Способ и система для хранения серы

Область, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу и системе для хранения серы и, более конкретно, к способу и системе для хранения серы в течение длительных периодов времени. Конкретно изобретение касается нового способа хранения полученной в промышленности серы в подземных полостях. Предпосылки создания изобретения Сера является основным сырьем для производства серной кислоты, одного из крупнейших по тоннажу химических продуктов в мире,а также используется для ряда других целей в промышленности, анализе и в медицине. Исторически главным источником получения серы в промышленности является природная сера, добываемая из месторождений, хотя этот источник в последние годы уступает свое место сере, извлекаемой из сырой нефти и природного газа в процессе их переработки. Природную серу добывают преимущественно из подземных месторождений методом нагнетания горячей воды по Фрашу (Frasch), а значительно меньшие ее количества получают из вулканических пород и других типов руд традиционными методами разработки месторождений. Извлекаемую серу получают большей частью в качестве побочного продукта при переработке сырой нефти и природного газа путем обработки потоков газообразного сероводорода в установках для осуществления процесса Клауса (Claus) и т.п. Независимо от источника получения, всю добытую и извлеченную серу до ее использования в промышленности необходимо хранить в соответствующих условиях. Обычные способы и оборудование для хранения серы часто включают использование резервуаров с паровым обогревом, где расплавленную серу хранят обычно при температурах выше 260F (127 С), либо накопление твердой серы в виде блоков, известных также под названием "чанов", на огражденных открытых площадках, из которых куски серы можно после разбивания извлекать механическими устройствами, дробить и перевозить в твердом виде либо расплавлять и транспортировать в жидком виде. Изготовление, эксплуатация и обслуживание резервуаров для хранения расплавленной серы требуют значительных затрат. Хотя такие устройства часто пригодны для кратковременного хранения, например, в течение трех месяцев или около того, их использование не всегда экономически целесообразно. Из-за капитальных затрат, связанных с их изготовлением, расходов на борьбу с коррозией и стоимости энергии, необходимой для обеспечения постоянного источника пара для поддержания хранимой серы в жидком состоянии, резервуары для хранения расплавленной серы не всегда являются оптимальным решением проблемы длительного 2 хранения запасов произведенной в промышленном масштабе серы. Чаны для хранения произведенной в промышленном масштабе серы (иногда называемые также "блоками") образуют путем налива расплавленной добытой из месторождений либо извлеченной серы на огражденные открытые площадки, где сера остывает и затвердевает в условиях окружающей среды. В чанах может накапливаться дождевая вода и вода, поглощаемая из атмосферы, в результате чего образуется серная кислота, которая, вследствие просачивания под блоки затвердевшей серы и через водостоки, становится источником загрязнения почвы и воды. Кроме того, при дроблении серы из чанов для транспортирования часто образуется пылевидная сера, которая становится источником загрязнения воздуха. Для устранения или сведения к минимуму выделения серной пыли серу, предназначенную для транспортирования,часто плавят на месте перед ее транспортированием к месту назначения, и эта стадия связана с дополнительными капитальными, операционными и эксплуатационными затратами на системы для хранения. В чанах могут также сохраняться случайные скопления горячей расплавленной серы, которые не всегда легко обнаружить, и которые поэтому представляют угрозу безопасности персонала. В некоторых местностях погрузочно-разгрузочные операции, транспортирование и/или хранение твердой серы запрещены или настолько осложнены регулятивными актами, что становятся экономически невыгодными. Обычные способы хранения серы и оборудование для него описаны в патентах США 4,149,837,4,151,234,4,171,200,4,190,627,4,595,350,4,705,432,5,041,275 и 5,340,383. В последние годы запасы извлеченной серы в мире резко возросли, отчасти вследствие введения в действие практически во всех странах более жестких правил охраны окружающей среды. Промышленные газы и другие источники серы, связанные с переработкой сырой нефти и природного газа, перед сбросом в атмосферу или удалением иными способами необходимо обрабатывать с целью извлечения серосодержащих компонентов. В результате продолжается образование в качестве побочного продукта значительных количеств извлеченной серы, которые часто превышают современную потребность в сере как химическом продукте. Эти запасы необходимо хранить в соответствующих условиях иногда в течение длительных периодов времени, т.е. в течение пяти или десяти лет или даже дольше, пока рыночный спрос не потребует их использования. Из вышеизложенного следует, что существует значительная потребность в средствах для хранения произведенной в промышленных масштабах серы, которые не только обеспечивали бы безопасное хранение значительных ис 3 пользуемых в промышленных целях количеств серы в течение длительного времени, но также были бы экономичными и безопасными для окружающей среды. Настоящее изобретение направлено на обеспечение таких средств. Целью настоящего изобретения является создание способа и системы для эффективного и безопасного хранения как твердой, так и жидкой серы. Другой целью изобретения является создание промышленно применимого способа длительного хранения серы при относительно низких эксплуатационных и операционных затратах. Конкретной целью изобретения является создание промышленно применимого способа хранения "извлеченной серы", т.е. серы, извлеченной или полученной в качестве побочного продукта при переработке сырой нефти и природного газа. Далее, целью настоящего изобретения является создание способа хранения произведенной в промышленных масштабах серы,привлекательного с точки зрения охраны окружающей среды, который сводит к минимуму выделение соединений серы в атмосферу во время хранения. Еще одной целью настоящего изобретения является создание системы для хранения произведенной в промышленных масштабах серы в месте, близком к месту добычи или извлечения серы, что сводит к минимуму затраты, связанные с транспортированием и погрузкой-разгрузкой серы в специальных резервуарах или чанах для хранения серы. Кроме того, целью изобретения является создание безопасной для окружающей среды системы для длительного хранения произведенной в промышленных масштабах серы, из которой серу в случае необходимости можно легко и без значительных затрат извлекать с применением горячей воды под давлением. Далее, целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа и системы для сохранения важного природного ресурса, т.е. серы,каковые способ и система будут способствовать предотвращению, либо по крайней мере сведению к минимуму, будущего недостатка в этом важном природном ресурсе, когда его источники постепенно будут иссякать. Эти и другие цели изобретения будут ясны для сведущих специалистов из нижеследующего описания. Краткое описание изобретения Основой способа и системы в соответствии с настоящим изобретением является передовой принцип введения произведенной в промышленных масштабах серы в выработанную подземную полость. Техническую серу в элементарном состоянии получают путем добычи из залежей либо в качестве побочного продукта при промышленных процессах, например, переработки сырой нефти и природного газа. Произведенная в промышленных масштабах сера часто находится в расплавленном состоянии, а также в твердом состоянии. При давлении и температуре окружающей среды элементарная сера 4 является твердой. При давлении окружающей среды и повышенных температурах, т.е. при атмосферном давлении и температурах, превышающих приблизительно 240F (116 С), элементарная сера находится в жидком состоянии. Способ в соответствии с настоящим изобретением особенно пригоден для длительного хранения извлеченной серы, которую часто получают в жидком состоянии. Однако этот способ можно использовать также для хранения добытой из залежей серы, полученной в твердой форме или в расплавленном состоянии, и извлеченной серы, получаемой в твердом состоянии. Согласно способу в соответствии с настоящим изобретением, вначале отыскивают или создают подземную полость внутри природной геологической формации и создают скважину, которая проходит от поверхности земли через упомянутую формацию и проникает в упомянутую подземную полость вблизи ее вершины или в некотором ином удобном месте этой полости. Затем подлежащую хранению серу вводят через скважину с помощью насосного оборудования, выполненного с возможностью работы с жидкой серой, либо путем подачи серы в упомянутую подземную полость самотеком. Введение серы таким образом продолжают до заполнения серой значительной части полости. Затем серу хранят в полости, заставляя ее опускаться в нижнюю часть полости. Хранимая сера удерживается на месте стенками полости. Таким образом серу можно хранить в течение длительного времени, а затем по мере необходимости обеспечивать ее доступность для промышленного использования путем извлечения необходимого ее количества способом нагнетания горячей воды. Таким образом, способ хранения серы в соответствии с настоящим изобретением исключает необходимость строительства наземных сооружений для таких операций хранения и обеспечивает возможность эффективного сохранения этого ценного природного ресурса на продолжительное время в условиях, сводящих к минимуму или вообще исключающих негативное воздействие на окружающую среду. Выработанная подземная полость, требуемая способом и системой в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой полость, образованную путем механической добычи или добычи растворением подземных минеральных отложений, например таких, которые находятся в соляных слоях и соляных куполах. Выработанная подземная полость не должна иметь трещин и должна быть расположена в формациях, обладающих низкой проницаемостью и низкой пористостью, где движение кислородсодержащих подземных вод отсутствует или незначительно, во избежание потерь серы из полости и загрязнения окружающих областей серными кислотами, которые при невыполнении последнего условия могут образовываться вследствие окисления серы. Упомянутая полость предпочтительно представляет собой выработанную растворением подземную полость, 5 образовавшуюся при добыче растворением соли в природном соляном куполе. Такие полости особенно пригодны для использования в системе и способе хранения в соответствии с настоящим изобретением, поскольку они практически непроницаемы. Точная глубина полости, т.е. расстояние от дна полости до поверхности земли, не имеет существенного значения, однако,как будет указано ниже, если полость расположена вблизи поверхности, то расход энергии,необходимый на повторную добычу серы и возвращение ее на поверхность, уменьшается. Например, при повторной добыче серы через скважину путем плавления горячей водой под давлением и подъема расплавленной серы на поверхность с помощью эрлифта при расположении полости для хранения вблизи поверхности уменьшаются потери тепла в скважине и требуется меньшее давление воздуха для подъема серы. По этим соображениям предпочтение отдается полостям, расположенным на глубине менее приблизительно 3000 футов (900 м) от поверхности. При хранении произведенной в промышленных масштабах жидкой серы с применением системы и способа в соответствии с настоящим изобретением серу вводят в скважину через систему концентрических труб, расположенных в скважине, через которые циркулирует также текучий теплоноситель со скоростью, достаточной для предотвращения застывания серы в скважине. Предпочтительным текучим теплоносителем является вода, нагретая под таким давлением, что ее точка кипения превышает точку плавления серы достаточно, чтобы поддерживать серу в жидком состоянии и предотвращать ее застывание в скважине. Конкретно, температуру серы при прохождении ее через скважину поддерживают на уровне выше приблизительно 250F (121C), предпочтительно в пределах от приблизительно 270F (132 С) до приблизительно 300F (149C). Любые жидкости, присутствующие в полости перед введением серы этим способом, вытесняются поступающей серой,которая затем накапливается в нижней части полости и удерживается там в твердой или жидкой форме, как описано ниже. Этот процесс продолжают до практически полного заполнения полости либо до достижения предварительно заданного желаемого объема. При введении расплавленной серы в водную жидкость, присутствующую в полости при температуре существенно ниже точки плавления серы, и прохождении ее через эту жидкость капли серы застывают и оседают на дно и удерживаются в полости в форме твердых частиц. При введении расплавленной серы через водную жидкость, присутствующую в полости, в точку ввода, расположенную вблизи дна полости, слой частиц серы, накапливающихся на дне полости, в конечном счете достигает выходной оконечности трубы подачи и образует ванну расплавленной 6 серы. Эту ванну при желании поддерживают в расплавленном состоянии путем нагнетания под давлением горячей воды или горячего рассола при температуре выше точки плавления серы. Поскольку теплопотери в расположенный выше газовый слой меньше теплопотерь в вышележащий слой водной жидкости, в случае,когда желательно образование ванны расплавленной серы и его временное сохранение, для хранения расплавленной серы предпочтительно использование газонаполненной полости. Так,например, в случае использования полости, образованной путем добычи растворением, рассол или любой другой жидкий раствор, оставшиеся после образования полости, вытесняют газом,таким как азот, диоксид углерода или метан,получая практически газонаполненную полость,которую затем используют для хранения серы по способу в соответствии с настоящим изобретением. Образование и поддержание в полости для хранения ванны расплавленной серы, над которой находится либо газ, либо любая другая жидкость, обеспечивает возможность немедленного извлечения некоторого количества хранимой серы и пригодно в условиях, когда требуется часто извлекать часть хранимой серы для продажи или использования с целью удовлетворения кратковременного спроса. Для длительного хранения, т.е. в течение 5-10 и более лет,ванне дают застыть путем прекращения подачи тепла. Застывшая сера затем остается в полости для хранения в течение практически бесконечного периода. Согласно альтернативному варианту, подлежащую хранению жидкую серу можно на предварительной стадии подвергнуть гранулированию с получением твердых гранул серы,которые затем подают в скважину в сухом виде или в виде суспензии и вводят в подземную полость, как описано выше. Введение серы в таком случае выполняют при нормальной температуре окружающей среды, существующей в скважине, без необходимости использования средств для сообщения сере дополнительного количества тепла с целью поддержания ее в расплавленном состоянии во время прохождения через скважину. Гранулы серы, вводимые таким образом, вытесняют любые жидкости,которые могут присутствовать в полости. Гранулы оседают в полости и остаются в ней в течение практически бесконечного периода. При подготовке твердой серы для хранения с использованием способа и системы в соответствии с настоящим изобретением серу можно расплавить и затем обработать, как описано выше. В ином варианте серу дробят либо размалывают и смешивают с водой, рассолом или некоторыми другими пригодными для этой цели водными жидкостями, получая водную суспензию серы, которую затем вводят в скважину и осаждают в подземной полости. Любые 7 жидкости, присутствующие в полости до введения серы таким образом, вытесняются вверх поступающей серой, которая затем оседает в нижней части полости и удерживается там. Этот процесс продолжают до практически полного заполнения полости либо до достижения предварительно заданного желаемого объема. В отличие от известных систем для подземного хранения природного газа, нефти, очищенных продуктов нефтепереработки и других нефтехимических продуктов подобного рода, имеющих плотность меньше плотности рассола и поэтому плавающих поверх него, в системе в соответствии с настоящим изобретением используют серу, которая, будучи значительно тяжелее рассола, вытесняет рассол вверх, оседая на дно полости. Запасы серы, введенной в выработанные подземные полости при помощи метода и системы в соответствии с настоящим изобретением, легко извлекаются по мере необходимости способом нагнетания горячей воды, причем хранимую серу вначале расплавляют путем нагнетания горячей воды под давлением. Затем расплавленную серу поднимают на поверхность земли с помощью сжатого воздуха, под действием которого плотность расплавленной серы понижается. В альтернативном варианте расплавленную серу можно подавать на поверхность, например, с помощью погружного насоса. Настоящее изобретение совершенствует технику хранения серы и, в частности, предлагает усовершенствованные способ и систему для длительного безопасного хранения произведенной в промышленных масштабах жидкой серы, а также произведенной в промышленных масштабах твердой серы, при минимальных операционных и эксплуатационных затратах,минимальных потерях ресурса и практически при отсутствии негативного воздействия на окружающую среду. Изобретение предлагает также усовершенствованные способ и систему для сохранения природных ресурсов: поскольку источники углеводородов с высоким содержанием серы постепенно исчерпываются, будущий недостаток серы можно предотвратить или свести к минимуму путем рационального хранения этого природного ресурса с применением способа и системы в соответствии с настоящим изобретением. Подробное описание изобретения Сера, хранимая по способу в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой произведенную в промышленном масштабе серу, т.е. элементарную серу, полученную либо путем добычи, либо в качестве побочного продукта при промышленных процессах, например,при переработке сырой нефти и природного газа и т.п. Произведенная в промышленных масштабах сера, как правило, имеет содержание элементарной серы 99% или выше и содержит в 8 незначительных количествах примеси, такие как углерод, углеводороды, сероуглерод, неорганические соли и некоторые другие твердые примеси, составляющие остальную часть ее состава. Произведенная в промышленных масштабах сера существует как в расплавленном состоянии, так и в твердом состоянии. При давлении и температуре окружающей среды элементарная сера является твердой. При давлении окружающей среды и повышенных температурах, т.