RO122740B1 - Instalaţie de producere a energiei electrice prin conversia energiei termice obţinută din arderea hidrogenului sulfurat, colectat din apele mării - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o instalaţie de producere a energiei electrice prin conversia energie termice obţinută din arderea hidrogenului sulfurat colectat din apele mării, destinată recuperării hidrogenului din Marea Neagră. Instalaţia conform invenţiei asigură recuperarea hidrogenului sulfurat prin aceea că pe platforma marină (1) este amplasat un modul central (2), constituit dintr-un tub de captare (5) şi din nişte camere (9 şi 10) exterioare tubului de captare (5), unde are loc separarea hidrogenului din apă, iar la exteriorul modulului central (2) şi izolate de acesta sunt amplasate nişte module termice (3 şi 4), constituite din nişte camere de ardere (18), deasupra cărora sunt poziţionate nişte bazine (27) cu amoniac. Instalaţia este prevăzută cu un circuit de hidrogen sulfurat care are legătură cu o cameră (6) de acumulare a hidrogenului sulfurat, de la partea superioară a tubului de captare (5), cu o conductă (15), un separator cu ciclon (16), unde este realizat un amestec combustibil şi, în continuare, cu un arzător (17) amplasat în camera de ardere (18), în care este montată o serpentină (19) care face parte din circuitul de apă ce este alcătuit în continuare dintr-o conductă ce alimentează cu abur o turbină (20) pusă în mişcare de aburul din serpentină (19) şi care este cuplată cu un generator electric (21), iar de la turbină (20), o altă conductă (22) transportă aburul rezultat, spre un condensor (23) imersat în apa mării, care constituie sursa rece, de unde, printr-o altă conductă, apa este reintrodusă în serpentină (19), din camera de ardere (18).

Description

Invenția se referă la o instalație de producere a energiei electrice prin conversia energie termice obținută din arderea hidrogenului sulfurat colectat din apele mării, destinată recuperării hidrogenului sulfurat din Marea Neagră.

Sunt cunoscute instalații termoenergetice care consumă combustibil convențional fosil, pentru producerea energiei termice și electrice, tehnologii prin care substanțele rezultate în urma arderii sunt gaze cu efect de seră, cum este CO₂ și diferite reziduuri solide sau lichide, care conduc la poluarea mediului natural. Un dezavantaj major pentru acestor instalații termoenergetice este faptul că folosesc combustibili convenționali, greu exploatabili și scumpi, iar impactul asupra atmosferei și a ființelor vii este tot mai dăunător.

Se cunosc instalații și tehnologii care funcționează pe principiul diferenței de gradient termic din mediile naturale, apă, aer, sol. Aceste instalații transformă energia termică acumulată în aceste medii în energie electrică. Conversia este realizată prin sisteme termoenergetice cu funcționare în circuit închis sau circuit deschis.

în anii 1926 -193, fizicianul Gerodes Claude și inginerul Paul Boucherat au conceput și construit un grup termo-energetic cu funcționare în circuit deschis, având o putere de 60 KW/h în localitatea Qugree (Belgia); sistemul termo-energetic funcționa la o diferență de temperatură între cele două surse termice de 20°C, având drept fluid de lucru apa.

în anul 1960, americanii Hilbert și James Andersen au conceput o instalație termoenergetică cu funcționare cu circuit închis, având drept fluid de lucru amoniacul. Sistemul convertea energia termică acumulată în apa mării în energie electrică, folosind diferența de gradient termic dintre apa de suprafață și apa de adâncime din mediul marin, diferență termică care este de 18°C. Această tehnologie este fundamentată de Universitatea Tehnică din Massachusetts, realizând o platformă energetică amplasată în zona curentului Gulfstream, care funcționa la o diferență de temperatură de 18”C.

Firma Lockheed proiectează și realizează o platformă termoenergetică cu putere de 230 MV,amplasată în zona curentului Gulfstream, care funcționează în circuit închis, având fluid de lucru amoniacul, care este încălzit cu apa de suprafață a curentului Gulfstream și condensarea vaporilor de amoniac, după ce au acționat turbina generatorului electric, cu apă rece la 4 -7°C, adusă din apa de adâncime a oceanului.

