Поиск по сайту:
Главная

Публикации

МосЭнергоСбыт ЕИРЦ МОЭК МОЭСК МТК МОСГАЗ

Горючие сланцы

Карьер по добыче горючих сланцев   Эта статья была опубликована как раз в то время, когда США начали серьезные работы в сфере получения сланцевого топлива. Добычу сланцевого газа начали в США в 1981 году на месторождении Barnett Shale. Хотя первые попытки США извлечь нефть из сланцев относятся к периоду топливного кризиса 1970-х годов.Тогда проекты добычи сланцевой нефти оказались нерентабельными, поскольку требовали слишком много рабочей силы и энергии для предприятий. Но идея освоения сланцев в США становилась все популярнее, ведь Штаты импортируют две трети всей потребляемой в стране нефти и тратят на это около 300 млрд долл. в год.
  В настоящее время, по мнению экспертов научной организации Shale Oil Information Center, с появлением целого ряда инновационных технологий и ростом мировых цен на нефть добыча нефти из сланцев становится прибыльным делом. Крупнейшие нефтяные концерны Америки ExxonMobil и Chevron, а также англо-голландская Royal Dutch Shell тратят около 100 млн долл. ежегодно, испытывая новые методы извлечения сланцевой нефти. Специалисты Shell, в частности, утверждают, что их технологии позволят обеспечить стоимость добычи нефти из сланцев на уровне 30 долл./барр., что более чем в два раза ниже сегодняшней рыночной цены «черного золота».
  Извлечением нефти из сланцев уже занимается целый ряд стран, в том числе Китай, Австралия, Иордания, Израиль, Марокко. В России компания «Ренова» планирует в ближайшие годы построить на базе ОАО «Ленинград­сланец» новый комплекс по переработке сланцев в сланцевое масло. (www.3254692.ru/articles/ind_7014)
  В Токио было подписано четырехстороннее соглашение между Министерством внешних экономических связей, инвестиций и торговли Узбекистана, Госкомгеологией, НХК «Узбекнефтегаз» и Японской газовой корпорацией о проработке вопросов освоения месторождений горючих сланцев в Узбекистане.

  В то же время эта тема является предметом спекуляций, прежде всего со сторны импотеров газа, с целью шантажа производителей в попытке сбить цену. В свою очередь, производители пытаются принизить успехи данной технологии. Полемика на эту тему приведена в подборке Горючие сланцы - революция в энергетике или спекуляция?
  Предлагаемая ниже статья, в частности, интересна тем, что опубликована до "сланцевого бума", а потому свободна от подобного рода спекуляций.

РАССКАЗ О ДРЕВНИХ ИСКОПАЕМЫХ, О РУКОТВОРНЫХ ГОРАХ
и о том,
КАК ИЗ ДВУХ ЗОЛ ВЫБИРАЮТ ЛУЧШУЮ

Химия и Жизнь №3 1981

горючий сланец   Начнем с утверждения, что определить точно и кратко, что такое горючие сланцы, очень трудно.
  Горючие ископаемые? Да, горючие, но заставить сланцы гореть не так-то просто.
  Полезные ископаемые? Да, полезные, но вред, наносимый ими, не менее очевиден — горы отвалов уродуют ландшафт, занимают тысячи гектаров земли и отнюдь не облагораживающе влияют на соседние водоемы.
  Древние ископаемые? Вот это бесспорно. Образовавшиеся из донных отложений доисторических морей и озер горючие сланцы, как правило, старше каменных углей. Эстонский горючий сланец кукерсит (названный так в честь местечка Кукерс, давно влившегося в город Кохтла-Ярве) образовался около 500 млн. лет назад. А диктионемовые сланцы, открытые под пластами кукерсита, еще на десятки миллионов лет старше.
  Не всегда горючие сланцы — сланцы в полном смысле этого слова. Одни из них легко расслаиваются, другие вполне монолитны, расслоить их трудно. Непостоянен и цвет их; желтый, коричневый, черный, красноватый, даже зеленый. Непостоянно и соотношение в горючих сланцах горючей (органической) и негорючей (неорганической) части: доля органики, как правило, составляет от 10 до 30%. Лишь в сланцах «высшей пробы», например эстонских, она достигает 50, а иногда 70%.
  Именно органическая составляющая — кероген — считается сейчас главным богатством бедного, в общем-го, горючего ископаемого — горючих сланцев. Но такое ли уж оно бедное?

