Способ транспортирования, хранения элементарной серы, способы ее извлечения и композиция

Способ транспортирования, хранения элементарной серы, способы ее извлечения и композиция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данная заявка соотносится с предварительной патентной заявкой Соединенных Штатов №60/476082, поданной 4 июня 2003 года, и выдвигает претензии на все выгоды, которые законным образом может предложить предварительная патентная заявка. Содержание предварительной патентной заявки во всей своей полноте включается в настоящий документ для справки.

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к технологиям, связанным с растворами и суспензиями серы и серосодержащих соединений, при этом особенный интерес представляют способы транспортирования серы при использовании трубопровода и других емкостей, где предпринимаются попытки недопущения, устранения либо удаления отложений твердой фазы, либо где намеренно формируют отложения твердой фазы. В число множества сфер применения данного изобретения входят химические процессы, которые приводят к получению элементарной серы в качестве продукта, химические процессы и продукты, в которых серу используют в комбинации с аммиаком либо другими азотсодержащими соединениями и при извлечении как подходящих водородных чисел, так и серных чисел в химических процессах, предназначенных для борьбы с загрязнением окружающей среды выбросами сульфида водорода, в том числе те из них, в которых диоксид серы получают либо могут получать в качестве побочного продукта, попутного продукта, промежуточного продукта либо отхода производства при получении водорода.

Предшествующий уровень техники

Как Западная Канада, так и Соединенные Штаты в одиночку каждый год производят приблизительно по 1×10⁷ метрических тонн элементарной серы, главным образом, в качестве побочного продукта при добыче природного газа и переработке нефти, а с появлением компании NAFTA в сопоставимых количествах стала вносить свой вклад и Мексика вследствие добычи там природного газа и наличия у нее горнодобывающей промышленности по добыче самородной серы. Серу также производят в качестве побочного продукта и в операциях по переработке нефти, в операциях на каменноугольных тепловых электростанциях, при разработке битуминозного песчаника и в любом процессе в промышленности, который обеспечивает уменьшение уровня содержания серы в топливах либо потоках отработанных сред с целью достижения соответствия стандартам качества воздуха.

Несмотря на то, что промышленные химические реактивы и товарную продукцию можно транспортировать на протяженные расстояния при использовании трубопровода, что во многих случаях будет более экономически оправданным по сравнению с транспортированием по железной дороге либо с использованием других форм доставки, трубопроводный транспорт для серы не использовали либо использовали, самое большее, только на коротких расстояниях. Это обуславливается высокой температурой плавления серы, коррозионной активностью серы при растворении в типичных растворителях или же при попадании в контакт с воздухом либо влагой и наблюдающейся для серы тенденцией к выпадению из раствора в осадок. При транспортировании в виде раствора либо суспензии сера имеет тенденцию к образованию отложений на стенках трубопровода, что в результате приводит к образованию покрытия, закупориванию и блокированию линии, при этом результатом для всех данных случаев будут ненадежность, высокие эксплуатационные расходы и избыточное потребление энергии.

Системы трубопроводов, в общем случае подобно энергетическим системам, теряют тепло в окружающую среду в результате излучения. Таким образом, в зонах умеренного климата при обычных условиях окружающей среды теплота трения и импульсный поток энергии, генерируемые с течением времени в системе трубопровода, в сочетании с теплопотерями, которые имеют место на наружной поверхности вследствие излучения, становятся причиной того, что масса во внутреннем пространстве трубопровода будет более теплой по сравнению с самим трубопроводом. Это приводит к тому, что стенка трубопровода становится более холодной либо дает ей возможность находиться при более низкой температуре по сравнению с массой перемещающегося продукта во внутреннем пространстве. Как известно специалистам в соответствующей области, соотношение между количествами растворенного вещества и растворителя в растворе не является статичным, и вместо этого оно представляет собой соотношение, определяемое динамическим равновесием, обусловленным непрерывными выпадением в осадок и повторным растворением при стабильных условиях. Растворимость растворенного вещества в большинстве углеводородных растворителей либо в воде, либо в водных средах значительно уменьшается при уменьшении температуры. В результате с течением времени растворенное вещество будет образовывать отложения и при этом более значительные отложения будут иметь место в более холодных областях массы текучей среды. Все это действительно имеет место в случае серы, которая, как было обнаружено, выпадает в осадок быстрее, чем растворяется в областях, которые располагаются поблизости от обычно более холодных поверхностей теплопередачи, таких как стенки трубопровода, фланцы, фитинги и соединения. Получающиеся в результате отложения будут закупоривать проходные сечения, если только не будет подводиться энергия, которая будет заставлять массу текучей среды перемещаться достаточно быстро, чтобы не позволить образоваться закупориваниям. Способы обогревания трубопроводов являются сложными и дорогостоящими.