Este cunoscut faptul că, din punct de vedere termodinamic, oricărui motor termic, pentru a funcționa, îi sunt necesare două surse termice, iar între ele trebuie să fie o diferență de temperatură. Motoarele termice cu ardere internă își asigură diferența de temperatură prin combustia unei substanțe, iar randamentul este mai mare cu cât diferența de temperatură este mai mare.

Eficiența sistemelor neconvenționale pentru conversia energetică este realizată cu randament comparabil cu cel al sistemelor termoenergetice convenționale la diferență de temperatură mică. Un exemplu sunt pompele de căldură și motoarele Stirling, care, pentru conversia energiei, folosesc drept agent de lucru un fluid care fierbe la temperatura mediului.

Este cunoscută o instalație de captare a hidrogenului sulfurat și a altor gaze dizolvate în apa alcătuită din niște captatoare racordate la niște țevi care aduc la suprafață gazele care, datorită diferenței de temperatură și presiune, sunt eliberate din apă.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în utilizarea hidrogenului sulfurat drept combustibil, care se obține din apele mării, unde este dizolvat, și transformarea energiei termice rezultate din arderea lui controlată în energie electrică și termică.

Instalația de producere a energiei electrice prin conversia energiei termice obținută din arderea hidrogenului sulfurat, conform invenției, este constituită dintr-o platformă marină care plutește pe suprafața mării pe care este amplasat un modul central, constituit dintr-un tub de control care leagă instalația de straturile adânci ale mării de unde este extras hidrogenul

RO 122740 Β1 sulfurat și din niște camere exterioare tubului de control unde are loc separarea hidrogenului 1 din apă, iar la exteriorul modulului central sunt amplasate niște module termice constituite din niște camere de ardere deasupra cărora sunt poziționate niște bazine cu amoniac, iar în 3 continuare, instalația este prevăzută cu un circuit de hidrogen sulfurat care leagă o cameră de acumulare a hidrogenului sulfurat de la partea superioară a tubului de control cu o conductă, 5 un separator unde este realizat un amestec combustibil și, în continuare, cu un arzător amplasat în camera de ardere în care este amplasată o serpentină care face parte din circuitul 7 de apă ce este alcătuit dintr-o conductă ce alimentează cu abur o turbină pusă în mișcare de aburul din serpentina care este cuplată cu un generator electric, iar de la turbină, o altă 9 conductă transportă aburul rezultat spre un condensor imersat în apa mării, care constituie sursa rece ce potențează circulația apei în circuitul ei, de unde, printr-o altă conductă, apa 11 este reintrodusă în serpentina din camera de ardere. Bazinele cu amoniac sunt amplasate desupra camerelor de ardere pentru a prelua căldura de la acestea și sunt legate la un circuit 13 al amoniacului constituit dintr-o conductă legată la o turbină cuplată cu un generator electric, iar turbina este racordată, în continuare, la o conductă prin care sunt transportați aburii de 15 amoniac spre un alt condensor imersat, ce constituie o altă sursă rece și de unde amoniacul este recirculat în bazine pentru reluarea circuitului. Camerele din exteriorul tubului central 17 sunt prevăzute cu niște pompe care pompează apa din tubul central și o devarsă, prin niște canale de fugă, în mare. 19

Prin aplicarea invenției, se obțin următoarele avantaje:

- folosirea drept combustibil a hidrogenului sulfurat care este o substanță nocivă 21 pentru om și natură, și care, prin ardere, se transformă în apă, sulf și energie;

-folosirea hidrogenului sulfuratdrept combustibil transformă în combustibil o substanță 23 poluantă, existentă în apa din Marea Neagră;

-transformarea energiei termice obținută din arderea hidrogenului sulfurat în energie25 electrică, cuprinde în paralel, două circuite pentru conversie energetică, procedeu ce conduce la dublarea randamentului energetic a sistemului integrat;27

- obținerea de sulf cristalizat, cu puritate de peste 95%, conduce la creșterea eficienței economice a instalației.29 t

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu figura care reprezintă schema de principiu a instalației conform invenției.31

Instalația de producere a energiei electrice prin conversia energie termice obținută din arderea hidrogenului sulfurat, conform invenției, este constituită dintr-o platformă marină 1,33 care plutește pe suprafața mării și care este amplasată în orice zonă marină cu adâncimea minimă pentru apă de cel puțin 700 m și în care apa din adâncime are dizolvat în volumul 35 ei hidrogen sulfurat suficient pentru o funcționare economică din punct de vedere al raportului volum gaz dizolvat pe volum de apă. Platforma marină 1 este structurată în trei module: un 37 modul central 2, în care este poziționată partea instalației pentru obținerea hidrogenului sulfurat care este izolată termic față de alte două module termice 3 și 4, așezate simetric de o parte 39 și de alta a modulului central 2. Modulul central 2 este prevăzut cu un tub de captare 5, care face legătura hidraulică între straturile adânci de apă în care este dizolvat hidrogenul sulfurat 41 și suprafață, o cameră 6, amplasată central superior, destinată acumulării hidrogenului sulfurat, și niște camere 9 și 10, amplasate în exteriorul tubului central 6. Apa urcă în tubul de captare 43 până la nivelul apei mării și, din interiorul tubului central, ea este evacuată prin niște pompe 7 și 8, și dirijată în camerele 9 și 10, aflate la exteriorul părții superioare a tubului captare 5. 45

Datorită diferenței de presiune la care este supusă apa la scoaterea ei la suprafață, hidrogenul sulfurat dizolvat în apă se degajă în mod continuu, acumulându-se în camera 6. Astfel, apa 47 care avea în ea dizolvat hidrogen sulfurat devine curată și se deversează gravitațional în apa mării prin niște canale de fugă 11 și 12. 49

RO 122740 Β1

Modulele termice 3 și 4 sunt constituite din două camere de ardere 18, simetrice față de modulul central 2, în care este condus hidrogenul sulfurat în vederea arderii. Deasupra camerelor de ardere 18a hidrogenului sulfurat sunt amplasate niște bazine 27, de asemenea simetrice față de modulul central 2, unde este stocat amoniac.

Hidrogenul sulfurat este condus din camera 6 printr-o conductă 15, într-un separator cu ciclon 16, unde este preparat un amestec combustibil format din hidrogen sulfurat și aer. Amestecul combustibil este condus, în continuare, în niște arzătoare 17, amplasate în camerele de ardere 18, unde căldura rezultată în urma arderii hidrogenului sulfurat supraîncălzește apa aflată într-o serpentină 19, cu funcție de schimbător de căldură, vaporizator. Aburul format în serpentina 19, amplasată în interiorul camerei de ardere 18, este condus într-o turbină cu abur 20, pe care o pune în mișcare, transformând astfel energia aburului în energie mecanică.

Turbinele cu abur 20, printr-un cuplaj mecanic, acționează un generator de curent electric 21, care transferă energia mecanică primită în energie electrică care poate fi utilizată de orice consumator.

Aburul evacuat din turbinele cu abur 20 este condus, printr-o conductă 22, către un condensor23, format dintr-un schimbător de căldură, imersatîn apa rece, sau izvorul rece de unde apa rezultată este introdusă în serpentina 17, de unde continuă circuitul. în acest mod se asigură o scădere de temperatură a fluidului de lucru și, implicit, o cădere de presiune în circuitul primar, concomitent cu condensarea fluidului de lucru, apa, care este recirculată cu o pompă 14 și cu un sorb 13 și reintrodusă în serpentina 19, asigurându-se astfel continuitatea funcționării ciclului termodinamic pentru conversia energiei hidrogenului sulfurat. în urma procesului de ardere controlată a amestecului combustibil format din aer și hidrogen sulfurat, rezultă apă și sulf. Condensarea apei și a sulfului se face prin răcirea vaporilor la contactul cu suprafața pereților camerei de ardere 18, care au o temperatură cuprinsă între 150 și 170°C. Sulful condensat se prelinge de pe suprafața pereților camerei de ardere 18, către zona inferioară, într-o bașă 24, de unde o pompă 25 îl transportă și îl acumulează într-un bazin 26, la cristalizare, care are loc la o temperatură sub 112°C, obținându-se astfel sulf cristalizat necesar pentru industrializare.

