Установка для получения из воды сероводорода Российский патент 2024 года по МПК C02F1/20 C02F1/58 C01B17/16 

Настоящее изобретение относится к устройствам для выделения из преимущественно морской воды сероводорода, попутно других газов и прочих примесей.

Известны многочисленные устройства аналогичного назначения, например, «Устройство для десорбционного подъема морской воды, содержащей сероводород» [1].

Данное устройство содержит трубопровод с размещенным в его нижней части конфузором, подключенным к положительному полюсу источника тока, а внутри конфузора установлена цилиндрическая втулка, подключенная к отрицательному полюсу источника питания, причем конфузор отделен от втулки диафрагмой, в верхней части которой расположен клапан для выхода газа.

Принцип работы устройства основан на методе создания в результате электролиза морской воды кислой среды в области анода, вследствие чего начинается выделение сероводорода. Выделившийся сероводород по мере его подъема по трубе создает эффект лифтирования и дополнительную подъемную силу.

Недостатком этого устройства являются проблемы с доставкой и обеспечением конструкционной надежности данной гидролизной установки, размещенной на глубинах более километра, необходимостью частой промывки засорившейся диафрагмы и т.п.Кроме того, эффективного электролиза может не быть в пресных водоемах.

Данное устройство использует для решения задачи выделения сероводорода только один метод: подкисление воды, содержащей газ, посредством электролиза.

Этот метод может быть отнесен к химическим методам дегазации. Известен, например, «Способ извлечения сероводорода из водных сред» [2], заключающийся в подкислении сероводородсодержащей воды серной кислотой, имеющий те же конструктивные недостатки.

Известна так же «Система очистки природных водоемов от сероводорода» [3]. Система содержит трубопровод подъема глубинной воды с насосом в дозаторе для отделения сероводорода, соединенные между собой перепускные трубопроводы, причем система дополнительно снабжена энергетическим корпусом с циркуляционным насосом, поверхностью нагрева теплоносителя, паротурбинной установкой, снабженной электрогенератором и конденсатором теплоносителя.

Данная система предназначена не только для выделения, но и для сжигания сероводорода, получения пара высокого давления в паротурбинной установке с выработкой электроэнергии, а также получение из продуктов горения элементарной серы по методу Клауса.

Недостатком данной установки является чрезвычайная сложность и не целесообразность ее использования, если ставится более простая задача: добыча и накопление сероводорода для его последующего использования.

Кроме того, в этой установке только механический дегазатор и термический метод выделения газа.

В теплоэнергетике так же широко используются термические деаэраторы, например, «Центробежно-капельный деаэратор» [4]. Данное устройство содержит цилиндрический корпус с верхней и нижней торцовыми крышками, с тангенциальными патрубками подвода деаэрируемой жидкости, сепаратор, соединенный с корпусом посредством отверстий в корпусе, трубу отвода выпора с устройством для диспергирования жидкости, при этом труба отвода выпора выполнена из двух коаксиально расположенных трубопроводов-внешнего и внутреннего трубопровода, при этом внешний трубопровод соединен с сепаратором, обеспечивая забор выпара из сепаратора, а внутренний трубопровод проходит через весь деаэратор и соединен с емкостью устройства для диспергирования, осуществляя забор выпара из упомянутой емкости.

Подобные устройства обеспечивают высокое качество деаэрации воды, однако требуют очень большое количество тепловой энергии и поэтому они являются составной частью паровых котлов ТЭЦ, ТЭС и АЭС для выработки подпиточной воды тепловых сетей. В связи с этим, для получения сероводорода из морской воды устройства подобного тип не рентабельны.

Кроме того, подобные устройства используют только тепловой метод дегазации воды.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является «Установка для удаления сероводорода из воды» [5].

Установка содержит корпус с отверстием в нижней части для вывода твердых отложений, патрубки отвода газа, дегазированной воды и устройство для подачи дегазируемой воды, причем труба для отвода твердых отложений выполнена в виде шнека, сероводородсодержащая вода подается в корпус через форсунку, а снизу через трубу подается подогретый воздух.

