与排水管连接，所述第三连接管上设有第三泵。

通过采用上述技术方案，第三泵将气罐内的天然气抽出并输送到压缩机内，压缩机使得天然气产生高压进而进入产生微气泡的装置，此时产生微气泡的装置将天然气充入高温水中。

优选地，所述气液分离器的气体输出口设有第一排气管和第二排气管，所述第一排气管与设置在工作平台上的储气罐连接，所述第二排气管与气罐连通；

所述气液分离器的液体输出口设有第一排液管和第二排液管，所述第一排液管与蓄水桶连通，所述第一排液管上设有第四泵。

通过采用上述技术方案，从气液分离器内分离出来的天然气经过第一排气管进入储气罐进行存储，另一部分经过第二排气管进入气罐内，实现天然气的重复利用，节约资源，从气液分离器中输出的液体一部分经过第二排液管排放，另一部分经过第一排液管输入蓄水桶里面，便于蓄水桶内水的重复利用。

优选地，所述蓄水桶上端通过加盐管连接有储存有盐的放置桶，所述加盐管上设有限制放置桶内盐进入蓄水桶的限位件。

通过采用上述技术方案，通过放置桶给蓄水桶内加盐，可以进一步的降低水的凝固点，当蓄水桶不需要加盐时，限位件将会限制盐进入蓄水桶内。

优选地，所述加盐管包括与蓄水桶连通的第一竖直管、与第一竖直管远离蓄水桶一端连通的水平管以及与水平管远离第一竖直管一端连通的第二竖直管，所述第二竖直管远离水平管的一端与放置桶底部连通，所述限位件包括转动连接在水平管内的传动螺纹杆，所述螺纹杆的一端转动连接在水平管靠近第二竖直管的位置，另一端延伸至第一竖直管上方，所述水平管外壁设有驱动螺纹杆转动的电机。

通过采用上述技术方案，放置桶内的盐通过第二竖直管进入水平管内的螺纹杆上，电机驱动螺纹杆转动时，螺纹杆将会对水平管内的盐进行传输，将盐传输至第一竖直管内，进而进入蓄水桶内，当电机停止转动时，螺纹杆上的盐将会停止向蓄水桶内传输，操作简单，且用螺纹杆传输的盐可以精确控制进入蓄水桶内的量。

优选地，所述蓄水桶内设有使得盐均匀的与水混合的搅拌装置。

通过采用上述技术方案，搅拌装置的设置增大了盐在水中的溶解速度，使得水中的盐能够快速溶解，且使得水中的盐能够均匀的分布，减少盐在蓄水桶内溶解的速度。

优选地，所述搅拌装置包括设置在进水管下方的转轴，所述转轴的一端转动连接在蓄水桶内壁，所述转轴上设有正对进水管下方的驱动板，所述驱动板沿转轴外壁均匀阵列有若干。

通过采用上述技术方案，当进水管内进水时，进水管内的水落在驱动板上，使得驱动板带动转轴转动，直至下一个驱动板位于进水管下方，依次往复使得转轴转动，驱动板搅动在蓄水桶内的水，使得水和盐能够更好的混合。

优选地，所述蓄水桶桶壁在转轴下方转动连接有与转轴平行的从动轴，所述从动轴上设有与各个驱动板啮合的从动板。

通过采用上述技术方案，当驱动板绕着转轴转动时，驱动板拨动从动板转动，进而使得从动板带动从动轴转动，增大蓄水桶内水的搅拌范围，加快水与盐的混合速度。

优选地，所述第一排液管上设有加热盒，所述加热盒的盒底设有加热丝，所述加热盒在加热丝上方设有封闭加热丝的导热板，所述加热盒上端开设有蒸气排放管。

通过采用上述技术方案，加热盒的设置使得进入蓄水桶内的水中的盐能够达到一定的饱和度，此时加热盒中的导热板将热量传递给水，使得水蒸发吸收热量，进而使得水中盐达到饱和度，减少放置桶内盐的放入。

