Сланцевое масло - это нетрадиционная нефть, получаемая из фрагментов горючих сланцевых пород путем пиролиза , гидрирования или термического растворения . Эти процессы превращают органическое вещество в породе ( кероген ) в синтетическую нефть и газ . Полученное масло можно сразу использовать в качестве топлива или модернизировать для соответствия спецификациям сырья для нефтепереработки путем добавления водорода и удаления примесей, таких как сера и азот . Очищенные продукты могут использоваться для тех же целей, что и продукты, полученные изсырая нефть .
Термин «сланцевое масло» также используется для сырой нефти, добываемой из сланцев других пластов с очень низкой проницаемостью. Однако, чтобы уменьшить риск смешения сланцевого масла, полученного из горючего сланца, с сырой нефтью в нефтеносных сланцах, термин « плотная нефть » предпочтительнее для последнего. [1] Международное энергетическое агентство рекомендует использовать термин « светонепроницаемая нефть » и доклад World Energy Resources 2013 в Мировом энергетическом совете использует термин « плотное масло » для сырой нефти в нефтеносных сланцах. [2] [3]
История
Горючий сланец был одним из первых источников минерального масла, используемого людьми. [4] В X веке арабский врач Масаваих аль-Мардини (Месуэ Младший) впервые описал метод извлечения нефти из «какого-то битумного сланца». [5] Также сообщалось, что он использовался в Швейцарии и Австрии в начале 14 века. [6] В 1596 году личный врач Фридриха I, герцога Вюртембергского, написал о его целебных свойствах. [7] Сланцевое масло использовалось для освещения улиц Модены , Италия, на рубеже XVIII века. [7] Британская корона выдала патент в 1694 году трем людям, которые «нашли способ извлекать и производить большие количества смолы, дегтя и ойля из своего рода камня». [7] [8] [9] Позже проданный как Betton's British Oil, дистиллированный продукт, как сообщается, был «испытан разными людьми в Aches and Pains с большой пользой». [10] Современные предприятия по добыче сланцевой нефти были созданы во Франции в 1830-х годах и в Шотландии в 1840-х годах. [11] Масло использовалось как топливо, как смазка и масло для ламп; промышленная революция создала дополнительный спрос на освещение. Он заменил все более дефицитный и дорогой китовый жир . [7] [12] [13]
В конце 19 века заводы по добыче сланцевого масла были построены в Австралии , Бразилии и США . Китай , Эстония , Новая Зеландия , Южная Африка , Испания , Швеция и Швейцария производили сланцевое масло в начале 20 века. Открытие сырой нефти на Ближнем Востоке в середине века остановило большинство этих отраслей, хотя Эстония и Северо-Восточный Китай сохранили свои добывающие отрасли до начала 21 века. [11] [14] [15] В ответ на рост цен на нефть на рубеже 21-го века добыча началась, разведана или возобновлена в США, Китае, Австралии и Иордании . [15]
Процесс экстракции
Сланцевое масло добывают путем пиролиза, гидрирования или термического растворения горючего сланца. [16] [17] Пиролиз породы выполняется в реторте , расположенной либо над землей, либо внутри самого горного образования. По состоянию на 2008 год в большинстве сланцевых производств процесс добычи сланцевого масла выполняется после того, как порода была добыта, измельчена и транспортирована в ретортирующую установку, хотя несколько экспериментальных технологий осуществляют этот процесс на месте ( на месте ). Температура, при которой кероген разлагается на пригодные для использования углеводороды, зависит от масштаба времени процесса; в наземном процессе автоклавирования разложение начинается при 300 ° C (570 ° F), но при более высоких температурах протекает быстрее и полностью. Разложение происходит наиболее быстро при температуре от 480 до 520 ° C (от 900 до 970 ° F). [16]
