УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗОВ ИЗ ГЛУБИННОЙ МОРСКОЙ ВОДЫ

Область применения
Предлагаемое устройство относится к гидротехнике, энергетической и химической промышленности и экологии. Оно может быть использовано для подъема на поверхность водоема глубинной воды, содержащей растворенные газы, с целью их промышленного использования.
Уровень техники
Растворенные газы, главным образом, сероводород, метан и другие присутствуют в глубинных слоях вод некоторых водоемов Земли. Запасы их огромны. Так, например, запас растворенного сероводорода в глубинных водах Черного моря оценивается в 250-300 млн. тонн [1, 2]. Газообразный сероводород, поднятый на поверхность водоема и выделенный из морской соды с помощью предлагаемого устройства, может быть использован в качестве ценного природного энергетического ресурса - сырья для получения водорода - топлива будущего, а также серы, серной кислоты и других ценных химических веществ. В естественных условиях может происходить выброс этих газов в атмосферу, приводящий к экологическим нарушениям в природной среде (катастрофам). Основными проблемами при получении газов из глубинной морской воды является подъем воды, содержащей растворенные газы, на поверхность, превращение растворенных в воде газов в газообразное состояние с обеспечением наиболее полного их выделения из морской воды и предотвращение поступления оставшихся в растворе газов в воду поверхностного слоя с целью ограничения негативного влияния на экологическое состояние водоема и атмосферы.
Для подъема на поверхность водоемов глубинных вод, содержащих растворенные газы, наиболее перспективны устройства, использующие возобновляемую энергию поверхностных волн. В качестве прототипов можно использовать устройства, представляющие собой вертикальный трубопровод, оборудованный обратным клапаном или соплом-воронкой, который укрепляется на поплавке [3, 4]. Недостатками этих устройств является то, что они не обеспечивают достаточно полного выделения газа из глубинной воды и экологическую защиту поверхностных слоев моря и атмосферы от газового загрязнения.
Технический результат: устройство обеспечивает подъем глубинной воды, содержащей растворенные газы на поверхность водоема, интенсивное выделение газов из глубинной воды, без загрязнения окружающей среды и без использования традиционных источников энергии.
Осуществление полезной модели
Заявленный технический результат достигается за счет того, что устройство для получения газов из глубинной морской воды, представляющее собой вертикальные водоподъемный и водоотводящие трубопроводы, укрепленные на поплавке, отличающееся тем, что верхние концы трубопроводов выполнены с возможностью открываться и выходят в цилиндрический поддон со сферическим колпаком - резервуаром, причем верхний конец водоподъемного трубопровода оборудован клапаном, закрывающимся под действием силы тяжести, а нижние концы водоотводных трубопроводов оборудованы клапанами, имеющими положительную плавучесть. Клапан, закрывающийся под действием силы тяжести, может быть выполнен конической формы и установлен основанием вверх.
Верхний конец водоподъемного трубопровода может быть поднят над водоотводящими трубопроводами и оборудован уплотнительным кольцом, с функцией служить в качестве посадочного места для закрывающегося под действием силы тяжести клапана верхнего конца водоподъемного трубопровода.
Предлагаемое устройство для получения газов из глубинной морской воды (фиг.1), представляет собой вертикальный водоподъемный трубопровод (1) и несколько водоотводных трубопроводов (2), жестко скрепленных между собой и цилиндрическим поддоном (3). Трубопроводы и цилиндрический поддон устанавливаются на поплавке (4), отслеживающем волны. Суммарная площадь сечения водоотводных трубопроводов должна соответствовать площади сечения водоподъемного трубопровода, чтобы вся поднятая вода могла выливаться в глубинные слои за один цикл подъема и опускания поплавка на волне. Верхние концы водоподъемного (1) и водоотводных (2) трубопроводов открыты в цилиндрический поддон (3), к которому сверху жестко прикреплен сферический резервуар - колпак (5). Верхний конец водоподъемного трубопровода (1) поднят над водоотводящими трубопроводами (2) и оборудован уплотнительным кольцом (6). Это кольцо служит посадочным местом для
гравитационного (закрывающегося под действием силы тяжести) клапана (7), который, например, может быть выполнен конической формы и установлен основанием вверх. Такая конструкция позволяет разбрызгивать поднимаемую с глубины воду для более интенсивного выделения (газов) из воды. Нижние концы отводящих трубопроводов (2) оборудованы клапанами (8), имеющими положительную плавучесть. Клапаны (7) и (8) оборудуются приспособлениями (типа направляющих), ограничивающими их вертикальные движения и смещения от вертикальной оси (на фиг.1 не показаны). В верхней части сферического колпака - резервуара (5) имеется патрубок (9) для присоединения газоотводного шланга (10), идущего к накопителю газов (плавучему резервуару-накопителю или на судно-фабрику). Нижний конец водоподъемного трубопровода (1) оборудован грузами (11) для придания устройству вертикального положения.