е. при атмосферном давлении и температурах,превышающих приблизительно 240F (116 С),элементарная сера находится в жидком состоянии. Способ в соответствии с настоящим изобретением особенно пригоден для длительного хранения побочной, или извлеченной, серы, которую часто получают в жидком состоянии при обессеривании углеводородного сырья, добываемого нефтяной и газовой промышленностью,и при очистке газов и других технологических потоков продуктов, получаемых в нефтехимических процессах. Процессы, при которых образуется побочная, или извлеченная, сера, как правило, включают контролируемое окисление сероводорода, извлеченного из упомянутых потоков продуктов, в установках для процесса Клауса или аналогичных процессов, с образованием элементарной серы и воды. Извлеченная сера, как правило, содержит 99% или более элементарной серы, а также незначительные количества остаточного сероводорода и других примесей, таких как неорганические соли и другие твердые вещества. Способ в соответствии с настоящим изобретением можно использовать также для хранения добытой серы, полученной в твердой форме или в расплавленном состоянии, и извлеченной серы, получаемой в твердом состоянии. Независимо от физического состояния или способа получения, запасы произведенной в промышленных масштабах серы можно надлежащим образом хранить по способу в соответствии с настоящим изобретением в течение длительного времени, т.е. пяти или десяти лет и даже дольше, пока рыночный спрос не потребует их использования. Природные геологические формации, пригодные для использования в способе и системе в соответствии с настоящим изобретением, расположены под земной поверхностью во многих районах. Во многих местностях США находятся отложения поваренной соли (хлорида натрия),поташа (хлорида калия), троны (карбоната/бикарбоната натрия), нахколита (бикарбоната натрия) и других водорастворимых солей в природных пластовых эвапоритах и соляных куполах. Необходимым условием существования таких отложений водорастворимых солей является практическое отсутствие движения подземных вод внутри формаций, где существуют такие отложения. Во многих случаях или в большинстве случаев такие отложения стратиграфически связаны, т.е. окружены и защищены 9 практически непроницаемыми слоями от мигрирующих подземных вод, которые в противном случае обусловили бы их растворение и удаление. Отсутствие движения подземных вод в пластовых эвапоритах и соляных куполах удовлетворяет ключевому требованию, необходимому для подземного хранения серы, безопасного для окружающей среды. Особенно желательными формациями, идеально пригодными для подземного хранения серы, являются соляные купола. Соляные отложения внутри соляных куполов сильно уплотнены, обладают очень малой пористостью или проницаемостью и часто имеют мощность до нескольких тысяч футов. Кроме того, очень низкая проницаемость соли обеспечивает защиту от утечек хранимого материала и от вторжения воды. Высота подземной полости, т.е. расстояние от низа до верха, может превышать 1000 футов(300 м). Ширина полости, т.е. среднее расстояние между стенками, может быть в пределах от 100 футов до 1000 футов (30-100 м). Вертикально вытянутые полости, т.е. полости с отношением высоты к ширине более 1,0, можно создавать в соляных куполах путем удаления части соли из купола с применением способа добычи растворением. Вертикально вытянутые полости удобно заполнять серой за счет самопроизвольного осаждения вводимой серы. Вертикально вытянутые полости предпочтительны по сравнению с горизонтально вытянутыми также и потому, что при повторной добыче хранимой в них серы способом нагнетания горячей воды,сера в них плавится быстрее и более эффективно, чем сера, хранимая в горизонтально вытянутых полостях. Причина этого состоит в том, что при использовании нагнетания горячей воды для плавления серы либо для поддержания ее в расплавленном состоянии, горячая вода, вследствие своей низкой плотности, более склонна к поднятию вверх, чем к горизонтальному движению в полостях; таким образом, в вертикально вытянутых полостях достигается более тесный контакт фаз и повышенная эффективность теплопередачи. Точная глубина подземных полостей, требуемых способом и системой в соответствии с настоящим изобретением (т.е. расстояние от дна полости до поверхности земли), не имеет существенного значения, однако затраты на создание и обустройство скважины, затраты на создание полостей и расход энергии на повторную добычу хранимой серы возрастают при увеличении расстояния полости от поверхности. Предпочтение отдается полостям, расположенным на глубине менее приблизительно 3000 футов (900 м) от поверхности, поскольку их формирование и доступ к ним, как правило, проще и дешевле,теплопотери через скважину при введении или повторной добыче серы в жидком состоянии меньше, и требуется меньше энергии (ниже давление воздуха при использовании эрлифта) на 10 возврат повторно добываемой серы на поверхность, чем для полостей, расположенных на больших глубинах. Толщина свода полости (т.е. расстояние от верха полости до поверхности земли) должна быть не менее приблизительно 200 футов (60 м),предпочтительно не менее 500 футов (150 м) или более. Сопротивление полости внутреннему давлению возрастает с увеличением толщины свода. При толщине свода приблизительно 200 футов (60 м) сводится к минимуму риск выброса при повторной добыче хранимой серы с помощью способа нагнетания горячей воды. Если толщина свода полости существенно менее 200 футов (600 м), то давление пара от горячей воды, нагнетаемой для расплавления серы с целью ее извлечения из хранилища, может превысить статическое давление толщи пород, расположенной выше полости, и вызвать выброс. Глубина залегания полости (т.е. расстояние от дна полости до поверхности земли) может достигать приблизительно 6000 футов (1800 м) и составляет предпочтительно 3000 футов(900 м) или менее. Полость не должна иметь трещин и должна быть расположена в формациях, обладающих низкой проницаемостью и низкой пористостью, а также очень низкой (т.е. практически нулевой) склонностью к пропусканию кислородсодержащих подземных вод во избежание загрязнения окружающих областей и потерь серы. При повторной добыче хранимой серы способом нагнетания горячей воды температура воды должна быть выше точки плавления серы (приблизительно 240F, или 116 С). По этой причине полость должна также выдерживать абсолютное внутреннее давление не менее 50 фунтов на кв. дюйм (2,4 кПа), предпочтительно не менее 100 фунтов на кв. дюйм (4,8 кПа). Подземная полость, необходимая для реализации способа и системы в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой выработанную подземную полость, т.е. полость,образованную в результате механической добычи или добычи растворением подземных минеральных отложений, например, отложений хлорида натрия (иногда также называемого "солью"), хлорида калия (иногда называемого также "калиевой солью соляной кислоты" или просто "поташом"), минералов на основе карбоната кальция (например, "троны") и т.