Břidlicový olej - Shale oil

Tento článek pojednává o syntetické ropě vyrobené z ropných břidlic. Ropa vyskytující se v břidlicových nádržích viz Těsný olej.

Břidlicový olej je nekonvenční olej vyrobeno z ropná břidlice úlomky hornin od pyrolýza, hydrogenace nebo tepelné rozpouštění. Tyto procesy přeměňují organickou hmotu ve skále (kerogen ) do syntetický olej a plyn. Výsledný olej lze okamžitě použít jako palivo nebo upgradováno potkat rafinerie surovina specifikace přidáním vodík a odstranění nečistoty jako síra a dusík. Rafinované produkty mohou být použity pro stejné účely jako ty, z nichž jsou odvozeny ropa.

Termín „břidlicový olej“ se také používá pro ropu vyrobenou z břidlic jiných formací s velmi nízkou propustností. Aby se však snížilo riziko záměny břidlicového oleje vyrobeného z ropných břidlic se surovou ropou v roponosných břidlicích, pojem „těsný olej „se dává přednost druhému.[1] The Mezinárodní energetická agentura doporučuje používat výraz „lehce těsný olej "a zpráva Světových energetických zdrojů za rok 2013 Světová energetická rada používá výraz „těsný olej „pro ropu v roponosných břidlicích.[2][3]

Dějiny

Hlavní článek: Historie průmyslu ropných břidlic
Tři West Lothianské břidlicové mohyly, důkaz raného průmyslu parafinového oleje ve Skotsku v 19. století

Ropná břidlice byla jedním z prvních zdrojů minerální olej používané lidmi.[4] V 10. století arabský lékař Masawaih al-Mardini (Mesue mladší) nejprve popsal způsob těžby ropy z „nějakého druhu asfaltové břidlice“.[5] Rovněž bylo údajně použito v Švýcarsko a Rakousko na počátku 14. století.[6] V roce 1596, osobní lékař Frederick I, vévoda Württemberg napsal o jeho léčivých vlastnostech.[7] Břidlicový olej byl použit k osvětlení ulic města Modena, Itálie na přelomu 18. století.[7] Britská koruna udělila patent v roce 1694 třem osobám, které „našly způsob, jak z nějakého kamene vytěžit a vyrobit velké množství smoly, tarru a oylu“.[7][8][9] Později prodávaný jako Bettonův britský olej byl údajně destilovaný produkt „vyzkoušen různými osobami v bolesti a bolesti s velkým přínosem“.[10] Moderní těžba břidlicového oleje průmyslová odvětví byla založena v Francie během třicátých let 20. století a v Skotsko během 40. let 20. století.[11] Olej byl používán jako palivo, jako mazivo a lampový olej; the Průmyslová revoluce vytvořil další poptávku po osvětlení. Sloužil jako náhrada za stále vzácnější a dražší velrybí olej.[7][12][13]

Na konci 19. století byly postaveny závody na těžbu břidlicového oleje Austrálie, Brazílie a Spojené státy. Čína, Estonsko, Nový Zéland, Jižní Afrika, Španělsko, Švédsko a Švýcarsko na počátku 20. století těžil břidlicový olej. Objev ropy na Středním východě v polovině století zastavil většinu těchto průmyslových odvětví, ačkoli Estonsko a Severovýchodní Čína udrželi svůj těžební průmysl na počátku 21. století.[11][14][15] V reakci na rostoucí náklady na ropu na přelomu 21. století byly zahájeny, prozkoumány nebo obnoveny těžební operace ve Spojených státech, Číně, Austrálii a Jordán.[15]

Proces extrakce

Hlavní článek: Těžba břidlicového oleje

Břidlicový olej se extrahuje pyrolýzou, hydrogenací nebo tepelným rozpuštěním ropných břidlic.[16][17] Pyrolýza horniny se provádí v a odseknout, nacházející se buď nad zemí nebo v samotném skalním útvaru. Od roku 2008 nejvíce ropná břidlice provést proces těžby břidlicového oleje poté, co je těžba, drcení a transport do retortovacího zařízení, ačkoli tento proces provádí několik experimentálních technologií (in situ ). Teplota, při které se kerogen rozkládá na použitelné uhlovodíky, se mění s časovým měřítkem procesu; v procesu nadzemní retorty začíná rozklad při 300 ° C (570 ° F), ale při vyšších teplotách probíhá rychleji a úplněji. K rozkladu dochází nejrychleji při teplotě mezi 480 a 520 ° C (900 a 970 ° F).[16]

