Способ размещения серы

(51) 09 1/00 (2009.01) 65 5/00 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Способ ликвидации отходов серы, который включает плавление серы, необязательно в присутствии сероводорода,и нагнетание расплавленной серы в геологические структуры,имеющие температуру в пределах от 90 до 160 С. 18839 Настоящее изобретение относится к новому способу ликвидации отходов серы. В частности, настоящее изобретение относится к новому способу ликвидации отходов серы,образующихся в процессе очистки углеводородных природных ископаемых, например сырой нефти, или природного газа. Известно, что сера может присутствовать в значительных количествах и в извлеченной сырой нефти и в природном газе. В природном газе, сера может присутствовать в форме 2, молярное процентное количество которого может достигать 10 и в некоторых отдельных случаях оно может даже превышать 20 от объема газа. В случае присутствия больших концентраций сероводорода в газе, его отделяют при помощи различных методов, среди которых наиболее широко используемым является абсорбция растворами этаноламинов. Если сероводород находится в концентрированном состоянии, его переводят в элементарную серу при помощи процесса Клауса. В связи с тем, что на рынке предложения серы значительно превышают спрос на нее, существует необходимость в размещении и хранении серы, полученной как за последние несколько лет, так и потенциально в течение последующих десятков лет. Серу обычно хранят в элементарной форме в виде огромных блоков,которые требуют непрерывного контроля и обработки стекающей с них воды во избежание окисления грунта и окружающих подземных вод. В дополнение к этому, государства, имеющие на своих территориях месторождения нефти или коллекторы природного газа, все более и более ужесточают законодательные акты по этой части и даже в некоторых случаях налагают огромные штрафы за хранение восстановленной серы. Для решения этой проблемы был найден инновационный способ ликвидации указанных больших количеств серы, который предусматривает введение их нагнетанием в отвечающие требованиям геологические структуры. Эти структуры могут включать резервуары,образовавшиеся после извлечения из них сырой нефти или попутного газа, или другие отвечающие требованиям геологические структуры, такие как заброшенные шахты или засоленные водоносные пласты. Благодаря найденному решению,целью настоящего изобретения является длительное хранение серы, достигаемое без какого-либо риска скопления ее на поверхности и загрязнения пригодной для использования грунтовой воды или негативного воздействия процесса извлечения сырой нефти/газа. В действительности, в природе в глубоких геологических структурах существуют большие залежи серы,которые являются неограниченно стабильными и не оказывают какоголибо негативного воздействия на окружающую среду. В связи с этим, объектом настоящего изобретения является способ ликвидации отходов серы, который включает нагревание и плавление серы, необязательно в присутствии сероводорода, и нагнетание расплавленной серы, в жидкой и гомогенной форме, в геологические структуры,имеющие температуру в пределах от 90 до 160 С. Настоящее изобретение предусматривает нагнетание серы в жидкой форме через надземные трубы, буровые трубы в геологические структуры. Расплавленная элементарная сера может быть получена непосредственно из процесса Клауса или из мест ее хранения на поверхности. Давление, необходимое для закачивания в трубу жидкости, полученной ожижением серы, может быть рассчитано по общей формуле 22/где- длина трубы, используемой для нагнетания жидкости в геологическую структуру, - ее эквивалентный диаметр,-средняя скорость нагнетания жидкости,- плотность закачиваемой жидкости икоэффициент трения,который является функцией коэффициента шероховатости трубы и числа Рейнольдса/где- кинематическая вязкость жидкости. Нагнетающее устройство может быть представлено обычным насосом, способным перекачивать жидкость при температуре в пределах от 90 С до 160 С. Значения вязкости серы в расплавленном состоянии в пределах заданных температур показаны ниже в Таблице 1. Таблица 1 Вязкость расплавленной серы в зависимости от температуры Температура (С) 119 125 132 140 150 157 160 Геологическими структурами,которые соответствуют введению расплавленной серы,являются те, которые имеют температуру в пределах от 90 С до 160 С и, предпочтительно резервуары,2(сП) 11,45 10, 31 8,84 7, 67 6, 62 6,72 11,6 образовавшиеся после извлечения из них сырой нефти или природного газа, содержащие серу в форме органического соединения или сероводорода. Альтернативно,могут быть использованы 18839 геологические структуры,находящиеся на расстоянии от резервуара и имеющие структурные характеристики, подходящие для сбора и хранения расплавленной серы. Для целей настоящего изобретения могут, как правило,использоваться или матричные геологические структуры или естественно или целенаправленно разрушенные структуры. Во всех случаях давление и максимальная скорость введения потока жидкости, образованного расплавленной серой, необязательно смешанной с сероводородом,могут быть определены вычислениями и измерениями, известными для процесса разработки эксплуатационных скважин или производства и управления скважинами с обратной закачкой воды. Настоящее изобретение позволяет нагнетать серу, находящуюся в жидкой форме, с низкой вязкостью. В случае чистой элементарной серы условия, подходящие для применения настоящего изобретения, включают температуру в пределах от 119 С к 160 С. Область применения способа ликвидации отходов серы, объекта настоящего изобретения, может быть расширена смешиваем элементарной серы с другими соединениями,способными понизить точку плавления смеси. Доступная и экономически выгодная методика понижения точки плавления серы состоит в смешивании серы с 2 под давлением. Ниже в Таблице 2 показана температура плавления (Тпл) серы в присутствии 2 при различных значениях давления. Этим методом можно понизить точку плавления серы приблизительно от 119 С до 90 С. Таблица 2 Влияние давления 2 на Тпл серы Точка плавления серы (С) 119 115 111 106 100 100 94 91 91 90 90 90 Это понижение точки плавления серы проявляется также, хотя и в меньшей степени, когда сероводород смешан с другими газами, не обладающими аналогичным действием, такими как,например, метан или диоксид углерода. Из данных Давление 2 (бар) 0 1 12 24 39 40 58 80 90 110 125 155 следующей таблицы можно отметить, что при заданном давлении (например, 200 бар) точка плавления серы понижается с увеличением концентрации 2 в смеси с метаном. Таблица 3 Влияние концентрации 2 в метане на точку плавления серы при 200 бар Точка плавления серы (С) 119 117 115 114 109 92 Применение настоящего изобретения, в котором используют смешанный с метаном сероводород,может оказаться также экономически выгодным,если геологическая структура для сбора серы имеет достаточно высокую температуру и использование смеси с метаном позволяет избежать необходимости процесса отделения сероводорода от метана. Наконец, должно быть отмечено, что способ ликвидации отходов серы, объект настоящего изобретения,позволяет использовать часть сероводорода, выделенного из нефтяного газа, для Процент 2 в метане 0 4,5 9 14 25 100 псевдоожижения серы, полученной из процесса Клауса, таким образом, сокращая общий объем 2,который будет направлен непосредственно в процесс Клауса. Поэтому, практически предлагаемый способ ликвидации отходов серы может быть осуществлен путем выбора подходящей для сбора геологической структуры, имеющей температуру в пределах от 90 С до 160 С, необязательно смешиванием серы с сероводородом (предпочтительно чистым) так,чтобы точка плавления смеси была ниже или равна 3 18839 температуре геологической структуры, нагреванием серы (или смеси) до температуры, которая была бы достаточно высокой по сравнению с точкой плавления серы, для того, чтобы, во время процесса нагнетания ее с поверхности в буровую колонну,сера (или смесь) оставалась в жидком состоянии и,наконец, нагнетание серы (или смеси) в резервуар через возможно изолированные трубы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ размещения серы, включающий введение серы в геологические структуры, отличающийся тем, что нагнетают серу, предварительно расплавленную необязательно в присутствии сероводорода, в геологические структуры, имеющие температуру в пределах от 90 до 160 С. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что размещают серу, поступающую из процесса очистки углеводородных природных ископаемых (сырой нефти) или из природного газа. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что размещают расплавленную элементарную серу, поступающую непосредственно из процесса Клауса. 4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что размещают элементарную серу, поступающую с места хранения на поверхности. 5. Способ по любому из предыдущих пунктов,отличающийся тем, что сероводород используют в смеси с другими газами, которые не обладают эффектом понижения точки плавления элементарной серы. 6. Способ по п. 5. отличающийся тем, что газ,смешанный с сероводородом, является метаном или диоксидом углерода. 7. Способ по любому из предыдущих пунктов,отличающийся тем, что сероводород является газом, выделенным из содержащего его природного газа. 8. Способ по любому из предыдущих пунктов,отличающийся тем,что геологическими структурами,соответствующими накоплению расплавленной серы,является резервуар,образовавшийся после извлечения из него серосодержащих сырой нефти или природного газа.