Введение

Нефть, полученная из фрагментов горючих сланцев
синтетическая нефть, полученная из горючих сланцев
Сланцевая нефть – это нетрадиционная нефть, получаемая из фрагментов горючих сланцев путем пиролиза, гидрогенизации или термического разложения. Эти процессы преобразуют органическое вещество в породе (кероген) в синтетическую нефть и газ. Полученную нефть можно немедленно использовать в качестве топлива или подвергнуть улучшению для соответствия требованиям к сырью для нефтепереработки путем добавления водорода и удаления примесей, таких как сера и азот. Очищенные продукты могут использоваться для тех же целей, что и продукты, полученные из сырой нефти. Термин "сланцевая нефть" также используется для сырой нефти, добываемой из сланцев других нетрадиционных формаций с очень низкой проницаемостью. Однако, чтобы снизить риск путаницы между сланцевой нефтью, полученной из горючих сланцев, и сырой нефтью в нефтеносных сланцах, для последней предпочтительнее использовать термин "сланцевая нефть с низкой проницаемостью". Международное энергетическое агентство рекомендует использовать термин "лёгкая сланцевая нефть с низкой проницаемостью", а в отчёте World Energy Resources 2013 Всемирного энергетического совета используется термин "сланцевая нефть с низкой проницаемостью" для сырой нефти в нефтеносных сланцах.

История

Нефтяные сланцы были одним из первых источников минерального масла, используемого человеком. В X веке арабский врач Масавайх аль-Мардини (Месуй Младший) впервые описал способ извлечения масла из «некоторого вида битуминозного сланца». Также сообщается, что его использовали в Швейцарии и Австрии в начале XIV века. В 1596 году личный врач герцога Фридриха I Вюртембергского писал о его целебных свойствах. В 1694 году британская корона выдала патент трем лицам, которые «нашли способ извлекать и производить большие количества дегтя, смолы и масла из определенного типа камня». Позднее, продававшийся как «Британское масло Беттона», дистиллированный продукт, как утверждается, «испробовали разные люди при болях и недугах с большой пользой». Современные отрасли по добыче сланцевой нефти были созданы во Франции в 1830-х годах и в Шотландии в 1840-х годах. Масло использовалось в качестве топлива, смазочного материала и лампового масла; промышленная революция создала дополнительный спрос на освещение. Оно служило заменой все более дефицитному и дорогостоящему китовому жиру. В конце XIX века заводы по добыче сланцевой нефти были построены в Австралии, Бразилии и Соединенных Штатах. Китай, Эстония, Новая Зеландия, Южная Африка, Испания, Швеция и Швейцария добывали сланцевую нефть в начале XX века. Открытие сырой нефти на Ближнем Востоке в середине века привело к остановке большинства этих отраслей, хотя Эстония и Северо-Восточный Китай сохранили свою добывающую промышленность до начала XXI века.

Процесс извлечения

Сланцевая нефть извлекается путем пиролиза, гидрогенизации или термического растворения нефтяных сланцев. Пиролиз породы осуществляется в реторте, расположенном либо над землей, либо непосредственно в горном массиве (in situ). По состоянию на 2008 год большинство предприятий по добыче сланцевой нефти проводят процесс извлечения после добычи, измельчения и транспортировки породы на реторторный комплекс, хотя несколько экспериментальных технологий осуществляют процесс на месте (in situ). Температура, при которой кероген разлагается на полезные углеводороды, варьируется в зависимости от продолжительности процесса; в процессе наземного ретортирования разложение начинается при , но протекает быстрее и полнее при более высоких температурах. Наиболее быстрое разложение происходит при температуре между . Гидрогенизация и термическое растворение (реактивные флюидные процессы) извлекают нефть с использованием водородных доноров, растворителей или их комбинации. Термическое растворение включает применение растворителей при повышенных температурах и давлениях, что увеличивает выход нефти за счет крекинга растворенного органического вещества. Различные методы позволяют получать сланцевую нефть с различными свойствами. Критическим показателем экономической целесообразности извлечения сланцевой нефти является отношение энергии, произведенной сланцевой нефтью, к энергии, затраченной на ее добычу и переработку – показатель, известный как "энергетическая отдача на вложенные инвестиции" (EROEI). EROEI, равный 2 (или соотношение 2:1), означает, что для производства 2 баррелей нефти необходимо сжечь/потребить энергию, эквивалентную 1 баррелю нефти. Исследование 1984 года оценивало EROEI различных известных месторождений сланцевой нефти в диапазоне от 0,7 до 13,3. Более поздние исследования оценивают EROEI нефтяных сланцев в 1–2:1 или 2–16:1 – в зависимости от того, учитывается ли собственная энергия в качестве затрат или исключается внутренняя энергия и учитывается только приобретенная энергия в качестве входных данных. Royal Dutch Shell в 2006 году сообщила о EROEI от трех до четырех в рамках своей разработки на месте в проекте "Mahogany Research Project". Количество нефти, которое можно извлечь в процессе ретортирования, варьируется в зависимости от нефтяных сланцев и используемой технологии. Ведущие мировые производители сланцевой нефти опубликовали данные о своей производительности. Fushun Mining Group сообщает о производстве 300 000 тонн сланцевой нефти в год из 6,6 млн тонн сланца, что составляет 4,5% по весу. VKG Oil заявляет о производстве 250 000 тонн нефти в год из 2 млн тонн сланца, при этом выход составляет 13%. Petrobras производит на своем заводе Petrosix 550 тонн нефти в день из 6200 тонн сланца, что составляет 9% выхода.

Свойства

Свойства сырой сланцевой нефти варьируются в зависимости от состава исходной нефтяной сланцы и используемой технологии добычи. Как и обычная нефть, сланцевая нефть представляет собой сложную смесь углеводородов и характеризуется по объемным свойствам нефти. Обычно она содержит большое количество олефиновых и ароматических углеводородов, а также значительное количество гетероатомов. Типичный состав сланцевой нефти включает 0,5–1% кислорода, 1,5–2% азота и 0,15–1% серы; некоторые месторождения содержат больше гетероатомов, чем другие. Часто присутствуют также минеральные частицы и металлы. Как правило, сланцевая нефть менее текуча, чем сырая нефть, и становится заливной при температурах между , в то время как обычная сырая нефть заливна при температурах между . Это свойство влияет на возможность транспортировки сланцевой нефти по существующим нефтепроводам. Сланцевая нефть содержит полициклические ароматические углеводороды, которые являются канцерогенными. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) пришло к выводу, что сырая сланцевая нефть обладает умеренным канцерогенным потенциалом, сопоставимым с некоторыми промежуточными продуктами нефтепереработки, в то время как модернизированная сланцевая нефть обладает более низким канцерогенным потенциалом, поскольку считается, что большая часть полициклических ароматических углеводородов разрушена в процессе гидрогенизации. Всемирная организация здравоохранения классифицирует сланцевую нефть как канцероген 1 группы для человека.

Обновление

Хотя сырая сланцевая нефть может быть немедленно сожжена как мазут, для многих её применений требуется её облагораживание. Различные свойства сырой нефти требуют соответствующих предварительных обработок, прежде чем её можно будет отправить на традиционный нефтеперерабатывающий завод. Твёрдые частицы в сырой нефти засоряют последующие процессы; сера и азот создают загрязнение воздуха. Сера и азот, а также присутствующие в ней мышьяк и железо, также разрушают катализаторы, используемые при переработке. Олефины образуют нерастворимые осадки и вызывают нестабильность. Кислород, содержащийся в нефти в более высоких концентрациях, чем в сырой нефти, способствует образованию деструктивных свободных радикалов. Фенолы можно предварительно удалить экстракцией водой. Дополнительное крекинг-процесс позволяет получить более лёгкие углеводороды, используемые в бензине. "Светлое сульфонированное сланцевое масло" (PSSO), сульфонированный и нейтрализованный аммиаком вариант, известный как "Ихтиол" (химическое название: битуминосульфонат аммония), до сих пор применяется.

Резервы и производство

Глобальные технически извлекаемые запасы сланцевой нефти были недавно оценены в триллионы баррелей сланцевой нефти, при этом крупнейшие запасы находятся в Соединенных Штатах, которые, как считается, обладают наибольшими ресурсами в мире. Мировое производство сланцевой нефти в 2008 году оценивалось в миллионы баррелей. Ведущими производителями были Китай, Эстония и Бразилия. В марте 2011 года Бюро управления земельными ресурсами США поставило под сомнение предложения о коммерческих операциях в Колорадо, Юте и Вайоминге, заявив, что «в настоящее время не существует экономически целесообразных способов добычи и переработки сланцевой нефти в коммерческих целях». Управление энергетической информации США иногда использует фразу «сланцевая (тесная) нефть» для обозначения «сырой нефти, полученной непосредственно из тесных нефтяных пластов». В 2021 году США добывали 7,23 миллиона баррелей такой тесной нефти ежедневно, что составляет около 64% от общего объема добычи сырой нефти в США. МЭА также иногда называет тесную нефть «сланцевой нефтью», но классифицирует любые продукты, полученные из сланцев, как твердое топливо.