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?
В общем, горючий сланец — это горная порода, содержащая столько органического вещества, что она будет гореть.
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.
Кероген — нерастворимое органическое вещество образованное из отложений без доступа кислорода
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 благоприятные 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.