До недавнего времени значительную долю серы, производимой в Соединенных Штатах, получали в результате горной разработки месторождений самородной серы, в особенности ресурсов побережья Мексиканского залива, при использовании высокоэнергозатратного способа Фраша. Высокие цены на энергию с тех пор привели к сокращению либо прекращению многих операций, реализуемых по способу Фраша, и большое количество крупных минеральных месторождений самородной элементарной серы остается неразработанным.

При хранении и утилизации серы также сталкиваются с проблемами, в особенности с теми, которые возникают в связи с загрязнением окружающей среды. Утилизации экологически безопасным, но при этом экономически оправданным способом добиться трудно. В настоящее время утилизация заключается в преобразовании расплавленной серы в твердые блоки для хранения на поверхности земли, нагнетании серы в виде H₂S в геологические формации либо окислении сульфида водорода до образования оксидов серы и нагнетании оксидов серы под землю для хранения.

Серу, главным образом, используют при получении серной кислоты, которую после этого используют для получения фосфорной кислоты и производных фосфатов в местах, расположенных поблизости от крупных минеральных месторождений фосфоритной руды. Данные места, главным образом, находятся в Австралии, Бразилии, Флориде, Айдахо, на Среднем Востоке и в Северной Африке. Операции получения фосфатов обычно проводят на очень большом удалении от оборудования и сооружений для добычи серы, и проведение многих операций получения фосфатов было сокращено либо прекращено вследствие высоких цен на энергию либо нарушения энергоснабжения, вызванного недостатком новых мощностей по выработке энергии несмотря на возрастающие потребности. Это в особенности верно для запада Соединенных Штатов.

На Среднем Востоке, где стоимость энергии является чрезвычайно низкой, серу транспортируют с использованием длинного трубопровода, который снабжен электрообогревом для выдерживания серы при повышенной температуре и для облегчения повторного запуска потока тогда, когда трубопровод окажется закупоренным вследствие затвердевания серы во время нештатных условий работы. Железнодорожный транспорт используется в Альберте, Канада, для транспортирования сухой серы с использованием грузовых унифицированных составов прямого сообщения до портов на тихоокеанском побережье и для транспортирования расплавленной серы, которая подвержена преждевременному затвердеванию, до пунктов назначения на востоке и юге. Транспортирование с использованием грузовых унифицированных составов прямого сообщения требует наличия нескольких локомотивов, высококачественных железнодорожных вагонов и сети железнодорожных путей, предназначенных для работы в тяжелых условиях, и ему внутренне присуща неэффективность, обусловленная необходимостью возвращения порожних железнодорожных вагонов к источнику поставки серы. Когда расплавленную серу транспортируют на значительные расстояния, железнодорожные цистерны необходимо обрабатывать, используя действие водяного пара, как только они достигнут своих пунктов назначения, для того чтобы любое количество затвердевшей серы можно было бы повторно расплавить перед тем, как будет произведена разгрузка серы.

Кроме того, потенциальное отношение к данному изобретению имеет предшествующий уровень техники, связанный с производством аммиака. Предприятия по производству аммиака зачастую располагаются поблизости от расположения месторождений природного газа, где серу получают в качестве побочного продукта. Безводный аммиак транспортируют по многим вариантам транспортирования, в том числе при использовании модифицированных наливных судов, барж, трубопровода, железной дороги и грузового автотранспорта, и большие количества аммиака импортируют из различных частей мира. Основная доля мощностей по производству аммиака в Северной Америке в настоящее время выведена из эксплуатации вследствие высокой стоимости природного газа как материала сырья и низких цен на продукцию.

