Полезные ископаемые горючие сланцы его применение
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 90000C.
- Гидрирование – насыщение водородом при температуре в 40000C, 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. м3.
- Аргентина – 22,7 трлн. м3.
- Алжир – 20,0 трлн. м3.
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. м3, что делает пока что крайне нецелесообразной добычу сланцевого газа, обладающего достаточно высокой себестоимостью (125 долларов за тысячу м3). Другое дело сланцевая нефть. Особенно высоко насыщенные месторождения в Западной Сибири, залегающие на гигантских площадях (более 1 млн. км2), 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.
Автор:
Юрий Флоринских
Все статьи этого автора
Источник
Горючие сланцы представляют собой осадочную породу, состоящую из органическо-минеральной массы. Залежи располагаются на дне морей и озёр.
Внешне горючие сланцы представляют собой слоистые образования, имеющие темно-серый, коричневый цвет.
Пока сланцевые залежи не играют ведущей роли в экономических процессах, относясь к альтернативным источникам тепла и химического сырья. Но большинство современных аналитиков сходятся во мнении, что горючие сланцы являются наиболее перспективным топливом будущего, ведь запасы горючих сланцев превышают объём всего природного топлива в мире.
Характеристики и виды горючих сланцев
На сегодня различают два типа горючих сланцев. Гумито-сапропелитовый тип преимущественно состоит из останков мелких животных и водорослей, залегая на дне морей.
Месторождения сапропелитовых-кукерситов находятся в горах, в частности на Карпатах. Основу этого типа породы составляют высшие растения, отмершие тысячи лет назад.
Месторождение горючих сланцев
Насчитывается порядка 550 месторождений горючих сланцев, которые рассредоточены по всему земному шару. Около половины запасов этого полезного ископаемого расположено в американских штатах Юта, Вайоминг и Колорадо. В Бразилии добывается 21% горючих сланцев. Россия по добыче этого материала занимает 3 место, добывая 11 % общемирового объёма горючих сланцев.
Сегодня не все найденные залежи могут быть разработаны. Часто это связанно не только с экономической невыгодностью работ, но и экологической ситуацией на месторождениях.
Добыча и переработка горючих сланцев
В зависимости от условий залегания сланцев, гидрогеологической и экологической ситуации для разработки месторождений выбирается один из двух способов.
Карьерный или открытый способ практикуется там, где сланцевые залежи находятся близко к поверхности земли. Разработка таких месторождений является наиболее выгодной и менее губительной для окружающей среды и ландшафта.
Подземный или шахтный способ требует привлечения специальной техники и высококвалифицированных специалистов, поэтому является наиболее дорогостоящим и не выгодным с материальной точки зрения. К тому же, такой метод считается наиболее разрушительным и не используется вблизи водных ресурсов или городских агломераций.
Переработка горючих сланцев происходит путём полукоксования под влиянием высоких температур. В результате такой обработки можно получить сланцевое масло, часто называемое синтетической нефтью, а также золу и некоторые фенолы.
Использование горючих сланцев
В сравнении с другими видами топлива, тепловыделение горячих сланцев не велико, однако продукты этого ископаемого пользуются высоким спросом во многих областях.
Отходы при сгорании используются для производства строительных и дорожных материалов.
Продукты горючих сланцев активно применяются в химической промышленности как вяжущая основа для многих полимерных материалов. В теплоэнергетической сфере горючие сланцы рассматриваются как альтернативный вид топлива. На сегодняшний день стремительно развивающийся мировой автопром диктует топливной экономике свои условия, и наиболее актуальной признана переработка сланцев именно в жидкий вид топлива. Согласно предварительным подсчетам, сланцевые месторождения в мире позволят обеспечить мировую экономику сланцевой нефтью на 200 лет вперед.
Источник
Горючие сланцы – метаморфическая горная порода из группы твердых каустобиолитов. Горючими сланцами называют осадочные породы, тонкоплитчатые аргиллиты или мергели со значительным, до 50-60%, содержанием битуминозных веществ. По сути они являются глинистыми или известковыми углями-сапропелитами.
Физические свойства горючих сланцев
Структура сланцеватая. Легко распадается на плитки. Загорается от спички и издает запах жженой резины, сильно коптит. Глинистые или мергелистые сланцы, обогащенны органическими веществами и имеют в силу этого черный цвет, а иногда желтый и оливковый. Плотность зависит от содержания органического вещества и минералов, колеблясь в пределах 0,9-1,99 г/см3. Твердость по шкале Мооса от 2 до 6. Удельная теплота сгорания до 14 МДж/кг (для сравнения у сухих дров 15 МДж/кг, у бензина 44 МДж/кг).
Отличительные признаки. Для горючего сланца характерны сланцеватое строение, черный, желтый цвет. Горючие сланцы напоминают глинистые сланцы. Отличаются горючие сланцы от глинистых тем, что обладают способностью гореть, и более легки, по сравнению с глинистыми сланцами.
Состав и фото горючих сланцев
Минералогический состав. Органическая часть (кероген) 10-70%, каолинит, монтмориллонит, кальцит, доломит, гидрослюды и полевые шпаты.
Химический состав. Из органических веществ в состав горючих сланцев входят петролены, битум, гумусовые вещества. Для органической части сланцев следующий состав: углерод C 56-80%, водород Н 6-10%, кислород О 11-24%, сера S до 16%, азот N до 2,5%. Неорганическая часть сланцев слишком разнообразна и меняет состав в широком диапазоне: алюмосиликаты, окислы железа, гипс и др.
Происхождение
Горючие сланцы образовались на дне морей благодаря одновременному отложению органического и неорганического ила около 450 миллионов лет тому назад.
Образуются из осадков морских, озерных водоемов, лагун при одновременном осаждении глинистых и карбонатных частиц, тонкого органического ила, состоящего из мельчайших водорослей и других организмов. Разлагаясь под водой, без доступа воздуха, органические остатки постепенно превращают ил в темное горючее вещество, затвердевающее при диагенезе. Слагают протяженные пласты мощностью 15-20 м.
Применение горючих сланцев
Горючие сланцы – топливо и технологическое сырье. Из горючих сланцев получают масла и смолы. Первые идут в качестве топлива на электростанции, а смолы являются ценным химическим сырьем для производства почти пятидесяти различных продуктов. Эстонская и Прибалтийская ГРЭС – крупнейшие в мире электростанции, работающие на сланцах.
Из горючих сланцев в ряде стран (в основном США и Канаде) уже вовсю ведется добыча сланцевого газа и сланцевой нефти из наклонно-направленных скважин с горизонтальным стволом и предварительным проведением многостадийного ГРП (сланцы — низкопроницаемая осадочная порода).
Горючие сланцы используются для получения бензина, бытового газа, фенола, ароматических углеводородов, электродного кокса, бензола, синтетического дубителя, клея для строительной индустрии (для скрепления блоков домов), пластмасс, гербицидов, дорожных битумов. Сланцы называют топливом будущего, потому что их мировые запасы во много раз превышают запасы других горючих ископаемых (нефть, природный газ, каменный уголь), вместе взятых. Сланцевая смола является хорошим изолятором, «защитником» от коррозии, в ряде случаев заменяет пайку и сварку. Она также используется для удобрения почвы. Сланцевая зола используется в производстве вяжущих веществ и строительных деталей. Смола находит применение в производстве химических препаратов и даже лекарств.
Месторождения горючих сланцев
Горючие сланцы добываются как открытым так и подземным способом. В России выделяются целые бассейны с залежами ценной породы: Тимано-Печорский, Прибалтийский, Волжский, Вычегодский.
Месторождения сланцев имеются в Белоруссии (Полесье), Эстонии (Кохтла-Ярве, Йыхви), в России (Сланцы – Ленинградская область), Среднем Поволжье (Ульяновск, Сызрань). Богатейшие залежи горючих сланцев имеются также в США (Колорадо, Юта. Вайоминг), Канаде, Бирме, Бразилии (Параиба, Ирати), Италии, Конго и во многих других странах.
Источник
Горючие сланцы имеют такой же потенциал для добычи как нефть, уголь и горючий газ, например, для сжигания в качестве топлива.
Точно также, как уголь, горючий сланец может быть добыт под землей в случае глубоких подземных запасов и может быть добыт с поверхности земли.
Что такое горючий сланец?
В общем, горючий сланец – это горная порода, содержащая столько органического вещества, что она будет гореть.
Поскольку общепризнанного определения горючего сланца не существует, его обычно классифицируют как глинистую (или углеродистую), мелкозернистую, осадочную породу, в которой твердые органические вещества или кероген должны образовывать не менее 5-25%. Подобно углю, горючий сланец может использоваться в качестве топлива.
Кероген-нерастворимое органическое вещество образованное из отложений без доступа кислорода
Из чего состоят горючие сланцы?
Качество горючего сланца определяется содержащимся в нем органическим веществом. Кроме органического вещества, горючий сланец содержит негорючую минеральную часть, состоящую из терригенного и цементного материала или продуктов горных пород.
Большинство горючих сланцев представляют собой мелкозернистые осадочные породы, содержащие относительно большое количество органического вещества, обычно известного как “кероген”. Кероген содержит значительное количество сланцевой нефти и горючего газа, которые могут быть извлечены путем деструктивной дистилляции.
Деструктивная дистилляция – процесс включающий разложение керогена при высокотемпературном нагревании для расщепления крупных молекул органического вещества.
Органическое вещество в сланце состоит в основном из углерода, водорода, кислорода и небольшого количества серы и азота. Оно образует сложную макромолекулярную структуру, которая нерастворима в обычных органических растворителях (например, дисульфид углерода). Органическое вещество смешивается с различными количествами минерального вещества, состоящего из мелкозернистых силикатных и карбонатных минералов. Соотношение органических и минеральных веществ для товарных марок горючих сланцев составляет примерно от 0,75:5 до 1,5:5. В некоторых горючих сланцах присутствует небольшое количество битума, растворимого в органических растворителях. Происхождение нефти похоже.
Из-за своей нерастворимости органическое вещество должно быть подвергнуто воздействию при температуре около 500°C, чтобы разложить его на нефтеподобную смолу и газ. Часть органического углерода остается с остатком сланца после воздействия, но может быть сожжена для получения дополнительной энергии.
Горючий сланец отличается от угля тем, что органическое вещество в угле имеет более низкое атомное отношение органических и минеральных веществ, у угля обычно больше, чем 4,75:5.
Теплотворность горючих сланцев или плотность энергии 2500-4000 ккалорий на килограмм.
Теплотворность угля 5700-7000 ккалорий на килограмм.
Разработана работоспособная схема классификации горючих сланцев на основе их осаждающих сред и дифференцирования компонентов органического вещества с помощью ультрафиолетовой/синей флуоресцентной микроскопии. Их классификация оказалась полезной при соотнесении компонентов органического вещества с выходами и химией масла, полученного методом ретортации.
Около 85% добываемого сланца используется для сжигания в сланцевых электростанциях; 12% – для ретортирования для получения сланцевого масла; около 3% – для цементных заводов.
Сланец также содержит мелкозернистую, обломочную осадочную породу, состоящая из грязи, которая представляет собой смесь хлопьев глины и крошечных частиц.
Добыча горючего сланца в странах мира
В России добыча сланца в горнорудной области за последние годы снизилась примерно до 2 млн тонн в год. Он добывается под землей, а запасы в России 7 млрд тонн.
На территории бывшего СССР есть несколько регионов, где добывается горючий сланец.
Первый, Балтийский сланцевый район, расположенный в Ленинградской области России и на территории Эстонии, недалеко от Финского залива, занимает около пятидесяти тысяч квадратных километров, что является крупным и известным. Ленинградское месторождение включает в себя месторождение кукерсита в Веймаме близ Санкт-Петербурга. Российские сланцевые ресурсы на Ленинградском месторождении, которое находится у реки Нарва, имеют энергетический рейтинг ниже 35 ГДж м3. Заключение по данным российских ленинградских активных сланцевых месторождений – 1 млрд тонн.
Вторым известным регионом является Волжский сланцевый район, который эксплуатирует месторождения, расположенные в Саратовской области.
В Кемеровской области разведано Барзасское месторождение имеющее благопрятные условия для добычи в карьерах.
Толщина пласта для рентабельного производства должна быть не менее 0,5 м при толщине вскрышных пород до 10 м или толщина пласта не менее 1,4 м при толщине вскрышных пород свыше 10 м.
В настоящее время сланцевые месторождения эксплуатируются в Эстонии, России, Китае, США, Бразилии, Израиле, Германии и др.
Фушунский карьер в северо-восточном Китае эксплуатируется уже более 70 лет, в основном для добычи угля, а также сланца, как побочного продукта, залегающего в верхнем слое угольного пласта. Часть добываемого сланца используется для ретортирования (разложения) при производстве сланцевой нефти.
В Бразилии ведется добыча открытым способом горючего сланца, около нескольких тысяч тонн в сутки.
Применение этого органического вещества
Обычно сланец сначала добывают, а затем его пиролизируют в ретортах (термическое разложение) или сжигают в котлах. Сланец также может быть подвергнут ретортации или газификации под землей, что исключает процесс добычи; однако подземная ретортация или газификация была испытана только в прототипном масштабе в США и в бывшем СССР, но эта технология не продолжилась в коммерческой добыче.
Положение о геологической разведке полезного ископаемого, ресурсов и установлении запасов полезных ископаемых предусматривает, что горючие сланцы могут рассматриваться в качестве полезного ископаемого, если теплотворная способность пласта равна или превышает 6,1 МДж на кг.
Горючие сланцы – одна из нетрадиционных форм ресурсов. Эти ресурсы могут быть включены в число основных источников энергии на ближайшие десятилетия.
Топливо является экологически чистым и излучает меньше загрязняющих веществ, чем уголь или нефть. Эксплуатация этого топлива, похоже, улучшает энергетический статус-кво и помогает двигаться вперед к более экологичному сочетанию энергоносителей. Хотя потенциал сланцевой нефти и газа у многих народов вызывает экологические опасения.
Источник