CC BY
23
перенапряжений. Вестник СамГТУ. Серия "Техн. науки". - Самара, №4 (40). 2013 г. с. 149-157.
4. Кузнецов Д.В., Гольдштейн В.Г. Совершенствование концепции и методов организации энергоснабжения мегаполисов. Промышленная энергетика 2014. №2.
5. Манусов В.З., Александров Н.В. Ограничение токов короткого замыкания с помощью трансформаторов с
высокотемпературными сверхпроводящими
обмотками // Известия ТПУ. - 2013. - №4. - с. 100105.
6. Berger A., Cherevatskiy S., Noe M., Leibfried T. Comparison of the efficiency of superconducting and conventional transformers / A. Berger, // Journal of Physics: Conference Series 234. 2010.
С 01В 3/00, C02F 1/20, С25В1/00, 1/02, 1/04
ОСОБЕННОСТИ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОДОЕМОВ С МОРСКОЙ _ВОДОЙ ОТ СЕРОВОДОРОДА_
Терещук Валерий Сергеевич,
с.н.с. ИМАШ РАН
Автореферат
В данной статье предлагается проект очистки природных водоемов от сероводорода для улучшения экологии природных водоемов с целью предотвращения уменьшения рыбных запасов и в восстановлении красных водорослей в частности в акватории Черного моря вблизи Крымского побережья.
Abstract
This article proposes a project to clean natural reservoirs from hydrogen sulfide to improve the ecology of natural reservoirs in order to prevent the reduction of fish stocks and to restore red algae in particular in the Black Sea near the Crimean coast.
Ключевые слова:
Электролиз, сероводород, сера, водород, морская вода
Keywords:
Electrolysis, hydrogen sulphide, sulfur, hydrogen, sea water
В данной статье предлагается проект очистки природных водоемов от сероводорода для улучшения экологии природных водоемов с целью предотвращения уменьшения рыбных запасов и в восстановлении красных водорослей в частности в акватории Черного моря вблизи Крымского побережья.
Наиболее близким к данному предложению является патент РФ №2123476 с приоритетом от 02.07.92г [1], который предполагал создание аэролифта из пузырьков водорода, вырабатываемых за счет химической реакции активированного алюминия с морской водой. Водород, поднимаясь по трубе вверх, увлекает по трубе вверх и воду вместе с растворенным в ней сероводородом. Из движущейся к поверхности воды суспензии, за счет падения давления начинает выделяться и растворенный водород, что усиливает эффект аэролифта.
В 1992 году активированный алюминий предполагал использование сплава алюминия с индием и галлием. Такой сплав успешно выделяет из воды водород, при этом индий и галлий безвозвратно расходуется, что экономически невыгодно, так как эти компоненты по стоимости близки к золоту.
Поэтому предлагается вместо индия и галлия использовать сплав алюминия с несколькими процентами меди, например, 5-8% [2] или использовать известный сплав Д16 (дюраль-дуралюминий), где так же содержится медь. Эти сплавы хорошо зарекомендовали себя в качестве материала для катода при электролизе воды для получения водорода [3]. В предполагаемом способе дешевле организовывать аэролифт, используя разложение воды при помощи электролиза. На рис. 1 представлена схема подобного устройства. Труба 1 сделана из легкого
алюминиевого сплава АГ-6, почти не подверженного коррозии в морской воде. Труба 1 в данном случае будет являться анодом, а катодом расположенный в центре круглый сплошной цилиндр 7 из предлагаемого нами недорогого алюминиевого сплава.
В прототипе вода, в которой растворен сероводород засасывалась снизу трубы, в предполагаемом изобретении см.фиг.1 нижний торец трубы закрыт, а вода с растворенным сероводородом поступает через боковые окна-2, что предполагает перемещение такой трубы 1 при помощи траления каким-либо судном, т.е. очищение воды от сероводорода на приличной акватории и в слое по вертикальному размеру щелей водозоборников 2.
Закрытая нижняя часть трубы предполагает сбор продуктов электро- химической реакции 6, которые тяжелее воды и не растворимы в воде.
Преимущество этого способа состоит еще в том, что этот процесс будет регулируемым за счет изменения мощности электроэнергии, подаваемой от постоянного источника тока 8 в цепь анод-катод.
Не нужно будет задействовать насосом, как в прототипе, первоначальное движение воды с растворенным в ней сероводородом вверх к поверхности водоема. Это можно сделать подавая в начале большую мощность на электролизную ячейку.
Следует заметить, что электролиз морской воды с растворенным в ней сероводородом несколько отличается от электролиза обычной воды.
Морская вода содержит в основном хлорид натрия, т.е. катионы натрия и анионы хлора и молекулы воды. Поэтому на катоде наряду с водородом будет выделяться и натрий. Натрий с молекулами
воды дает NaOH + Н2, с одной стороны дает умягчение воды (что полезно в небольших количествах), а с другой усиливает электролиз, что экономит электроэнергию. Дополнительный водород от этой химической реакции еще усиливает аэролифт. На аноде наряду с кислородом выделяется хлор, который хорошо растворяясь в воде образует HCl
2Cl + H2O + 2HCl + 0,502 и соединяясь с NaOH дает реакцию нейтрализации NaOH + HCl = NaCl + H20
(соль возвращается в воду). Кислород, слабо растворяясь в воде, участвует в увеличении процесса аэролифта и еще происходит аэрация сероводорода и его химическое окисление кислородом. при недостатке кислорода:
2 Н 2 S + О 2 = 2 S + 2 Н 2 О (на этой реакции основан промышленный способ получения серы). В воздухе горит синим пламенем:
2 Н 2 S + 3 О 2 =2 Н 2 О + 2 S О 2 Реагирует со щелочами:
Н 2 S + 2 N а О Н = N а 2 S + 2 Н 2 О (средняя соль, при избытке NaOH)
Н 2 S + N а О Н = N а Н S + Н 2 О (кислая соль, при отношении 1:1) Сероводород реагирует также со многими другими окислителями, при его окислении в растворах образуется свободная сера или ион SO42-, например: 3 Н 2 S + 4 Н С1О 3 = 3 Н 2 S О 4 + 4 Н CI
2 Н 2 S+ О 2 = 2 Н 2 О + 2 S В ресивере 3 происходит отделение сероводорода от воды. Вода стекает опять в водоем, а сероводород компрессором 4 подается в электролизер 5, где сначала сжижают его, а потом разлагают на водород и серу. Полученный водород частично используют для получения энергии, необходимой для сжатия и разложения сероводорода, а часть в качестве экологически чистого горючего.
