Способ переработки горючих сланцев

Горючие сланцы: свойства, способы добычи и переработки

Горючие сланцы – это природные минерально-органические вещества, содержащие биологическое топливо, по составу напоминающее нефть. Полезные ископаемые, ставшие в последнее время важным сырьевым ресурсом для производства сланцевой нефти.

Способы добычи

Существуют два способы добычи сланцевой или керогеновой нефти из горючих сланцев, связанные с использованием наземной и подземной перегонки. Керогены – это органические материалы, содержащие нетрадиционную нефть. Тот и другой имеют свои достоинства и недостатки, а поэтому требуют дальнейшего усовершенствования, чем собственно говоря, и занимаются сегодня разработчики месторождений.

Для справки: Есть и третий способ добычи сланцевой нефти (традиционной лёгкой некерогеновой нефти), но уже не из непосредственно самих сланцев, а из коллекторов низкой проницаемости, присутствующих в месторождениях горючих сланцев.

Карьерный

Традиционный, шахтный способ разработки сланцевых месторождений известен достаточно давно и не составляет больших проблем. Однако, его применение уместно только в тех случаях, когда залежи располагаются вблизи поверхности земли.

В данном случае происходит прокладка штреков с организацией больших пролётов без крепления в высокопрочных породах. Также применяется разработка залежей камерно-столбовым или коридорно-столбовым способами. Необходимость диктуется соображениями безопасности. Для загрузки и перемещения породы используются экскаваторы, рудовозы и иное оборудование открытых карьеров.

Недостатками данного способа являются значительное воздействие на рельеф окружающей территории и выделение огромного количества углекислого газа при дальнейшей перегонке сырья методом пиролиза. Хотя сейчас и существуют и новые методы, позволяющие улавливать CO₂в значительных количествах, но в целом проблема остаётся пока нерешённой.

Подземный

Второй способ значительно дороже и сложнее, так как предполагает бурение многочисленных скважин, гидравлические разрывы пластов, температурное и химическое воздействие. Кроме того, требуется привлечение огромного количества специалистов и оборудования, а также проведение множества исследований.

И при этом он не гарантирует длительную высокопродуктивную работу скважины. Как правило, после года работы происходит значительное снижение нефтедобычи. Приходится или повторять всю процедуру сначала, или прекращать эксплуатацию.

Естественно, что столь губительное воздействие на природу, вызывает противодействие со стороны природоохранных организаций и приводит к законодательному запрету на подобные методы добычи сланцевой нефти. Однако, несмотря на все возникающие трудности, данный метод постоянно совершенствуется и достаточно широко применяется на территории США.

Процессы переработки

Добыча газа из сланцев

Извлечение газа из горючих сланцев методом наклонно-горизонтального бурения, рентабельно лишь в том случае, если имеются большие площади залегания этого полезного ископаемого. Преимущество данного метода заключается в проведении глубинных гидравлических разрывов, создании трещин и дальнейшей откачкой газа, что наиболее удобно при расположении месторождений вблизи густонаселённых пунктов, не имеющих иных энергетических ресурсов.

Тем не менее, большой комплекс экологических проблем и высокая стоимость данного метода создают значительные трудности на пути его реализации. В настоящее время сланцевый газ не представляет достойной альтернативы традиционному голубому топливу – природному газу.

Добыча нефти из сланцев

Очень дорогой способ добычи нефти непосредственно из керогена горючих сланцев, залегающих на достаточно большой глубине. Мало того, при этом применяются четыре достаточно дорогих и сложных метода, оказывающих сильнейшее воздействие на окружающую среду:

• Пиролиз, то есть нагрев пласта до 9000 0 C.
• Гидрирование – насыщение водородом при температуре в 4000 0 C, под воздействием катализатора.
• Термическое воздействие, приводящее к образованию смолы.
• Фрекинг – закачивание специальных химикатов. Метод настолько вреден, то подвергнут запрету в целом ряде стран мира.

Применение в народном хозяйстве

Использование горючих сланцев в качестве топлива малоэффективно: тепла выделяется немного, зато копоти – чрезмерное количество. Гораздо резоннее получать из них топливо в виде масел и смолы.

Страны Прибалтики активно используют сланцевое топливо для производства электроэнергии на своих электростанциях, а США и Канада широко освоили выпуск сланцевого газа и нефти.

Кроме того из этого класса минералов получают бензин, бытовой газ, целый ряд веществ химической промышленности. Ароматические углеводороды, бензол, кокс, клей, пластмассы, синтетический дубитель, гербициды, битумы и даже лекарства содержат в своей основе вещества, полученные из горючих сланцев. Сланцевая смола отлично защищает от коррозии, имеет хорошие изолирующие свойства, обеспечивает надёжное соединение материалов, а также применяется в качестве химического удобрения почвы.

Месторождения в России и мире

Пространства нашего государства в достаточной степени обеспечены сланцевыми месторождениями. Крупнейшим из них является знаменитая Баженовская свита – группа горных пород. Также имеются залежи в Ленинградской области, Среднем Поволжье, в ряде районов Сибири и на Дальнем Востоке. На севере европейской части страны выделяются Вычегодское и Печоро-Тиманское сланцевые месторождения.

Из зарубежных стран, обладающих значительными запасами этого природного ископаемого можно выделить:

• США, Канаду, Мексику;
• Аргентину, Бразилию, Венесуэлу;
• Италию;
• Конго, Ливию;
• Бирму, Китай и Индонезию.

Мировые запасы

Хотя, по оценкам специалистов мировые запасы этого вида топлива оцениваются в 650 трлн. тонн, из которых предполагается извлечь 26 трлн. тонн сланцевой нефти, что на порядок превосходит запасы обычной нефти, добыча столь дорого вида энергетического сырья малорентабельна.

70% процентов этого богатства сосредоточено в Вайоминге, Колорадо и Юте – штатах США.

Лидерами по запасам сланцевой нефти являются:

• Россия – 10,23 млрд. тонн.
• США – 7,911 млрд. тонн.
• Китай – 4,365 млрд. тонн.

По запасам сланцевого газа места распределены следующим образом:

• Китай – 31,55 трлн. м 3 .
• Аргентина – 22,7 трлн. м 3 .
• Алжир – 20,0 трлн. м 3 .

Страны, добывающие горючие сланцы

Разработка сланцевых месторождений в настоящее ведётся в США, Канаде, Бразилии; Эстонии, России, Германии; Китае и Израиле.

Коммерческая добыча сланцевого газа широко распространена на территории: США (Луизиана, Пенсильвания, Техас), Канады (Альберт, Саскачеван), Китай (река Сычуань).

Безусловным мировым лидером по производству сланцевой нефти являются США. Некоторые перспективы в этом направлении имеют Канада, Аргентина, Бразилия и Китай. Однако, целый ряд проблем экологического, экономического и политического плана сильно ограничивают возможности стран-производителей в развитии этого направления добычи топливных ресурсов.

Можно с полной уверенностью утверждать, что сланцевая революция совершилась пока только на территории Соединённых Штатов Америки, позволив им на некоторое время занять лидирующее положение в мире по нефтедобыче и выпуску газа. Но, с учётом очень высоких цен на этот вид углеводородов, такое положение дел остаётся крайне нестабильным и с финансовой точки зрения.

Развитие сланцевой отрасли в России

Перспективы развития сланцевой отрасли в нашей стране являются достаточно благоприятными. Этому способствует огромный исторический опыт, плюс гигантские запасы российских сланцев, оцениваемые в 75 миллиардов баррелей.

С учётом того, что залежи традиционной нефти и газа постепенно истощаются, а других альтернативных источников топливных и химических углеводородов пока не найдено, в долгосрочной перспективе сланцевые залежи страны представляют значительный интерес.

Россия обладает гигантскими запасами природного газа – более 50 трлн. м 3 , что делает пока что крайне нецелесообразной добычу сланцевого газа, обладающего достаточно высокой себестоимостью (125 долларов за тысячу м 3 ). Другое дело сланцевая нефть. Особенно высоко насыщенные месторождения в Западной Сибири, залегающие на гигантских площадях (более 1 млн. км 2 ), но при этом находящиеся на значительных глубинах и обладающие весьма низкой проницаемостью.