И БЕДНОСТЬ, И БОГАТСТВО
  Разведанные запасы органического углерода составляют: в нефти — 1011 т, в угле — 1013 т, в горючих сланцах — 1017 т. Что же до неорганической части горючих сланцев, то в ней преобладают карбонаты и алюмосиликаты. В небольших количествах присутствуют почти все редкие элементы.
  Сланцы есть на всех континентах. Для некоторых развивающихся стран с ограниченными энергетическими ресурсами (Сомали, к примеру, или Республика Мали) проблема рационального использования сланцев весьма актуальна. Актуальна она и для развитых стран: месторождение Грин Ривер (США) способно в принципе полностью обеспечить эту страну углеводородным сырьем на два века вперед. У нас в СССР сланцы есть в большом количестве в Европейской части — там, где с иными видами топлива ситуация не из лучших. Сланцы есть в Поволжье, в Прикарпатье, в Северо-Западном экономическом районе. Наибольшую известность приобрели эстонские сланцы.
  Почему же тогда этот неисчерпаемый природный запасник углерода не фигурирует в числе главных источников энергии и химического сырья? Потому, вероятно, в первую очередь, что людям не свойственно пить сыворотку раньше сливок... Самое древнее горючее ископаемое занимает пока, по степени использования одно из последних мест. Из-за его высокой зольности. Из-за нашего неумения комплексно использовать сланец с высокой экономической, технологической, экологической эффективностью.
  Кое-что уже делается, и не без успеха. За сооружение и освоение в Эстонской ССР первых в мире электростанций большой мощности, работающих на сланцевом топливе, группе ученых и специалистов в прошлом году была присуждена Государственная премия СССР. Эстонскими химиками разработаны схемы комплексной переработки горючих сланцев. И видимо, это только начало. Начало возрождения интереса к горючим сланцам в общесом масштабе. Впрочем, подобная же тенденция есть и в мировой теплоэнергетике.

И ТОПЛИВО, И СЫРЬЕ
  80% добываемого в нашей стране сланца приходится на эстонское и ленинградское месторождения. Сланцы этих месторождений уникальны по своей природе — уникален состав органических веществ, содержащихся в них.
  При традиционной термической переработке в газогенераторах обычные сланцы дают горючий газ и смолу, похожую на нефть. А смола из эстонских сланцев наряду с углеводородами (как нефть) содержит много кислородсодержащих соединений: фенолов, кетонов и сложных эфиров. Это значит, что сланцы Эстонии могут дать химической промышленности такие вещества и продукты, которые из другого сырья получить сложно, а то и вовсе нельзя. Сейчас из эстонской сланцевой смолы вырабатывают шпалопропиточное масло (около половины всего производства в СССР) и еще одно специальное минеральное масло—для регенерации резины. Из той же смолы получают искусственные дубители кожи (около четверти всего производства), тампонажные составы для ремонта нефтяных и газовых скважин, фенолы, бензол, толуол. Делают из сланцевой смолы и некоторые продукты полимерной химии — эпоксидку, в частности, а также наполнители для искусственной кожи и линолеума. Часть сланцевой смолы превращают в электродный кокс.
  Список полезных веществ и продуктов можно продолжить. В нем будет больше 50 названий. Тем не менее 80% добываемых в Эстонии сланцев сжигается в топках электростанций, еще часть сланца сгорает в камерных печах исключительно ради получения бытового газа. Такова двуединая судьба всех горючих ископаемых. Знаменитое «топить можно и ассигнациями» применимо и к нефти, и к углю, и к природному газу, и к сланцам, и даже к древесине. Все они — и топливо, и сырье.
  Но топить-то — нужно! Важность «сланцевого» электричества в региональном энергетическом балансе нашего северо-запада несомненна: промышленный район — энергии нужно много. Сооружаются атомные электростанции, но и тепловые пока совершенно необходимы. Поэтому и в дальнейшем, хотя предусматривается некоторое увеличение доли химического использования, сланцам придется здесь в основном играть роль не слишком хорошего топлива.
  И все же будущее за комплексным использованием эстонских сланцев. Причиной тому не столько экономические, сколько экологические аспекты наших взаимоотношений с древнейшим горючим ископаемым.

