DE3105023A1

DE3105023A1 - "verfahren zur foerderung von feststoffen vom meeresboden und hebeeinrichtung zur durchfuehrung des verfahrens"

Info

Publication number: DE3105023A1
Application number: DE19813105023
Authority: DE
Inventors: Dieter Joachim Dipl.-Chem. 2081 Bönningstedt Becker; Günter Ing.(grad.) 2000 Hamburg Kupczik
Original assignee: Becker dieter Joachim dipl-Chem
Current assignee: Becker dieter Joachim dipl-Chem
Priority date: 1981-02-12
Filing date: 1981-02-12
Publication date: 1982-08-26

Description

Verfahren zur Förderung von Fest stoffen vom Meeresboden und Hebeeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung von Feststoffen vom Meeresboden mit einem rohrförmigen Förderkanal, in welchem am über dem Meeresboden befindlichen Ende Gas eingeleitet wird, dessen Auftrieb unter Entspannung zu fördernde Feststoffe mitnimmt.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Hebeeinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens unter Verwendung eines zum Meeresboden von der Wasseroberfläche absenkbaren Förderkanals.
Bei solchen Verfahren und Vorrichtungen ist es bekannt, daß ein Gas, insbesondere Luft, an das untere Ende des Förderkanals transportiert wird0 Diese Luft steigt nach Einleitung in das untere Ende des Förderkanals in Form von Luftblasen nach oben, wobei beim Aufstieg eine Entspannung stattfindet. Die dadurch erzeugte Strömung nimmt Gemische an der unteren Mündung des Förderkanals mit. Im allgemeinen handelt es sich dabei um ein Schlamm-Wasser-Gemisch, wobei auch Eignung für die Förderung von grobkörnigem Material besteht. Eine solche Hebeeinrichtung ist unter der Bezeichnung Mammutpumpe bekannt. Solche Mammutpumpen sind nur bis zu einer bestimmten Wassertiefe einsetzbar, weil Druck und Temperatur die Verfügbarkeit begrenzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art und auch eine Hebeeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche auch zur Förderung von Fest stoffen, Schlämmen, Erzen oder Knollen aus großen Wassertiefen geeignet sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Verfahren dadurch gelöst, daß das Gas an der unteren Mündung des Förderkanals erzeugt wird. Dadurch entfällt die mit zunehmender Wassertiefe hinderlich wirkende Druckerhöhung, welche von einer gewissen Grenze an bei der Zuführung von atmosphärischer Luft nicht ohne weiteres überwunden werden kann. Das an der unteren Mündung des Förderkanals erzeugte Gas ergibt sich aus der Flüssigkeit, insbesondere Wasser, in die der Förderkanal abgesenkt ist.
Vorteilhaft wird an der unteren Mündung des Förderkanals zu ihr herabgeführte elektrische Energie durch elektrolytischen Prozeß in Gas und frei werdende Wärme aus der Flüssigkeit umgesetzt, in der sich der Förderkanal befindet. Elektrische Energie läßt sich ohne erheblichen Aufwand durch ein Kabel auch in große Wassertiefen führen.
Es ist vorteilhaft vorgesehen, das Gas am oberen Ende des Förderkanals aufzufangen und einer weiteren Verwendung zuzuführen.
Hierdurch wird in dem Verfahren automatisch~in Teil der aufgewendeten Energie zurückgewonnen0 Das Verfahren wird hinsichtlich der gewünschten Förderleistung unter Anwendung der bekannten Gasgesetze und des faradaytschen Gesetzes gesteuert. Bei der Förderung von Feststoffen vom Meeresboden werden durch den elektrolytischen Prozeß aus H20 H2 und 02 erzeugt, welches als Treibgas Anwendung findet. Beim Aufstieg aus großen Tiefen hat das sich entspannende Gas die Eigenschaft, in feinster Verteilung in der Flüssigkeit aufzutreten, die Feststoffe zu beladen und aufwärts zu fördern. Gleichzeitig wird durch das Freiwerden von Wärmeenergie der Förderprozeß unterstützt.
Eine Hebeeinrichtung der eingangs angegebenen Art ist dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Förderkanals Elektroden etwa einander gegenüberliegend angeordnet sind, die über ein Kabel mit einer elektrischen Energiequelle verbunden sind, und daß am oberen Ende des Förderkanals an der Wasseroberfläche ein Abscheider für Fest stoffe aus Wasser und wenigstens eine Ableitvorrichtung für das Gas angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine einfach ausgeführte und daher auch praktisch keinem Verschleiß unterliegende Einrichtung, die geeignet ist, beispielsweise bei der Erzschlammgewinnung vom Meeresbode-n, auch aus größeren Tiefen eingesetzt zu werden, wo herkömmliche Pumptechnik bisher nicht zufriedenstellend eingesetzt werden konnte.
Wasserstoff und Sauerstoff bilden gemeinsam ein hochexplosives sogenanntes Knallgas. Daher liegt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung in der Unterteilung des Förderkanals über seine gesamte Länge zwischen den Elektroden. Die Unterteilung kann kurz über der unteren Mündung auch unterhalb der Elektroden enden. Einbezogen wird jedoch auch, daß diese wandförmig ausgeführte Unterteilung zwischen den Elektroden ein Diaphragma aufweist, das ionendurchlässig, aber gasundurchlässig -iste Dadurch wird die Sicherheit gewährleistet. Weiterhin wird unter diesem Gesichtspunkt auch bevorzugt, daß der Förderkanal durch die Unterteilungswand in verschieden große Kanal-Teilquerschnitte in bezug zu den verschiedenen Elektroden unterteilt ist0 tffbbesondere ist der Kanal-Teilquerschnitt, welcher im unteren Bereich die als Kathode wirkenden Elektroden aufweist, größer alb der andere Kanal-TeilquerschnittO Es Wird vorbehalten, den Förderkanal aus einem beliebigen, geeigneten Material auszuführen, In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht er aus Stahl mit einer Auskleidung aus Kunststoff.
Gemä iner weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens der t ttodenraum im Förderkanal, in den die Elektroden isoliert eingeführt sind, mit einer elektrisch und wärmeisolierenden Auskreidung versehen.
Aus der off-shore-Technik ist es bekannt, auch bei Fördereinrichtungen von einem Schwimmkörper oder einer am Meeresboden verankerten Insel auszugehen. Beides wird einbezogen, auch wenn im folgenden ein Schwimmkörper genannt wird. Dabei ist davon auszugehen, daß bei großen Wassertiefen als Ausgangsplattform ein Schiff in Frage kommt.
Zweckmäßig ist in Ausgestaltung der Einrichtung eine auf dem Schwimmkörper am oberen Ende des Förderkanals angeordnete Fangkammer ebenfalls unterteilt und an ihren Ausgängen mit einstellbaren Regelventilen versehen. Letztere Regelventile, die auch Absperrventile sein können, sind wegen der sich ergebenden Drücke, auch gerade bei Förderung aus großen Wassertiefen zweckmäßig. Dabei ist davon auszugehen, daß vorteilhaft jeder Raum der unterteitteh Fangkammer je einen geregelten Ausgang zu einem Abscheider und einen geregelten Gasausgang aufweist.
In zweckmäßiger Ausgestaltung weist auf dem Schwimmkörper ein Energieblock, insbesondere eine Energiequelle mit einem Generator, der mit den Elektroden verbunden ist, ein Antriebsaggregat auf, das wenigstens ein Zusatzaggregat besitzt, welches mit Wasserstoff (nach Art des Walter-Antriebs) betreibbar ist0 Vorteilhaft ist der Wasserstoff-Gasausgang aus der Fangkammer mit dem Antriebsaggregat verbunden. Hierdurch wird bereits ein Teil der Gase unmittelbar wieder verwendet, Bevorzugt wird dabei, daß ein Sauerstoffausgang aus der Fangkammer mit einer Erzaufbereitungsanlage auf dem Schwimmkörper verbunden ist. Auch hierdurch ist eine Möglichkeit der Wiederverwendung des anderen Teils der Gase gegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das schematisch in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1: eine schematische Seitenansicht einer Hebeeinrichtung im Schnitt, Fig. 2: in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab ein Querschnitt durch den Elektrodenraum des Förderkanals.
Auf dem Wasserspiegel 1 befindet sich ein Schwimmkörper 2, von dem nach unten der Förderkanal 3, beispielsweise in Form eines ausgekleideten Stahlrohrs, bis kurz über dem Meeresboden 4 abgesenkt wird. Übliche Verankerungsmittel, sowohl zum Schwimmkörper 2 als auch unter Umständen zum Meeresboden, sind nicht näher gezeigt. Hierbei wird auch einbezogen, daß im Bereich der unteren Mündung 5 bekannte Einrichtungen angeordnet sind, um aufzunehmende Feststoffe der Mündung zuzutreibenO Dabei wird einbezogen, an sich bekannte Wasser-Düsen oder auch mechanische Zerkleinerungseinrichtungen zur vorbereitenden Aufbereitung der Fest stoffe auf eine für die Förderung geeignete Größe, einzusetzen.
Der Förderkanal 3 endet innerhalb des Schwimmkörpers 2 in einer Fangkammer 6, die an der oberen Mündung 7 des Förderkanalsangeordnet ist. Im Bereich des unteren Endes des Förderkanals sind einander gegenüberliegende Elektroden 8, 9, insbesondere eine Anode 8 und eine Kathode 9, vermittels Insolierblöcke lo, 11 eingeführt, deren Zuleitungen 12, 13 zu einem Kabel 14 verbunden sind, das an dem Förderkanal 3 hochgeführt ist und zu einem Generator 15 oder einer anderen elektrischen Energiequelle auf dem Schwimmkörper 2 geführt ist. Der Förderkanal 3 ist wenigstens im Beeich der Fig. 2 gezeigten Elektrodenkammer 17 mit einer isolierenden Auskleidung 16 versehen.
Zwischen den Elektroden ist der Förderkanal 3 durch eine Unterteilungswand 18 in zwei Kanal-Teilquerschnitte 19, 20 getrennt.
Die Unterteilungswand 18 setzt sich nach oben in die Fangkammer 6 fort und unterteilt diese auch in zwei Teilkammern 21, 220 Dabei wird bevorzugt, daß der Kanal-Teilquerschnitt 20 über der Kathode 9 größer ist als der andere Kanal-Teilquerschnitt, wobei sich ein Unterschied in der Querschnitt-Bemessung auch in Abhängigkeit von der Wassertiefe und einer beabsichtigten Leistung im Hinblick einerseits auf die spezifischen Gewichte und andererseits auf die Menge der jeweils an den Elektroden erzeugten Gase ergibt.
Zwischen den Elektroden 8, 9 besitzt die Unterteilungswand 18 ein Diaphragma 37, das eine Trennung auch im Bereich der Elektrodenkammer 17 in der Nähe des unteren Endes des Förderkanals 3 herstellt und für einen Ionenstrom durchlässig, aber gasundurchlässig ist.
Die Teilkammern 21, 22 haben jeweils zwei Ausgänge 23, 24, 25, 26, von denen zwei, nämlich 23, 25 im oberen Bereich als Gasausgang und die beiden anderen, 24, 26, im unteren Bereich zum Austragen des Wasserfeststoffschlamms vorgesehen sind und zu Abscheidern 27, 28 auf dem Schwimmkörper 2 in Höhe des Wasserspiegels führen.
In allen Ausgängen 23 bis 26 sind einstellbare Regelventile 29, 30, 31, 32 angeordnet, um einen geregelten Austritt zu erreichen.
In der beschriebenen Ausführung tritt durch den geregelten Ausgang 23 O2 aus, das beispielsweise zu einem Behälter 33 geführt wird und aus dem geregelten Ausgang 25 H2, welches in den Aufnahmebehälter 34 geführt wird.
Der Behälter 33 oder der Ausgang 23 für °2 sind insbesondere mit einer angeschlossenen Erzaufbereitungsanlage verbindbar, die auch auf dem Schwimmkörper 2 angeordnet sein kann.
Durch die beschriebene Ausführung werden Vorrichtungen geschaffen, die alsBinheit den Förderkanal 3 mit den Elektroden 8, 9 und das Zuführungskabel 14 und weiterhin bezüglich des Förderkanals die Ausführung mit der Unterteilungswand 18 einbeziehen.
Dabei können verschieden große Teilquerschnitte vorgesehen sein0 Die gegenständliche Ausführung beinhaltet auch das Diaphragma 37.
Ferner ergeben sich die gegenständlichen Baugruppen im Zusammenhang mit dem Schwimmkörper 2 und den auf und an ihm angeordneten Teilen 3, 6 in der Ausgestaltung mit 23 - 32 und dem Energieblock 36. Dabei wird zugleich eine gegenständliche Baugruppe insgesamt geschaffen.

Claims

Patentansprüche 10 Verfahren zur Förderung von Fest stoffen vom Meeresboden mit einem rohrförmigen Förderkanal, in welchem am über dem Meeresboden befindlichen Ende Gas eingeleitet wird, dessen Auftrieb unter Entspannung zu fördernde Feststoffe mitnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas an der unteren Mündung des Förderkanals erzeugt wird0 i.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der unteren Mündung des Förderkanals zu ihr herab ge führte elektrische Energie durch elektrolytischen Prozeß in Gas und freiwerdende Wärme aus der Flüssigkeit umgesetzt wird, in der sich der Förderkanal befindet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas am oberen Ende des Förderkanals aufgefangen und weiterer Verwendung zugeführt wird.
4. Hebeeinrichtung zur Förderung von Feststoffen vom Meeresboden zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 unter Verwendung eines zum Meeresboden von der Wasseroberfläche absenkbaren Förderkanals, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Förderkanals (3) Elektroden (8, 9) etwa einander gegenüberliegend angeordnet sind, die über ein Kabel (14) mit einer elektrischen Energiequelle (15) verbunden sind, und daß am oberen Ende des Förderkanals (3) an der Wasseroberfläche ein Abscheider (27, 28) für Fest stoffe aus Wasser und wenigstens eine Ableitvorrichtung (23, 25) für Gas angeordnet sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderkanal (3) über seine Länge eine Unterteilung (18) zwischen den Elektroden (8, 9) aufweist, 6.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterteilung (18) zwischen den Elektroden (8, 9) ein Diaphragma (37) aufweist, das ionendurchlässig, aber gasundurchlässig ist.
7o Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenraum (17) im Förderkanal (3), in den die Elektroden (8, 9) isoliert eingeführt sind, mit einer elektrisch und Wärme-isolierenden Auskleidung (16) versehen ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderkanal (3) durch die Unterteilungswand (18) in verschieden große Kanal-Teilquerschnitte (19, 2o) in bezug zu den verschiedenen Elektroden (8, 9) unterteilt ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, in welcher der Förderkanal von einem Schwimmkörper oder einer am Meeresboden verankerten Insel ausgeht, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf dem Schwimmkörper (2) am oberen Ende des Förderkanals (3) angeordnete Fangkammer (6) ebenfalls unterteilt ist und an ihren Ausgängen (23 - 26) mit einstellbaren Regelventilen (29 - 32) versehen ist0 lo, Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Raum (21, oder unterteilten Fangkammer (6) je einengeregelten Ausgang (24, 26) zu einem Abscheider (27, 28) und einen geregelten Gasausgang (23, 25) aufweist, 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Schwimmkörper (2) eine Energiequelle (15), die mit den Elektroden (8, 9) verbunden ist, ein Antriebsaggregat aufweist, das wenigstens ein Zusatzaggregat besitzt, welches mit Wasserstoff betreibbar ist und daß der Wasserstoff-Gasausgang (25) aus der Fangkammer (6) mit dem Antriebsblock (36) verbunden ist.

12o Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sauerstoffausgang (23) aus der Fangkammer (6) mit einer Erzaufbereitungsanlage auf dem Schwimmkörper (2) verbunden ist0 13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 12, gekennzeichnet durch einen Schwimmkörper (2) mit einer Fangkammer (6) und einem Förderkanal (3) sowie einer Energiequelle (15) in Verbindung mit Elektroden (8, 9) am unteren Ende des Förderkanals (3) sowie einen Antriebsblock (36) für die Energiequelle und Abscheider (27, 28)o