Современные технологии добычи горючих сланцев (стр. 8 )

1.  В каких районах Российской Федерации сосредоточены основные запасы горючих сланцев?

2.  Какого типа горючие сланцы наиболее распространены в Татарстане и Башкортостане?

3.  Какова закономерность расположения месторождений горючих сланцев на территории Башкирии?

4.  Что из себя представляет Лемезинское месторождение горючих сланцев и каков их компонентный состав?

5.  Какие типы горючих сланцев наиболее распространены в Волжско-Печерском регионе?

Глава 3. Технологии добычи горючих сланцев

В настоящее время научно-техническая мысль, как в нашей стране, так и за рубежом направлена на разработку про­грессивной технологии переработки горючих сланцев для из­влечения из них жидких углеводородов нефтяного ряда.

Природа горючих сланцев такова, что при любом способе разработки и затем получения из них жидких углеводородов, непременным эвеном технологической схемы является тер­мическое разложение керогена. Этот процесс может быть организован на специальных предприятиях, куда поставляет - добыча, сжигание или переработка сланцев проводилась и проводится в настоящее время при различных, технических требованиях к их качеству. Например, на зарубежных место­рождениях использовали или используют горючие сланцы с показателями по теплоте сгорания и выходу смолы приведенными в работе [6].

Как видим, в ФРГ, Швеции и Китае бедные смолой горю­чие сланцы (аналогичные диктионемовым) подвергали под­земной и наземной переработке в промышленном масштабе.

Основными направлениями промышленного использования горючих сланцев в настоящее время являются:

- энергетическое сжигание в топках котлов электростанций;

- технологическое использование методом высокотемпера­турной переработки для получения газа; методом полукоксо­вания с целью получения сланцевой смолы и на основе ее жидкого топлива и различных химических продуктов;

- получение концентрата органического вещества, керогена и использование его для производства химических продук­тов и в пластических массах в качестве, наполнителя.

В Советском Союзе прибалтийские горючие сланцы ис­пользовались по всем этим направлениям, а кашпирские слан­цы сжигают и термически перерабатывают в газогенератор­ных печах.

К горючим сланцам в зависимости от их промышленного
использования предъявляют определенные технические требования государственных стандартов или нормативно-технической документации. Основными показателями технических требований стандартов служат: теплота сгорания, выход смолы на сланец, размер кусков и влага рабочая; для получения керогена имеют значение содержание органического
вещества в сланцах и влаги. Сланцы с влагой до 20-22% используют без предварительной подсушки, тогда как при повышенной влажности обязательно требуется их подсушить; причем расход тепла на его подсушку нередко составляет до 33% общего тепла на переработку.. Добыча горючих сланцев, например Болтышского месторожцения Украины, несмотря на крупные запасы - свыше 3 млрд. т, высокую теплоту сгорания - 2500 ккал/кг и выход смолы 13-15%, в настоящее время сдерживается по экономическим соображениям, поскольку, содержание влаги в сланцах составляет 30%
и более.

В последние годы Энергетическим институтом им. М. Кржижановского разработана схема переработки, когда горючая раздробленная порода, добытая тем или иным способом из недр, или непосредственно в продуктивном пласте, подвергается мето­ду внутрипластовой перегонки [7].

При наземной перегонке (ретортинге) сланцев производ­ственный цикл состоит из различных технологических и тех­нических операций: добыча породы - транспортирование-пер­вичная подготовка - ретортинг - переработка углеводородно­го сырья в синтетическую нефть. Понятно, что эффектив­ность таких предприятий в большой мере зависит от четко­сти и слаженности работы всех звеньев.

Внутрипластовые методы более просты в организацион­ном отношении. Все технологические операции, за исключе­нием производства синтетической нефти, в принципе не отли­чаются от традиционных для нефтедобывающей промышленно­сти (бурение скважин, ГРП, нагнетание рабочих агентов, от­качка жидкости и т. п.).

К настоящему времени наземные способы перегонки слан­цев отработаны до такой степени, что широкое промыш­ленное применение их тормозится только экономическими соображениями - себестоимостью, рыночной ценой извлечен­ной нефти, а внутрипластовые способы перегонки находятся пока на стадии лабораторных и промысловых исследований.

3.1 Разработка горючих сланцев с использованием наземной перегонки

Шахтный способ разработки месторождений горючих слан­цев, так же как и методы открытой разработки, известен уже давно. В настоящее время наиболее эффективным и де­шевым является камерно-столбовой способ разработки ме­сторождений сланцев, при котором предусматривается со­здание довольно больших камер (15x20 м), что дает воз­можность использовать мощное горное оборудование [8]. Горючие сланцы добывают прокладкой штреков, закладывае­мых на выходах продуктивных пластов в обрывах рек, озер или морей. Высокие прочностные свойства пород позволяют использовать взрывные методы проходки и оставлять боль­шие пролеты без крепления. В подземных камерах применя­ют обычные экскаваторы, рудовозы и другое оборудование, предназначенное для открытых карьеров (рис. 5).

Существует, кроме того, коридорно-столбовой способ разработки залежей горючих сланцев и способ, являющийся коридорно-столбовым, в котором столбы в последующем проходятся поперечными просечками.

Разработка месторождений сланцев камерно-столбовым способом имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что он может быть использован только при относитель­но небольшой мощности пласта. Разработка залежей горючих сланцев открытым способом связана с засорением окру­жающей среды. В связи с этим предлагается более совер­шенный шахтный способ разработки месторождений, который предусматривает использование неподвижного арочного про­ходческого щита и шахтной системы, содержащей

Рисунок 5 – Камерно-столбовая шахтная добыча горючих сланцев

три яруса: первый, расположенный в подошве ископаемого; второй, рас­положенный ниже первого и служащий для приема из перво­го яруса выработанной породы и подачи ее через шахтные стволы на третий, самый нижний ярус, из которого руду извлекают на поверхность. [9]

Совершенно очевидно, что при разработке месторождений горючих сланцев любым из этих способов идеальной будет такая технология, при которой руда из забоя будет непре­рывно поступать на переработку на завод, находящийся на поверхности.

Горное бюро США и ряд нефтяных компаний ("Юнион ойл оф Калифорния", "Колони Девалопмент", "Парахо Девалопмент", "Атлантик Ричфилд" и др.) вели и ведут исследова­ние в области ретортинга сланцев. В США и за их преде­лами запатентовано свыше 3000 схем ретортинга, однако до промышленного внедрения в США доведены только четы­ре системы. [7]

Во-первых, на основе ретортинг-процесса, разработанного Горным бюро, были построены три опытные установки с номинальной мощностью 6, 25 и 150

Рисунок 6 - Ретортная перегонка сланца по схеме Гор­ного Бюро [27]

Обозначения: 1 - шахта; 2 - две ступе­ни дробления; 3 - реторта; 4 - секция для улавливания масляного тумана; 5 - воз­духодувка; 6 - циркуляцион­ная газодувка

I - сланцевая мелочь; II -.сланцевая зола; Ш - сланце­вая смола; IV - воздух; V-газ процесса

т/сут нефтеносного сланца (рис. 6). Сланец после дробления и отсеивания мелочи поступает в реторту цилиндрической формы сверху и, постепенно опускаясь, проходит поочередно зоны подогрева, пиролиза, выгорания кокса и охлаждения, после чего выгоревшая порода сбрасывается.

Особенностью процесса является циркуляционная система, по которой часть газообразных продуктов пиролиза возвращается в реторту через ее
низ (для охлаждения шлака) и вместе с воздухом - в центральную часть реторты. Тепло, необходимое для разло­жения керогена, обеспечивается за счет выгорания кокса и сгорания возвращаемого газа. Газообразные и жидкие продукты разложения потоком прокачиваемого воздуха выно­сятся в верхнюю часть реторты. Здесь происходят предва­рительный подогрев загружаемого сланца и соответственно охлаждение продуктов перегонки, которые образуют масля­ный туман. Жидкость из потока выделяется в сепараторе, Часть пиролизного газа с теплотворной способностью около 890 ккал/м3 идет на местные нужды (производство элек­троэнергии, теплоснабжение).

Во-вторых, компанией "Юнион ойл оф Калифорния" предло­жен процесс [10] с противоточным движением дробленого сланца и воздуха (рис. 7). Породу подают в низ кониче­ской реторты и с помощью гидравлической системы порода перемещается вверх через зоны предварительного подогре­ва, пиролиза, выгорания кокса и охлаждения. Золу выгружа­ют через верхнюю кромку конуса. Воздух прокачивают свер­ху вниз. Подачу воздуха и скорость подъема породы регу­лируют таким образом, чтобы зона выгорания кокса была на 0,6 м ниже верхней границы слоя породы. Смесь продук­тов сгорания и перегонки керогена, проходя через посту­пающий в реторту сланец, охлаждается с образованием масляного тумана и жидкости. Фазы разделяются в сепараторах. Во время работы в нижней части реторты собирается нефть, которая обеспечивает герметичность (гидравлический за­твор) и смазку движущихся частей гидравлической системы. Эта установка менее требовательна к размеру раздроблен­ной породы, но рассчитана на переработку сланцев с высо­ким содержанием керогена.

В-третьих, система "Парахо", разработанная корпорацией
"Парахо Девелопмент" представляет собой модификацию установки для обжига извести (рис. 8). Основным ее элементом является цилиндрическая реторта, через верх которой загружают раздробленную породу [10]. Распределитель ротационного типа равномерно укладывает ее на поддон-решетку, которая движется вниз навстречу потоку воздуха и продуктов горения. Воздух в смеси с пиролизным газом подают в реторту снизу и через две батареи форсунок, рас­положенных несколько выше. Этим постигается более тонкая регулировка зоны выжигания кокса и температуры в зоне разложения керогена, чем в процессе ретортинга по методу Горного бюро. По сути дела реторта системы "Парахо" до­пускает определенные пределы регули-