Серу используют в различных отраслях народного хозяйства. Серу применяют в электронной технике, при изготовлении оптических приборов, люминофоров, в производстве фармацевтических и косметических препаратов — лосьонов, мазей, средств против кожных болезней.
Половина производимой серы используется в производстве серной кислоты.
Серу применяют для вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и как сера коллоидная — лекарственный препарат. Также сера в составе серобитумных композиций применяется для получения сероасфальта, а в качестве заместителя портландцемента — для получения серобе-тона. Сера находит применение для производства пиротехнических составов, ранее использовалась в производстве пороха, применяется для производства спичек.
Применение водорода многообразно: им обычно заполняют шары-зонды, в химической промышленности он служит сырьём для получения многих весьма важных продуктов (аммиака и др.) , в пищевой - для выработки из растительных масел твёрдых жиров и т. д. Высокая температура (до
2600 °С) , получающаяся при горении водорода в кислороде, используется для плавления тугоплавких металлов, кварца и т. п. Жидкий водород является одним из наиболее эффективных реактивных топлив. Ежегодное мировое потребление водорода превышает 1 млн. т. В нефтехимии, с его помощью гидрированием
очищают углеводороды от химически связанной серы. В химической промышленности при получении такого крупнотоннажного химического вещества, как анилин.
Водород используют при синтезе аммиака. Для производства соляной кислоты.
При гидрокрекинге (крекинге в атмосфере водорода) природных углеводородов получают высокооктановый бензин. Как восстановитель водород применяют при получении некоторых особо чистых металлов металлов, катализаторов.
В аналитической химии сероводород и сероводородная вода используются как реагенты для осаждения тяжёлых металлов, сульфиды которых очень слабо растворимы.
• В медицине — в составе природных и искусственных сероводородных ванн, а также в составе некоторых минеральных вод.
• Сероводород применяют для получения серной кислоты, элементной серы, сульфидов.
• Используют в органическом синтезе для получения тиофена и меркаптанов.
В последние годы рассматривается возможность использования сероводорода, накопленного в глубинах Чёрного моря, в качестве энергетического (сероводородная энергетика) и химического сырья
Оценочные расчеты по проекту использования сероводорода
Черного моря.
1. Объем сероводородной ванны Черного моря.
Известно, что площадь акватории Черного моря составляет
S=420,3 тыс.кв.км. Максимальная глубина Н=2210м. Глубина от поверхности моря свободного от сероводорода в среднем составляет а=160м. Считая, что форма ванны Черного моря будет средней между конусом и цилиндром примем, что объем воды с сероводородом равен:
V=2/3S(H-a)=2/3x420,3x2050x106=575x109м3
2. Известно, что в сероводородном слое воды Черного моря содержится 13г/м3 сероводорода, тогда масса сероводорода составит
Мсв = 0,013х575х109 = 7,5х109кг
3. Водород занимает 1/17 часть сероводорода, поэтому из этого сероводорода можно получить водорода 4,4х108кг, а серы соответственно 70,4 кг.
Общие сведения. Водород - идеальный эко-фильный вид топлива. Очень высока и его калорийность - 33 тыс. Ккал/кг, что в 3 раза выше калорийности бензина. Он легко транспортируется по газопроводам, потому что у него очень малая вязкость. По трубопроводу диаметром 1,5м с ним передается 20тыс. МегаВатт мощности. Перекачка легчайшего
газа на расстояние в 500км. почти вдесятеро дешевле, чем передача такого же количества электроэнергии по линиям электропередачи.
При сжигании 4,4х108кг водорода можно получить 1,45х1013ккал энергии. (1ккал=0,001163квт-час). Или 16,86х109квт-час. Если учесть КПД топливных элоементов 0,5, то при переводе в электроэнергию получим 8,43х109квт-час -это в 1,5 раза больше чем годовое потребление электроэнергии г.Москвы.
Теоретически на разложение сероводорода на водород и серу расходуется в 12 раз меньше энергии чем мы получаем при сжигании водорода. Более реальную оценку дает реактор плазменно-мем-бранной технологии Института водородной энергетики и плазменной технологии Центра им. И.В.
Курчатова, который расходует 1квт-час электроэнергии на производство 1куб.м водорода и 1,4кг серы.
Использованная литература:
1. Терещук В.С., Варшавский И.Л., Макси-менко А.И. Способ очистки природных водоемов от сероводорода, патент РФ№2123476 с приоритетом от 02.07.92г.
2. Терещук В.С., Стаценко И.Н., Гармашов А.Б. Способ получения водорода, патент РФ №2602905 от 20.11.2016г.
3. Терещук В. С., Ковалев А.А..,., Синев А.В.., Раков Д. Л. Устройство для утилизации тепла при электролизе. Патент РФ №123412 от 27.12.12.