ИЗ ДВУХ ЗОЛ...
  Многие, наверное, помнят сказку о свинопасе, пожелавшем взять в жены королевскую дочь. Для доказательства своих незаурядных способностей он взялся (хотя и не по своей воле) за одну ночь построить гору до самого неба. Прибегнув к помощи двух-трех знакомых великанов, удачливый свинопас, как известно, справился с этой задачей.
  Времена меняются. Рукотворные горы сооружаются теперь без помощи великанов, промышленными, так сказать, методами. Причем горы эти и ландшафта не украшают, и воздуха не улучшают, и рыбы в реках не прибавляют.
  Только на территории северовосточной Эстонии скопилось в виде терриконов больше 100 млн. т сланцевых отходов, и растут эти горы параллельно масштабам добычи.
  Самое неприятное заключается в том, что новая технология, направленная прежде всего на увеличение производительности труда, далеко не всегда позволяет уменьшить количество отходов.
  Понятно, что разрабатываемые пласты, как правило, с каждым годом становятся все беднее. Приходится добывать сланец вместе с залегающим тут же известняком и, как следствие, прибегать ко все более изощренному обогащению. Отходы добычи и обогащения слагают терриконы.
  Комбайновая добыча, постепенно заменяющая буровзрывной способ, дает сильно измельченную породу. Больше образуется и сланцевой пыли, которая достаточно калорийна, но сжигание ее сопряжено с определенными трудностями, и поэтому большая ее часть пока что идет в те же отвалы (хотя из этой пыли можно получать наполнители для полимерных материалов). Образующийся при добыче и обогащении сланцев так называемый некондиционный щебень тоже заслуживает более удачного применения, чем образовывать искусственные горы на плодородной поверхности земли. Но пока строители предпочитают щебень кондиционный...
  Традиционное полукоксование сланца в газогенераторах позволяет «выжать» из него до 35% содержащегося в нем органического вещества в виде смолы. Остальное — отходы. Выход смолы в процессе энерготехнологической переработки сланца на новой установке с твердым теплоносителем - УТТ, разработанной Энергетическим институтом имени Г. М. Кржижановского,— уже 50—60%. Каждая тонна сланца, переработанного на УТТ-3000 (цифры означают суточную производительность в тоннах), дает 1,5 рубля прибыли по сравнению с традиционной переработкой в газогенераторах. Смола на установке получается просто великолепная, а газ, который потом сжига ется, твердых отходов не дает.
  Все бы хорошо, но зола образуете и на этой установке, причем такая зола, которую применить с пользой труднее, чем обычную.
  Обычная зола, образующаяся на обычных тепловых электростанциях, работающих на эстонском сланце, тоже не сахар. Но примерно 20% этой золы удается утилизировать. Она богата свободной окисью кальция и, следовательно, пригодна для известкования кислых почв (см.Химию и жизнь», 1980, № 11, статья «Белый клад»). По той же причине она обладает вяжущими свойствами. 35 000 т перемолотой золы ежегодно выпускается под названием бесклинкерного цемента кукермита. Строительные растворы на кукермите медленно твердеют и в чистом виде могут применяться лишь в теплое время года, но при размоле сланцевой золы с 30%-ной добавкой обычного портландцементного клинкера получается хорошее вяжущее, ни в чем не уступающее стандартным. Довольно широко применяются в промышленном и гражданском строительстве цементы с добавкой сланцевой золы. В частности, из бетона с таким цементом сделан 190-метровый ствол новой таллинской телебашни.
  Итак, традиционную сланцевую золу, пусть не полностью, но уже утилизируют. Этого, к сожалению, нельзя сказать о золе, получаемой на новых установках УТТ. Она содержит до 3,3% серы в виде сульфидов. Да и кальций в них находится не только в окисной, а в карбонатной форме, потому зола почти не обладает вяжущими свойствами. Использовать такую золу намного сложнее. На одной только Прибалтийской ГРЭС каждый год образуется столько сланцевой золы, что ею приходится занимать очередные 20 гектаров земной поверхности. Исследования, проведенные в Институте экономики АН ЭССР, показали, что «экологический фактор является главным ограничением дальнейшего развития промышленности на базе сланца в северо-восточной Эстонии».


