Geum.ru

Міністерство охорони навколишнього природного середовища україни український науково-дослідний інститут екологічних проблем (Укрндіеп)

Вид материалаДокументы

Содержание


4.5 Рекомендації щодо використання сірководню та його компонентів, як природного палива, та рекомендації щодо його використання
Перелік посилань до розділів 3, 4.
5. РЕКОМЕНДАЦІЇ УкрНДІЕП ПО ПЕРСПЕКТИВНИМ НАПРЯМКАМ ДІЯЛЬНОСТІ УКРАЇНИ В ГАЛУЗІ ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОГО ПОТЕНЦІАЛУ СІРКОВОДЕН
5.2 План наукових досліджень методів видобування та утилізації сірководню з глибин Чорного моря.
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9
^

4.5 Рекомендації щодо використання сірководню та його компонентів, як природного палива, та рекомендації щодо його використання у хімічної промисловості



З розгляду на світовий досвід можна вважати найбільш перспективним використання сірководню у таких напрямках:

1. Використання сірководню та /або сірководневої морської води для живлення паливних елементів, з безпосереднім перетворенням хімічної енергії в електричну.

2. Розклад сірководню з отриманням водню та сірки, та їх енергетичне застосування методом спалення (сірководню, або водню та сірки в окремих процесах).

3. Біотехнологічне вирощування організмів з використанням в якості субстрату сірководневої води Чорного моря.


Серед них перший напрямок можна розглядати, як одним з найбільш перспективних і технологічних, до того ж існують вітчизняні розробки в галузі видобутку електричної енергії безпосередньо з сірководню, за допомогою паливних елементів. Це потенційно одна з найбільш безпечних та екологічно чистих технологій, на якому наша країна має перспективу розвитку сучасних технологій, з використанням власного науково-технічного потенціалу.

Другий напрямок використання сірководню, розклад сірководню з отриманням водню та сірки, та їх енергетичне застосування методом спалення (сірководню, або водню та сірки в окремих процесах) формально є одним з найбільш простих процесів. Втім жорсткі технічні умови проходження основних хімічних процесів (спалення та термодеструкція, або радіоліз) суттєво ускладнюють реалізацію процесів навіть у середньому масштабі. Уваги заслуговує процес CrystaSulf, як єдиний, що за твердженням авторів був використаний в промисловому масштабі. Тому в переговорах з канадською фірмою CrystaSulf головний акцент слід зробити на наслідках їх останніх випробувальних експериментів в Канаді, Німеччині та Китаї, де в недавній час фірмою почато будівництво промислового устаткування.

Третій напрямок (біотехнологічне використання сірководню) можна розглядати, як додатковий. Він потенційно є один з найбільш вигідних, завдяки можливостям використання біомаси організмів, що ростуть на сірководневому субстраті, для потреб хімічної та фармакологічної промисловості. Певні роботи в цьому напрямку вже виконані в Україні, в тому числі в НТЦ ХФТІ.

^

Перелік посилань до розділів 3, 4.

  1. Recommendation from the Scientific Committee on Occupational Exposure Limits for Hydrogen Sulphide (Provisional SCOEL recommendation, SCOEL/SUM/124, February 2006) Additional scientific comments before 22 January 2007.
  2. Gregg Gerasimon; Steven Bennett; Jeffrey Musser; John Rinard. Acute hydrogen sulfide poisoning in a dairy farmer / Clinical Toxicology, Volume 45, Issue 4 May 2007, pages 420 – 423.
  3. MSDS for H2S; Manufactured by MONTANA SULPHUR & CHEMICAL COMPANY, P.O. Box 31118, Billings, Montana 59107-1118 (USA). (nasulphur.com/h2s_msds.php).
  4. ссылка скрыта.
  5. Про затвердження Державних санітарних правил планування та забудови населених пунктів. Наказ Міністерства охорони здоров'я України N 173 від 19.06.96 Із змінами, внесеними згідно з Наказом Міністерства охорони здоров'я N 362 (z0908-07) від 02.07.2007.
  6. Правила технічної експлуатації систем теплопостачання комунальної енергетики України. Наказ Держбуду України 19.01.1999 N 9 Введено в дію з 1 січня 1999 р. Із змінами, внесеними згідно з Наказом Державного комітету з питань житлово-комунального господарства N 234 від 29.12.2004.
  7. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности (утв. постановл. Госгортехнадзора РФ от 5 июня 2003 г. N 56).
  8. Turner RM, Fairhurst S. Toxicology of substances in relation to major hazards: hydrogen sulphide. London: HSE Books, 1990.
  9. HYDROGEN SULFIDE. General MSDS Information. / Division of Phillips Petroleum Company, 1995. illips66.com/hes/msds.nsf/ a356436cfd6168.../3c44ab9ab3716022862565e1004e792b?OpenDocumen 12/30/98.
  10. Инструкция по безопасному ведению работ при разведке и разработке нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений с высоким содержанием сероводорода постановление федеральный горный и промышленный надзор России 10 апреля 2000 г. N 20 (НЦПИ).
  11. Правила безпеки у вугільних шахтах (10.0-1.01-05) Затв. Наказом Державного комітету України з нагляду за охороною праці 16.11.2004 N 257, Зареєстровано в Міністерстві юстиції України 23 березня 2005 р. за N 327/10607.
  12. Борц Б.В., Неклюдов И.М., Полевич О.В., Ткаченко В.И., Шиляев Б.А. Альтернативная сероводородная энергетика Черного моря. Состояние, проблемы, перспективы. ч. 1. // Альтернативная энергетика и экология, 2006, № 12 (44), С. 23-30.
  13. Патент України № 25861. Спосіб добування сірководню з морської води / Борц Б.В., Неклюдов І.М., Полєвич О.В., Ткаченко В.І. // Державний реестр патентів України. 2007. № 13.
  14. Александров А.Н., Борц Б.В., Касимов А.М., Ткаченко В.И. Сероводородная энергетика Черного моря – экологические проблемы и перспективы // Міжнародна науково-практична конференція “Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення" (м. Алушта, 8-12 вересня 2008 р.)/ – Харків: Видавничий дом “Райдер”, 2008. – С. 3 – 6.
  15. Горлицкий Б.А, Ткаченко В.И. Альтернативная возобновляемая энергетика Черного моря и Причерноморья // Міжнародна науково-практична конференція “Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення" (м. Алушта, 8-12 вересня 2008 р.) / – Харків:Видавничий дом “Райдер”, 2008. – С. 358 – 364.
  16. Неклюдов И.М., Азаренков Н.А., Борц Б.В., Полевич О.В., Ткаченко В.И. Альтернативная сероводородная энергетика Черного моря. Энергетически выгодные способы извлечения сероводородной воды с заданных глубин. Ч. ІІ. // Альтернативная энергетика и экология, 2007, № 9 (53), С. 35 – 41.
  17. Бондаренко Г.Н., Борц Б.В., Горлицкий Б.А., Неклюдов И.М., Ткаченко В.И. Альтернативная энергетика сероводородной зоны Черного моря и Черноморского региона. ч. ІІІ // Альтернативная энергетика и экология, 2006, № 12 (44), С. 23-30.
  18. Неклюдов И.М., Борц Б.В., Полевич О.В., Ткаченко В.И., Шиляев Б.А. Водородная энергетика на основе сероводородных ресурсов Черного моря. // V международная конференция «Водородная экономика и водородная обработка материалов» ВОМ-2007, Донецк, 21-25 мая 2007 г., т. 1, С. 149-153.
  1. ссылка скрыта, ссылка скрыта. The possibilities for hydrogen production from H2S and storage in the Black Sea // ссылка скрыта.
  2. Бондаренко Г.Н., Колябина И.Л., Маринич О.В. Химические формы сірководню в глубинных водах Черного моря - // Сб. научн. статей ІV Международ. научн. - практич. конф. «Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення », 8-12.09.2008, г. Алушта, АР Крым, т. 2, С. 346-350.
  3. Бочоришвили Е. Д., Левин И. А. «Способ добычи сероводорода из морской воды» / Пат РФ 2038315 от 19.05.1989.
  4. Бойцов Е.Н.; Ковальский В.А. «Способ извлечения сероводорода из водных сред» / Пат РФ 2134237 16.07.1997 C02F1/20, C02F1/58, C02F1/74 В.
  5. Адамович Б. А., Дербичев А-Г. Б., Дудов В. И. «Способ добычи сероводорода со дна Черного моря» / Пат РФ 2338869.
  6. Патент РФ RU 2038315, кл. C02 F1/20 (1995)..
  7. Патент РФ RU 2338869, кл. E21B43/00; E21B43/36 (2006).
  8. Патент РФ № 2123476, C02F 1/20, З25У 1/00, 1998. Патент СРСР № 1799365, C02F 1/58, Е02D 23/00, 1993 (Спосіб добування сірководню з морської води).
  9. Плюммер Марк А. Способ получения серы и водорода из сульфида водорода. / Патент РФ 2120469 Класс C01B3/04, C01B17/05, подана 20.09.1993, публ.10.05.1998, заявник Маратон Ойл Компани (US), патентодержач Маратон Ойл Компани (US).
  10. CrystaSulf. ссылка скрыта , ссылка скрыта by ссылка скрыта, ссылка скрыта ссылка скрыта pr_technology _development_alliance_psn.cfm.
  11. Helfritch, D.J. Industry Applications Society Annual Meeting, 1991., Conference Record of the 1991 IEEE Volume , Issue , 28 Sep-4 Oct 1991 Page(s):756 - 761 vol.1 Digital Object Identifier 10.1109/IAS.1991.178324
  12. US Patent No. 3962409, Agency of Industrial Science & Technology (Tokyo,JA) 1976.
  13. WO/2006/025758 (09.03.2006) Process and fuel cell using H2S fuel for generating electric power / PACALA, Ovidiu; (RO). PACALA, Mirela; (RO). CIOCANEA TEODORESCU, Adrian; (RO).
  14. Li Zhong, Ming Qi, Guolin Wei, Jingli Luo and K. Chuang «An Intermediate-temperature H2S Fuel Cell with a Li2SO4-based Proton-conducting Membrane», Chinese Journal of Chemical Engineering Volume 14, Issue 1, February 2006, Pages 51-55.
  15. US Patent 7014941 - Electrode catalyst for HS fuel cells.
  16. Peterson, D. et al., “A Hydrogen Sulfide Fuel Cell Using a Proton-Conducting Solid Electrolyte”, J. Electrochem. Soc., Mar. 1996, pp. L55-L56, vol. 143, No. 3.
  17. Liu, M. et al., “Performance of a solid oxide fuel cell utilizing hydrogen sulfide as fuel”, Journal of Power Sources, 2001, pp. 20-25, vol. 94.
  18. Chuang, K.T. et al., “A proton-conducting solid state H2S-O2 fuel cell. 3. Operation using H2S-hydrocarbon mixtures as anode feed”, International Journal of Hydrogen Energy, 2001, pp. 103-108, vol. 26.
  19. chnology.org/webroot/app/xn/xd.aspx?it=enweb&xd=4reports pubs%5C4_8focus%5Cbiofuelcellfocus.xml.
  20. K. T. Chuang, A. R. Sanger, S. V. Slavov and J. C. Donini A proton-conducting solid state H2S–O2 fuel cell. 3. Operation using H2S–hydrocarbon mixtures as anode feed / International Journal of Hydrogen Energy Volume 26, Issue 1, January 2001, Pages 103-108.
  21. Патент України № 67065, міждународний патент WO 2004/144430 A2
  22. Поликарпов Г.Г., Лазоренко Г.Е., Терещенко Н.Н., «Использование глубинной морской воды из сероводородной зоны Черного моря в качестве среды культивирования морских водорослей» / Патент України на винахід № 78444 2005-2025 г.г.
  23. Tadashi Takashima, Tadaaki Nishiki and Yasuhiro Konishi. Anaerobic oxidation of dissolved hydrogen sulfide in continuous culture of the phototrophic bacterium Prosthecochloris aestuarii / Environmental biotechnology, © 2000 Published by Elsevier Science B.V.
  24. Бондаренко Г.Н., Борц Б.В., Горлицкий Б.А., Неклюдов И.М., Ткаченко В.И. Альтернативная энергетика сероводородной зоны Черного моря и Черноморского региона. ч. ІІІ // Альтернативная энергетика и экология, 2006, № 12 (44), С. 23-30.



^

5. РЕКОМЕНДАЦІЇ УкрНДІЕП ПО ПЕРСПЕКТИВНИМ НАПРЯМКАМ ДІЯЛЬНОСТІ УКРАЇНИ В ГАЛУЗІ ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНОГО ПОТЕНЦІАЛУ СІРКОВОДЕНЕВОЇ ВОДИ ЧОРНОГО МОРЯ.




5.1 Можливі шляхи екологічно-безпечної утилізації сірководню з глибинних шарів Чорного моря з застосуванням передового вітчизняного та мирового досвіду.



Для планування подальшої роботи з метою видобування морської сірководневої води з глибин Чорного моря та її використання, добування з неї сірководню, з подальшим його використанням в якості енергетичної сировини, слід розглядати 4 можливих напрямки першочергових науково-технічних та пілотних виробничих досліджень:

А. Видобування сірководню за допомогою стаціонарних засобів, розміщених на березі.

Б. Видобування сірководню за допомогою засобів, розміщених на морських платформах.

В. Видобування сірководню для порівняльних досліджень за допомогою засобів, що розміщаються на плаваючих судах.

Г. Використання сірководню без його підняття на поверхню моря.

На першому етапі найбільш доцільно зосередити увагу на роботах, що позначені пп. В-Г, як потребуючих мінімальних затрат коштів, з метою проведення робіт, конче необхідних для достовірного оцінювання витрат та ризиків, пов’язаних з використанням чорноморського глибинного сірководню.

^

5.2 План наукових досліджень методів видобування та утилізації сірководню з глибин Чорного моря.



З урахуванням наведених вище відомостей щодо технічних рішень, пов’язаних з використанням енергії сірководню, літературних даних, а також на даних своїх лабораторій, УкрНДІЕП вважає за доцільне навести проект програми пілотних досліджень для визначення найбільш перспективних шляхів та технологій використання запасів сірководню з глибин Чорного моря. Програма досліджень розрахована на 2 роки і передбачає апробацію альтернативних технологій вилучення та утилізації сірководню з морської води Чорного моря.

Особливістю Програми є максимально повне урахування вітчизняних розробок, та використання можливостей спільної роботи зацікавлених організацій і виконавців. З цією метою пропонуємо:

1. Координацію спільних робіт і аналіз проміжних результатів досліджень. Ця робота може бути проведена силами УкрНДІЕП разом з представниками зацікавлених спеціалізованих організацій.

2. Робота згідно спільній наукової Програмі дозволить мінімізувати витрати на підготовку натурних експериментів і уникнути небажаного дублювання робіт по видобуванню зразків морської води з глибинних шарів Чорного моря. В табл. 5.1. наведено етапи виконання запропонованої Програми.


Таблиця 5.1.

Етапи виконання запропонованої Програми.


№

Найменування

етапу

Установа - співвиконавець


Координатор

Строк

виконання

Орієнтовна вартість робіт, тис. грн.

1
2
3
4
5
6

1
Випробування розробленого в ХФТІ методу видобування сірководневої води

Харків

НТЦ ХФТІ
УкрНДІЕП
Літо – осінь 2010
800,0

2
Дослідження паливних сірководневих елементів на сірковод

невій сировині з Чорного моря
Київ
УкрНДІЕП
Весна 2010 –

весна 2011
180,0*

1
2
3
4
5
6

3
Дослідження можливостей використання сірководню з допомогою біотехнології
Харків
УкрНДІЕП
Весна 2010 - літо 2011
80,0*

4
Дослідження можливостей розкладення сірководню з утворенням водню із використанням сировини з Чорного моря
Харків

НТЦ ХФТІ
УкрНДІЕП
Весна 2010 - літо 2011
280,0

5
Аналіз результатів експериментів. Підготовка технічних рекомендацій.

Харків

НТЦ ХФТІ,

УкрНДІЕП
УкрНДІЕП
Грудень 2011
60













Усього
1400,0*

* – сума має бути скорегована станом на початок робіт.


ВИСНОВКИ.




  1. Головним джерелом виникнення сірководню у морі є біохімічне відновлення розчинених сульфатів до сірководню під впливом сульфатредуцируючих бактерій при відсутності кисню та при наявності органічних речовин (процес сульфатредукції), розпад багатих сіркою білкових органічних залишків відмерлих організмів (гниття), надходження сірководню із тріщин у земній корі. Перші дві причини мають як природну, так й антропогенну складову.
  2. На теперішній час сірководнева зона займає близько 90% об'єму морської води. За останні 40 років відзначене збільшення запасів сірководню приблизно на 600 млн. т. Щорічне зростання запасу сірководню у водній товщі Чорного моря становить приблизно 0,4 %. За прогнозним даними на 2010 р. запас сірководню в анаеробній зоні буде складати приблизно 5,0 млрд. т. Величезні запаси сірководню у воді Чорного моря можуть стати невичерпним джерелом енергії, якщо вдасться видобувати його із глибинних вод та вилучати із нього водень.
  3. Для зменшення сірководневого забруднення Чорного моря можливо впливати на антропогенну складові утворення сірководню. Це насамперед виконання комплексу заходів щодо зменшення надходження органічних і забруднюючих речовин у Чорне море зі стоком річок. А саме:
    • використання басейнового принципу встановлення гранично допустимих скидів (ГДС) нормованих речовин зі стічними водами підприємств-водокористувачів;
    • використання біоінженерних споруджень (БІС) для очищення від органічних і біогенних речовин безпосередньо у водному об'єкті;
    • встановлення більш жорстких умов для скидання стічних вод від комунально-побутових підприємств.

Для зниження надходження органічних і біогенних речовин зі стоком дифузних джерел (від сільськогосподарської діяльності) пропонується комплекс організаційно-господарських, агротехнічних і спеціальних заходів.
  1. Для поліпшення кисневого режиму безпосередньо в прибережних водах і зниження концентрації забруднюючих речовин у морській воді пропонується використання затоплених штучних рифів як біопозитивних споруджень.
  2. На теперішній час існує декілька технологічних процесів для видобутку сірководню з морської води, та для його подальшого використання в енергетиці та/або як хімічної сировини. Зважаючи на описи винаходів вважаємо доцільним проведення перевірки вітчизняної технології видобування сірководню за розробкою НТЦ ХФТІ [13]. Відділення сірководню з морської води може проводитися згідно патентів [21-27].
  3. З розгляду на світовий досвід можна вважати найбільш перспективним використання сірководню у таких напрямках:
  • використання сірководню та /або сірководневої морської води для живлення паливних елементів, з безпосереднім перетворенням хімічної енергії в електричну;
  • розклад сірководню з отриманням водню та сірки, та їх енергетичне застосування методом спалення (сірководню, або водню та сірки в окремих процесах);
  • біотехнологічне вирощування організмів з використанням в якості субстрату сірководневої води Чорного моря.
  1. Для промислового використання сірководню потрібно забезпечити ряд технологічних, екологічних, гігієнічних та економічних умов. Перш за все необхідно проводити пошук найбільш доступних місць з високим вмістом сірководню, розробити комплекс технологій безпечного використання сірководню.

Для цього вважаємо за доцільне провести пошукову програму в 20010-2011 рр. для порівняльного лабораторного та натурного вивчення різних технологій видобутку і використання сірководню, який слід отримати з води Чорного моря, біля узбережжя України. Ця робота може бути проведена із залученням групи спеціалістів провідних наукових та технологічних установ України, зокрема УкрНДІЕП та НТЦ ХФТІ.
  1. Наступним етапом робот має бути підготовка ТЕО інвестицій, розроблення та реалізація пілотного проекту для комплексних випробувань технологій використання