способ извлечения сероводорода из водных сред

Формула изобретения

Способ извлечения сероводорода из природных водных сред, преимущественно из глубинных водных слоев моря, путем подкисления сероводородсодержащей воды минеральной кислотой и аэрации ее, отличающийся тем, что выделяющийся из воды сероводород окисляют, часть получаемой при этом серной кислоты используют для подкисления исходной воды, а выделяющееся в процессе окисления сероводорода тепло утилизируют.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области добычи полезных ископаемых, в частности к извлечению сероводорода из сероводородсодержащих вод.

Известно, что применяемые в настоящее время методы разработки сернистых руд связаны с необходимостью откачивания и очистки дренажных и пластовых вод от сероводорода, содержание которого в этих водах колеблется от 0,05 до 0,20 кг/м³ [1, с. 65, 66].

Большие запасы сероводорода (не менее 7,6 миллиардов тонн) содержатся в Черном море. На глубине 100 - 200 м концентрация сероводорода составляет 11 - 14 мл/л [2], а у дна моря, на глубине до 750 м, имеются локальные зоны аномально высоких концентраций, достигающих 200 г/м³ [3].

Известно несколько способов извлечения сероводорода из водных сред, например, путем подкисления воды до pH = 4,0 - 5,0 с наложением вибрации частотой от 5 10³ до 10 10³ мин^-1 [4] или путем воздействия на воду электрогидравлическими ударами [5].

Известен также способ подъема морской воды и извлечения содержащегося в ней сероводорода, который заключается в лифтировании из глубинных слоев газоводяной смеси, образующейся в результате подачи в морскую воду углекислоты [6].

Наиболее близким к заявляемому и принятым нами за прототип является способ очистки от сероводорода дренажных и пластовых вод, согласно которому подлежащую очистке воду подкисляют минеральной кислотой до pH 5 и подвергают аэрации [1, с. 65, 66]. Недостатком данного способа является необходимость затрат на минеральную кислоту, используемую для подкисления сероводородсодержащей воды. Кроме того, побочные отрицательные последствия применения этого способа - загрязнение атмосферы извлекаемым из воды сероводородом.

Задачей предлагаемого способа, в отличие от прототипа, является снижение затрат на осуществление способа и утилизация извлекаемого из воды сероводорода.

Это достигается тем, что выделяющийся из воды сероводород окисляют, часть получаемой при этом серной кислоты используют для подкисления исходной воды, а выделяющееся в процессе окисления сероводорода тепло используют по прямому назначению или для производства электрической энергии.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для осуществления предлагаемого способа, предназначенное преимущественно для извлечения сероводорода из глубинных сероводородсодержащих слоев воды Черного моря, а на фиг. 2 - фрагмент барботера для ввода воздуха в увеличенном масштабе.

Устройство представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, состоящий из двух соосных секций 1 и 2. Нижняя секция 1 образует внутри верхней секции 2 переливную горловину 3 и снабжена барботером 4 для ввода воздуха через штуцер 5, устройством 6 для ввода серной кислоты, а такте штуцером 7 с подводящим трубопроводом 8 для забора воды из сероводородсодержащего слоя моря. В верхней секции 2 имеется штуцер 9 для выхода газовоздушной смеси и штуцер 10 с трубопроводом 11 для отвода отработанной воды. Штуцер 9 соединен с установкой 12, предназначенной для окисления (сжигания) сероводорода.

Равномерное распределение воздуха в виде пузырьков по сечению секции 1 осуществляется барботером 4, который представляет собой трубную решетку, размещенную выше штуцера 5 и снабженную выступающими вниз патрубками 13 с перфорацией 14. В мернике 15 содержится пусковой запас серной кислоты. Для отвода части серной кислоты и подачи ее в аппарат служит дозирующее устройство 16.

Извлечение сероводорода из морской воды и его переработка предлагаемым способом осуществляется следующим образом.

Аппарат, включающий в себя секции 1 и 2, устанавливают в море в полупогружном состоянии, а водозаборное устройство трубопровода 8 размещают в глубинных слоях моря, в зоне максимальной концентрации сероводорода. Для запуска устройства в аппарат через штуцер 5 подают сжатый воздух, а из сборника 15 в устройство 6 дозирующим устройством 16 - серную кислоту. Воздух, поступающий через штуцер 5 под трубную решетку, вытесняет воду из-под решетки и через отверстия 14 в частично обнажившихся патрубках 13 барботирует в зону секции 1, образуя газоводяную смесь. Обладая меньшей плотностью по сравнению с плотностью воды, газоводяная смесь поднимается вверх (эффект газлифта), обеспечивая ток сероводородсодержащей воды через заборный трубопровод 8 и штуцер 7 внутрь аппарата.

Поступающая через устройство 6 в расчетном количестве серная кислота создает внутри аппарата среду с pH не менее 5. В результате подкисления воды растворенный в воде сероводород переходит в свободное состояние и сорбируется контактирующими с ним пузырьками воздуха. Газоводяная смесь, содержащая сероводород, поднимается в секцию 2 аппарата, где разделяется на жидкую и газовую фазы. Освобожденная от газа вода поступает через переливную горловину 3 в кольцевое пространство между секциями 1 и 2 и через штуцер 10 по трубопроводу 11 возвращается в зону сероводородсодержащего слоя воды.

Дале процесс идет в непрерывном установившемся режиме.

Газовая смесь, состоящая из воздуха и сероводорода, из верхней зоны секции 2 через штуцер 9 направляется в установку 12 для переработки одним из известных методов. При окислении сероводорода могут быть получены такие ценные продукты, как сера и серная кислота, а также значительное количество тепловой энергии. Так, при сжигании сероводорода по методу "мокрого катализа" [7, с. 119-121] в печах, объединенных с котлами-утилизаторами, получают серную кислоту и пар энергетических параметров, который используется для выработки электроэнергии. Из 1 кг сероводорода образуется 2,88 кг серной кислоты, при этом на 1 м³ сероводорода расходуется около 8 м³ воздуха, содержащего кислород, необходимый для полного сжигания сероводорода. Этим соотношением определяется максимальное количество воздуха, который подается в описываемом аппарате для сорбирования сероводорода из воды.

При условии извлечения из 1 м³ морской воды 0,05 кг сероводорода количество получаемой из него серной кислоты составляет 0,114 кг. Из них примерно 0,0005 кг направляется в цикл для подкисления воды внутри аппарата до величины pH 4 - 5.

Использование установки, работающей по предлагаемому способу, производительностью по сероводороду, например, 1600 нм³/ч, в комплекте с серийным агрегатом ПСК-10/40 [7, с. 122], позволит производит в час 700 кг серной кислоты, а также 10 тонн пара давлением 3,5 - 4,0 МПа и температурой 400 - 500^oC, пригодного для выработки электроэнергии.

Кроме того, извлечение сероводорода способствовало бы решению важной проблемы - очистке вод Черного моря от такого токсичного вещества, каким является сероводород [7, 8].