Способы 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

Нефть и газ — основные энергетические ресурсы человечества, благодаря которым обеспечивается отопление и освещение современных помещений, передвижение на удобном транспорте и еще множество других полезных вещей. Но эти ресурсы ограничены, а восстанавливаются на протяжении довольно продолжительного промежутка времени, в связи с чем, рано или поздно, возникнет такая ситуация, когда они окажутся минимальными, из-за чего их станет недостаточно для того, чтобы удовлетворить все необходимые потребности.

Предвидя такую ситуацию, по всему миру ученые работают над тем, чтобы найти какие-то альтернативные источники энергии, среди них горючие сланцы, из которых также извлекаются нефть и газ. Главным преимуществом этого ресурса на сегодняшний день является то, что его в недрах нашей планеты находится намного больше в сравнении с традиционными источниками.

Горючие сланцы — полезное ископаемое, входящее в группу твердых каустобиолитов. Ключеая особенность этого источника энергии — то, что при сухой перегонке он дает достаточно большое количество смолы, состав которой схож с нефтью.

Разновидности горючих сланцев

Есть всего два основных вида горючих сланцев:

• гумито-сапропелитовый, содержащий останки мелких животных и водорослей, оставшиеся на морском дне;
• сапропелитовые кукерситы, в их составе высшие растения, которые отмерли много тысяч лет назад.

Способы добычи

Есть две ключевые технологии, в соответствии с которыми осуществляется добыча этого ресурса — подземная и карьерная. Последняя представляет собой оборудование шахт. На данный момент этот способ считается наиболее выгодным с экономической точки зрения и предусматривает добычу ресурсов, расположенных вблизи земной поверхности. Преимуществом этого метода является не только его выгодность, но и большая экологическая безопасность.

Подземный способ предусматривает необходимость крупных финансовых вложений, необходимых для оборудования крупных сланцевых скважин, использования специализированной техники и высококвалифицированных специалистов. При этом такая добыча несет в себе потенциальный вред для экологии, в связи с чем она не может производиться вблизи населенных пунктов или различных водных объектов.

Процесс добычи газа

Из горючих сланцев извлекается сланцевый газ, представляющий собой природный ресурс с содержанием метана. Себестоимость извлечения из таких источников на порядок выше в сравнении с обычным, так как предусматривает оборудование многочисленных скважин на широкой площади, что обусловлено его малой концентрацией. В связи с этим данный ресурс добывается зачастую только в том случае, если на территории государства запасы довольно значительны, а власти при этом хотят использовать все имеющиеся у них способы для того, чтобы сократить свою зависимость от импорта зарубежного топлива.

Так как его добыча сопровождается ущербом, наносимым окружающей среде, разработка источников не может производиться на большом количестве разведанных месторождений. Сама процедура извлечения ресурса предусматривает использование технологии фрекинга, а именно:

1. Скважина бурится вертикально, после чего начинается горизонтальное бурение при достижении пласта.
2. В скважину вводится вода или различные ее смеси под давлением 500–1500 атмосфер.
3. Под воздействием водного напора порода трескается, после чего из нее выходит горючее.
4. Чтобы исключить возможность обратного смыкания трещин после сокращения давления, в скважину подается жидкость, к которой примешан крупнозернистый песок.

На сегодняшний день найдено приблизительно 550 месторождений, из которых добываются горючие сланцы. Среди стран с наибольшим количеством запасов можно выделить следующие:

В России расположено только 11 % от общего объема горючих сланцев. При этом стоит отметить, что разработка всех обнаруженных залежей пока еще невозможна, так как на данный момент это не имеет экономической выгоды, а также требует соблюдения множества мер для достижения экологической безопасности в процессе выполнения работ.

Добыча горючих сланцев на территории Европы затруднительна по той причине, что там плотность населения значительно выше в сравнении с большинством других регионов, а пласты залегают на достаточно большой глубине. Наиболее перспективным государством в этом направлении являлась Польша, так как там были обнаружены массивные месторождения, а власти стремились к тому, чтобы перестать сотрудничать с Россией и освободиться от газовой зависимости. Но в итоге было признано, что проекты разработки этих месторождений являются нерентабельными, в связи с чем от них решили полностью отказаться.

Сланцевый газ добывается также на территории Украины, в Донецкой и Одесской областях. На данный момент власти страны считают, что эти месторождения являются ключевым способом избавиться от потребности в поставках газа из РФ.

В России крупнейший источник этих ресурсов был обнаружен на территории Саратовской области. На данный момент там шесть месторождений, и власти планируют приступить к их разработке посредством установки реактора, с помощью которого будет осуществляться одновременная добыча сланцевых цемента, газа и нефти. При этом стоит отметить, что в составе сланцевого газа есть рений и кокс, также представляющие собой довольно важные стратегические продукты.

Отличия сланцевого и природного газа

Когда будет выполнена обработка сланцевого газа, его технические характеристики станут идентичными с обычным. В связи с этим главным их отличием является специфика месторождений.

Влияние добычи на экологию

Как говорилось ранее, добыча сланцевого газа неизменно наносит вред экологии, так как жидкость подается с разнообразными химическими веществами, включая канцерогенные составы, вследствие чего грунтовые воды и достаточно крупные площади земли оказываются загрязненными. В частности, из-за этого власти Нью-Йорка полностью запретили разработку таких месторождений на территории штата.

Среди наиболее выраженных последствий разработки таких месторождений можно выделить следующие:

• загрязнение окружающей среды всевозможными токсинами, содержащимися в составе подаваемого раствора;
• проседание почвы;
• возникновение разрушительных процессов в грунте;
• загрязнение грунтовых вод.

Большинство специалистов отмечает, что ключевая экологическая проблема заключается в том, что водные пласты, находящиеся под землей, загрязняются, помимо метана, также множеством канцерогенных веществ, которые поступают в них вместе с раствором, использующимся для раскола пласта. При этом после разрыва химические соединения возвращаются на поверхность, из-за чего на территории, где осуществляется добыча, умирают животные и птицы, возникают кипящие ручьи, а ядовитые продукты отравляют людей и животных, живущих неподалеку от установленных вышек. Помимо этого, может воспламеняться питьевая вода.

Получение нефти

Уменьшение нефтяных запасов, извлекаемых традиционными способами, привело к тому, что исследователям пришлось начать разработку сланцев, потому что количество их запасов значительно выше. Горючие сланцы нагреваются без доступа воздуха и формируют сланцевое масло и газ, состав которых приближен к нефти, в связи с чем их принято называть условно сланцевой нефтью.

Преимущества

Среди преимуществ такой нефти можно выделить ее большое содержание в недрах, что позволяет извлекать ее в нужных количествах для удовлетворения любых потребностей.

Среди недостатков данного ресурса можно выделить то, что дебит скважины достаточно быстро падает, из-за чего объем поступающей нефти сокращается на протяжении первого года приблизительно на 60–80 %. Помимо этого, все технологии, которые используются для добычи, предусматривают необходимость утилизации отходов.

Способ добычи

Добыча этого ресурса отличается рядом своих особенностей, но ее экономическая целесообразность относится только к тем участкам, где в составе нефти содержится, как минимум, 90 л/т сланца.

Сланцевая нефть добывается с использованием специализированных реакторов, с помощью которых сланцевая порода перерабатывается шахтным способом. Еще один способ ее извлечения — это использование горизонтальных скважин, которые предусматривают использование описанного выше способа раскола пласта, но эту технологию также характеризует повышенная себестоимость.

Применение и переработка сланца горючего

Горючие сланцы применяются в качестве топлива и сырья, из которого изготавливаются:

• пластификаторы;
• фенолы;
• клеевые вещества;
• строительные материалы;
• химикаты, предназначенные для борьбы с сорняками и почвенной эрозией.

Сланцевый газ после очистки будет иметь идентичные с обычным технические характеристики, а нефть может применяться как топливо сразу или же после переработки на специальном оборудовании. В процессе обработки нефти удаляют азотные и серные примеси, а также добавляют водород к углеводородам, тем самым производится дизельное топливо, мазут и бензин.

На территории России практически все горючие сланцы используются для переработки электростанциями, так как представляют собой дешевое топливо с низкой теплотворной способностью.

Источник