DE2215144B2 - Verfahren zum Lösen und Gewinnen von Salzen aus einer unterirdischen Lagerstätte sowie Anlage zu dessen Durchführung - Google Patents

Description

9. Anlage nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel heißes Wasser verwendet wird.

10. Anlage nach den Ansprüchen 6 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzmittel für die Sohle des Hohlraumes (10) verflüssigtes Chlor verwendet wird und die Einrichtungen zur Drucksteuerung im Hohlraum (10) zusätzlich zur Verhinderung des Siedens des verflüssigten Chlors ausgebildet sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lösen und Gewinnen von Salzen aus einer unterirdischen Lagerstätte, bei dem das Lösen des Salzes über mindestens ein Bohrloch und unter Verwendung eines wäßrigen Lösungsmittels erfolgt, die Ausbildung des erstellten Hohlraumes unter Verwendung von in den Hohlraum eingeleiteten, fließfähigen Schutzmitteln mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit als die dem Hohlraum benachbarten Schi-hten gegen das Lösen der Sohle und Firste des Hohlraumes durch das Lösungsmittel gelenkt vorgenommen wird und bei dem das mit gelöstem Salz angereicherte Lösungsmittel durch das Bohrloch nach über Tage gefördert wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Anlage zur Durchführung des vorstehend umrissenen Verfahrens.

Es 1st seit langem bekannt, lösliche Bodenschätze, z. B. Salze, dadurch zu gewinnen, daß ein Lösungsmittel, wie Wasser, durch ein in das Lager des Salzgesteines gebohrtes Loch eingeführt und die entstehende Lösung herausgefördert wird. Bei diesen bekannten Verfahren zur Salzgewinnung hat man auch bereits die Firste und Sohlen der durch die Lösungsmittel gebildeten Hohlräume durch Schutzschichten vor dem Angriff des Lösungsmittels geschützt, um auf diese Weise dafür zu sorgen, daß nur die seitlichen Stöße des Hohlraumes abgetragen werden.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bereits bekannt aus der US-PS 32 36 564. Bei diesem bekannten Verfahren werden nicht mit Wasser mischbare inerte Flüssigkeiten in den auszulaugenden Hohlraum eingebracht, wo sie sich in Abhängigkeit von ihrer Dichte entweder unter- oder oberhalb des l^ösungsmittels ansammeln, um auf diese Weise die Hohlraumsohle und/oder den Hohlraumfirst gegen einen Angriff durch das Lösungsmittel zu schützen. Bei diesem bekannten Verfahren werden die zugesetzten fließfähigen Schutzmittel jedoch ausschließlich im Hinblick auf ihre Dichte gegenüber dem Lösungsmittel bzw. gegenüber der sich aus dem Lösungsmittel ergebenden angereicherten Sole ausgewählt, um je nach Wunsch nur unterhalb des Lösungsmittels nur oberhalb desselben oder zu beiden Seiten des Lösungsmittels eine oder mehrere Schutzschichten auszubilden.

Das bekannte Verfahren ist insofern nachteilig, als durch nicht bewußte Berücksicht^:gung der Wärmeleiteigenschaften der in den Hohlraum eingeführten Stoffe beträchtliche Wärmeverluste in Kauf zu nehmen sind. Diese Wärmeverluste treten dann auf, wenn die im Lösungsmittel vorhandene fühlbare Wärme durch Vermittlung der Schutzschichten an das umliegende Gebirge abgeführt wird.

Wenngleich eingangs bei Würdigung des bekannten Verfahrens ausgeführt worden ist, daß die eingeleiteten fließfähigen Schutzmittel eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die dem Hohlraum benachbarten Schichten

besitzen, so muß unterstrichen werden, daß eine derartige Auswahl der fließfähigen Schutzmittel nicht als Folge planmäßigen Handelns, sondern lediglich als Nebenerscheinung bei der Auswahl der Schutzmittel im Hinblick auf ihre Dichteeigenschaften erfolgte. Im Hin blick auf die temperaturabhängig unterschiedlichen Lösljchkeitseigenschaften verschiedener Salze spielt jedoch die Temperatur des Lösunpmittels eine wichtige Rolle, so daß eine möglichst lange Aufrechterhaltung 4er gewählten Lösungsmitteltemperatur unter Tage von wirtschaftlich großer Bedeutung ist In diesem Zu sammenhang sei daran erinnert, daß salzführende LagerstäKen eine gröBeie Wärmeleitfähigkeit besitzen «Is das umliegende nicht aus Salzmineralien bestehende Gebirge.

