Современные технологии добычи горючих сланцев (стр. 4 )

По степени метаморфизма, а тем самым по состоянию ке­рогена, [3] подразделяет горючие сланцы на следующие пять групп (табл. 2).

гемикериты - сапропель на самой начальной стадии метаморфизма; присутствуют гуминовые кислоты, азот, сера; углерода менее 60 %; протокериты - отчетливый переход к сапропелитам; азот и гумиты сохраняются в относительно небольших коли­чествах; углерода 60,0 - 70,0%; меэокериты - содержат сгустки органического вещест­ва коллоидальной породы; азот встречается в количестве менее 1,0%, содержание углерода 70,0-77,5%; ультракериты - карбонизация керогена достигает отно­сительно высокого предела; содержание углерода около 80%, водорода 10%; максимальный выход смол; 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=350-450єС

Смола

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

при t до 1 000єС

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.