УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВОДОРОДА ИЗ ВОДЫ ЧЁРНОГО МОРЯ Российский патент 2017 года по МПК C01B3/02 C02F1/20 C02F103/08 

Настоящее предлагаемое изобретение относится к области добычи и переработки полезных ископаемых.

На сегодняшний день мировым источником энергии является нефть. Однако она не является единственным энергетическим источником. Сегодняшний уровень технологий с учетом экологических требований и развития автомобилестроения (которое является основным энергетическим потребителем), требует использования водорода в качестве горючего.

Извлечение водорода из нефти сегодня не является рентабельным. В российских условиях источником водорода может служить вода Черного моря, в которой содержится сероводород. Его запасы составляют не менее 7 млрд. тонн, что эквивалентно 1500 млрд. тонн бензина!

Технология добычи водорода из вод Черного моря содержит три этапа: Собственно, подъем воды, выделение из нее сероводорода и получение из него водорода. Нестоящее предложение объединяет все три этапа и является законченным технологичечским циклом.

Известна установка для извлечения водорода из воды Черного моря, содержащая реактор, расположенный в углубленном помещении на берегу моря, соединенный водозаборным и сливным шлангами, с сероводородным слоем моря, и трубопроводами - с воздухозаборником и емкостью с серной кислотой, поступающей из окислителя (1, 2).

Известная установка имеет недостаток, который заключается в большом энергопотреблении для извлечения водорода. Даже сжигание водорода, полученного с ее помощью не компенсирует энергозатраты на его извлечение.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение энергозатрат на получение водорода из черноморской воды.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем реактор, расположенный в углубленном помещении на берегу моря, соединенным водозаборным и сливным шлангами, с сероводородным слоем моря, и трубопроводами - с воздухозаборником и емкостью с серной кислотой, поступающей из окислителя, реактор находится в резервуаре в виде цилиндра, помещенного в береговой грунт, дно цилиндра ниже уровня моря на 6-8 метров, внутри цилиндра расположена перегородка, в центре которой установлен реактор, верхняя часть которого ниже уровня моря, цилиндр через штуцер, и трубопровод связан с первым компрессором и окислителем, выход которого соединен с накопителем серной кислоты, соединенным с реактором, реактор также соединен со вторым (воздушным) компрессором, второй выход которого соединен со вторым входом окислителя; первый компрессор через устройство контроля соединен с нагревателем, имеющим тепловой контакт с окислителем, нагреватель соединен с плазмотротроном, второй вход которого соединен с управляемым вентилем, соединенным с водородным выходом плазмотрона, а его вход управления подключен к устройству контроля.

Кроме того, в предлагаемой установке реактор выполнен в виде цилиндра, в дне которого имеются отверстия для поступления обрабатываемой воды, в которых расположены сопла подачи серной кислоты, а на дне установлен двигатель, приводящий во вращение винт, над которым расположена спираль подачи воздуха в виде трубы с отверстиями в стенках, и завитой в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра.

Возможность осуществления.

На чертежах Фиг. 1 и Фиг. 2 показана установка для извлечения водорода из воды Черного моря, она работает следующим образом. Будучи установленной на берегу моря - 1, уровень которого показан на чертеже цифрой - 2, и слоя сероводорода - 3. Установка содержит цилиндр - 4, закопанный в грунт на глубину 6-8 метров. (Более низкое заглубление не позволит самостоятельно поступать в цилиндр воды с глубины). Цилиндр имеет перегородку - 5. В море опущен водозаборный шланг - 6, и шланг отработанной воды - 7. Шланги соединены с насосами, соответственно 8 и 9. Через всасывающий насос вода подается в нижнюю часть цилиндра - 4. Через нагнетающий насос - 9 отработанная вода удаляется на глубину. Для выпуска сероводорода (как он образуется, будет изложено позднее) из цилиндра служат штуцер 10 и трубопровод - 11. Для подачи воздуха в цилиндр (в реактор - 23, установленный в перегородке - 5 цилиндра - 4) служит трубопровод - 12, соединенный со вторым компрессором - 13.

Сероводород поступает в окислитель - 14 и первый компрессор - 15. Второй вход окислителя соединен с компрессором - 13. Сероводород анализируется в устройстве контроля - 16, которое определяет в поступающем в плазмотрон сероводороде соотношение HS/CO, по которому управляемый вентиль - 17 обеспечивает поступление Н, создающего плазму, для его эффективной рабоботы (2). Через нагреватель - 18 сероводород поступает на первый вход плазмотрона - 19. Плазмотрон имеет на первом выходе водород, часть которого используется для создания плазмы, и второй соединен с контейнером серы - 20.

Для правильной работы плазмотрона необходима скорость течения потока в нем до 1000 м/с и высокая температура сероводорода, которые обеспечиваются компрессором - 15 и нагревателем - 18, который, для энергоэффективности имеет тепловой контакт с окислителем - 14. В окислителе тепло образуется за счет окисления сероводорода. Продуктом окисления является серная кислота, которая поступает в накопитель - 21, и по трубе - 22 подается в реактор - 23 для подкисления морской воды, содержащий сероводород. Все процессы в элементах установки тесно связаны между собой и для ее оптимального режима работы, конечно необходимо общее устройство управления, которое не показано на чертеже, и внесение его сильно усложнит описание работы установки.

Реактор - 23 показан на Фиг. 2. Внутри реактора установлена крыльчатка - 24, которорая приводится во вращение двигателем - 25. Крыльчатка обеспечивает подачу воды вдоль оси реактора чарез отверстия - 26 в дне на верх, сквозь воздухонаполнитель - 27, который создает водовоздушную смесь из подкисленной воды, которая образуется поступлением серной кислоты в каждое из отверстий дна, через сопла - 28, соединенные с трубой - 22, поступающая кислота создает в нижней части реактора среду с рН не менее 5. В результате растворенный в воде сероводород переходит в свободное состояние.

Крыльчатка - 24 помимо движения воды в реакторе перемешивает морскую воду и серную кислоту.

Пузырьки воздуха сорбируют сероводород, образующийся в результате подкисления воды и выносят его на верх реактора. Вода с пузырьками сероводорода переливается через края реактора до высоты уровня моря - 2а, и удаляется, по мере поступления, насосом - 9, а сероводород через штуцер - 10 поступает в окислитель - 14.

Итак, работа установки начинается включением насоса - 8, который закачивает воду в цилиндр - 4, преодоливая высоту берега - 1. (Если она выше 10 м, необходимо проложить шланг - 6 в траншее.) Когда вода достигнет дна цилиндра - 4, насос - 8 можно выключить, и вода самотеком будет поступать в цилиндр - 4, достгнув уровня 2а. Далее начинается практически описанная работа установки. Конечно, необходимо наличие начального объема серной кислоты в накопителе - 21. Сероводород поступает в окислитель - 14, где превращается в серную кислоту, необходимую для работы реактора - 23, и выделяет тепло, которое нагревает сероводород, поступающий в плазмотрон. На выходе установки получаем - Н.

Как уже говорилось, все процессы, протекающие в установке, должны быть синхронно отрегулированы, и, конечно, установка должна содержать множество вентилей, установленных на трубах, и управляемых компъютером.

Предлагаемая установка максимально использует энергию каждого технологического цикла и, тем самым, достигает поставленной цели. Более того, получение водорода из воды Черного моря с минимальными затратами чрезвычайно важно экономически и будет способствовать развитию экологических технологий получения и использования энергии на Земле.

Источники информации, использованные при составлении заявки:

1. Патент Украины №106177.

2. Патент России №2131396.

Изобретение относится к области добычи и переработки полезных ископаемых. Установка для извлечения водорода из воды Черного моря содержит реактор, соединенный трубопроводами с воздухозаборником и емкостью с серной кислотой, поступающей из окислителя. Реактор размещен в резервуаре в виде цилиндра, помещенного в береговой грунт. Цилиндр соединен водозаборным и сливным шлангами с сероводородным слоем моря. Дно цилиндра ниже уровня моря на 6-8 метров. Внутри цилиндра расположена перегородка, в центре которой установлен реактор, верхняя часть которого ниже уровня моря. Цилиндр через штуцер выпуска сероводорода и трубопровод связан с первым компрессором и окислителем, выход которого соединен с накопителем серной кислоты, соединенным с реактором. Реактор также соединен со вторым воздушным компрессором, второй выход которого соединен со вторым входом окислителя. Первый компрессор через устройство контроля соединен с нагревателем, имеющим тепловой контакт с окислителем. Нагреватель соединен с плазмотроном, второй вход которого соединен с управляемым вентилем, соединенным с водородным выходом плазмотрона, а вход управления вентиля подключен к устройству контроля. Водозаборный и сливной шланги соединены с всасывающим насосом и насосом отработанной воды соответственно и опущены в сероводородный слой на разную глубину. Технический результат: уменьшение энергозатрат на получение водорода за счет максимального использования энергии каждого технологического цикла. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для извлечения водорода из воды Черного моря, содержащая реактор, соединенный трубопроводами с воздухозаборником и емкостью с серной кислотой, поступающей из окислителя, отличающаяся тем, что реактор размещен в резервуаре в виде цилиндра, помещенного в береговой грунт, цилиндр соединен водозаборным и сливным шлангами с сероводородным слоем моря, дно цилиндра ниже уровня моря на 6-8 метров, внутри цилиндра расположена перегородка, в центре которой установлен реактор, верхняя часть которого ниже уровня моря, цилиндр через штуцер выпуска сероводорода и трубопровод связан с первым компрессором и окислителем, выход которого соединен с накопителем серной кислоты, соединенным с реактором, реактор также соединен со вторым воздушным компрессором, второй выход которого соединен со вторым входом окислителя, первый компрессор через устройство контроля соединен с нагревателем, имеющим тепловой контакт с окислителем, нагреватель соединен с плазмотроном, второй вход которого соединен с управляемым вентилем, соединенным с водородным выходом плазмотрона, а вход управления вентиля подключен к устройству контроля.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что водозаборный и сливной шланги соединены с всасывающим насосом и насосом отработанной воды соответственно и опущены в сероводородный слой на разную глубину.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что реактор выполнен в виде цилиндра, в дне которого имеются отверстия для поступления обрабатываемой воды, в которых расположены сопла подачи серной кислоты, а на дне установлен двигатель, приводящий во вращение крыльчатку, над которым расположена спираль подачи воздуха в виде трубы с отверстиями в стенках, и завитой в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра.