Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2016 » Февраль » 8 » Горючие сланцы
18:48
Горючие сланцы

    Среди всех углеводородных ископаемых материалов, горючие сланцы представляют незначительную долю, их вклад в общую теплотворную способность всего ископаемого топлива всего 0,1-0,3% (разведанные запасы). Более точная оценка затруднительна, так как горючие сланцы образуют протяженные месторождения в форме пластов и линз, содержание органических компонентов по объему месторождения может весьма сильно отличатся. Несмотря на это, технологии добычи и использования горючих сланцев интенсивно развиваются.
    Горючие сланцы образуются в результате формирования осадочных пород в прибрежной зоне. Если бы формирование происходило на суше, месторождение было бы ближе к торфу, если бы содержание органических соединений в минеральной фазе было побольше, тогда сформировалось бы месторождение нефти. Низкое содержание органических компонентов в горючих сланцах (20-35%) стало следствием быстрого формирования месторождения из-за смещения тектонических плит и/или малой интенсивности растительности и микрофлоры в данном регионе (например, из-за низкой температуры или высокой вулканической активности).
    Горючие сланцы имеют слоистую, реже плотную структуру, что определяется характером дна – глинистое или илистое. Если дно илистое, тогда сланцы имеют слоистую структуру, и отличаются более высокой гигроскопичностью. Если дно илистое, то есть, в нем больше доля минерального ила, при этом меньше глинистых включение, способных легко набухать, тогда сланцы содержат больше диоксида кремния, и отличаются большей плотностью.
    По характеру органической фазы (керогена), горючие сланцы различают на сапропелитовые и гумитовые. В первом типе доминирует органическая фаза животного происхождения (планктон, рыбы и пр.), во втором типе доминируют водоросли и кораллы. Минеральная фаза преимущественно включает карбонат кальция, несколько меньше бокситов, силикатов и диоксида кремния. В виде примесей содержатся оксиды железа, магния, соли. Органическая фаза напоминает по составу каменноугольную смолу, доминируют ароматические, алициклические, гетероатомные циклы и полифенолы. Образование органической фазы на дне водоема (мал доступ воздуха) обуславливает достаточно высокую среднюю молекулярную массу ароматических соединений, что видно по температуре кипения фенольных соединений пиролизной смолы из горючих сланцев.
    Состав экстракционного карогена горючих сланцев:  
    Осадочная природа горючих сланцев обуславливает значительное содержание серы, что объясняется, как внесением серы с растительными и животными материалами, так и вымывание серы из минерального ила. Высокое содержание серы снижает ценность сланцев как топлива, но, позволяет использовать топочные газы для извлечения диоксида серы в целях производства серной кислоты (за неимением лучшего сырья).
    Большая часть горючих сланцев используется в качестве топлива (до 75%). Теплота сжигания достигает в среднем 6-11 МДж/кг, средняя влажность при этом составляет 10-15%. При сгорании сланцев остается много золы, богатой карбонатом кальция, что позволяет использовать золу в качестве сырья цементной промышленности.
    Основной метод переработки горючих сланцев в промышленности, заключается в пиролизе. При низкотемпературном пиролизе (полукоксование) 450-550*С, получают 10-30% смолы, газовый бензин 1,0-1,5%, пирогенную воду и горючие газы с высокой теплотой сгорания. Содержание фенолов в пирогенной смоле составляет порядка 20-25%, что позволяет использовать ее в качестве сырья хим. промышленности, например, для изготовления антисептиков, растворителей, противоэрозионных препаратов, шпалопропиточного масла, пластификаторов, электродного кокса, дорожного битума и пр. При необходимости, из сланцевой смолы выделяют тиофен, бензтиофен, сырье для производства ихтиола и др.
    Высокотемпературный пиролиз (950 – 1000*С) сланцев дает бытовой газ (350-400 м3/тонна), удельная теплота сгорания которого составляет 16-18 МДж/кг., газовый бензин в количестве 10 кг на тонну сланцев, и смолу (50 кг на тонну).
    Обычно залежи горючих сланцев сопровождают месторождения нефти и углей, реже образуют протяженные шлейфы вдоль береговой линии кембрийского и мелового периодов. Низкая теплота сгорания (на уровне средней древесины и даже хуже) при высокой зольности горючих сланцев (хуже любого из углей), делают сланцы очень не предпочтительным топливом. Глубокая химическая переработка сланцев производится лишь при недостатке другого углеводородного сырья (например, при эмбарго). Ограниченно применяют технологию подземной газификации сланцев. Технология заключается в бурении ряда скважин до дна сланцевого пласта, после чего по трубам подают воздух и поджигают сланцы под землей (на глубине 100-500 метров). Сланцы параллельно подвергаются неполному сгоранию (как уголь в газогенераторе), продукты сгорания богаты угарным газом (до 40%), негорючими диоксидом углерода (3-12%) и азотом (до 30%). Теплота неполного сгорания используется также для пиролиза соседних пластов сланцев, что обогащает газ органикой (метан, ацетиле, этилен, пропан, бензол и пр.). Недостатки технологии налицо, от утечек в атмосферу токсичных продуктов сгорания, до низкой экономической целесообразности использования за счет частичного подземного сгорания сланцев. Провалы почвы и лесные пожары иногда дополняют общую картину.
     КПД использования сланцев при подземной газификации может быть немного повышена за счет использования тепла выходящих из под земли газов (температура 30-200*С, в зависимости от глубины горения, зольности сланцев и степени выгорания скважины). Теплоту конвертируют при помощи теплообменника, охлажденный газ с теплотой сгорания порядка 9-16 МДж/кг, сжижают компрессором (при этом остается еще немного богатого сероводородом и диоксидом серы водяного конденсата) и транспортируют по трубопроводам к потребителю (ТЭС или ТЭЦ).

      Другой метод предусматривает добычу только сопутствующих газов, без значительного изменения твердой фазы сланцев. Этот метод "гидравлического разрыва пласта". В данном случае, в скважину закачивают под давлением смесь из воды, кислот и ПАВ, причем, под значительным давлением, затем подают в скважину воздух в смеси с перегретым водяным паром под давлением до 80 атм. Происходит взрыхление сланцевого пласта, сопровождаемое повышением водопроницаемости сланцев и придание пласту пористости. Как следствие, имеющиеся в пласте газы выходят через скважину. Примесь закачанного в скважину воздуха в выходящем газе обычно не превышает 2-7%, что более-менее безопасно в пожарном отношении.

    Метод "гидравлический разрыв сланцевого пласта" несколько более экологически безопасен, чем метод подземной газификации, но, он приводит к снижению рентабельности дальнейшей добычи сланцев в данном районе, нарушению гидродинамического баланса почвы (вплоть до пересыхания отдельных рек или образования новых болот), кроме того, сильно загрязняются грунтовые воды на глубине до 200-300 метров. Иначе говоря, местность становится практически непригодной для проживания. Известно множество случаев, когда из-за интенсивной добычи сланцевого газа по методу гидравлического разрыва пласта, в радиусе десятков километров от места добычи из водопроводных кранов (артезианские скважины) в смеси с водой выходил метан, а вода в глубоких колодцах содержала использованные для добычи газа ПАВ. Как и метод подземной газификации, метод гидравлического разрыва пласта является примитивной и опасной технологией.

     Прямая добыча сланцевого газа простым бурением скважин (иногда с их продувкой кумулятивными перфораторами), не столь рентабельна как добыча обычного природного газа, так как, содержание сланцевого газа в пласте низкое, а извлечь его трудно.

Категория: Топливо и энергетика | Просмотров: 546 | Добавил: Chemadm | Теги: углеводородное сырье, сланцевый газ, тепловая энергетика | Рейтинг: 5.0/3
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]