Данная установка не может использоваться для получения и накопления горючего газа сероводорода в промышленных целях, поскольку его концентрация снижается из-за подачи подогретого до 80 градусов Цельсия воздуха, продуваемого через слой воды с задачей выделения газа. Таким образом, эта установка для удаления газа использует, как основной метод, подачу через форсунку в корпусе дегазируемую воду в диспергированном виде.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы устройства, использующегося в технологиях получения сероводорода, преимущественно из морской воды.

Технической проблемой, которую решает настоящее изобретение, является создание объекта с более высокой производительностью выработки сероводорода из воды путем расширения арсенала используемых технических средств, в частности,: проточный подогрев сероводородной воды (термическая деаэрация), подачу ее через форсунку в диспергированном виде (создание большей поверхности раздела фаз) и обеспечение остаточной дегазации на вращающемся подогреваемом цилиндре (пленочная дегазация).

Технический результат заключается в то, что установка для получения из воды сероводорода, состоящая из корпуса с отверстием в его нижней части для отвода шнеком твердых отложений, патрубок отвода газа, патрубок отвода дегазированной воды и устройство для подачи насосом дегазируемой сероводородсодержащей воды через форсунку, которое включает так же промежуточную герметичную емкость, установленную с заглублением на уровне моря и оснащенную глубинным водозабором, подключенным с наружной стороны дна емкости, внутри емкости подключен трубопровод отвода сероводородсодержащей воды, подключенный через насос, эжектор, вентиль, промежуточный нагреватель к форсунке, размещенной в верхней части корпуса, причем на уровне частично дегазированной воды в корпусе установлен со своим приводом вращающийся барабан, частично погруженный в воду, на нижней поверхности барабана размещен подпружиненный скребок, вне воды размещен нагреватель, выполненный с возможностью испарения пленки воды на сухой поверхности барабана, над барабаном установлен защитный кожух, а воздушная полость герметичной емкости соединена трубой с эжектором, подключенному к трубопроводу отвода сероводородсодержащей воды.

Технический результат заключается так же в том, что шнек оснащен реверсивным приводом, создающим волновое движение в нижней части корпуса, а перед патрубком отвода газа в корпусе установлен каплеуловитель воды.

На чертеже представлена «Установка для получения из воды сероводорода».

Установка содержит корпус 1 с отверстием 2 в его нижней части, в котором размещен шнек 3 со своим реверсивным приводом 4, патрубок 5 отвода газа, патрубок 6 отвода дегазированной воды и устройство подачи дегазируемой воды, включающее промежуточную герметичную емкость 7, установленную с заглублением на уровне 8 моря и оснащенную глубинным водозабором 9, подключенным с наружной стороны дна емкости, а внутри емкости подключен трубопровод 10 отвода сероводородсодержащей воды, подключенный через насос 11, эжектор 12, вентиль 13, проточный нагреватель 14 к форсунке 15, размещенной в верхней части корпуса, причем на уровне частично дегазированной воды в нижней части корпуса установлен вращающийся барабан 16 со своим приводом (не показан на чертеже), на его боковой поверхности вне воды размещен нагреватель 17, на нижней поверхности барабана подпружиненный скребок 18, над верхней его поверхности- защитный кожух 19.

Кроме того, к трубопроводу отвода от емкости сероводородсодержащей воды подключен дополнительный вентиль 20 предварительного выпуска на момент запуска установки воды, еще не содержащей газ. Газ, который выделяется из воды в процессе работы в воздушную полость промежуточной емкости по трубе 21, подается на эжектор, к патрубку отвода газа из корпуса подключен каплеуловитель 22, а к выходному нижнему отверстию корпуса установлен бункер 23 для сбора твердых отходов.