优选地，所述第二连接管外套设有套管，且套管的两端封闭，套管内壁与第二连接管外壁之间存在间隙，所述排放管与套管内壁连通。

通过采用上述技术方案，排放管将加热盒内产生的蒸气传输到套管和第二连接管之间，减小热水在第二连接管内传输时热量的散发。

综上所述，本发明具有以下有益效果：蓄水桶将水通过第一连接管输送至换热器内进行加热，经过加热后的水通过第二连接管输送至微界面强化装置，此时天然气通过微界面强化装置并在其作用下生成微气泡，微气泡充满水，使水呈现为乳化态溶液，降低了水的凝固点，此时将乳化态的热的水通过排水管输入到井底可燃冰开采位置，使得在井底的可燃冰融化，随后第二泵通过天然气输出管道将融化的可燃冰产生的天然气以及水抽上来，经过气液分离器实现天然气和水的分离，实现了可燃冰的开采，在此融化可燃冰的过程中并未有其余的杂质产生，因此只需要通过气液分离器即可，使得可燃冰采取效率高，整个过程绿色环保，成本低，且操作简单。

附图说明

图1是本实施例的结构示意图；

图2是本实施例的用于体现加盐管的结构示意图；

图3是本实施例的用于体现加热盒的结构示意图；

图4是本实施例的用于体现排放管。

图中：1、工作平台；11、蓄水桶；111、进水管；112、加盐管；1121、第一竖直管；1122、水平管；1123、第二竖直管；113、放置桶；114、限位件；1141、螺纹杆；1142、电机；115、搅拌装置；1151、转轴；1152、驱动板；1153、从动轴；1154、从动板；12、第一连接管；121、第一泵；13、换热器；131、第二连接管；14、微界面强化装置；141、排水管；15、天然气输出管道；151、第二泵；16、气液分离器；161、第一排气管；162、第二排气管；163、储气罐；164、第一排液管；165、第二排液管；166、第四泵；17、气罐；171、第三连接管；172、压缩机；173、第四连接管；174、产生微气泡的装置；175、第三泵；18、加热盒；181、加热丝；182、导热板；183、排放管；19、套管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

一种陆地开采可燃冰的装置，如图1，包括设置在地面上的工作平台1、设置在工作平台1上的蓄水桶11、设置在工作平台1上且与蓄水桶11通过第一连接管12连接的换热器13、设置在第一连接管12上的第一泵121、设置在换热器13出口的第二连接管131，第二连接管131上设有将天然气充入热水中的微界面强化装置14，微界面强化装置14的出口设有延伸至井底可燃冰开采位置的排水管141，蓄水桶11上端设有进水管111；工作平台1上设有延伸至井底开采位置的天然气输出管道15，天然气输出管道15上设有第二泵151，天然气输出管道15的出口连接有气液分离器16。工作平台1可以为水泥浇筑成的方形台。

如图1，排水管141在延伸至井底可燃冰开采位置之前，工作平台1上的钻机将排水管141、天然气输出管道15在井底放置的位置钻出来，便于排水管141、天然气输出管道15直接延伸至开采位置。当排水管141、天然气输出管道15移动到井底开采位置后再将排水管141、天然气输出管道15分别连接到微界面强化装置14和气液分离器16上。

如图1，操作过程：蓄水桶11将水通过第一连接管12输送至换热器13内进行加热，经过加热后的水通过第二连接管131输送至微界面强化装置14，此时天然气通过微界面强化装置14并在其作用下生成微气泡，微气泡充满水中，使水呈现为乳化态溶液，降低了水的凝固点，此时将乳化态的热的水通过排水管141输入到井底可燃冰开采位置，使得在井底的可燃冰融化，随后第二泵151通过天然气输出管道15将融化的可燃冰产生的天然气以及水抽上来，经过气液分离器16实现天然气和水的分离，实现了可燃冰的开采，在此融化可燃冰的过程中并未有其余的杂质产生，因此从天然气输出管道15抽出的气液混合物只需要通过气液分离器16即可，使得可燃冰采取效率高，整个过程绿色环保，成本低，且操作简单。

如图1，微界面强化装置14包括设置在工作平台1上的储存有天然气的气罐17、与气罐17通过第三连接管171连接的压缩机172、与压缩机172通过第四连接管173连接的产生微气泡的装置174，产生微气泡的装置174可以为公告号为CN102781561B公开的一种用于产生微气泡的装置174，产生微气泡的装置174的输出口与排水管141连接，第三连接管171上设有第三泵175。第三泵175将气罐17内的天然气抽出并输送到压缩机172内，压缩机172使得天然气产生高压进而进入产生微气泡的装置174，此时产生微气泡的装置174将天然气充入水中。

如图1，或者微界面强化装置14包括混合器主体以及与混合器主体连接的微界面发生器，混合器主体与第四连接管173连接以及第二连接管131连接，一般来讲，混合器主体为气-液介质的混合腔室，混合器主体包括釜式混合器、管式混合器、塔式混合器中的一种或者几种的组合。

如图1，微界面发生器包括机械微结构和/或湍流微结构，通过微通道作用方式、场力作用方式以及机械能作用方式，或者这三种方式的任意组合，将多相反应介质中的气相和/或液相破碎成直径为微米级的微气泡和/或微液滴。其中，微通道作用方式是通过构造流道的微结构，使通过微流道的气相和/或液相破碎成微气泡和/或液滴；场力作用方式是利用外场力作用以非接触的方式为流体输入能量，使其破碎成微气泡或微液滴；机械能作用方式是利用流体的机械能，将其转换成气泡或液滴的表面能，使气泡或液滴破碎成微气泡或微液滴。

如图1，作为实施例方式之一地，微界面发生器为任意的一个实物平面，平面上具有贯穿其的孔，每个孔包括气体入口和气体出口，气体出口的宽度大于气体入口的宽度，若想要生成微米级的气泡，气体出口的平均宽度为5微米到90微米，气体入口的平均宽度为1微米到5微米。并且孔从气体入口向气体出口的方向逐渐变小。

如图1，微界面发生器连接在混合器主体的进口端，其设置数量至少为一组。需要生成大量的微气泡/微液滴时，微界面发生器可设置多组。

如图1，继上述技术方案，气液分离器16的气体输出口设有第一排气管161和第二排气管162，第一排气管161与设置在工作平台1上的储气罐163连接，第二排气管162与气罐17连通，从气液分离器16内分离出来的天然气经过第一排气管161进入储气罐163进行存储，另一部分经过第二排气管162进入气罐17内，实现天然气的重复利用，节约资源；气液分离器16的液体输出口设有第一排液管164和第二排液管165，第一排液管164与蓄水桶11连通，第一排液管164上设有第四泵166；从气液分离器16中输出的液体一部分经过第二排液管165直接排放，另一部分经过第一排液管164输入蓄水桶11里面，便于蓄水桶11内水的重复利用，节约了水资源。第一排气管161、第二排气管162、第一排液管164、第二排液管165上也可以均设有截止阀，根据需要随时打开关闭截止阀。

如图1和图2，为了进一步的降低水的凝固点，因此在蓄水桶11上端通过加盐管112连接有储存有盐的放置桶113，此时盐可以为氯化钠、硫酸钠等，加盐管112上设有限制放置桶113内盐进入蓄水桶11的限位件114。当放置桶113内的盐进入蓄水桶11内时，进一步降低水的凝固点，此时流入第二连接管131内的为饱和的盐水，微气泡充满饱和盐水，使饱和盐水呈现为乳化态溶液，降低了水的凝固点。

