Теплотехника

Автор:Админ

Способ производства темного пива

Изобретение относится к технологии пивоварения. Способ предусматривает экстрагирование хмеля жидким азотом с отделением соответствующей мисцеллы, резку, сушку в поле СВЧ при заданных параметрах процесса и обжарку скорцонера, смешивание скорцонера и солода, пропитку полученной смеси отделенной мисцеллой с одновременным повышением давления до значения, соответствующего давлению насыщенных паров азота при температуре пропитки, сброс давления до атмосферного с одновременным замораживанием смеси, ее криоизмельчение в среде выделившегося азота, заливку питьевой водой и осахаривание с получением сусла, внесение в него пивных дрожжей, главное брожение, дображивание и фильтрование. Способ позволяет сократить продолжительность технологического процесса и повысить стойкость пены целевого продукта.

Способ производства темного пива, предусматривающий приготовление сусла из солода, обжаренного несоложеного сырья и хмеля, внесение в него пивных дрожжей, главное брожение, дображивание молодого пива и его фильтрование, отличающийся тем, что хмель экстрагируют жидким азотом с отделением соответствующей мисцеллы, в качестве несоложеного сырья используют скорцонер, который нарезают, сушат в поле СВЧ до остаточной влажности около 20% при мощности поля СВЧ, обеспечивающей разогрев скорцонера до температуры внутри кусочков 80-90°С, в течение не менее 1 ч и обжаривают, смешивают скорцонер и солод в соотношении по массе 1:(10-25), пропитывают полученную смесь отделенной мисцеллой с одновременным повышением давления до значения, соответствующего давлению насыщенных паров азота при температуре пропитки, сбрасывают давление до атмосферного с одновременным замораживанием смеси, подвергают ее криоизмельчению в среде выделившегося азота, заливают питьевой водой и осахаривают с получением сусла.

Изобретение относится к технологии пивоварения.Известен способ производства темного пива, предусматривающий получение затора из измельченного солода, его осахаривание, добавление обжаренного цикория, кипячение с хмелем, охлаждение, внесение пивных дрожжей, главное брожение, дображивание молодого пива и его фильтрование (UA 3481 С1, 1994).Недостатком этого способа является большая длительность технологического процесса.Техническим результатом изобретения является сокращение продолжительности технологического процесса и повышение стойкости пены целевого продукта.Этот результат достигается тем, что в способе производства темного пива, предусматривающем приготовление сусла из солода, обжаренного несоложеного сырья и хмеля, внесение в него пивных дрожжей, главное брожение, дображивание молодого пива и его фильтрование, согласно изобретению хмель экстрагируют жидким азотом с отделением соответствующей мисцеллы, в качестве несоложеного сырья используют скорцонер, который нарезают, сушат в поле СВЧ до остаточной влажности около 20% при мощности поля СВЧ, обеспечивающей разогрев скорцонера до температуры внутри кусочков 80-90°С, в течение не менее 1 часа и обжаривают, смешивают скорцонер и солод в соотношении по массе 1:(10-25), пропитывают полученную смесь отделенной мисцеллой с одновременным повышением давления, сбрасывают давление до атмосферного с одновременным замораживанием смеси, подвергают ее криоизмельчению в среде выделившегося азота, заливают питьевой водой и осахаривают с получением сусла.Способ реализуется следующим образом.Хмель экстрагируют жидким азотом и отделяют мисцеллу по известной технологии (Касьянов Г.И., Квасенков О.И., Немагуллаев И., Нестеров В.В. Обработка растительного сырья сжиженными и сжатыми газами. — М.: АгроНИИТЭИПП, 1993, с.7-15).Скорцонер подготавливают по традиционной технологии, нарезают и сушат в поле СВЧ до остаточной влажности около 20% в течение не менее 1 часа. При этом по известным зависимостям (Губиев Ю.К. Научно-практические основы теплотехнологических процессов пищевых производств в электромагнитном поле СВЧ. Автореферат дис. д.т.н. — М.: МТИПП, 1990, с.7-11) рассчитывают значения мощности поля СВЧ, позволяющие обеспечить время сушки скорцонера 1 час и разогрев до температуры внутри кусочков 80 и 90°С. Мощность поля СВЧ задают больше или равной второму значению и меньше или равной меньшему из первого и третьего значений рассчитанных мощностей.Сушка в поле СВЧ при температуре выше 90°С приводит к преждевременной карамелизации сахаров. Сушка в поле СВЧ при температуре ниже 80°С и сокращение времени сушки менее 1 часа приводят к сокращению выхода экстрактивных веществ. Поскольку увеличение времени сушки автоматически приводит к увеличению удельных энергозатрат, максимальное значение времени сушки определяют по функции желательности Харрингтона для максимального выхода экстрактивных веществ при минимальных удельных затратах энергии.Затем скорцонер обжаривают по традиционной технологии (Нахмедов Ф.Г. Технология кофепродуктов. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984, с.58-73).Обжаренный скорцонер и солод совместно загружают в барабан криомельницы в соотношении по массе 1:(10-25) и заливают для пропитки отделенной мисцеллой. Количество мисцеллы выбирают по известным рекомендациям (Христюк А.В. Совершенствование технологии производства пива. — Краснодар: КНИИХП, 2003, с.133-134). Давление в барабане автоматически повышается до значения, соответствующего давлению насыщенных паров азота при температуре пропитки. Время пропитки рассчитывают по известным закономерностям массообмена (Космодемьянский Ю.В. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для студентов техникумов. — М.: Колос, 1997, с.135-162). При этом происходит впитывание азота и насыщение смеси содержащимися в мисцелле экстрактивными веществами.После завершения пропитки давление в барабане сбрасывают до атмосферного, что обеспечивает испарение азота и замораживание смеси, а затем осуществляют криоизмельчение смеси в среде выделившегося азота.Измельченную смесь заливают питьевой водой и осахаривают с получением сусла. При этом за счет использования газожидкостной мисцеллы ускоряется процесс осахаривания затора и увеличивается выход в сусло экстрактивных веществ солода (RU 2318015 С1, 2008).Следует отметить, что осуществление охмеления сусла на стадии затирания значительно сокращает продолжительность приготовления сусла.В полученное сусло вводят пивные дрожжи, и по технологии наиболее близкого аналога последовательно осуществляют главное брожение, дображивание молодого пива и фильтрование с получением целевого продукта.При проведении органолептической оценки целевого продукта в соответствии с ГОСТ Р 51174-98 было установлено, что по сравнению с продуктом, полученным по наиболее близкому аналогу, стойкость пены повышена на 15-20%, что, вероятно, объясняется увеличением содержания поверхностно-активных веществ в экстракте скорцонера при описанной технологии его обработки перед обжаркой.Таким образом, предлагаемый способ позволяет сократить продолжительность технологического процесса и повысить стойкость пены целевого продукта.

Автор:Админ

Способ сжижения криогенных газов

Изобретение относится к области криогенной техники, в частности к способам сжижения и использования криогенных газов. Способ сжижения криогенных газов включает процессы: сжижения рабочего газа, при котором рабочий газ сжимают в компрессоре, охлаждают в теплообменнике при теплообмене с хладагентом и дросселируют до получения жидкости; использования рабочего газа, при котором сжиженный газ испаряют и нагревают в теплообменнике при теплообмене с хладагентом и используют в потребителе; охлаждения хладагента, при котором хладагент охлаждают в теплообменнике при теплообмене со сжиженным рабочим газом; нагрева охлажденного хладагента, при котором хладагент нагревают в теплообменнике при теплообмене с рабочим газом; и перемещения транспортными средствами сжиженного рабочего газа к месту потребления и хладагента к месту сжижения рабочего газа. В указанных процессах в качестве хладагента используют жидкость, температура плавления которой превышает температуру сжижения рабочего газа, в качестве теплообменника используют хладоаккумулятор, который перед нагревом сжиженного рабочего газа заполняют хладагентом, последний охлаждают до отверждения и переохлаждают, а при сжижении рабочего газа хладагент нагревают до текучего состояния и утилизируют. Использование изобретения позволяет существенно упростить и удешевить процесс сжижения любых криогенных газов.

Способ сжижения криогенных газов, по которому осуществляют процессы: сжижения рабочего газа, при котором рабочий газ сжимают в компрессоре, охлаждают в теплообменнике при теплообмене с хладагентом и дросселируют до получения жидкости; использования рабочего газа, при котором сжиженный газ испаряют и нагревают в теплообменнике при теплообмене с хладагентом и используют в потребителе; охлаждения хладагента, при котором хладагент охлаждают в теплообменнике при теплообмене со сжиженным рабочим газом; нагрева охлажденного хладагента, при котором хладагент нагревают в теплообменнике при теплообмене с рабочим газом; и перемещения транспортными средствами сжиженного рабочего газа к месту потребления и хладагента к месту сжижения рабочего газа, отличающийся тем, что в качестве хладагента используют жидкость, температура плавления которой превышает температуру сжижения рабочего газа, в качестве теплообменника используют хладоаккумулятор, который перед нагревом сжиженного рабочего газа заполняют хладагентом, последний охлаждают до отверждения и переохлаждают, а при сжижении рабочего газа хладагент нагревают до текучего состояния и утилизируют.

Изобретение относится к области криогенной техники, в частности к способам сжижения и использования криогенных газов.Сжижение криогенных газов является сложным и дорогостоящим технологическим процессом. Для сжижения криогенного газа его предварительно сжимают компрессором до высокого давления, затем прямой поток газа охлаждают в теплообменнике обратным потоком газа, затем дросселируют с получением криогенной жидкости, которую подают и хранят в теплоизолированной емкости.Известно устройство по патенту РФ №2262645, F25J 1/00, 2005, в котором природный газ сжижают указанным способом, но дополнительно охлаждают испаряемым хладагентом — фреоном или пропаном, получаемым в холодильной машине. Сжиженный природный газ используется, в том числе, для отгрузки потребителям. По этому способу энергия сжижения газа расходуется вместе с газом.Известно также устройство по патенту РФ №2137067, F25J 1/02, 1999, в котором природный газ дополнительно охлаждают хладагентом — жидким азотом, вырабатываемым в замкнутом холодильном контуре.Известен способ сжижения природного газа по патенту РФ №2137066, F25J 1/02, 1999, по которому газ в холодильном процессе дополнительно охлаждают хладагентом — азотом или смесью газов на основе азота. При этом параметры хладагента регулируют в широком диапазоне путем изменения его состава и давления.Известен также способ сжижения газовой смеси по патенту РФ №2205337, F25J 1/02, 2001, по которому в качестве основного хладагента используют пропан или двуокись углерода, циркулирующие по замкнутому контуру. В изобретении энергия сжижения рабочего газа не возвращается.Известен также способ по заявке на изобретение РФ №2005108560, A01G 23/00, 2006, по которому из смеси дымовых газов ТЭС выделяют путем сжижения двуокись углерода. Последнюю транспортируют в лесной питомник, где жидкость газифицируют, а газ используют для полезного обогащения атмосферы.Ближайшим аналогом заявленного изобретения является способ для сжижения природного газа и его регазификации по патенту РФ №2212600, F25J 1/02, 2003, по которому осуществляют процессы: сжижения рабочего газа, при котором рабочий газ сжимают в компрессоре, охлаждают в теплообменнике при теплообмене с хладагентом и дросселируют до получения жидкости; использования рабочего газа, при котором сжиженный газ испаряют и нагревают в теплообменнике при теплообмене с хладагентом и используют в потребителе; охлаждения хладагента, при котором хладагент охлаждают в теплообменнике при теплообмене со сжиженным рабочим газом; нагрева охлажденного хладагента, при котором хладагент нагревают в теплообменнике при теплообмене с рабочим газом; и перемещения транспортными средствами сжиженного рабочего газа и хладагента.Последнее изобретение имеет существенные недостатки. По этому способу выбор хладагентов достаточно ограничен тем условием, чтобы в процессах сжижения и испарения хладагента он не терял текучести. При этом диапазон рабочих температур хладагента оказывается жестко ограничен. В то же время некоторые хладагенты затруднительно или дорого использовать по другому назначению, то есть утилизировать. Например, использовать гелий в качестве хладагента для водорода весьма невыгодно.Целью изобретения является расширение выбора веществ для использования их в качестве хладагентов при сжижении криогенных газов и получение возможности использования веществ с выгодными теплофизическими свойствами, а также доступных и недорогих веществ. При этом ставится задача исключить хранение и перевозку хладагента к потребителю рабочего газа.Сущность изобретения состоит в том, что при осуществлении процессов: сжижения рабочего газа, при котором рабочий газ сжимают в компрессоре, охлаждают в теплообменнике при теплообмене с хладагентом и дросселируют до получения жидкости; использования рабочего газа, при котором сжиженный газ испаряют и нагревают в теплообменнике при теплообмене с хладагентом и используют в потребителе; охлаждения хладагента, при котором хладагент охлаждают в теплообменнике при теплообмене со сжиженным рабочим газом; нагрева охлажденного хладагента, при котором хладагент нагревают в теплообменнике при теплообмене с рабочим газом; и перемещения транспортными средствами сжиженного рабочего газа к месту потребления и хладагента к месту сжижения рабочего газа, — в отличие от аналога в качестве хладагента используют жидкость, температура плавления которой превышает температуру сжижения рабочего газа, в качестве теплообменника используют хладоаккумулятор, который перед нагревом сжиженного рабочего газа заполняют хладагентом, последний охлаждают до отверждения и переохлаждают, а при сжижении рабочего газа хладагент нагревают до текучего состояния и утилизируют.Техническим результатом настоящего изобретения является возможность существенно упростить и удешевить процесс сжижения любых криогенных газов и их смесей. Эта возможность особенно важна при сжижении низкокипящих газов, например, гелия и водорода. Кроме того, появляется возможность выбора и применения в качестве хладагента многих нормальных и криогенных жидкостей и их смесей, доступных для получения на месте потребления рабочего газа и пригодных к утилизации на месте сжижения последнего, например, воды, спирта, воздуха, углекислого газа, азота. При этом исключаются ненужные перевозки теплоносителя от места его нагрева до места сжижения. Перед использованием рабочего газа и хладагента можно отделить их от компонентов смеси. Значительно упрощается устройство хладоаккумулятора, например, он может состоять из теплоизолированного корпуса, вертикальной трубы рабочего газа и присоединенного к ней набора тарелей, заполняемых хладагентом.Сущность изобретения поясняется на примерах.Пример 1. При сжижении углекислого газа используют переохлажденный лед. Для этого тарели хладоаккумулятора заполняют водой, замораживают воду и переохлаждают лед первоначально жидким азотом. Углекислый газ пропускают через хладоаккумулятор и охлаждают до жидкого состояния при температуре ниже -56,6°С за счет теплообмена со льдом. Жидкий углекислый газ и незаполненный хладоаккумулятор транспортируют к месту потребления углекислого газа, например, в лесопитомник. Пропуская жидкий газ через хладоаккумулятор, заполненный водой, согревают газ и используют в лесопитомнике. Затем хладоаккумулятор с намороженным льдом и пустой резервуар углекислого газа доставляют обратно к месту сжижения последнего. Цикл сжижения повторяется с возмещением потерь хладоресурса.Пример 2. При сжижении природного газа используют переохлажденный «сухой» лед. Для этого тарели хладоаккумулятора заполняют жидкой углекислотой, замораживают ее и переохлаждают «сухой» лед первоначально жидким азотом. Природный газ пропускают через хладоаккумулятор и охлаждают до жидкого состояния при температуре ниже -162°С за счет теплообмена со льдом. Углекислый газ утилизируют, например, заполняя им баллоны. Жидкий природный газ и незаполненный хладоаккумулятор транспортируют к месту потребления природного газа. Пропуская жидкий газ через хладоаккумулятор, заполненный углекислотой, согревают газ и используют для сжигания. Затем хладоаккумулятор с намороженным льдом и пустой резервуар природного газа доставляют обратно к месту сжижения последнего. Цикл сжижения повторяется.Пример 3. При сжижении водорода используют переохлажденный лед азота. Для этого тарели хладоаккумулятора заполняют жидким азотом, замораживают его в лед и переохлаждают твердый азот первоначально жидким водородом или неоном. Газообразный водород пропускают через хладоаккумулятор и охлаждают до жидкого состояния при температуре ниже 20-32 К в зависимости от давления за счет теплообмена со льдом. Азот утилизируют, например, заполняя им баллоны. Жидкий водород и незаполненный хладоаккумулятор транспортируют к месту потребления водорода. Пропуская жидкий водород через хладоаккумулятор, заполненный жидким азотом, согревают водород и используют для сжигания. Затем хладоаккумулятор с намороженным твердым азотом и пустой резервуар водорода доставляют обратно к месту сжижения последнего. Цикл сжижения повторяется.В последнее время с развитием средств хранения и транспортировки сжиженных газов предложенный способ получает необходимые средства для реализации. Во всех примерах принята теплоизолированная емкость самой совершенной конструкции — с экранно-вакуумной теплоизоляцией (ЭВТИ), обеспечивающей длительное хранение криогенных жидкостей, см. заявки на изобретение №№2006146056 и 2007110972. Для транспортировки криогенных жидкостей разработаны и действуют теплоизолированные железнодорожные и автомобильные цистерны и суда-газовозы.Предложенный способ может быть применен для любых производств, использующих привозной криогенный рабочий газ, в том числе для энергетических, металлургических, химических, цементных и других предприятий, а также для ряда транспортных средств.Источники информации1. Н.Б. Варгафтик, Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Государственное издательство физико-математической литературы, Москва, 1963 г.

