ГЕОТЕРМАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ПО ПРОИЗВОДСТВУ ВОДОРОДА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к геотермальной энергетике и может быть использовано в производстве зеленого водорода способом высокотемпературного электролиза из вод естественных источников (морей, озер, рек и др.).

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

До настоящего времени научные исследования, работы по разработке изобретений и проектированию геотермальных установок и комплексов для производства водорода из пара воды не проводилась [1...6]. Поэтому аналога или прототипа по предлагаемому в изобретении геотермального комплекса по производству водорода (ГеоКПВ) не найдено.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ высокотемпературного электролиза пара воды является способом производства зеленого водорода. Она состоит из процессов получения и подготовки пара воды к электролизу и высокотемпературного электролиза пара воды.

Процесс получения пара воды требует значительной тепловой энергии, а процессы подготовки пара воды к высокотемпературному электролизу перегреванием до 800... 1000°С и высокотемпературного электролиза требует значительной электрической энергии. Высокая энергоемкость этих процессов ограничивает использования этого способа в промышленном производстве водорода.

В основу изобретения поставлена задача создания ГеоКПВ производящая зеленый водород из вод естественных источников способом высокотемпературного электролиза пара воды, используя выработанную электрическую и тепловую энергию из геотермальной энергии.

В ГеоКПВ пар и жидкость кипящей жидкости циркулирует по замкнутому контуру «испаритель кипящей жидкости - турбина - компрессор - испаритель воды - нагреватель воды - подогреватель воды - насос - испаритель кипящей жидкости».

Инновации ГеоКПВ позволяет:

- осуществить съём тепловой энергии геотермального источника паром кипящей жидкости без контакта с грунтом и использовать прямым способом геотермальную энергию пара кипящей жидкости; обеспечить производство зеленого водорода способом высокотемпературного электролиза пара воды электрической и тепловой энергией, выработанной из геотермальной энергии; повысить интенсивность съема тепловой энергии грунта геотермального источника и эффективности использования геотермальной энергии кипящей жидкости.

- производить зеленый водород из вод естественных источников.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1. Устройство и принцип работы ГеоКПВ.

На фиг.2. Устройство испарителя кипящей жидкости.

На фиг.З. Устройство испарителя воды.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее настоящее изобретение описано более подробно со ссылкой сопроводительным чертежам, иллюстрирующих вариант осуществления.

ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГеоКПВ состоит из:

- геотермальной установки, вырабатывающая электрическую и тепловую энергию из тепловой энергии грунта;

- системы водоснабжения и парообразования;

- установки высокотемпературного электролиза пара воды.

Геотермальная установка работает на кипящей жидкости, съём тепловой энергии геотермального источника без контакта с грунтом осуществляется паром кипящей жидкости. Она состоит из испарителя кипящей жидкости I, возвратной 2, подводной 4, турбины 8, генератора 9, соединительных 10 и 12 труб, компрессора И и насоса 27 (фиг.1).

Испаритель кипящей жидкости состоит из цилиндрического корпуса 2, нижней 1 и верхней 5 крышек образующих её герметичную камеру 3. Верхняя крышка 5 имеет отверстия для возвратной трубы 4 с дросселем 8 и подводной 6 трубы. В верхнюю крышку 5 закреплено ушко для троса 7 опускания испарителя кипящей жидкости в забой скважины (фиг.2).

Система водоснабжения и парообразования состоит из насосов 17 и 20, подогревателя воды 26, нагревателя воды 25, испарителя воды 22 и соединительных труб 18, 19, 21, 23, 24 (фиг.1).

В качестве подогревателя воды и нагревателя воды может быть использовано один из существующих теплообменников обеспечивающий наиболее эффективный теплообмен, между кипящей жидкости проходящий по трубе и водой заполняющим их внутренний объем.

Испаритель воды состоит из теплоизолированного корпуса 1 , наклонного пола 6, контура труб подачи пара кипящей жидкости 2, трубы подачи горячей воды 4 с распылителями 3, трубы с краном слива рассола 5 и трубы отвода пара воды 7. В испарителе воды постоянно поддерживается температура +120...130°C. (фиг.З).

Неиспарившаяся часть горячей воды и соли, содержащаяся в воде естественного источника образуют рассол. Рассол стекает по наклонному полу 6 и выводится из испарителя воды по трубе с краном 5 для слива рассола (фиг.З).

Система высокотемпературного электролиза пара воды состоит из соединительных труб 13 и 14, компрессора 15, установки высокотемпературного электролиза 16. Пар воды из испарителя воды 22 через трубу 14 высасывается компрессором 15 и подается по трубе 13 к установке высокотемпературного электролиза пара воды 16 (фиг.1 ).

После соединения к испарителю кипящей жидкости I возвратной 2 и подводной 4 труб, её располагают в забое скважины II. Остальное свободное пространство ствола скважины II заполняется тампонирующим материалом 5 (фиг.1).

Циркуляция кипящей жидкости в ГеоКПВ происходит в следующей последовательности.

Пар кипящей жидкости с температурой ti и давлением pi из камеры испарителя кипящей жидкости 1 по подводной трубе 4 поступает в турбину 8, где вращает вал турбины соединенную с электрическим генератором 9, которая вырабатывает электрическую энергию. При этом давление и температура пара кипящей жидкости падает соответственно до р2 и t2 (фиг.1).

Из турбины 8 пар кипящей жидкости через соединительную трубу 12 всасывается компрессором И, которая сжимает пар кипящей жидкости технологический максимально допускаемым давлением, обеспечивающее наибольшее её нагревание. В результате которого температура и давление пара кипящей жидкости повышается соответственно до рзи (фиг.1).

Затем пар кипящей жидкости по соединительной трубе 12 подается в испаритель воды 22, где происходит теплообмен между паром кипящей 5 жидкости и каплями распыленной водой. В результате которого образуется пар воды. При этом температура пара кипящей жидкости падает до t4, а давление рз не меняется (фиг.1 ).

В нагревателе воды 25 происходит теплообмен между паром кипящей жидкости и подогретой водой. Поглощая геотермальную энергию пара кипящей жидкости, подогретая вода нагревается до +80°С. При этом температура пара кипящей жидкости падает до ts, а давление рз не меняется. Происходит фазовое превращение пара кипящей жидкости в жидкость (фиг.1).

В результате теплообмена между жидкостью кипящей жидкости и холодной водой из естественного источника температура жидкости в подогревателе воды 26 падает до te, а давление рз не меняется (фиг.1).

Жидкость кипящей жидкости всасывается насосом 27 и от подогревателя воды 26 по возвратной 2 трубе течет к скважине II под воздействием давления рз. В стволе скважины II жидкость двигается по возвратной 2 трубе под воздействием давления рз и давлением собственной силой тяжести, создаваемой гравитационной силой и увеличивающий по мере её опускания (фиг.1).

Жидкость кипящей жидкости двигаясь по скважине II, попутно снимает тепловую энергию грунта, охватывающую возвратную трубу 2 и поступает в камеру испарителя кипящей жидкости 1 с температурой t? и давлением рз. Давление жидкости ps значительно больше чем давления pi внутри камеры испарителя кипящей жидкости 1, поэтому при выходе жидкости из возвратной 2 трубы происходит её распыление в виде пара. Давление и температура пара кипящей жидкости снижается соответственно до pi и ts (фиг.1).

В камере испарителя кипящей жидкости 1 происходит теплообмен между паром кипящей жидкости и горячим грунтом охватывающей корпус испарителя кипящей жидкости I. В результате которого пар кипящей жидкости нагревается до температуры а давление pi не меняется (фиг.1). Значение давления пара кипящей жидкости pi сохраняется до подачи её в турбину 8. Из-за тепловых потерь в подводной трубе 4 температура пара жидкости у входа в турбины 8 снижается до температуры h (фиг.1).

Для снижения тепловых потерь паром кипящей жидкости в подводной трубе 4, её поверхность от камеры испарителя 1 до турбины покрывается теплоизоляционным покрытием 6 (фиг.1).

Для снижения тепловых потерь жидкости кипящей жидкости в возвратной трубе 2, её поверхность от подогревателя воды 26 до глубины hi расположенной в скважине II покрывается теплоизоляционным покрытием 7. Значение hi определяется глубиной расположения зоны грунта геотермального источника, у которой в холодный период погоды температура равен температуре te жидкости кипящей жидкости (фиг.1).

Циркуляция воды естественного источника в комплексе и процесс получения пара происходит в следующей последовательности.

Забор воды из естественного источника осуществляется с помощью насоса 20 и трубы 21. Затем вода по соединительной трубе 19 поступает в подогреватель воды 26 и по соединительной трубе 18 в нагреватель воды 25 (фиг.1).

Подача горячей воды из нагревателя воды 25 в испаритель воды 22 по трубам 23 и 24 под давлением осуществляется насосом 17. Горячая вода подается в камеру испарителя воды 22 распылением. В результате теплообмена между каплями горячей воды и горячим воздухом в испарителе воды 22 образуется пар воды. Пар воды из испарителя воды 22 через трубу 14 высасывается компрессором 15 под давлением необходимым для проведения процесса высокотемпературного электролиза и по трубе 13 подается в установку высокотемпературного электролиза пара воды 16 (фиг.1).

Таким образом, инновации ГеоКПВ позволяет снимать паром кипящей жидкости тепловую энергию геотермального источника без контакта грунта, вырабатывать электрическую и тепловую энергию из геотермальной энергии необходимого для производства зеленого водорода способом высокотемпературного электролиза пара воды из вод естественных источников.

Список литературы

1. А. Я. Столяревский. Производство альтернативного топлива на основе ядерных энергоисточников. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2008, т. LII, № б

2. Водород в энергетике : учеб, пособие / Р. В. Радченко, А. С. Мокрушин, В. В. Тюльпа. — Екатеринбург : Изд-во Урал, ун-та, 2014. - 229 с.

3. Н.Пономарев-Степной, А.Столяровский. Водород вместо углеводородов. Атомно-водородная энергетика. "Интеграл" № 5, 2003, стр. 12-13.

4. https://ukms.org/publikatsii/item/1533-vodnevi-pers ektyvy. Г.

Гавриленко. Водородные перспективы.

5. https://mfa.gov.il/MFARUS/InnovativeIsrael/Pages/Technion-re searchers- developed-innovative-hydrogen-nroduction-technology.aspx.ncc nenoBaTenn Техниона разработали новаторскую технологию производства водорода.