Способ добычи сероводорода со дна черного моря

Способ добычи сероводорода со дна черного моря

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к энергетике и экологии, в частности к добыче сероводорода со дна Черного моря и, таким образом, к предотвращению его естественного подъема в поверхностный, обитаемый слой моря.

В последнее время в связи с катастрофой самолета А-320 в районе г.Сочи вновь возник определенный интерес к сероводороду, постепенно накапливающемуся в придонном слое Черного моря.

Он образуется в процессе осаждения разложившихся в результате жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий в бескислородной среде органических веществ, поступающих в море из впадающих в него рек.

Сероводород является ядовитым и коррозионно-агрессивным химическим соединением, наносящим вред обитателям моря, подводным газопроводам, якорям и затонувшим объектам. Но у него есть и положительное качество: его теплотворная способность сравнима с теплотворной способностью природного газа.

Причем сероводород в отличие от горючих природных газов является постоянно возобновляемым веществом.

На Черном море концентрация сероводорода заметно увеличивается, начиная с глубины 125 метров. Сероводород хорошо растворяется в воде и поэтому на поверхность поднимается только в связи с его постоянным поступлением в придонный слой.

По опытным данным В.И.Кравеца и В.И.Губанова концентрация сероводорода в диапазоне глубины 100-1000 м монотонно увеличивается с 0,06 до 8,5 мг/литр, а в диапазоне 1000-2000 м резко возрастает с 8,5 до 11,3 мг/литр.

На максимальной глубине - в точке пересечения Севастопольского меридиана с Сухумской параллелью, равной 2245 метров, средняя концентрация сероводорода составляет 13 мг/литр. Температура на этой глубине равна 9°С и практически не зависит от сезонности.

Расчеты показывают, что общие запасы сероводорода в Черном море составляют около одного миллиарда тонн.

Такого количества сероводорода, с учетом более низкой по сравнению с природным газом теплотворной способности, достаточно, например, для энергообеспечения прибрежных регионов всего Черноморского побережья.

Сероводород может использоваться не только как топливо, он крайне необходим для производства серной кислоты, сульфидов, для органического синтеза и химических анализов, а также для потребностей медицины (сероводородные ванны).

Постоянное накопление сероводорода в глубинных слоях моря приводит к его медленному проникновению в верхние слои - мельче 125 метров.

При этом проявляется его токсичное действие на живые организмы и понижается концентрация кислорода в связи с его окислением. За 50 прошедших лет рыбные запасы в Черном море сократились в 10 раз, а дельфины стали редкими гостями, хотя 50 лет назад насчитывалось около 8 млн. особей.

Таким образом, первый технический результат изобретения заключается в том, что из Черного моря можно постепенно убирать постоянно образующийся загрязнитель в виде сероводорода (журнал «Изобретатель и рационализатор» №2, 1996).

Известен способ использования сероводорода Черного моря в качестве топлива (Патент России №2153625, МПК F 2281/12. публикация 27.07.2000).

Недостатком этого способа является большая мощность вакуумного насоса, откачивающего воду с придонного слоя.

Задачей изобретения является снижение мощности добывающих сероводород средств.

Известен способ постепенного удаления накапливающегося сероводорода при помощи газоводяного фонтана, образующегося за счет разницы гидростатического давления на уровне среза опущенной на глубину приемной трубы и давления газоводяной смеси на том же уровне внутри трубы Этот способ разработан харьковскими учеными А.Максименко и А.Таранц (www.krana.org.ua), но пока экспериментально не проверен.

Задача решается с помощью эффекта сообщающихся сосудов следующим образом: берем трубу и вертикально опускаем ее на заданную глубину, воду с заданной глубины на основе эффекта сообщающихся сосудов поднимаем до уровня моря, частично выделяем из нее сероводород за счет резкого снижения давления и увеличения по мере подъема воды ее температуры. После дополнительной очистки направляем сероводород с помощью компрессора на производство серной кислоты.

