Сланцевая промышленность — это отрасль добычи и переработки горючего сланца — мелкозернистой осадочной породы , содержащей значительное количество керогена (твердой смеси органических химических соединений ), из которой можно производить жидкие углеводороды . Эта отрасль развита в Бразилии , Китае, Эстонии и в некоторой степени в Германии и России. Несколько других стран в настоящее время проводят исследования своих запасов горючего сланца и методов добычи для повышения эффективности и извлечения. [1] Согласно исследованию, опубликованному в 2005 году, на Эстонию приходилось около 70% мирового производства горючего сланца. [2]
Сланец использовался в промышленных целях с начала 17 века, когда его добывали из-за его полезных ископаемых. С конца 19 века сланцевое масло также использовалось из-за его содержания нефти и в качестве низкосортного топлива для выработки электроэнергии. Однако, за исключением стран, имеющих значительные месторождения сланца, его использование для выработки электроэнергии не особенно распространено. Аналогичным образом, сланец является источником для производства синтетической сырой нефти и рассматривается как решение для увеличения внутреннего производства нефти в странах, которые зависят от импорта.
Сланец использовался с древних времен. Современная промышленная добыча сланца началась в 1837 году на рудниках Отён во Франции, за ними последовали Великобритания, Германия и несколько других стран. [1] [4] Сланцевая промышленность начала расти как раз перед Первой мировой войной из-за массового производства автомобилей и грузовиков и предполагаемой нехватки бензина для транспортных нужд. В 1924 году Таллинская электростанция стала первой электростанцией в мире, перешедшей на сжигание сланца. [5]
После окончания Второй мировой войны сланцевая промышленность пришла в упадок из-за открытия больших запасов легкодоступной и более дешевой сырой нефти. [1] [4] [6] [7] Однако добыча сланца продолжала расти в Эстонии, России и Китае.
После нефтяного кризиса 1973 года сланцевая промышленность была возобновлена в нескольких странах, но в 1980-х годах, когда цены на нефть упали , многие отрасли столкнулись с закрытием. Глобальная сланцевая промышленность снова выросла с середины 1990-х годов. В 2003 году в Соединенных Штатах была инициирована программа разработки сланцевой нефти, а в 2005 году была введена программа коммерческой аренды для сланцевой нефти и битуминозных песков. [8] [9]
По состоянию на май 2007 года Эстония активно занимается добычей сланца в значительных масштабах и обеспечивает 70% мирового объема переработанного сланца. [10] Эстония уникальна тем, что ее месторождения сланца составляют всего 17% от общего объема месторождений в Европейском Союзе, но при этом она вырабатывает 90% своей электроэнергии из сланца. В сланцевой промышленности Эстонии занято 7500 человек, что составляет около 1% от общей занятости в стране, что составляет 4% от ее валового внутреннего продукта. [11]
Горючий сланец добывают либо традиционным подземным способом , либо открытым способом. Существует несколько методов добычи, но общей целью всех этих методов является фрагментация залежей горючего сланца для обеспечения транспортировки фрагментов сланца на электростанцию или перерабатывающее предприятие. Основными методами открытой добычи являются открытые горные работы и открытая добыча . Важным методом подземной добычи является камерно-столбовой метод . [12] При этом методе материал извлекается по горизонтальной плоскости, при этом остаются «столбы» нетронутого материала для поддержки кровли. Эти столбы снижают вероятность обрушения. Горючий сланец также может быть получен как побочный продукт добычи угля . [1]
Крупнейшей сланцевой шахтой в мире является шахта «Эстония», эксплуатируемая компанией Enefit Kaevandused . [13] В 2005 году Эстония добыла 14,8 миллионов тонн сланца. [11] За тот же период было выдано разрешений на добычу почти 24 миллионов тонн, и были получены заявки на добычу еще 26 миллионов тонн. [14] В 2008 году парламент Эстонии одобрил «Национальный план развития использования сланца на 2008–2015 годы», который ограничивает годовую добычу сланца 20 миллионами тонн. [15]
Сланец может использоваться в качестве топлива на тепловых электростанциях, где сланец сжигается как уголь для привода паровых турбин. По состоянию на 2012 год электростанции, работающие на сланце, с генерирующей мощностью 2967 мегаватт (МВт) имеются в Эстонии, Китае и Германии. [16] [17] Также Израиль , Румыния и Россия эксплуатировали электростанции, работающие на сланце, но закрыли их или перешли на другие виды топлива, такие как природный газ. [1] [16] [18] Иордания и Египет объявили о своих планах по строительству электростанций, работающих на сланце, в то время как Канада и Турция планируют сжигать сланец на электростанциях вместе с углем. [1] [16] [19]
