Сланцевая нефть - Shale oil

Эта статья о синтетической нефти, полученной из горючего сланца. Для сырой нефти, содержащейся в сланцевых коллекторах, см. Тугое масло.

Сланцевая нефть является нетрадиционная нефть произведено из горючие сланцы фрагменты горных пород пиролиз, гидрирование, или термическое растворение. Эти процессы превращают органическое вещество в породе (кероген ) в синтетическая нефть и газ. Полученное масло можно сразу использовать в качестве топлива или улучшенный встречаться Очистительный завод сырье спецификации путем добавления водород и удаление примеси такие как сера и азот. Очищенные продукты могут использоваться для тех же целей, что и продукты, полученные из сырая нефть.

Термин «сланцевое масло» также используется для сырой нефти, добываемой из сланцев других пластов с очень низкой проницаемостью. Тем не менее, чтобы снизить риск смешения сланцевого масла, полученного из горючего сланца, с сырой нефтью из нефтеносных сланцев, термин "плотная нефть "предпочтительнее для последнего.[1] В Международное энергетическое агентство рекомендует использовать термин "легкое масло "и отчет World Energy Resources 2013 Мировой энергетический совет использует термин "плотная нефть «для сырой нефти в нефтеносных сланцах.[2][3]

История

Основная статья: История сланцевой промышленности
Три сланцевых кургана Западного Лотиана, свидетельство ранней парафиновой нефтяной промышленности в Шотландии XIX века

Горючий сланец был одним из первых источников минеральное масло используется людьми.[4] В 10 веке арабский врач Масаваих аль-Мардини (Месуэ Младший) впервые описал метод добычи нефти из «какого-то битумного сланца».[5] Сообщалось также, что он использовался в Швейцария и Австрия в начале 14 века.[6] В 1596 году личный врач Фридрих I, герцог Вюртембергский писал о его лечебных свойствах.[7] Сланцевое масло использовалось для освещения улиц Модена, Италия на рубеже 18 веков.[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, «с большим успехом был испытан разными людьми в Aches and Pains».[10] Современный добыча сланцевого масла отрасли были созданы в Франция в течение 1830-х годов и в Шотландия в течение 1840-х гг.[11] Масло использовалось как топливо, как смазка и масло для ламп; то Индустриальная революция создали дополнительный спрос на освещение. Он послужил заменой все более дефицитным и дорогим китовый жир.[7][12][13]

В конце 19 века в г. Австралия, Бразилия и Соединенные Штаты. Китай, Эстония, Новая Зеландия, Южная Африка, Испания, Швеция и Швейцария добывали 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 свою добывающую промышленность до начала 21 века.[11][14][15] В ответ на рост цен на нефть на рубеже XXI века добыча началась, разведана или возобновлена ​​в США, Китае, Австралии и других странах. Иордания.[15]

Процесс экстракции

Основная статья: Добыча сланцевого масла

Сланцевое масло добывают путем пиролиза, гидрирования или термического растворения горючего сланца.[16][17] Пиролиз породы осуществляется в возразить, расположенный либо над землей, либо внутри самого горного образования. По состоянию на 2008 г. большинство сланцевая промышленность выполнять процесс извлечения сланцевого масла после того, как порода 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, изменяется в зависимости от масштаба времени процесса; в наземном процессе автоклавирования разложение начинается при 300 ° C (570 ° F), но при более высоких температурах протекает быстрее и полностью. Наиболее быстро разложение происходит при температуре от 480 до 520 ° C (от 900 до 970 ° F).[16]

Гидрогенизация и термическое растворение (реактивные жидкостные процессы) извлекают нефть с использованием доноры водорода, растворители, или их сочетание. Термическое растворение включает применение растворителей при повышенных температурах и давлениях, увеличивая выход масла на треск растворенное органическое вещество. 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, соотношении, известном как «Возврат энергии на вложенную энергию» (EROEI ). EROEI, равный 2 (или соотношению 2: 1), будет означать, что для производства 2 баррелей фактической нефти необходимо сжечь / потребить 1 баррель нефти по энергии. 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] Роял Датч Шелл сообщил, что EROEI от трех до четырех в 2006 г. на месте развитие в "Исследовательский проект из красного дерева."[23][24]

Количество масла, которое можно извлечь во время автоклавы, зависит от сланца и используемой технологии.[15] Около шестой части горючих сланцев в Формация Грин Ривер иметь 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 галлона) 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 / тонну.[25]

Основные 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 млн тонн сланца добывает 250 000 тонн нефти в год, доходность 13%.[27] Petrobras производит в своих Петросикс завод 550 тонн нефти в сутки из 6 200 тонн сланца, выход 9%.[28]

Свойства

Свойства сырого сланцевого масла варьируются в зависимости от состава исходного горючего сланца и используемой технологии добычи.[29] Как и обычное масло, сланцевое масло представляет собой сложную смесь углеводородов, и для него характерны объемные свойства масла. Сланцевое масло обычно содержит большое количество олефиновый и ароматный углеводороды. Сланцевое масло также может содержать значительные количества гетероатомы. Типичный состав сланцевого масла включает 0,5–1% кислород, 1,5–2% азот и 0,15–1% сера, а некоторые месторождения содержат больше гетероатомов. Также часто присутствуют минеральные частицы и металлы.[30][31] Как правило, нефть менее текучая, чем сырая, поэтому становится текучий при температурах от 24 до 27 ° C (от 75 до 81 ° F), в то время как обычная сырая нефть разливается при температурах 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 канцерогенный. 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] В Всемирная организация здоровья классифицирует сланцевое масло как Канцерогены 1 группы людям.[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 обычную станцию. нефтеперегонный завод.[36]

Частицы засорение сырой нефти в последующих процессах; сера и азот Создайте загрязнение воздуха. Сера и азот, а также мышьяк и утюг что может присутствовать, также уничтожить катализаторы используется в рафинировании.[37][38] Олефины образуют нерастворимые отложения и вызывают нестабильность. В кислород в масле присутствует на более высоком уровне, чем в сырая нефть, поддается образованию деструктивных свободные радикалы.[31] Гидродесульфуризация и гидроденитрогенизация может решить эти проблемы и создать продукт, сопоставимый с эталонная сырая нефть.[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 удаление углерода (коксование ).[39][40]

Сланцевое масло, добываемое по некоторым технологиям, таким как Кивитер процесс, может использоваться без дополнительной очистки в качестве компонента масла и как источник фенольные соединения. Дистиллятные масла процесса Кивитера также могут использоваться в качестве разбавители для тяжелых масел нефтяного происхождения и в качестве добавки, улучшающей адгезию в битумные материалы такие как асфальт.[40]

Применение

Перед Вторая Мировая Война, большая часть сланцевой нефти была переработана для использования в качестве транспортного топлива. Впоследствии его использовали в качестве сырья для промежуточных химических продуктов, чистых химикатов и промышленных смол, а также в качестве железнодорожной древесины. консервант. 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 средние дистилляты такие как керосин, реактивное топливо и дизельное топливо.[31][41][42] Дополнительные треск может создавать более легкие углеводороды, используемые в бензине.[31][43]

Запасы и добыча

Основная статья: Запасы горючего сланца

Глобальные технически извлекаемые запасы горючего сланца недавно оценивались примерно в 2,8 - 3,3 триллиона баррелей (450×10^9 до 520×10^9 м3) сланцевой нефти с наибольшими запасами в Соединенные Штаты, который, как считается, составляет 1,5–2,6 триллиона баррелей (240×10^9–410×10^9 м3).[14][41][44][45] Мировая добыча сланцевого масла оценивалась в 17,700 баррелей в сутки (2,810 млн3/ г) в 2008 г. Ведущими производителями были Китай (7 600 баррелей в сутки (1210 м3/ г)), Эстония (6300 баррелей в сутки (1000 м3/ г)) и Бразилии (3800 баррелей в сутки (600 м3/ г)).[14]

Производство сланцевого масла затруднено из-за технических трудностей и затрат.[46] В марте 2011 года США Бюро землеустройства поставили под сомнение предложения в США о коммерческих операциях, заявив, что «(t) здесь нет еще известных экономически жизнеспособных способов добычи и переработки горючего сланца в коммерческих целях».[47]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Рейнсалу, Энно; Аарна, Индрек (2015). «О технических условиях сланца и сланцевого масла» (PDF). Горючие сланцы. Научно-технический журнал. 32 (4): 291–292. Дои:10.3176 / oil.2015.4.01. ISSN  0208-189X. Получено 2016-01-16.
  2. ^ МЭА (2013). Обзор мировой энергетики 2013. ОЭСР. п. 424. ISBN  978-92-64-20130-9.
  3. ^ Обзор мировых энергетических ресурсов 2013 г. (PDF). Мировой энергетический совет. 2013. с. 2.46. ISBN  9780946121298. Архивировано из оригинал (PDF) на 2014-02-21. Получено 2014-04-04.
  4. ^ Достровский, И. (1988). Энергия и недостающий ресурс: взгляд из лаборатории. Издательство Кембриджского университета. п.18. ISBN  978-0-521-31965-2. Получено 2009-06-02.
  5. ^ Форбс, Р.Дж. (1970). Краткая история искусства дистилляции от истоков до смерти Селье Блюменталя. Brill Publishers. С. 41–42. ISBN  978-90-04-00617-1.
  6. ^ «Горючие сланцы» (PDF). Колорадская горная школа. 2008: 2. Получено 2008-12-24. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  7. ^ а б c d 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). Геологическое общество Лондона: 1. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-02-06. Получено 2009-01-10. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  8. ^ Louw, S.J .; Аддисон, Дж. (1985). Ситон, А. (ред.). «Исследования шотландской сланцевой промышленности. Том 1 История отрасли, условия труда и минералогия сланцев Шотландии и формации Грин-Ривер. Заключительный отчет Министерства энергетики США» (PDF). Институт медицины труда: 35. DE-ACO2 - 82ER60036. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-07-26. Получено 2009-06-05. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)CS1 maint: использует параметр авторов (ссылка на сайт)
  9. ^ Кейн, Р.Ф. (1976). Тех Фу Йен; Чилингар, Джордж В. (ред.). Горючий сланец. Амстердам: Эльзевир. п. 56. ISBN  978-0-444-41408-3. Получено 2009-06-05.
  10. ^ Форбс, Р.Дж. (1970). Краткая история искусства дистилляции от истоков до смерти Селье Блюменталя. Brill Publishers. п. 250. ISBN  978-90-04-00617-1. Получено 2009-06-02.
  11. ^ 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). Научно-консультативный совет европейских академий: 1, 5, 12. Получено 2011-05-07. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  12. ^ Дошер, Тодд М. "Нефть". MSN Encarta. Архивировано из оригинал на 2008-04-21. Получено 2008-04-22.
  13. ^ «Горючие сланцы». Американская ассоциация геологов-нефтяников. Получено 2008-03-31.
  14. ^ а б c 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.
  15. ^ а б c 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. Получено 2007-07-09. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  16. ^ а б Коэль, Михкель (1999). «Эстонский сланец». Горючие сланцы. Научно-технический журнал (Дополнительно). ISSN  0208-189X. Получено 2008-12-24.
  17. ^ 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 оригинал (PDF) на 2012-02-24. Получено 2009-06-09.
  18. ^ Горлов, Э. (Октябрь 2007 г.). «Термическое растворение твердого ископаемого топлива». Химия твердого топлива. 41 (5): 290–298. Дои:10.3103 / S0361521907050047. ISSN  1934-8029.
  19. ^ Коэль, Михкель; Ljovin, S .; Hollis, K .; Рубин, Дж. (2001). «Использование неотерических растворителей в исследованиях горючего сланца» (PDF). Чистая и прикладная химия. 73 (1): 153–159. Дои:10.1351 / pac200173010153. ISSN  0033-4545. Получено 2010-01-22.
  20. ^ Болдуин, Р. М .; Bennett, D.P .; Брайли, Р. А. (1984). «Реакционная способность горючего сланца по отношению к гидрированию растворителем». Американское химическое общество. Отделение нефтехимии. 29 (1): 148–153. ISSN  0569-3799. OSTI  6697587.
  21. ^ 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. Дои:10.1126 / science.225.4665.890. ISSN  0036-8075. PMID  17779848. Получено 2007-08-28.
  22. ^ 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. Дои:10.1021 / ef900678d. ISSN  0887-0624. (требуется подписка).
  23. ^ «Проект испытания горючего сланца. Проект исследования и разработки горючего сланца» (PDF). Shell Frontier Oil and Gas. 2006-02-15. Архивировано из оригинал (PDF) на 2008-05-27. Получено 2007-06-30. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  24. ^ Рейсс, Спенсер (13 декабря 2005 г.). "Нажатие на каменное поле". Журнал WIRED. Получено 2007-08-27.
  25. ^ "Информационный бюллетень: Ресурсы горючего сланца США" (PDF). Министерство энергетики США. Получено 2009-01-10.
  26. ^ Промитис, Гунтис (2008-11-03). «Сланцевое обещание» (PDF). Журнал Нефть и Газ. PennWell Corporation: 16. Получено 2011-10-09.[постоянная мертвая ссылка ]
  27. ^ "VKG Oil AS". Viru Keemia Grupp. Архивировано из оригинал на 2011-09-07. Получено 2011-10-09.
  28. ^ 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 оригинал (PDF) на 2008-05-27. Получено 2007-06-29.
  29. ^ МакКетта, Джон Дж. (1994). Энциклопедия химической обработки и дизайна. 50. CRC Press. п. 49. ISBN  978-0-8247-2601-0. Получено 2009-06-02.
  30. ^ а б c Ли, Сонгю (1991). Технология горючего сланца. CRC Press. п. 7. ISBN  978-0-8493-4615-6. Получено 2008-12-24.
  31. ^ а б c d е Спейт, Джеймс (2008). Справочник по синтетическому топливу. McGraw-Hill Professional. п. 188. ISBN  978-0-07-149023-8. Получено 2008-12-24.
  32. ^ 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.
  33. ^ «Оценка рынка сланцевой нефти». База данных источников энергии. 1979 г. OSTI  5749060. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  34. ^ Slawson, G.C .; Тех Фу Йен, ред. (1979). Сборник отчетов по сланцевой технологии. 1. Агентство по охране окружающей среды США, Управление исследований и разработок, экологический мониторинг и вспомогательная лаборатория. п. 115. ISBN  978-2-7108-0685-1.
  35. ^ 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. Получено 16 февраля 2016.
  36. ^ а б Пурга, Яанус (16 октября 2007 г.). Сланцевые продукты - производство, качество и проблемы рынка (PDF). 27-й симпозиум по сланцу. Голден, Колорадо: Колорадская горная школа. Получено 2008-12-24.
  37. ^ 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» (PDF). Прикладная и экологическая микробиология. 72 (3): 2235–2238. Дои:10.1128 / AEM.72.3.2235-2238.2006. ЧВК  1393234. PMID  16517679. Получено 2008-12-28.
  38. ^ «Способ обработки горячего сланцевого масла, выходящего из реторты - Патент США № 4181596». freepatentsonline.com. Получено 2008-12-28.
  39. ^ 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. Получено 2008-12-24.
  40. ^ а б c d Мёльдер, Леви (2004). «Эстонская промышленность по переработке сланца на распутье» (PDF). Горючие сланцы. Научно-технический журнал. 21 (2): 97–98. ISSN  0208-189X. Получено 2008-12-25.
  41. ^ а б Эндрюс, Энтони (13 апреля 2006 г.). «Горючие сланцы: история, стимулы и политика» (PDF). Исследовательская служба Конгресса. RL33359. Получено 2008-12-24. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  42. ^ Эндрюс, Энтони (17 ноября 2008 г.). «Разработки в горючем сланце» (PDF). Исследовательская служба Конгресса. RL34748. Получено 2008-12-24. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  43. ^ Джеймс Жирар (2004). Принципы химии окружающей среды. Джонс и Бартлетт. ISBN  978-0-7637-2471-9. Фракционная перегонка дает в основном высокомолекулярные углеводороды, которые затем можно подвергнуть крекингу с получением желаемых углеводородов в диапазоне бензина.
  44. ^ «Годовой прогноз развития энергетики на 2006 год» (PDF). Управление энергетической информации. Февраль 2006 г.. Получено 2007-06-22. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  45. ^ «Национальная стратегическая модель нетрадиционных ресурсов NPR» (PDF). Министерство энергетики США. Апрель 2006 г.. Получено 2007-07-09. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  46. ^ Краушаар, Джек П. и Роберт А. Ристинен. Энергия и окружающая среда-2-е изд. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Wiley & Sons Inc., 2006. 54–56.
  47. ^ 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. Получено 2011-10-09.