п. К примерам пригодных подземных полостей относятся солевые полости, образовавшиеся при добыче растворением после удаления рассола, из содержащих хлорид натрия пород солевых отложений с целью добычи хлорида натрия, и полости, образовавшиеся в результате удаления при механической добыче отложений поташа, содержащих хлорид калия, с целью добычи хлорида калия. При желании выработанную подземную полость можно также создавать специально для применения в способе и системе в соответствии 11 с настоящим изобретением с помощью обычных способов механической добычи или добычи растворением. Подземная полость предпочтительно представляет собой образованную в результате добычи растворением полость, дно которой расположено на глубине приблизительно от 500 до 3000 футов (150-900 м) под поверхностью земли, созданную в природном соляном куполе в результате добычи соли растворением с использованием пресной или необработанной морской воды с целью извлечения рассола, который может быть использован для промышленных целей, например, для производства хлора и гидроксида натрия. В морской воде обычно содержится приблизительно 3% хлорида натрия. Содержание хлорида натрия в ненасыщенных рассолах составляет приблизительно от 6 до 18%, а в насыщенных достигает приблизительно 26%. Такие полости образуются, например, в процессе добычи хлорида натрия, который потребляется в больших количествах промышленностью производства хлора и щелочи и используется в составе бурильных растворов при бурении нефтяных и газовых скважин. Эти полости особенно пригодны для способа и системы хранения в соответствии с настоящим изобретением, поскольку они непроницаемы и вполне удовлетворительно удерживают хранимую в них серу как при хранении последней в расплавленном состоянии, так и в виде суспензии гранул, суспензии молотой твердой серы или в иной форме. Непроницаемые окруженные солью полости находятся в соляных пластах (известных также под названием "пластовых эвапоритов") и в соляных куполах. Эти формации в природе обычно расположены под наносами и перекрывающими породами. Подземные соляные формации, содержащие пластовые эвапориты и соляные купола, существуют в штатах Луизиана,Техас, Огайо, Нью-Йорк, Мичиган, Канзас,Нью-Мексико и Флорида, а также в других штатах, в Канаде и других частях света. В США пластовые эвапориты чаще встречаются в районах, удаленных от моря, в то время как соляные купола, по-видимому, сосредоточены в районах, прилегающих к побережью Мексиканского залива. Из многих технических изданий, а также частных и правительственных организаций можно получить подробную сейсмическую информацию, позволяющую точно определять местонахождение, размеры и форму существующих соляных полостей и потенциальные места создания новых полостей. Поскольку транспортные расходы являются важным с коммерческой точки зрения фактором, оптимальным вариантом является расположение полостей вблизи источника получаемой серы. Каменная соль из большинства соляных куполов всегда содержит не менее 90% хлорида натрия; соль из луизианских куполов представляет собой почти 100%-ный хлорид натрия. 12 Соль из разных куполов может иметь различные свойства, которые, в свою очередь, влияют на прочностные и деформационные характеристики стенок полости. На величину и форму полостей, создаваемых при добыче растворением,влияет также конкретный способ добычи растворением, применяемый при создании полости,и количество пресной воды, используемой для растворения соли и получения рассола. Типичным случаем является режим работы, при котором единица объема полости создается путем введения приблизительно 10 объемов воды,причем образуется 10 объемов рассола. Образующиеся полости, как правило, вытянуты в вертикальном направлении и могут иметь разнообразные формы. Нередко встречаются полости грушевидной, обелисковидной и эллиптической формы. Высота полостей часто превышает 1000 футов (300 м), а ширина в разных местах составляет от 100 до 1000 футов (30-300 м). Присутствие бутового камня, который часто обнаруживается на дне полости, образованной путем добычи растворением, не приводит к загрязнению хранимой серы, поскольку этот бутовый камень оседает на дно полости до накопления серы, и сера, обладая меньшей плотностью, располагается, главным образом, поверх такого бутового камня. Если существующая скважина, открывающаяся в ранее выработанную полость типа, требуемого способом в соответствии с настоящим изобретением, имеет достаточно непроницаемые стенки или снабжена непроницаемым покрытием стенок, то для доступа в полость можно продолжать использовать эту существующую скважину. В противном случае бурят новую скважину с поверхности земли через наносы, перекрывающие пласты и другие формации,которые могут находиться между поверхностью и соляной формацией, до достижения этой соляной формации и полости, расположенной внутри нее. Чтобы гарантировать проникновение в полость под желаемым углом и в желаемой точке, применяют обычные способы сейсмического исследования и бурения скважин. Как правило, точка выхода скважины в полость находится на вершине полости или вблизи нее. Угол вхождения скважины в свод полости определяется обычными принципами бурения скважин и другими техническими соображениями. Если, например, предусмотрена подача серы в полость в твердом гранулированном виде, то угол вхождения в полость по отношению к вертикали может быть меньше, чем в случае введения серы в полость в расплавленной форме, когда может оказаться более удобным вводить поток серы на самом нижнем возможном уровне с целью сохранения части серы в жидком состоянии на более продолжительное время. В скважине на протяжении ее от земной поверхности до свода полости закрепляют цементированием или иными способами стальную обсад 13 ную трубу. Эта обсадная труба, или "крепь",может быть выполнена также из никелевого сплава, титана, стеклопластика или любого иного материала, достаточно плотного для предотвращения проникновения серы, рассолов или иных жидкостей через стенки скважины. Для обеспечения целостности системы можно применять несколько обсадных труб. Если произведенная в промышленных масштабах сера, предназначенная для подачи на хранение, находится в твердом состоянии, то ее вначале можно подвергнуть дроблению или размолу с использованием обычного дробильноразмольного оборудования, а затем вводить в сухом виде в отверстие скважины на поверхности земли и подавать в подземную полость самотеком. Однако для хранения серы, которую получают в в промышленных масштабах в твердом виде, лучше всего измельчать ее и смешивать с водой или рассолом либо размалывать с водой или рассолом, получая водную суспензию измельченной элементарной серы и вводя эту суспензию в полость с использованием насосного оборудования или без него. При введении серы в виде суспензии получение упомянутой суспензии лучше выполнить на поверхности земли перед введением. Рассолу отдается предпочтение перед водой в случаях, когда необходимо предотвратить или свести к минимуму дальнейшее растворение соли, изначально находящейся на стенках полости. В случае подачи самотеком плотность суспензии необходимо регулировать так, чтобы давление в точке введения превышало давление внутри полости. При нагнетании в содержащую рассол полость, окруженную солью, суспензию следует вводить в полость через центральное отверстие системы концентрических труб, установленных в скважине, так, чтобы суспензия поступала в формацию, вытесняя рассол, находящийся в полости,и заставляя его подниматься в кольцевом зазоре системы концентрических труб. Введение твердой серы в подземную полость в этом варианте можно производить при температуре окружающей среды. Поскольку частицы серы склонны к осаждению, удаление рассола в этих случаях лучше всего осуществлять из места, достаточно удаленного от места ввода суспензии серы, и предпочтительно находящегося на более высокой отметке по сравнению с местом ввода суспензии серы. Таким образом можно свести к минимуму или полностью исключить захватывание частиц серы вытесняемым рассолом. Так,рассол можно удалять, например, с использованием одной скважины путем введения серы через центральную трубу и отвода рассола через кольцевой зазор системы концентрических труб. В альтернативном варианте можно бурить отдельные скважины, используемые соответственно для ввода серы и отвода рассола. В любом случае захватывание частиц серы можно дополнительно уменьшить, добавляя к суспензии пе 004110 14 ред ее введением в полость полиакриламид или иной пригодный для данной цели флоккулянт. Обеспечиваемое таким образом флоккулирование улучшает осаждение мелких частиц серы и сводит к минимуму либо устраняет их захватывание вытесняемым рассолом, тем самым повышая пригодность рассола для повторной циркуляции в системе и/или для его удаления. Если произведенная в промышленных масштабах сера, предназначенная для подачи на хранение, находится в жидком состоянии, то ее можно гранулировать хорошо известными способами для изготовления гранул твердой серы,которые затем подают в скважину и вводят в полость в сухом виде или в виде водной суспензии. Введение гранулированной серы в этом варианте можно осуществлять при температуре окружающей среды или близкой к ней. Способы гранулирования, иногда называемого "окомкованием", часто включают быстрое охлаждение капель жидкой серы в воде. Согласно одному из таких способов гранулирования, расплавленную серу вводят в контакт с водной средой, например, водой или рассолом, с целью быстрого охлаждения расплавленной серы в форме мелких гранул или "корольков". Гранулирование можно осуществлять и без применения воды путем резкого воздействия на струю жидкой серы потоком воздуха, имеющего температуру окружающей среды, вызывая образование сухих гранул серы, или окатышей. Поскольку рассол и сера могут вызвать коррозию стальных трубопроводов, для транспортирования суспензии гранул серы и рассола используют химически стойкие трубы, например, трубы из сплавов и стальные трубы, снабженные покрытием или футеровкой. В случае применения покрытия или футеровки, чувствительных к повышенным температурам, перед транспортированием суспензии ее охлаждают во избежание повреждения трубопроводов. После введения суспензии гранул серы в рассоле в подземную полость ее оставляют в полости до отделения серы как более тяжелой фазы от более легкого рассола. Полученные таким образом гранулы серы могут храниться в полости бесконечно. Если подлежащая хранению сера произведена в промышленных масштабах в жидком виде, то ее можно также вводить в скважину в жидком состоянии. Расплавленная сера имеет удельный вес приблизительно 1,8, так что масса расплавленной серы, протекающая самотеком через скважину, создает обычно давление, превышающее давление в полости, однако для преодоления потерь на трение можно использовать нагнетание. Произведенную в промышленных масштабах расплавленную серу лучше всего вводить в скважину с помощью системы концентрических труб, установленных в скважине,по которым циркулирует под давлением горячая вода или иной пригодный в данном случае текучий теплоноситель для предотвращения за 15 стывания расплавленной серы. Например, если вода находится под абсолютным давлением,приблизительно 67 фунтов на кв. дюйм (3,2 кПа), то ее точка кипения повышается до 300F(149C). Таким образом можно поддерживать серу, протекающую по кольцевому зазору в скважине, в расплавленном состоянии путем непрерывной циркуляции горячей воды под давлением, имеющей температуру 280-320F(138-160 С), через соседний кольцевой зазор в скважине. Для повторного нагрева возвратной воды перед рециркуляцией используют кожухотрубный теплообменник с паровым обогревом или иное пригодное для этой цели нагревательное устройство. При нагнетании в содержащую рассол окруженную солью полость расплавленную серу вводят в эту полость через центральную трубу или через один или несколько кольцевых зазоров системы концентрических труб, установленной в скважине, через которую расплавленную серу подают в формацию, откуда она вытесняет рассол, содержащийся в полости, заставляя его подниматься по другому кольцевому зазору системы концентрических труб. Другие кольцевые зазоры можно использовать, как указано выше, для циркуляции горячей воды под давлением с целью предотвращения застывания серы. В предпочтительном варианте расплавленную серу хранят в содержащей рассол соляной полости, расположенной в непроницаемой соляной формации на глубине приблизительно 2000 футов (600 м) под поверхностью земли. Скважина оборудована непроницаемой системой цементированных обсадных труб,проходящих через формации, расположенные над полостью, а внутри обсадных труб смонтирована образующая по меньшей мере два кольцевых зазора система концентрических труб,открывающаяся в полость. Самую внутреннюю трубу внутри