«Установка для получения из воды сероводорода» работает следующим образом. Глубинный водозабор 9, опущенный на глубину более 1000 метров в зону с более высокой концентрацией сероводорода в воде, первоначально заполнен водой, не содержащей газ или с его незначительной концентрацией.

Промежуточная герметичная емкость 7, установленная с заглублением на уровне моря 8 имеет воздушную полость и нижнюю полость, заполненную водой. В начале работы открывают вентиль 20, закрывают вентиль 13 и включают насос 11. Через трубопровод 10, забор воды которого установлен в емкости 7, вода, не содержащая газ, из нее будет выкачиваться наружу. Поскольку емкость 7 герметична, то по закону сообщающихся сосудов через глубинный забор 9 вода будет заполнять нижнюю часть емкости 7 и удаляться наружу через вентиль 20. После того, когда весь объем воды в трубе от глубинного забора 9 будет заполнен сероводородсодержащей по составу водой, включается вентиль 13, выключается вентиль 20, включается привод (не показано на чертеже) вращения барабана 16 и включается реверсивный привод 4 шнека 3. Глубинная вода, содержащая газ поступает после вентиля 13 на подогрев до 70…80 градусов Цельсия в проточный нагреватель 14 и далее на форсунку 15, где осуществляется ее диспергирование и выпадание в виде мельчайших капель на дно корпуса 1 установки, а выделившийся газ (показано на чертеже сплошной стрелкой) поступает через каплеуловитель 22 в патрубок 5 отвода газа для его накопления и дальнейшего использования. В каплеуловителе, например, «Ультрасет ЗАО Даль» [6], [электронный ресурс] WWW. Daly.ru/каталог/, происходит сгущение пара или тумана до капельной структуры и выпадание в виде крупных капель воды на дно корпуса 1. Преимущество «Ультрасет» и каплеотбойников ЗАО «Даль» в том, что улавливаются частицы жидкости от 3…5 мкм.

Предварительный нагрев воды в проточном нагревателе 14 способствует одновременно ее термической деаэрации и отделению молекул газа от сцепления с молекулами воды при ее дальнейшей процедуре механического диспергирования на форсунке 15.

Кроме того, некоторая часть сероводорода свободно выделившегося из воды в герметичную емкость 7 через трубу 21 поступает на эжектор 12, захватывается потоком нагнетаемой насосом 11 воды и через форсунку 15 так же подается в корпус 1.

Вода, с не полностью выделившегося из нее газа, накапливается в нижней части корпуса 1 на уровне патрубка 6 и смачивает поверхность барабана 16 в виде пленки. Нагреватель 17 испаряет пленку воды на сухой поверхности барабана и окончательно выделившийся из воды сероводород (показано на чертеже пунктирной линией) так же поступает через каплеуловитель 22 в патрубок 5 отбора газа. Реализация пленочной дегазации увеличивает общую производительность установки.

Пленочные дегазаторы широко используются в технике при глубоком удалении из воды сероводорода и других газов. [7]. Налипшие на цилиндр 16 твердые отходы, содержащиеся в воде, счищаются поджатым к цилиндру скребком 18. Твердые отложения это- карбонат натрия и различные соли, содержащиеся в морской воде.

Реверсивный привод 4 понуждает шнек 3 совершать прямые и обратные колебательные движения, перемешивая воду в нижней части корпуса 1, и омывая, таким образом, цилиндр 16 волнами воды, из которой выделяется остаточный газ. После накопления твердого осадка на дне корпуса 1 открывается отверстие 2 в его нижней части и шнеком 3 при его постоянном вращении в прямом направлении осадок выталкивается наружу в бункер 23.

Предлагаемое изобретение в комплексе использует разные методы выделения сероводорода из воды и может быть широко использовано в промышленности.

Будущее водородной энергетики во многом зависит от инновационных и дешевых способов получения водорода. Одним из таких способов является получение водорода из сероводорода морской воды [8].

Источники информации.