Тепловые электростанции, использующие сланец в качестве топлива, в основном используют два типа методов сжигания. Традиционный метод — пылевидное сжигание (PC), которое используется на старых блоках электростанций, работающих на сланце, в Эстонии, в то время как более продвинутый метод — сжигание в кипящем слое (FBC), которое используется на цементном заводе Holcim в Доттернхаузене, Германия, и применялось на электростанции Mishor Rotem в Израиле. Основные технологии FBC — это сжигание в кипящем слое с пузырьками (BFBC) и сжигание в циркулирующем кипящем слое (CFBC). [16] [20]
В мире насчитывается более 60 электростанций, использующих технологию CFBC для сжигания угля и лигнита , но только два новых блока на Нарвских электростанциях в Эстонии и один на электростанции Хуадянь в Китае используют технологию CFBC для сжигания сланца. [17] [19] [21] [22] Самой передовой и эффективной технологией сжигания сланца является сжигание в кипящем слое под давлением (PFBC). Однако эта технология пока преждевременна и находится на начальной стадии. [23]
Основными производителями сланцевой нефти являются Китай и Эстония, Бразилия находится на третьем месте, в то время как Австралия, США, Канада и Иордания планируют начать или возобновить добычу сланцевой нефти. [24] [16] [19] По данным Всемирного энергетического совета , в 2008 году общий объем добычи сланцевой нефти из горючего сланца составил 930 000 тонн, что эквивалентно 17 700 баррелям в день (2 810 м 3 /д), из которых Китай произвел 375 000 тонн, Эстония — 355 000 тонн, а Бразилия — 200 тонн. Для сравнения, добыча обычной нефти и сжиженного природного газа в 2008 году составила 3,95 млрд тонн или 82,12 млн баррелей в день (13,056 × 10 6 м 3 /д). [1]
Хотя существует несколько технологий реторты для сланца, в настоящее время в коммерческом использовании находятся только четыре технологии. Это Kiviter , Galoter , Fushun и Petrosix . [25] Два основных метода извлечения нефти из сланца — ex-situ и in-situ . При методе ex-situ сланец добывается и транспортируется на ретортную установку для извлечения нефти. Метод in-situ преобразует кероген, пока он все еще находится в форме месторождения сланца, а затем извлекает его через скважину, откуда он поднимается как обычная нефть. [26]
Горючий сланец используется для производства цемента на заводах Kunda Nordic Cement в Эстонии, Holcim в Германии и Fushun cement factory в Китае. [1] [27] Горючий сланец также может использоваться для производства различных химических продуктов, строительных материалов и фармацевтических препаратов, например, битумносульфоната аммония . [11] [19] Однако использование горючего сланца для производства этих продуктов все еще очень редко и находится только на экспериментальной стадии. [1] [6]
Некоторые горючие сланцы являются подходящим источником для получения серы, аммиака, глинозема, кальцинированной соды и нахколита, которые встречаются в качестве побочных продуктов добычи сланцевого масла. Некоторые горючие сланцы также могут использоваться для производства урана и других редких химических элементов. В 1946–1952 годах морская разновидность диктионемового сланца использовалась для производства урана в Силламяэ , Эстония, а в 1950–1989 годах квасцовый сланец использовался в Швеции для той же цели. [6] Сланцевый газ также может использоваться в качестве заменителя природного газа. После Второй мировой войны сланцевый газ, добываемый в Эстонии, использовался в Ленинграде и городах Северной Эстонии. [28] Однако при нынешнем уровне цен на природный газ это экономически нецелесообразно. [29] [30]
Количество экономически извлекаемого горючего сланца неизвестно. [31] Различные попытки разработки месторождений горючего сланца увенчались успехом только тогда, когда стоимость добычи сланцевого масла в данном регионе оказалась ниже цены на сырую нефть или другие ее заменители. [32] Согласно исследованию, проведенному корпорацией RAND , стоимость производства барреля сланцевого масла на гипотетическом поверхностном комплексе перегонки в Соединенных Штатах (включающем шахту, перегонную установку, установку по модернизации , вспомогательные коммунальные услуги и рекультивацию отработанного сланца) будет варьироваться в пределах 70–95 долларов США (440–600 долларов США/м 3 ), скорректированных по значениям 2005 года. Предполагая постепенное увеличение добычи после начала коммерческой добычи, анализ прогнозирует постепенное снижение затрат на переработку до 30–40 долларов США за баррель (190–250 долларов США/м 3 ) после достижения рубежа в 1 миллиард баррелей (160 × 10 6 м 3 ). [11] [12] Компания Royal Dutch Shell объявила, что ее технология Shell ICP принесет прибыль, когда цены на сырую нефть превысят 30 долларов за баррель (190 долларов за куб. м ), в то время как некоторые технологии при полномасштабном производстве заявляют о рентабельности при ценах на нефть даже ниже 20 долларов за баррель (130 долларов за куб. м ) . [33] [34] [35]