Свойства смесей серы и безводного аммиака описываются в работах Ruff, О., and Hecht, L., in "Concerning Sulfammonium and Its Relation to Sulfar Nitride (writer's translation)," Zeitschrift für Anorganische Chemie, Vol.70, p.49-69, Leopold Voss, Leipzig, 1911, и Ruff and Geisel, E., опубликованной под тем же наименованием в журнале Berichte der Deutschen Chemische Gesellschaft, Verlag Chemie, Berlin, v.38, p.2659, 1905. В данных описаниях авторы Ruff et al. сообщают о том, что сера и жидкий безводный аммиак вступают в реакцию с образованием нитрида серы в соответствии с реакцией:

10S+4NH₃←→6H₂S+N₄S₄

Данная реакция представляет собой общепризнанный путь синтеза нитрида серы. Обладая стойкостью на воздухе, данный нитрид (который в Chemical Abstracts также называют "сульфидом азота") представляет собой взрывчатое вещество, которое превращается в элементы в ходе протекания бурной реакции, будучи подвергнутым воздействию удара либо быстрого нагревания в определенных условиях. Вследствие данной взрывчатой природы имеется мало, если вообще хоть сколько-нибудь, сообщений относительно исследований неполимерного нитрида серы.

Кроме того, потенциальное отношение к данному изобретению еще имеет современный уровень техники, относящийся к диоксиду серы. В диоксиде серы ощущается большая потребность как в материале сырья, предназначенном для изготовления серной кислоты, но ограничивающим фактором являются высокие затраты на транспортирование диоксида серы, как это разъясняется в монографии Rieber, М., Smelter Emissions Controls: The Impact on Mining and the Market for Acid, prepared for US Department of the Interior Bureau of Mines, March, 1982, as quoted in US Congress, Office of Technology Assessment, Copper: Technology and Competitiveness OTA-E-367 (Washington, DC: US Government printing Office, September 1988, page 165, Box 8-A): "Потребность в жидком SO₂ в Соединенных Штатах ощущается в очень ограниченных пределах, но благодаря его относительно высокой стоимости в расчете на единицу массы его можно транспортировать на значительные расстояния. Однако транспортирование все еще остается чрезвычайно дорогостоящим, поскольку для него требуется наличие специальных работающих под давлением железнодорожных цистерн, которые обычно возвращаются порожними. Рынок является слишком маленьким для оправдания мер по снижению себестоимости, таких как грузовые унифицированные составы прямого сообщения либо специальные океанские танкеры."

Кроме того, потенциальное отношение к данному изобретению еще имеет современный уровень техники, связанный с добычей природного газа из месторождений природного газа, характеризующихся высоким уровнем содержания сульфида водорода. Засорение и повреждение скважин и трубопроводов, обусловленные возникновением преждевременных отложений серы, являются общим местом и в результате приводят к появлению проблем, связанных с дорогостоящим техническим обслуживанием, и к потерям производительности вследствие отключений и продолжительных периодов простаивания, необходимых для проведения осмотра, чистки либо замены.

Кроме того, потенциальное отношение к данному изобретению еще имеет современный уровень техники, относящийся к сульфиду водорода и извлечению из сульфида водорода как серных чисел, так и водородных чисел. Сульфид водорода получают в качестве побочного продукта при добыче природного газа, а также в качестве побочного продукта при операциях нефтепереработки и во многих способах, которые предназначены для удаления серы из топлив. Канада и Соединенные Штаты по отдельности производят приблизительно по 1×10⁷ метрических тонн сульфида водорода в год. Вследствие своих чрезвычайно сильной токсичности, воспламеняемости, отвратительного запаха, бессимптомно развивающегося подавления чувства обоняния и коррозионной активности почти что все количество сульфида водорода превращают в элементарную серу и воду в том месте либо поблизости от того места, где сульфид водорода получают. Превращения добиваются в результате использования способа Клауса, в котором один моль сульфида водорода окисляют с получением воды и одного моля диоксида серы, который после этого вводят в реакцию с двумя дополнительными молями сульфида водорода с получением элементарной серы и дополнительного количества сточных вод либо водяного пара. Таким образом, все водородное число сульфида водорода теряется, уходя в сточные воды и низкокачественный водяной пар. В Северной Америке, например, каждый год таким образом теряется приблизительно 1,2×10⁶ метрических тонн водорода. Экономика сульфида водорода обобщенно представлена авторами Zaman and Chakma в работе "Production of hydrogen and sulfur from hydrogen sulfide," Fuel Processing Technology 41 (1995), 159-198, Elsevier Science В.V., следующим образом:

"Атака, с различных направлений нацеленная на получение из сульфида водорода двух продуктов, имеющих сбыт, поражает воображение. Каждый год большое количество потенциальных ресурсов теряется впустую, и необходимость прекращения этого никаких сомнений не вызывает. Успех при разработке подходящей технологии получения водорода и серы будет представлять собой достижение трех целей в виде сведения к минимуму отходов, использования ресурсов и уменьшения загрязнения окружающей среды."

Водород обычно получают в результате проведения парового риформинга и реакций конверсии воды при использовании природного газа (метана) либо других восстановителей на углеродной основе, в том числе продуктов нефтепереработки и угля. Однако поставки природного газа являются недостаточными, и дефицит и высокие цены, по-видимому, будут продолжать существовать и в обозримом будущем. Кроме того, на каждый моль израсходованного метана способ приводит к получению одного моля диоксида углерода. Таким образом, например, при получении аммиака из водорода и азота на каждый миллион тонн полученного аммиака производят приблизительно миллион тонн диоксида углерода (исходя из стехиометрии) в дополнение к диоксиду углерода, полученному в результате сжигания для обеспечения энергией других технологических нужд. Определенную часть диоксида углерода можно израсходовать как материал сырья, предназначенный для получения мочевины, но экономическая выгода, которую получают в результате использования диоксида углерода таким образом, является недостаточной для экономической компенсации потери метана, поскольку СО₂ является легко доступным из других источников по способам, которые не включают расходования метана. Кроме того, насколько известно специалистам, знакомым с предложениями в экономике водорода, использование водорода будет продолжать увеличиваться и, таким образом, усугублять серьезную проблему, связанную с избыточными выбросами СО₂, в окружающую среду, которые являются общепризнанным фактором, вносящим свой вклад в глобальное потепление климата. Это обуславливается тем, что крупнотоннажное производство водорода использует восстановители на углеродной основе и будет продолжать это делать в обозримом будущем несмотря на значительный прогресс в технологиях возобновляемых источников энергии. Таким образом, при получении водорода в результате риформинга метана в наилучших условиях на каждую тонну водорода будут получать, по меньшей мере, пять с половиной тонн диоксида углерода. Остроту ситуации могло бы смягчить получение водорода из некарбонатных источников по способу, побочным продуктом в котором является твердый минерал, такой как гипс, а не газы, вызывающие парниковый эффект.

Известные схемы получения водорода из сульфида водорода представляют собой нижеследующее:

H₂S+СО←→COS+Н₂ (реакция 1)

H₂S+NO←→NOS+H₂ (реакция 2)

H₂S←→1/2S₂+H₂ (реакция 3)

Реакция 1 описана в патенте США №4618723 (Herrington et al., 21 октября 1986 года), в то время как реакции как 1, так и 2 обсуждаются в патенте США №3856925 (Kodera et al., 24 декабря 1974 года). Наиболее поразительной недавней разработкой, относящейся к реакции 1, является работа, частично профинансированная Национальным научным фондом и переуступленная университету Лихай, будучи описанной в патенте США №6497855 (Wachs, 24 декабря 2002 года). Автор патента Wachs сообщает о том, что внутренний поток COS может быть подвергнут каталитическому окислению под действием O₂ с образованием SO₂ в соответствии с реакцией:

COS+O₂→СО+SO₂ (реакция 4)

при одновременных регенерации и отправке на рецикл внутреннего потока СО, который используют для получения большего количества водорода из исходного потока свежего сульфида водорода в соответствии с приведенной выше реакцией 1. Совокупная реакция представляет собой нижеследующее:

H₂S+O₂→Н₂+SO₂ (реакция 5)

Практичность данной схемы ограничивается дополнительной нагрузкой в виде утилизации SO₂. Описание автора Wachs для утилизации SO₂ предлагает две альтернативы: 1) использование при производстве серной кислоты и 2) отправление SO₂ на рецикл с целью восстановления двух дополнительных молей сульфида водорода для получения элементарной серы и воды, как, например, по способу Клауса. Первая из них, как сообщается, представляет собой привлекательный вариант выбора в местах, расположенных поблизости от крупнотоннажных потребителей серной кислоты, таких как нефтеперерабатывающие предприятия. Однако, к сожалению, неэффективность и высокие расходы на транспортирование серной кислоты делает это непрактичным в случае удаленных источников поставки сульфида водорода, таких как месторождения высокосернистого нефтяного газа в Вайоминге либо Альберте. Крупнотоннажное удаленное производство серной кислоты также должно конкурировать с производством серной кислоты в качестве побочного продукта на металлургическом комбинате. Утилизация избыточной кислоты в удаленных местах приводит к возникновению проблем с защитой окружающей среды, поскольку закисление массивных месторождений карбонатов, таких как известняк, приводит к возникновению широкого ассортимента проблем, в том числе избыточные выбросы в окружающую среду CO₂.

Утилизация SO₂ в результате отправления на рецикл при использовании способа Клауса ограничивает выход водорода из сульфида водорода, в лучшем случае приблизительно на одну треть при расчете на совокупную стехиометрию (при сочетании реакции Клауса с реакцией 5) следующим образом:

3H₂S+O₂→Н₂+2Н₂O+3/8S₈ (реакция 6)

Схема реакции 6 также становится источником проблем, связанных с экономикой и экологией, что обуславливается получением в ней избыточной элементарной серы в удаленных местах. Это приводит к уменьшению величины экономической выгоды, которую можно было бы извлечь из сульфида водорода.

Краткое изложение изобретения

В настоящее время было обнаружено, что безводные аммиак и диоксид серы находят себе применение и обеспечивают достижение неожиданных преимуществ в качестве текучих носителей для элементарной серы либо в результате растворения элементарной серы с получением раствора, либо в результате суспендирования элементарной серы с получением суспензии. Данная применимость проистекает из до сих пор не осознанных химических и физических свойств как безводного аммиака, так и диоксида серы в жидкой форме. В случае безводного аммиака данные свойства включают атипичную обратную зависимость температура - растворимость, пониженную тенденцию к корродированию черного металла и предпочтительное растворение существующих отложений серы и отложений серы в момент их образования на внутренних поверхностях подвергающихся воздействию окружающей среды трубопроводов и других емкостей. В случае диоксида серы данные свойства включают неожиданно низкую степень изменения растворимости в зависимости от температуры в широком температурном диапазоне, а также подобным же образом пониженную тенденцию к корродированию черного металла. В случае обоих носителей результат воздействия данных свойств заключается в уменьшении либо устранении осаждения серы в емкости, которое в противном случае было бы вызвано протеканием теплообмена между емкостью и окружающей средой, и, соответственным образом, в уменьшении случаев появления закупоривания, образования покрытия либо препятствий течению внутри емкости, обусловленных осаждением, в сопоставлении со способами предшествующего уровня техники, в которых в качестве жидких носителей используют воду, водные растворы либо углеводороды. Таким образом, изобретение относится к способам транспортирования элементарной серы при использовании магистральных трубопроводов и других емкостей и к способам извлечения элементарной серы из геологических формаций, в том числе почвенных и скальных формаций, извлечения серы из встречающихся в естественных условиях материалов, таких как руды, пустые породы и нефть либо фракции нефти, извлечения элементарной серы из по существу безводных карбонатных твердых фаз, серосодержащей минеральной формации, по существу не содержащей воды, и подземной формации, по существу не содержащей воды, а также извлечения серы из промышленных смесей либо из промышленного оборудования, в котором происходит внедрение, отложение, диспергирование либо растворение серы. Изобретение также относится к способам хранения серы в геологических формациях и, в особенности, в подземных формациях, таких как пустоты либо пористые пласты, такие как песчаник либо пористая горная порода. Кроме того, изобретение относится к растворам и суспензиям серы в жидком диоксиде серы как к новым композициям связанных между собой веществ.

В число многих вариантов реализации данного изобретения входят одновременная поставка серы и аммиака либо серы и диоксида серы в места, в которых одного либо обоих представителей из них используют либо в коммерческих, либо в промышленных целях, например, в качестве удобрений либо материалов сырья, и транспортирование серы от удаленных источников поставки на операции окисления для использования в качестве топлива, так как, например, на электростанциях, которые обслуживают центры сосредоточения населения с высоким уровнем потребности в энергии. Открытие также облегчает транспортирование серы до оборудования по производству фосфорной кислоты и фосфатов и в общем случае до любого оборудования, которое использует серу, при одновременном сведении к минимуму образования пылеобразной серы, случаев взрыва либо пожара пыли, бактериального разложения, воздействия влаги, кислотного загрязнения, корродирования и стоимости транспортирования. Данное изобретение также находит себе применение в способах борьбы с загрязнением окружающей среды, выбросами сульфида водорода, в которых извлечение водорода в виде газообразного H₂ сопровождается либо может сопровождаться образованием SO₂, который можно удалить только в результате проведения реакции с дополнительным количеством H₂S с образованием элементарной серы и воды, что, таким образом, приводит к превращению водородного числа в H₂S в воду, а не к его извлечению в виде молекулярного H₂.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой гистограмму, сопоставляющую степени изменения растворимости серы в различных жидкостях в зависимости от температуры.

Фиг.2 представляет собой график зависимости растворимости серы от температуры для растворов серы в различных жидких средах, сопоставляющий безводный аммиак с органическими жидкостями.

Фиг.3 представляет собой карту технологического маршрута для многооперационной схемы переработки материалов сырья из месторождений природного газа и месторождений самородной серы при использовании принципов настоящего изобретения.

Фиг.4 представляет собой карту технологического маршрута для дополнительной многооперационной схемы переработки газа из месторождения сверхвысокосернистого природного газа при использовании принципов настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Растворы и суспензии, к которым обращаются в данном описании и прилагаемой формуле изобретения, описываются в связи с веществами, из которых их получают, то есть элементарной серы и либо безводного аммиака, либо диоксида серы. Молекулярные формы данных веществ могут изменяться, как только последние будут объединены, в результате либо комплексообразования, либо прохождения химической реакции, обычно обратимой, и любое такое преобразование может проходить в большей либо меньшей степени в зависимости от внешних условий, таких как температура и давление. Таким образом, элементарная сера, например, может присутствовать в аммиачных растворе либо суспензии в виде продукта реакции между серой и аммиаком. Растворы и суспензии, к которым обращаются в настоящем документе, включают любые преобразованные состояния веществ, которые получаются в результате их объединения. Таким образом, термин "растворимость" при его использовании обозначает брутто-растворимость, которая включает преобразование веществ в жидкую форму в результате либо протекания реакции, либо комплексообразования, либо простого растворения. Несмотря на то, что наличие продуктов преобразования либо степень преобразования можно выявить при использовании обычных аналитических методов, на эффективность и применимость данного изобретения такие преобразования негативного влияния не оказывают, поскольку данные преобразования в общем случае являются обратимыми при извлечении элементарной серы из растворов либо суспензий. В некоторых случаях вещества находят себе применение в виде комбинации и не требуют разделения либо извлечения одного из другого. Однако комбинации не предполагают включения продуктов, которые образуются в результате взаимодействия любого из данных трех веществ с другими веществами, либо которые образуются при использовании каталитического действия либо расширенных условий проведения реакции, таких как повышенная температура.

В данном описании и в прилагаемой формуле изобретения некоторые вещества и системы характеризуются как "по существу безводные" либо "по существу не содержащие воды". Термин "по существу" в данных характеристиках обозначает то, что данные вещества либо системы либо полностью лишены воды, либо содержат, самое большее, следовые количества, то есть, что любое количество воды, которое будет присутствовать, будет недостаточным для оказания негативного влияния на свойства серы, аммиака либо диоксида серы или же раствора либо суспензии каким-либо образом, который привел бы к значительному уменьшению экономической выгоды от использования раствора либо суспензии в практике данного изобретения. В случае аммиака данный термин предпочтительно относится к уровню содержания воды, равному приблизительно 0,3 мас.% либо менее, более предпочтительно приблизительно 500 ч./млн. (мас.) либо менее, а наиболее предпочтительно приблизительно 100 ч./млн. (мас.) либо менее. В случае диоксида серы данный термин предпочтительно относится к уровню содержания воды, равному приблизительно 200 ч./млн. (мас.) либо менее, более предпочтительно приблизительно 100 ч./млн. (мас.), а наиболее предпочтительно приблизительно 50 ч./млн. (мас.).

Изменение растворимости серы в различных жидких носителях в зависимости от температуры продемонстрировано на Фиг.1, при этом необходимо принять во внимание, что термин "растворимость" используется в настоящем изобретении для обозначения комбинации элементарной серы и носителя с получением жидкой среды вне зависимости от того, будет ли комбинация в результате приводить к протеканию химической реакции либо комплексообразованию между серой и носителем или же к простому растворению серы в носителе. Фиг.1 представляет собой гистограмму, на которой каждый столбик представляет собой величину наклона зависимости растворимости серы от температуры для семи различных растворителей, при этом все определения проводили в пределах температурного диапазона от -20 до +30°С. Два крайних правых столбика на данной гистограмме представляют диоксид серы и аммиак соответственно, в то время как остальные столбики представляют дисульфид углерода, бензол, толуол, циклогексан и гептан. Высота каждого столбика указывает на увеличение растворимости элементарной серы в ч./млн. (мас.) на один градус Цельсия увеличения температуры, то есть на температурный коэффициент растворимости. Как демонстрирует гистограмма, все носители характеризуются положительным температурным коэффициентом растворимости за исключением аммиака, который характеризуется отрицательным коэффициентом, а диоксид серы характеризуется положительным, но чрезвычайно малым коэффициентом. Коэффициенты представляют собой нижеследующее:

CS2	5300 ч./млн./°С
Бензол	467 ч./млн./°С
Толуол	330 ч./млн./°С
Циклогексан	249 ч./млн./°С
Гептан	111 ч./млн./°С
Диоксид серы	3 ч./млн./°С
Безводный аммиак	3386 ч./млн./°С

В вариантах реализации данного изобретения, которые включают использование в качестве носителя безводного аммиака, изобретение относится к необычным и неожиданным характеристикам брутто-растворимости серы в безводном аммиаке. В обычно используемых носителях предшествующего уровня техники, таких как дисульфид углерода и различные углеводороды, растворимость серы значительно увеличивается при увеличении температуры, как это продемонстрировано на фиг.2. Наклонная линия, резко поднимающаяся кверху на фиг.2, представляет дисульфид углерода, а расположенная ниже линия комбинирует бензол (представленный незакрашенными кружками), толуол (представленный незакрашенными квадратиками) и циклогексан (представленный знаками х). Линия с наклоном вниз представляет безводный аммиак. Данный наклон вниз имеет место в температурном диапазоне от приблизительно -20 до приблизительно +40°С. При температурах, меньших -20°С, растворимость серы в безводном аммиаке остается приблизительно постоянной на уровне, соответствующем приблизительно 38 мас.% серы. Выше -20°С растворимость постепенно уменьшается при увеличении температуры, достигая приблизительно 20% при 35°С.

Данные, приведенные на фиг.2, продемонстрированы ниже в табличной форме совместно с данными, полученными при использовании в качестве носителя других жидких сред.

Растворимость серы (в массовых процентах) в различных жидких средах в зависимости от температуры (в градусах Цельсия)
Безводный NH3	CS2	Бензол	Толуол
°С	%	°С	%	°С	%	°С	%
-20,5	38,1	-20	12	0	1,0	-21	0,38
0	32,3	-10	15	10	1,3	-10	0,576
16,4	25,6	0	19	20	1,7	13	1,52
30	21,2	10	23,5	25	2,1	20	1,83
40	18,5	20	30	30	2,4	35	2,72
		30	38,5	40	3,2
		40	50
Циклогексан	Гептан	Оливковое масло
°С	%	°С	%	°С	%
11,1	0,72	0	0,12	15	2,2
22,2	1,02	25	0,36	30	4,1
26,1	1,09	35	0,51	40	6,2
44,2	2,02
40*	1,8*
* после интерполирования.

Также было обнаружено, что в противоположность представлениям, отображающим предшествующий уровень техники, раствор сера-аммиак не содержит ощутимых количеств нитридов серы. Сера, растворенная в безводном аммиаке, демонстрирует в спектре поглощения наличие полос в областях 580, 430 и приблизительно 295 нм. Интенсивности двух полос с более короткими длинами волн при увеличении температуры уменьшаются, в то время как интенсивность полосы в области 580 нм при увеличении температуры увеличивается. Это свидетельствует о том, что при растворении в безводном аммиаке присутствуют, по меньшей мере, два соединения серы. Если, как это предполагается на предшествующем уровне техники, аммиак и сера будут вступать в реакцию друг с другом с образованием сульфида водорода (H₂S) и тетранитрида тетрасеры (N₄S₄), то тогда оба соединения должны быть по раздельности наблюдаемы в спектре поглощения. Сульфид водорода, растворенный в безводном аммиаке, демонстрирует сильную полосу поглощения в области 270 нм - полосу, которая отсутствует в спектрах поглощения растворов серы в безводном аммиаке. Подобным же образом, когда в безводном аммиаке растворяют N₄S₄, полоса появляется в области 254 нм и с течением времени исчезает, оставляя по себя полосу в области 360 нм, обусловленную превращением тетранитрида в аммиачный аддукт димера, то есть N₂S₂·NH₃. Ни одна из данных полос не наблюдается в растворах сера-аммиак, соответствующих настоящему изобретению.

Системы сера-аммиак, соответствующие данному изобретению, включают как жидкие растворы, в которых вся сера находится в жидкой форме, и никаких частиц серы не остается, так и суспензии серы в аммиаке либо наиболее часто в аммиачных растворах, которые содержат растворенную серу. Растворы и суспензии в настоящем документе коллективно называются "текучими смесями". Количество серы, содержащейся в данных текучих смесях, может варьироваться и не является критичным в практике настоящего изобретения. Однако в большинстве случаях наилучшие результаты будут получаться при использовании систем, в которых сера составляет, самое большее, приблизительно 65 мас.% при расчете на массу текучей смеси либо предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 20% до приблизительно 65 мас.%, более предпочтительно от приблизительно 40% до приблизительно 60 мас.%, а наиболее предпочтительно от приблизительно 50% до приблизительно 60 мас.%. В случае транспортирования при использовании трубопровода либо любой другой емкости, через которую перепускают текучую смесь, такой как трубопровод для перекачки или же трубопровод для загрузки либо разгрузки стационарной емкости, такой как резервуар-хранилище, грузовой автомобиль-цистерна, железнодорожная цистерна либо корабельный трюм, температура емкости для транспортирования предпочтительно равна 35°С либо менее, а более предпочтительно 20°С либо менее.

Как уже указывалось выше, приложением изобретения, позволяющим добиться в особенности значительной экономической выгоды, является транспортирование серы в аммиаке при использовании трубопровода. Вследствие наличия у зависимости температура - растворимость серы в аммиаке отрицательного наклона необходимость обогревания тр