如图1和图2，加盐管112包括与蓄水桶11连通的第一竖直管1121、与第一竖直管1121远离蓄水桶11一端连通的水平管1122以及与水平管1122远离第一竖直管1121一端连通的第二竖直管1123，第二竖直管1123远离水平管1122的一端与放置桶113底部连通，限位件114包括转动连接在水平管1122内的传动螺纹杆1141，螺纹杆1141外壁与水平管1122内壁相接触，螺纹杆1141的一端转动连接在水平管1122靠近第二竖直管1123的位置，另一端延伸至第一竖直管1121上方，水平管1122外壁设有驱动螺纹杆1141转动的电机1142。

如图1和图2，放置桶113内的盐通过第二竖直管1123进入水平管1122内的螺纹杆1141上，电机1142驱动螺纹杆1141转动时，螺纹杆1141将会对水平管1122内的盐进行传输，将盐传输至第一竖直管1121内，进而进入蓄水桶11内，当电机1142停止转动时，螺纹杆1141上的盐将会停止向蓄水桶11内传输，操作简单，且用螺纹杆1141传输的盐可以精确控制进入蓄水桶11内的量。

如图1和图2，蓄水桶11内设有使得盐均匀的与水混合的搅拌装置115，搅拌装置115的设置增大了盐在水中的溶解速度，使得水中的盐能够快速溶解，且使得水中的盐能够均匀的分布，减少盐在蓄水桶11内溶解的速度。

如图1和图2，搅拌装置115包括设置在进水管111下方的转轴1151，转轴1151的一端转动连接在蓄水桶11内壁，转轴1151上设有正对进水管111下方的驱动板1152，驱动板1152沿转轴1151外壁均匀阵列有若干。驱动板1152沿转轴1151长度方向分布，便于增大驱动板1152的搅拌范围。当进水管111内进水时，进水管111内的水落在驱动板1152上，使得驱动板1152带动转轴1151转动，直至下一个驱动板1152位于进水管111下方，依次往复使得转轴1151转动，驱动板1152搅动在蓄水桶11内的水，使得水和盐能够更好的混合。

如图1和图2，蓄水桶11桶壁在转轴1151下方转动连接有与转轴1151平行的从动轴1153，从动轴1153上设有与各个驱动板1152啮合的从动板1154。当驱动板1152绕着转轴1151转动时，驱动板1152拨动从动板1154转动，进而使得从动板1154带动从动轴1153转动，增大蓄水桶11内水的搅拌范围，加快水与盐的混合速度。

如图1和图3，当蓄水桶11上端有储存有盐的放置桶113时，且从气液分离器16的第一排液管164中排入蓄水桶11内的水时，为了减小第一排液管164内输送的水对蓄水桶11内盐的稀释，因此在第一排液管164上设有加热盒18，加热盒18的盒底设有加热丝181，加热盒18在加热丝181上方设有封闭加热丝181的导热板182，加热盒18上端开设有蒸气排放管183。加热盒18的设置使得进入蓄水桶11内的水中的盐能够达到一定的饱和度，此时加热盒18中的导热板182将热量传递给水，使得水蒸发吸收热量，进而使得水中盐达到饱和度，减少放置桶113内盐的放入。

如图1和图4，继上述方案，第二连接管131外套设有套管19，且套管19的两端封闭，套管19可以为两个横截面为半圆形的半管，两个半管可以通过卡箍固定，套管19内壁与第二连接管131外壁之间存在间隙，排放管183与套管19内壁连通。排放管183将加热盒18内产生的蒸气传输到套管19和第二连接管131之间，减小热水在第二连接管131内传输时热量的散发。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种陆地开采可燃冰的装置，其特征是：包括设置在地面上的工作平台（1）、设置在工作平台（1）上的蓄水桶（11）、设置在工作平台（1）上且与蓄水桶（11）通过第一连接管（12）连接的换热器（13）、设置在第一连接管（12）上的第一泵（121）、设置在换热器（13）出口的第二连接管（131），所述第二连接管（131）上设有将天然气充入热水中的微界面强化装置（14），所述微界面强化装置（14）的出口设有延伸至井底可燃冰开采位置的排水管（141），所述蓄水桶（11）上端设有进水管（111）；

