Спосіб утилізації діоксиду вуглецю з концентрованих джерел його одержання

1. Спосіб утилізації діоксиду вуглецю з концентрованих джерел його одержання, що включає відділення діоксиду вуглецю від цільових і побічних продуктів технологічного процесу, перетворення його в рідкий стан і подавання на дно природного водоймища, який відрізняється тим, що рідкий діоксид вуглецю подають на дно природного водоймища на глибину не менш 450 м у зону дна, де вміст сірководню становить не менш 1,5 мг/л. 2. Спосіб утилізації діоксиду вуглецю за п. 1, який відрізняється тим, що рідкий діоксид вуглецю подають на дно Чорного моря в ґрунт на глибину 1-3 м. UA (21) a201005253 (22) 29.04.2010 (24) 25.11.2011 (46) 25.11.2011, Бюл.№ 22, 2011 р. (72) ПАТОН БОРИС ЄВГЕНОВИЧ, БОНДАРЕНКО БОРИС ІВАНОВИЧ, ГОЖИК ПЕТРО ФЕДОСІЙОВИЧ, ДМІТРІЄВ ВАЛЕРІЙ МАКСИМОВИЧ, ЖУК ГЕННАДІЙ ВІЛІОРОВИЧ, ІВАНОВ ВІТАЛІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ОРШАНСЬКИЙ ЮРІЙ РОМАНОВИЧ, ПЛІЧКО ВАЛЕРІЙ СТЕПАНОВИЧ, П'ЯТНИЧКО ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, СМИРНОВ ЛЕОНАРД ФЕДОРОВИЧ, ШМІДТ ІГОР КОСТЯНТИНОВИЧ, DE (73) ІНСТИТУТ ГАЗУ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) Hanisch Carola. The pros and cons of carbon dioxide dumping.//Environmental Science & Technology. 1998. V.32, N1. C. 20A-24A US 5662837, A, 02.09.1997 US 6254667, B1, 03.07.2001 JP 7303830, A, 21.11.1995 C2 2 (19) 1 3 вуглекислоти також блокують певні ділянки морського дна, які є основною зоною життєдіяльності більшості видів морської фауни. Крім того, при досягненні певної концентрації СО2 у морській воді різко зростає інтенсивність його виділення в атмосферу, що збільшує вищезгадані екологічні проблеми. При депонуванні діоксиду вуглецю шляхом утворення газових гідратів у зоні депонування повинні підтримуватися певні параметри морської води: тиск не нижче 4,5 МПа за температури не вище 8 °С. Однак, навіть при витримуванні таких параметрів у зоні депонування незначні коливання тиску і температури, викликані підводними плинами, природною циркуляцією води і надходженням через щілини морського дна гідротермальних вод із глибин земної кори, викликають розкладання гідратів СО2 з виділенням вільного діоксиду вуглецю, що призводить до виникнення вищевказаних негативних наслідків. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу утилізації діоксиду вуглецю з концентрованих джерел його одержання, у якому в результаті подачі рідкого діоксиду вуглецю на глибину не менш 450 м у зону з вмістом сірководню (H2S) у придонному шарі води не менш 1,5 мг/л, що має місце в Чорному морі, у ґрунт дна на глибину 1-3 м, забезпечується ефективне і надійне депонування діоксиду вуглецю у вигляді його гідратів, збереження кислотного балансу морської води і завдяки цьому виключається надходження діоксиду вуглецю з поверхні моря в атмосферу. Поставлена задача вирішена за рахунок того, що в способі утилізації діоксиду вуглецю з концентрованих джерел його одержання, що включає відділення діоксиду вуглецю від цільових і побічних продуктів технологічного процесу, перетворення його в рідкий стан і його подачу на дно природного водоймища, відповідно до винаходу, рідкий діоксид вуглецю подають на дно природного водоймища на глибину не менш 450 м у зону дна, де вміст сірководню становить не менш 1,5 мг/л. Додатковою ознакою є те, що рідкий діоксид вуглецю подають на дно Чорного моря в ґрунт на глибину 1-3 м. При подачі рідкого