Автор:Админ

Высокоскоростной пиролиз — стадия процессов

УДК 630.839 Высокоскоростной пиролиз — стадия процессов переработки отходов Э. Ф. ВАЙНШТЕЙН, д-р хим. наук Рассмотрены возможности применения метода высокоскоростного пиролиза для переработки различных отходов, таких как твердые бытовые отходы (ТБО), осадки сточных вод (ОСВ), отходы сельскохозяйственного производства и древесины. Указана возможность использования метода высокоскоростного пиролиза для переработки бедных органических полезных ископаемых. Рост населения планеты и как следствие потребностей его жизнедеятельности приводит к нарастающему количеству различных видов отходов и необходимости их уничтожения. Основным методом уничтожения органических отходов в настоящее время является сжигание . Однако разработанные методы сжигания не являются экологически чистыми процессами, поскольку в процессе сжигания образуются неполностью сгоревшие продукты (СО и др.) и вредные вещества (NOх, диоксины). Поэтому требуется дальнейшая доработка методов сжигания или разработка качественно нового процесса. Одним из качественно новых процессов является высокоскоростной пиролиз . Если процесс обычного пиролиза известен по крайней мере два столетия, то процесс высокоскоростного пиролиза разработан примерно 20 лет тому назад. В отличие от высокотемпературного процесса обычный пиролиз протекает при более низких параметрах, например при более низкой температуре (граница существования вещества в конденсированной фазе определяется мольной энергией межмолекулярного взаимодействия). Процесс высокоскоростного пиролиза возникает при приближении параметров вещества к параметрам границы его существования в конденсированной фазе, т. е. в условиях практической потери межмолекулярного взаимодействия (реакции протекают в отдельных молекулах). При обычном пиролизе в реакции участвуют ассоциированные и неассоциированные участки молекул, что может приводить к дополнительным химическим реакциям, в частности, к химическому сшиванию линейных молекул. Поскольку при обычном пиролизе получается более сложный состав продуктов реакции (реагируют как ассоциированные, так и неассоциированные участки молекул), чем при высокоскоростном пиролизе (реагируют практически неассоциированные участки молекул), то для обеспечения экологически чистого процесса простого пиролиза требуется более сложная обработка получаемого состава продуктов реакции. С изменением параметров вещества наблюдается изменение локального межмолекулярного взаимодействия: изменяются количество ассоциированных участков молекул и прочность межмолекулярной связи, характеризуемой отношением энергии связи к параметрам системы, например к RT. При изменении внешних параметров, например температуры процесса, с учетом констант скоростей протекающих химических реакций в системе возникает зависимость состава и выхода продуктов реакции от скорости достижения заданных параметров, что необходимо учитывать при разработке любого процесса. При отсутствии химических реакций в диапазоне изменения температуры зависимость выхода продуктов реакции от скорости изменения температуры отсутствует. Для приближения параметров вещества к параметрам границы существования его в конденсированной фазе можно использовать любой параметр, характеризующий границу, однако наиболее простым изменяемым параметром, по мнению автора, является температура, изменение которой обеспечивает достижение условий возникновения и протекания высокоскоростного пиролиза. Поскольку реакции деструкции могут наблюдаться и при более низкой температуре, то скорость достижения температуры, при которой протекает высокоскоростной пиролиз, должна быть такова, чтобы за время ее достижения изменение химического состава смеси было минимальным (менее 5 %). В противном случае пиролизу будет подвергаться не исходная смесь, а химически модифицируемый в процессе продукт. Скорость подъема температуры образцов до достижения температуры высокоскоростного пиролиза составляет 103- 105 град/с. Энергия локальной межмолекулярной связи D связана с температурой достижимого перегрева Тп уравнением D = ?RTп, где ? — коэффициент, связывающий температуру достижимого перегрева и температуру границы существования вещества в конденсированной фазе Тг (Тг = ?Тп); R — универсальная газовая постоянная. Пос-кольку Тп Tг, то ? 1. Различие значений температур обусловлено кинетическим характером процесса нагрева и процесса протекания химических реакций. В условиях проводимых экспериментов значение ? было не выше 1,05. Вследствие практической потери межмолекулярного взаимодействия при условиях протекания высокоскоростного пиролиза каждое вещество смеси будет разлагаться независимо от других, а вследствие более высокой температуры процесс будет происходить за более короткое время. Процесс обычного пиролиза, характеризуемый наличием локального межмолекулярного взаимодействия, зависит от состава исходной смеси, а состав продуктов реакции будет более сложным, чем суммарный состав продуктов разложения каждого вещества в отдельности. Таким образом, стадия высокоскоростного процесса включает мгновенный нагрев исходной смеси (отхода) и последующее разложение его, возникающее при достижении Тп, с образованием газообразной и твердой фаз. При охлаждении газовая фаза может частично конденсироваться. В процессе наблюдаются разрыв цепи линейных высокомолекулярных соединений по закону «случая» и отрыв боковых групп цепи, «взрывное» вскипание низкомолекулярных соединений, например воды, или их химическая модификация; сшитые полимеры подвергаются термической деструкции. Неорганические соединения в большинстве случаев остаются в осадке. Вследствие получения различных продуктов процесса происходит разделение неорганических и органических соединений. Рассмотрим примеры использования высокоскоростного пиролиза в переработке конкретных видов отходов. Переработка несортированных твердых бытовых отходов Процесс переработки ТБО во многих случаях начинается с сортировки, при которой из отходов выделяются те материалы (изделия), которые после очистки и в случае необходимости дополнительной обработки могут использоваться в качестве вторичного сырья . Количество отбираемых веществ (материалов) колеблется в довольно широких пределах и определяется расстоянием от места сортировки до места расположения завода по переработке отбираемого сырья. При сортировке обычно отбирается до 20-30 % исходных ТБО. На рынке предлагается ряд систем сортировки как отечественного производства, например сортировочная система фирмы «Экостанко», так и иностранного. Оставшиеся после сортировки отходы состоят из разнообразных органических и неорганических соединений. Для устранения различия в размерах частиц (частей), на которые может быть разделен отход, проводится предварительное отделение крупногабаритных частей с последующим измельчением их до размеров, необходимых для проведения процесса высокоскоростного пиролиза. Поскольку отсутствует деление (сортировка) отходов на неорганические и органические соединения, то важнейшая задача переработки — деление отходов на эти составляющие. Поэтому дальнейший процесс переработки отходов можно рассматривать (даже после сортировки) как переработку несортированных ТБО. Основная задача при переработке несортированных ТБО — отделение органической части отходов от неорганической. Переработка отходов с применением высокоскоростного пиролиза, к сожалению, еще не нашла широкого применения. Отметим, что предлагаемые процессы сортировки могут быть использованы и при проведении процесса сжигания (предшествующая первоначальная стадия). Схема переработки несортированных ТБО представлена на рис. 1 . В схеме не рассмотрены процессы сортировки (начальный участок) и переработки оставшейся неорганической части отходов (последний участок). Оставшаяся неорганическая часть перерабатывается описанными в литературе методами. Переработка осуществляется при более высокой температуре по сравнению с температурой предлагаемого процесса. Рис. 1. Схема части комплекса по переработке несортированных и частично сортированных ТБО: 1 — блок отделения крупногабаритных отходов; 2 — блок деления крупногабаритных отходов на преимущественно органические и неорганические; 3 — блок предварительного (грубого) дробления крупногабаритных органических отходов (пластмасса, древесина и др.); 4 — блок загрузки мелкои среднегабаритных органических отходов; 5 — блок измельчения; 6 — камера предварительного подогрева; 7 — реактор термоудара; 8 — блок сбора твердого осадка пиролиза; 9 — блок разделения органического и неорганического осадков; 10 — камеры окисления; 11 — блок очистки газов; 12 — конденсаторы с отводом тепла и выделяемых соединений; 13 — камера сжигания газов с утилизацией тепла; 14 — камера химической очистки газов окисления (сжигания); 15 — блок поглощения СО2; 16 — камера сушки углеподобного продукта; 17 — блок разделки крупногабаритных неорганических отходов (соединений металлов, керамики и т. д.); 18 — блок загрузки крупногабаритных неорганических отходов после их разделки; 19 — блок управления и контроля работы установки; 20 — узел подготовки катализатора После сортировки и в случае необходимости измельчения отходы направляются в камеру предварительного подогрева (температура в камере 350- 400 °С). Температура в камере определяется предварительно установленной температурой «взрывного» вскипания воды в отходах. После удаления влаги отходы попадают в реактор термоудара, где мгновенно нагреваются до 650-700 °С. В реакторе термоудара протекает высокоскоростной пиролиз отходов с образованием газовой фазы и углеподобного осадка. Последний содержит продукты пиролиза сшитых полимерных (органических) соединений и неорганические вещества. В камере предварительного подогрева и реакторе термоудара все процессы протекают без доступа кислорода (воздуха). Твердые отходы направляются в блок сбора твердого осадка пиролиза и блок разделения органических и неорганических осадков, где более легкий осадок, состоящий из органических соединений, отделяется от неорганического осадка. После сушки осадок органических со динений направляется для использования, например для изготовления брикетов прессованием. Неорганический осадок переходит в камеру окисления, где из него удаляются оставшиеся следы органических соединений . В дальнейшем осадок неорганических соединений соединяется с боковым потоком аналогичных соединений, если последний существует. Боковой поток может состоять из неорганических соединений, получаемых при измельчении более крупных неорганических отходов и не проходящих через реактор термоудара. В дальнейшем поток неорганических соединений направляется на переработку известными методами, которые здесь не рассматриваются. Содержание неорганического осадка обычно составляет около 10 % от исходного ТБО. Полученные при пиролизе газовые фракции направляются на очистку и при необходимости на частичную конденсацию. По желанию заказчика как из жидкой, так и из газообразной фаз могут выводиться определенные химические продукты. Если газ и конденсированная жидкость предназначены для сжигания, то дальнейшее их деление, например фракционирование, не проводится. Газ частично сжигается в установке, обеспечивая ее работу. Оставшаяся часть газа направляется для дальнейшего использования. Газ, полученный в результате сжигания, очищается и выводится. При необходимости удаления СО2 на мусороперерабатывающем заводе и объектах сжигания газа (котельные и др.) возможна установка блока поглощения основного количества углекислого газа. Перед поступлением мусора на переработку необходим тщательный контроль наличия в нем радиоактивных загрязнений с последующим удалением и их захоронением. При попадании в ТБО веществ, не подлежащих переработке, например отходов медицинских учреждений, периодически должен проводиться анализ продуктов процесса. Вследствие значительных колебаний исходного состава ТБО требуется создание системы контроля и регулирования. Процесс имеет следующие преимущества: • относительно небольшие энергетические затраты при переработке единицы ТБО вследствие преимущественно энтропийного характера процесса пиролиза (потери энергии в окружающую среду пропорциональны теплоте процесса и времени его протекания) и возможности нагрева до более высоких температур меньшего количества вещества, чем обычно используется в большинстве процессов; • использование относительно малого количества кислорода (воздуха); • максимальная степень переработки исходных ТБО или уничтожения отходов; • минимальное количество выводимых веществ; • возможность почти полного разделения неорганических и органических веществ; • использование горючего газа в целях получения энергии на других объектах. Утилизация осадков сточных вод Осадки сточных вод, образующиеся при очистке бытовых, промышленных и сельскохозяйственных стоков, обычно загрязнены примесями, которые появляются в воде при ее движении от начального пункта до места их скопления (хранения или переработки). Стоки бытовых ОСВ более однородны. Отметим, что с ростом народонаселения количество осадков увеличивается. Основное отличие ОСВ от других отходов, например от ТБО, заключается в высоком содержании в них влаги (до 80 % и более). Поэтому для удаления влаги необходим метод, обеспечивающий минимальную теплоту ее отгонки (теплота испарения процесса включает теплоту нагрева до температуры испарения и теплоту непосредственно испарения). Таким методом является высокоскоростной нагрев до температуры «взрывного» вскипания влаги. Как известно, теплота испарения воды в тройной точке равна нулю . При относительно низких температурах (100-300 °С) теплота непосредственно испарения обычно больше теплоты нагрева до температуры испарения. Желательно, чтобы энергия, необходимая для удаления влаги из ОСВ, производилась в процессе переработки отхода. Для этого можно использовать либо процесс пиролиза отхода с последующим сжиганием получаемых продуктов, либо процесс сжигания отхода. Поскольку теоретически количество выделяемой теплоты в обоих процессах близко при одинаковом исходном и конечном составах, то метод пиролиза может быть более предпочтительным (тепловыделение определяется элементным химическим составом отходов) вследствие меньшего количества теплопотерь и большей степени превращения отходов. На рис. 2 приведена схема переработки ОСВ. Осадок, отжатый от влаги на станции аэрации, поступает в камеру сушки, температура в которой не превышает 400 °С, где из него почти полностью удаляется влага. Содержание влаги в осадке не должно превышать 15-20 %, меньшее ее содержание усложняет процесс дальнейшего сжигания газа, полученного при пиролизе, поскольку вода является катализатором горения. Полученная при испарении влага удаляется из камеры сушки и может использоваться, например, для обогрева бытовых и промышленных помещений. Рис. 2. Схема переработки осадков сточных вод: 1 — бункер загрузки; 2 — подающий шнек; 3 — камера сушки; 4 — труба для испаряющейся влаги (пара); 5 — нагревательные горелки; 6 — труба для первоначального подвода газообразного топлива; 7 — узел измельчения; 8 — труба для подвода к горелкам пиролизного газа; 9 — труба

Автор:Админ

Способ выработки ароматизированного светлого пива

Изобретение относится к технологии пивоварения. Способ предусматривает смешивание цедры грейпфрута и хмеля и экстрагирование полученной смеси жидким азотом с отделением соответствующей мисцеллы, резку и сушку в поле СВЧ при заданных параметрах процесса корня одуванчика, смешивание корня одуванчика и солода, пропитку полученной смеси отделенной мисцеллой с одновременным повышением давления до значения, соответствующего давлению насыщенных паров азота при температуре пропитки, сброс давления до атмосферного с одновременным замораживанием смеси, ее криоизмельчение в среде выделившегося азота, заливку питьевой водой и осахаривание с получением сусла, внесение в него пивных дрожжей, сбраживание и фильтрование с получением целевого продукта. Изобретение позволяет сократить продолжительность технологического процесса и повысить стойкость пены целевого продукта.

Способ выработки ароматизированного светлого пива, предусматривающий приготовление сусла из солода, несоложеного сырья и хмеля, внесение в него пивных дрожжей, сбраживание и фильтрование, отличающийся тем, что смешивают цедру грейпфрута и хмель в соотношении по массе 1:10 и экстрагируют полученную смесь жидким азотом с отделением соответствующей мисцеллы, в качестве несоложеного сырья используют корень одуванчика, который нарезают и сушат в поле СВЧ до остаточной влажности около 20% при мощности поля СВЧ, обеспечивающей разогрев корня одуванчика до температуры внутри кусочков 80-90°С, в течение не менее 1 ч, смешивают корень одуванчика и солод в соотношении по массе 1:(40-60), пропитывают полученную смесь отделенной мисцеллой с одновременным повышением давления до значения, соответствующего давлению насыщенных паров азота при температуре пропитки, сбрасывают давление до атмосферного с одновременным замораживанием смеси, подвергают ее криоизмельчению в среде выделившегося азота, заливают питьевой водой и осахаривают с получением сусла.

Изобретение относится к технологии пивоварения.Известен способ выработки ароматизированного светлого пива, предусматривающий дробление топинамбура, его заливку питьевой водой, осахаривание в присутствии ферментного препарата и отделение жидкой фазы, затирание и осахаривание солода, добавление к нему хмеля, кипячение, внесение отделенной жидкой фазы за 30 минут до окончания кипячения, охлаждение, внесение пивных дрожжей, сбраживание и фильтрование (Дахуенон Э. Разработка технологии пива с использованием в качестве несоложеного сырья клубней культур, произрастающих в республике Бенин. Автореферат дис. к.т.н. — М.: МГАПП, 1995, с.13-19).Недостатком этого способа является большая длительность технологического процесса.Известен способ приготовления затора из частично несоложеного сырья, предусматривающий смешивание зерна и солода, их пропитку газожидкостной мисцеллой хмеля при давлении выше атмосферного, вспучивание при сбросе давления до атмосферного, затирание и осахаривание (RU 2319737 С1, 2008).Данный способ не может быть реализован при использовании в качестве несоложеного сырья клубневых культур.Техническим результатом изобретения является сокращение продолжительности технологического процесса и повышение стойкости пены целевого продукта.Этот результат достигается тем, что в способе выработки ароматизированного светлого пива, предусматривающем приготовление сусла из солода, несоложеного сырья и хмеля, внесение в него пивных дрожжей, сбраживание и фильтрование, согласно изобретению смешивают цедру грейпфрута и хмель в соотношении по массе 1:10 и экстрагируют полученную смесь жидким азотом с отделением соответствующей мисцеллы, в качестве несоложеного сырья используют корень одуванчика, который нарезают и сушат в поле СВЧ до остаточной влажности около 20% при мощности поля СВЧ, обеспечивающей разогрев корня одуванчика до температуры внутри кусочков 80-90°С, в течение не менее 1 часа, смешивают корень одуванчика и солод в соотношении по массе 1:(40-60), пропитывают полученную смесь отделенной мисцеллой с одновременным повышением давления, сбрасывают давление до атмосферного с одновременным замораживанием смеси, подвергают ее криоизмельчению в среде выделившегося азота, заливают питьевой водой и осахаривают с получением сусла.Способ реализуется следующим образом.Цедру грейпфрута и хмель смешивают в соотношении по массе 1:10, экстрагируют полученную смесь жидким азотом и отделяют мисцеллу по известной технологии (Касьянов Г.И., Квасенков О.И., Нематуллаев И., Нестеров В.В. Обработка растительного сырья сжиженными и сжатыми газами. — М.: АгроНИИТЭИПП, 1993, с.7-15). За счет использования известного эффекта соэкстракции (Ломачинский В., Квасенков О. Влияние на ефектите на съекстракция върху показателите на процеса на екстрахиране с CO2. Хранително-вкусова промишленост, 2007, №3, с.49-51) достигается выход экстрактивных веществ из смеси больше их суммарного выхода при раздельном экстрагировании компонентов.Корень одуванчика подготавливают по традиционной технологии, нарезают и сушат в поле СВЧ до остаточной влажности около 20% в течение не менее 1 часа. При этом по известным зависимостям (Губиев Ю.К. Научно-практические основы теплотехнологических процессов пищевых производств в электромагнитном поле СВЧ. Автореферат дис. д.т.н. — М.: МТИПП, 1990, с.7-11) рассчитывают значения мощности поля СВЧ, позволяющие обеспечить время сушки корня одуванчика 1 час и разогрев до температуры внутри кусочков 80 и 90°С. Мощность поля СВЧ задают больше или равной второму значению и меньше или равной меньшему из первого и третьего значений рассчитанных мощностей.Сушка в поле СВЧ при температуре выше 90°С приводит к карамелизации сахаров. Сушка в поле СВЧ при температуре ниже 80°С и сокращение времени сушки менее 1 часа приводят к сокращению выхода экстрактивных веществ. Поскольку увеличение времени сушки автоматически приводит к увеличению удельных энергозатрат, максимальное значение времени сушки определяют по функции желательности Харрингтона для максимального выхода экстрактивных веществ при минимальных удельных затратах энергии.Корень одуванчика и солод совместно загружают в барабан криомельницы в соотношении по массе 1:(40-60) и заливают для пропитки отделенной мисцеллой. Количество мисцеллы выбирают по известным рекомендациям (Христюк А.В. Совершенствование технологии производства пива. — Краснодар: КНИИХП, 2003, с.133-134). Давление в барабане автоматически повышается до значения, соответствующего давлению насыщенных паров азота при температуре пропитки. Время пропитки рассчитывают по известным закономерностям массообмена (Космодемьянский Ю.В. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для студентов техникумов. — М.: Колос, 1997, с.135-162). При этом происходит впитывание азота и насыщение смеси содержащимися в мисцелле экстрактивными веществами.После завершения пропитки давление в барабане сбрасывают до атмосферного, что обеспечивает испарение азота и замораживание смеси, а затем осуществляют криоизмельчение смеси в среде выделившегося азота.Измельченную смесь заливают питьевой водой и осахаривают с получением сусла. При этом по аналогии с известной технологией (RU 2319737 С1, 2008) за счет использования газожидкостной мисцеллы ускоряется процесс осахаривания затора и увеличивается выход в сусло экстрактивных веществ.Следует отметить, что осуществление охмеления сусла на стадии затирания значительно сокращает продолжительность приготовления сусла.В полученное сусло вводят пивные дрожжи и по технологии наиболее близкого аналога осуществляют его сбраживание и фильтрование с получением целевого продукта.При проведении органолептической оценки целевого продукта в соответствии с ГОСТ Р 51174-98 было установлено, что его цветность соответствует светлому пиву при использовании корня одуванчика в указанных выше пределах, а по сравнению с продуктом, полученным по наиболее близкому аналогу, стойкость пены повышена на 15-20%, что, вероятно, объясняется увеличением содержания поверхностно-активных веществ в экстракте корня одуванчика при описанной технологии его обработки перед затиранием.Таким образом, предлагаемый способ позволяет сократить продолжительность технологического процесса и повысить стойкость пены целевого продукта.

Автор:Админ

Способ производства инстант-порошка для производства

Инстант-порошок получают экстрагированием базилика жидким азотом с отделением соответствующей мисцеллы, подготовкой и резкой цикория, его сушкой в поле СВЧ до остаточной влажности около 20% при мощности поля СВЧ, обеспечивающей разогрев цикория до температуры внутри кусочков 80-90°С, в течение не менее 1 часа. Проводят обжарку цикория. Проводят обжарку ячменного солода. Смешивают цикорий и ячменный солод в соотношении по массе 7:3. Пропитывают полученную смесь отделенной мисцеллой с одновременным повышением давления, сбросом давления до атмосферного с одновременным замораживанием смеси и ее криоизмельчением в среде выделившегося азота. Способ позволяет получить ароматизированный кофейный напиток с улучшенными органолептическими свойствами по безотходной технологии.

Способ производства инстант-порошка для производства цикорно-солодового напитка, предусматривающий подготовку рецептурных компонентов, экстрагирование базилика жидким азотом с отделением соответствующей мисцеллы, резку цикория, его сушку в поле СВЧ до остаточной влажности около 20% при мощности поля СВЧ, обеспечивающей разогрев цикория до температуры внутри кусочков 80-90°С, в течение не менее 1 ч и обжарку, обжарку ячменного солода, смешивание цикория и ячменного солода в соотношении по массе 7:3, пропитку полученной смеси отделенной мисцеллой с одновременным повышением давления, сброс давления до атмосферного с одновременным замораживанием смеси и ее криоизмельчение в среде выделившегося азота.

Изобретение относится к технологии производства заменителей кофе.Известен способ получения цикорно-солодового напитка, предусматривающий приемку, сепарацию, обжарку, измельчение и смешивание цикория и ячменного солода в соотношении по массе 7:3, экстрагирование полученной смеси питьевой водой, фильтрование и концентрирование полученного экстракта, фасовку концентрата, герметизацию и стерилизацию (Нахмедов Ф.Г. Технология кофепродуктов. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984, с.152-169).Недостатком этого способа является получение напитка с низкими органолептическими показателями и образование большого количества отходов.Техническим результатом изобретения является улучшение органолептических свойств целевого продукта и исключение образования отходов.Этот результат достигается тем, что способ получения цикорно-солодового напитка предусматривает подготовку рецептурных компонентов, экстрагирование базилика жидким азотом с отделением соответствующей мисцеллы, резку цикория, его сушку в поле СВЧ до остаточной влажности около 20% при мощности поля СВЧ, обеспечивающей разогрев цикория до температуры внутри кусочков 80-90°С, в течение не менее 1 часа и обжарку, обжарку ячменного солода, смешивание цикория и ячменного солода в соотношении по массе 7:3, пропитку полученной смеси отделенной мисцеллой с одновременным повышением давления, сброс давления до атмосферного с одновременным замораживанием смеси и ее криоизмельчение в среде выделившегося азота.Способ реализуется следующим образом.Рецептурные компоненты подготавливают по традиционной технологии. Базилик экстрагируют жидким азотом и отделяют мисцеллу по традиционной технологии (Касьянов Г.И., Квасенков О.И., Нематуллаев И., Нестеров В.В. Обработка растительного сырья сжиженными и сжатыми газами. — М.: АгроНИИТЭИПП, 1993 — 40 с.).Подготовленный цикорий нарезают и сушат в поле СВЧ до остаточной влажности около 20% в течение не менее 1 часа. При этом по известным зависимостям (Губиев Ю.К. Научно-практические основы теплотехнологических процессов пищевых производств в электромагнитном поле СВЧ. Автореферат дис. д.т.н. — М.: МТИПП, 1990, с.7-11) рассчитывают значения мощности поля СВЧ, позволяющие обеспечить время сушки цикория 1 час и разогрев до температуры внутри кусочков 80 и 90°С. Мощность поля СВЧ задают больше или равной второму значению и меньше или равной меньшему из первого и третьего значений рассчитанных мощностей.Сушка в поле СВЧ при температуре выше 90°С приводит к преждевременной карамелизации сахаров. Сушка в поле СВЧ при температуре сырья ниже 80°С и сокращение времени сушки менее 1 часа приводят к ухудшению восстанавливаемости целевого продукта. Поскольку увеличение времени сушки автоматически приводит к увеличению удельных энергозатрат, максимальное значение времени сушки каждого вида сырья определяют по функции желательности Харрингтона для максимальной диспергирующей способности целевого продукта при минимальных удельных затратах энергии.Затем цикорий и ячменный солод обжаривают по традиционной технологии, совместно загружают в барабан криомельницы в соотношении по массе 7:3 и заливают для пропитки отделенной мисцеллой. Давление в барабане автоматически повышается до значения, соответствующего давлению насыщенных паров азота при температуре пропитки. Время пропитки рассчитывают по известным закономерностям массообмена (Космодемьянский Ю.В. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для студентов техникумов. — М.: Колос, 1997, с.135-162). При этом происходит впитывание азота и насыщение смеси содержащимися в мисцелле ароматическими веществами.После завершения пропитки давление в барабане сбрасывают до атмосферного, что обеспечивает испарение азота и замораживание смеси, а затем осуществляют криоизмельчение смеси в среде выделившегося азота с получением целевого продукта.Продукт, полученный по описанной технологии, представляет собой инстант-порошок с диспергирующей способностью, определенной по модифицированной методике ВНИМИ (Дерней Й. Производство быстрорастворимых продуктов. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983, с.11-12), около 87%. При его заваривании образуется мутный напиток коричневого цвета со вкусом и ароматом, сходными с ароматизированным кофе.Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить ароматизированный кофейный напиток по безотходной технологии.

Автор:Админ

Способ охлаждения дыхательной газовой смеси

Изобретение относится к области спасательной техники, а именно к средствам индивидуальной защиты органов дыхания, преимущественно маятникового типа, работающим на химически связанном кислороде. Дыхательную газовую смесь пропускают при вдохе и выдохе непосредственно через хладагент. В качестве последнего используют неорганические соли, способные образовывать при выдохе кристаллогидраты в результате взаимодействия с парами воды с последующим термическим разложением их при вдохе. Условиями эффективного использования способа является также то, что неорганические соли наносят на неорганический волокнистый материал, после чего хладагент обезвоживают. Обеспечивается повышение эффективности охлаждения дыхательной газовой смеси и увлажнение ее. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ охлаждения дыхательной газовой смеси в средствах индивидуальной защиты органов дыхания, работающих на химически связанном кислороде, включающий использование хладагента, отличающийся тем, что дыхательную газовую смесь пропускают при вдохе и выдохе непосредственно через хладагент, причем в качестве хладагента используют неорганические соли, способные образовывать при выдохе кристаллогидраты в результате взаимодействия с парами воды с последующим их термическим разложением при вдохе.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что неорганические соли наносят на неорганический волокнистый материал.3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что после нанесения на волокнистый материал хладагент обезвоживают.

