Газлифт в Черном море

Устройство для энергетически выгодного способа извлечения сероводородной черноморской воды

Ниже приведен способ [Патент України № 25861. Спосіб добування сірководню з морської води / Борц Б.В., Неклюдов І.М., Ткаченко В.І., Полєвич О.В. // Опис патенту України на корисну модель, 27.08.2007.] извлечения сероводородной черноморской воды, который исключает постоянное расходование энергии и материалов и рассчитан с использованием уравнений равновесного и неравновесного фонтанного подъемника. Проведенные расчеты позволяют сформулировать основные требования к энергетически выгодному способу извлечения сероводородной воды с заданных глубин.

Рис. 1. Способ извлечения черноморской сероводородной воды

Предложенный выше способ извлечения сероводородной воды с заданных глубин схематически изображен на Рис. 1, и реализуют следующим образом.

Вертикальный трубопровод 1 снабжен затвором 2 и помещен в морскую воду на требуемую глубину. Полость трубопровода свободна от воды. После этого затвор 2 открывают и вода, обогащенная сероводородом, по трубопроводу 1 поднимается вверх. По мере подъема и, следовательно, уменьшения давления вода, чем выше, тем больше насыщается сероводородом, и дальнейшее вертикальное движение ее вверх обеспечивается благодаря эффекту газлифта. В устройстве 3 отделяют сероводород от воды и компрессором 4 подают его в устройство 5, где сероводород разлагают на водород и полимерную серу. Очищенную от сероводорода воду через патрубок 7 возвращают в море. Для остановки процесса клапан 6 закрывают.

Производительность устройства определяется площадью поперечного сечения трубопровода, глубиной его погружения в море и высотой подъема нижнего уровня устройства 3 (высотой подъема сероводородной морской воды в трубопроводе). По численным расчетам, при условии 50% выделения сероводорода из морской воды, производительность установки составит - не менее 20 л/мин сероводорода.

Таким образом, описанное выше устройство по извлечению сероводородной воды с заданных глубин позволяет управляемо и без затрат энергии доставлять обогащенную сероводородом воду на достаточную высоту, где она будет последовательно подвергаться дегазации, а затем съему потенциальной и тепловой энергий известными способами.

Полученный водород используют в качестве экологически чистого горючего, а полимерную серу - в химической промышленности. Возвратную воду методом слива направляют в море на глубину, соответствующую показателю ее остаточной зараженности сероводородом, уменьшая при этом загрязненность морской воды сероводородом на глубине нижнего среза трубопровода.

Экспериментальное моделирование энергетически выгодного способа извлечения сероводородной черноморской воды

Описанный выше способ лифтирования газонасыщенной воды, соответствующей газонасыщенности воды Черного моря на глубине 1000 м – 10 мг/л, реализован в модельном эксперименте. Установка, схема которой приведена на Рис. 2., позволяла моделировать газонасыщенность воды в необходимом интервале. В качестве газа использовался воздух. Помпа 5 через тройник 4 создавала избыточное давление в капилляре 3 с внутренним диаметром 0,02 м, которое приводило к возникновению регулярной последовательности пузырьков (см. Рис. 3). Размер пузырьков воздуха и результирующая газонасыщенность оценивались визуально с помощью линейки 2. На Рис. 3 видны приподнятый относительно уровня воды в емкости 1 мениск в капилляре 3 и два пузырька воздуха, движущиеся в капилляре.

Рис. 2. Схема установки по моделированию газлифта воды

1 – емкость из стекла;

2 – линейка;

3 – капилляр;

4 – тройник;

5 – помпа.

Рис. 3. Фрагмент установки при моделировании лифтирования газонасыщенной воды.

Эксперименты показали, что при длине капилляра 3 равной 1 м, высота подъема газонасыщенной воды составляла 0,01-0,015 м. Используя принцип подобия можно трансформировать полученный результат для оценки подъема воды в полномасштабной установке. В этом случае, при условии полной дегазации воды, которая наблюдается в эксперименте, получим следующую величину ее подъема в трубе – 10 - 15 м. Это значение количественно соответствует результату численного моделирования.

Таким образом, в модельном эксперименте показана возможность лифтирования газонасыщенной воды, что является обнадеживающим фактом в решении проблемы энергетически выгодного способа извлечения сероводородной воды Черного моря.