Гидрирование и термическое растворение (реактивные жидкостные процессы) извлекают нефть с помощью доноров водорода , растворителей или их комбинации. Термическое растворение включает применение растворителей при повышенных температурах и давлениях, увеличивающих выход масла за счет крекинга растворенных органических веществ. Сланцевое масло с разными свойствами получают разными методами. [17] [18] [19] [20]
Критический показатель жизнеспособности добычи сланцевого масла заключается в соотношении энергии, производимой сланцем, к энергии, используемой при его добыче и переработке, - это соотношение, известное как «энергия, возвращаемая на вложенную энергию» ( EROEI ). EROEI, равный 2 (или соотношению 2: 1), будет означать, что для производства 2 баррелей фактической нефти необходимо сжечь / израсходовать энергию, эквивалентную 1 баррелю нефти. Исследование 1984 г. оценило EROEI различных известных месторождений горючих сланцев в диапазоне 0,7–13,3. [21] Более поздние исследования оценивают EROEI горючих сланцев как 1–2: 1 или 2–16: 1 - в зависимости от того, учитывается ли собственная энергия как затраты или внутренняя энергия исключается, и только покупная энергия считается входящей. . [22] Royal Dutch Shell сообщила, что в 2006 году EROEI составила от трех до четырех баллов за разработку на месте в рамках « Исследовательского проекта красного дерева» . [23] [24]
Количество масла, которое может быть извлечено во время автоклавирования, зависит от горючего сланца и используемой технологии. [15] Около одной шестой части горючих сланцев в формации Грин-Ривер имеет относительно высокий выход от 25 до 100 галлонов США (от 95 до 379 л; от 21 до 83 имп галлонов) сланцевого масла на тонну сланца; около одной трети урожая от 10 до 25 галлонов США (от 38 до 95 л; от 8,3 до 20,8 имп галлонов) на тонну. (Десять галлонов США на тонну составляют примерно 3,4 тонны нефти на 100 тонн сланца.) Приблизительно половина горючих сланцев в формации Грин-Ривер дает менее 10 галлонов США на тонну. [25]
Крупнейшие мировые производители сланцевой нефти опубликовали данные о доходах от своих коммерческих операций. Fushun Mining Group сообщает о производстве 300 000 тонн сланцевого масла в год из 6,6 млн тонн сланца, выход 4,5% по весу. [26] VKG Oil утверждает, что из 2 миллионов тонн сланца добывает 250 000 тонн нефти в год, что составляет 13%. [27] Petrobras производит на своем заводе Petrosix 550 тонн нефти в день из 6 200 тонн сланца, выход составляет 9%. [28]
Характеристики
Свойства сырого сланцевого масла варьируются в зависимости от состава исходного горючего сланца и используемой технологии добычи. [29] Как и обычная нефть, сланцевое масло представляет собой сложную смесь углеводородов и характеризуется объемными свойствами нефти. Сланцевое масло обычно содержит большое количество олефиновых и ароматических углеводородов. Сланцевое масло также может содержать значительные количества гетероатомов . Типичный состав сланцевого масла включает 0,5–1% кислорода , 1,5–2% азота и 0,15–1% серы , а некоторые месторождения содержат больше гетероатомов. Также часто присутствуют минеральные частицы и металлы. [30] [31] В общем случае , масло меньше жидкости , чем сырая нефть, становясь текучим при температурах между 24 и 27 ° С (75 и 81 ° F), в то время как обычная сырая нефть текучая при температуре от -60 до 30 ° C (От -76 до 86 ° F); это свойство влияет на способность сланцевой нефти транспортироваться по существующим трубопроводам. [30] [32] [33]
Сланцевое масло содержит полициклические ароматические углеводороды, которые обладают канцерогенными свойствами . Было описано, что сырое сланцевое масло обладает умеренным канцерогенным потенциалом, сравнимым с некоторыми промежуточными продуктами нефтепереработки, в то время как улучшенное сланцевое масло имеет более низкий канцерогенный потенциал, поскольку считается, что большая часть полициклических ароматических углеводородов разрушается при гидрогенизации. [34] Всемирная организация здравоохранения классифицирует сланцевое масло в качестве 1 -й группы канцерогенов для человека. [35]
