Кіріспе
Мұнай тау жынысы сынықтарынан алынған мұнай,
мұнай шикізатынан өндірілген синтетикалық мұнай.
synthetic petroleum produced from oil shale
Шиферлік мұнай – пиролиз, гидрогенаттау немесе жылулық еріту арқылы мұнай тау жынысы сынықтарынан өндірілетін дәстүрлі емес мұнай. Бұл процестер тау жынысының құрамындағы органикалық затты (керогенді) синтетикалық мұнай мен газға айналдырады. Алынған мұнайды жанармай ретінде дереу пайдалануға болады немесе сутегі қосып, күкірт және азот сияқты қоспаларды жою арқылы мұнай өңдеу зауытының талаптарына сәйкес жақсартуға болады. Тазартылған өнімдерді шикі мұнайдан алынған өнімдермен бірдей мақсаттарда қолдануға болады. "Шиферлік мұнай" термині басқа дәстүрлі емес, өте төмен өткізгіштігі бар қабаттардан алынған мұнайға да қолданылады. Дегенмен, мұнайлы шиферде алынған шиферлік мұнайды шикі мұнаймен шатастыру қаупін азайту үшін "тығыз мұнай" терминін қолдану ұсынылады. Халықаралық Энергетика Агенттігі "жеңіл тығыз мұнай" терминін пайдалануды ұсынады, ал Дүниежүзілік Энергетика Кеңесінің 2013 жылғы "Жай энергия ресурстары" есебінде мұнайлы шифердегі шикі мұнай үшін "тығыз мұнай" термині қолданылады.
Тарих
Мұнай шикізаты адамдар қолданған алғашқы минералды мұнай көздерінің бірі болды. 10 ғасырда араб дәрігері Масавайх әл-Мардини (Месу-младший) "бір түрлі битумды шиыршықтан" мұнай алу әдісін алғаш рет сипаттады. Сондай-ақ, бұл 14 ғасырдың басында Швейцария мен Австрияда қолданылғаны туралы хабарлар бар. 1596 жылы Вюртемберг герцогы Фредерик I-нің жеке дәрігері оның емдік қасиеттері туралы жазды. 1694 жылы Ұлыбритания Корольдігі "тастан көп мөлшерде шайыр, қара май және май шығарудың жолын тапқан" үш адамға патент берді. Кейіннен Беттонның британдық майы деп сатылған дистилляцияланған өнім "әр түрлі адамдармен аурулар мен сырқыттар кезінде сыналып, көп пайдасын тигізді" делінген. Қазіргі шикізат мұнайын өндіру саласы 1830 жылдары Францияда және 1840 жылдары Шотландияда құрылды. Мұнай отын, майлау және шам майы ретінде пайдаланылды; Өнеркәсіптік революция жарықтандыруға қосымша сұраныс туғызды. Ол азайып бара жатқан және қымбат балық майының орнына қолданылды. 19 ғасырдың соңында Австралия, Бразилия және АҚШ-та шиферлік мұнайды өндіру өсімдіктері салынды. 20 ғасырдың басында Қытай, Эстония, Жаңа Зеландия, Оңтүстік Африка, Испания, Швеция және Швейцария шиферлік мұнай өндірді. Таяу Шығыста шикі мұнайдың орта ғасырда табылуы осы өнеркәсіптердің көпшілігін тоқтатты, бірақ Эстония және Солтүстік-Шығыс Қытай 21 ғасырдың басына дейін өндіріс салаларын сақтап қалды.
Экстракциялау процесі
Мұнайлы тақтамыз мұнайды піролиз, сутегілендіру немесе мұнайлы тақтамыздың жылулық ерітуі арқылы өндіріледі. Тау жынысының піролизі жер үстінде немесе тау жынысының ішінде орналасқан ретортада жүзеге асырылады. 2008 жылдан бастап, мұнайлы тақтамыз өнеркәсібінің көп бөлігі тау жынысын қазып, ұнтақтап, реторталау орнатылысына тасығаннан кейін мұнайды өндіру процесін жүргізеді, бірақ бірнеше тәжірибелік технологиялар осы процесті орнында (in situ) жүргізеді. Керогеннің пайдалы көмірсутектерге ыдырау температурасы процестің уақыт масштабына байланысты өзгереді; жер үстіндегі реторталау процесінде ыдырау басталады, бірақ жоғары температурада жылдамырақ және толық жүреді. Ыдырау ең жылдам түрде белгілі бір температурада жүреді. Сутегілендіру және жылулық еріту (реактивті сұйық процестері) мұнайды сутегі донорлары, еріткіштер немесе олардың комбинациясын қолдана отырып өндіреді. Жылулық еріту жоғары температура мен қысымда еріткіштерді қолдануды қамтиды, бұл еріген органикалық затты жарып, мұнай шығаруды арттырады. Әртүрлі әдістер әртүрлі қасиеттері бар мұнайлы тақтамызды өндіреді. Мұнайлы тақтамызды өндірудің тиімділігін бағалаудың маңызды көрсеткіші – мұнайлы тақтамыз өндірген энергияның оны өндіру және өңдеу үшін жұмсалған энергияға қатынасы, бұл қатынас «Инвестицияланған энергияға қайтарылған энергия» (EROEI) деп аталады. 2 EROEI (немесе 2:1 қатынасы) дегеніміз, 2 баррель нақты мұнай өндіру үшін 1 баррель мұнайдың энергиясына тең энергияны жағу/тұтыну қажет. 1984 жылғы зерттеуде әртүрлі белгілі мұнайлы тақтамыз кен орындарының EROEI 0,7 мен 13,3 аралығында болатыны бағаланды. Жақындағы зерттеулер мұнайлы тақтамыздың EROEI-ін 1:2 немесе 2:16 деп бағалайды – бұл өзіндік энергия шығын ретінде есептеледі ме, әлде ішкі энергия алынып тасталса және тек сатып алынған энергия кіріс ретінде есептеледі ме, соған байланысты. Royal Dutch Shell компаниясы 2006 жылы «Mahogany Research Project» жобасы бойынша EROEI-дің үштен төртке дейін жететінін хабарлады. Реторталау кезінде алынатын мұнай мөлшері мұнайлы тақтамыздың түріне және қолданылатын технологияға байланысты өзгереді. Ірі жаһандық мұнайлы тақтамыз өндірушілері өздерінің коммерциялық операцияларының шығымдылығы туралы мәліметтер жариялады. Fushun Mining Group компаниясы жылына 6,6 миллион тонна тақтамыздан 300 мың тонна мұнайлы тақтамызды өндіреді, бұл салмағы бойынша 4,5% құрайды. VKG Oil компаниясы жылына 2 миллион тонна тақтамыздан 250 мың тонна мұнай өндіреді, бұл 13% шығымдылықты құрайды. Petrobras компаниясы Petrosix зауытында күніне 6200 тонна тақтамыздан 550 тонна мұнай өндіреді, бұл 9% шығымдылықты құрайды.
Hydrogenation and thermal dissolution (reactive fluid processes) extract the oil using hydrogen donors, solvents, or a combination of these. Thermal dissolution involves the application of solvents at elevated temperatures and pressures, increasing oil output by cracking the dissolved organic matter. Different methods produce shale oil with different properties. A critical measure of the viability of extraction of shale oil lies in the ratio of the energy produced by the oil shale to the energy used in its mining and processing, a ratio known as "Energy Returned on Energy Invested" (EROEI). An EROEI of 2 (or 2:1 ratio) would mean that to produce 2 barrels of actual oil the equivalent in energy of 1 barrel of oil has to be burnt/consumed. A 1984 study estimated the EROEI of the various known oil shale deposits as varying between 0.7 and 13.3. More recent studies estimates the EROEI of oil shales to be 1–2:1 or 2–16:1 – depending on whether self energy is counted as a cost or internal energy is excluded and only purchased energy is counted as input. Royal Dutch Shell reported an EROEI of three to four in 2006 on its in situ development in the "Mahogany Research Project." The amount of oil that can be recovered during retorting varies with the oil shale and the technology used. The major global shale oil producers have published their yields for their commercial operations. Fushun Mining Group reports producing 300,000 tons per year of shale oil from 6.6 million tons of shale, a yield of 4.5% by weight. VKG Oil claims to produce 250,000 tons of oil per year from 2 million tons of shale, a yield of 13%. Petrobras produces in their Petrosix plant 550 tons of oil per day from 6,200 tons of shale, a yield of 9%.
Қасиеттері
Шикі шайыр мұнайының қасиеттері бастапқы шайыр тастың құрамына және қолданылған өндіру технологиясына байланысты өзгереді. Дәстүрлі мұнай сияқты, шайыр мұнайы да көмірсутектердің күрделі қоспасы болып табылады және мұнайдың негізгі қасиеттеріне сәйкес сипатталады. Әдетте, олефиндік және ароматты көмірсутектердің көп мөлшерін қамтиды. Сондай-ақ, ол гетероатомдардың маңызды мөлшерін де қамтуы мүмкін. Типтік шайыр мұнайының құрамында 0,5–1% оттегі, 1,5–2% азот және 0,15–1% күкірт болады; кейбір кен орындарында гетероатомдардың мөлшері басқаларына қарағанда жоғары болады. Минералды бөлшектер мен металдар да жиі кездеседі. Жалпы, бұл мұнай шикі мұнайдан азырақ сұйық, ол температурада құйылады, ал дәстүрлі шикі мұнай температурада құйылады; бұл қасиет шайыр мұнайының қолданыстағы мұнай құбырлары арқылы тасымалдану мүмкіндігіне әсер етеді. Шайыр мұнайы полициклдік ароматты көмірсутектерді қамтиды, олар қатерлі ісік тудырушы болып табылады. АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігі (EPA) шикі шайыр мұнайының қатерлі ісік тудыру әлеуетінің кейбір мұнай өңдеу зауыттарының аралық өнімдерімен салыстырылатынын, ал жақсартылған шайыр мұнайының қатерлі ісік тудыру әлеуеті төмен екенін мәлімдеді, себебі көптеген полициклдік ароматтардың сутектік ыдырау арқылы ыдырауы мүмкін деп есептеледі. Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы шайыр мұнайын адамдар үшін 1-топтық қатерлі ісік тудырушы зат ретінде жіктейді.
Жаңарту
Шиферлік шикі мұнайды жанар май ретінде бірден жағуға болатынмен, оның көптеген қолданыстары үшін оны жаңарту қажет. Шикі мұнайдың әртүрлі қасиеттері, оны дәстүрлі мұнай өңдеу зауытына жібермес бұрын, түрлі алдын ала өңдеулерді талап етеді. Шикі мұнайдағы бөлшектер келесі процестерді бітеді; күкірт және азот ауаның ластануына себеп болады. Күкірт пен азот, сондай-ақ болуы мүмкін мырыш пен темір, өңдеуде қолданылатын катализаторларды жояды. Олефиндер ерімейтін шөгінділер түзеді және тұрақсыздыққа әкеледі. Мұнайдағы оттегі, шикі мұнайдағыдан жоғары деңгейде болатындықтан, зиянды еркін радикалдардың пайда болуына жағдай жасайды. Фенолдарды бастапқыда сумен экстракциялау арқылы жоюға болады. Қосымша крекинг бензинге қолданылатын жеңіл көмірсутектерді жасауға мүмкіндік береді. "Ақ сульфондалған шифер майы" (PSSO), сульфондалған және аммиакпен нейтралданылған түрі, "Ихтамол" (химиялық атауы: Аммоний битуминосульфонаты) деп аталады және бүгінге дейін қолданылып келеді.
Қорытындылар мен өндіріс
Жақында әлемдік техникалық жағынан өндірілетін мұнай шайыр қоры шамамен млрд. тең шамада бағаланды, ең ірі қоры АҚШ-та орналасқан, ол бар екені есептеледі. 2008 жылы әлем бойынша мұнай шайыр өндірісі шамамен бағаланды. Басты өндірушілер – Қытай, Эстония және Бразилия. 2011 жылдың наурыз айында АҚШ Жерді басқару бюросы Колорадо, Юта және Вайоминг штаттарындағы коммерциялық операцияларға қатысты ұсыныстарды күмәнді деп бағалап, "(қ)азірге дейін коммерциялық мақсаттар үшін мұнай шайырды өндіру және өңдеудің экономикалық тиімді жолдары белгілі емес" деді. АҚШ Энергиялық ақпарат басқармасы кейде "шайыр (тар мұнай) мұнайы" терминін тар мұнайға сіңістіре пайдаланады, оны "тар мұнай ресурстарынан тікелей өндірілген шикі мұнай" деп түсіндіреді. 2021 жылы АҚШ тәулігіне 7,23 миллион баррель мұндай тар мұнай өндірді, бұл АҚШ-тың жалпы шикі мұнай өндірісінің шамамен 64% құрайды. IEA кейде тар мұнайды "мұнай шайыр" деп те атайды, бірақ мұнай шайырдан алынған барлық өнімді қатты отынға жатқызады.