Aus der US-PS 27 72868 und der DTPS 619 241 sind Verfahren und Vorrichtungen zur Gewinnung von löslichen Bodenschätzen durch Auslaugen bekanntgeworden, die dem eingangs genannten Prinzip, Firste and Sohlen des durch ein Lösungsmittel gebildeten Hohlraumes durch Schutzschichten gegen ein Ablösen zu schützen und somit nur die seitlichen Stöße des Hohlraumes abzutragen, entsprechen. Dabei ist der USPS 27 72 868 eine Anlage zur planmäßigen Ent wicklung der Firstausbildung des genannten Hohlrau mes zu entnehmen, aus welchem das Mineral ausgelaugt wird. Bei dieser bekannten Anlage sind zum Lösen und Gewinnen von Salzen aus unterirdischen Lagerstätten mindest ein Bohrloch und in dem Bohrloch konzentrische Rohrstränge vorgesehen. Von diesen Rohrsträngen dient der innere Strang zum Abfördern der angereicherten Sole und dient der diesen um gebende Strang für die Zufuhr von Lösungsmittel und dient ferner ein äußerer Strang für das Einleiten eines fließfähigen Schutzmittels gegen das Lösen der Finite des gebildeten Hohlraumes. Dabei wird mit Hilfe der bekannten Anlage als fließfähiges Schutzmittel Luft in den Hohlraum eingeführt, welche wegen ihrer im Vergleich zu dem verwandten Lösungsmittel geringeren Dichte eine Schutzschicht zwischen der Lösungsmitteloberfläche und dem Hohlraumfirst ausbildet Die auf Grund ihrer geringeren Dichte zugefQhrte Luft besitzt — ohne daß dieses bei der Benutzung der bekannten Anlage von Interesse ist — eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die den Hohlraum umgrenzenden Schichten. Ferner sind bei der bekannten Ar age Einrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe die Dmckverhältnisse im Hohlraum steuerbar sind.

Aus der US-PS 31 51 462 ist es außerdem bekannt, verflüssigten Chlor in unterirdischen Hohlräumen zu speichern und dabei das flüssige Chlor mit einer spezifisch schweren Salzlösung zu überlagern, welche dafür Sorge trägt, daß das verflüssigte Chlor auf dem Boden des Hohlraumes verbleibt

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Anlage zu dessen Durchführung zu schaifen, welches eine bessere Ausnutzung der dem Lösungsmittel erteilten Wärme gestattet

Diese Aufgabe wird im Hinblick auf das zu schaffende Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Schutzmittel gegen das Lösen der Sohle des Hohlraumes durch das Lösungsmittel verflüssigtes Chlor in den Hohlraum eingeleitet wird, welches unter einem für die Verflüssigung erforderlichen Druck gehalten wird. f>5

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene Anlage zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Anlage zusätzlich einen Rohrstrang zum Einleiten eines flussigen Schutzmittels gegen das Lösen der Sohle des Hohlraumes von einer geringeren Wärmeleitfähigkeit als die angrenzenden Schichten aufweist, welcher in dem inneren Rohrstrang zum Abfördern der angereicherten Sole angeordnet ist

Dabei hat es sich bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung als besonders vorteilhaft herausgestellt, daß als fließfähiges Schutzmittel für die Firste des Hohlraumes Luft in gasförmigem Zustand und als Lösungsmittel Wasser in den Hohlraum geleitet werden. Ferner kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens derart vorgegangen werden, daß die im Hohlraum gebildete Sole durch Zufuhr von heißem Wasser auf einer die der umgebenden Salzlagerstätte übersteigenden Temperatur gehalten wird. Außerdem hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, daß die abgeförderte Sole im Bohrloch isoliert konzentrisch in dem zugeleiteten heißen Wasser geführt wird und daß das zugeleitete heiße Wasser isoliert konzentrisch in der zugeleiteten Luft geführt wird.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß als Schutzmittel für die Sohle des Hohlraumes verflüssigtes Chlor verwendet wird und daß die Einrichtungen zur Drucksteuerung im Hohlraum zusätzlich zur Verhinderung des Siedens des verflüssigten Chlors ausgebildet sind.

Der mit Hilfe der Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik erzielbare technische Fortschritt ist in erster Linie darin zu sehen, daß die Wärmeabgabe aus dem Lösungsmittel bzw. aus der sich aus diesem Lösungsmittel ergebenden angereicherten Sole an die Firste bzw. Sohle des Hohlraumes stark verringert wird, wodurch eine bessere Ausnutzung der Wärme erreicht wird, und daß gleichzeitig verflüssigtes Chlor in den sich entwickelnden Hohlräumen abgelagert werden kann, ohne daß diese Speicherform Umweltprobleme mit sich bringt Außer verflüssigtem Chlor können mit Hilfe der Erfindung auch Tetrachlorkohlenstoff, Schwefelkohlenstoff u.dgl. gespeichert werden. Dadurch, daß die Wärme des Lösungsmittels kostengünstig ziemlich lange unter Tage aufrechterhalten werden kann, können die dem Lösungsmittel erteilten Temperaturen so gewählt werden, daß ein selektives Inlösunggehen bestimmter Salzminerale ermöglicht ist, so daß unerwünschte Mineralien ungelöst in dem unterirdischen Hohlraum verbleiben.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung. Deren einzige Figur zeigt einen senkrechten schematischen Schnitt durch eine Anlage nach der Erfindung.

Wie der Zeichnung zu entnehmen, bedeckt das verflüssigte Chlor den Boden eines Hohlraumes, aus welchem die Salze gelöst und im gelösten Zustand über Tage gefördert werden. Wie der Zeichnung weiter zu entnehmen ist, befindet sich auf dem verflüssigten Chlor eine als Sole bezeichnete Schicht, die aus dem die gelösten Salze enthaltendem Lösungsmittel besteht. Oberhalb dieser Sole befindet sich ein wärmeisolierendes Gaspolster, welches aus Luft, Stickstoff, Freon, Krypton, Xenon, Neon oder Argon oder auch aus Benzol oder einem anderen leichten Kohlenwasserstoff besteht. Bei den in der Zeichnung bezeichneten Salzlagern handelt es sich um solche aus löslichen Mineralien, wie Borax, Kalisalzen u. dgl., insbesondere jedoch um Kochsalzlagerstätten.

Das zum Auslaugen der Lagerstätte verwendete Lösungsmittel besteht in erster Linie aus Wasser oder aus einer verdünnten Sole, d. h. aus einem bereits bestimmte Salzkonzentrationen enthaltenden Lösungsmittel, wobei das Lösungsmittel über Tage auf die erforderli- s chen Temperaturen erhitzt wird. Die Schutzschichten oder Polster aus beispielsweise Luft (oben) und Chlor (unten) dienen als Wärmeisolierung, um die Wärme des zugeführten Lösungsmittels zu erhalten. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die unterschiedlichen Löslichkeiten von Kochsalz und dem den Großteil der Verunreinigungen bildenden Kalziumsulfat dahingehend ausgenützt, daß bei der Gewinnung der Sole in der Lagerstätte nur geringe Mengen an Verunreinigungen mit in Lösung gehen. Im Hohlraum wird ein Druck aufrechterhalten, welcher das verflüssigte Chlor u. dgl. im flüssigen Zustand hält. Wie bereits erwähnt, lassen sich dadurch beträchtliche Chlorvorräte unterirdisch speichern, wobei dieselben jederzeit zur Verfügung stehen.

Wie der Zeichnung zu entnehmen, ist der auch als Salinenhöhlung bezeichnete Hohlraum IO über ein einziges Bohrloch 14 mit den am oberen Ende des Bohrloches angeordneten Obertageeinrichtungen 12 verbunden. Das Bohrloch 14 ist mit einem Rohr 16 ausgefüttert in welchem Rohre 18, 20, 22 mit jeweils kleineren Durchmessern aufgehängt sind. Das Futterrohr 16 ist mittels einer Betonschüttung 24 od. dgl. im Bohrloch 14 festgelegt

Das mittelste Rohr 22 steht unten über das nächst äußere Rohr 20 hervor und am oberen Ende einen Anschluß mit einem Steuerventil 26. Es dient zum Einführen von verflüssigtem Chlor od. dgl. unter Druck für die Bildung der isolierenden Chlorschicht am Boden der Salinenhöhlung. Das untere Ende des Rohres 18 ist gegenüber dem des Rohres 20 etwas höher gelegt Der zwischen den Rohren 18 und 20 gebildete Ringdurchlaß dient der Zufuhr eines Lösungsmittels, wie heißes Wasser oder erhitzter verdünnter Sole. Das zugeführte Lösungsmittel durchströmt unter Umwandlung in eine gesättigte Lösung oder Sole die Salinenhöhlung und strömt anschließend in dem zwischen den Rohren 20 und 22 gebildeten Ringdurchlaß aufwärts aus der Höhlung aus.