Работа устройства для получения газов из глубинной морской воды осуществляется следующим образом (см. Фиг.2, где А - без волнения (невозмущенный уровень моря), Б - при подъеме на гребень волны, В - при опускании в ложбину между волнами). При установке устройства в спокойную воду (статический уровень) в вертикальное положение (фиг.2, А), водоподъемный трубопровод (1), водоотводные трубопроводы (2) и цилиндрический - поддон (3) заполняются водой по расчетную ватерлинию поплавка (4).
Во время подъема устройства на гребень волны (фиг.2, Б) клапан (7) водоподъемного трубопровода (1) закрывается (садится на посадочное место) (6) в результате чего вода удерживается внутри водоподъемного трубопровода (1) и поднимается по нему выше уровня спокойного моря. При этом создается дополнительное гидростатическое давление (между динамическим и статическим уровнем), клапана (8) автоматически открываются и вода, находящаяся в цилиндрическом поддоне (3), выпускается на глубину. Вода из цилиндрического поддона (3) с остатками растворенного в ней газа, которая ранее поступила в сферический резервуар (5) по водоподъемному трубопроводу (1), уходит вниз на глубину по водоотводным трубопроводам (2).
При движении устройства в ложбину между волнами (фиг.2, В), под действием отрицательного гидростатического давления, клапан (7) открывается и глубинная вода, содержащая растворенный газ, из водоподъемного трубопровода (1) поступает в сферический резервуар-колпак (5). Благодаря естественному выделению (эвазии) газов и тому, что клапан (7) имеет коническую форму, глубинная вода, поступающая по
водоподъемному трубопроводу (1) в сферический резервуар-колпак (5), ударяется о внутренние стенки колпака и разбрызгивается, что обеспечивает ее интенсивное перемешивание и выделение газа. При движении устройства в ложбину между гребнями волн, клапаны (8) водоотводных трубопроводов (2) закрываются, препятствуя поступлению по ним воды с глубины. Газ накапливается в сферическом колпаке-резервуаре (5) и через патрубок (9) поступает по шлангу (10) в накопитель газов. Процесс выделения из воды газов, происходящий под сферическим колпаком-резервуаром (5), может быть усилен при понижении (разрежении) в колпаке давления, что может быть достигнуто установкой насоса, откачивающего из колпака газ по шлангу (на фиг.1 не показан).
О целесообразности промышленной добычи газов свидетельствуют следующие расчеты. Концентрация, например, сероводорода в Черном море на глубинах порядка 200 м - 300 м достигает 6 мг/л., а расход воды волновым устройством для подъема глубинных вод с водоподъемным трубопроводом диаметром 1200 мм может составить 1,0 куб. м./сек. [5]. При 30% превращении растворенного сероводорода в газообразное состояние, интенсивность поступления газообразного сероводорода в накопительный резервуар составит 2,0 г/сек., то есть около 175 кг в сутки на одно водоподъемное устройство. Группа, состоящая из 10 водоподъемных устройств, обеспечит получение около 1,75 тонн газообразного сероводорода в сутки без затрат традиционных источников энергии. Предлагаемые устройства могут быть установлены около судна - фабрики, стоящего на глубоководном якоре или находящегося в дрейфе.
Таким образом, в предлагаемом устройстве, благодаря энергии волн, в сферический резервуар по водоподъемному трубопроводу поднимается глубинная вода, содержащая растворенные газы. В сферическом резервуаре из этой воды, благодаря естественному выделению (эвазии) газов и применению клапана, происходит интенсивное выделение газов, которые поступают в плавучий резервуар или на судно-фабрику для получения водорода и других ценных веществ. Глубинная вода с остатками растворенных в ней газов, не выделившихся в газообразном состоянии, уходит из цилиндрического поддона по водоотводным трубопроводам обратно на глубину, не загрязняя воду поверхностного слоя водоема и воздух.
Источники информации:
1. Ю.И.Сорокин Черное море. Природа, ресурсы//М.: Наука, 1982, 217 с.
2. А.С.Васильев Основы прикладной экологии океана//Владивосток: Дальнаука, 1992, 281 с.
3. Пшеничный Б.П., Пономарев А.И., Крецов А.С., Горохов Л.А. Волновой водоподъемник. Патент Р.Ф. №2057230. 27.03.1996.
4. Б.П.Пшеничный патент Р.Ф. 59940 «Устройство для подъема глубинной воды на поверхность водоема» 10.01.2007.
5. Пшеничный Б.П., Безносов В.Н. Природные ресурсы глубинных вод океана и пути их рационального освоения, предотвращающие негативные экологические последствия // Москва. Россельхозакадемия, 2006, 225 с.