Способы получения горючих сланцев

Как образуются и применяются горючие сланцы. Основные месторождения в мире и России

Дата публикации: 28 сентября 2020

Что такое сланец?

Сланецы-горная порода, образовавшаяся после извержения вулкана или из осадочных пород под давлением воды, земной коры и влиянием тепла.

Другое название сланцев-плитняк. Их формирование происходило на протяжении многих миллионов лет.

Отличительная способность сланцев-распадаться на тонкие пластины от механического воздействия на поверхность.

Порода отличается образующими веществами и примесями, поэтому имеет разные физические характеристики. Это же является причиной разных показателей твердости по шкале Мооса от 2 до 6 баллов.

Одни сланцы под воздействием высокой температуры не меняют физические характеристики, а другие воспламеняются с выделением большого количества тепловой энергии.

Также отличаются по прочности. Одни под воздействием большой механической силы не меняются, а другие легко разрушаются при небольшом воздействии.

Имеют разную окраску в зависимости от преобладающих минеральных примесей.

Встречаются зеленые, коричневые, желтые, черные, красные, голубые сланцы.

Используются людьми в естественном и обработанном виде.

Основные характеристики сланца

Натуральные сланцы состоят из разных минералов. Порода сформировалась под высоким давлением и воздействием различных температур.

Преимуществом породы является:

1. Устойчивость к воздействию влаги.
2. Огнеупорность.
3. Невосприимчивость к природным факторам.

Их формирование происходило несколько миллионов лет назад в период движения тектонических плит, извержения вулканов и гейзеров. В основе сланцев камни темных оттенков с частицами кремния и полевого шпата. Некоторые породы содержат слюду.

Виды сланца

Сланцы различаются по составу и разделяются на следующие виды:

• кристаллические сланцы-в составе преобладают слюда и кварц, чаще серого оттенка сюда же относят биотитовый сланец с преобладанием черной слюды-биотита, обладают средней твердостью, низкой теплопроводностью и высокой термостойкостью;
• кремнистая порода-состоит из плотных пластин с халцедоном и кварцевыми зернами. В зависимости от примесей имеет различную окраску. Твердые по плотности, с низким уровнем влагопоглощения, не чувствительны к перепадам температур;
• горючий сланец-название говорит за себя, легко воспламеняется, имеет средние показатели плотности, похож на застывшую глину, при горении выделяется едкий запах и копоть;
• глинистый сланец-минерал темного оттенка, твердый, устойчив к воздействию высоких температур, нерастворимый в воде, с включениями глиняных частиц, хлорита и гидрослюды, при намокании издает глинистый запах;
• хлоритовый сланец-из-за содержания хлорита камень имеет зеленый цвет с блестящей поверхностью, ломкие, негорючие, с высокой способностью поглощать звуки;
• грифельный сланец-мягкий минерал серого оттенка, легко слоится на столбцы;
• искусственный сланец.

Горючие сланцы

В таких сланцах более 40% состава составляют минеральные вещества. Горючие сланцы обладают большой зольностью и высокой плотностью. В зависимости от содержания в них различных минеральных веществ также отличаются окрасом(темно-серого, коричневого, желтого или черного цвета).

Они подразделяются на подвиды:

• гумито-сапропелитовые сланцы;
• сапропелитовые кукерситы.

Гумито-сапропелитовые образовались из останков мелких животных и водорослей на дне древних морей.

Сапропелитовые-из остатков высших растений, отмерших несколько тысячелетий назад.

Месторождения в России и мире

Крупнейшие месторождения сланцев в мире находятся:

• Монголии;
• странах Средней Азии;
• КНР;
• Канаде;
• США;
• Бразилии;
• Казахстане;
• центральной Европе;
• Республике Беларусь;
• Эстонии;
• Украине.

На территории стран СНГ самыми крупными месторождениями являются Волжское, Прибалтийское, Кендерлыкское(Казахстан), Арктика.

Основные месторождения в России, где происходит добыча ископаемого:

• Сибирь;
• Урал(Екатеринбург);
• Ленинградская область;
• Кировская область;
• Костромская область;
• Республика Коми;
• Чувашия;
• Северный Кавказ.

Способы добычи

Сланцы добывают двумя способами:

Карьерным получают породу находящуюся близко к земной поверхности. Этот способ является наименее вредным для экологии и природы в целом.

Подземный способ добычи наиболее затратен и сопряжена с использованием спецтехники, бурением скважин, привлечением к работе квалифицированной рабочей силы. Это способ добычи более эффективен, но менее экологичен, поэтому его применяют вдалеке от населенных пунктов и водоемов.

Губительными последствиями такого способа добычи являются:

• загрязнение почвы и воздуха вредными веществами, применяемыми для гидроразрыва пластов;
• проседание почвы в местах добычи ископаемого сырья;
• возникают разрушительные процессы в почве и грунте;
• загрязняются подземные воды.

Губительными также являются соединения, образующиеся после гидроразрыва. В таких местах отмечен мор флоры и фауны. Появляются “кипящие” ручьи из-за газа метана. Отмечают отравления и рост онкологических заболеваний людей проживающих недалеко от буровых вышек.

Области применения

Натуральные сланцы применяют не один десяток лет в строительстве и отделке домов, ландшафтном дизайне. Алевролитовый сланец применяли при строительстве Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге. Кристаллические породы отлично переносят низкие температуры и действие ультрафиолетовых лучей, сохраняя эстетический вид, обладают хорошей звукоизоляцией и способностью удерживать тепло, устойчив к разрушению и обладает особой прочностью, пожаробезопасны, не подвержены коррозии.

Горючие сланцы используют в качестве топлива, источника углеводородов и сырья для химической продукции. Из них получают:

• газ;
• нефть;
• клеевые вещества;
• фенолы;
• пластификаторы;
• вещества для борьбы с сорняками и эрозией почвы;
• из отходов производства получают строительные материалы(цемент и др.).

Процесс добычи газа

Горючие сланцы добывают для получения газа метана. Но есть одно но-слишком высокая себестоимость получения. Чтобы его извлечь нужна большая площадь земли и большое количество скважин из-за низкой концентрации на 1 км2. Добывают его в случае больших запасов и для снижения зависимости от импортируемого газа.

Получают сланцевый газ путем гидравлического разрыва пласта:

1. Производят вертикальное бурение до достижения искомого пласта.
2. Производят горизонтальное бурение.
3. Вводят воду или ее смесь с песком и химвеществами под высоким давлением.
4. Когда происходит растрескивание породы-выходит газ.

Получение нефти

Из горючих сланцев получают нетрадиционную(сланцевую) нефть. Ее используют как топливо или перерабатывают на бензин, дизельное топливо или мазут.

При их нагреве получается газ и масло, которое по составу похоже на нефть. Это масло называют сланцевая нефть.

Но более интенсивное использование останавливает трудоемкий способ добычи, который до сих пор совершенствуется.

В России 80% добываемых горючих сланцев используют в качестве дешевого топлива для электростанций. Из-за низкой рентабельности производства лишь из 20% получают нефть и газ.

Целесообразность добычи, с экономической точки зрения, возможна в местах больших залежей сланца, где толщина пласта составляет 30 метров и больше, а с 1 тонны сланца получают не менее 90 литров нефти.

Получить сланцевую нефть можно при помощи установки-реактора из породы полученной любым способом. При помощи пиролиза без доступа воздуха эти установки получают сланцевую нефть. Метод получения чересчур затратный с высокой себестоемостью полученного продукта.

Еще один способ получения-горизонтальное бурение скважин путем гидроразрыва пласта. Он также очень затратный, уже через год резко на 80% снижается объем получаемого сырья.

Оба способа сопряжены с большими выбросами углекислого газа, который необходимо утилизировать для избежания экологической катастрофы.

Наиболее активно разработки по добыче горючих сланцев идут в странах в которых отсутствуют залежи нефти и газа.

• Функции и виды оборудования для нефтегазовой промышленности
• Солнечное отопление частного дома: цены на устройства и реализация системы своими руками
• Основные типы ламп: классификация и характеристики
• Эль-Дабаа (эд-Дабаа) АЭС

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

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