Hydrogenace a tepelné rozpouštění (procesy reaktivní kapaliny) extrahují olej pomocí dárci vodíku, rozpouštědla nebo jejich kombinace. Tepelné rozpouštění zahrnuje aplikaci rozpouštědel při zvýšených teplotách a tlacích, což zvyšuje produkci oleje o praskání rozpuštěná organická hmota. Různé metody produkují břidlicový olej s různými vlastnostmi.[17][18][19][20]

Kritické měřítko životaschopnosti těžby břidlicové ropy spočívá v poměru energie produkované ropnou břidlicí k energii použité při její těžbě a zpracování, což je poměr známý jako „Energie vrácená z investované energie“ (EROEI ). EROEI 2 (nebo poměr 2: 1) by znamenalo, že k produkci 2 barelů skutečné ropy musí být spálen / spotřebován ekvivalent energie 1 barel ropy. Studie z roku 1984 odhaduje, že EROEI různých známých ložisek roponosných břidlic se pohybuje mezi 0,7–13,3.[21] Novější studie odhadují, že EROEI ropných břidlic je 1–2: 1 nebo 2–16: 1 - v závislosti na tom, zda se vlastní energie počítá jako náklad nebo je vyloučena vnitřní energie a jako vstup se počítá pouze nakoupená energie.[22] Royal Dutch Shell v roce 2006 vykázala EROEI tři až čtyři in situ vývoj v „Mahagonový výzkumný projekt."[23][24]

Množství oleje, které lze během retorty získat, se liší podle ropné břidlice a použité technologie.[15] Asi šestina ropných břidlic v Formace zelené řeky mít relativně vysoký výtěžek 25 až 100 amerických galonů (95 až 379 l; 21 až 83 imp gal) břidlicového oleje na tunu ropné břidlice; asi jedna třetina produkuje od 10 do 25 amerických galonů (38 až 95 l; 8,3 až 20,8 imp gal) na tunu. (Deset amerických gal / tun je přibližně 3,4 tuny ropy na 100 tun břidlice.) Asi polovina ropných břidlic ve formaci Green River poskytuje méně než 10 amerických gal / tun.[25]

Hlavní světoví producenti břidlicové ropy zveřejnili své výnosy za své obchodní operace. Těžařská skupina Fushun uvádí produkci 300 000 tun břidlicového oleje ročně ze 6,6 milionů tun břidlice, což je výtěžek 4,5% hmotnosti.[26] Olej VKG tvrdí, že z 2 milionů tun břidlice ročně vyprodukuje 250 000 tun ropy, což je výnos 13%.[27] Petrobras vyrábí ve svých Petrosix zasadit 550 tun oleje denně z 6 200 tun břidlice, výnos 9%.[28]

Vlastnosti

Vlastnosti surového břidlicového oleje se liší v závislosti na složení matečné ropné břidlice a použité extrakční technologii.[29] Stejně jako konvenční olej je břidlicový olej komplexní směs uhlovodíků a je charakterizován použitím objemových vlastností oleje. Břidlicový olej obvykle obsahuje velké množství olefinický a aromatický uhlovodíky. Břidlicový olej může také obsahovat významná množství heteroatomy. Typické složení břidlicového oleje zahrnuje 0,5–1% kyslík, 1,5–2% z dusík a 0,15–1% z síra a některá ložiska obsahují více heteroatomů. Často jsou také přítomny minerální částice a kovy.[30][31] Obecně je ropa méně tekutá než ropa nalévatelný při teplotách mezi 24 a 27 ° C (75 až 81 ° F), zatímco běžná ropa je nalitelná při teplotách mezi -60 až 30 ° C (-76 až 86 ° F); tato vlastnost ovlivňuje schopnost břidlicového oleje přepravovat se ve stávajících potrubích.[30][32][33]

