можно ли торф горючие сланцы сланцевый газ считать горючими полезными ископаемыми почему
Горючие сланцы как полезные ископаемые для топлива
Горючие сланцы имеют такой же потенциал для добычи как нефть, уголь и горючий газ, например, для сжигания в качестве топлива.
Точно также, как уголь, горючий сланец может быть добыт под землей в случае глубоких подземных запасов и может быть добыт с поверхности земли.
Что такое горючий сланец?
Поскольку общепризнанного определения горючего сланца не существует, его обычно классифицируют как глинистую (или углеродистую), мелкозернистую, осадочную породу, в которой твердые органические вещества или кероген должны образовывать не менее 5-25%. Подобно углю, горючий сланец может использоваться в качестве топлива.
Из чего состоят горючие сланцы?
Качество горючего сланца определяется содержащимся в нем органическим веществом. Кроме органического вещества, горючий сланец содержит негорючую минеральную часть, состоящую из терригенного и цементного материала или продуктов горных пород.
Большинство горючих сланцев представляют собой мелкозернистые осадочные породы, содержащие относительно большое количество органического вещества, обычно известного как «кероген». Кероген содержит значительное количество сланцевой нефти и горючего газа, которые могут быть извлечены путем деструктивной дистилляции.
Деструктивная дистилляция — процесс включающий разложение керогена при высокотемпературном нагревании для расщепления крупных молекул органического вещества.
Органическое вещество в сланце состоит в основном из углерода, водорода, кислорода и небольшого количества серы и азота. Оно образует сложную макромолекулярную структуру, которая нерастворима в обычных органических растворителях (например, дисульфид углерода). Органическое вещество смешивается с различными количествами минерального вещества, состоящего из мелкозернистых силикатных и карбонатных минералов. Соотношение органических и минеральных веществ для товарных марок горючих сланцев составляет примерно от 0,75:5 до 1,5:5. В некоторых горючих сланцах присутствует небольшое количество битума, растворимого в органических растворителях. Происхождение нефти похоже.
Из-за своей нерастворимости органическое вещество должно быть подвергнуто воздействию при температуре около 500°C, чтобы разложить его на нефтеподобную смолу и газ. Часть органического углерода остается с остатком сланца после воздействия, но может быть сожжена для получения дополнительной энергии.
Горючий сланец отличается от угля тем, что органическое вещество в угле имеет более низкое атомное отношение органических и минеральных веществ, у угля обычно больше, чем 4,75:5.
Теплотворность горючих сланцев или плотность энергии 2500-4000 ккалорий на килограмм.
Теплотворность угля 5700-7000 ккалорий на килограмм.
Разработана работоспособная схема классификации горючих сланцев на основе их осаждающих сред и дифференцирования компонентов органического вещества с помощью ультрафиолетовой/синей флуоресцентной микроскопии. Их классификация оказалась полезной при соотнесении компонентов органического вещества с выходами и химией масла, полученного методом ретортации.
Около 85% добываемого сланца используется для сжигания в сланцевых электростанциях; 12% — для ретортирования для получения сланцевого масла; около 3% — для цементных заводов.
Сланец также содержит мелкозернистую, обломочную осадочную породу, состоящая из грязи, которая представляет собой смесь хлопьев глины и крошечных частиц.
Добыча горючего сланца в странах мира
В России добыча сланца в горнорудной области за последние годы снизилась примерно до 2 млн тонн в год. Он добывается под землей, а запасы в России 7 млрд тонн.
На территории бывшего СССР есть несколько регионов, где добывается горючий сланец.
Первый, Балтийский сланцевый район, расположенный в Ленинградской области России и на территории Эстонии, недалеко от Финского залива, занимает около пятидесяти тысяч квадратных километров, что является крупным и известным. Ленинградское месторождение включает в себя месторождение кукерсита в Веймаме близ Санкт-Петербурга. Российские сланцевые ресурсы на Ленинградском месторождении, которое находится у реки Нарва, имеют энергетический рейтинг ниже 35 ГДж м3. Заключение по данным российских ленинградских активных сланцевых месторождений — 1 млрд тонн.
Вторым известным регионом является Волжский сланцевый район, который эксплуатирует месторождения, расположенные в Саратовской области.
В Кемеровской области разведано Барзасское месторождение имеющее благопрятные условия для добычи в карьерах.
Толщина пласта для рентабельного производства должна быть не менее 0,5 м при толщине вскрышных пород до 10 м или толщина пласта не менее 1,4 м при толщине вскрышных пород свыше 10 м.
В настоящее время сланцевые месторождения эксплуатируются в Эстонии, России, Китае, США, Бразилии, Израиле, Германии и др.
Фушунский карьер в северо-восточном Китае эксплуатируется уже более 70 лет, в основном для добычи угля, а также сланца, как побочного продукта, залегающего в верхнем слое угольного пласта. Часть добываемого сланца используется для ретортирования (разложения) при производстве сланцевой нефти.
В Бразилии ведется добыча открытым способом горючего сланца, около нескольких тысяч тонн в сутки.
Применение этого органического вещества
Обычно сланец сначала добывают, а затем его пиролизируют в ретортах (термическое разложение) или сжигают в котлах. Сланец также может быть подвергнут ретортации или газификации под землей, что исключает процесс добычи; однако подземная ретортация или газификация была испытана только в прототипном масштабе в США и в бывшем СССР, но эта технология не продолжилась в коммерческой добыче.
Положение о геологической разведке полезного ископаемого, ресурсов и установлении запасов полезных ископаемых предусматривает, что горючие сланцы могут рассматриваться в качестве полезного ископаемого, если теплотворная способность пласта равна или превышает 6,1 МДж на кг.
Горючие сланцы — одна из нетрадиционных форм ресурсов. Эти ресурсы могут быть включены в число основных источников энергии на ближайшие десятилетия.
Топливо является экологически чистым и излучает меньше загрязняющих веществ, чем уголь или нефть. Эксплуатация этого топлива, похоже, улучшает энергетический статус-кво и помогает двигаться вперед к более экологичному сочетанию энергоносителей. Хотя потенциал сланцевой нефти и газа у многих народов вызывает экологические опасения.
Торф и горючие сланцы. Горючие сланцы: запасы
Что такое торф?
Применение торфа
Торф впервые начали добывать в Западной Европе еще в XII веке. А вот в России на эту горючую породу первым обратил внимание Петр I. На сегодняшний день торф активно используется в самых разных областях, таких как:
В сельском хозяйстве торф применяют для улучшения качеств грунта. Используют его и как топливо, правда, в очень мелких масштабах. Наиболее развита торфяная электроэнергетика в Финляндии, где около 7% всей энергии получают именно из торфа.
Распространение торфяных месторождений
Месторождения торфа, как правило, приурочены к заболоченным территориям с избыточным увлажнением. Кроме того, около 80% его мировых запасов находятся в низких широтах.
Перечислим страны-лидеры по объемам добычи торфа:
Торф также добывается в Антарктике, в районе Французских Южных территорий.
Из данного ископаемого получают сланцевый газ и так называемую сланцевую нефть. По расчетам геологов, ее запасов на порядок больше, чем нефти традиционной.
Горючие сланцы являются осадочной горной породой, содержащей до 50-60% органического вещества. В состав этой породы также входит несколько минералов: кварц, кальцит, доломит и некоторые другие. Цветовая гамма горючего сланца колеблется от серого до коричневато-желтого.
Мировые запасы горючего сланца
Горючие сланцы также распространены и по всей территории СНГ. Всего в этом регионе разрабатывается около пятидесяти месторождений горючего сланца. Особенно здесь стоит выделить такие страны, как Эстония, Россия, Украина и Казахстан. Именно они являются лидерами по добыче горючего сланца на постсоветском пространстве.
Горючие сланцы: применение
Горючие сланцы, запасы которых есть во многих странах планеты, также являются сырьем для получения некоторых стройматериалов, битума, фенола, ксилола, ихтиола и других веществ.
Сланцевая промышленность: история и современность
Кроме того, месторождения горючих сланцев есть и во многих других странах. В частности, в Румынии, Украине, Чехии, Марокко, Канаде, Албании, Болгарии, на Кубе.
Горючий сланец стали использовать очень давно, еще в конце XVII века, в Шотландии. Однако там его применяли не в качестве топлива, а с целью получения специального масла для освещения. А вот промышленная добыча сланцев в больших масштабах началась в 1837 году во Франции. Спустя почти столетие, в 1918 году, их начали добывать и в Эстонии.
Огромный интерес к горючим сланцам в мире возник в 70-х годах ХХ века, в период начала энергетического кризиса. Пиковым годом в мировой добыче породы стал 1980 год, когда было добыто около 47 миллионов тонн.
На сегодняшний день около 80% всех добытых горючих сланцев сжигается именно на электростанциях. И лишь 20% идет на потребности химической индустрии. Однако для нужд энергетики горючий сланец используется лишь в 4 странах, таких как Эстония, Германия, Израиль и Китай. К примеру, Нарвская ТЭС в Эстонии генерирует до 95% электроэнергии именно из горючего сланца. Некоторые страны (Турция, Иордания, Канада) планируют начать производить электроэнергию из данной породы в ближайшем будущем.
Запасы в России и Украине
Соответствующие геологические изыскания в СССР начали проводить еще в середине прошлого века, а в начале 70-х годов на территории бывшего Советского Союза уже работало 10 горючесланцевых шахт.
В заключение
Таким образом, торф и горючие сланцы являются весьма перспективными видами ископаемого топлива. В современных условиях энергетического кризиса, когда запасы традиционных ресурсов (нефть, природный газ) подходят к концу, а добыча угля приносит колоссальный вред окружающей среде, эти породы могут стать удачной альтернативой для развития топливной энергетики.
В первую очередь, очень перспективной является добыча горючего сланца, из которого можно получать сланцевые газ и нефть (объемы последней, к слову, почти в 13 раз превышают оставшиеся мировые запасы обычной нефти). И некоторые государства уже всерьез заинтересовались этим и ведут разработку как горючего сланца (Германия, Эстония, Китай, Россия), так и торфа (Финляндия, Эстония и другие).
Что такое горючие сланцы? Свойства, добыча и применение горючих сланцев
Нефтяники же представляют породу со слоистым строением и способностью к возгоранию. Отсюда, собственно, и название. Осталось выяснить, как из камня получают нефть. Для начала определимся с понятием горючих сланцев.
Что такое горючие сланцы?
Сапропель – научное название гнилостного ила. Эту массу видело большинство. Помните, насколько мелкие частицы в иле? Так вот, запасы горючих сланцев отличаются тонкозернистой структурой.
Пропитка камня битуминозная, то есть смолистая. В общем, горючие сланцы – горная порода, насыщенная углеродом, являющимся частью живых тканей. Много в камне и водорода, в частности, летучего сероводорода. На летучие субстанции, кстати, приходятся 30-70% массы сланцев.
Наличие в сланцах углеродистой массы позволяет извлекать ее. Получается нефть. Ее добыча экономически выгодна в регионах с широким распространением породы. Саратовская область из таких.
Под регионом простирается Волжский бассейн сланцев. Объем нефти в нем равен 40-ка миллиардам тонн. Это притом, что мергелиевые сланцы – редкость. О штучных точках их дислокации расскажем в отдельной главе.
У большинства сланцев каштановый цвет. Это и пластинчатая структура делают свойства горючих сланцев негодными для декоративно-прикладных нужд. Камень мягок и невзрачен. На украшения с таким нет спроса.
К тому же, изделия с открытым сланцем небезопасны. Порода загорается от спички. Пламя коптит. Запах при горении ископаемого битумный, напоминает жженую резину. Энергетики терпят сие ради теплотворности 2 500-3 700 килокалорий на килограмм породы.
Для сравнения, даже у низкопробного бурого угля показатель равен минимум 5 500 килокалорий. В общем, использование горючих сланцев в роли топлива оправдано, как правило, в небольших цехах и частных подворьях.
Переработка горючего сланца в печи дает около 60% золы. Это несгоревшая минеральная составляющая. Еще 15% породы испаряются, поскольку приходятся на воду. Получается, источников энергии в камне лишь 20-30%.
На фото горючий сланец
Точной формулы нет. Некоторые геологи включают в виды горючих сланцев породы лишь с 5% воспламеняющихся компонентов. Кстати, компоненты эти именуют керогенами.
Месторождения и добыча горючих сланцев
В мире залежей горючих сланцев насчитывают около 550-ти. Примерно половина из них расположена в США. Не зря о сланцевой нефти впервые заговорили именно в Америке.
За счет сланцев она обогнала по объему добычи углеводородов Россию. Горючие сланцы в США позволили начать экспортировать топливо и снизить ценник на него внутри страны.
На фото карьер по добыче горючих сланцев
Но, на отечественных просторах к переработке горючих сланцев лишь подступаются. Бизнесмены Саратовской области – первопроходцы, начали работу в 2014-ом году.
Предприятие создано опытным добытчиком углеводородов. В узких кругах имя Валерия Илясова известно. Промышленники не сомневаются, раз Илясов видит перспективы переработки сланцев, значит, они есть.
Предположения нефтедобытчика из Саратовкой области оправдываются уже 2 года. За счет новых технологий и аппаратуры себестоимость добычи нефти из сланцев удалось снизить до 20-ти долларов за бочку.
Теперь, углеводороды из мергеля – ценовые конкуренты обычных. В общем, многие считают, что за сланцевой нефтью будущее. Если так, в России есть несколько «тузов».
Удержать статус нефтяной державы поможет, к примеру, разработка горючих сланцев Сибири. Месторождения именуются Ачимовской и Баженоской свитами. Обе залежи базируются на западе Сибири.
Общие запасы российских сланцев – 75 миллиардов баррелей. Для сравнения, в США 58 миллиардов. На третьем месте по запасам горючей породы – КНР. В недрах Китая сокрыты 32 миллиарда баррелей сланцевой нефти.
Добыча горючих сланцев ведется и в Аргентине. Там разведанные запасы породы, точнее нефтепродуктов в ней, составляют 27 миллиардов баррелей. На 1 миллиард меньше в Ливии.
Вот, собственно, 5-ка стран, на которые приходится основная масса месторождений горючих сланцев. Общие же запасы нефти оценены в 650 триллионов тонн. Что не перечислено?
На фото горение горючих сланцев
Многое, к примеру, отложения Таджикистана. Там находят горючие сланцы времен Палеогена. Это одна из геологических эр земли. Немало сланцевой нефти и в Бразилии.
Добытчики горючих сланцев, как правило, делят их на две фракции. В одной куски не превышают в диаметре до 25-ти миллиметров. Их называют энергетическими, собственно, пускают на выработку энергии.
Фракцию от 25-ти до 125-ти миллиметров именуют технической. Из недр оба класса извлекают либо шахтным методом, либо установками прямого и обратного бурения.
Последняя приобретена нефтедобытчиками Саратовской области. Крупные залежи сланцев на западе России имеются, кстати, и под Санкт-Петербургом. Там применяют ту же технологию бурения.
Виды горючих сланцев
Горючие сланцы делятся по содержанию в них керогена и его качеству. В первосортной с точки зрения добычи нефти породе горючих веществ почти половина. Однако, там, где добывают горючие сланцы, рассматривают керогены под микроскопом.
Тонкозернистые частицы органики, плотно связанные с глиной считают средними по качеству. Лучше, если керогены будут крупными и отделенными от минеральной составляющей.
Что же касается процентов, углерода в керогенах сланцев бывает от 67 до 80%. Предпочтителен последний вариант. Примеси азота и кислорода не нужны вовсе, но неизбежны.
Азота, как правило, около 1%,. Кислорода в горючих сланцах бывает от 9-ти до 17-ти процентов. Если планируется добывать из породы нефть, примеси предварительно удаляют.
Рассмотрение керогенов под микроскопом дает, так же, понимание происхождения сланцев. Так, в породе, добываемой в Шотландии, видны остатки морских водорослей.
Соответственно, сланцы начинали формироваться в соленой воде. В американских пластах формации «Грин-Ривер» просматриваются останки пресноводных растений и микроорганизмов.
Применение горючих сланцев
В России 80% применения горючих сланцев связано с электростанциями. Сырье просто сжигают, ориентируясь на дешевизну. Нефть и газ добывают лишь из 20% залежей. Извлечение классическим способом нерентабельно.
Пользуются технологией, придуманной американцем Джорджем Митчеллом. Вместо вертикального бурения он предложил наклонное, причем, совместив его с фрекингом.
Так называют разрыв пластов горючего сланца. Торф и прочие углеродные составляющие стекаются в образовавшийся резервуар. Уточним принцип его образования. До нефтеносного слоя бурят вертикально.
Достигнув углеводородов, скважину ведут уже вдоль горизонта. Остается загнать в нее под давлением смесь из воды, песка и химических реагентов. Они разрывают пласты породы.
На фото рабочий карьера по добыче горючих сланцев
Желательно максимальное число трещин. Из них, словно из ран, начинают сочиться углеводороды. Они стекаются в скважину. Остается выкачать нефть с газом и очистить их от примесей.
В смеси для разрыва пластов горючих сланцев есть и канцерогены, и мутагены и позиции, поражающие эндокринную систему, и вещества, которые организм не в силах вывести.
Однако, применение горючих сланцев, пока, нет. За неимением альтернативы, особенно в регионах бедных обычно нефтью, сильные мира сего готовы разрабатывать месторождения сланца.
Попутно топливу, из него добывают смолы. Они нужны и в химической промышленности, и в строительстве. В общем, заявления «Гринписа», пока, оставляют без внимания.
В «Гринписе», кстати, подняли еще один вопрос. Он тоже касается фрекинга, но уже не химикатов, а воды. На разрывы сланцевых пластов уходит масса пресной влаги, которой в мире нехватка.
В Азии и Африки, к примеру, уже введены ограничения на потребление воды. Несколько лет об этом поговаривают и в американском штате Калифорния, а тут колоссальные объемы пресной воды «коту под хвост», точнее земле. В общем, как любой вопрос, применение горючих сланцев «тянет» за собой как плюсы, так и минусы.
Химия нефти
Горючие ископаемые
1. Общие представления о горючих ископаемых
Нефть — жидкое горючее полезное ископаемое. По химическому составу это смесь различных углеводородов с примесями других органических веществ.
Нефть, природный газ и их природные производные — горючие полезные ископаемые — природные образования, которые могут быть источником тепловой энергии., их называют также каустобиолитами. Помимо нефти и газа, к каустобиолитам относятся торф, различные виды углей, горючие углистые сланцы, а также битумы. К горючим ископаемым относят и группу липтобиолитов, представляющих собой янтарь и его производные (древние смолы, отложившиеся в морском иле). НЕФТЬ, жидкое горючее полезное ископаемое. Залегает обычно в пористых или трещиноватых горных породах (песках, песчаниках, известняках) на глуб. 1,2—2 км и более. Маслянистая жидк. от светло-коричневого до темнобурогоцв. со специфич. запахом плотн. 0,65—1,05 г/см (обычно 0,82—0,95) Н., плотн. к-рой ниже 0,83, наз. легкой, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжелой т-ра начала кипения>28°С, реже > 100 °С, от 26 до —60 °С (в нек-рых случаях 30—32 °С) вязкость колеблется в широких пределах (напр., при 50 °С — от 1,2 до 55 мм=/с), уд.теплоемкость 1,7—2,1 кДж/(кг-К), теплота сгорания.
Горючие полезные ископаемые служат ценнейшим топливом, а чтобы вещество являлось таковым, оно должно обладать достаточно высокой теплотой сгорания, быть распространенным, продукты его горения должны быть летучими, чтобы не затруднять процесс горения и не быть вредными и ядовитыми для людей. В зависимости от агрегатного состояния горючие ископаемые подразделяются на твердые, жидкие и газообразные. Агрегатное состояние определяет способы добычи и использования их в качестве источника энергии.
Классические работы Г. Потонье положили начало классификации горючих полезных ископаемых, для которых он ввел термин каустобиолиты (каустос — горючий, биос — жизнь, литое — камень), т.е. горючие камни биогенного генезиса. Для углей и горючих сланцев, а также твердых природных продуктов преобразования нефти (нафтидов) это и справедливо, но такое определение вряд ли соответствует основным горючим полезным ископаемым — нефти и горючему газу.
К середине XX в. было доказано единство всех горючих полезных ископаемых нефти, угля, газа, горючих сланцев установлена генетическая связь нефти с ископаемым органическим веществом осадочных пород разработаны критерии выделения нефтематеринских свит.
Другой генетической классификацией горючих полезных ископаемых, построенной также по их элементному составу, является схема А.Ф. Добрянского. Она представляет собой треугольную диаграмму, по сторонам треугольника отложено в процентах содержание углерода, водорода и суммы гетероэлементов (кислорода, азота и серы). Все точки, соответствующие элементным составам каустобиолитовразных классов, сгруппированы в две расходящиеся вверху вытянутые линии, отражающие две ветви преобразования единого исходного вещества. Схема превращения сапропелитов от керогенагорючих сланцев через оксиасфальты и мальты в нефти, предлагаемая А.Ф. Добрянским (правая ветвь диаграммы), не отвечает действительным соотношениям, существующим в природе. И.О. Брод обратил внимание на то, что генетическую классификациюкаустобиолитов вряд ли целесообразно строить на основе элементного анализа, поскольку количественное соотношение атомов углерода и водорода может быть сходное у веществ, имеющих совершенно различное строение и генезис. При этом он отмечает удачность генетической классификации В.А. Клубова, построенной также по элементному составу, но, прибегая к иной системе изображения элементного состава.
Теплота сгорания нефти выше, чем у твердых горючих полезных ископаемых (угля, сланца, торфа), и составляет около 42 МДж/кг. В отличие от твердых горючих ископаемыхнефть содержит мало золы.
Нефтегазоносность Земли рассматривается как феноменальное следствие развития ее геосфер, а нефтегазообразование — частный случай дефлюидизации осадочных пород. Нефтеобразование представлено как фундаментальная проблема естествознания, тесно связанная с происхождением и эволюцией жизни на Земле и с развитием ее оболочек. Нефть рассматривается в разных аспектах 1) как горючее полезное ископаемое, 2) как природный углеводородный раствор — единственный неводный раствор на Земле, 3) как жидкий гидрофобный продукт фоссилизации органического вещества, несущий информацию о биосферах прошлых геологических эпох.