【摘要】：作為我國第173個礦種,天然氣水合物是一種儲量豐富的高效清潔能源,也是未來全球能源發(fā)展的重要方向。固態(tài)流化開采是我國首創(chuàng)針對海底非成巖水合物安全綠色高效開采的一種新思路,二次破碎是水合物礦漿能否流化以及后續(xù)分離工藝能否順利實施的關(guān)鍵。本文針對初次采掘回收后的水合物漿體顆粒,在巖土破碎理論的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種管道內(nèi)二次破碎的方法和裝置。采用計算機仿真和實驗相結(jié)合的方法,開展了裝置刀齒數(shù)量、刀齒直徑、刀桿轉(zhuǎn)速等對二次破碎效果影響規(guī)律的研究,初步確定了能夠滿足固態(tài)流化和后續(xù)分離工藝要求的旋轉(zhuǎn)切削式二次破碎裝置的主要設(shè)計參數(shù),為后續(xù)天然氣水合物二次破碎裝置的設(shè)計和優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。本文主要研究工作如下:(1)在國內(nèi)外破碎原理和機構(gòu)調(diào)研的基礎(chǔ)上,結(jié)合固態(tài)流化開采工藝流程,本文提出了一種在輸送管道內(nèi)對水合物漿體進行旋轉(zhuǎn)切削的二次破碎方法。在此方法的基礎(chǔ)上,完成了二次破碎裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維模型建立,并對其主要部件進行了強度校核。(2)基于固態(tài)流化試采工況,針對所設(shè)計的二次破碎裝置,采用Fluent和EDEM耦合的方法,實現(xiàn)了對單刀盤破碎腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)攪拌流體和顆粒運動規(guī)律的仿真分析,從而建立了 一套二次破碎裝置性能評價的方法,為破碎腔內(nèi)相關(guān)結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)。(3)在所建立仿真模型和分析方法的基礎(chǔ)上,通過正交設(shè)計,開展了單刀盤一定轉(zhuǎn)速下不同刀齒數(shù)目、刀齒直徑、刀齒傾角等對流場運動規(guī)律的影響研究,結(jié)合對一組動靜盤顆粒運動規(guī)律的研究,完成了二次破碎裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。針對優(yōu)化后的二次破碎裝置結(jié)構(gòu)參數(shù),通過開展電機轉(zhuǎn)速和破碎腔入口流速對顆粒運動速度和位置的影響規(guī)律研究,確定了該裝置特定結(jié)構(gòu)下的最優(yōu)轉(zhuǎn)速、流速范圍,為固態(tài)流化工藝過程提供了技術(shù)和裝備支撐。(4)為了驗證所提出的破碎方法及裝置的可行性,設(shè)計了一套二次破碎實驗方案,并搭建了實驗臺架,開展了不同刀齒數(shù)目、刀盤數(shù)量、轉(zhuǎn)速等條件下破碎率及破碎后粒徑分布的實驗研究。實驗表明顆粒經(jīng)過該二次破碎裝置時單刀盤單次破碎率可達60%以上,破碎后顆粒粒徑可以減小60%,驗證了該破碎方法及裝置可對水合物漿體中大顆粒進行有效破碎。且不同參數(shù)下的破碎率和粒徑分布的變化規(guī)律與仿真結(jié)果基本保持一致,同時驗證了仿真方法的正確性。綜上所述,本文提出的水合物漿體二次破碎原理可行,所設(shè)計的二次破碎裝置結(jié)構(gòu)簡單、破碎高效,優(yōu)化后的二次破碎裝置可以為水合物固態(tài)流化開采中漿體的流化和后續(xù)分離提供不同粒度分布的漿體。所建立的一套仿真模型和分析方法,為水合物固態(tài)流化開采中二次破碎裝置的設(shè)計和優(yōu)化提供新思路。
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針對海洋天然氣水合物的試采案例較少，目前僅有日本和我國進行了水合物的試采逡逑工作。２０１３年３月１２日，日本當(dāng)局宣布＃｜６］，在愛知縣渥美半島及三重縣志摩半島海逡逑域海底的地層中發(fā)現(xiàn)可以分解出天然氣的水合物，其^u采概念如圖１－２所示，，在世界屬逡逑于首個可以通過分解甲烷水合物從而提取出天然氣的案例。在這之后宣稱，將通過為期逡逑兩周的實驗來生產(chǎn)天然氣，并對生產(chǎn)出的天然氣量進行統(tǒng)計以及相關(guān)分析工作。本次是逡逑對距離渥美半島約為８０公里、志摩半島約為５０公里的海域進行的開采工作。試采工作逡逑是通過日本某資源機構(gòu)使用地球深部探測船“地球”進行的，具體方式是：在水深約１０００逡逑米的海底，通過機械方式挖掘至２７０？３３０米深的地下水合物層，再利用通入海底的管逡逑道回收天然氣。逡逑立uv味（夬逡逑（通過該管回收Ｉ逡逑水）邐＾邋；邋Ｉ；逡逑防噴出裝

本文編號：2705633