Břidlicový olej obsahuje polycyklické aromatické uhlovodíky což jsou karcinogenní. Bylo popsáno, že surový břidlicový olej má mírný karcinogenní potenciál, který je srovnatelný s některými meziprodukty rafinérie, zatímco upgradovaný břidlicový olej má nižší karcinogenní potenciál, protože se předpokládá, že většina polycyklických aromatických látek se štěpí hydrogenací.[34] The Světová zdravotnická organizace klasifikuje břidlicový olej jako Karcinogeny skupiny 1 lidem.[35]

Aktualizace

Ačkoli surový břidlicový olej lze okamžitě spálit jako topný olej, mnoho jeho aplikací vyžaduje jeho modernizaci. Rozdílné vlastnosti surových olejů vyžadují odpovídající různé předúpravy, než mohou být odeslány na konvenční ropná rafinerie.[36]

Částice při ucpání surového oleje po proudu; síra a dusík vytvořit znečištění ovzduší. Síra a dusík spolu s arsen a žehlička které mohou být přítomny, také zničit katalyzátory používá se při rafinaci.[37][38] Olefiny tvoří nerozpustné sedimenty a způsobují nestabilitu. The kyslík v oleji, přítomný na vyšších úrovních než v ropa, je vhodný ke vzniku destruktivního volné radikály.[31] Hydrodesulfurizace a hydrodenitrogenace může vyřešit tyto problémy a vést k produktu srovnatelnému s referenční ropa.[30][31][39][40] Fenoly lze nejprve odstranit extrakcí vodou.[40] Modernizace břidlicového oleje na pohonná hmota vyžaduje úpravu poměru vodík - uhlík přidáním vodíku (hydrokrakování ) nebo odstranění uhlíku (koksování ).[39][40]

Břidlicový olej vyráběný některými technologiemi, jako je např Kiviterův proces, lze použít bez další modernizace jako ropnou složku a jako zdroj fenolové sloučeniny. Lze použít také destilátové oleje z procesu Kiviter ředidla pro těžké ropné produkty a jako aditivum zvyšující aditivum v asfaltové materiály jako asfalt.[40]

Používání

Před druhá světová válka „Většina břidlicového oleje byla upgradována pro použití jako pohonná hmota. Poté byl použit jako surovina pro chemické meziprodukty, čisté chemikálie a průmyslové pryskyřice a jako železniční dřevo konzervační. Od roku 2008 se primárně používá jako topný olej a lodní palivo a v menší míře při výrobě různých chemikálií.[36]

Koncentrace břidlicového oleje ve sloučeninách s vysokou teplotou varu je vhodná pro výrobu střední destiláty jako petrolej, Tryskové palivo a nafta.[31][41][42] Další praskání může vytvářet lehčí uhlovodíky používané v benzinu.[31][43]

Rezervy a produkce

Hlavní článek: Zásoby ropných břidlic

Celosvětově technicky využitelné zásoby ropných břidlic se nedávno odhadují na přibližně 2,8 až 3,3 bilionu barelů (450×10^9 až 520×10^9 m3) břidlicového oleje s největšími zásobami v Spojené státy, o kterém se předpokládá, že má 1,5–2,6 bilionu barelů (240×10^9–410×10^9 m3).[14][41][44][45] Celosvětová produkce břidlicového oleje se odhadovala na 17 700 barelů denně (2 810 m3/ d) v roce 2008. Předními producenty byla Čína (7 600 barelů denně (1 210 m3/ d)), Estonsko (6 300 barelů denně (1 000 m3/ d)) a Brazílie (3 800 barelů denně (600 m3/ d)).[14]

Produkce břidlicového oleje byla omezena z důvodu technických potíží a nákladů.[46] V březnu 2011 Spojené státy Bureau of Land Management zpochybnil návrhy komerčních operací v USA s tím, že „zde dosud neexistují žádné ekonomicky životaschopné způsoby těžby a zpracování ropných břidlic pro komerční účely“.[47]

