Горючие сланцы и сланцы вообще: обзорная статья

Материалы по сланцевому газу на EnergyFuture.Ru смотрите тут :FAQ от EnergyFuture.RU по сланцевому газу

ГОРЮЧИЕ СЛАНЦЫ – АЛЬТЕРНАТИВНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ХИМИИ

А. Л. Лапидус, Ю. А. Стрижакова

В настоящее время в качестве основных источ­ников сырья для химической промышленности рассматривают нефть и природный газ. Вместе с тем для устойчивого развития страны сырьевая база промышленности должна быть достаточно гибкой и основываться на применении различных взаимозаменяемых видов органического сырья. С этой точки зрения большую ценность имеют уголь и горючие сланцы, разведанные запасы ко­торых в Рф и за рубежом очень велики. Отме­тим, что для ряда регионов их использование мо­жет быть экономически оправдано уже сейчас. Уголь как альтернативное сырье для органичес­кого синтеза приобретает в последнее время все большее значение. Многие научные исследова­ния направлены на разработку новых методов по­лучения различных органических веществ из син­тез-газа, образующегося при газификации угля либо горючих сланцев, а также на модернизацию уже существующих процессов. В первой полови­не прошлого столетия исследования в области уг­лехимии развивались весьма интенсивно. К ним тесно примыкали работы по изучению состава иструктуры горючих сланцев, их химической пере­работке. Некоторый всплеск научного и промы­шленного интереса к данным проблемам в период нефтяного кризиса 70-х годов XX в. сменился в настоящее время резким снижением объемов этих исследований в нашей стране. Особенно не­благополучно обстоят дела в области использова­ния и химической переработки сланцев. Бытует мнение, что такой богатой природным газом и нефтью стране, как Россия, не следует тратить средства и время на работы в области угле- и сланцехимии. Не вдаваясь в полемику, отметим только, что, учитывая высокий уровень прежних и нынешних поисковых и опытно-конструктор­ских работ отечественных ученых в этих направ­лениях, вполне можно рассчитывать на создание у нас наукоемких технологий современного уров­ня, их использование и возможность экспорта.

В данной работе мы ограничимся рассмотре­нием истории становления, развития и перспектив химической переработки волжских сланцев, осве­тив также и некоторые общие вопросы, касаю­щиеся проблемы в целом, с учетом опыта других стран.

Прежде всего отметим, что для синтеза цен­ных химических продуктов наиболее перспектив­ной стадией переработки сланцев является тер­мическое воздействие с целью получения смолы и синтез-газа. Первое упоминание об использова­нии горючих сланцев относится к 1694 г. Само слово petroleum («каменное масло») означало раньше сланцевую смолу, и лишь впоследствии так стали называть нефть. В 1838 г. было поло­жено начало сланцевой промышленности Фран­ции, затем сланец стали перерабатывать в Шот­ландии, США, Австралии, Бразилии, Новой Зе­ландии, Швейцарии, Испании, Южной Африке, Чехословакии. Во многих из названных стран пе­реработка сланца осуществлялась лишь в отдель­ные периоды и в ограниченных масштабах.

По данным ИИ АСА [1], к середине 1980-х го­дов ресурсы сланцевой смолы в запасах горючих сланцев в разных странах распределялись следующим образом (млрд. т условного топлива): США – 280, территория СССР – 120, Бразилия -110, Китай – 68, Заир – 14, Марокко – 13, Италия -10, Канада – 6.1, Австралия – 24, Швеция – 1.5, Мадагаскар – 1.4, Франция – 1.

Непрерывный рост мирового энергопотребле­ния сопровождается истощением основных энер­гетических ресурсов, особенно нефти. Запасы же горючих сланцев огромны и составляют около 6.5 х 10¹³ т. Есть сведения, что ресурсы органиче­ского углерода, аккумулированного в сланцах, превышают запасы всех других видов топлив, вместе взятых [1]. Актуальным становится во­прос о переработке горючих сланцев в жидкое топливо и другие химические продукты. В пере­счете на эквивалентную нефть (условное топли­во), выделяемую в стандартной реторте, запасы сланцев составляют 630 млрд. т, что значительно превышает мировые ресурсы жидких углеводо­родов – 280 млрд. т [1, с. 7].

Запасы сланцев в Грин Ривер (США) в пере­счете на смолу составляют 300 млрд. м³. При со­временном уровне потребления нефти они способ­ны обеспечить США жидким топливом в течение 300 лет. Если же сланцы данного месторождения переработать не в смолу, а в газ, то это позволит получить 170 трлн. м³, что в 21 раз больше запа­сов газа, имеющихся в стране [1, с. 9].

