Проблема, на вирішення якої було спрямовано наукову роботу
Розробка наукових та технологічних засад створення плавучих виробництв, що забезпечать ефективне видобування сірководню з глибин Чорного моря, отримання з нього водню, безпечне акумулювання та транспортування водню, що отримано.
Об'єкт і предмет наукової роботи
Об'єктом є процеси сепарації сірководню із морської води, деструкції сірководню, сепарації, акумулювання та транспортування водню, а також конструктивні особливості створення плавучого виробництва для їх реалізації.
Предметом є закономірності та параметри процесів сепарації та деструкції сірководню, сепарації та сорбції водню.
Мета наукової роботи
Метою є розробка технології плавучого виробництва з видобутку сірководню з глибин Чорного моря з подальшим отриманням водню, його безпечним акумулюванням та транспортуванням, а також встановлення раціональних параметрів роботи такого виробництва, дадуть змогу ефективного використання нового відновлюваного енергетичного ресурсу у господарчому комплексі України та може бути конкурентоспроможним наукомістким товаром на зовнішніх ринках.
Одержані наукові результати
1. Визначено принциповий склад плавучого виробництва з видобутку сірководню, отримання водню, безпечного акумулювання та транспортування водню, що складається з низки систем та підсистем: транспортування суміші сірководню та морської воді з глибинних шарів Чорного моря, сепарації сірководню від морської води, отримання газу з вмістом водню шляхом деструкції сірководню, сепарації водню з газу, що отримано, акумулювання водню, транспортування водню.
2. Аналіз сучасних способів безпечного акумулювання і зберігання водню дозволив встановити, що одним з найбільш безпечних систем зберігання є металогидрідні акумулятори, в яких водень зберігається при низькому тиску, а видача споживачеві можлива при високому тиску. При цьому відсутність механічно рухомих частин забезпечує високу надійність роботи.
3. Розроблена математична модель плавучого виробництва водню, яка заснована на системі балансових рівнянь і включає до свого складу моделі підсистем (видобування сірководню з глибин Чорного моря; сепарації сірководню та морської води; деструкції сірководню з отриманням воднеміського газу; сепарації водню з воднеміського газу; безпечного акумулювання водню; безпечного транспортування водню), агрегатів (елементів) і властивостей енергоносіїв.
4. Визначено вплив глибини занурення підйомного трубопроводу на тиск подачі газорідинної суміші при відносному вмісті сірководню в морській воді 2,5…10 м3/м3.
5. Визначено теплову потужність, яку необхідно підвести в термохімічному реакторі для деструкції сірководню в залежності від ступеня конверсії при видобутку 100…1000 м3/добу морської води. При цьому використання регенераційного контуру забезпечить для відносного вмісту сірководню в морській воді 2,5 м3/м3 - 96%...24%, для 5 м3/м3 - 56%...14%, для 7,5 м3/м3 - 45%...11%, для 10 м3/м3 - 40%...10% необхідної теплової потужності для деструкції сірководню.
6. Визначено залежність довжини капсул від їх діаметра, товщини стінок верхніх і нижніх денець і обичайки однієї капсули, а також питома маса конструкції по відношенню до маси металогідридного акумулятора. Так при використанні металогідридних матеріалів лантанової групи маса конструкції складає 30...40% від маси металогідридного матеріалу.
7. Експериментальні дослідження підтвердили можливість реалізації та ефективність застосування металогідридних технологій, а також з достатньою точністю дозволили отримати характер зміни основних параметрів процесу вилучення водню з газової суміші. Дослідженні кінетичні характеристики експериментальної установки та була встановлена продуктивність процесу вилучення водню з газової суміші. Найменша продуктивність поглинання водню складає при тиску газової суміші 0,2 МПа та температурі 313 К – 0,9 г/хв. Максимальна продуктивність поглинання водню з газової суміші досягає 2,3 г/хв при температурі суспензії у десорбері 298 К та тиску 0,3 МПа..
8. Визначено динаміку відносної маси водню звільненого від високого тиску акумулятора/компресора в залежності від температури нагріву. Підвищення температури нагрівання від 75 oC до 90 oC дозволяє виділити при високому тиску 95% водню. Суспензія гідридоутворюючого матеріалу поглинає водень дуже швидко, якщо температура охолоджуючої води мінімальна.
9. Підвищення вмісту гідридоутворюючого матеріалу у суспензії підвищує термічну ефективність експериментальної установки для вилучення водню з газової суміші та знижує витрати енергії на роботу цієї установки. З підвищенням вмісту гідридоутворюючої сполуки зменшуються витрати енергії на підігрів баластної силіконової рідини, а також витрати на її транспортування.
10. Визначено раціональні режими роботи та граничні значення ефективності використання технології отримання та безпечного акумулювання водню з сірководню Чорного моря для добового виробництва водню 200 кг/доб в залежності від ступіня конверсії сірководню в реакторі деструкції, газовмісту сірководню у морській воді та глибині занурення підйомного трубопроводу.
11. Мінімально допустимі ступені конверсії при яких досягається ефективність використання технології отримання та безпечного акумулювання водню з сірководню Чорного моря для вмісту сірководню DH2S = 2,5…10 м3/м3 при глибини занурення підйомного трубопроводу Н = 250…1000 м дорівнює xmin = 0,427…0,343.
12. Розроблено технічну документацію для створення акумулятора водню ємністю 40 кг, а саме, робочі креслення металогідридного акумулятора, його модуля та технічні вимоги при виготовленні.
13. Розроблено технічну документацію для створення технологічних систем акумулятору водню ємністю 40 кг, а саме: креслення водневої технологічної системи, вакуумної технологічної системи, технологічної система охолодження і нагріву, технологічної системи захисту персоналу.
14. Розроблено технічну документацію для створення системи автоматичного керування акумулятором водню, а саме: креслення схеми системи, схеми з’єднань та її специфікація, специфікація позначень двопровідних роз'ємів системи. Розроблені алгоритми роботи акумулятору водню на основних режимах його функціонування: первинна перевірки герметичності вакуумом, перевірка герметичності надлишковим тиском, активація порошку в прошарку водню, десорбція, абсорбція.
Основні показники результатів
Перелік статей у журналах, що входять до наукометричних баз даних (SocialScienceCitationIndex, WebofScience, Scopus та інші) - 4
Статті у журналах, що входять до переліку фахових видань України - 8
Монографії та (або) розділи монографій, що опубліковані в українських виданнях за темою проекту українською мовою - 1
Монографії та/або розділи монографій, що опубліковані у закордонних виданнях англійською мовою або офіційними мовами Європейського Союзу - 2
Захищено дисертацій - 2
Кількість укладених договорів про впровадження - 2