Обновление
Хотя сырое сланцевое масло можно сразу же сжигать как жидкое топливо, многие его применения требуют его модернизации. Различные свойства сырых масел требуют соответственно различных предварительных обработок, прежде чем их можно будет отправить на обычный нефтеперерабатывающий завод . [36]
Твердые частицы в сырой нефти забивают последующие процессы; сера и азот создают загрязнение воздуха . Сера и азот, а также мышьяк и железо, которые могут присутствовать, также разрушают катализаторы, используемые при рафинировании. [37] [38] Олефины образуют нерастворимые отложения и вызывают нестабильность. Кислорода в нефти, присутствующих на более высоких уровнях , чем в сырой нефти , поддается образованию разрушительных свободных радикалов . [31] Гидрообессеривание и гидроденитрогенизация могут решить эти проблемы и привести к продукту, сопоставимому с эталонной сырой нефтью . [30] [31] [39] [40] Фенолы могут быть сначала удалены водной экстракцией. [40] Превращение сланцевой нефти в транспортное топливо требует корректировки соотношения водорода и углерода путем добавления водорода ( гидрокрекинг ) или удаления углерода ( коксование ). [39] [40]
Сланцевое масло, произведенное с помощью некоторых технологий, таких как процесс Кивитера , можно использовать без дальнейшей переработки в качестве компонента масла и источника фенольных соединений . Дистиллятные масла процесса Kiviter также могут использоваться в качестве разбавителей для тяжелых нефтей нефтяного происхождения и в качестве добавки, улучшающей адгезию в битумных материалах, таких как асфальт . [40]
Применение
Перед Второй мировой войной большая часть сланцевой нефти была переработана для использования в качестве транспортного топлива. Впоследствии его использовали в качестве сырья для получения промежуточных химических продуктов, чистых химикатов и промышленных смол, а также в качестве консерванта для древесины на железных дорогах . По состоянию на 2008 год он в основном используется в качестве топочного мазута и судового топлива и, в меньшей степени, для производства различных химикатов. [36]
Концентрация соединений с высокой температурой кипения в сланцевом масле подходит для производства средних дистиллятов, таких как керосин , реактивное топливо и дизельное топливо . [31] [41] [42] Дополнительный крекинг может привести к образованию более легких углеводородов, используемых в бензине. [31] [43]
Запасы и добыча
Мировые технически извлекаемые запасы горючего сланца недавно оценивались примерно в 2,8 - 3,3 триллиона баррелей (450 × 10 От 9 до 520 × 10 9 м 3 ) сланцевой нефти с крупнейшими запасами в Соединенных Штатах , которые, как полагают, составляют 1,5–2,6 триллиона баррелей (240 × 10 9 –410 × 10 9 м 3 ). [14] [41] [44] [45] Мировая добыча сланцевого масла в 2008 году оценивалась в 17 700 баррелей в день (2 810 м 3 / сут). Ведущими производителями были Китай (7 600 баррелей в день (1,210 м 3 / сут). )), Эстонии (6300 баррелей в сутки (1000 м 3 / сут)) и Бразилии (3800 баррелей в сутки (600 м 3 / сут)). [14]
Производство сланцевого масла затруднено из-за технических трудностей и затрат. [46] В марте 2011 года Бюро управления земельными ресурсами США поставило под сомнение предложения США по коммерческим операциям, заявив, что «(t) здесь нет еще известных экономически жизнеспособных способов добычи и переработки горючего сланца в коммерческих целях». [47]
Смотрите также
- Сланцевый газ
- Подземная газификация угля
Рекомендации
- ^ Рейнсалу, Энно; Аарна, Индрек (2015). «О технических условиях сланца и сланцевого масла» (PDF) . Горючие сланцы. Научно-технический журнал . 32 (4): 291–292. DOI : 10.3176 / oil.2015.4.01 . ISSN 0208-189X . Проверено 16 января 2016 .
- ^ МЭА (2013). Перспективы мировой энергетики 2013 . ОЭСР . п. 424. ISBN 978-92-64-20130-9.
- ^ Обзор мировых энергетических ресурсов 2013 г. (PDF) . Мировой энергетический совет . 2013. с. 2.46. ISBN 9780946121298. Архивировано из оригинального (PDF) 21 февраля 2014 года . Проверено 4 апреля 2014 .
- ^ Достровский, И. (1988). Энергия и недостающий ресурс: взгляд из лаборатории . Издательство Кембриджского университета . п. 18 . ISBN 978-0-521-31965-2. Проверено 2 июня 2009 .
- ^ Форбс, Р.Дж. (1970). Краткая история искусства дистилляции от истоков до смерти Селье Блюменталя . Издательство Brill . С. 41–42. ISBN 978-90-04-00617-1.
- ^ «Горючие сланцы» (PDF) . Колорадская горная школа . 2008: 2 . Проверено 24 декабря 2008 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ а б в г Муди, Ричард (2007-04-20). «Нефтяные и газовые сланцы, определения и распределение во времени и пространстве. В истории использования углеводородов на суше в Великобритании» (PDF) . Лондонское геологическое общество : 1. Архивировано из оригинального (PDF) 06.02.2012 . Проверено 10 января 2009 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Louw, SJ; Аддисон, Дж. (1985). Ситон, А. (ред.). «Исследования сланцевой промышленности Шотландии. Том 1 История отрасли, условия работы и минералогия сланцев Шотландии и формации Грин-Ривер. Заключительный отчет Министерства энергетики США» (PDF) . Институт медицины труда : 35. DE-ACO2 - 82ER60036. Архивировано из оригинального (PDF) 26 июля 2011 года . Проверено 5 июня 2009 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь )CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка ) - ^ Кейн, РФ (1976). Тех Фу Йен; Чилингар, Джордж В. (ред.). Горючие сланцы . Амстердам: Эльзевир. п. 56. ISBN 978-0-444-41408-3. Проверено 5 июня 2009 .
- ^ Форбс, Р.Дж. (1970). Краткая история искусства дистилляции от истоков до смерти Селье Блюменталя . Издательство Brill . п. 250. ISBN 978-90-04-00617-1. Проверено 2 июня 2009 .
- ^ а б Франку, Джурадж; Харви, Барбра; Лаенен, Бен; Сиирде, Андрес; Вейдерма, Михкель (май 2007 г.). «Исследование сланцевой промышленности ЕС в свете опыта Эстонии. Отчет EASAC Комитету по промышленности, исследованиям и энергетике Европейского парламента» (PDF) . Научный консультативный совет европейских академий: 1, 5, 12 . Проверено 7 мая 2011 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Дошер, Тодд М. "Нефть" . MSN Encarta . Архивировано из оригинала на 2008-04-21 . Проверено 22 апреля 2008 .
- ^ «Горючие сланцы» . Американская ассоциация геологов-нефтяников . Проверено 31 марта 2008 .
- ^ а б в Дини, Джон Р. (2010). «Горючие сланцы» (PDF) . В Кларке, Алан У .; Триннаман, Джуди А. (ред.). Обзор энергоресурсов (22-е изд.). Мировой энергетический совет . С. 93–123. ISBN 978-0-946121-02-1.
- ^ а б в Дини, Джон Р. (2006). «Геология и ресурсы некоторых мировых сланцевых месторождений. Отчет о научных исследованиях 2005–5294» (PDF) . Министерство внутренних дел США , Геологическая служба США : 1-42 . Проверено 9 июля 2007 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ а б Коэль, Михкель (1999). «Эстонский сланец» . Горючие сланцы. Научно-технический журнал (Extra). ISSN 0208-189X . Проверено 24 декабря 2008 .