В России известны сланцевые месторождения в Волжском, Прибалтийском (Ленинградская обл.), Печоро-Тиманском и Вычегодском бассейнах. Есть сланцы в Белоруссии, Украине, Казахстане, крупными их запасами располагает Эстония. В разные годы добыча сланцев на указанных рос­сийских месторождениях изменялась в пределах от 1.3 до 37.4 млн. т. На Ленинградском месторождении (г. Сланцы) их ежегодно добывают 2-2.5 млн. т. Из них 1.5-2 млн. т отправляют в Эс­тонию на электростанцию в Нарве, а остальное количество перерабатывают с получением раз­личных продуктов и сланцехимического сырья [2].

Главными месторождениями в Самарской об­ласти, имеющими промышленное значение, мож­но назвать залежи Ундорского и Кашпирского районов, Общего Сырта. Ундорское залегание сланцев, расположенное на правом берегу Волги к северу от Ульяновска, простирается на 90 км и со­стоит из семи пластов небольшой мощности. Общесыртовское, самое крупное из трех названных,залегает четырьмя пластами, из которых второй и третий наиболее мощные и высокоценные. Их теплотворная способность (4000-4400 кал/кг) лишь немного уступает по калорийности бурому углю [3]. Сланцы Кашпирского района залегают четырьмя промышленными пластами суммарной мощностью 1.6-1.7 м, с прослойками породы та­кой же мощности. В отведенных для добычи гра­ницах вокруг Кашпирского рудника находится 11.3 млн. т (по справочным данным 1991 г.), а все
месторождение содержит свыше 5 млрд. т горю­чего сланца. Однако на протяжении последних  35 лет добыча сланцев в этом районе производи­лась лишь на Кашпирском месторождении, где  разрабатывались только три пласта. Располо­женное в 17 км от Сызрани, на берегу Волги,
вблизи от железной дороги, от Самары и приле­ гающих промышленных центров, это месторож­дение оказалось наиболее выгодным и перспек­тивным.

Сланцы Волжского бассейна относятся к срав­нительно молодым отложениям юрского перио­да. Состав их органической массы отличается от­носительным постоянством. Установлено [4], что исходным материалом для них служили колонии микроводорослей из группы желто-зеленых. На­копление и превращение исходного материала было одним из звеньев общей цепи превращений сапропеля в неглубоких морских бассейнах [5]. Массы планктона, водоросли, падая на дно водо­емов, смешивались с минеральными частицами и гнили в отсутствие аэрации, образуя ил, называе­мый сапропелем [6].

Сланцевая порода Кашпирского месторожде­ния состоит из битуминозных и мергелистых глин и сланца. Три разрабатываемых сближенных верхних пласта образуют пачку общей мощности от 0.2 до 1.5 м (табл. 1). Напластование сланцевой толщи находится на значительной глубине, отме­чается тенденция к понижению пластов с севера на юг. Переработке подвергали сланец всех трех пластов с размером частиц от 25 до 125 мм в кус­ке. Элементный состав сланца характеризуется следующими средними данными, %: углерод – 20, водород – 1.8, азот – 1.5, кислород – 4, сера – 4.7,

влага – 18, зола – 50 [6]. Составы сланцев Каш-пирского и Ленинградского месторождений (по данным из [1, 2, 5, 6]) приведены в табл. 2.

Минеральная часть кашпирских сланцев – зо­ла – представляет собой мергелистую глину, в со­став которой входят оксиды металлов, %: крем­ния – 35-47; алюминия – 10-14; железа – 6.5-10; кальция – 20-29; магния – 1.5-2; серы – 4-10 [6].

Особенность сланцев Кашпирского месторож­дения – повышенное содержание органической и минеральной серы (пиритной и сульфатной). Об­щее количество серы в сланцах данного бассейна -от 5 до 8.5% на сухую массу. Причем для различ­ных пластов содержание серы может отличаться в 2-2.5 раза и возрастать с глубиной залегания пластов [2]. Ниже приведены данные о содержа­нии серы в кашпирском сланце (%), по исследова­ниям разных лет [2, 5,6].

Общая сера           3.7             4.7-8.42   4.7-6.0

В том числе

пиритная                  1.7           2.03^1.13   2.03-2.58

сульфатная                          0.25-0.29   0.24-0.30

органическая         2.0          2.42-^1.00   2.43-3.12

Продолжение статьи на EnergyFuture.ru смотрите тут

Еще у нас есть что-то на эту тему:

1. Это продолжение статьи: Горючие сланцы и сланцы вообще: обзорная статья
2. Сланцевый газ. Очень хорошая обзорная статья
3. Михаил Корчемкин: Сланцевый газ – революция продолжается
4. Месторождение ( плей ) сланцевого газа Барнет ( Barnett )
5. FAQ от EnergyFuture.RU по сланцевому газу Updated !