în paralel cu circuitele primare de apă, în structura modulelor termice 3 și 4 sunt amplasate niște circuite secundare, care folosesc drept fluid de lucru amoniacul lichid introdus în prealabil într-o cameră de fierbere 27, aflată prin construcție în contact direct cu camera de ardere 18, din structura circuitului primar. Energia termică generată de camera de ardere 18 este absorbită de amoniac, care se vaporizează și dezvoltă o presiune de peste 120 bari, temperatura vaporilor ajungând la peste 50°C. Vaporii de amoniac sunt conduși, printr-o conductă 28, la o turbină cu vapori 29, și forța lor o pun în mișcare de rotație care este transmisă printr-un cuplaj mecanic la un generator electric 30, care transformă energia mecanică în energie electrică. Din turbina cu aburi 29, vaporii de amoniac sunt conduși printr-o conductă 31 la un condensator 32, unde vaporii de amoniac sunt lichefiați, și o pompă 33 recirculă amoniacul lichid înapoi în camera de fierbere 27, și ciclul termodinamic este reluat în mod continuu. Condensarea vaporilor de amoniac este realizată prin cedarea căldurii prin condensorul 32, imersat în apa rece, adus odată cu hidrogenul sulfurat din straturile inferioare ale mării și deversată înapoi în zona unde sunt amplasate condensoarele.

Fluidele sunt direcționate prin cele două circuite pentru conversie energetică cu funcționare în circuit închis: un circuit primar în care fluidul de lucru este apa și circuitul secundar în care fluidul de lucru este amoniacul. Fiecare circuit, primar sau secundar, este un sistem independent de conversie energetică și fiecare în parte transformă căldura degajată din arderea hidrogenului sulfurat în energie electrică. Din punct de vedere termodinamic, circuitul primar și circuitul secundar sunt sursă caldă sau izvorul de căldură pentru instalația de conversie energetică.

Claims (3)

1. Instalație de producere a energiei electrice prin conversia energiei termice obținută 3 din arderea hidrogenului sulfurat, alcătuită dintr-o platformă marină pe care sunt amplasate mijloace de ridicare și de separare a hidrogenului sulfurat din adâncime, gaz ce se separă 5 din masa apei spontan la aducerea sa la suprafață datorită diferenței de presiune și temperatură, și niște turbine cuplate la niște generatoare de energie electrică, caracterizată prin 7 aceea că pe platforma marină (1) este amplasat un modul central (2), constituit dintr-un tub de captare (5) și din niște camere (9 și 10) exterioare tubului de captare (5) unde are loc 9 separarea hidrogenului din apă, iar la exteriorul modulului central (2) și izolate de acesta sunt amplasate niște module termice (3 și 4), constituite din niște camere de ardere (18) deasupra 11 cărora sunt poziționate niște bazine (27) cu amoniac, iar în continuare, instalația este prevăzută cu un circuit de hidrogen sulfurat care leagă o cameră (6) de acumulare a hidrogenului 13 sulfurat de la partea superioară a tubului de captare (5) cu o conductă (15), un separator cu ciclon (16), unde este realizat un amestec combustibil și, în continuare, cu un arzător (17), 15 amplasat în camera de ardere (18), în care este montată o serpentină (19) care face parte din circuitul de apă ce este alcătuit în continuare dintr-o conductă ce alimentează cu abur o 17 turbină (20) pusă în mișcare de aburul din serpentină (19) și care este cuplată cu un generator electric (21) iar de la turbină (20) o altă conductă (22) transportă aburul rezultat spre un 19 condensor (23), imersat în apa mării care constituie sursa rece, de unde, printr-o altă conductă, apa este reintrodusă în serpentina (19) din camera de ardere (18). 21

2. Instalație de producere a energiei electrice prin conversia energiei termice obținută din arderea hidrogenului sulfurat, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că 23 bazinele (27) cu amoniac sunt amplasate deasupra camerelor de ardere (18) pentru a prelua căldura de la acestea și sunt legate la un circuit al amoniacului constituit dintr-o conductă (28) 25 legată la o turbină (29) cuplată cu un generator electric (30), iar turbina (29) este racordată, în continuare, la o conductă prin care sunt transportați aburii de amoniac spre un alt 27 condensor (32) imersat în apa mării ce constituie o altă sursă rece și de unde amoniacul este recirculat în bazine (27) pentru reluarea circuitului prevăzut și cu o pompă (33). 29

3. Instalație de producere a energiei electrice prin conversia energiei termice obținută din arderea hidrogenului sulfurat, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că 31 camerele (9 și 10) din exteriorul tubului de captare (5) sunt prevăzute cu niște pompe (7 și 8) care pompează apa din tubul de captare (5) și o devarsă în mare prin niște canale de fugă 33 (11 și 12).