所述工作平台（1）上设有延伸至井底开采位置的天然气输出管道（15），所述天然气输出管道（15）上设有第二泵（151），所述天然气输出管道（15）的出口连接有气液分离器（16）。

2.根据权利要求1所述的一种陆地开采可燃冰的装置，其特征是：所述微界面强化装置（14）包括设置在工作平台（1）上的储存有天然气的气罐（17）、与气罐（17）通过第三连接管（171）连接的压缩机（172）、与压缩机（172）通过第四连接管（173）连接的产生微气泡的装置（174），所述产生微气泡的装置（174）的输出口与排水管（141）连接，所述第三连接管（171）上设有第三泵（175）。

3.根据权利要求1所述的一种陆地开采可燃冰的装置，其特征是：所述气液分离器（16）的气体输出口设有第一排气管（161）和第二排气管（162），所述第一排气管（161）与设置在工作平台（1）上的储气罐（163）连接，所述第二排气管（162）与气罐（17）连通；

所述气液分离器（16）的液体输出口设有第一排液管（164）和第二排液管（165），所述第一排液管（164）与蓄水桶（11）连通，所述第一排液管（164）上设有第四泵（166）。

4.根据权利要求1或3所述的一种陆地开采可燃冰的装置，其特征是：所述蓄水桶（11）上端通过加盐管（112）连接有储存有盐的放置桶（113），所述加盐管（112）上设有限制放置桶（113）内盐进入蓄水桶（11）的限位件（114）。

5.根据权利要求3所述的一种陆地开采可燃冰的装置，其特征是：所述加盐管（112）包括与蓄水桶（11）连通的第一竖直管（1121）、与第一竖直管（1121）远离蓄水桶（11）一端连通的水平管（1122）以及与水平管（1122）远离第一竖直管（1121）一端连通的第二竖直管（1123），所述第二竖直管（1123）远离水平管（1122）的一端与放置桶（113）底部连通，所述限位件（114）包括转动连接在水平管（1122）内的传动螺纹杆（1141），所述螺纹杆（1141）的一端转动连接在水平管（1122）靠近第二竖直管（1123）的位置，另一端延伸至第一竖直管（1121）上方，所述水平管（1122）外壁设有驱动螺纹杆（1141）转动的电机（1142）。

6.根据权利要求4所述的一种陆地开采可燃冰的装置，其特征是：所述蓄水桶（11）内设有使得盐均匀的与水混合的搅拌装置（115）。

7.根据权利要求6所述的一种陆地开采可燃冰的装置，其特征是：所述搅拌装置（115）包括设置在进水管（111）下方的转轴（1151），所述转轴（1151）的一端转动连接在蓄水桶（11）内壁，所述转轴（1151）上设有正对进水管（111）下方的驱动板（1152），所述驱动板（1152）沿转轴（1151）外壁均匀阵列有若干。

8.根据权利要求7所述的一种陆地开采可燃冰的装置，其特征是：所述蓄水桶（11）桶壁在转轴（1151）下方转动连接有与转轴（1151）平行的从动轴（1153），所述从动轴（1153）上设有与各个驱动板（1152）啮合的从动板（1154）。

9.根据权利要求4所述的一种陆地开采可燃冰的装置，其特征是：所述第一排液管（164）上设有加热盒（18），所述加热盒（18）的盒底设有加热丝（181），所述加热盒（18）在加热丝（181）上方设有封闭加热丝（181）的导热板（182），所述加热盒（18）上端开设有蒸气排放管（183）。

10.根据权利要求9所述的一种陆地开采可燃冰的装置，其特征是：所述第二连接管（131）外套设有套管（19），且套管（19）的两端封闭，所述套管（19）内壁与第二连接管（131）外壁之间存在间隙，所述排放管（183）与套管（19）内壁连通。

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