Понятно, что разработка столь сложных месторождений потребует разработки новых ультрасовременных технологий, а также – значительных инвестиций и принятия мер по экологическому сопровождению проведения работ. Тем не менее, совместными усилиями SalymPetroleumDevelopment, Shell, «Газпром нефть» разработана дорожная карта освоения Баженовской свиты, определяющая сроки осуществления проекта.

Также, значительный интерес представляют редкостные мергелиевые сланцы, обнаруженные на территории Саратовской области. Нефтяные запасы в них оценены в 40 млрд. тонн. Методика извлечения нефти, газа и кокса разработана. Возможно, в ближайшем будущем этот регион сможет обеспечить атомную промышленность России сланцевым коксом и редкоземельным рением, пока что закупаемым в США, Чили и Казахстане. Что немаловажно в плане развития сланцевой отрасли России.

Источник

Современные способы добычи сланца

Горючие сланцы — это осадочная порода со слоистой структурой тёмно-серого, коричневого цвета. Они состоят из органики и минеральной части.

Разновидности горючих сланцев

Различают следующие их типы:

• гумито-сапропелитовый, состоящий из останков мелких животных и водорослей, располагающийся на дне моря;
• сапропелитовые кукерситы, состоящие из высших растений, отмерших не одно тысячелетие назад.

Месторождения в России и мире

На земном шаре обнаружено примерно 550 месторождений горючих сланцев. Основные запасы расположены:

• в Америке, в штатах Колорадо, Вайоминг, Юта;
• 21% сланцев добывают в Бразилии;
• Россия добывает 11% от всего мирового объёма этих ископаемых.

На сегодняшний день не могут быть разработаны все залежи. Причинами невозможности разработки горючих сланцев являются экономическая невыгодность работ, а также необходимость обеспечения экологической безопасности при добыче этих горючих ископаемых.

В Европе добычу сланцевого газа трудно осуществить из-за высокой плотности населения и глубокого залегания пластов. Наиболее перспективной была возможность добычи сланцевого газа у Польши. Этому способствовало обнаружение крупных месторождений, и желание властей покончить с зависимостью от России в части поставок газа. Однако проекты были признаны нерентабельными, и от планов пришлось отказаться, несмотря на все усилия и проводимую рекламную кампанию со стороны США.

Залежи такого газа на Украине находятся в Донецкой области, в зоне масштабных вооружённых столкновений, и в Одесской области. Власти Украины считают разработки этих месторождений способом избавления страны от импорта газа из России.

В России обнаружено крупное месторождение сланцев в Саратовской области. В регионе найдено 6 месторождений, одно из которых, самое крупное, расположено в Перелюбском районе. Планируется обработка на месте добычи с установкой реактора для получения одновременно сланцевого газа, сланцевой нефти и сланцевого цемента. Выявлено присутствие в этом горючем сланце рения и кокса, которые являются стратегическими продуктами.

Способы добычи

Добыча горючих сланцев осуществляется двумя способами:

Карьерный или открытый способ, шахтная добыча. Это наиболее выгодная разработка сланцевых месторождений в местах залегания пластов близко к земной поверхности. Такой способ является благоприятным для окружающей среды.

Подземный способ является затратным, требует создания сланцевых скважин, привлечения техники и специалистов высокой квалификации. Этот метод способен нанести существенный вред окружающей среде, поэтому его не используют вблизи водных объектов или городов.

Процесс добычи газа

Из горючих сланцев получают сланцевый газ. Это природный газ, содержащий метан. Себестоимость его добычи выше, чем обычного газа, добываемого на газовом месторождении.

Для добычи сланцевого газа необходимо устройство большого количества скважин и большая территория земли, потому, что его концентрация составляет всего лишь 0.2–3.2 млрд. кубометров на 1 квадратный километр.

Его добыча производится при значительных запасах и при желании властей некоторых стран снизить зависимость от импорта топлива.

Возможный ущерб окружающей среде не позволяет производить разработку горючих сланцев на значительной части разведанных ресурсов.

Получение сланцевого газа производится с применением технологии гидравлического разрыва пласта (фрекинга):

• скважину сначала бурят вертикально, а при достижении сланцевого пласта — горизонтально;
• затем под очень высоким давлением (500–1500 атм) в скважину вводят воду или её смесь с песком и химическими веществами;
• это приводит к растрескиванию породы и выходу горючего газа из неё;
• чтобы трещины не смыкались при снижении давления, в скважину подают жидкость с добавлением крупнозернистого песка.