Второй технический результат изобретения заключается в упрощении технологической схемы добычи сероводорода в связи с исключением из нее мощных вакуумных насосов для откачки с больших глубин придонного слоя воды.

Следует отметить, что в сообщающихся сосудах однородная по плотности жидкость устанавливается на одном уровне. Если плотности разные, то соотношение уровней (h) будет равно

где γ₁ - удельная масса поверхностной воды;

γ₂ - удельная масса придонной воды.

Таким образом, с достаточной степенью точности жидкость в сообщающихся сосудах можно считать однородной.

Способ осуществляем следующим образом (см. чертеж).

Берем нержавеющую или полимерную трубу 1 и опускаем ее одним концом на заданную глубину Черного моря, трубу связываем со сборным баком 2, расположенным на побережье и в котором устанавливаем в соответствии с принципом сообщающихся сосудов уровень сероводородной воды, соответствующий уровню моря, в бак опускаем до его дна трубу 3, а другой конец трубы 3 подстыковываем к водяному насосу 4, который трубой 5 присоединен к водоструйному насосу 6, вакуумную полость водоструйного насоса связываем трубой 7 с баком 2, водоструйный насос трубой 8 подсоединяем к оконечной емкости 9, труба 8 внутри емкости 9 заканчивается центробежным распылителем 10, а над ним устанавливаем пеноотбойник 11, емкость 9 трубой 12 подсоединяем к газовому насосу 13 с выходной трубой 14, а трубу 15 погружаем в море. Включаем насосы 4 и 13 и перемещаем сероводородную воду, находящуюся в нижней части бака, по трубе 5 в водоструйный насос 6, где захватываем вакуумной полостью насоса сероводород, выделившийся из сероводородной воды в связи с резким снижением давления, при этом по свойству сообщающихся сосудов поддерживаем в баке 2 уровень сероводородной воды. соответствующий уровню моря. Газоводную эмульсию, образовавшуюся в водоструйном насосе, по трубе 8 направляем в сборную емкость 9, где ее разбрызгиваем центробежной форсункой 10 и окончательно отделяем сероводород от чистой воды, которую по трубе 15 возвращаем морю. Газообразный сероводород из емкости 9 по трубе 12 с помощью газового насоса 13 направляем по трубе 14 на завод по производству серной кислоты.

Следует отметить, что получаемый таким образом сероводород можно успешно сжигать с избытком кислорода по уравнению: 2H₂S+3O₂=2Н₂O+2SO₂+1125 кДж, а горячий водяной пар использовать для работы турбоэлектрогенератора. Образующийся сернистый газ SO₂ (сернистый ангидрид) при обычной температуре сжижается под давлением 4-5 атмосфер и может быть отправлен на завод по производству сернистой (Н₂SO₃) и серной (H₂SO₄) кислот. В промышленности обычно используют другой способ получения сернистого ангидрида: путем обжига сульфидных руд (например, пирита).

Из сероводорода можно получать чистый водород путем его разложения на Н₂ и S с помощью плазменно-мембранной технологии, разработанной в Курчатовском институте.

Способ добычи сероводорода со дна Черного моря, включающий трубу, протянутую до глубины сероводородного слоя, отличающийся тем, что берут нержавеющую или полимерную трубу, соединяют ее с баком, расположенным на побережье, и образуют между баком и морем сообщающиеся сосуды, водяным насосом перемещают сероводородную воду в водоструйный насос, захватывая при этом вакуумной полостью водоструйного насоса сероводород, выделившийся из сероводородной воды в связи с резким снижением давления, а образовавшуюся газоводную эмульсию разбрызгивают центробежной форсункой в отдельной емкости и окончательно отделяют сероводород от чистой воды, которую возвращают морю, а сероводород через пеноотбойники направляют на сжигание и получение горячего водяного пара для работы турбоэлектрогенератора, а сернистый газ направляют на завод по производству сернистой и серной кислот.