Изобретение относится к области спасательной техники, а именно к средствам индивидуальной защиты органов дыхания, преимущественно маятникового типа, работающим на химически связанном кислороде.В последние годы как в Росси, так и в других странах в качестве источника кислорода в изолирующих самоспасателях и респираторах используют регенеративные продукты на основе порошкообразного надпероксида калия, сформированного в виде гранул, таблеток или блоков. Указанные продукты поглощают диоксид углерода и выделяют кислород, однако при регенерации происходят большие тепловыделения и сушка дыхательной смеси, так как пары воды также участвуют в химических реакциях. Это приводит к повышенной температуре ее на вдохе (до 65-75 deg;С), снижению относительной влажности смеси (до 0%) и чрезмерному нагреву элементов конструкции самоспасателя (респиратора). При нормальном режиме работы за счет теплообмена со стенками дыхательных путей температура дыхательной газовой смеси (ДГС) может снизиться до 45-55 deg;С, однако при тяжелых режимах температура может подниматься до 70-80 deg;С, что может привести к перегреву организма и ожогу легких.Известен способ охлаждения ДГС, заключающийся в том, что смесь при вдохе и выдохе пропускают через ленту их алюминиевого сплава. При начальной температуре ДГС 75 deg;С и начальной температуре ленты 37 deg;С при полном взаимном теплообмене по известному способу смесь охлаждается на 20-22 deg;С. Недостатком известного способа в первую очередь является то, что газовая смесь имеет конечную относительную влажность, близкую к нулю, что резко снижает комфортность дыхания. Кроме того, эффективность охлаждения является недостаточной, особенно при тяжелых режимах дыхания, когда нагрев может достигнуть 60-65 deg;С.Известен способ охлаждения дыхательной смеси, заключающийся в том, что в закрытую металлическую емкость (холодильник) помещают хладагент — кристаллический двухзамещенный фосфорнокислый натрий с температурой плавления 34-36 deg;С и вокруг этой емкости пропускают ДГС, нагретую в результате реакции регенерации (Изолирующий кислородный респиратор Р-12. Инструкция по эксплуатации. — Донецк, ЦНИЛ ГД, 1969. — С.34-37). Сущность известного способа заключается в том, что в холодильник заливают нагретый до +60 deg;С однородный расплав хладагента в объеме 800-830 г и охлаждают холодильник, причем при температуре выше +34 deg;С происходит плавление хладагента и в результате теплообмена через стенки ДГС в течение 1 ч охлаждается на 1-3 deg;С. После перехода в расплав температура хладагента начинает расти и при +60 deg;С он теряет охлаждающие свойства.Недостатками известного способа являются:короткий срок действия (40-60 мин);невысокая охлаждающая способность (1-3 deg;С);низкая относительная влажность ДГС.Техническим результатом изобретения является повышение эффективности охлаждения дыхательной газовой смеси и увлажнение ее.Предложен способ охлаждения дыхательной газовой смеси в средствах индивидуальной защиты органов дыхания, работающих на химически связанном кислороде, включающий использование хладагента. Отличием предложенного способа является то, что дыхательную смесь пропускают при вдохе и выдохе непосредственно через хладагент, причем в качестве хладагента используют неорганические соли, способные образовывать при выдохе кристаллогидраты в результате взаимодействия с парами воды с последующим термическим разложением их при вдохе.Отличием является также то, что неорганические соли наносят на неорганический волокнистый материал.Другим отличием является то, что после нанесения на волокнистый материал хладагент обезвоживают.Таким образом, предлагаемый способ предусматривает в процессе дыхания периодическое образование и термическое разложение кристаллогидратов неорганических солей.Нанесение указанных солей на волокна из неорганического материала позволяет значительно снизить аэродинамическое сопротивление путей прохождения дыхательной смеси. В известных способах охлаждения ДГС пропускают через металлическую ленту или вокруг охлаждающего элемента, и охлаждение ее происходит за счет теплообмена между дыхательной смесью и металлическим корпусом холодильника. В предложенном способе ДГС пропускают непосредственно через хладагент, что позволит не только повысить эффективность охлаждения, но и использовать протекающие химические реакции с выделением паров воды для повышения ее относительной влажности.Сущность предлагаемого способа поясняется примером и чертежом, где показана принципиальная схема его осуществления.При дыхании человека выдыхаемая дыхательная газовая смесь имеет температуру около 37 deg;С и насыщена парами воды. Способ охлаждения основан на поглощении тепла и повышении влажности вдыхаемой газовой смеси за счет испарения воды, образующейся при разложении кристаллогидрата. В качестве хладагента принята неорганическая соль CaCl2. Указанную соль в виде покрытия 1 наносят на волокна 2, изготовленные из неорганического материала, например стекла, кварца, базальта, оксида алюминия и др., а затем обезвоживают. Это упрощает обслуживание средств защиты дыхания, т.к. безводная соль при длительном хранении не реагирует с регенеративным продуктом. Хладагент помещают в трубку 3 и ограничивают с помощью сеток 4 из нержавеющей стали. При выходе пары воды, содержащиеся в выдыхаемой смеси 5, взаимодействуют с неорганической солью и образуют кристаллогидрат:В процессе данной реакции дыхательная смесь частично освобождается от водяного пара и нагревается. Избыток тепла рассеивается в окружающую атмосферу при прохождении выдыхаемой смеси через все узлы спасательного средства. Остаток водяного пара принимает участие в химической операции регенерации дыхательной смеси.Как указывалось выше, в настоящее время в качестве источника кислорода в изолирующих самоспасателях и респираторах используют надпероксид калия, при этом регенерация дыхательной смеси проходит по следующим химическим формулам:2КO2+CO2=К2СО3+1,5O2;2КO2+Н2O=2КОН+1,5O2.В процессе регенерации температура дыхательной смеси увеличивается до 50 deg;С и выше, а относительная влажность уменьшается до нуля, т.е. использование такой дыхательной смеси может привести к перегреву организма и ожогу легких и образуются крайне неприятные дискомфортные условия по фактору «влажность».Предложенный способ предусматривает охлаждение и увлажнение дыхательной смеси при вдохе. Вдыхаемая газовая смесь 6 проходит через трубку 3 во встречном направлении, при этом проходя через хладагент 1, содержащий кристаллогидраты, разлагает их с испарением воды по следующей химической реакции:CaCl2 middot;6Н2O=CaCl2+6H2O.В процессе данной реакции происходит значительное поглощение тепла и одновременно смесь увлажняется.Одним из условий эффективности предложенного способа является то, чтобы волокнистый материал относился к неорганическому соединению, а нанесенная на него соль должна быть обезвожена, т.е. условием длительного хранения снаряженных средств должно быть отсутствие реакции с надпероксидом калия.При температуре 37 deg;С парциальное давление водяного пара равно 47,12 мм рт.ст., что соответствует концентрации 0,0453 г/л. За один выдох в трубку поступает 1,75 л ДГС, содержащей 0,0793 г водяного пара или 0,0044 моля.Допускается, что вся вода сорбируется солью при выдохе и десорбируется при вдохе. Для расчетов принято, что в качестве хладагента используют CaCl2, а ДГС состоит из чистого кислорода. Теплоемкость кислорода принята 99,9 Дж/моль middot;К. При условии полной адсорбции и десорбции паров воды в каждом цикле «вдох-выдох» и теплоте разложения кристаллогидрата CaCl2 с испарением воды, равной 59,8 кДж/моль, количество поглощаемой энергии равно 0,263 кДж. При этом теоретически достигается охлаждение дыхательной смеси на 37 deg;С с ее увлажнением. Для полной сорбции водяных паров в одном цикле «вдох-выдох» достаточно 0,08 г безводного CaCl2. Другие неорганические соли могут дать более значительное охлаждение.В таблице приведены характеристики некоторых кристаллогидратов, предлагаемых в качестве тепло- и влагообменных материалов.ТаблицаОсновные характеристики кристаллогидратовКомпонент Delta;Нразл., кДж/моль воды Delta;Нразл., кДж/кг водыН2О (приведена для сравнения)40,652258CaBr2 middot;6H2O60,73370CaCl2 middot;6Н2O59,83322Се2(SO4)3 middot;8Н2O59,63368К4Р2O7 middot;3Н2O60,73372LaCl2 middot;7H2O59,153286La2(SO4)3 middot;9H2O61,73426LiCl middot;H2O61,33406LiClO4 middot;3Н2O63,673537Li2SO4 middot;Н2O57,03167MgBr2 middot;6H2O72,84046MgSO4 middot;7Н2O58,63254NaBr middot;2H2O53,02944NdCl3 middot;6Н2O63,53528PrCl3 middot;6H2O76,44246Zr(SO4)2 middot;4Н2О92,255125Из данных таблицы следует, что в качестве теплопоглощающего материала кристаллогидраты солей более эффективны, чем вода. Один грамм испаряемой воды в кристаллогидрате может поглотить энергии в 2,25 раза больше, чем один грамм воды при простом испарении.Использование предлагаемого способа позволит повысить эффективность охлаждения ДГС на 25-37 deg;С и обеспечить увлажнение ее до создания комфортных условий для дыхания. Способ упрощает обслуживание средств защиты дыхательных путей и обеспечивает возможность длительного хранения их в снаряжаемом состоянии.

