Сланцевое масло — это нетрадиционная нефть, получаемая из фрагментов горючего сланца путем пиролиза , гидрогенизации или термического растворения . Эти процессы преобразуют органическое вещество в породе ( кероген ) в синтетическую нефть и газ . Полученную нефть можно сразу использовать в качестве топлива или модернизировать для соответствия спецификациям сырья для нефтеперерабатывающих заводов путем добавления водорода и удаления примесей, таких как сера и азот . Очищенные продукты можно использовать для тех же целей, что и те, которые получены из сырой нефти .
Термин «сланцевая нефть» также используется для сырой нефти, добываемой из сланцев других нетрадиционных формаций с очень низкой проницаемостью. Однако, чтобы снизить риск путаницы между сланцевой нефтью, добываемой из сланца, и сырой нефтью из нефтеносных сланцев, для последнего предпочтительнее использовать термин « плотная нефть ». [1] Международное энергетическое агентство рекомендует использовать термин « легкая плотная нефть », а в отчете Всемирного энергетического совета « Мировые энергетические ресурсы» за 2013 год для сырой нефти из нефтеносных сланцев используется термин « плотная нефть ». [2] [3]
Горючий сланец был одним из первых источников минерального масла, используемого людьми. [4] В 10 веке арабский врач Масавайх аль-Мардини (Месуе Младший) впервые описал метод извлечения масла из «какого-то битуминозного сланца». [5] Сообщалось также, что его использовали в Швейцарии и Австрии в начале 14 века. [6] В 1596 году личный врач Фридриха I, герцога Вюртембергского, писал о его целебных свойствах. [7] Сланцевое масло использовалось для освещения улиц Модены , Италия , на рубеже 18 века. [7] В 1694 году Британская корона выдала патент трем лицам, которые «нашли способ извлекать и производить большие количества смолы, дегтя и масла из определенного вида камня». [7] [8] [9] Позже продаваемый как Betton's British Oil, дистиллированный продукт, как говорят, был «испробован разными людьми при болях и болях с большой пользой». [10] Современные отрасли добычи сланцевого масла были созданы во Франции в 1830-х годах и в Шотландии в 1840-х годах. [11] Масло использовалось в качестве топлива, как смазка и ламповое масло; промышленная революция создала дополнительный спрос на освещение. Оно служило заменой все более дефицитному и дорогому китовому жиру . [7] [12] [13]
В конце 19 века заводы по добыче сланцевого масла были построены в Австралии , Бразилии и Соединенных Штатах . 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 века, операции по добыче начались, были разведаны или возобновлены в Соединенных Штатах, Китае, Австралии и Иордании . [15]
Сланцевое масло добывают путем пиролиза, гидрогенизации или термического растворения горючего сланца. [16] [17] Пиролиз породы выполняется в реторте , расположенной либо над землей, либо внутри самой горной породы. По состоянию на 2008 год большинство отраслей сланцевой промышленности выполняют процесс извлечения сланцевого масла после того, как порода добыта, измельчена и транспортирована на установку для реторты, хотя несколько экспериментальных технологий выполняют процесс на месте ( in-situ ). Температура, при которой кероген разлагается на пригодные для использования углеводороды, варьируется в зависимости от временных рамок процесса; в процессе надземной реторты разложение начинается при 300 °C (570 °F), но протекает быстрее и полнее при более высоких температурах. Разложение происходит наиболее быстро при температуре от 480 до 520 °C (900 и 970 °F). [16]
Гидрогенизация и термическое растворение (реактивные процессы жидкости) извлекают нефть с использованием доноров водорода , растворителей или их комбинации. Термическое растворение включает применение растворителей при повышенных температурах и давлениях, увеличивая выход нефти за счет крекинга растворенного органического вещества. Различные методы производят сланцевое масло с различными свойствами. [17] [18] [19] [20]
Критическая мера жизнеспособности добычи сланцевой нефти заключается в соотношении энергии, производимой сланцем, к энергии, используемой при его добыче и переработке, соотношении, известном как «энергия, возвращенная на инвестированную энергию» ( EROEI ). EROEI 2 (или соотношение 2:1) будет означать, что для производства 2 баррелей фактической нефти необходимо сжечь/потребить эквивалент энергии 1 барреля нефти. Исследование 1984 года оценило EROEI различных известных месторождений сланца как варьирующийся от 0,7 до 13,3. [21] Более поздние исследования оценивают EROEI сланцев как 1–2:1 или 2–16:1 — в зависимости от того, учитывается ли собственная энергия как стоимость или внутренняя энергия исключается, и только приобретенная энергия учитывается как вход. [22] Royal Dutch Shell сообщила о EROEI от трех до четырех в 2006 году по своей разработке на месте в « Исследовательском проекте Mahogany ». [23] [24]
Количество нефти, которое может быть извлечено во время реторты, варьируется в зависимости от сланца и используемой технологии. [15] Около одной шестой части сланцев в формации Грин-Ривер имеют 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 дают от 10 до 25 галлонов США (от 38 до 95 л; от 8,3 до 20,8 имп галлонов) на тонну. (Десять галлонов США/тонна составляют приблизительно 3,4 тонны нефти на 100 тонн сланца.) Около половины сланцев в формации Грин-Ривер дают менее 10 галлонов США/тонну. [25]
Основные мировые производители сланцевого масла опубликовали данные о выходе продукции для своих коммерческих операций. Fushun Mining Group сообщает о производстве 300 000 тонн сланцевого масла в год из 6,6 миллионов тонн сланца, выход 4,5% по весу. [26] VKG Oil утверждает, что производит 250 000 тонн нефти в год из 2 миллионов тонн сланца, выход 13%. [27] Petrobras производит на своем заводе Petrosix 550 тонн нефти в день из 6 200 тонн сланца, выход 9%. [28]
Свойства сырого сланцевого масла различаются в зависимости от состава исходного сланца и используемой технологии добычи . [29] Как и обычная нефть, сланцевое масло представляет собой сложную смесь углеводородов и характеризуется в соответствии с объемными свойствами масла. Обычно оно содержит большое количество олефиновых и ароматических углеводородов. Оно также может содержать значительное количество гетероатомов . Типичный состав сланцевого масла включает 0,5–1% кислорода , 1,5–2% азота и 0,15–1% серы ; некоторые месторождения содержат больше гетероатомов, чем другие. Часто также присутствуют минеральные частицы и металлы. [30] [31] Как правило, нефть менее жидкая, чем сырая нефть, и становится текучим при температурах от 24 до 27 °C (от 75 до 81 °F), в то время как обычная сырая нефть течет при температурах от −60 до 30 °C (от −76 до 86 °F); это свойство влияет на способность сланцевой нефти транспортироваться по существующим нефтепроводам . [30] [32] [33]
Сланцевое масло содержит полициклические ароматические углеводороды , которые являются канцерогенными . Агентство по охране окружающей среды США пришло к выводу, что сырое сланцевое масло имеет умеренный канцерогенный потенциал, сравнимый с некоторыми промежуточными продуктами нефтепереработки, в то время как улучшенное сланцевое масло имеет более низкий канцерогенный потенциал, поскольку большая часть полициклических ароматических соединений, как полагают, была разрушена путем гидрогенизации . [34] Всемирная организация здравоохранения классифицирует сланцевое масло как канцероген группы 1 для человека. [35]
Хотя сырое сланцевое масло можно сразу же сжигать как мазут, многие его применения требуют его модернизации. Различные свойства сырых масел требуют соответственно различных предварительных обработок, прежде чем его можно будет отправить на обычный нефтеперерабатывающий завод . [36]