- ^ а б Луйк, Ханс (2009-06-08). Альтернативные технологии ожижения и обогащения сланца (PDF) . Международный симпозиум по горючему сланцу. Таллиннский технический университет . Таллинн , Эстония . Архивировано из оригинального (PDF) 24 февраля 2012 года . Проверено 9 июня 2009 .
- ^ Горлов, Э.Г. (октябрь 2007 г.). «Термическое растворение твердого ископаемого топлива». Химия твердого топлива . 41 (5): 290–298. DOI : 10.3103 / S0361521907050047 . ISSN 1934-8029 .
- ^ Коэль, Михкель; Ljovin, S .; Hollis, K .; Рубин, Дж. (2001). «Использование неотерических растворителей в исследованиях горючих сланцев» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 73 (1): 153–159. DOI : 10,1351 / pac200173010153 . ISSN 0033-4545 . Проверено 22 января 2010 .
- ^ Болдуин, РМ; Беннетт, Д.П .; Брайли, Р.А. (1984). «Реакционная способность горючего сланца по отношению к гидрированию растворителем». Американское химическое общество. Отделение химии нефти . 29 (1): 148–153. ISSN 0569-3799 . ОСТИ 6697587 .
- ^ Кливленд, Катлер Дж .; Костанца, Роберт; Холл, Чарльз А.С.; Кауфманн, Роберт (1984-08-31). «Энергия и экономика США: биофизическая перспектива» (PDF) . Наука . 225 (4665): 890–897. DOI : 10.1126 / science.225.4665.890 . ISSN 0036-8075 . PMID 17779848 . Проверено 28 августа 2007 .
- ^ Брандт, Адам Р. (2009). «Преобразование горючего сланца Green River в жидкое топливо с помощью процессора Alberta Taciuk: затраты энергии и выбросы парниковых газов». Энергия и топливо . 23 (12): 6253–6258. DOI : 10.1021 / ef900678d . ISSN 0887-0624 . (требуется подписка) .
- ^ «Проект испытания горючего сланца. Проект исследования и разработки горючего сланца» (PDF) . Shell Frontier Oil and Gas. 2006-02-15. Архивировано из оригинального (PDF) 27 мая 2008 года . Проверено 30 июня 2007 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Рейсс, Спенсер (13 декабря 2005 г.). "Нажатие на каменное поле" . Журнал WIRED . Проверено 27 августа 2007 .
- ^ «Информационный бюллетень: ресурсы горючего сланца США» (PDF) . Министерство энергетики США . Проверено 10 января 2009 .
- ^ Промитис, Гунтис (2008-11-03). «Сланцевое обещание» (PDF) . Нефтегазовый журнал . PennWell Corporation : 16 . Проверено 9 октября 2011 .[ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ "VKG Oil AS" . Viru Keemia Grupp . Архивировано из оригинала на 2011-09-07 . Проверено 9 октября 2011 .
- ^ Цянь, Цзялинь; Ван Цзяньцю (07.11.2006). Мировые технологии ретортации сланца (PDF) . Международная конференция по горючему сланцу. Амман , Иордания : Управление природных ресурсов Иордании. Архивировано из оригинального (PDF) 27 мая 2008 года . Проверено 29 июня 2007 .
- ^ МакКетта, Джон Дж. (1994). Энциклопедия химической обработки и дизайна . 50 . CRC Press . п. 49. ISBN 978-0-8247-2601-0. Проверено 2 июня 2009 .
- ^ а б в Ли, Сонгю (1991). Технология горючего сланца . CRC Press. п. 7. ISBN 978-0-8493-4615-6. Проверено 24 декабря 2008 .
- ^ а б в г д Спейт, Джеймс (2008). Справочник по синтетическому топливу . McGraw-Hill Professional . п. 188. ISBN 978-0-07-149023-8. Проверено 24 декабря 2008 .
- ^ Вокье, Жан-Пьер; Трамбуз, Пьер; Фавеннек, Жан-Пьер (1995). Нефтепереработка: сырая нефть. Нефтяные продукты. Технологические схемы . Редакции TECHNIP. п. 317. ISBN 978-2-7108-0685-1.