Viz také

Reference

  1. ^ Reinsalu, Enno; Aarna, Indrek (2015). „O technických pojmech ropná břidlice a ropa z břidlic“ (PDF). Ropná břidlice. Vědeckotechnický časopis. 32 (4): 291–292. doi:10.3176 / olej.2015.4.01. ISSN  0208-189X. Citováno 2016-01-16.
  2. ^ IEA (2013). Světový energetický výhled 2013. OECD. p. 424. ISBN  978-92-64-20130-9.
  3. ^ Průzkum světových energetických zdrojů 2013 (PDF). Světová energetická rada. 2013. s. 2.46. ISBN  9780946121298. Archivovány od originál (PDF) dne 2014-02-21. Citováno 2014-04-04.
  4. ^ Dostrovský, I. (1988). Energie a chybějící zdroje: Pohled z laboratoře. Cambridge University Press. p.18. ISBN  978-0-521-31965-2. Citováno 2009-06-02.
  5. ^ Forbes, R.J. (1970). Krátká historie umění destilace od počátků až do smrti Celliera Blumenthala. Vydavatelé Brill. 41–42. ISBN  978-90-04-00617-1.
  6. ^ "Ropná břidlice" (PDF). Colorado School of Mines. 2008: 2. Citováno 2008-12-24. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  7. ^ A b C d Moody, Richard (2007-04-20). „Ropné a plynové břidlice, definice a distribuce v čase a prostoru. V historii používání uhlovodíků na pobřeží ve Velké Británii“ (PDF). Geologická společnost v Londýně: 1. Archivováno od originál (PDF) dne 06.02.2012. Citováno 2009-01-10. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  8. ^ Louw, S.J .; Addison, J. (1985). Seaton, A. (ed.). "Studie skotského průmyslu ropných břidlic. Vol.1 Historie průmyslu, pracovní podmínky a mineralogie skotských a zelených řek formujících se břidlic. Závěrečná zpráva o americkém ministerstvu energetiky" (PDF). Ústav pracovního lékařství: 35. DE-ACO2 - 82ER60036. Archivovány od originál (PDF) dne 26. 7. 2011. Citováno 2009-06-05. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  9. ^ Cane, R.F. (1976). Teh Fu Yen; Chilingar, George V. (eds.). Ropná břidlice. Amsterdam: Elsevier. p. 56. ISBN  978-0-444-41408-3. Citováno 2009-06-05.
  10. ^ Forbes, R.J. (1970). Krátká historie umění destilace od počátků až po smrt Celliera Blumenthala. Vydavatelé Brill. p. 250. ISBN  978-90-04-00617-1. Citováno 2009-06-02.
  11. ^ A b Francu, Juraj; Harvie, Barbra; Laenen, Ben; Siirde, Andres; Veiderma, Mihkel (květen 2007). „Studie o odvětví ropných břidlic v EU nahlížená na základě estonských zkušeností. Zpráva agentury EASAC pro Výbor pro průmysl, výzkum a energetiku Evropského parlamentu“ (PDF). Poradní výbor pro evropské akademie vědy: 1, 5, 12. Citováno 2011-05-07. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  12. ^ Doscher, Todd M. „Ropa“. MSN Encarta. Archivovány od originál dne 2008-04-21. Citováno 2008-04-22.
  13. ^ "Ropná břidlice". Americká asociace ropných geologů. Citováno 2008-03-31.
  14. ^ A b C Dyni, John R. (2010). "Ropná břidlice" (PDF). In Clarke, Alan W .; Trinnaman, Judy A. (eds.). Průzkum energetických zdrojů (22 ed.). Světová energetická rada. 93–123. ISBN  978-0-946121-02-1.
  15. ^ A b C Dyni, John R. (2006). „Geologie a zdroje některých světových ložisek ropných břidlic. Zpráva o vědeckých výzkumech 2005–5294“ (PDF). Ministerstvo vnitra Spojených států, Geologický průzkum Spojených států: 1–42. Citováno 2007-07-09. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  16. ^ A b Koel, Mihkel (1999). „Estonská ropná břidlice“. Ropná břidlice. Vědeckotechnický časopis (Další). ISSN  0208-189X. Citováno 2008-12-24.
  17. ^ A b Luik, Hans (06.06.2009). Alternativní technologie pro zkapalňování a modernizaci ropných břidlic (PDF). Mezinárodní sympozium ropných břidlic. Tallinská technická univerzita. Tallinn, Estonsko. Archivovány od originál (PDF) dne 2012-02-24. Citováno 2009-06-09.
  18. ^ Gorlov, E.G. (Říjen 2007). „Tepelné rozpouštění pevných fosilních paliv“. Chemie pevných paliv. 41 (5): 290–298. doi:10.3103 / S0361521907050047. ISSN  1934-8029.
  19. ^ Koel, Mihkel; Ljovin, S .; Hollis, K .; Rubin, J. (2001). „Použití neoterických rozpouštědel ve studiích ropných břidlic“ (PDF). Čistá a aplikovaná chemie. 73 (1): 153–159. doi:10.1351 / pac200173010153. ISSN  0033-4545. Citováno 2010-01-22.
  20. ^ Baldwin, R. M .; Bennett, D. P .; Briley, R. A. (1984). "Reaktivita ropných břidlic vůči hydrogenaci rozpouštědlem". Americká chemická společnost. Oddělení ropné chemie. 29 (1): 148–153. ISSN  0569-3799. OSTI  6697587.
  21. ^ Cleveland, Cutler J .; Costanza, Robert; Hall, Charles A. S .; Kaufmann, Robert (31. 8. 1984). „Energie a ekonomika USA: biofyzikální perspektiva“ (PDF). Věda. 225 (4665): 890–897. doi:10.1126 / science.225.4665.890. ISSN  0036-8075. PMID  17779848. Citováno 2007-08-28.
  22. ^ Brandt, Adam R. (2009). „Přeměna ropné břidlice Green River na kapalná paliva s procesorem Alberta Taciuk: energetické vstupy a emise skleníkových plynů“. Energie a paliva. 23 (12): 6253–6258. doi:10.1021 / ef900678d. ISSN  0887-0624. (vyžadováno předplatné).
  23. ^ „Projekt zkoušek ropných břidlic. Projekt výzkumu a vývoje ropných břidlic“ (PDF). Shell Frontier Oil and Gas. 2006-02-15. Archivovány od originál (PDF) dne 2008-05-27. Citováno 2007-06-30. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  24. ^ Reiss, Spencer (13. 12. 2005). „Tapping the Rock Field“. WIRED Magazine. Citováno 2007-08-27.
  25. ^ „Informační list: Zdroje ropných břidlic v USA“ (PDF). Ministerstvo energetiky Spojených států. Citováno 2009-01-10.
  26. ^ Promitis, Guntis (03.11.2008). „Slib ropné břidlice“ (PDF). Ropný a plynárenský deník. PennWell Corporation: 16. Citováno 2011-10-09.[trvalý mrtvý odkaz ]
  27. ^ „VKG Oil AS“. Skupina Viru Keemia. Archivovány od originál dne 07.09.2011. Citováno 2011-10-09.
  28. ^ Qian, Jialin; Wang Jianqiu (07.11.2006). Světové technologie retortace ropných břidlic (PDF). Mezinárodní konference o ropných břidlicích. Ammán, Jordán: Jordánský úřad pro přírodní zdroje. Archivovány od originál (PDF) dne 2008-05-27. Citováno 2007-06-29.
  29. ^ McKetta, John J. (1994). Encyclopedia of Chemical Processing and Design. 50. CRC Press. p. 49. ISBN  978-0-8247-2601-0. Citováno 2009-06-02.
  30. ^ A b C Lee, Sunggyu (1991). Technologie ropných břidlic. CRC Press. p. 7. ISBN  978-0-8493-4615-6. Citováno 2008-12-24.
  31. ^ A b C d E Speight, James (2008). Příručka o syntetických palivech. McGraw-Hill Professional. p. 188. ISBN  978-0-07-149023-8. Citováno 2008-12-24.
  32. ^ Wauquier, Jean-Pierre; Trambouze, Pierre; Favennec, Jean-Pierre (1995). Rafinace ropy: ropa. Ropné produkty. Zpracovat vývojové listy. Vydání TECHNIP. p. 317. ISBN  978-2-7108-0685-1.
  33. ^ „Hodnocení trhu s břidlicovou ropou“. Databáze energetických citací. 1979. OSTI  5749060. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  34. ^ Slawson, G. C .; Teh Fu Yen, eds. (1979). Zprávy o technologii ropných břidlic. 1. Agentura pro ochranu životního prostředí Spojených států, Úřad pro výzkum a vývoj, laboratoř monitorování a podpory životního prostředí. p. 115. ISBN  978-2-7108-0685-1.
  35. ^ Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (17. června 2011). „Agenti klasifikovaní podle monografií IARC, ročníky 1–102“ (PDF). Lyon, Francie: Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny. p. 5. Citováno 16. února 2016.
  36. ^ A b Purga, Jaanus (2007-10-16). Výrobky z břidlice - výroba, kvalita a tržní výzvy (PDF). 27. sympozium ropných břidlic. Golden, Colorado: Colorado School of Mines. Citováno 2008-12-24.
  37. ^ Bo Yu; Ping Xu; Shanshan Zhu; Xiaofeng Cai; Ying Wang; Li Li; Fuli Li; Xiaoyong Liu; Cuiqing Ma (březen 2006). „Selektivní biodegradace S a N heterocyklů kmenem rekombinantní rhodococcus erythropolis obsahující karbazol dioxygenázu“ (PDF). Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 72 (3): 2235–2238. doi:10.1128 / AEM.72.3.2235-2238.2006. PMC  1393234. PMID  16517679. Citováno 2008-12-28.
  38. ^ „Proces zpracování odpadních vod z horké břidlice z retorty - americký patent # 4181596“. freepatentsonline.com. Citováno 2008-12-28.
  39. ^ A b Oja, Vahur (2006). „Stručný přehled motorových paliv z břidlicového oleje z kukersitu“ (PDF). Ropná břidlice. Vědeckotechnický časopis. 23 (2): 160–163. ISSN  0208-189X. Citováno 2008-12-24.
  40. ^ A b C d Mölder, Leevi (2004). „Odvětví výroby estonských ropných břidlic na rozcestí“ (PDF). Ropná břidlice. Vědeckotechnický časopis. 21 (2): 97–98. ISSN  0208-189X. Citováno 2008-12-25.
  41. ^ A b Andrews, Anthony (2006-04-13). „Ropná břidlice: historie, pobídky a politika“ (PDF). Kongresová výzkumná služba. RL33359. Citováno 2008-12-24. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  42. ^ Andrews, Anthony (17.11.2008). „Vývoj ropné břidlice“ (PDF). Kongresová výzkumná služba. RL34748. Citováno 2008-12-24. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  43. ^ James Girard (2004). Principy chemie životního prostředí. Jones & Bartlett. ISBN  978-0-7637-2471-9. Frakční destilací se získají hlavně uhlovodíky s vysokou molekulovou hmotností, které se pak mohou krakovat za vzniku požadovaných uhlovodíků v rozmezí benzinu.
  44. ^ „Roční energetický výhled 2006“ (PDF). Správa energetických informací. Února 2006. Citováno 2007-06-22. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  45. ^ „Národní strategický nekonvenční model zdrojů NPR“ (PDF). Ministerstvo energetiky Spojených států. Dubna 2006. Citováno 2007-07-09. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  46. ^ Kraushaar, Jack P. a Robert A. Ristinen. Energie a životní prostředí - 2. vyd. New York, NY: Wiley & Sons Inc., 2006. 54–56.
  47. ^ Bureau of Land Management (2011-04-14). „Oznámení o záměru připravit programové prohlášení o dopadu na životní prostředí (EIS) a možné změny územního plánu pro alokaci zdrojů ropných břidlic a dehtových písků na pozemky spravované Úřadem pro správu půdy v Coloradu, Utahu a Wyomingu“ (PDF). Federální registr. 76 (72): 21003–21005. Citováno 2011-10-09.