обсадных труб используют для подачи расплавленной серы, вводимой в скважину, а первый от центра кольцевой зазор применяют для подачи горячей воды под давлением, используемой для поддержания серы в расплавленном состоянии. Подаваемая горячая вода под давлением имеет температуру в пределах от 280 до 320F (138-160C). Второй от центра кольцевой зазор используют для возврата греющей воды на поверхность. Система труб,образующих упомянутые первый и второй зазоры, простирается наиболее глубоко в полость. Третий, внешний, кольцевой зазор образован внешней трубой системы и обсадными трубами. Эта внешняя труба простирается в полость не так глубоко, как система труб, образующих первый и второй зазоры, однако ее оконечность расположена на глубине, достаточной для обеспечения подъема вытесняемого рассола на поверхность через третий кольцевой зазор. При желании хранимую серу извлекают из выработанной подземной полости путем нагне 004110 16 тания горячей воды под давлением (при температуре от 280 до 320F (138-160C через первый кольцевой зазор системы концентрических труб, смонтированной в скважине, и нагнетания сжатого воздуха через второй кольцевой зазор той же системы концентрических труб, обеспечивая тем самым плавление серы внутри полости и подъем ее на поверхность земли через центральную эксплуатационную трубу той же системы концентрических труб, смонтированной в скважине. В альтернативном варианте серу можно выводить на поверхность через отдельную скважину, проникающую в подземную полость в другом месте и снабженную системой концентрических труб или подобным средством для подачи текучего теплоносителя и воздуха в полость с целью плавления серы и ее подъема на поверхность в жидком состоянии. При относительно небольшой глубине полости, например, при глубине всего 500-600 футов (150-180 м), для подачи хранимой серы на поверхность после ее расплавления внутри полости можно использовать один или несколько погружных насосов. Хотя настоящее изобретение как вкратце,так и подробно описано выше применительно к конкретным вариантам осуществления и применения, эти описания никоим образом не предназначены для ограничения его объема только этими вариантами осуществления и применения, и имеется в виду, что сведущий специалист может заменять, изменять и варьировать описанные варианты осуществления, применения и деталей представленных способа и системы без изменения сущности изобретения, которое ограничено лишь объемом пунктов формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ хранения серы, включающий:(a) проходку скважины в подземную полость в природной геологической формации,причем упомянутая природная геологическая формация выбрана таким образом, что характеристики ее проницаемости и пористости обеспечивают удержание серы внутри упомянутой подземной полости;(b) введение упомянутой серы через упомянутую скважину до тех пор, пока сера не осядет в упомянутой подземной полости; и(c) удерживание упомянутой серы внутри упомянутой подземной полости. 2. Способ по п.1, где упомянутая скважина снабжена практически непроницаемой обсадной трубой, причем упомянутая практически непроницаемая обсадная труба обладает достаточной прочностью для предотвращения обрушения упомянутой скважины. 3. Способ по п.1, где упомянутое введение выполняют при поддержании на поверхности давления нагнетания, достаточного для обеспе 17 чения протекания упомянутой серы в упомянутую подземную полость. 4. Способ по п.1, где упомянутая подземная полость является подземной полостью, образованной путем механической добычи. 5. Способ по п.1, где упомянутая подземная полость является подземной полостью, образованной путем добычи растворением. 6. Способ по п.1, где дно упомянутой подземной полости расположено на глубине не менее чем приблизительно 3000 футов (900 м) под поверхностью земли. 7. Способ по п.1, где упомянутую серу вводят через упомянутую скважину в расплавленном состоянии. 8. Способ по п.1, где упомянутую серу вводят через упомянутую скважину в твердом состоянии. 9. Способ по п.1, где упомянутая сера является извлеченной серой. 10. Способ по п.1, где упомянутая подземная полость является содержащей рассол полостью, образованной добычей растворением и окруженной солью, и упомянутая сера, вводимая через упомянутую скважину, вытесняет из упомянутой подземной полости по меньшей мере часть упомянутого содержащегося в ней рассола. 11. Способ по п.1, дополнительно включающий обеспечение средства для извлечения упомянутой серы, удерживаемой внутри упомянутой подземной полости, на поверхность земли. 12. Способ по п.2, где упомянутая практически непроницаемая обсадная труба выполнена из материала, выбранного из группы, включающей сталь, никелевый сплав, титан и стеклопластик. 13. Способ по п.7, где упомянутую серу,вводимую в упомянутую скважину в расплавленном состоянии, вводят через систему концентрических труб, расположенную в упомянутой скважине, через которую циркулирует также текучий теплоноситель со скоростью, достаточной для предотвращения застывания упомянутой серы внутри упомянутой скважины. 14. Способ по п.8, где упомянутую серу,вводимую в упомянутую скважину в твердом состоянии, вводят в виде водной суспензии измельченной серы. 15. Способ по п.8, где упомянутую серу,вводимую в упомянутую скважину в твердом состоянии, вводят в виде водной суспензии гранулированной серы. 16. Способ по п.11, где упомянутое средство для извлечения упомянутой серы, удерживаемой внутри упомянутой подземной полости,на поверхность земли включает по меньшей мере одну систему концентрических труб для нагнетания горячей воды под давлением через первый кольцевой зазор, образованный упомянутой системой концентрических труб, и сжато 004110 18 го воздуха через второй кольцевой зазор, также образованный упомянутой системой концентрических труб, для обеспечения подъема упомянутой серы, удерживаемой внутри упомянутой подземной полости, на поверхность земли по центральной трубе упомянутой системы концентрических труб. 17. Способ хранения серы, включающий:(a) измельчение твердой серы для получения измельченной серы;(b) приготовление суспензии серы путем смешивания упомянутой измельченной серы с водной жидкостью;(c) введение упомянутой суспензии серы в окруженную солью подземную полость через непроницаемую скважину, проникающую в упомянутую окруженную солью подземную полость; и(d) удерживание упомянутой измельченной серы внутри упомянутой окруженной солью подземной полости. 