- ^ «Оценка рынка сланцевой нефти». База данных источников энергии. 1979. ОСТИ 5749060 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Слоусон, GC; Тех Фу Йен, ред. (1979). Сборник отчетов по сланцевой технологии . 1 . Агентство по охране окружающей среды США , Управление исследований и разработок, Лаборатория мониторинга окружающей среды и поддержки. п. 115. ISBN 978-2-7108-0685-1.
- ^ Международное агентство по изучению рака (17 июня 2011 г.). «Агенты, классифицированные монографиями МАИР, тома 1–102» (PDF) . Лион, Франция: Международное агентство по изучению рака. п. 5 . Проверено 16 февраля +2016 .
- ^ а б Пурга, Яанус (16 октября 2007 г.). Сланцевые продукты - производство, качество и проблемы рынка (PDF) . 27-й симпозиум по горючему сланцу. Голден, Колорадо : Горная школа Колорадо . Проверено 24 декабря 2008 .
- ^ Бо Ю; Пинг Сюй; Шаньшань Чжу; Сяофэн Цай; Инь Ван; Ли Ли; Фули Ли; Сяоюн Лю; Цуйцин Ма (март 2006 г.). «Селективное биоразложение S- и N-гетероциклов рекомбинантным штаммом Rhodococcus erythropolis, содержащим карбазолдиоксигеназу» . Прикладная и экологическая микробиология . 72 (3): 2235–2238. DOI : 10,1128 / AEM.72.3.2235-2238.2006 . PMC 1393234 . PMID 16517679 .
- ^ «Способ обработки горячего сланцевого масла, выходящего из реторты - Патент США № 4181596» . freepatentsonline.com . Проверено 28 декабря 2008 .
- ^ а б Оджа, Вахур (2006). «Краткий обзор моторных топлив из сланцевого масла кукерсита» (PDF) . Горючие сланцы. Научно-технический журнал . 23 (2): 160–163. ISSN 0208-189X . Проверено 24 декабря 2008 .
- ^ а б в г Мёльдер, Леви (2004). "Эстонская индустрия ретортации сланца на распутье" (PDF) . Горючие сланцы. Научно-технический журнал . 21 (2): 97–98. ISSN 0208-189X . Проверено 25 декабря 2008 .
- ^ а б Эндрюс, Энтони (13 апреля 2006 г.). «Горючие сланцы: история, стимулы и политика» (PDF) . Исследовательская служба Конгресса США. RL33359 . Проверено 24 декабря 2008 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Эндрюс, Энтони (17 ноября 2008 г.). «Разработки в горючем сланце» (PDF) . Исследовательская служба Конгресса США. RL34748 . Проверено 24 декабря 2008 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Джеймс Жирар (2004). Основы химии окружающей среды . Джонс и Бартлетт. ISBN 978-0-7637-2471-9.
Фракционная перегонка дает в основном высокомолекулярные углеводороды, которые затем могут быть подвергнуты крекингу с получением желаемых углеводородов в диапазоне бензина.
- ^ «Annual Energy Outlook 2006» (PDF) . Управление энергетической информации . Февраль 2006 . Проверено 22 июня 2007 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ «Национальная стратегическая модель нетрадиционных ресурсов NPR» (PDF) . Министерство энергетики США . Апрель 2006 . Проверено 9 июля 2007 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Kraushaar, Джек П. и Роберт А. Ристинен. Энергия и окружающая среда-2-е изд. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Wiley & Sons Inc., 2006. 54–56.
- ^ Бюро землеустройства (2011-04-14). «Уведомление о намерении подготовить программное заявление о воздействии на окружающую среду (EIS) и возможные поправки к плану землепользования для распределения ресурсов горючих сланцев и битуминозных песков на землях, находящихся в ведении Бюро землепользования в Колорадо, Юте и Вайоминге» (PDF) . Федеральный регистр . 76 (72): 21003–21005 . Проверено 9 октября 2011 .