Твердые частицы в сырой нефти засоряют последующие процессы; сера и азот загрязняют воздух . Сера и азот, а также мышьяк и железо , которые могут присутствовать, также разрушают катализаторы, используемые при переработке. [37] [38] Олефины образуют нерастворимые отложения и вызывают нестабильность. Кислород в нефти, присутствующий в более высоких концентрациях, чем в сырой нефти , способствует образованию разрушительных свободных радикалов . [31] Гидродесульфуризация и гидроденитрогенизация могут решить эти проблемы и привести к получению продукта, сопоставимого с эталонной сырой нефтью . [30] [31] [39] [40] Фенолы можно сначала удалить путем экстракции водой. [40] Для преобразования сланцевой нефти в транспортное топливо требуется корректировка соотношений водорода и углерода путем добавления водорода ( гидрокрекинг ) или удаления углерода ( коксование ). [39] [40]
Сланцевое масло, полученное с помощью некоторых технологий, таких как процесс Кивитер , может быть использовано без дальнейшей переработки в качестве компонента масла и источника фенольных соединений . Дистиллятные масла из процесса Кивитер также могут быть использованы в качестве разбавителей для тяжелых нефтей нефтяного происхождения и в качестве добавки, усиливающей адгезию, в битумных материалах, таких как асфальт. [40]
До Второй мировой войны большая часть сланцевого масла была улучшена для использования в качестве транспортного топлива. После этого оно использовалось в качестве сырья для химических промежуточных продуктов, чистых химикатов и промышленных смол, а также в качестве консерванта древесины для железной дороги . По состоянию на 2008 год оно в основном использовалось в качестве печного топлива и судового топлива, и в меньшей степени в производстве различных химикатов. [36]
Концентрация высококипящих соединений в сланцевой нефти подходит для производства средних дистиллятов, таких как керосин , реактивное топливо и дизельное топливо . [31] [41] [42] Дополнительный крекинг может создавать более легкие углеводороды, используемые в бензине. [31] [43]
«Бледное сульфированное сланцевое масло» (ПССО), сульфированный и нейтрализованный аммиаком вариант под названием «Ихтаммол» (химическое название: битумносульфонат аммония ), применяется и сегодня. [44]
Технически извлекаемые мировые запасы сланца недавно были оценены в 2,8–3,3 триллиона баррелей (450 × 109–520 × 109 м3 ) сланцевой нефти, при этом самые большие запасы находятся в Соединенных Штатах , где , как полагают, имеется 1,5–2,6 триллиона баррелей ( 240 × 109–410 × 109 м3 ) . [14] [41] [45] [46] Мировое производство сланцевой нефти оценивалось в 17 700 баррелей в день (2 810 м 3 /д) в 2008 году. Ведущими производителями были Китай (7 600 баррелей в день (1 210 м 3 /д)), Эстония (6 300 баррелей в день (1 000 м 3 /д)) и Бразилия (3 800 баррелей в день (600 м 3 /д)). [14]
Добыча сланцевой нефти была затруднена из-за технических трудностей и затрат. [47] В марте 2011 года Бюро по управлению земельными ресурсами США поставило под сомнение предложения о коммерческих операциях в Колорадо, Юте и Вайоминге, заявив, что «(т)еще не известны экономически выгодные способы добычи и переработки сланца в коммерческих целях». [48] Управление энергетической информации США иногда использует фразу «сланцевая (плотная) нефть» для обозначения плотной нефти, «сырой нефти ... добываемой непосредственно из плотных нефтяных ресурсов». В 2021 году США добывали 7,23 миллиона баррелей такой плотной нефти каждый день, что составляет около 64% от общего объема добычи сырой нефти в США. [49] МЭА также иногда называет плотную нефть «сланцевой нефтью», [50] но классифицирует любые продукты из сланца как твердое топливо . [51]
{{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь ){{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( 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 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 )Фракционная перегонка дает в основном высокомолекулярные углеводороды, которые затем можно расщеплять для получения желаемых углеводородов в диапазоне бензина.
{{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь )