способ добычи полезных ископаемых при разработке месторождений на дне моря и комплекс для его осуществления

Формула изобретения

СПОСОБ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ДНЕ МОРЯ И КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ добычи полезных ископаемых при разработке месторождений на дне моря, включающий создание перепада давления между нижним и верхним участками подъемного трубопровода путем испарения морской воды в парогенераторе термосифона атомной электростанции, подъем за счет этого полезного ископаемого со дна моря в бункер-накопитель и транспортирование его на плавсредство, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса добычи за счет получения дополнительного минерального сырья из морской воды и увеличения рабочей температуры парогенератора термосифона, производят опреснение морской воды перед подачей ее в парогенератор термосифона с получением дистиллята, который направляют в термосифон, и концентрированного рассола, подаваемого на переработку.

2. Комплекс для добычи полезных ископаемых при разработке месторождений на дне моря, включающий подъемный трубопровод, соединенный с бункером-накопителем и с закрепленным на плавсредстве термосифоном атомной электростанции, содержащим конденсатор и парогенератор, отличающийся тем, что он снабжен опреснителем морской воды с конденсатором, при этом последний соединен посредством трубопровода питательного дистиллята с конденсатором термосифона, а опреснитель морской воды сообщен с парогенератором посредством паропровода греющего пара и с бункером-накопителем - посредством соединительного трубопровода.

3. Комплекс по п.2, отличающийся тем, что конденсатор опреснителя морской воды расположен на плавсредстве выше конденсатора термосифона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, касается способа добычи и комплекса для добычи полезных ископаемых и минеральных веществ при разработке месторождений на дне моря и может найти применение в народном хозяйстве при промышленном освоении минеральных ресурсов Мирового океана.

Наиболее эффективно применение изобретения в условиях автономного функционирования морского горнодобывающего комплекса в открытом море при глубоководной добыче полиметаллических руд (железомарганцевых конкреций) с одновременным осуществлением их комплексной переработки и производством на месте товарной продукции (никеля, кобальта, меди и др. редких металлов), а также с одновременной переработкой самой морской воды (рассола) с получением пресной воды и различных ценных веществ (минеральных солей, брома, дейтерия, лития, магния и т.д.).

Наиболее близким изобретению являются известные способы добычи твердого полезного ископаемого на морском дне и осуществляющая этот способ гидроподъемная установка. Известный способ-прототип включает создание перепада давления между нижним и верхним участками подъемного трубопровода путем испарения транспортирующей морской воды в парогенераторе термосифона атомной электростанции, подъем за счет этого полезного ископаемого со дна моря в бункер-накопитель с последующим подъемом его на плавсредство. Осуществляющая данный способ гидроподъемная установка включает подъемный трубопровод, соединенный с бункером-накопителем и с закрепленным на плавсредстве термосифоном атомной электростанции, содержащим конденсатор и парогенератор.

Недостатком прототипа является недостаточно высокая эффективность процесса добычи из морского бассейна твердого полезного ископаемого и минерального сырья из-за отсутствия переработки транспортирующей морской воды и получения из нее дополнительного минерального сырья.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса добычи за счет получения дополнительного минерального сырья из морской воды и увеличения рабочей температуры парогенератора термосифона.

Цель достигается тем, что перед подачей транспортирующей морской воды в парогенератор термосифона производят ее опреснение с получением дистиллята, который направляют в термосифон, и концентрированного рассола, подаваемого на переработку. Комплекс для добычи полезных ископаемых при этом снабжен опреснителем морской воды с конденсатором, причем последний соединен посредством трубопровода питательного дистиллята с конденсатором термосифона, а опреснитель морской воды сообщен с парогенератором посредством паропровода греющего пара и с бункером-накопителем посредством соединительного трубопровода.

При этом конденсатор опреснителя морской воды может быть расположен на плавсредстве выше конденсатора термосифона.

На чертеже показан общая конструктивно-компоновочная схема комплекса для добычи полезных ископаемых при разработке месторождений на дне моря, осуществляющий описываемый способ добычи.

Описываемый способ добычи полезных ископаемых включает создание перепада давления между нижним и верхним участками подъемного трубопровода путем испарения морской воды в парогенераторе термосифона атомной электростанции, подъем за счет этого полезного ископаемого со дна моря в бункер-накопитель и транспортирование его на плавсредство и состоит в том, что перед подачей морской воды в парогенератор термосифона АЭС производят ее опреснение с получением дистиллята, который направляют в термосифон, и концентрированного рассола, подаваемого на переработку.

Осуществляемый данный способ комплекс включает транспортное плавсредство базирования 1, на котором размещена гидроподъемная установка, автономная энергетическая установка в виде морской атмоной электростанции (АЭС) или теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), а также необходимое производственно-технологическое оборудование, системы ближней и дальней (космической) связи, навигационные устройства. Плавсредство 1 может представлять собой многоопорную полупогружную конструкцию с регулируемой плавучестью, состоящую из герметичной несущей подводной гидроопоры (платформы) 2 и надводной палубы 3, жестко связанных между собой силовыми трубчатыми стойками 4. Несущая гидроопора 2 выполнена в виде прочного герметичного контейнера и заглублена ниже зоны действия поверхностных морских волн. Надводная палуба 3 поднята над морской поверхностью 5 на высоту, недосягаемую для поверхностных волн. В подводной гидроопоре 2 находятся производственные цехи, в которых размещено производственно-технологическое оборудование, необходимое для комплексной переработки добываемого из морского бассейна твердого полезного ископаемого и минерального сырья и получения на месте готовой (товарной) продукции. Верхняя палуба 3 служит в основном для размещения служебных и жилых помещений, навигационного оборудования, воздушных транспортных средств (вертолетов), систем ближней и дальней (спутниковой) радиосвязи, управляющих и технологических электронно-вычислительных комплексов и т.д., т.е., всего того, что необходимо для нормального и безопасного функционирования промышленного комплекса в режиме круглогодичного автономного плавания в открытом море.

Гидроподъемная установка комплекса включает гидротранспортный подъемный трубопровод 6, предназначенный для подъема с морского дна на плавсредство 1 в размещенные в подводной гидроопоре 2 производственные цехи добываемого полезного ископаемого (ЖМК), соединенный с бункером-накопителем 7. Нижний участок подъемного трубопровода 6 через посредство коллектора 8 и с помощью гибких соединительных трубопроводов 9 связан с самоходным донным добычным агрегатом 10, осуществляющим разработку и сбор на морском дне 11 твердых частиц 12 полезного ископаемого. Верхний участок подъемного трубопровода 6 соединен с бункером-накопителем 7, а последний связан с перерабатывающей ЖМК установкой 13 с помощью подъемного трубопровода, оборудованного землесосом 14.

Для получения дополнительного минерального сырья непосредственно из транспортирующей по подъемному трубопроводу 6 добываемое на морском дне твердое полезное ископаемое (ЖМК) морской воды комплекс снабжен опреснителем 15 с собственной конденсационной установкой (конденсатором) 16, а также перерабатывающей получаемый в результате опреснения морской воды концентрированный соляной рассол установкой 17, размещенной в гидроопоре 2. Опреснитель 15 оборудован рассольным насосом 18 и связан термоизолированным подъемным паропроводом 19 с конденсатором 16. Опреснитель 15 и перерабатывающая рассол установка 17 связаны между собой верхним участком подъемного трубопровода, оборудованного автоматическими распределительными клапанными устройствами 20, 21, 22 (23 - термоизолированный рассольный трубопровод). В качестве автономного энергоисточника в описываемом комплексе, обеспечивающим его электроэнергией, технологическим паром, промышленным и бытовым теплом, а также пресной технической и питьевой водой (дистиллятом), служит морская атомная электростанция (теплоэлектроцентраль АТЭЦ) с энергетической частью в виде погруженного в морской бассейн термосифона 24, содержащего тот или иной известный тип ядерного реактора, парогенератор и конденсационную установку (конденсатор) 25 (26 - термоизолированный парогидропровод). Конденсатор 1 опреснителя 15 и конденсатор 25 термосифона АЭС связаны между собой трубопроводом питательного дистиллята 27. Опреснитель 15 (его греющая батарея) сообщен с термосифоном 24 (его парогенератором) паропроводом греющего пара 28.

С целью осуществления подпитки термосифона 24 АЭС (АТЭЦ) питательным дистиллятом самотеком (без применения дистиллятного насоса) конденсатор 16 опреснителя 15 расположен на плавсредстве выше конденсатора 25 термосифона 24 (29 - паропровод технологического пара; 30 - трубопровод питательной пресной воды (дистиллята) общего назначения; 31 - трубопроводы теплоснабжения).

Благодаря использованию термодинамического принципа гидроподъема добываемого на морском дне твердого полезного ископаемого и включения в состав комплекса энергоисточника в виде АЭС (АТЭЦ) с вертикально установленным в морской бассейн термосифоном, а также связанных с ним и между собой опреснителя 15 и перерабатывающей рассол установки 17 достигается возможность помимо гидроподъема твердого производить дополнительно минеральное сырье в виде горячего рассола и пресную воду (дистиллят).

Способ работы описываемого комплекса состоит в следующем.

Вырабатываемый термосифоном 24 рабочий пар направляется на паровые турбины турбоэлектрогенератора, вырабатываемого промышленный электрический ток. Часть отработанного в турбинах пара направляется (стрелка 32) по трубопроводу греющего пара 28 в опреснитель 15, другая его часть по трубопроводу 29 и коммуникациям теплоэлектроцентрали 31 направляется (соответственно стрелки 33, 34) на производственно-технологические нужды и к перерабатывающим твердое ископаемое и жидкое минеральное сырье установкам 13 и 17, а оставшаяся часть пара поступает (стрелка 35) в конденсационную установку 25, где конденсируется, образуя питательный дистиллят для парогенератора термосифона 24. Поступающий в опреснитель 15 греющий пар обогревает его греющие батареи, в результате чего поступающая (стрелка 36) из бункера-накопителя 7 по соединительному трубопроводу 37 морская вода испаряется, образуя так называемый вторичный пар, который вместе с отработанным в греющих батареях паров направляется (стрелки 38, 39) по термоизолированному подъемному паропроду 19 в конденсатор 16, где конденсируется, образуя дистиллят. Часть этого дистиллята по трубопроводу 30 направляется (стрелка 40) в производственные цехи, в т.ч. к перерабатывающим установкам 13 и 17, и на бытовые нужды, другая его часть по питательному патрубку 27 отводится (стрелка 41) в конденсатор 25 термосифона 24 для подпитки его парогенераторного контура, а оставшаяся часть производимого дистиллята может представлять собой товарную продукцию, отпускаемую (стрелка 42) внешнему потребителю.

В результате непрерывного испарения в опреснителе 15 поступающей в него из бункера-накопителя 7 морской воды, вследствие чего в последнем поддерживается необходимый (расчетный) уровень воды 43, в подъемном трубопроводе 6 создается требуемый рабочий перепад давления транспортирующей морской воды, благодаря которому добываемое на морском дне с помощью донных агрегатов 10 россыпное твердое полезное ископаемое (ЖМК) транспортируется (стрелка 44) в бункер-накопитель 7, где аккумулируется (стрелка 45) и накапливается. Перед поступлением в опреснитель 15 на испарение морская вода подвергается механической очистке от твердых включений с помощью фильтров 46. Регулирование расхода и давления воды осуществляется автоматической клапанной системой 47 известной конструкции. Последующий доподъем (стрелка 48) накопленного в бункере-накопителе 7 ископаемого осуществляется с помощью землесоса 14. Перекачиваемое с его помощью ископаемое поступает (стрелка 49) на комплексную переработку в установку 13. Подача (стрелки 50, 51) на комплексную переработку к установке 17 производимого в опреснителе 15 жидкого минерального сырья - соляного рассола осуществляется по верхнему участку подъемного трубопровода с помощью рассольного насоса 18. Режимы подачи на переработку твердого полезного ископаемого и жидкого минерального сырья-рассола регулируются автоматической клапанной системой, связанной с находящейся на плавстредстве управляющей ЭВМ (условно не показано), в т.ч. с помощью условно показанных на чертеже клапанов-регуляторов 20, 21, 22. Все технологические операции: опреснение морской воды, гидроподъем твердого полезного ископаемого, производство товарного, технологического и питательного дистиллята, а также промышленного и бытового пара (тепла) и производство жидкого минерального сырья - рассола осуществляются непосредственно в процессе функционирования морской АЭС (АТЭЦ) в едином термодинамическом (производственно-технологическом) цикле.

Использование в описываемом комплексе для добычи полезных ископаемых при разработке месторождений на дне моря опреснителя морской воды с конденсатором позволяет существенно повысить рабочую температуру парогенератора термосифона без опасности накипеобразования на его теплообменных поверхностях, за счет этого и благодаря возможности его непрерывной подпитки кондиционным дистиллятом из конденсатора опреснителя повысить безопасность работы АЭС (АТЭЦ); при этом повышается также и радиационная безопасность отпускаемого внешнему потребителю дистиллята (товарной пресной воды), производимого опреснителем, а не термосифоном.

Повышение эффективности процесса добычи с помощью описываемого способа добычи полезных ископаемых при разработке месторождений на дне моря и осуществляющего его комплекса достигается за счет получения дополнительного минерального сырья из морской воды при ее опреснении и увеличения рабочей температуры парогенератора термосифона.