Современные технологии добычи горючих сланцев (стр. 4 )

2)  протокериты - отчетливый переход к сапропелитам; азот и гумиты сохраняются в относительно небольших коли­чествах; углерода 60,0 - 70,0%;

3)  меэокериты - содержат сгустки органического вещест­ва коллоидальной породы; азот встречается в количестве менее 1,0%, содержание углерода 70,0-77,5%;

4)  ультракериты - карбонизация керогена достигает отно­сительно высокого предела; содержание углерода около 80%, водорода 10%; максимальный выход смол;

5)  анкериты - сланцы настолько метаморфизованы, что кероген перешел в твердое полукристаллическое вещество (антраксолиты, шунгиты) Затем уже следует кероген, принявший отчетливое кристаллическое строение: чирвинскит — минерал, подобно графиту гексагональной сингонии, но содержащий парафин. Конечной стадией естественных превращений органической массы прибрежно-морских и озерно-лиманных осадков уже является самородный углерод в виде кристаллического минерального вещества - графита.

Горючий сланец по вещественному составу и практической ценности занимает особое место среди природных горючих ископаемых. Органическое вещество (кероген) в сланцах отдельных месторождений колеблется от 15 до 50%, в редких случаях достигает 80-90%. Остальная часть прихо­дится на минеральную массу. Горючие сланцы имеют тепло­ту сгорания от нескольких сотен до более чем 4000 ккал/кг и выход смолы на сланец обычно не более 25%.

Как известно, горючие сланцы используют главным обра­зом как сырье для получения масла и газа при перегонке, а также в качестве твердого энергетического топлива. В за­висимости от характера термической обработки и природы керогена продукты перегонки сильно меняются по составу и используются для различных целей. При нагревании до 200 – 350 °С кероген приобретает способность плавиться, в нем появляется большое количество веществ, извлекаемых раст­ворителями, выделяется много воды, как (в основном угле­кислоты) и смолы. Образующийся при этом термобитум с дальнейшим повышением температуры до 450 °С разлагается аналогично полукоксованию углей или крекингу, с дополнительным выделением газа, воды, смолы и образованием по­лукокса. Последующее повышение температуры ведет к раз­ложению смолы с выделением легких углеводородов (особенно метана) и водорода (процесс пиролиза). В зависимости от содержания углерода и водорода керогены горючих слан­цев дают различный выход продуктов перегонки. Полученная при перегонке смола и подсмольная вода служат сырьем для выработки светлого моторного топлива, топливных и с мазочных масел, других нефтепродуктов, препаратов для консервации древесины, ценных фармацевтических продуктов (ихтиола, альбихтиола, тиофенового масла и др.), мягчителей резины, литейных крепителей, флотореагентов, пласти­фикаторов, инсектицидов, дубильных веществ, фенолов и пр.

Сам по себе факт использования горючих сланцев в каче­стве сырьевого источника для получения жидких углеводо­родов, больше чем что либо другое, вынуждает опереться на промыслово-рациональную классификацию, в которой основ­ным критерием, подчиняющим все остальные, является коли­чественная оценка выхода сланцевой смолы, базирующаяся на одинаковом способе технического анализа. В связи с этим все горючие сланцы, за исключением интенсивно метаморфизованных с существенной переработкой керогена, подразделяются на пять классов, представляющих три генетиче­ских типа сланцев, и характеризуются следующими осо­бенностями (табл. 3).

Таблица 2 – Характеристика горючих сланцев по степени метаморфизма [3]

Марка	Тип	Примерный элементарный состав, %	Средняя теплотворная способность, ккал	Отклонения в химическом составе керогена, минералы-индикаторы
С	О	Н	N	S
ГК	Гемикериты	Менее 60	30	6,5	2	4,5	60 000	S – суммарная и органическая, может достигнуть 8,0% (пример – лемезинские сланцы в Башкирии)
ПК	Протокериты	60 65 До 70	25	7,0	1,5	6,0	7 000	Н – колеблется ±5, возрастает в восстановительной среде, уменьшается в нейтральной; S – много (пиритная и сульфатная); коломорфный пирит; Поволжье
МК	Мезокериты	70 75 До 80	15	8,0	1,25	2,5	8 000 – 9 000	Н – колеблется также ±5; пирит, гипс, ангидрит – кристаллические; содержание О и N падает; Прибалтийские сланцы
УК	Ультракериты	80 85 До 90	7,0	10,0	1,00	1,5	9 500	Н – достигает максимума (торбанит – 10%); минимум органический S; явный метаморфизм, связь с исходным продуктом теряется, Шотландия
АК	Анкериты	90 95 97,5	1,5	0,5	0,6	1,0	Нехарактерно	Максимум С; О, Н, N, органической S следы, горят в специальных топках; Шунгит

Кероген

 

Низкотемпературные разложения – СО2, СО, Н2О, Н2

Пиробитумы

Изотермическое разложение - СО2, СО, Н2О, Н2, СН4, С

при t=350-450ºС

Смола

Высокотемпературное разложение (пиролиз) – Н2, СН4, Сn, Нn, С

при t до 1 000ºС

Легкие углеводороды

Чистые сапропелитовые сланцы отличаются однородностью органического вещества, повышенным его содержанием и малой зольностью (Ас 50—60%). Теплота сгорания таких сланцев до 3600-4000 ккал/кг. Выход смолы на сланец достигает 20-25%. Этот тип сланцев наиболее высококачественный, и термическая переработка его в интервале 420-540°С без доступа воздуха, в иных случаях до 1000° С с доступом воздуха, приводит к химическим превращениям, в результате чего из пород выделяются основные продукты пиролиза в виде нефтеподобной смолы (сланцевого масла), а также горючего газа. Полученный таким путем продукт перегонки горючих сланцев («сланцевая смола», иначе «сланцевая нефть») представляет собой смесь углеводородов и их производных, содержащих кислород, азот и серу.

Гумито-сапропелитовый тип сланцев пользуется большим распространением, чем сапропелитовый. Он многозолен (60-70%), выход смолы на сланец 12-15%. По содержанию органического вещества такие сланцы обычно неоднородны.

Теплота сгорания сланцев изменяется от 2000 до 2800 ккал/кг и больше.

Наиболее распространены в природе сланцы, более бедные органическим веществом, многозольные (70-90%). Выход смолы обычно не превышает 10%. Теплота сгорания колеб­лется от 500-800 до 2000 ккал/кг и реже 2500 ккал/кг. Большая часть таких сланцев, учитывая современную техно­логию переработки, не имеет промышленного значения. Но отдельные пласты с теплотой сгорания не менее 1500 ккал/кг могут быть использованы промышленностью.

Обычно для оценки качества горючих сланцев условно устанавливаются следующие границы:

- между горючими сланцами и углистыми или битуминозны­ми породами, по предельной теплоте сгорания - 1200 ккал/кг;

- между углями и горючими сланцами, по зольности - 50%, включая содержание углекислоты карбонатов (Ас+С02);

- между горючими и углистыми сланцами, по выходу смол ( Т ) - 10%.

На приводимой карте показано фактическое и прогнози­руемое распределение главнейших бассейнов и месторожде­ний горючих сланцев на территории бывшего СССР.

По имеющимся геологическим предпосылкам и отрывочным данным бурения показываются также не учтенные ранее, но имеющиеся в действительности сланценосные толщи во многих районах Белоруссии, в Приуралье, в Закавказье, в Узбекистане, в Туркмении и в Сибири (рис. 1).

Сланценосные площади подразделяются на шесть групп: 1 -разведанные, с установленной промышленной сланценосностью (запасы категорий А + Б+С1); 2 - то же, с вероятной про­мышленной сланценосностью (запасы категории Cj); 3 - прогнозируемые, с возможной промышленной сланценосно­стью (запасы группы Д); 4 - то же, с запасами группы Д2; 5 - с непромышленной сланценосностью; 6 - неясные в отношении сланценосности.

Более достоверный прогноз (запасы Д1) дается для пло­щадей, в пределах которых наличие сланценосных отложений устанавливается по отдельным редким точкам. Однако гео­логическое строение этих площадей изучено в такой степе­ни, что позволяет предполагать наличие сланценосности ме­жду точками наблюдений. Менее обоснован прогноз (запасы Д2) для площадей с установленным геологическим строенинием, прилегающих к контурам с прогнозными запасами Д1. Сюда же входят площади с выясненным геологическим стро­ением, в пределах которых сланценосные отложения уста­новлены в отдельных разобщенных точках, по которым, од­нако, нельзя установить сланценосность на всей площади.

К непромышленным по сланценосности площадям отнесены участки с мощностью одного или нескольких слоев горючих сланцев меньше 0,5 м; с теплотой сгорания сланцев, не превышающей 1000 ккал/кг; с глубиной залегания сланце­носных отложений выше 600 м. Площади, неясные в отно­шении сланценосности, выделены в тех случаях, когда ред­кими скважинами установлены на значительных глубинах отложения, заключающие горизонты или отдельные слои, обогащенные органическим (сапропелевым) веществом, со­ставляющим до 15-20% от массы породы, но не имеется данных о теплотворной способности, выходе смол, т. е, от­сутствуют основные параметры, определяющие качество го­рючих сланцев.

Общая картина распределения горючих сланцев такова, что при настоящей степени геологической изученности наиболее богата ими европейская часть РФ. Нет установленных сланцепроявлений на большей части Туранской плиты, на территории Западно-Сибирской низменности, на Дальнем Вос­токе, Сахалине, Камчатке и в некоторых других регионах.