Разработка и использование сланцевого газа в качестве энергоносителя

Разработка  и использование сланцевого газа в качестве энергоносителя.

Горючий сланец относится к топливно-энергетическому  и химическому сырью и является нетрадиционным источником углеводородного  сырья.

Горючий сланец - полезное ископаемое, залегающее на сравнительно небольших глубинах, относится к группе твердых каустобиолитов и состоит из органического вещества (10-50% по массе) и минеральной части. Промышленную ценность представляет как органическая, так и минеральная части сланцев, основными компонентами которой являются карбонаты и алюмосиликаты.

Сланцы используются для энергетических и технологических  целей: в качестве топлива в производстве тепловой и электроэнергии (при прямом сжигании), являются сырьем для получения  жидкого топлива (при глубокой переработке), а также сырьем для химической, металлургической отраслей и строительства. горючий сланец топливо термохимический

Горючий сланец состоит из преобладающих минеральных (кальцыты, доломит, гидрослюды, монтмориллонит, каолинит, полевые шпаты, кварц, пирит и др.) и органических частей (кероген), последняя составляет 10—30 % от массы породы и только в сланцах самого высокого качества достигает 50—70 %. Органическая часть является био- и геохимически преобразованным веществом простейших водорослей, сохранившим клеточное строение (талломоальгинит) или потерявшим его (коллоальгинит); в виде примеси в органической части присутствуют измененные остатки высших растений (витринит, фюзенит, липоидинит).

Горючие сланцы бывают нескольких типов: 

• сапропелитовые-кукерситы. Эти горючие сланцы состоят в основном из продуктов превращения простейших водорослей и животных материалов. • гумито-сапропелитовые. Эти горючие сланцы состоят в основном из измененных остатков высших растений.

Горючий сланец используется в качестве топлива и энергохимического сырья. Из сланцевой руды, например, хорошо получаются различные химические продукты. Это фенолы, пластификаторы, клеевые вещества, а так же вещества для борьбы с эрозией почв и борьбы с сорняками. Из отходов горючих сланцев получаются строительные материалы (цемент и прочее). В основном сейчас горючие сланцы рассматривают как возможное сырье для получения нефти и газа.

Горючие сланцы Беларуси представляют собой глинистые, мергелистые, известковистые и туфогенно-карбонатные  породы, содержащие от 2-3% до 28% органического вещества сапропелевой природы.

В Беларуси выявлено два месторождения горючих сланцев - Туровское и Любанское. Прогнозные ресурсы Любанского месторождения - 1,2 млрд.т, Туровского - 2,7 млрд.т. Глубина  залегания сланцев - от 50 м до 375 м, мощность пласта - от 0,6 м до 2,7 м.

Белорусские сланцы характеризуются низким качеством: низшая теплота их сгорания составляет 1-1,5 тыс.ккал на кг, зольность - 78-80%, выход  первичной смолы - 7,8-9,5%, выход летучих  соединений - 15-25%, содержание серы - 2-3%. Они непригодны для прямого сжигания и требуют предварительной химической переработки. При проведении геологоразведочных работ на месторождениях свободного сланцевого газа не установлено.

Разработка горючих  сланцев с учетом глубин залегания и мощности пластов может осуществляться только подземным (шахтным) способом. Вовлечение ресурсов горючих сланцев в топливный баланс республики возможно путем их термической переработки с твердым теплоносителем. Эта технология отработана и имеет самую высокую эффективность использования горючих сланцев. При переработке 5 млн.т в год горючих сланцев Туровского месторождения по данной технологии можно получить около 300-325 тыс.т сланцевой нефти, газового бензина - 45-50 тыс.т, газа - 175-275 млн.куб.м.

Исходя из особенностей горючих сланцев в Беларуси и  условий их залегания, получение  сланцевого газа методом подземной  газификации не представляется возможным. Определенные надежды возлагаются  сегодня на наземные технологии переработки  этих полезных ископаемых.  

Вообще технологии, связанные с искусственным получением жидких и газообразных энергоносителей  из твердых видов топлива путем  термической обработки, прекратили свое активное существование в 70-х  годах прошлого века, не выдержав элементарной конкуренции, когда начала бурно развиваться добыча природного газа и нефти. При дешевой нефти добывать и перерабатывать горючие сланцы, обнаруженные в Беларуси еще в 60-е годы прошлого века, было экономически невыгодно. С учетом нынешней цены нефти переработка горючих сланцев пока по-прежнему может казаться не очень экономически выгодной. Но если цена барреля нефти будет свыше 100 долларов (тонна нефти, соответственно, 600 долларов), то переработка горючих сланцев в Беларуси станет экономически целесообразной. Во всяком случае, надо быть готовыми к изменению ситуации и хорошо представлять, что мы можем получить из собственных сырьевых ресурсов.

В Институте  природопользования НАН Беларуси есть лабораторные установки, на которых  мы можем получить газ из бурого угля, торфа, растительной биомассы и  горючих сланцев. Это оборудование хорошо моделирует те процессы, которые имеют место в промышленности. В 2007 году, когда геологи достали нам технологическую пробу – 150 килограммов горючих сланцев Туровского месторождения, мы провели исследование на наших установках. В результате подтвердился выход смолы в 8-10 процентов (это 100 килограммов) и горючих газов – пять процентов (около 40 кубических метров высококалорийного газа) из тонны сланца. Сегодня мы отрабатываем технологии, которые позволят добиться максимального выхода либо жидких продуктов, либо газа. Во что перерабатывать горючие сланцы – в смолу (сланцевую нефть) или газ, зависит от потребностей каждой страны. Если ставится задача максимального получения сланцевой нефти, предлагается одна технология, с одной температурой пиролиза (термического разложения вещества без доступа воздуха). Если нужен высокий выход сланцевого газа, соответственно, требуется совсем другая технология с иным температурным режимом. При пиролизе в неподвижном слое получаем около пяти процентов газа, а при пиролизе в подвижном слое в два раза больше. Наиболее прогрессивной считается сейчас технология с твердым теплоносителем (пиролиз сланца в подвижном слое, где он нагревается за счет собственной золы).

Именно эта  технология используется в Эстонии, где добыча и переработка сланцев очень развита. При переработке горючих сланцев на агрегатах с твердым теплоносителем УТТ-3000 (его цена около 100 млн. долларов, производительность миллион тонн в год) получается 65 тыс. тонн смолы, газового бензина – около 10 тыс. тонн, газа – 36-58 млн. кубометров, золы – 750 тыс. тонн в год из миллиона тонн. Из сланцевой нефти можно получить бензин, дизельное топливо и мазут. Самый серьезный недостаток данной технологии переработки горючих сланцев состоит в высоком выходе золы. Поэтому свою задачу сейчас мы видим в том, чтобы найти применение минеральной части горючих сланцев, свести к минимуму негативные для экологии последствия, которые неизбежны при любом способе переработки. Мы рекомендуем использовать золу в дорожном строительстве, для получения строительных материалов, в сельском хозяйстве. Сейчас все чаще говорят о том, что применение золе можно найти, рационально ее использовать и не создавать огромных отходов. В этом случае, по нашим предварительным расчетам, себестоимость сланцевой нефти может составлять примерно 600 долларов за тонну.  

Повышение эффективности  горючих сланцев возможно за счет их совместной термической обработки  с торфом, бурыми углями, сапропелем или полимерными отходами, что  позволит повысить выход целевых продуктов и снизить их себестоимость. Выход смолы, скажем, при переработке горючих сланцев с сапропелями (то вещество, из которого сланцы образовались) примерно в два-три раза больше. Переработка горючих сланцев с полимерными отходами (полипропилен, полиэтилен, или изношенные шины) тоже дает очень хорошие экономические показатели. Одним словом, если задействовать весь потенциал твердых горючих ископаемых (торф, бурый уголь и сланцы), а также горючие отходы, то значительный процент топливных ресурсов в перспективе можно получать из местного сырья.

Но для того, чтобы получение сланцевой нефти (или газа) приобрело промышленные масштабы, нужно провести детальную  разведку месторождений и организовать добычу горючих сланцев. Только в  этом случае можно говорить о составлении бизнес-проекта для реализации.

Предварительно  можно сказать, что, несмотря на невысокое  качество наших горючих сланцев  при соответствующих технологии и оборудовании, методом термохимической  переработки можно получить ценные углеводородные жидкие и газообразные энергоносители.