18. Способ хранения серы, включающий:(a) введение расплавленной серы в контакт с текучей средой для получения гранул серы путем гранулирования;(b) приготовление суспензии гранул серы путем смешивания упомянутых полученных гранул серы с водной жидкостью;(c) введение упомянутой суспензии гранул серы в окруженную солью подземную полость через непроницаемую скважину, проникающую в упомянутую окруженную солью подземную полость; и(d) удерживание упомянутых гранул серы внутри упомянутой окруженной солью подземной полости. 19. Способ по п.18, дополнительно включающий обеспечение средства для извлечения упомянутых гранул серы, удерживаемых внутри упомянутой окруженной солью подземной полости, на поверхность земли. 20. Способ хранения серы, включающий:(a) проходку в окруженную солью подземную полость скважины, снабженной практически непроницаемой обсадной трубой, причем упомянутая практически непроницаемая обсадная труба обладает достаточной прочностью для предотвращения обрушения упомянутой скважины;(b) введение расплавленной серы в упомянутую окруженную солью подземную полость через систему концентрических труб, расположенную в упомянутой скважине, через которую циркулирует также текучий теплоноситель со скоростью, достаточной для предотвращения застывания упомянутой серы внутри упомянутой скважины;(c) удерживание упомянутой введенной серы внутри упомянутой окруженной солью подземной полости; и(d) обеспечение средства для извлечения упомянутой серы, удерживаемой внутри упомя 19 нутой окруженной солью подземной полости, на поверхность земли. 21. Способ по п.20, где упомянутая окруженная солью подземная полость является содержащей рассол полостью, образованной добычей растворением, и упомянутая сера, вводимая через упомянутую систему концентрических труб, расположенную в упомянутой скважине, вытесняет из упомянутой подземной полости по меньшей мере часть упомянутого содержащегося в ней рассола. 22. Способ по п.21, где упомянутое средство для извлечения упомянутой серы, удерживаемой внутри упомянутой окруженной солью подземной полости, на поверхность земли включает по меньшей мере одну систему концентрических труб для нагнетания горячей воды под давлением через первый кольцевой зазор,образованный упомянутой системой концентрических труб, и сжатого воздуха через второй кольцевой зазор, также образованный упомянутой системой концентрических труб, для обеспечения подъема упомянутой серы, удерживаемой внутри упомянутой подземной полости, на поверхность земли по центральной трубе упомянутой системы концентрических труб. 23. Способ хранения серы, включающий:(a) измельчение твердой серы в присутствии водной жидкости для получения суспензии частиц измельченной серы в упомянутой водной жидкости;(b) введение упомянутой суспензии частиц измельченной серы в окруженную солью подземную полость, содержащую рассол, через непроницаемую скважину с вытеснением по меньшей мере части упомянутого содержащегося в полости рассола упомянутыми частицами измельченной серы; и(c) удерживание упомянутых частиц измельченной серы внутри упомянутой окруженной солью подземной полости. 24. Система для хранения серы, включающая:(a) подземную полость, находящуюся в природной геологической формации, причем упомянутая природная геологическая формация выбрана таким образом, что характеристики ее проницаемости и пористости обеспечивают удержание серы внутри упомянутой подземной полости;(b) скважину, соединяющую упомянутую подземную полость с поверхностью земли; и(c) средство для введения серы через упомянутую скважину до осаждения упомянутой серы внутри упомянутой подземной полости и удержания ее в этой полости. 25. Система для хранения серы по п.24, где упомянутая скважина снабжена практически непроницаемой обсадной трубой, причем упомянутая практически непроницаемая обсадная труба обладает достаточной прочностью для 20 предотвращения обрушения упомянутой скважины. 26. Система для хранения серы по п.24, где упомянутая подземная полость является подземной полостью, образованной путем механической добычи. 27. Система для хранения серы по п.24, где упомянутая подземная полость является подземной полостью, образованной путем добычи растворением. 28. Система для хранения серы по п.24, где упомянутая подземная полость расположена на глубине не менее чем приблизительно 3000 футов (900 м) под поверхностью земли. 29. Система для хранения серы по п.24, где упомянутую серу вводят через упомянутую скважину в расплавленном состоянии. 30. Система для хранения серы по п.24, где упомянутую серу вводят через упомянутую скважину в твердом состоянии. 31. Система для хранения серы по п.24, где упомянутая сера является извлеченной серой. 32. Система для хранения серы по п.24, где упомянутая подземная полость является содержащей рассол полостью, образованной добычей растворением и окруженной солью, и упомянутая сера, вводимая через упомянутую скважину,вытесняет из упомянутой подземной полости по меньшей мере часть упомянутого содержащегося в ней рассола. 33. Система для хранения серы по п.24, дополнительно включающая средство для извлечения упомянутой серы, удерживаемой внутри упомянутой подземной полости, на поверхность земли. 34. Система для хранения серы по п.25, где упомянутая практически непроницаемая обсадная труба выполнена из материала, выбранного из группы, включающей сталь, никелевый сплав, титан и стеклопластик. 35. Система для хранения серы по п.29, где упомянутую серу, вводимую в упомянутую скважину в расплавленном состоянии, вводят через систему концентрических труб, расположенную в упомянутой скважине, через которую циркулирует также текучий теплоноситель со скоростью, достаточной для предотвращения застывания упомянутой серы внутри упомянутой скважины. 36. Система для хранения серы по п.33, где упомянутое средство для извлечения упомянутой серы, удерживаемой внутри упомянутой подземной полости, на поверхность земли включает по меньшей мере одну систему концентрических труб для нагнетания горячей воды под давлением через первый кольцевой зазор,образованный упомянутой системой концентрических труб, и сжатого воздуха через второй кольцевой зазор, также образованный упомянутой системой концентрических труб, для обеспечения подъема упомянутой серы, удерживаемой внутри упомянутой подземной полости, на поверхность земли по центральной трубе упо 22 мянутой системы концентрических труб.