Автор:Админ

Перспективы освоения некондиционных запасов угля

Н екондиционные запасы угля, сосредоточенные на участках месторождений со сложными горно-геологическими условиями, не могут быть отработаны традиционными технологиями. Отработка таких участков способом подземной газификации углей (ПГУ) может позволить получить не только горючий газ, но и ценные химические элементы-примеси, которые часто содержатся в ископаемом угле . При подземной газификации углей, содержащих рений (Re), мышьяк (As), ртуть (Hg), селен (Se) и платину (Pt), полученный сырой газ будет содержать эти элементы и их соединения. Рений. Содержание рения в российских бурых углях может достигать до 20 г/т. При сжигании этих углей, из-за высокой летучести, рений практически полностью переходит в газовую фазу . Попутное извлечение рения при ПГУ может представлять промышленный интерес . Горячие продукты подземной газификации из газоотводящей скважины по трубопроводу направляют в теплообменный аппарат, где они отдают часть теплоты воде системы теплоснабжения Т1-Т2 (рис. 1). Охлажденные до температуры не ниже температуры конденсации окислов рения, продукты ПГУ по трубопроводу поступают в цилиндрическую емкость в пространство между ее стенкой и вертикальным глухим щитом, который направляет газовый поток в водное пространство цилиндрической емкости под перфорированный щит на промывку. За счет наличия большого количества отверстий малого диаметра перфорированный щит распределяет газовый объем по всей своей площади и пропускает его к поверхности воды маленькими пузырьками, увеличивая тем самым площадь контакта газа с водой. Пройдя к поверхности через слой воды над перфорированным щитом, газ охлаждается до температуры значительно ниже температуры конденсации окислов рения. При этом регулирование температуры охлаждения газа может быть осуществлено, как за счет изменения температуры воды в емкости, так и за счет изменения толщины ее слоя над перфорированным щитом. При промывке газа в воде остаются механические примеси и растворяются окислы рения, образуя ренийсодержащий раствор. Пройдя к поверхности воды, газ образует кипящий слой, выделяющий в газовое пространство цилиндрической емкости некоторое количество водяного пара, который способствует растворению в нем оксидов рения, не растворившихся в воде. Влажный газ поступает в выносной циклон, где происходит его осушение. Далее осушенный газ направляют потребителю. Ренийсодержащий раствор из цилиндрической емкости по трубопроводу также поступает в выносной циклон, но в его водное пространство, где смешивается с аналогичным раствором, полученным при сепарации влажного газа. Далее ренийсодержащий раствор по трубопроводу поступает в осадитель, где из потока выделяются механические примеси, оседая на его дне. Очищенный ренийсодержащий раствор поступает в теплообменный аппарат, включенный в систему, например, горячего водоснабжения Т3-Т4, где охлаждается до температуры ниже температуры кипения при атмосферном давлении. После теплообменника охлажденный ренийсодержащий раствор направляют в электролизную ванну с электродами для извлечения рения. Отработанную технологическую воду из электролизной ванны насосом подают в водное пространство цилиндрической емкости. При многократном прохождении ренийсодержащего раствора по циркуляционному контуру «электролизная ванна — емкость — циклон — осадитель» концентрация соединений рения в нем непрерывно растет и в какой-то момент времени Рис. 1. Технологическая схема попутного извлечения рения при ПГУ: 1 — газоотводящая скважина ПГУ; 2, 6, 8, 9, 13, 17 — трубопровод; 3, 12 — теплообменные аппараты; 4 — цилиндрическая емкость; 5 — перфорированный щит; 7 — выносной циклон; 10 — осадитель; 11 — съемное донышко; 14 — электролизная ванна; 15 — электрод; 16 — насос; 18 — патрубок становится достаточной для выделения рения методом электролиза. Для этого к электродам электролизной ванны подводят электрический ток, за счет чего на одном из электродов происходит отложение рения. Таким образом, технология позволяет получить не только ценное топливо и тепловую энергию заданного потенциала, но и ценное вещество каковым является рений. Мышьяк. Содержание мышьяка в углях Кузбасса может достигать 1000 г/т . При сжигании этих углей дымовые газы будут содержать мышьяк и его соединения . С целью попутного получения мышьяка из продуктов ПГУ авторами разработано техническое решение . Рис. 2. Технологическая схема попутного извлечения мышьяка при ПГУ: 1- газоотводящая скважина ПГУ; 2, 7, 10,13, 15, 16 — трубопровод; 3 — теплообменный аппарат; 4 — цилиндрическая емкость; 5 — глухой щит; 6 — погружной перфорированный щит; 8 — испаритель; 9 — нагревательный элемент; 11 — конденсатор; 12 — конденсатный бак; 14 — насос Продукты подземной газификации с пониженной температурой (не ниже температуры конденсации паров мышьяка) поступают в горизонтальную цилиндрическую емкость в пространство между стенкой емкости и глухим щитом (рис. 2). Глухим щитом газообразные продукты направляются в водное пространство — под погружной перфорированный щит, где они охлаждаются до температуры значительно ниже температуры конденсации паров мышьяка. Газообразный мышьяк и его соединения, содержащиеся в продуктах ПГУ, конденсируются и растворяются в воде. Толщина слоя воды регулируется соотношением количеств воды, покидающей горизонтальную цилиндрическую емкость, и воды, подаваемой в нее. Увеличением толщины слоя воды достигают требуемого уровня снижения температуры газа, а, следовательно, — увеличения уровня конденсации газообразного мышьяка и его соединений, т.е. увеличения степени улавливания мышьяка и его соединений из продуктов ПГУ. Далее водный раствор мышьяка и его соединений поступает в испаритель, в котором, за счет снижения давления до атмосферного происходит кипение водного раствора. При этом за счет испарения воды концентрация соединений мышьяка в водном объеме испарителя непрерывно повышается. Для поддержания кипения водного раствора в испарителе включают электронагревательные элементы. За счет повышенной температуры поверхности нагревательного элемента на его стенке кристаллизуются мышьяк и его соединения. По мере увеличения слоя кристаллов мышьяка и его соединений на нагревательных элементах, последние меняют на чистые по очереди, тем самым выводя мышьяк и его соединения из циркуляционного контура. Пар, образовавшийся в испарителе, направляют в конденсатор, в котором он отдает теплоту системе горячего водоснабжения (Т3-Т4), вследствие чего конденсируется и в виде конденсата поступает в конденсатный бак. Далее конденсат насосом направляют в водный объем горизонтальной цилиндрической емкости. Очищенные от мышьяка и его соединений и охлажденные продукты ПГУ горизонтальной цилиндрической емкости направляю для использования в качестве топлива или сырья химического производства. Достигаемый эффект технологии носит двоякий характер: с одной стороны, он состоит в том, что позволяет получить ценное вещество — мышьяк или сырье для его получения, с другой — позволяет очистить продукты ПГУ, а следовательно и продукты их последующего сжигания, от токсичных веществ, каковыми с другой стороны являются мышьяк и его соединения. Ртуть. Содержание ртути в каменных углях Кузбасса может достигать 5,5 г/т . При сжигании таких углей ртуть концентрируется в окружающей среде, так как она будет находиться в состоянии паров, в виде летучих соединений, а также в составе пыли и аэрозолей твердых частиц . В связи с чем, возможно попутное получение ртути из газов ПГУ . Газообразная ртуть, содержащаяся в продуктах ПГУ, при поступлении в водное пространство горизонтальной цилиндрической емкости конденсируется и в виде жидкой ртути оседает на перфорированный щит (рис. 3). За счет наклона перфорированного щита в сторону противоположную стороне ввода продуктов газификации в емкость и поступлению газовых пузырьков из-под щита капельки ртути скатываются по перфорированному щиту 8 к противоположной стенке цилиндрической Рис. 3. Технологическая схема попутного извлечения ртути при ПГУ: 1 — газоотводящая скважина ПГУ; 2, 7, 11, 17 — трубопровод; 3, 9 — теплообменный аппарат; 4- горизонтальная цилиндрическая емкость; 5- глухой щит; 6 — погружной перфорированный щит; 8, 16 — осадитель; 10 — растворный узел; 12 — насос; 13 — эмульгатор; 14 — тарелка; 15 — патрубок; 18 — пенное кольцо; 19 — дымосос емкости и попадают в зазор между этим щитом и стенкой емкости. За счет сил гравитации тяжелые капли ртути устремляются к нижней точке водного пространства горизонтальной цилиндрической емкости. Увеличением толщины слоя воды над перфорированным щитом достигают требуемого уровня снижения температуры газа, следовательно, — увеличения уровня конденсации газообразной ртути, т.е. увеличения выхода жидкой ртути. Из цилиндрической емкости ртуть с водой поступает в осадитель, за счет резкого падения скорости движения потока, ртуть оседает на его дно и может быть удалена из циркуляционного контура с небольшим количеством воды. Очищенная от ртути вода поступает в теплообменник, в котором осуществляет подогрев воды системы горячего водоснабжения (Т3-Т4). Далее она поступает в растворный узел, в котором к воде подмешивают реагент — гипохлорит натрия (NaClO). Водный раствор гипохлорита натрия насосом по трубопроводу подают в эмульгатор в пространство над тарелкой. Раствор растекается по всей поверхности тарелки и по лопастям лопаточного аппарата стекает в пространство ниже тарелки. Частично очищенные от ртути и охлажденные газообразные продукты ПГУ из газового пространства цилиндрической емкости также поступают во внутреннее пространство эмульгатора, но ниже тарелки. За счет тангенциально ввода газ закручивается, прижимаясь к стенкам цилиндрической части эмульгатора, а за счет разрежения, создаваемого дымососом, газ устремляется вверх — проходит через лопаточный аппарат тарелки и раскручивает ее. Раствор гипохлорита натрия, раскручиваясь вместе с тарелкой, срывается с краев тарелки и газовым потоком взбивается в пену кольцом, перекрывающим свободный проход газа через лопаточный аппарат. За счет создания пенног кольца инициируется контакт газообразной ртути с гипохлоритом натрия; продукты взаимодействия газообразной ртути с гипохлоритом натрия в виде твердых солей HgCl2 и Hg2Cl2 стекают вместе с водой по внутренним стенкам эмульгатора в коническую часть и далее по патрубку поступают в осадительную камеру. В осадительной камере твердые соли HgCl2 и Hg2Cl2 отделяют от воды и направляют на рециклинг, а воду после дополнительного охлаждения возвращают в горизонтальную цилиндрическую емкость. Очищенные от ртути продукты ПГУ дымососом направляют в газопровод для их использования в последующем как топлива при сжигании или сырья для дальнейшей переработки. В этой технологической схеме достигаемый эффект также имеет двоякий характер: с одной стороны позволяет получить ценный элемент — ртуть и сырье для ее получения, с другой — очистить продукты ПГУ, а следовательно и продукты их сжигания, от токсичного вещества, каковым является ртуть. Селен. Содержание селена в каменных углях Кузбасса может достигать 2,5 г/т . Селен получают, в частности, путем улавливания и переработки пыли, образующейся при обжиге селенсодержащих сульфидов. Авторами предложено попутное извлечение селена из газов ПГУ . Горячие продукты подземной газификации, содержащие селен, после теплообменного аппарата (Т1-Т2) с пониженной температурой (не ниже температуры конденсации паров селена и его окислов) направляют во внутреннее пространство циклона тангенциально, т.е. по касательной — газовый поток закручивается, прижимаясь к стенке циклона (рис. 4). Шнековым питателем из бункера в пространство между циклоном и вращающимся конусом равномерно подают хладагент, например, дробленый лед (Н2О), сухой лед (СО2) или их смесь, который за счет вращения конуса равномерно распределяется по площади наружной поверхности циклона. За счет низкой температуры сухого льда стенка циклона сильно охлаждается. В связи с этим газовый поток, вращающийся во внутреннем пространстве циклона, также охлаждается до температуры ниже температуры конденсации селена и его окислов. Селен и его окислы из газообразной формы перейдут в аморфные (порошкообразная, коллоидная, стекловидная) формы селена. Вместе с селеном на стенке циклона будет происходить конденсация водяных паров; часть селена и его окислов растворятся в воде с образованием селенистой кислоты. Селен и селенистая кислота за счет гравитации начнут стекать по стенке циклона в воронку в нижней части циклона и через ее патрубок могут быть выведены из циклона. Далее из селенистой кислоты выделяют селен. Очищенный от селена и его окислов и охлажденный газовый поток дымососом вытягивается из внутреннего пространства циклона и направляется для использования в качестве топлива или сырья химического производства. Сухой лед в пространстве между циклоном и вращающимся конусом от контакта со стенкой циклона испаряется и в виде газа выводится для повторного использования — сжижения и прессования до образования сухого льда. Достигаемый эффект технологической схемы в том, что ее реализация позволяет получить ценный элемент — селен или сырье для его получения, а также очистить продукты ПГУ и продукты их сжигания от токсичного вещества, каковыми с другой стороны являются селен и его окислы. Платина. Геохимические исследования углей Ленинского и Соколовского месторождений Кузбасса показали, что содержания платины в образцах (в пересчете на золошлаковый Рис. 4. Технологическая схема попутного извлечения селена при ПГУ: 1- газоотводящая скважина; 2, 4,16, — трубопровод; 3 — теплообменный аппарат; 5 — крышка; 6 — циклон; 7 — шнековый питатель; 8 — бункер; 9, 10 — подшипники; 11 — вращающийся конус; 12 — зубчатое колесо; 13 — редуктор; 14 — привод; 15 — дымосос; 17 — патрубок; 18 — воронка с патрубком материал) составляют: для углей от 1,45 до 4,92 г/т; для породных прослоев (аргиллит) — 0,6 г/т . Идея попутного извлечения платины из газов ПГУ основана на том, что платина при сжигании угля взаимодействует с химически активными веществами с образованием соединений, меняющих свое агрегатное состояние при нагревании более определенной температуры. Эту гипотезу подтверждают научные исследования состава кузнецких углей : содержание платины в угольной пробе в пересчете на золошлаковую массу (ЗШМ) не соответствует ее содержанию в реальной золе, полученной после сжигания этой пробы (в реальной золе содержание платины значительно меньше, чем в расчетном ЗШМ). Таким химически активным веществом является фтор. В составе угольного вещества всегда присутствует некоторое количество фтора в виде его соединений, например, с кальцием (CaF2), которые при нагревании распадаются. Металлическая платина реагирует с газообразным фтором с образованием гексафторида Рис. 5. Технологическая схема попутного извлечения платины при ПГУ: 1 — газоотводящая скважина; 2 — трубопровод; 3 — теплообменный аппарат; 4 — гидроциклон; 5 — осадитель; 6 — насос; 7 — дымосос платины, который кипит при температуре 68 ?С , и таким образом переходит в газообразное состояние. При ПГУ горячие продукты подземной газификации после

Автор:Админ

Способ транспортировки текучих сред, тепловой

Способ предназначен для транспортировки текучих сред, тепловой насос — для кондиционирования воздуха, а рабочая текучая среда — для теплового насоса. Способ включает приведение текучей среды к условиям клатратообразования по температуре и давлению и введение достаточного количества клатратообразующего вещества «хозяин» для превращения по существу всего газа в клатрат и образования текучей суспензии. Текучая суспензия затем передается по трубопроводу к месту назначения. Альтернативный способ включает транспортирование текучей среды посредством кольцевого трубопровода, содержащего транспортирующую текучую среду, которая включает ингибиторы клатратообразования. Также предоставлен тепловой насос, в котором рабочей текучей средой является клатратообразующая композиция. Технический результат — снижение стоимости трубопроводов, повышение производительности, понижение рабочего давления при транспортировке текучих сред. 3 н. и 17 з.п. ф-лы.

1. Способ транспортировки текучих сред, содержащих газ, нефть или их смесь и включающих образующее клатрат газ/соединение в транспортирующей системе, содержащей трубопровод, включающий следующие этапы:приведение текучей среды в трубопроводе к условиям клатратообразования по температуре и давлению;введение в трубопровод достаточного количества воды для превращения, по существу, всего газа/соединения в клатрат и образования текучей суспензии, за исключением того случая, когда достаточное количество воды уже присутствует в текучей среде;перемещение полученной в результате текучей суспензии по транспортной системе к месту назначения.

2. Способ по п.1, в котором клатрат распадается в месте назначения для регенерации газа или гидратообразующих соединений.

3. Способ по п.2, в котором энтальпия распада клатрата в месте назначения применяется для охлаждения.

4. Способ по п.1, в котором текучая суспензия является гидратом, диспергированным в жидкости, являющейся, по существу, углеводородом или текучей средой с преобладающим содержанием углеводорода.

5. Способ по п.1, в котором текучая суспензия является гидратом, диспергированным в жидкости, являющейся в основном водой.

6. Способ по п.1, который дополнительно включает этап введения антиагломерантных реагентов в текучую среду.

7. Способ по п.6, в котором антиагломерантные реагенты вводятся в концентрации 1-5 об.% от объема суспензии.

8. Способ по п.6, в котором используемые антиагломерантные реагенты включают сильноразветвленные кватернизированные алкиламмониевые или фосфониевые соединения по отдельности или в комбинации.

9. Способ по п.6, в котором, по меньшей мере, часть антиагломеранта или другого реагента рециклируется для многократного применения.

10. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, часть воды или других текучих сред рециклируется для многократного применения.

11. Способ по п.1, в котором трубопровод является обводным трубопроводом.

12. Способ по п.1, в котором транспортная система включает кольцевой трубопровод, содержащий поток циркулирующей транспортирующей текучей среды и соединяющий, по меньшей мере, один источник упомянутой текучей среды с, по меньшей мере, одним местом назначения.

13. Способ по п.12, в котором циркулирующая транспортирующая текучая среда является, по существу, водой или жидким углеводородом.

14. Способ по п.1, в котором, по существу, весь трубопровод расположен на дне моря.

15. Тепловой насос, содержащий две, по существу, параллельные и, по существу, вертикальные трубы, сообщенные по текучей среде сверху и снизу с образованием обводного трубопровода, при этом рабочая текучая среда подвергается воздействию избыточного давления в нижней части обводного трубопровода по сравнению с давлением в верхней части обводного трубопровода и включает клатратообразующее вещество «хозяин» и клатратообразующее вещество «гость», которые образуют клатрат и затем распадаются на вещество «хозяин» и вещество «гость» в основном под влиянием изменений давления.

16. Тепловой насос по п.15, в котором вещество «хозяин» является водной текучей средой.

17. Тепловой насос по п.15, в котором вещество «гость» выбрано из тетрагидрофурана, тетра-н-бутиламонийбромида и других гидратообразующих соединений.

18. Рабочая текучая среда для теплового насоса, содержащая клатратообразующее вещество «хозяин» и клатратообразующее вещество «гость».

19. Рабочая текучая среда по п.18, в которой клатратообразующее вещество «хозяин» является водной текучей средой.

20. Рабочая текучая среда по п.18, в которой клатратообразующее вещество «гость» выбрано из тетрагидрофурана, тетра-н-бутиламонийбромида и других гидратообразующих соединений.

