Przemysł łupków naftowych
Przemysł łupków naftowych to przemysł wydobywania i przetwarzania łupków bitumicznych — drobnoziarnistej skały osadowej , zawierającej znaczne ilości kerogenu (stała mieszanina organicznych związków chemicznych ), z którego można wytwarzać ciekłe węglowodory . Przemysł rozwinął się w Brazylii , Chinach, Estonii oraz do pewnego stopnia w Niemczech i Rosji. Kilka innych krajów prowadzi obecnie badania nad swoimi rezerwami łupków bitumicznych i metod produkcji w celu poprawy wydajności i odzysku. W badaniu opublikowanym w 2005 roku Estonia odpowiadała za około 70% światowej produkcji łupków naftowych.
Łupek bitumiczny był wykorzystywany do celów przemysłowych od początku XVII wieku, kiedy wydobywano z niego minerały. Od końca XIX wieku olej łupkowy był również używany ze względu na jego zawartość ropy naftowej oraz jako paliwo niskiej jakości do wytwarzania energii. Jednak z wyjątkiem krajów posiadających znaczne złoża łupków naftowych, jego wykorzystanie do wytwarzania energii nie jest szczególnie rozpowszechnione. Podobnie łupki bitumiczne są źródłem produkcji syntetycznej ropy naftowej i postrzegane są jako rozwiązanie umożliwiające zwiększenie krajowej produkcji ropy naftowej w krajach uzależnionych od importu.
Historia
Łupek bitumiczny był używany od czasów starożytnych. Nowoczesne przemysłowe wydobycie łupków naftowych rozpoczęło się w 1837 roku w kopalniach Autun we Francji, a następnie w Wielkiej Brytanii, Niemczech i kilku innych krajach. Przemysł łupków naftowych zaczął się rozwijać tuż przed I wojną światową z powodu masowej produkcji samochodów i ciężarówek oraz rzekomego braku benzyny na potrzeby transportu. W 1924 r. Tallinn była pierwszą elektrownią na świecie, która przeszła na opalanie łupkami bitumicznymi.
Po zakończeniu II wojny światowej przemysł łupków naftowych podupadł z powodu odkrycia dużych zasobów łatwo dostępnej i tańszej ropy naftowej. Jednak produkcja łupków naftowych nadal rosła w Estonii, Rosji i Chinach.
Po kryzysie naftowym z 1973 r . w kilku krajach ponownie uruchomiono przemysł łupków naftowych, ale w latach 80., kiedy ceny ropy spadły , wiele gałęzi przemysłu stanęło w obliczu zamknięcia. Od połowy lat 90. światowy przemysł łupków naftowych ponownie się rozwinął. W 2003 r. w Stanach Zjednoczonych zainicjowano program zagospodarowania łupków bitumicznych, aw 2005 r. wprowadzono program komercyjnego dzierżawy łupków bitumicznych i piasków roponośnych.
Od maja 2007 r. Estonia jest aktywnie zaangażowana w eksploatację łupków bitumicznych na znaczną skalę i odpowiada za 70% światowego przerobu łupków bitumicznych. Estonia jest wyjątkowa, ponieważ jej złoża łupków bitumicznych stanowią zaledwie 17% wszystkich złóż w Unii Europejskiej , ale generuje 90% swojej energii elektrycznej z łupków bitumicznych. Przemysł łupków naftowych w Estonii zatrudnia 7500 osób, co stanowi około 1% krajowego zatrudnienia, co stanowi 4% produktu krajowego brutto.
Górnictwo
Łupki naftowe są wydobywane tradycyjnymi technikami górnictwa podziemnego lub odkrywkowego . Dostępnych jest kilka metod wydobywczych, ale wspólnym celem wszystkich tych metod jest rozdrobnienie złóż łupków bitumicznych w celu umożliwienia transportu fragmentów łupków do elektrowni lub obiektu retortowego. Główne metody eksploatacji odkrywkowej to górnictwo odkrywkowe i odkrywkowe . Ważną metodą eksploatacji podpowierzchniowej jest metoda komorowo-filarowa . W tej metodzie materiał jest wydobywany w poprzek płaszczyzny poziomej, pozostawiając „słupy” nietkniętego materiału do podparcia dachu. Te filary zmniejszają prawdopodobieństwo upadku. Łupki bitumiczne można również otrzymać jako produkt uboczny wydobycia węgla .