діоксиду вуглецю на дно моря, зокрема, Чорного моря, на глибину не менш 450 м у зоні депонування забезпечуються необхідні умови для утворення гідратів діоксиду вуглецю СО2 × 7Н2О, а саме: тиск не менш 4,5 МПа і температура не вище 8 °С при ступені солоності води 2-3, 44 %. Зазначені вище параметри є граничними в тому випадку, якщо вміст сірководню в придонному шарі води не перевищує 1,5 мг/л. Тобто навіть при незначних змінах зазначених параметрів, а саме - при зниженні тиску і підвищенні температури гідрати діоксиду вуглецю втрачають стабільність і розкладаються з виділенням діоксиду вуглецю. Починаючи із цього значення концентрації сірководню в морській воді, при збільшенні його концентрації має місце різке зниження граничного тиску і підвищення граничної температури утворення гідратів діоксиду вуглецю, тобто підвищується ступінь стабільності гідратів, що вже утворилися. Так, наприклад, при концентрації H2S у морській воді 1,3 мг/л граничний тиск становить 96669 4 4,2 МПа, а гранична температура - 9,5 °С, а при концентрації H2S 1,5 мг/л - відповідно 3,9 МПа і 11 °С. Тобто при вмісті H2S у придонному шарі морської води 1,5 мг/л забезпечується досить висока стабільність гідратів діоксиду вуглецю, що утворилися, і, отже, виключається небезпека їхнього розкладання з наступним розчиненням діоксиду вуглецю в морській воді. Подача рідкого діоксиду вуглецю в ґрунт дна водоймища на глибину 1-3 м додатково сприяє збільшенню швидкості утворення газових гідратів і формуванню стабільного придонного шару гідратів діоксиду вуглецю. Наведені вище параметри природної морської води (тиск, температура і вміст H2S) є у Чорному морі, у якому сірководнева зона займає 90 % об'єму моря. Так, наприклад, вміст H2S у воді Чорного моря на глибині 150 м становить 0,19 мг/л, на глибині 200 м 0,83 мг/л, а на глибині 2000 м - 9,6 мг/л (Г. Кузьминская. О Черном море // Краевед Черноморья, 2006-2007, № 8-9). На глибині 450 м температура придонного шару води становить 8-9 °С, а вміст H2S - 2,1 мг/л, що забезпечує виконання наведених вище умов утворення і забезпечення стабільності гідратів діоксиду вуглецю. Запропонований спосіб утилізації діоксиду вуглецю з концентрованих джерел його утворення, зокрема при термічній та термокалітичній переробці твердого палива, здійснюють таким чином. Утворену в процесі багатостадійної термічної і термокаталітичної переробки твердого палива, зокрема, у процесі газифікації бурого вугілля, газову фазу, що містить водень, оксид і діоксид вуглецю, піддають промиванню селективним розчинником, наприклад, моноетиламіном або метанолом під тиском 2,0-2,5 МПа, після чого суміш водню і оксиду вуглецю використовують як паливо. При регенерації селективного розчинника шляхом зниження тиску до 0,12-0,7 МПа відділяють діоксид вуглецю, який компримують до тиску 6-7 МПа, а потім шляхом охолодження до температури нижче 15 °С перетворюють у рідку фазу. Вказаний діапазон значень тиску компримування діоксиду вуглецю є оптимальним у технологічному і енергетичному аспектах. Отриманий рідкий діоксид вуглецю закачують у резервуари, які можуть бути розміщені на спеціалізованих плавзасобах. З накопичувальних резервуарів рідкий діоксид вуглецю подають на дно Чорного моря у зону із вмістом сірководню не менш 1,5 мг/л в ґрунт дна на глибину 1-3 м. Параметри середовища (тиск понад 4,5 МПа і температура біля 8 °С) при солоності морської води 2-3,44 % сприяють утворенню гідратів діоксиду