Die Zufuhr des Lösungsmittels erfolgt von einer oberirdischen Aufbereitungsanlage aus und wird über ein Einlaß-Steuerventil 28 gesteuert. Der Austritt der gewonnenen Sole aus dem Rohr 20 wird mittels eines Steuerventils 30 gesteuert. Das untere Ende des Futterrohres 16 liegt noch etwas höher als das des Rohres 18. Der zwischen den Rohren 16 und 18 gebildete Ringdurchlaß dient der Zufuhr von Luft oder einem anderen gasförmigen Stoff zu dem oberhalb der Sole in der Höhlung gebildeten wärmeisolierenden Polster. Die Zufuhr von Luft oder Gas zur Salinenhöhlung und damit der Flüssigkeitsstand in dieser werden über ein Einlaß-Steuerventil 32 gesteuert

In der beschriebenen Anordnung läßt sich das Chlor oder der an dessen Stelle einzulagernde Rohstoff bis zu seiner Auslagerung und Verwendung unter Druck aufbewahren und bildet inzwischen eine wärmeisolierende Schicht zwischen dem Boden der Höhlung und dem entlang den Wandungen der Höhlung umlaufenden Bad aus Lösungsmittel und Sole, während das Gaspolster eine Wärmeisolierung zwischen der Sole und der Decke der Höhlung bildet. Die Höhe der dem Lösungsmittel ausgesetzten Steinsalzwand am Umfang der Höhlung läßt sich ohne Schwierigkeit durch entsprechende Einstellung der Standhöhe des Gaspolsters und des Chlors steuern. Damit ist der gesamte Betrieb der Salzgewinnung durch einfache Bedienung der verschiedenen Ventile an den oberirdischen Anlagen steuerbar. Zur Einhaltung der optimalen Betriebsbedingungen und zur vollen Ausnutzung des vorstehend angeführten Unterschieds der Löslichkeiten können die Strömungen der verschiedenen Stoffe sowie die herrschenden Temperaturen und Drücke überwacht und mittels der oberirdischen Anlagen gesteuert werden. Man erhält auf diese Weise eine weitgehend gereinigte Sole, während unterirdische Wärmeverluste stark verringert sind, woraus sich beträchtliche wirtschaftliche Vorteile ergeben. Wenngleich bei der vorstehend beschriebenen Ausführung der Erfindung nur ein einziges Bohrloch vorhanden ist sind auch Ausführungen mit mehreren Bohrlöchern möglich, wobei dann ein oder mehrere Bohrlöcher als Fallöcher und ein oder mehrere Bohrlöcher als Steiglöcher ausgebildet sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche: 22

1. Verfahren zum Lösen und Gewinnen von SaI-ien aus einer unterirdischen Lagerstätte, bei dem 4as Lösen des Salzes über mindestens ein Bohrloch •nd unter Verwendung eines wäßrigen Lösungsmittels erfolgt, die Ausbildung des erstellten Hohlraumes unter Verwendung von in den Hohlraum eingeleiteten, fließfähigen Schutzmitteln mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit als die dem Hohlraum benachbarten Schichten gegen das Lösen der Sohle «nd Firste des Hohlraumes durch das Lösungsmittel gelenkt vorgenommen wird und bei dem das mit gelöstem Salz angereicherte Lösungsmittel durch das Bohrloch nach über Tage gefördert wird, d a durch gekennzeichnet, daß als Schutzmittel gegen das Lösen der Sohle des Hohlraumes durch das Lösungsmittel verflüssigtes Chlor in den Hohlraum eingeleitet wird, welches unter einem für die Verflüssigung erforderlichen Druck gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als f>^:eßfähiges Schutzmittel für die Firste des Hohlraumes Luft in gasförmigem Zustand und als Lösungsmittel Wasser in den Hohlraum geleitet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß die im Hohlraum gebildete Sole durch Zufuhr von heißem Wasser auf einer die der umgebenden Salzlagerstätte übersteigenden Temperatur gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeförderte Sole im Bohrloch isoliert konzentrisch in dem zugeleiteten heißen Wasser geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeleitete heiße Wasser isoliert konzentrisch in der zugeleiteten Luft geführt wird.

6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei der zum Lösen und Gewinnen von Salzen aus unterirdischen Lagerstätten Ober mindestens ein Bohrloch in dem Bohrloch konzentrische Rohrstränge verlegt sind, von denen der innere Strang zum Abfördern der angereicherten Sole, der diesen umgebende Strang für die Zufuhr von Lösungsmittel und ein äußerer Strang für das Einleiten eines fließfähigen Schutzmittels gegen das Lösen der Firste des gebildeten Hohlraumes von einer geringeren Wärmeleitfähigkeit als die den Hohlraum in der Firste begrenzenden Schichten vorgesehen sind, und die Einrichtungen zur Drucksteuerung im Hohlraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage zusätzlich einen Rohrstrang (22) zum Einleiten eines flüssigen Schutzmit- SS tels gegen das Lösen der Sohle des Hohlraumes (10) von einer geringeren Wärmeleitfähigkeit als die angrenzenden Schichten aufweist, welcher in dem inneren Rohrstrang (20) zum Abfördern der angereicherten Sole angeordnet ist.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzmittel für die Firste des Hohlraumes (10) Luft in gasförmigem Zustand verwendet wird.

8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lösungsmittel von wesentlich höherer Temperatur als die zu lösende Salzlagerstätte verwendet wird.

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