1. Баранов Е.Г., Головин Г.А и др. Устройство для десорбционного подъема морской воды, содержащей сероводород. Авторское свидетельство СССР №1756281, МПК C02F 1/46.

2. Бойцов Е.Н., Ковальский В.А. Способ извлечения сероводорода из водных сред. Патент РФ №2134237. МПК C02F 1/20; C02F 1/58.

3. Ахмедов Р.Б., Ахмедов Э.Р., Рязанов А.К. Система очистки природных водоемов от сероводорода. Патент РФ №2010011. MПК C02F 1/58.

4. Сергеев В.Н. Центробежно-капельный деаэратор. Патент РФ №2760142. МПК F22D 1/50; BO1D 19/00.

5. Шелякин А.П., Пантелеймонов А.А. и др. Установка для удаления сероводорода из воды. Авторское свидетельство СССР №1754146. МПК В01D 19/00.

6. Ультрасет ЗАО Даль. Каплеуловитель. [Электронный ресурс]. www. Daly.ru/ каталог/.

7. Пленочный дегазатор-Большая Энциклопедия Нефти и Газа [электронный ресурс] www.ngpedia.ru/id659207p1.html.

8. Старцев А. Н. Водород из сероводорода: инновационное решение энергетических и экологических проблем. Новосибирск. [Электронный ресурс] www.researchgate.net/publication/319186297.html.

Установка предназначена для выделения, преимущественно из морской воды, сероводорода и попутно других газов. Установка содержит корпус с отверстием в его нижней части для отвода шнеком твердых отложений, патрубок отвода газа, патрубок отвода дегазированной воды и устройство для подачи насосом дегазируемой сероводородсодержащей воды через форсунку. Устройство подачи включает также промежуточную герметичную емкость, установленную с заглублением на уровне моря и оснащенную глубинным водозабором, подключенным с наружной стороны дна емкости. Внутри емкости подключен трубопровод отвода сероводородсодержащей воды, подключенный через насос, эжектор, вентиль, промежуточный нагреватель к форсунке, размещенной в верхней части корпуса. На уровне частично дегазированной воды в корпусе установлен со своим приводом вращающийся барабан, частично погруженный в воду. На нижней поверхности барабана размещен подпружиненный скребок, вне воды размещен нагреватель, выполненный с возможностью испарения пленки воды на сухой поверхности барабана. Над барабаном установлен защитный кожух. Воздушная полость герметичной емкости соединена трубой с эжектором, подключенным к трубопроводу отвода сероводородсодержащей воды. Технический результат: эффективное выделение сероводорода из воды. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для получения из воды сероводорода, состоящая из корпуса с отверстием в его нижней части для отвода шнеком твердых отложений, патрубка отвода газа, патрубка отвода дегазированной воды и устройства для подачи насосом дегазируемой сероводородсодержащей воды через форсунку, отличающаяся тем, что устройство подачи включает также промежуточную герметичную емкость, установленную с заглублением на уровне моря и оснащенную глубинным водозабором, подключенным с наружной стороны дна емкости, внутри емкости подключен трубопровод отвода сероводородсодержащей воды, подключенный через насос, эжектор, вентиль, промежуточный нагреватель к форсунке, размещенной в верхней части корпуса, причем на уровне частично дегазированной воды в корпусе установлен со своим приводом вращающийся барабан, частично погруженный в воду, на нижней поверхности барабана размещен подпружиненный скребок, вне воды размещен нагреватель, выполненный с возможностью испарения пленки воды на сухой поверхности барабана, над барабаном установлен защитный кожух, а воздушная полость герметичной емкости соединена трубой с эжектором, подключенным к трубопроводу отвода сероводородсодержащей воды.

2. Установка для получения из воды сероводорода по п. 1, отличающаяся тем, что шнек оснащен реверсивным приводом, создающим волновое движение в нижней части корпуса.

3. Установка для получения из воды сероводорода по п. 1, отличающаяся тем, что перед патрубком отвода газа в корпусе установлен каплеуловитель воды.