Область техники, к которой относится изобретениеНастоящее изобретение относится к области добычи нефти, транспортировки нефти и газа и глубоководной разработки месторождений, но имеет и сферу применений, выходящую за эти области.Предшествующий уровень техникиГазовые гидраты являются кристаллическими соединениями, образованными в результате физического соединения воды и соответствующих по размеру молекул, например, C1, C2, С3 углеводородов или различных комбинаций вышеупомянутых молекул. Известны другие композиции, включающие подходящие вещества «хозяин», отличные от воды, соединенные с подходящими веществами «гость». Такие композиции «гость»/»хозяин», включая вышеупомянутые газовые гидраты, общеизвестны как «клатраты».Они напоминают лед, но в отличие от льда они могут образовываться при температурах значительно больших, чем температура замерзания воды.Предотвращение проблем, связанных с образованием газового гидрата, является главным направлением поисковых работ по обеспечению бесперебойного режима подачи потока при добыче и транспортировке нефти и газа.Существует несколько вариантов действия, применимых для снижения рисков, связанных с образованием гидрата газа, включающих, в частности, дегидратацию (удаление воды из системы), введение термодинамических и/или используемых в малых дозах ингибиторов гидратообразования (кинетических ингибиторов и анти-агломерантов) и изолирование системы или активный подогрев с целью поддерживания производственных эксплуатационных условий системы за пределами зоны стабильности гидрата.Проблема заключается в том, что все эти варианты действий являются дорогими. Кроме того, в некоторых случаях отсутствуют решения, например в случае выполнения глубоководных или длительных работ по наращиванию.Промышленность всегда рассматривает воду как источник проблемы образования газового гидрата и всегда старается удалить или уменьшить водную фазу (например, используя внутрискваженные и/или подводные сепараторы воды).Все существующие в связи с гидратами концепции по обеспечению бесперебойного режима подачи потока основываются на уменьшении или удалении воды, на предотвращении или замедлении гидратообразования.В последнее время, тем не менее, внедрена новая терминология «хладотекучесть», рекомендованная для решения задачи транспорта нефти или газа без термической обработки, такой как изолирование или активное нагревание, понижающая стоимость прокладки глубоководного трубопровода.Способ «хладотекучесть» описан в патенте США №6774276. В описанном способе газовые гидраты специально образуются в углеводородных текучих средах для превращения воды (жидкой или парообразной), присутствующей в текучей среде, в твердое состояние в соответствии со специальным способом. Вода, присутствующая в углеводородных текучих средах (которые обычно являются смесями нефть/газ/вода), таким образом удаляется или блокируется в виде твердого гидрата. British Petroleum поддержала проект SINTEF в Норвегии, рассматривающий эту технологию. Их идея основывается на рециклинговом узле для гидратов, и нефть, присутствующая в системе, направляется в обратном направлении выше по потоку с использованием насоса и рециркуляционного обводного трубопровода, так как нефть является дисперсионной фазой. Идея заключается в том, что рециклированные гидратные частички обеспечивают центры парообразования и отвод тепла охлажденной жидкостью (нефтью), облегчается невязкое (сухое) гидратообразование. Утверждается, что гидраты, которые образуются от внутренней области к внешней поверхности (т.е. вокруг предварительно сформированной частицы гидрата), являются сухими и не прилипают друг к другу и, следовательно, являются жидкотекучими, не создавая проблемы образования пробки, которые обычно сопряжены с образованием газового гидрата. Утверждается, что эти сухие гидраты мобильны в дисперсионной нефтяной фазе. Однако с практической точки зрения существует множество трудностей, начиная от проектирования рециклинговых систем и необходимого количества рециклинговых текучих сред и до преодоления изменений в системах текучих сред и пропускной способности трубопровода, сопряженных с осуществлением запуска и остановки. Кроме того, из описания, доступного в литературе, представляется, что метод ограничен системами нефть/конденсат с относительно низкими содержаниями воды в нефти и низкими отношениями газа к нефти и, возможно, не применим к минерализованным системам, так как нет возможности превратить всю воду в гидраты, т.е образовать сухие гидраты. Работа также обсуждается на (http://www.ntnu.no/gemini/2003-06t/28-31.htm и http://remotemonitoringconference.com/pdf/session2_1.pdf).Альтернативные подходы предотвращения гидратных проблем включают использование антиагломерантных (АА) реагентов. Антиагломерантные реагенты применяются для предотвращения формирования таких гидратных частиц, которые группируются в более крупные частицы или даже образуют твердую пробку, которая может блокировать трубопровод. Антиагломеранты не являются новыми для промышленности. Они подробно описаны в многочисленных публикациях. Антиагломерантный способ был создан Behar с сотр. [Behar, E., Sugier, A., Rojey, A., «Hydrate Formation and Inhibition in Multiphase Flow», представленной на конференции BHRA Conference Operation Consequences of Hedrate Formation and Inhibition Offshore, Granfield UK, November 3rd, 1988] и Frostman L.M. [(2000), «Anti-Agglomerant Hydrate Inhibitors for prevention of Hydrate plugs in deepwater systems», Annual Technical Conference and exhibition in Dallas, Texas, 1-3 Oct., Frostman L.M., Przybylinski J.L., (2001), «Successful applications of Anti-Aglomerant Hydrate Inhibitor», SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, Houston, Texas, 13-16 February].АА реагенты использованы для предотвращения образования газового гидрата, но только в системах, содержащих жидкую углеводородную фазу (обычно более чем 40%). Существует потребность в присутствии жидкой углеводородной фазы с целью использования имеющихся АА реагентов, потому что их механизм предотвращения образования пробки осуществляется обращением гидрата повсюду в дисперсионной воде.В результате АА реагенты нелегко применять в системах сухого природного газа или в системах, содержащих небольшие количества углеводородной фазы. Возможно, это обусловлено низкой обводненностью скважинной продукции в газообразных системах, и поэтому создание термодинамических и/или кинетических ингибиторов гидратообразования представляется наиболее эффективным по стоимости вариантом. Кроме того, существующие антиагломеранты возможно не будут работать в системах, где имеется ограниченное количество углеводородной фазы и вода является лимитирующим реагентом.Дополнительной проблемой, связанной с прокачкой при добыче и транспортировкой углеводородных текучих сред, является «закупоривание» («перемежающийся поток»). В процессе транспортировки мультифазной жидкости, такой как смесь нефть/газ/вода, могут возникать разрозненные потоки, т.е. пробки из жидкой фазы (фаз) могут формироваться в трубопроводе отдельными зонами газа. Эта нестабильная и прерывистая прокачка привносит много факторов риска и может серьезно повлиять на экономические показатели системы производства углеводорода. Например, газовая фаза за жидкой пробкой становится сжатой, потому что транспортировка жидкой пробки требует большего давления позади пробки для обеспечения перемещения. Поступление этого сжатого газа в отвод трубопровода или на эксплуатационную платформу создает сильный газовый приток, угрожающий надежности и безопасной эксплуатации технологического оборудования.Другой главной проблемой в транспортировке нефти и газа является предотвращение проблем образования газового гидрата при остановках и запусках оборудования. Во многих случаях образование газогидратной пробки происходит при остановках, когда температуры трубопровода падают до очень низких значений, и во время запуска, когда система подвергается воздействию избыточного давления для начала течения жидкости.Известен способ транспортировки текучих сред, содержащих образующее клатрат газ/соединение в транспортирующей системе, содержащей трубопровод, включающий следующие этапы: приведение текучей среды в трубопроводе к условиям клатратообразования по температуре и давлению, введение в трубопровод достаточного количества вещества «хозяин» для превращения по существу всего газа/соединения в клатрат и образования текучей суспензии, перемещение полученной в результате текучей суспензии по транспортной системе к месту назначения (см. WO 98/017941 A, Е21В 43/34, 30.04.1998).Однако данный способ не устраняет недостатки ранее описанных технических решений.Целью настоящего изобретения является создание способов транспортировки текучей среды, содержащей нефть, газ и их смесь, обеспечивающих предотвращение или уменьшение, по меньшей мере, некоторых из вышеупомянутых проблем, создание новых применений клатратов и предотвращение или минимизацию проблем образования газовых гидратов, сопутствующие остановкам и/или запускам, путем формирования стабильного гидрата в нефти или гидратов в водной суспензии, минимизирующего риски, связанные с образованием гидратных пробок.Согласно изобретению создан способ транспортировки текучих сред, содержащих газ, нефть или их смесь и включающих образующее клатрат газ/соединение в транспортирующей системе, содержащей трубопровод, включающий следующие этапы:приведение текучей среды в трубопроводе к условиям клатратообразования по температуре и давлению;введение в трубопровод достаточного количества воды для превращения по существу всего газа/соединения в клатрат и образования текучей суспензии, за исключением того случая, когда достаточное количество воды уже присутствует в текучей среде;перемещение полученной в результате текучей суспензии по транспортной системе к месту назначения.Клатрат распадается в месте назначения для регенерации газа или гидратообразующих соединений.Энтальпия распада клатрата в месте назначения может применяться для охлаждения.Текучая суспензия может быть гидратом, диспергированным в жидкости, являющейся, по существу, углеводородом, или в жидкости, являющейся в основном водой.Способ может дополнительно включать этап введения антиагломерантных реагентов в текучую среду, которые могут вводиться в концентрации 1-5 об.% от объема суспензии. Используемые антиагломерантные реагенты могут включать сильноразветвленные кватернизированные алкиламмониевые или фосфониевые соединения по отдельности или в комбинации. По меньшей мере, часть антиагломеранта или другого реагента может рециклироваться для многократного применения.По меньшей мере, часть воды или других текучих сред может рециклироваться для многократного применения. Трубопровод может быть обводным трубопроводом. Транспортная система может включать кольцевой трубопровод, содержащий поток циркулирующей транспортирующей текучей среды и соединяющий, по меньшей мере, один источник упомянутой текучей среды с, по меньшей мере, одним местом назначения. Циркулирующая транспортирующая текучая среда может быть по существу водой или жидким углеводородом.По существу весь трубопровод может быть расположен на дне моря.Согласно изобретению создан тепловой насос, содержащий две, по существу, параллельные и, по существу, вертикальные трубы, сообщенные по текучей среде сверху и снизу с образованием обводного трубопровода, при этом рабочая текучая среда подвергается воздействию избыточного давления в нижней части обводного трубопровода по сравнению с давлением в верхней части обводного трубопровода и включает клатратообразующее вещество «хозяин» и клатратообразующее вещество «гость», которые образуют клатрат и затем распадаются на вещество «хозяин» и вещество «гость» в основном под влиянием изменений давления.Вещество-хозяин может быть водной текучей средой. Вещество «гость» может быть выбрано из тетрагидрофурана, тетра-н-бутиламмония бромида и других гидратообразующих соединений.Согласно изобретению создана рабочая текучая среда для теплового насоса, содержащая клатратообразующее вещество «хозяин» и клатратообразующее вещество «гость».Клатратообразующее вещество «хозяин» может быть водной текучей средой.Клатратообразующее вещество «гость» может быть выбрано из тетрагидрофурана, тетра-н-бутиламмония бромида и других гидратообразующих соединений.Следует иметь в виду, что первые два этапа вышеописанного способа могут быть выполнены в любом порядке или даже одновременно в зависимости от системы транспортирования и текучей среды, руководствуясь способом. Например, в случае когда трубопровод системы транспортирования является типичным подводным трубопроводом, используемым для транспорта углеводородов, клатраты будут гидратами. Условия формирования клатрата по температуре и давлению обычно имеются в наличии в трубопроводе. Может быть добавлена вода (если необходимо, в виду того, что основной целью является превращение большего количества или всего количества газовой фазы в гидраты и/или образование пригодной для транспортировки суспензии) в поток углеводородов до того, как он поступает на охладжение, сжатие вне трубопровода, или, наоборот, после попадания его в трубопровод. Другие текучие среды, такие как жидкий углеводород, могут быть добавлены к системе, в особенности в газовую систему и/или системы с высоким значением соотношения газа к нефти, для снижения вязкости гидратной суспензии, содержащей или не содержащей АА реагенты.Специалист в данной области техники должен знать, как создать подходящие условия по температуре и давлению для облегчения гидратообразования, но подходящие условия и процессы описаны, например, в патенте США №6774276, который может быть изучен читателем.Посредством превращения в гидрат всего количества или большего количества газа, содержащегося в углеводородной системе текучей среды, достигается ряд эффектов. Объем газообразного компонента углеводородной текучей среды значительно уменьшается. Поскольку, по существу, в системе не остается свободного газа, то устраняются все проблемы, связанные с незапланированным гидратообразованием в процессе транспортировки, особенно по трубопроводу, углеводородных текучих сред.Возможность закупоривания в мультифазном (газ/жидкость) потоке также устраняется или существенно снижается. Значительные капитальные вложения постоянно инвестируются в устройства для разделения фаз и в другие способы снижения нестабильности, обусловленной закупориванием в проточных системах углеводородной добычи. Поскольку в результате уменьшения/удаления газовой фазы плотности различных оставшихся фаз являются очень близкими, это приводит к уменьшению проблем закупоривания.Для транспортировки углеводородных текучих сред образовавшаяся жидкотекучая суспензия может состоять из гидрата, диспергированного в жидкости, которая в природе в основном является углеводородом. В альтернативном случае это может быть гидрат, диспергированный в жидкости, которая в основном является водой. В некоторых случаях жидкость будет смесью, которая содержит значительные количества как воды, так и углеводородов.Тип суспензии может быть выбран в зависимости от состава углеводорода, содержащегося в транспортируемой текучей среде. Если смесь углеводородов в составе имеет существенную долю жидких углеводородов и относительно небольшое количество газа, тогда обычно добавляют только достаточное количество воды для превращения всего или большей части газа в гидрат, поскольку гидрат может быть суспендирован в углеводородной жидкой (нефтяной) фазе.Однако большее количество воды может быть добавлено для желательного или необходимого улучшения текучести. С другой стороны, если углеводородная текучая среда имеет большую долю газа относительно жидкости, существенный избыток воды добавляется для обеспечения диспергирования гидратных частичек в жидкости, в воде в основном, с образованием жидкотекучей суспензии. Обычно суспензия может включать в свой состав до 10%, 20% или 30% по объему частиц в суспензии. Ожидаемая агломерация клатратов и образование пробок в системе предотвращается применением подходящих антиагломерантов (АА). Впрочем, также можно добавить в систему жидкий углеводород для улучшения транспортируемости гидратной суспензии, содержащей или не содержащей АА. Например, добавленное клатратное вещество «хозяин», например вода, содержащая или не содержащая жидкий углеводород, может содержать антиагломеранты в качестве добавок. Другие добавки, способствующие образованию клатратов и/или модифицирующие их кристаллизационные характеристики, также могут быть добавлены, если это необходимо. Обычно они могут также быть добавлены с веществом «хозяин» или в составе добавляемого вещества «хозяин», особенно если таким веществом является вода. Например, применительно к транспортированию нефти и газа возможные способы введения АА на практике включают, во-первых, способ, в котором вода, содержащая АА и другие добавки, добавляется в зону ‘восходящего потока’ системы, лучше до приемного терминала или места назначения, и, во-вторых, способ, в котором вода, содержащая АА и другие добавки, подвергается рециклизации в пределах системы, предпочтительной формой которой является обводной трубопровод. Последнее дополнительное средство является предпочтительным дополнительным средством, поскольку оно позволяет минимизировать коэффициент использования химических реагентов и уменьшить степень переохлаждения благодаря присутствию гидратных структур/частиц в циркуляционной воде. Подходящие антиагломеранты включают сильноразветвленные кватернизированные аклиламмониевые или фосфониевые соединения (обычно с дополнительными бромид/хлорид ионами), как это описано Klomp с соавт. в патенте США №5460728.Полученная в результате смесь гидратов, текучих сред и некоторого количества оставшегося газа («углеводородная текучая среда») затем пропускается через систему. Несмотря на то что вязкость в системе является тестируемым показателем и пониженная вязкость нежелательна, этот способ может иметь хорошие эксплуатационные качества для любой системы при регулировании количества воды, жидкого углеводорода или другого клатратообразующего вещества «хозяин» в системе для получения желаемого результата при условии создания достаточно текучей суспензии.Минимальное количество воды, которое требуется добавить в систему, зависит от газа в системе и от системных параметров температуры и давления, и вследствие этого есть зависимость от образованной гидратной структуры и числа гидратации, и это может быть выражено следующим образом:G.nw(H2O), где G — это количество молей газа и nw — это число гидратации.Количество добавленной воды должно быть больше, чем nw молей газа для обеспечения максимального превращения газа в гидрат и образования гидратной суспензии с хорошей транспортируемостью. Обычно используется 1-5 об.% АА от водной фазы. Может быть целесообразно рассмотреть добавление жидких углеводородов в систему для улучшения транспортируемости гидратной суспензии в присутствии и в отсутствии АА.Здесь существуют два противоположных фактора. Увеличение количества воды (и жидкого углеводорода, если это необходимо в системах с высоким соотношением газа к жидкости) повысит общую скорость потока в трубопроводе, но в результате приведет к низкой вязкости гидратной суспензии, а уменьшение количества воды будет иметь положительное влияние на общую скорость потока в трубопроводе, но подразумевается высокое содержание гидрата в суспензии и, следовательно, высокая вязкость. Оптимальные пределы содержания воды (и жидкого углеводорода, если это необходимо) могут и должны, таким образом, быть определены экспериментальными способами и/или объединением экспериментального и моделирующего подходов. Испытания, проведенные в этой лаборатории, показали, что возможно уменьшение наблюдаемой вязкости системы в результате гидратообразования.Этот первый аспект настоящего изобретения может увеличить пропускную способность системы, например, одна единица объема гидрата может вмещать до 175 единиц объема газа при стандартных условиях (т.е. гидратообразование примерно эквивалентно давлению 2250 psia (фунт/дюйм2)), и в то же время происходит снижение рабочего давления системы и поэтому стоимости сооружения и эксплуатации системы, поскольку нет потребности в изолировании или подогреве системы.Также возможно регенерировать/возвращать полностью или частично использованные АА и рециклировать их в систему, и поэтому происходит снижение стоимости реагентов и облегчается решение возможных природоохранных проблем. На приемном терминале, в месте назначения системы или в области ‘нисходящего потока’ системы гидраты отделяются от воды/жидкой углеводородной фазы. Здесь может использоваться различное технологическое оборудование, которое не является предметом этого изобретения. Один из выбранных вариантов — это применение сепаратора, в котором для осуществления процесса разделения используется разница плотностей гидратов и воды. Также существует возможность ввести поступающую текучую среду в верхнюю часть ситчатой тарелки. Твердые гидраты останутся на верхней части ситчатой тарелки, в то время как вода пройдет сквозь нее и будет собираться в основании сепаратора. Собранная вода (частично или вся) и/или вода (частично или вся), образовавшаяся в результате распада гидрата, может быть рециклирована. Рециркулируемый поток может также содержать жидкие углеводороды для улучшения транспортируемости гидратных кристаллов. Также возможно другое технологическое оборудование для сепарации, например, можно рассмотреть в случае ионных АА использование ионообменных установок, а для полимерных АА использование установок, предназначенных для мембранной фильтрации. Также следует заметить, что часть или все количество циркуляционной воды может происходить из распавшихся гидратов, за исключением случаев, когда решено перевести все гидраты, содержащиеся в системе, в твердое состояние, или гидраты в нефти, или гидраты в водных суспензиях.Другое потенциальное преимущество может происходить из понижения в общем системном давлении благодаря пониженным скоростям потока и восстановлению давления. В однофазном или мультифазном потоке давление внутри системы понижается в процессе восходящего перемещения текучей среды (текучих сред). Оно восстанавливается (повышается) в однофазном потоке в процессе нисходящего перемещения. В случае газожидкостного потока давление не восстанавливается при нисходящем перемещении, поскольку газовая фаза не сжата. Вследствие этого в однофазовом потоке спад гидростатического давления зависит от различий между входной и выходной высотой над уровнем моря, но в газово-жидкостном потоке спад гидростатического давления является суммированием изменений давления, вызванных всеми подъемами. Кроме того, в потоке газожидкостной текучей среды спад давления, обусловленный внутренним трением, зависит от режима потока и поверхностных скоростей газа и жидкости, который может быть выше, чем однофазные спады давления. В конце концов, существует элемент усиления скачка давления в системах, содержащих газ, который не принимается в расчет в случае потока несжимаемой текучей среды. Скорость потока будет зависеть от плотности текучих сред и от величины общей массы потока. Несмотря на то что плотность гидратной суспензии настоящего изобретения намного больше, чем в случае газожидкостных систем, общая величина массы потока может быть выше, поскольку вода преднамеренно добавлена к системе. В результате скорость зависит от количества добавленной к системе воды, как это обсуждалось ранее, в тех случаях, которые касались связи количества воды с вязкостью системы.Указанное потенциальное преимущество подтверждено экспериментальными данными проверки влияния образования углеводородных гидратов на транспортируемость текучей среды (путем измерения крутящего момента, приложенного к турбулизатору на испытательном стенде) и расчетами, касающимися взаимосвязи концентрации гидрата в суспензии со спадом давления. Результаты показывают, что газожидкостной гидратообразующий поток в виде гидратной суспензии имеет уменьшенные спады давления по сравнению с двухфазным водно-нефтяным потоком.Кроме того, поскольку гидратообразование является экзотермическим процессом, тепло, выделившееся в процессе гидратообразования, может использоваться для поддержания благоприятной температуры системы, существенно снижая риски, связанные с парафинообразованием, как это обсуждалось Misra S., Baruah S., Singh K. [«Paraffin problems in crude oil production and transportation — A Review», SPE Production & Facilities, 10 (1): 50-54 FEB 1995], Nenniger J.E., Cutten F.B., Shields S.N. [‘Wax Deposition in a WAG Flood’, SPE 14688] и Newberry M.E. [‘Crude Oil Production and Flowline Pressure Problems’, SPE 11561].В конечном счете, путем рециркуляции части жидкой фазы, которая содержит реагенты (АА, ингибиторы коррозии и образования накипи и другие добавки и им подобные вещества), уменьшается стоимость эксплуатационных расходов, текучая среда действует как транспортирующая среда, доставляющая углеводородные текучие среды от их источников до пунктов назначения.Гидраты, поступающие на морскую платформу приемного терминала, поверхностные производственные площадки или системы мест назначения, могут затем либо транспортироваться в виде твердых гидратов (сухих или гидратов в нефтяной суспензии, или гидратов в водной суспензии), либо распадаться путем применения тепла и/или сброса давления.Источником тепла для распада могут быть морская вода или воздух, температуры которых в результате будут понижаться. Этот эффект охлаждения, полученный за счет энтальпии распада клатрата (гидрата), может быть использован. В случае воздуха, получающийся холодный воздух может быть использован для целей воздушного кондиционирования и/или получения чистой воды, поскольку равновестная концентрация воды в воздухе понижается с понижением температуры системы, и поэтому избыточный водяной пар будет конденсироваться в виде чистой воды.Кольцевой трубопровод с циркулирующей транспортирующей текучей средой может обеспечить высокоэкономичный путь осуществления способа изобретения, особенно когда несколько производственных скважин являются подающими продукцию нефтепромысловыми объектами с эффективным многократным использованием транспортирующей текучей среды. Также возможно постепенно увеличивать количество транспортирующей текучей среды (например, дополнительные подсоединения к кольцевому трубопроводу) до или после подключения новой скважины к кольцевому трубопроводу.Вышеописанный тепловой насос основывается на способе, в соответствии с которым вода или другое гидратообразующее вещество «хозяин» смешивается с одним или несколькими клатрато- или гидратообразующими соединениями для получения одинарнофазной или близкой к одинарнофазной жидкой фазы в системе (с использованием или без использования реагентов). Указанная рабочая текучая среда затем может использоваться в тепловом насосе. Указанная система предпочтительно представляет собой замкнутый вертикальный или близкий к вертикальному обводной трубопровод, предпочтительно в условиях, когда нижняя часть обводного трубопровода подвергается воздействию низкотемпературной текучей среды (например, в океаническом окружении). В результате чего система изменяется по значениям системных показателей давления и температуры аналогично тому, как это происходит для вертикальных систем или в близких к вертикальным системам из-за их высоты, что может быть искусственно осуществлено и также использовано в этом аспекте настоящего изобретения. Гидратообразующая смесь может циркулировать с помощью насоса, регулирующего скорость потока и синхронность. Гидраты формируются в нижней нагнетаемой части обводного трубопровода из-за возрастания системного давления и предпочтительно при снижении системной температуры. Результатом этой реакции является выделение тепла. Гидраты распадаются в верхней части обводного трубопровода из-за снижения системного давления и потенциального возрастания температуры окружающей среды. В результате этой реакции поглощается тепло из окружающей среды. В результате система работает как гидратный тепловой насос или цикл, который, соответственно, может иметь много применений, включая кондиционирование воздуха, получение чистой воды и передачу тепла на морское дно. Также еще возможно менять участки образования и распада гидратов путем изменения гидратообразующего вещества (вещество «гость»). Путем изменения вещества «гость» можно осуществить образование гидрата как результат повышения давления и осуществить распад гидрата как результат понижения давления.Гидраты являются твердыми соединениями, образованными в результате комбинаций соответствующих по размеру молекул с гидратообразующими соединениями текучей среды при условиях низкой температуры и высокого давления, их образование является экзотермическим процессом и их распад является эндотермическим процессом. Понижение температуры обычно способствует гидратообразованию, в то время как воздействие давления может зависеть от свойств молекулы вещества «гость».Этот гидратный насос/цикл предпочтительно создается из замкнутого обводного трубопровода, гидратообразующей смеси жидкость/газ, циркулирующей через «нисходящий» участок, где система подвергается нагнетанию давления, и «возвращающий» участок, где в системе сбрасывается давление.Это приводит к тому, что система работает как тепловой источник при условиях повышенния давления и как теплопоглотитель в условиях сброса давления, посредством гидратообразования и распада гидратов соответственно.Гидраты образуются в результате повышения системного давления и понижения системной температуры на нисходящем участке, так как возрастает гидростатическое давление.Поскольку гидратообразование является экзотермическим процессом, т.е. повышающим температуру системы, оно приводит к потоку тепла от системы к окружающей среде. Эта тепловая энергия может служить для обеспечения теплом установок на дне моря.Образовавшиеся гидраты затем могут способствовать движению вверх потока текучей среды, поскольку они действуют как подъемный механизм (в случае гидратообразующих соединений с положительной плавучестью) в возвращающем участке, снижая нагрузку на циркуляционный насос.Гидраты начинают распадаться в верхней части обводного трубопровода из-за понижения гидростатического давления и из-за возможного повышения температуры окружающей среды. Распад гидратов в результате приведет к понижению температуры системы, поскольку распад гидрата является эндотермическим процессом.Тепло, требуемое для распада гидрата, может быть обеспечено продувающим воздухом. В результате это приведет к понижению температуры выходящего воздуха, который может использоваться для целей кондиционирования воздуха. С другой стороны, понижение температуры воздуха приведет в результате к уменьшению равновесного содержания воды в воздухе. И вследствие этого избыточная вода из входящего воздуха будет конденсироваться, образуя в результате чистую воду.Перенос энергии от воздуха к распадающимся гидратам в результате приводит к очень низким температурам воздуха, конденсации водяных паров и вследствие этого производству чистой воды.Насос может использоваться для регулирования скорости потока по степени переохлаждения и времени индукции, обеспечивая то, что гидраты образуются в нужном участке обводного трубопровода. Тем не менее ожидается, что потребляемая мощность всякого насоса должна быть маленькой, поскольку используется тепловой насос с вертикальными нисходящим и возвращающим участками, из-за положительной плавучести гидрата в восходящем участке и отрицательной плавучести холодной воды (и высокой плотности после распада гидрата) в нисходящем участке.Также возможно использование комбинации насоса и понижающего давление клапана для уменьшения длины обводного трубопровода.В этом варианте осуществления изобретения насос используется для сжатия системы и образования гидратов (таким образом высвобождается тепло) и понижающие давление клапаны (сужения проходного сечения) используются для понижения давления и распада газовых гидратов (таким образом поглощается тепло). Другое разнообразное оборудование может быть использовано для повышения давления, в том числе вальцовый механизм для компрессирования системы трубопровода, содержащей гидратообразующую смесь.Могут применяться добавки для обеспечения гидратообразования и предотвращения образования гидратных пробок в системе. Эти добавки состоят из антиагломерантов и соединений, которые активируют кинетику гидратообразования различными путями, включающими повышение растворимости гидратообразующих соединений, смещение именно туда, куда нужно зоны стабильности гидрата и предоставление затравочных кристаллов и центров кристаллообразования для образования гидрата газа. Для замкнутой системы/обводного трубопровода некоторые антиагломеранты (например, некоторые вышеупомянутые коммерческие антиагломеранты) могут быть подходящими для вышеупомянутой системы, потому что они способствуют гидратообразованию (поверхностно-активный эффект) и предотвращают образование пробок.Нижеследующий документ обсуждает воздействие различных типов добавок на стимулирование скоростей гидратообразования для гидратов природного газа и их накопительную емкость в соответствии с работой: «Effect of additives on formation of natural gas hydrate», C.S. Zhang, S.S. Fan, D.Q. Liang, K.H. Guo. FUEL 83 (16): 2115-2121 NOV 2004.Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретенияВ предпочтительном варианте настоящего изобретения в соответствии с первым аспектом вода (вместе с жидкими углеводородами или без них) осторожно вводится в газ или нефть (т.е. выше точки образования пузырьков) или нефтегазовый (двухфазный) трубопровод, в котором образование гидратов может являться проблемой для превращения большей части или всей газовой фазы трубопровода в гидраты, но где гидратная агломерация и образование пробок трубопровода предотвращается применением антиаглометантов (если это необходимо), для транспортирования газовой фазы в виде гидратов в форме суспензии в трубопроводе и для увеличения пропускной способности и эффективности системы. Добавляемая вода может содержать добавки, способствующие образованию гидратов и/или изменяющие параметры их кристаллизации. АА могут добавляться к водной фазе до или после введения ее в трубопровод. В случае циркуляционного обводного трубопровода АА могут добавляться в восходящий поток для восполнения количественных потерь их в процессе отделения гидрата и транспортирующей текучей среды.Данный вариант осуществления изобретения может потенциально увеличить пропускную способность трубопровода, так как единица объема гидратов может вмещать до 175 единиц объема газа при стандартных условиях (т.е. гидратообразование примерно эквивалентно давлению 2250 psia (фунт/дюйм2) ), и в то же время происходит снижение рабочего давления трубопровода и поэтому стоимости сооружения и эксплуатации трубопровода. Кроме того, поскольку нет потребности в изолировании и/или подогреве трубопровода, значительно понижается себестоимость трубопровода.Также возможно возвращать и регенерировать полностью или частично АА из текучих сред, содержащихся в нисходящем потоке трубопровода, и рециклировать их в систему путем введения в восходящий поток, что с введением в рециклирование других ингибиторов образования накипи и коррозии уменьшает стоимость реагентов и облегчает решение возможных природоохранных проблем. Как объяснялось ранее, гидраты могут отделяться различными путями, которые не являются предметом настоящего изобретения, включая введение суспензии в сепаратор и поверх ситчатой тарелки. Твердые гидраты остануться на верхней части ситчатой тарелки, в то время как вода, содержащая АА и другие добавки, пройдет сквозь тарелку и будет собираться в основании сепаратора.Альтернативно разница в плотности между гидратами и водой может быть использована для их разделения. Гидраты, образованные из природных газов, обычно легче, чем вода и будут размещаться в верхней части сепаратора.Морская вода и/или добытая вода могут использоваться для образования гидратов и превращения газовой фазы в гидраты (безусловно, после принятия мер по потенциальным проблемам образования накипи, в случае если происходит смешивание морской воды и образовавшейся в продуктивном пласте воды), а также могут быть транспортирующей текучей средой. Морская вода обычно легко доступна из окружающей среды в открытом море. Нет вреда в использовании соленой воды в качестве транспортирующей текучей среды, и нет необходимости в дорогой дистиллированной воде как раз в случае систем природного газа, где вода в трубопроводе обычно является конденсированной водой. В случае образовавшейся воды продуктивного пласта месторождения она уже является солесодержащей водой. Важно гарантировать содержание соли в лишенной большого количества воды фазе, которое должно быть ниже точки выпадения кристаллов соли из раствора (насыщения), а также и принять меры по проблемам накипи, если смешиваются морская вода и образовавшаяся в продуктивном пласте вода. Этот фактор следует принимать во внимание, когда делается выбор соотношения гидрат/свободная вода в гидратной суспензии. Очевидно, что нежелательно образование твердых кристаллов соли. Это соотношение будет зависеть от солесодержания добытой воды, чем выше солесодержание воды, образовавшейся в продуктивном пласте, тем ниже (будет) максимальное гидратосодержание в гидратной суспензии во избежание кристаллизации соли.Удаление газовой фазы может существенно улучшить динамику потока и уменьшить падение давления между концами трубопровода. Путем удаления (или существенного уменьшения газовой фазы) система приближается к гомогенному потоку, уменьшается сегрегация и закупоривание в потоке, улучшается восстановление давления в нисходящем потоке и уменьшается падение гидростатической, фрикционной и гравитационной составляющих частей давления. Помимо режима потока, который будет обсуждаться ниже, потенциальные преимущества будут зависеть от топографии трубопровода. Чем больше число перепадов трубопровода вверх и вниз, тем выше преимущество гомогенного потока (т.е. восстановления давления в нисходящем потоке). Что касается спада фрикционного давления, то существует две возможности. Во-первых, в системе нет достаточного количества жидкой углеводородной фазы, т.е. она содержит в своем составе преимущественно газ и конденсированную воду. В этом случае путем превращения всего (или большей части) газа в гидраты получается суспензия вода/гидрат (или вода/жидкий углеводород/гидрат, или гидрат/жидкий углеводород, если жидкий углеводород добавляется к системе). Принимая во внимание плотности воды, жидкого углеводорода и гидратов (которые очень близки друг к другу), система приближается к гомогенной системе, уменьшается риск сегрегации жидкой/твердой фазы, закупоривания и остановки. Во-вторых, в том случае если система имеет значительные количества жидких углеводородов, вследствие превращения всей газовой фазы или ее большей части в гидраты и образования гидратами нефтяной эмульсии или гидратной суспензии в воде и жидкой углеводородной фазе, опять происходит снижение различий в плотностях различных фаз, уменьшая риск сегрегации текучей среды и остановки. Другой аспект настоящего изобретения касается практического устранения спада кинетического энергетического давления, обусловленного образованием текучей среды, близкой к несжимаемой (в сравнении с газовой фазой, которая сильносжимаема).Другое потенциальное преимущество происходит из уменьшения общего системного давления из-за понижения скоростей потока и восстановления давления, допускающих применение трубопроводов с пониженной толщиной стенок. Кроме того, поскольку гидратообразование является экзотермическим процессом, тепло, выделяющееся в процессе гидратообразования, может использоваться для поддержания температуры системы, очень снижая риск, связанный с парафинообразованием, и уменьшая/устраняя необходимость изоляции трубопровода, снижая стоимость трубопровода, а также и процесса монтажа. Кроме того, риск парафиноотложения на стенках трубопровода в дальнейшем снижается путем механического воздействия текущих твердых гидратных частиц, поскольку они удаляют любые твердые отложения со стенки трубопровода, предотвращая любое уменьшение эффективного диаметра трубопровода и повышение шероховатости его поверхности из-за твердых отложений. Присутствие гидратных кристаллов может также помочь диспергированию парафиновых частиц, снижая риск, связанный с образованием парафиновых пробок. Известно, что увеличение внутренней поверхности трубопровода обычно происходит в результате увеличения спада системного давления.В варианте осуществления изобретения в соответствии со вторым аспектом изобретения кольцевой трубопровод имеет циркулирующую воду (содержащую или не содержащую жидкий углеводород и добавки), выполняющую функцию транспортирующей текучей среды. В обоих вышеупомянутых примерах осуществления изобретения газ может храниться и транспортироваться в виде гидратов (сухих, гидратов в нефтяной суспензии, гидратов в водяной суспензии), как это предлагается другими исследователями (например, Gudmundsson et.al. [«Hydrate Technology for Capturing Stranded Gas» Ann. NY Acad. Sci. 2000; 912: 403-410]), с использованием или без использования процессов обезвоживания/сушки. Тем не менее, в качестве результата этого изобретения будут существенные сбережения энергии, требуемой в обязательных охлаждающих системах реактора гидратообразования, предложенного вышеупомянутыми исследователями, так как гидраты образуются в морском подводном трубопроводе с использованием холодной морской подводной окружающей среды.Альтернативно возможно регенерировать газ путем распада гидратов за счет снижения давления и/или нагреванием. Источником тепла может быть вода или воздух. В случае использования воздуха выходящий воздух будет более холодным, чем входящий воздух, что может использоваться для целей кондиционирования воздуха и/или получения чистой конденсированной воды.В рамках третьего аспекта изобретения вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает применение кольцевого трубопровода вместе с водой (содержащей или не содержащей нефть или другие реагенты) в качестве транспортирующей текучей среды, но гидратообразование активно предотвращается использованием соединений — ингибиторов гидратообразования. Степень переохлаждения и дозировка ингибитора гидратообразования (термодинамического или кинетического) могут быть отрегулированы, минимализированы или исключены совсем путем контролирования концентрации ингибитора в циркулирующей транспортирующей текучей среде, так как термодинамические ингибиторы исключаются из структуры гидрата и так как гидратообразование в результате приводит к возрастанию концентрации ингибитора в высвобожденной воде. Концентрация соли должна быть ниже концентрации образования кристаллов соли (насыщения) для предотвращения отложения соли.В вариантах осуществления четвертого аспекта настоящего изобретения вода и гидратообразующее(ие) соединение(я) циркулируют в замкнутом обводном трубопроводе, создавая новый гидратный (тепловой) насос/цикл, использующий тепло, генерированное и/или абсорбированное в процессе гидратообразования и распада гидратов соответственно. Образование гидрата является экзотермическим процессом, тогда как его распад требует значительного количества тепла. Гидратообразование может быть инициировано повышением (или понижением для некоторых гидратообразующих соединений) давления и/или понижением температуры. Для распадающихся гидратов необходимо повышать температуру системы и/или понижать (или повышать, в зависимости от типа гидратообразующей системы) ее давление. Несколько способов пригодны для изменения температуры системы и/или давления, включая применение насоса, и/или изменения в гидростатическом давлении, и/или другие средства в сочетании с природными или искусственными изменениями температуры системы.В одном конкретном варианте осуществления изобретения система устанавливается в океане как вертикальный или близкий к вертикальному замкнутый обводной трубопровод, где скорость циркуляции может регулироваться насосом. Обводной трубопровод имеет нисходящий и восходящий участок и два горизонтальных или наклонных сегмента для способствования образованию и распаду гидрата. Гидраты образуются в основании нисходящего участка благодаря повышению системного давления (идеально сочетающегося с понижением температуры окружающей среды), освобождая тепло, которое можно использовать для нагревательных целей. В процессе восходящего движения понижается гидростатическое давление, и гидраты распадаются в поверхностном надводном сегменте из-за понижения системной температуры. Понижения системной температуры можно достичь путем применения понижающих давление клапанов или ограничителей, уменьшающих длину обводного трубопровода. Распад гидратов требует тепла, и поэтому в результате получается существенное понижение температуры системы, которая может использоваться как охлаждающая система для различных целей, включая кондиционирование воздуха и получение чистой воды, если воздух используется для предоставления необходимого тепла для распада гидрата. Процесс охлаждения воздуха приведет в результате к понижению содержания воды в нем, и поэтому избыточная вода будет конденсироваться и может быть использована для потребления человеком, а также в сельском хозяйстве.Настоящий способ воспроизводит природный процесс в том смысле, что воздух перемещается в условия низкой температуры и вода конденсируется из него в виде дождя. Проще говоря, он включает охлаждение воздуха, который насыщается или частично насыщается парами воды для того, чтобы конденсировать содержащуюся в нем воду.Следует отметить, что гидраты (гидраты с положительной плавучестью), образовавшиеся в основании обводного трубопровода, будут сдерживать поток текучей среды, так как они действуют как поднимающий механизм в направлении областей с более низким давлением в возвращающем участке трубопровода. С другой стороны, распадающиеся гидраты в верхней секции обводного трубопровода, как результат понижения давления в трубопроводе, будут в результате приводить к понижению температуры трубопровода, так как распад гидрата является эндотермическим процессом. Он может в результате приводить к возрастанию плотности системы, способствуя нисходящему движению текучей среды. Два вышеупомянутых процесса существенно помогут естественной циркуляции, снижая нагрузку на циркуляционный насос и улучшая экономичность системы.Для ослабления снижения производительности системы из-за образования свободной газовой фазы при распаде гидрата необходимо применять высокорастворимые гидратообразующие вещества или повышать растворимость клатратообразующего вещества-гостя путем применения добавок и/или эмульсий и/или повышая давление в системе. Потенциальными кандидатами являются тетрагидрофуран (ТГФ) и тетра-н-бутиламмония бромида (ТБАБ) или другие соединения, хорошо растворимые в воде, содержащие/не содержащие другие молекулы-гости. Соотношение между водой и гидратообразующими соединениями регулируется для оптимизации технологического обслуживания гидратной суспензии (спада давления) и общей теплоемкости системы.Важно контролировать гидратообразование в нисходящем участке циркулирующего участка, так как преждевременное гидратообразование может в результате привести к нежелательному всплыванию наверх в случае положительно плавучих соединений (т.е. соединений, для которых плотность их гидратов ниже плотности воды). Понятно, что для отрицательно плавучих соединений (таких как СO2), когда их гидраты тяжелее воды, образование гидратов в нисходящем участке облегчается нисходящим движением текучей среды системы, но система нуждается в большей энергии для поднимающего движения. С другой стороны, распад гидратов следует контролировать в восходящем (возвращающем) участке для оптимизации использования энергии для охлаждения.В данном варианте осуществления изобретения возможно регулировать температуру и посредством этого регулировать скорости гидратообразования (высвобождения тепла) и распада гидрата (холодный конец) путем изменения типа гидратообразователя и также посредством контролирования давления системы, протяженность вертикального участка системы и общую ее протяженность.Гидратообразование контролируется посредством регулирования давления в обводном трубопроводе для образования и распада гидратов на определенных глубинах при контролировании скорости циркуляции текучей среды, отвода тепла (например, используя изоляцию) и/или типа гидратообразующих соединений.Различные добавки (например, ускорители гидратообразования, эмульгаторы, гидротропы, анти-агломеранты, поверхностно-активные вещества), а также механические средства, такие как перемешивание, также могут добавочно воздействовать на систему для контроля скорости гидратообразования, размера гидратных частиц и температуры системы в течение распада гидратов.Требуемое для распада гидратов тепло может быть обеспечено воздухом (или водой), циркулирующими вокруг/внутри системы (или аналогичных конструкций для целей теплообмена), в результате воздух (или вода) приобретают очень низкую температуру, и происходит конденсация водяных паров и вследствие этого получение чистой воды, а также кондиционирование воздуха в случае необходимости.Необходимое тепло доставляется системе циркулирующим воздухом путем естественной или принудительной конвекции (с помощью вентиляторов или воздуходувок) через систему, которая в результате должна приводить к понижению температуры воздуха и его влагосодержания. Вода конденсируется и отводится как чистая вода, например, через коллекторы или откачкой насосом.Охлажденный воздух также может использоваться для целей воздушного кондиционирования, поскольку гидраты фактически работают как тепловой насос для транспортирования холода придонного морского слоя на поверхность.Также можно использовать второй водный обводной трубопровод для охлаждения и даже для замораживания воды (для обессоливания воды или для других целей). Если воздух из окружающей среды очень сухой или если нет возможности извлекать чистую воду, то есть возможность применять воду в качестве охлаждающего агента для распада гидратов. Получающийся в результате охлаждающий агент будет охлажденным, он может передавать холод другой охлаждающей системе.Другой вариант осуществления изобретения в этом аспекте включает способы обеспечения теплом и энергией подводного оборудования, станций, подводных лодок и им подобных. В этом варианте тепло, выделившееся в результате гидратообразования, может использоваться для теплообеспечения подводного оборудования. И в этом случае это достигается посредством теплопередачи при прохождении холодной придонной морской воды через закрытый циркуляционный обводной трубопровод. Тепло, высвобождаемое в процессе гидратообразования, будет нагревать придонную морскую воду, что в результате приведет к повышению температуры вытекающей воды.Преимущества настоящего изобретенияВ нефтяной промышленности нынешнее изобретение понижает стоимость трубопроводов, устраняя потребность в изолировании трубопроводов или в их активном подогреве. Кроме того, оно потенциально понижает рабочее давление трубопровода и повышает его производительность.В настоящем изобретении затраты, связанные с введением различных ингибиторов, разумно используются за счет возвращения и циркуляции некоторых из этих ингибиторов.Настоящее изобретение понижает риски, связанные с парафинообразованием посредством контроля температуры системы в течение экзотермического гидратообразования, а также посредством механического удаления парафиновых частиц с внутренней стенки трубопровода за счет движения твердых гидратных частиц. Кроме того, взаимодействие между парафиновыми и гидратными частицами в результате приведет к более диспергированному осаждению парафина, понижая риски, связанные с образованием парафиновых пробок. Более того, удаление парафиновых отложений со стенок трубопровода понижает их шероховатость, ослабляя спад фрикционного давления.Настоящее изобретение уменьшает риски, связанные с образованием газогидратных пробок и сопутствующими этому затратами. Оно также понижает риски и затраты, связанные с остановкой и запуском трубопровода, посредством образования стабильных гидратных суспензий.Настоящее изобретение может устранить риски, связанные с закупориванием и нестабильностью потока, понижая/устраняя потребность в устройствах для разделения фаз и в сопутствующих капитальных затратах. Оно также понижает затраты, связанные с предотвращением коррозии, за счет рециркуляции ингибиторов коррозии и в некоторых случаях уменьшения количества/устранения свободной воды.Некоторые из существующих технологий, используемых в промышленности, дороги и рискованны. Настоящее изобретение понижает стоимость шельфовой и глубоководной разработки месторождений.Настоящее изобретение экономически целесообразно и предполагает степень чистоты и гибкость его области применения.Настоящее изобретение помогает окружающей среде, сокращая и рециклируя гидраты и другие ингибиторы.Данная инновация может представлять особый интерес для зрелых месторождений, в которых высокое содержание воды в нефти является основной помехой в использовании стандартных технологий предотвращения гидратообразования.Настоящая инновация может быть особо важна для схем, рассматривающих транспортировку нефти и газа в форме твердых гидратов, так как она полностью исключает стадию и реактор гидратообразования и связанные с ними затраты.Тепло, требуемое для распада гидрата, может быть предоставлено применением воздуха в качестве нагревающей среды, приведет к кондиционированию воздуха и получению чистой воды.Вышеупомянутая концепция может использоваться в гидратном тепловом насосе для нагревания и/или охлаждения системы.Значительное количество работ было предпринято по АА и транспортированию гидратной суспензии в водно-нефтяных эмульсиях. Морфология гидратов, образованных в дисперсионной водной фазе, была изучена с использованием стеклянных микромоделей. Применение имеющихся в наличии АА для контролирования образования гидратной пробки в гидратно-водной суспензии было исследовано с использованием имеющихся в наличии кинетических испытательных стендов. Типичный спад давления, связанный с гидратными суспензиями, был исследован. Результаты показывают, что для некоторых систем нет потребности в АА. Кроме того, результаты показывают, что наблюдаемая вязкость для гидратно-нефтяных систем может быть ниже, чем у водно-нефтяных систем, и эта величина проходит через минимум при построении функциональной зависимости ее от количества гидратов в системе.