Чтобы повысить эффективность реторты горючего сланца и, таким образом, жизнеспособность производства сланцевого масла, исследователи предложили и протестировали несколько процессов совместного пиролиза, в которых другие материалы, такие как биомасса , торф , битумные отходы или резиновые и пластиковые отходы, ретортуются вместе с горючим сланцем. [36] [37] [38] [39] [40] Некоторые модифицированные технологии предлагают объединить реторту с псевдоожиженным слоем с печью с циркулирующим псевдоожиженным слоем для сжигания побочных продуктов пиролиза (уголь и сланцевый газ) и тем самым улучшить выход масла, увеличить производительность и сократить время реторты. [41]
В публикации журнала Pétrole Informations (ISSN 0755-561X) за 1972 год добыча сланцевой нефти была невыгодно сравнена с разжижением угля . В статье говорилось, что разжижение угля было менее затратным, производило больше нефти и создавало меньшее воздействие на окружающую среду, чем добыча сланца. В ней приводился коэффициент конверсии в 650 литров (170 галлонов США; 140 имп галлонов) нефти на одну тонну угля по сравнению с 150 литрами (40 галлонов США; 33 имп галлона) сланцевой нефти на одну тонну сланца. [4]
Критическая мера жизнеспособности сланца как источника энергии заключается в соотношении энергии, производимой сланцем, к энергии, используемой при его добыче и переработке, соотношение, известное как «возврат энергии на инвестированную энергию» ( EROEI ). Исследование 1984 года оценило EROEI различных известных месторождений сланца как варьирующийся от 0,7 до 13,3 [42], хотя известные проекты по добыче сланца утверждают EROEI от 3 до 10. Согласно World Energy Outlook 2010 , EROEI переработки ex-situ обычно составляет от 4 до 5, в то время как переработки in-situ он может быть даже ниже 2. Однако, согласно МЭА, большая часть используемой энергии может быть получена путем сжигания отработанного сланца или сланцевого газа. [31]
Вода, необходимая для процесса перегонки горючего сланца, имеет дополнительное экономическое значение: это может представлять проблему в районах с дефицитом воды .
Добыча сланца влечет за собой ряд экологических последствий, более выраженных при открытой добыче, чем при подземной. [43] К ним относятся кислотный дренаж, вызванный внезапным быстрым воздействием и последующим окислением ранее захороненных материалов, попадание металлов, включая ртуть [44], в поверхностные и грунтовые воды, повышенная эрозия , выбросы сернистого газа и загрязнение воздуха, вызванное образованием твердых частиц во время обработки, транспортировки и вспомогательных работ. [45] [46] В 2002 году около 97% загрязнения воздуха, 86% от общего объема отходов и 23% загрязнения воды в Эстонии были связаны с электроэнергетикой, которая использует сланец в качестве основного ресурса для производства электроэнергии. [47]
Добыча сланца может нанести ущерб биологической и рекреационной ценности земли и экосистемы в районе добычи. Сжигание и термическая обработка генерируют отходы. Кроме того, выбросы в атмосферу от переработки и сжигания сланца включают углекислый газ , парниковый газ . Экологи выступают против производства и использования сланца, поскольку он создает еще больше парниковых газов, чем обычное ископаемое топливо. [48] Экспериментальные процессы преобразования in situ и технологии улавливания и хранения углерода могут уменьшить некоторые из этих проблем в будущем, но в то же время они могут вызвать другие проблемы, включая загрязнение грунтовых вод . [49] Среди загрязнителей воды, обычно связанных с переработкой сланца, есть кислород и азот гетероциклические углеводороды. Обычно обнаруживаемые примеры включают производные хинолина , пиридин и различные алкилгомологи пиридина ( пиколин , лутидин ). [50]
Проблемы с водой являются чувствительными вопросами в засушливых регионах, таких как западная часть США и пустыня Негев в Израиле , где существуют планы по расширению добычи сланца, несмотря на нехватку воды. [51] В зависимости от технологии, надземная перегонка использует от одного до пяти баррелей воды на баррель произведенного сланцевого масла. [12] [52] [53] [54] В программном заявлении о воздействии на окружающую среду 2008 года , выпущенном Бюро по управлению земельными ресурсами США , говорится, что поверхностная добыча и операции по перегонке производят от 2 до 10 галлонов США (от 7,6 до 37,9 л; от 1,7 до 8,3 имп галлона) сточных вод на 1 короткую тонну (0,91 т) переработанного сланца. [52] Переработка на месте , согласно одной оценке, использует примерно одну десятую воды. [55]
Активисты -экологи , включая членов Greenpeace , организовали мощные протесты против сланцевой промышленности. В результате Queensland Energy Resources приостановила в 2004 году предложенный проект Stuart Oil Shale в Австралии. [45] [56] [57]
{{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь ){{cite conference}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь )