【摘要】：目前,隨著傳統(tǒng)化石能源(煤、石油和天然氣)的不斷開采和使用,人們也在不斷的尋找未來可以替代傳統(tǒng)化石能源的新型能源。天然氣水合物作為一種新型的清潔能源,在極地永久凍土,海洋沉積層和海陸接壤處都賦藏豐富,并且在同等條件下,相同體積的天然氣水合物的碳含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他化石能源的碳含量,因此天然氣水合物作為一種未來可替代化石能源的新型清潔能源而被世界各國(guó)所關(guān)注。但是由于天然氣水合物獨(dú)特的賦存條件和其自身的物理特性,使得天然氣水合物的開采變得非常困難,所以對(duì)天然氣水合物的開采以及開采過程的相關(guān)研究就顯得尤為重要。本文主要依據(jù)深水淺層天然氣水合物固態(tài)流化開采技術(shù)的思路,總結(jié)了除此之外世界上目前開采天然氣水合物主流的思路方式,并對(duì)比了深水淺層天然氣水合物固態(tài)流化開采的優(yōu)勢(shì)。并基于此開采方式,主要研究了其過程中的水下預(yù)分離模塊。因?yàn)椴捎煤５最A(yù)分離技術(shù)不僅可以降低天然氣水合物管道輸送的舉升動(dòng)能的能量消耗,而且還可以有效的節(jié)省海上工作平臺(tái)的空間,進(jìn)而可以降低生產(chǎn)運(yùn)行的成本。本文分析總結(jié)了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的成熟的水下分離系統(tǒng)及分離工藝,發(fā)現(xiàn)有關(guān)固態(tài)流化開采非成巖天然氣水合物的水下分離技術(shù)公開發(fā)表的文獻(xiàn)少到基本可以忽略,所以對(duì)于此開采技術(shù)的水下分離工藝基本沒有成熟的理論或者經(jīng)驗(yàn)可以借鑒,因此對(duì)于此問題的研究具有非常顯著的現(xiàn)實(shí)意義。本文結(jié)合天然氣水合物的相關(guān)性質(zhì)以及固態(tài)流化開采技術(shù),針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足與空白,提出了一種適合于天然氣水合物固態(tài)流化開采過程中可以實(shí)現(xiàn)水合物高效分離的一種全新分離工藝。基于本文所提出的海底分離工藝,在將天然氣水合物混合漿體模型簡(jiǎn)化為只含有泥砂固體,水合物顆粒固體以及海水的固-固-液分離的前提下,研究了基于水力旋流器對(duì)海底天然氣水合物混合漿體除砂提純。利用流場(chǎng)模擬軟件Fluent在水力旋流器結(jié)構(gòu)確定的情況下,對(duì)水力旋流器的錐角、混合漿體的進(jìn)給速度和混合漿體中顆粒粒徑大小對(duì)水力旋流器分離效率的影響分別進(jìn)行了相應(yīng)的分析研究。最后再將天然氣水合物混合漿體中少量的甲烷氣體也考慮進(jìn)去,以便更為真實(shí)的反應(yīng)實(shí)際工況,混合漿體的模型由固-固-液變?yōu)榱斯?固-氣-液的分離,由于多了一相氣體的存在,所以傳統(tǒng)的水力旋流器結(jié)構(gòu)不能再滿足分離要求,故本文在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種適合水合物混合漿體除氣除砂的一種水力旋流器——雙錐-內(nèi)錐型水力旋流器。利用流場(chǎng)模擬軟件Fluent在該水力旋流器結(jié)構(gòu)確定的情況下,對(duì)不同固體顆粒粒徑在不同錐角組合下,不同進(jìn)口壓力下,不同進(jìn)口速度下,不同進(jìn)口泥砂體積分?jǐn)?shù)下,不同進(jìn)口氣體體積分?jǐn)?shù)下以及進(jìn)出口壓差不變的情況下不同進(jìn)出口壓力對(duì)分離效率的影響規(guī)律進(jìn)行了分析研究,為將來設(shè)計(jì)出更合適,更有效的分離設(shè)備提供一定的參考。
[Abstract]:At present, with the continuous exploitation and use of traditional fossil energy (coal, oil and natural gas), people are constantly looking for new energy sources that can replace traditional fossil energy in the future. Under the same conditions, the carbon content of natural gas hydrate is much higher than that of other fossil fuels, so natural gas hydrate as a new clean energy alternative to fossil fuels has attracted worldwide attention. However, the exploitation of gas hydrate becomes very difficult, so it is very important to study the exploitation and exploitation process of gas hydrate. The advantages of deep-water shallow gas hydrate solid-state fluidized mining are compared. Based on this mining method, the underwater pre-separation module in the process is mainly studied. This paper analyzes and summarizes the existing mature underwater separation systems and separation processes at home and abroad, and finds that the published literature on the technology of underwater separation for solid-state fluidized mining of non-diagenetic gas hydrates is almost negligible. There is no mature theory or experience to use for reference, so it is of great practical significance to study this problem. In this paper, combined with the related properties of natural gas hydrate and the technology of solid-state fluidized mining, aiming at the shortage and blank of the existing technology, a kind of solid-state fluidization suitable for natural gas hydrate is proposed. Based on the proposed seabed separation process, the model of natural gas hydrate mixture slurry is simplified as a solid-solid-liquid separation process consisting of only mud-sand solids, hydrate granular solids and seawater. Desanding and purification of natural gas hydrate mixture slurry were carried out by using the flow field simulation software Fluent. The effects of cone angle, feed rate and particle size on the separation efficiency of hydrocyclone were analyzed respectively under the condition that the structure of hydrocyclone was determined. However, a small amount of methane gas in the gas hydrate mixture slurry is also taken into account in order to make the reaction more realistic. The model of the mixture slurry changes from solid-solid-liquid to solid-solid-gas-liquid separation. Because of the existence of more than one phase gas, the traditional hydrocyclone structure can no longer meet the separation requirements, so this paper based on this. A kind of hydrocyclone-double cone-inner cone hydrocyclone suitable for degassing and desanding of hydrate mixture slurry was designed.Under the condition of the structure of the hydrocyclone being determined,the flow field simulation software Fluent was used to simulate the inlet velocity at different inlet pressures and different cone angles with different particle sizes under different inlet pressures. The influence of inlet and outlet pressure on separation efficiency under different inlet gas volume fraction and constant inlet and outlet pressure difference is analyzed and studied, which provides a reference for designing more suitable and effective separation equipment in the future.
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE53

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本文編號(hào)：2219036