ВЫХОД:
  КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

  Промышленность стройматериалов использует пока только около 300 тыс. т сланцевой золы в год. Почти в десять раз больше ее идет на известкование земель. Прирост урожая после известкования составляет в среднем по Эстонии 2,5 центнера кормовых единиц с гектара, экономический эффект в целом по республике — 5,5 млн. рублей в год. Потребность в сланце-зольных удобрениях, по данным Министерства сельского хозяйства СССР ежегодно составляет 13,5 млн. т. Практически всю золу электростанций, работающих на сланце, можно хоть сейчас везти на поля. Но вот вопрос: кто повезет, на чем и куда?
  Расчеты показывают, что сланцевые отходы экономически выгодно перевозить на расстояние до 1200 км. Можно себе представить, сколько потенциальных потребителей попадет в полукруг (на западе — Балтика) с таким радиусом, какие площади будут спасены от терриконов и от карьеров. Но у объединения «Эстонсланец» нет транспорта, чтобы перевозить свои отходы потребителям. А потенциальным потребителям часто оказывается не выгоднее даже, а бесхлопотнее, удобнее вырыть поблизости новый карьер, чем вложить деньги в транспорт, связав себя при этом поставками другого ведомства. В результате вещество, предназначенное в целители почв, продолжает наращивать рукотворные горы отвалов.
  Те же проблемы у стройиндустрии. И сюда отходы сланцев нужно «пристраивать», как пристраивают в институт нерадивого школяра. Об этих проблемах «Химия и жизнь» не раз писала — и в «Острых гранях комплекса» (1979, № 5), и в «Воздействии на уголь» (1980, № 12). Для тех, кто использует отходы других производств, неизбежны определенные трудности: состав отходов непостоянен. Так, содержание СаО в золе сланцевых электростанций может колебаться от 7 до 34%. И хотя применение золы не требует никаких изменений в технологии производства строительных материалов, понятно, что такие колебания состава сырья создают для его потребителей (цементных заводов) известные неудобства.
  Если бы кто-то усреднял состав золы, но кто? Цементникам в обязанность это не вменяется—у них своих забот предостаточно. А для энергетиков зола — всего лишь зола, отходы, а не продукт и даже не полуфабрикат. Доказано, что усреднители состава золы рациональнее (на 20—30% дешевле) строить непосредственно на электростанциях. Но позвольте, резонно возражают энергетики: почему мы должны вкладывать деньги в ненужную нам продукцию? Но позвольте, не менее резонно восклицают строители, почему мы должны возиться с чужими отходами...
  При ведомственном подходе ответов на эти вопросы нет и быть не может.
  Между тем исследователи уже нашли способ превращать в стройматериалы не только золу электростанций, но и «трудную» золу с установок УТТ. Дополнительная термообработка, в процессе которой идет декарбонизация кальция и доокисление сульфидов, позволяет использовать эту золу вместо извести в бетонах автоклавного твердения.
  Разработан и способ извлечения органики из некондиционного щебня. При этом получается дополнительное количество ценной сланцевой смолы, да и сам щебень из некондиционного превращается в кондиционный. Смолу можно получать и из отходов, образующихся при обогащении сланцев. При сегодняшних ценах на энергетическое и химическое углеводородное сырье это невыгодно. Но топливо и сырье с каждым годом становятся дороже — то, что сегодня считается отходами, завтра может и должно стать сырьем, особенно если учесть не совсем легко подсчитываемый ущерб, наносимый этими отходами окружающей среде.
  Будущее сланцев — их комплексное использование, причем это относится не только к уникальным сланцам северо-запада, а и к более бедным, но практически неисчерпаемым сланцам Прикарпатья, и к сланцам Белоруссии, пласты которых залегают вперемешку с пластами калийных солей.
  Выше приведена разработанная в Институте химии АН ЭССР под руководством академика А. Я; Аарна схема комплексной переработки эстонских сланцев. Именно об этой схеме, в которой нигде нет природонеприемлемой стрелки «в отходы», я хотел бы напомнить в конце рассказа о древних ископаемых, о рукотворных горах и о том, как из двух зол выбирают — лучшую.

М. МАРФИН, специальный корреспондент «Химии и жизни»