Влияние добычи на экологию

Добыча сланцевого газа представляет опасность для окружающей природы. Жидкость, используемая при гидроразрыве пластов, зачастую подаётся вместе с большим количеством химикатов, в том числе канцерогенных, которые пропитывают породу и приводят к загрязнению больших территорий земли и грунтовых вод. По этой причине была запрещена добыча сланцевого газа в штате Нью-Йорк.

Последствия добычи сланцевого газа для экологии самые неблагоприятные:

• загрязнение воздуха и почвы токсичными веществами, входящими в состав раствора, применяемого для фрекинга (гидроразрыва пласта);
• проседание почвы вследствие растрескивания породы;
• разрушительные процессы в грунте и в почве;
• загрязнение грунтовых вод химикатами.

Главной экологической проблемой является загрязнение подземных пластов воды не только метаном, но и канцерогенными веществами из раствора для фрекинга.

Опасен не только сам раствор, но и химические соединения, которые проникают из-под земли на поверхность после гидроразрыва:

• в месте добычи происходит мор птиц, рыб и животных;
• наблюдаются кипящие ручьи с содержанием газа метана;
• ядовитые продукты, попавшие в воду и в воздух, вызывают массовые отравления и заболевания людей, живущих поблизости от буровых вышек

Может происходить воспламенение питьевой воды, такое наблюдалось в США. Один из фермеров решил сделать колодец для воды взамен отравленного, и нарвался на метан, который фонтанировал три дня.

Получение нефти

Сокращение запасов нефти, добываемой традиционными способами, заставляет нефтяников обратить внимание на горючие сланцы, запас которых на порядок больше открытых нефтяных запасов. Горючие сланцы при нагреве без доступа воздуха образуют газ и сланцевое масло, которое близко по составу к нефти и называется условно сланцевой (нетрадиционной) нефтью. Добыча сланцевой нефти целесообразна, с экономической точки зрения, только на крупных месторождениях с толщиной пласта от 30 метров и содержанием нефти не менее 90 литров на тонну сланца.

Получение сланцевой нефти возможно с помощью установок-реакторов, в которых происходит переработка сланцевой породы, добытой открытым или шахтным способом. На этих установках выделяют сланцевую смолу (нефть) с помощью пиролиза без доступа воздуха. Этот способ весьма затратный, конечный продукт отличается высокой себестоимостью.

Второй способ получения нефти — бурение горизонтальных скважин с применением технологии гидроразрывов пласта. Такая нефть тоже имеет высокую себестоимость.

Недостатком метода получения нефти из пласта является быстрое падение дебита скважины. Уже через год работы происходит резкое, до 80%, снижение объёмов поступающей нефти. Оба способа имеют проблемы утилизации больших объёмов углекислого газа, который образуется в процессе отделения сланцевой смолы. Выпуск его в атмосферу недопустим во избежание экологической катастрофы.

Применение и переработка сланцевого горючего

Горючие сланцы используют в качестве топлива и энергохимического сырья. Из сланцевой руды получают:

• фенолы;
• клеевые вещества;
• пластификаторы;
• химикаты для борьбы с эрозией почв и сорняками;
• отходы переработки сланцев используют для получения строительных материалов (цемента и пр.).

Очищенный сланцевый газ имеет те же физические свойства, что и традиционный природный газ, используется в качестве топлива.

Нефть, полученную из сланцев, можно использовать непосредственно в качестве топлива или переработать на нефтеперерабатывающем заводе. В процессе переработки происходит удаление примесей серы и азота, добавление водорода к углеводородам. Продуктами переработки являются:

Используют эти продукты так же, как из обычной нефти.

В России 80% добываемых горючих сланцев просто сжигают на электростанциях. Это дешёвое топливо, но его теплотворная способность низкая. Извлечение нефти и газа производится только из 20% залежей в связи с низкой рентабельностью производства. Но главной причиной является охрана окружающей среды.

Месторождения горючих сланцев разрабатываются активно в странах с отсутствием альтернативы, не имеющих запасов природной нефти и газа.

Видео по теме: Добыча сланца

Источник