вуглецю СО2 × 7 Н2О, які утримують призначений для утилізації діоксид вуглецю в хімічно зв'язаному стані в шарі ґрунту на дні моря чи океану. При зазначеній концентрації H2S в морській воді забезпечується ефективне та надійне депонування діоксиду вуглецю, виключається порушення кислотного балансу морської води та надходження діоксиду вуглецю в атмосферу. Приклад 1 (за прототипом). Утворений в процесі термокаталітичної переробки вугілля горючий газ, що містить водень, оксид і діоксид вуглецю, піддавали промиванню селективним розчинником - моноетиламіном під 5 тиском 2,5 МПа, у результаті чого одержували синтез-газ, а насичений діоксидом вуглецю розчинник піддавали регенерації шляхом зниження тиску до 0,7 МПа, і одержували діоксид вуглецю, який зріджували шляхом підвищення тиску до 7,0 МПа та зниження температури до 15 °С. Зріджений діоксид вуглецю подавали в робочу капсулу дослідного стенду, заповнену водою зі ступенем солоності 3,0 %, у якій штучно підтримувався тиск 4,5 МПа та температуру води близько 8 °С. При цьому частину зрідженого діоксиду вуглецю депонували у вигляді рідких плям на дні робочої капсули (водоймища), частина утворювала гідрати діоксиду вуглецю, а частина зрідженого діоксиду вуглецю розчинялась у воді. При вихідному рівні рН води в дослідному водоймищі 8,0, що відповідає оптимальній кислотності морської води для забезпечення життєдіяльності морської флори і 3 фауни, після закачування 0,8 м діоксиду вуглецю рівень рН знизився до 6,9, що виходить за діапазон оптимальних значень, що для морської води становить 7,9-8,4 (Андреева Н.А., Смирнова В.А., Хомич Т.В. Экологические аспекты загрязнения и самоочищения моря. // Экология моря, 2002, вып. 62, с. 73-75). Приклад 2 (за заявленим способом). Утворений в процесі газифікації бурого вугілля горючий газ, що містить водень, незначну кількість оксиду вуглецю і діоксид вуглецю, піддавали промиванню селективним розчинником - моноетила Комп’ютерна верстка В. Мацело 96669 6 міном при тиску 2,5 МПа, після чого одержували практично чистий водень як енергетичне паливо. При регенерації розчинника шляхом зниження тиску до 0,7 МПа відділяли діоксид вуглецю, який компримували до тиску 6,0 МПа, а потім охолоджували до температури 10 °С. При цьому діоксид вуглецю переходив у рідку фазу і його подавали в робочу капсулу дослідного стенду, заповнену водою зі ступенем солоності 3,0 %, у якій штучно підтримували такі параметри: тиск 4,5 МПа, температура 8 °С, вміст H2S 1,5 мг/л. У цих умовах на дні робочої капсули формувався шар гідратів діоксиду вуглецю СО2 × 7 Н2О товщиною 4-6 см. При подачі діоксиду вуглецю в робочу капсулу практично було відсутнє його розчинення у воді, оскільки як при вихідному значенні рН води 8,0 після закачування 12 кг рідкого СО2, що відповідає обсягу в 3 газоподібному стані 0,7 м , значення рН води склало 7,9, тобто кислотність води практично не змінилася, з чого можна зробити висновок, що мало місце вкрай незначне розчинення СО2 у воді. Таким чином, заявлений спосіб утилізації діоксиду вуглецю з концентрованих джерел його утворення, зокрема при термічній і термокаталітичній переробці твердого палива, дозволяє ефективно та безпечно здійснювати депонування діоксиду вуглецю в ґрунті дна моря чи океану, зокрема Чорного моря, запобігти надходженню діоксиду вуглецю в атмосферу з водної поверхні та зміні кислотного балансу морської води. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601