Способ переработки вулканического газа с извлечением соединений рения
METHOD OF VOLCANIC GAS PROCESSING WITH EXTRACTION OF RHENIUM COMPOUNDS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к области переработки вулканических газов, и может быть использовано для выделения рассеянных и редких элементов, благородных и цветных металлов из природных вулканических газов (например, фумарольных газов вулканов).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен способ извлечения рения и других элементов из вулканического газа, включающий сбор вулканического газа, его охлаждение за счет воды, подаваемой в распыленном виде в газоход для конденсации и перехода в твердое состояние соединений рения и других элементов, и улавливание полученных соединений, при этом перед охлаждением в горячий вулканический газ вводят оборотную элементарную серу, охлаждение ведут до температуры 130-150°С с выделением жидкой серы, а улавливание соединений рения и других элементов ведут в скоростном турбулентном пылеуловителе и в циклоне с дополнительным улавливанием серы. (Описание изобретения к патенту РФ 2312158, МПК С22В 61/00, Опубликовано: 10.12.2007).
Недостаток данного способа заключается в сложности и дороговизне используемого оборудования, а также большом расходе электроэнергии. Низкая эффективность переработки вулканического газа с извлечением рения и других ценных сопутствующих элементов.
Известен способ извлечения рения и других элементов, включающий сбор вулканического газа, его охлаждение и улавливание полученных соединений, при этом сбор вулканического газа проводят при давлении в сборнике 20-100 Па, охлаждение ведут до температуры 300-400°C с концентрированием соединений рения и других элементов, а улавливание с отделением образовавшихся твердых соединений от газовой фазы проводят в электрофильтре или системе электрофильтров при поддержании температуры газа на выходе из электрофильтра или системы электрофильтров на уровне 200-250°С. (Описание изобретения к патенту РФ 2222626, МПК C22B 61/00, Опубликовано:27.01.2004).
Недостаток данного способа также заключается в низкой эффективности переработки вулканического газа с извлечением рения и других ценных сопутствующих элементов. Сложность и дороговизна используемого оборудования, а также большой расход электроэнергии. Давление в сборнике газа ниже атмосферного (1атм.=1,01*100000 Па (Н/м2)), значит непрерывного цикла переработки не получится. Недостатком этих способов является переработка в кратере вулкана доставка туда оборудования и подача туда воды и электроэнергии.
Известен способ переработки вулканического газа с извлечением рения и других ценных сопутствующих элементов, включающий сбор, его охлаждение с конденсацией соединений рений и сопутствующих элементов и улавливание полученных соединений, при этом охлаждение вулканического газа ведут до температуры в диапазоне 150-250°С, а улавливание полученных сконденсированных соединений осуществляют в виде коллективного концентрата в рукавном фильтре. (Описание изобретения к патенту РФ 2621516, МПК С22В 61/00, Опубликовано: 06.06.2017).
В предложенном техническом решении также отмечается низкая эффективность переработки вулканического газа с извлечением рения и других ценных сопутствующих элементов. Сложность и дороговизна используемого оборудования, а также большой расход электроэнергии.
Во всех предложенных способах вода применяется только для изменения физических параметров газовых концентратов.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технической задачей предложенного изобретения является создание нового способа переработки вулканического газа с извлечением соединения рения, с одновременным получением дополнительной электроэнергии. Использование данной технологии даст возможность уменьшить трудовые и материальные затраты, упростить производственные процессы, максимально эффективно и рационально использовать для этих целей рельеф местности и источники воды.
Поставленная задача достигается тем, что способ переработки вулканического газа с извлечением соединений рения, включает соединение воды с вулканическим газом фумарол путем закачивания воды в малый кратер вулкана каскадными повысительными насосами из ближайшего источника пресной воды; затем производят сброс воды в большой кратер, в объеме, достаточном для предотвращения быстрого испарения воды при контакте с высокотемпературными газовыми выбросами фумарол, при этом сброс осуществляют путем подрыва разделяющего гребня вулкана; вода абсорбирует и аккумулирует весь газовый концентрат из вулканического газа фумарол и эмиссии всех парящих площадок кратера; а за счет валового расхода фумарол происходит вытеснение воды с растворенным в ней газовым концентратом; с кратера вытесненный раствор газового концентрата транспортируют (спускают) по сбросовому каналу в приемный бассейн к месту переработки; раствор газового концентрата из бассейна подается компрессором на очистку в аэродинамическую трубу и электрофильтр с получением очищенного газового концентрата.
Изложенная совокупность существенных признаков неизвестна ни из патентной, научной литературы, ни из практики извлечения рения и других элементов, что характеризует ее «новизну» и соответствие критерию изобретения - «изобретательский уровень».
Заявляемое решение с присущей ему совокупностью существенных признаков обеспечивает реализацию представленной изобретением задачи. Отсюда правомерен вывод о соответствии заявляемого решения критерию «промышленная применимость».
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 изображена блок-схема комплекса для извлечения газового концентрата (соединений рения) из вулканического газа.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ осуществляется следующим образом: (Фиг. 1)
- Закачку воды в малый кратер вулкана 3 производят каскадными повысительными насосами 2 из ближайшего источника пресной воды 1.
- Сброс воды осуществляют в объеме, достаточном для предотвращения быстрого испарения воды при контакте с высокотемпературными газовыми выбросами фумарол. Сброс осуществляют путем подрыва разделяющих гребней вулкана. Вода абсорбирует и аккумулирует весь концентрат (соединений рения) из вулканического газа фумарол и эмиссии всех парящих площадок кратера.
- Продолжают закачку воды до уровня переливного канала. После окончания закачки, вода, спускаемая по сбросному каналу, за счет газового расхода фумарол, генерирует электроэнергию, выработанную на каскадной гидроэлектростанции 4.
- Полученный раствор газового концентрата транспортируется по сбросовому каналу в приемный бассейн 5к месту дальнейшей переработки.
- Полученный раствор газового концентрата из бассейна подается компрессором 7 на очистку в аэродинамическую трубу 6 с использованием вентилятора дутьевого 8 и электрофильтра 9. Очищенный газовый концентрат попадает в бункер 10.
В предложенном способе извлечения газовых смесей из вулканического газа вода выполняет три функции:
- Вода абсорбирует и аккумулирует весь концентрат соединений рения из вулканического газа фумарол, эмиссии парящих площадок и высокотемпературных газовых струй уноса в атмосферу.
- Вода транспортирует с кратера вулкана (опасного объекта) к месту переработки, к подножию вулкана, растворенный в ней газовый концентрат. Транспортировка по каналу, проделанному в лавовой породе пологого склона вулкана.
- Вода, спускаемая по каналу, генерирует выработку электроэнергии с помощью каскадной гидроэлектростанции мощностью, достаточной для переработки и дальнейшей транспортировке раствора газового концентрата по канатной дороге.
Данный способ можно применить на вулкане Кудрявый острова Итуруп (Фиг. 1), который имеет два кратера с сульфидными соединениями рения, газовыми выбросами фумарол. Вулкан считается одним из перспективных месторождений по содержанию рения.
Закачку воды в малый кратер вулкана производится каскадными насосами ПЭН-270-150, по 2 шт. на каждом каскаде общей производительностью 540 м3/час с перепадом высоты подъема воды 145 м. При заполнении кратера в объеме 550 тыс.м3 производится сброс воды в большой кратер вулкана, имеющего четыре высокотемпературные фумаролы. Сброс осуществляется путем подрыва разделяющего гребня от большого кратера, предварительно заложенной взрывчаткой. В результате сброса, общий кратер будет иметь размер глубина 60 м, диаметр 250 м.; будет наполовину заполнен водой. В результате получим четыре горячих гейзера высотой до 40 м. На дне кратера вода, контактирующая с высокотемпературными газовыми струями фумарол, образует внутренний гейзер перегретого пара постепенно переходящего в гейзер насыщенного пара и далее в гейзер горячей воды. При полном заполнении площади обоих кратеров до высоты водяного столба в большом кратере 60 м высота гейзеров будет не более 20 м. Продолжение закачки воды до уровня переливного канала. Окончание закачки. Валовой расход фумарол обеспечит спуск водного раствора по сбросному каналу, к месту переработки, подножию вулкана. Далее водный раствор газового концентрата попадает в приемный бассейн, откуда компрессором по трубопроводу распыляющими соплами раствор подаем в аэродинамическую трубу, соединенную с электрофильтром, где происходит разделение сульфидных соединений рения от водного раствора. После электрофильтров очищенный газовый концентрат пакуется полиэтиленовую тару для дальнейшей транспортировки на окончательную переработку.
Технология переработки раствора газового концентрата будет заключаться в приготовлении и подаче двухфазного аэрозоля на электрофильтры. Первая фаза, выталкивающая воздух и вторая фаза концентрата газов вулкана растворенная в воде. Смешение двух фаз будет производиться в аэродинамической трубе горизонтального типа, внешне схожа со скруббером. Первая фаза будет подаваться тангенциально, вторая соплами по периметру. В результате получим малую вязкость газовой дисперсионной среды, где вследствие интенсивного броуновского движения и отсутствия факторов стабилизации аэрозолей, начнут изменяться агрегатные состояния. Частицы объединятся в крупные агрегаты, быстро оседающие в газовой среде. Из аэродинамической трубы движение аэрозолей будет направлено в активную зону электрофильтра, где сульфидные соединения рения, выпадут в осадок, получается самая глубокая очистка газового концентрата.
Техническая эффективность предлагаемого способа заключается в том, что его использование обеспечивает возможность и экономическую целесообразность комплексного извлечения ценных компонентов из вулканического газа.