Największą kopalnią łupków naftowych na świecie jest Kopalnia Estonia, której operatorem jest Enefit Kaevandused . W 2005 roku Estonia wydobyła 14,8 mln ton łupków bitumicznych. W tym samym okresie wydano zezwolenia na wydobycie prawie 24 mln ton, przy czym otrzymano wnioski o wydobycie dodatkowych 26 mln ton. W 2008 r. parlament estoński zatwierdził „Krajowy plan rozwoju wykorzystania łupków naftowych na lata 2008-2015”, który ogranicza roczne wydobycie łupków bitumicznych do 20 mln ton.
Wytwarzanie energii
Łupki naftowe mogą być wykorzystywane jako paliwo w elektrowniach cieplnych, w których łupki bitumiczne są spalane jak węgiel do napędzania turbin parowych. Od 2012 r. W Estonii , Chinach i Niemczech, istnieją elektrownie opalane łupkami bitumicznymi o mocy wytwórczej 2967 megawatów (MW). Również Izrael , Rumunia i Rosja uruchomiły elektrownie opalane łupkami naftowymi, ale zamknęły je lub przestawiły się na inne paliwa, takie jak gaz ziemny. Jordania i Egipt ogłosiły plany budowy elektrowni opalanych łupkami bitumicznymi, a Kanada i Turcja planują palić łupki bitumiczne w elektrowniach wraz z węglem.
Elektrociepłownie wykorzystujące łupki bitumiczne jako paliwo stosują najczęściej dwa rodzaje spalania. Tradycyjną metodą jest spalanie pyłowe (PC), stosowane w starszych blokach elektrowni opalanych łupkami bitumicznymi w Estonii, natomiast bardziej zaawansowaną metodą jest spalanie w złożu fluidalnym (FBC), stosowane w cementowni Holcim w Dotternhausen, Niemcy i był używany w elektrowni Mishor Rotem w Izraelu. Główne technologie FBC to spalanie w bąbelkowym złożu fluidalnym (BFBC) i spalanie w cyrkulacyjnym złożu fluidalnym (CFBC).
Na świecie jest ponad 60 elektrowni wykorzystujących technologię CFBC do spalania węgla kamiennego i brunatnego , ale tylko dwie nowe jednostki w elektrowniach Narva w Estonii i jedna w elektrowni Huadian w Chinach wykorzystują technologię CFBC do spalania ropy naftowej łupek ilasty. Najbardziej zaawansowaną i wydajną technologią spalania łupków bitumicznych jest spalanie w ciśnieniowym złożu fluidalnym (PFBC). Jednak ta technologia jest jeszcze przedwczesna i znajduje się w początkowej fazie.
Wydobycie ropy naftowej
Głównymi producentami ropy łupkowej są Chiny i Estonia, z Brazylią na trzecim miejscu, podczas gdy Australia, USA, Kanada i Jordania planują rozpocząć lub wznowić produkcję ropy łupkowej. Według Światowej Rady Energetycznej w 2008 roku łączna produkcja oleju łupkowego z łupków bitumicznych wyniosła 930 tys. ton, co odpowiada 17,7 tys. baryłek dziennie (2810 m 3 /d), z czego Chiny wyprodukowały 375 tys. ton. Dla porównania produkcja płynnej ropy konwencjonalnej i gazu ziemnego w 2008 roku wyniosła 3,95 miliarda ton, czyli 82,12 miliona baryłek dziennie (13,056 × 10 6 m 3 /d).
Chociaż istnieje kilka technologii retortowania łupków naftowych, tylko cztery technologie są obecnie wykorzystywane komercyjnie. Są to Kiviter , Galoter , Fushun i Petrosix . Dwie główne metody wydobywania ropy z łupków to ex-situ i in-situ . W ex-situ łupek bitumiczny jest wydobywany i transportowany do instalacji retortowej w celu wydobycia ropy. Metoda in-situ przekształca kerogen, gdy jest on jeszcze w postaci złoża łupków naftowych, a następnie wydobywa go przez odwiert, skąd wznosi się jako zwykła ropa naftowa.
Inne zastosowania przemysłowe
Łupki bitumiczne są wykorzystywane do produkcji cementu przez firmę Kunda Nordic Cement w Estonii, firmę Holcim w Niemczech oraz cementownię Fushun w Chinach. Łupki bitumiczne mogą być również wykorzystywane do produkcji różnych wyrobów chemicznych, materiałów budowlanych oraz wyrobów farmaceutycznych, np. bituminosulfonianu amonu . Jednak wykorzystanie łupków bitumicznych do produkcji tych produktów jest nadal bardzo rzadkie i tylko w fazie eksperymentalnej.
Niektóre łupki naftowe są odpowiednim źródłem siarki, amoniaku, tlenku glinu, sody kalcynowanej i nahkolitu, które występują jako produkty uboczne wydobycia oleju łupkowego. Niektóre łupki naftowe mogą być również wykorzystywane do produkcji uranu i innych rzadkich pierwiastków chemicznych. W latach 1946-1952 morska odmiana Dictyonema była wykorzystywana do produkcji uranu w Sillamäe w Estonii, a w latach 1950-1989 łupki ałunowe były wykorzystywane w Szwecji do tego samego celu. Gaz łupkowy może być również stosowany jako substytut gazu ziemnego. Po II wojnie światowej w Leningradzie wykorzystywano wydobywany w Estonii gaz łupkowy i miasta w północnej Estonii. Jednak przy obecnym poziomie cen gazu ziemnego nie jest to ekonomicznie wykonalne.
Ekonomia
Ilość łupków bitumicznych, które można wydobyć z ekonomicznego punktu widzenia, jest nieznana. Różne próby zagospodarowania złóż łupków bitumicznych kończyły się sukcesem tylko wtedy, gdy koszt wydobycia ropy łupkowej w danym regionie był niższy od ceny ropy naftowej lub innych jej substytutów. Według ankiety przeprowadzonej przez RAND Corporation , koszt wydobycia baryłki oleju łupkowego w hipotetycznym kompleksie retortowym na powierzchni w Stanach Zjednoczonych (obejmującym kopalnię, zakład retortowy, zakład uszlachetniający, media pomocnicze i rekultywację zużytych łupków) wyniósłby w przedziale 70-95 USD (440-600 USD/m 3 ), skorygowane do wartości z 2005 r. Zakładając stopniowy wzrost wydobycia po rozpoczęciu komercyjnej produkcji, analiza przewiduje stopniowe obniżanie kosztów przerobu do 30–40 USD za baryłkę (190–250 USD/m 3 ) po osiągnięciu kamienia milowego 1 miliarda baryłek (160 × 10 6 m 3 ). Royal Dutch Shell ogłosił, że jego technologia Shell ICP przyniesie zysk, gdy ceny ropy naftowej przekroczą 30 USD za baryłkę (190 USD/m 3 ), podczas gdy niektóre technologie przy produkcji na pełną skalę zapewniają rentowność przy cenach ropy nawet niższych niż 20 USD za baryłkę (130 USD/m 3 ).
Aby zwiększyć efektywność retortowania łupków bitumicznych, a tym samym rentowność produkcji oleju łupkowego, naukowcy zaproponowali i przetestowali kilka procesów kopirolizy, w których retortowane są inne materiały, takie jak biomasa , torf , odpadowy bitum lub odpady gumowe i plastikowe wraz z łupkami naftowymi. Niektóre zmodyfikowane technologie proponują połączenie retorty ze złożem fluidalnym z piecem z obiegowym złożem fluidalnym do spalania produktów ubocznych pirolizy (karbonizatu i gazu łupkowego), a tym samym poprawy wydajności ropy naftowej, zwiększenia przepustowości i skrócenia czasu retortowania.
W publikacji czasopisma Pétrole Informations z 1972 r . (ISSN 0755-561X) wydobycie ropy łupkowej wypadło niekorzystnie w porównaniu z upłynnianiem węgla . W artykule stwierdzono, że upłynnianie węgla było tańsze, generowało więcej ropy i miało mniejszy wpływ na środowisko niż wydobycie łupków bitumicznych. Podał współczynnik konwersji 650 litrów (170 galonów amerykańskich; 140 galonów IMP) ropy na tonę węgla , w porównaniu z 150 litrami (40 galonów amerykańskich; 33 galony IMP) oleju łupkowego na jedną tonę łupków bitumicznych.
Krytyczną miarą żywotności łupków naftowych jako źródła energii jest stosunek energii wytwarzanej przez łupki do energii zużywanej w ich wydobyciu i przetwarzaniu, stosunek znany jako „Energia zwrócona na zainwestowanej energii” (EROEI ) . W badaniu z 1984 r. Oszacowano, że EROEI różnych znanych złóż łupków naftowych waha się między 0,7–13,3, chociaż znane projekty rozwoju wydobycia łupków naftowych zapewniają EROEI między 3 a 10. Według World Energy Outlook 2010, EROEI ex - situ przetwarzanie wynosi zwykle od 4 do 5 podczas in situ przetworzenia może wynosić nawet 2. Jednak zdaniem MAE większość zużytej energii może pochodzić ze spalania zużytego gazu łupkowego lub roponośnego.
Woda potrzebna w procesie retortowania łupków naftowych ma dodatkowy aspekt ekonomiczny: może to stanowić problem na obszarach z niedoborem wody.
Względy środowiskowe
Wydobycie łupków bitumicznych wiąże się z szeregiem oddziaływań na środowisko, bardziej widocznych w górnictwie odkrywkowym niż w górnictwie podziemnym. Obejmują one drenaż kwasów wywołany nagłą, szybką ekspozycją, a następnie utlenianiem wcześniej zakopanych materiałów, wprowadzanie metali, w tym rtęci , do wód powierzchniowych i gruntowych, zwiększoną erozję , emisje gazów siarkowych oraz zanieczyszczenie powietrza spowodowane wytwarzaniem cząstek stałych podczas przetwarzania, transportu i czynności pomocniczych. W 2002 r. około 97% zanieczyszczenia powietrza, 86% wszystkich odpadów i 23% zanieczyszczenia wody w Estonii pochodziło z przemysłu energetycznego, który wykorzystuje łupki bitumiczne jako główny surowiec do produkcji energii.
Eksploatacja łupków naftowych może zniszczyć biologiczną i rekreacyjną wartość gruntów oraz ekosystemu na obszarze wydobywczym. Spalanie i obróbka termiczna generują odpady. Ponadto emisje do atmosfery pochodzące z przetwarzania i spalania łupków bitumicznych obejmują dwutlenek węgla , będący gazem cieplarnianym . Ekolodzy sprzeciwiają się produkcji i wykorzystaniu łupków bitumicznych, ponieważ wytwarzają one jeszcze więcej gazów cieplarnianych niż konwencjonalne paliwa kopalne. Eksperymentalne in situ oraz wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla technologie mogą zmniejszyć niektóre z tych obaw w przyszłości, ale jednocześnie mogą powodować inne problemy, w tym zanieczyszczenie wód gruntowych . Wśród zanieczyszczeń wody powszechnie związanych z przetwarzaniem łupków naftowych są węglowodory heterocykliczne tlenu i azotu. Powszechnie wykrywane przykłady obejmują chinoliny , pirydynę i różne alkilowe homologi pirydyny ( pikolina , lutydyna ).
Problemy związane z wodą są drażliwymi kwestiami w suchych regionach, takich jak zachodnie Stany Zjednoczone i pustynia Negew w Izraelu , gdzie istnieją plany rozszerzenia wydobycia łupków bitumicznych pomimo niedoboru wody. W zależności od technologii, w retorcie naziemnej zużywa się od jednej do pięciu baryłek wody na baryłkę wyprodukowanego oleju łupkowego. W programowym oświadczeniu o wpływie na środowisko z 2008 r. Wydanym przez US Bureau of Land Management stwierdzono, że operacje wydobycia odkrywkowego i retort wytwarzają od 2 do 10 galonów amerykańskich (7,6 do 37,9 l; 1,7 do 8,3 imp gal) ścieków na 1 tonę amerykańską (0,91 t) przetworzonych łupków bitumicznych. Na miejscu przetwarzanie, według szacunków, zużywa około jednej dziesiątej wody.
na rzecz ochrony środowiska , w tym członkowie Greenpeace , zorganizowali silne protesty przeciwko przemysłowi łupków bitumicznych. W jednym z rezultatów Queensland Energy Resources wstrzymało proponowany projekt Stuart Oil Shale Project w Australii w 2004 roku.
Zobacz też
|
Główne gałęzie przemysłu
| |||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
