Nisipurile bituminoase sunt unul dintre tipurile de minerale combustibile, o sursă alternativă de petrol. Ele sunt un amestec de nisip umed și argilă, impregnate cu bitum (o substanță vâscoasă asemănătoare cu rășina). Conform ipotezei originii organice a petrolului, toate tipurile de combustibili fosili, fie nisipuri de gaze naturale, petrol sau bitum din Alberta, sunt produse de conversie îngropate adânc în materia organică din sol, care a fost mult timp în urmă plante și animale antice. Descompunerea are loc la presiuni și temperaturi ridicate și, de asemenea, important, fără participarea oxigenului în aer, care nu se găsește în adâncurile pământului. Prin urmare, spre deosebire de decăderea convențională de pe suprafața pământului, procesele subterane generează diverse hidrocarburi.
În funcție de presiunea, temperatura și timpul scurs de la începutul descompunerii, produsul rezultat poate fi un gaz sau ulei de compoziție diferită care conține mai mult sau mai puțin impurități. Dacă uleiul se ridică din adâncimi mai aproape de suprafața pământului, devine hrană pentru bacteriile vii din pământ. Dar din moment ce bacteriile se hrănesc în principal pe hidrocarburi ușoare, uleiul nu este reciclat. După ce a pierdut majoritatea fracțiilor ușoare, devine mai vâscos și se agăță de orice roci desprinse aflate lângă suprafață, le permează și rămâne acolo. Astfel se formează nisipuri bituminoase. Este ușor să faci o greșeală, presupunând că bitumul este pur și simplu un ulei mai gros, mai greu. De fapt, substanțele organice conținute în ele diferă în structură, așa cum se vede clar în figură.
Uleiul brut convențional constă din câteva sute de substanțe diferite din clasele de alcani (hidrocarburi saturate sau saturate), nafente și arene. Tabelul arată clar că structurile acestor compuși sunt destul de simple. Este o altă chestiune - asfaltenele, principala componentă a bitumului. Unul dintre reprezentanții lui greoi este prezentat în tabel. Imensa moleculă părea că încearcă să absoarbă tot ceea ce este în petrolul brut, în limbajul chimic - arenele de condens, naftenele, parafinele și sistemele heterociclice. Nu numai că molecula este superioară în sine, așa că încă mai conectează cu alții poduri de sulf între molecule și captează metale grele (vanadiu și nichel), formând compuși complexi cu ei. De aceea, asfaltinele sunt atât de vâscoase încât devin substanțe solide la temperaturi obișnuite. Pentru transportul prin conducte, acestea ar trebui încălzite până la câteva sute de grade, iar procesarea lor devine mult mai dificilă datorită structurii complexe și a unui număr mare de impurități, în special metale grele.
Trei miliarde de butoaie de gudron
Acest lucru explică foarte bine de ce, până de curând, aproape nimeni nu sa angajat în dezvoltarea nisipurilor bituminoase, în ciuda faptului că rezervele lor în lume se ridică la sute de miliarde de barili (1 baril - 159 litri). Potrivit Consiliului Internațional pentru Energie (WEC), în lume s-au descoperit aproximativ șase sute de zăcăminte de nisipuri bituminoase, dintre care cele mai mari sunt situate în Canada, Kazahstan și Rusia.
Cu toate acestea, mai mult de 70% din aceste rezerve, aproape 180 de miliarde de barili, se găsesc în cele mai mari trei depozite situate în sud-vestul Canadei, în Alberta. Rezervele din aceste domenii reprezintă aproape 10% din rezervele mondiale de petrol, depășind doar rezervele de țiței din Arabia Saudită, 97% din rezervele petroliere ale Canadei și 75% din rezervele de petrol ale întregii Americi de Nord. Și acestea sunt doar acele stocuri, care, potrivit cercetătorilor, pot fi obținute folosind tehnologiile disponibile astăzi. Dacă numărați toate nisipurile în general, apoi în câmpurile bituminoase din apropierea orașului Alberta, ocupând o zonă mai mare decât Anglia, conține aproape două bilioane de butoaie. Și acest lucru este deja comparabil în raport cu toate stocurile de țiței din lume combinate.
În Rusia, depozitele de roci bituminoase se găsesc în bazinul Volga-Ural, Siberia de Est și Tatarstan, dar sunt dificil de accesat, deci nu sunt atinse. Se zvonește că, în viitorul apropiat, nisipurile bituminoase pot fi dezvoltate la depozitele din Kazahstanul de Vest. Ei au stocat cu adevărat o mulțime de petrol - aproximativ 40 de miliarde de barili. Cu toate acestea, este puțin probabil ca aceștia să poată utiliza tehnologiile canadiene dovedite, deoarece necesită multă apă, iar în Kazahstan aceasta este o problemă.
Bine uitat vechi
S-ar putea să credeți că o minerală atât de dificil de dezvoltat a început să fie folosită mai recent. Destul de ciudat, dar bitumul a fost primul tip de ulei din istoria omenirii, care a găsit aplicații practice. Acest lucru este confirmat de uneltele de piatră arheologică cu urme de bitum, pe care neanderthalienii le-au folosit în timpul paleoliticului, cu mai mult de 40.000 de ani în urmă. De petrol și bitum grele, lăsând suprafața Pământului, de regulă, pe malurile râurilor, deja în cele mai vechi timpuri au învățat pentru a extrage „rășină“ pentru etanșare nave, construcții de case din Egiptul antic - pentru mumificare. Există o opinie că bitumul a fost folosit ca un ciment pentru construcția celebrului Turn al Babelului. Și indienii, care au trăit timp de secole în Canada, în zona bazinului râului Athabasca, au canoe cu bitum natural.
Dar numai în 1920, Charles Clarke, un chimist de la Universitatea din Alberta, a descoperit că utilizarea de abur poate separa bitum de nisip.
Prima Corporation, implicat în extracția de bitum din Alberta, a fost fondat de Robert Fitzsimmons în 1927. Compania a fost primul pentru a obține bitum la scară industrială, de pompare de nisip în apă fierbinte. Cu toate acestea, în general, astfel de metode miniere erau încă neprofitabile.
Planurile de producție a petrolului din nisipurile bituminoase din Alberta, la o scară care ar fi semnificativă în comparație cu sursele convenționale de țiței, au început să se dezvolte în anii 1950. Apoi sa calculat că o astfel de producție ar fi viabilă din punct de vedere economic dacă depășește 20.000 de barili pe zi. Planurile erau diferite, până la ideea nebună propusă în 1958 de către Richfield Oil Corporation, de a arunca în aer o bombă nucleară de nouă kilotoni subterană. Teoretic, explozia ar fi trebuit să dilueze depozitele subterane ale hidrocarburilor grele, transformând imediat depozitul într-un lac de petrol. Este interesant faptul că proiectul a fost luat în serios și chiar au fost efectuate teste de explozii subterane în deșertul Nevada.
Cu toate acestea, niciunul dintre aceste proiecte nu a fost implementat până la mijlocul anilor șaptezeci, din cauza politicii guvernului canadian - de a ajuta producătorii de petrol convențional. Vânzarea sa în țară a fost limitată la prețurile scăzute ale petrolului, iar apariția unei surse alternative ar putea să le reducă și mai mult și să distrugă deja piața volatilă a petrolului canadian. Dezvoltarea nisipurilor bituminoase în Canada a fost permisă doar la începutul anilor șaptezeci, când guvernul a fost înlocuit, iar prețurile petrolului au crescut astfel încât au început să amenințe securitatea economică a țării. De atunci, această industrie sa dezvoltat cu un succes diferit, în funcție de politica guvernamentală și de prețurile petrolului mondial.
Rășină din nisip
ulei convențional extras din sol, proburivaya wellbore în ulei rezervor ulei curge apoi spre exterior în sine, împinsă de rezervorul de presiune. Atunci când uleiul în această calitate naturală vine la un capăt, este necesar să se mărească în mod artificial presiunea prin pompare cu apă sau gaz.
Deoarece bitumul este foarte vâscos și greu, ele nu curg singure. Prin urmare, pentru extracția lor se utilizează și alte metode, al căror scop principal este lichidarea și separarea lor de lut și nisip.
Metoda cea mai simplă și cea mai comună era mineritul deschis. Nisipurile bituminoase se află la o adâncime de 40-60 metri sub un strat de nisip, argilă și turbă. Dacă tăiați pădurea și îndepărtați stratul superior de sol, atunci nisipul cu bitumuri poate fi excavat simplu. Acum se face cu ajutorul unor excavatoare uriașe, pentru o dată cu scoaterea a 100 de tone de nisip și a celor mai mari camioane din lume care transportă câte 400 de tone de încărcătură și costă câte 5 milioane de dolari fiecare. În prima etapă de prelucrare, nisipul extras este diluat cu apă fierbinte cu alcalii și amestecul rezultat este pompat prin conducte către instalațiile de separare. Acolo, amestecul fierbinte este amestecat în cuve mari, suflat aer prin el. Organicii plutesc în sus, formând stratul superior, care este apoi îndepărtat, curățat și uscat. Un baril (aproximativ o optime de tonă) de astfel de ulei este obținut din aproximativ două tone de nisip de gudron. Inițial, aproximativ 75% din bitum a fost extras din nisip, dar datorită noilor tehnologii, această cifră a depășit 90% în ultimii ani.
Problema este că, cu o exploatare deschisă, este posibil să se dezvolte nu mai mult de 10% din nisipurile de gudron care pot fi atinse astăzi. Pentru a extrage restul de 90%, bitumurile din nisip vor trebui în continuare pompate ca uleiul obișnuit, într-un fel sau altul. Dar pentru aceasta este necesar să se facă fluxul de bitum, să se facă lichid. Astăzi, bitumul este turnat cu ajutorul vaporilor de apă fierbinte, care este pompat în puțuri. Prima tehnologie industrială a fost metoda CSS (Cyclic Steam Stimulation). Aburul la o temperatură de peste 300 ° C timp de câteva luni este pompat în puț, apoi mai sunt lăsate câteva săptămâni pentru a încălzi puțul, după care poate pompa ulei timp de câteva luni. Apoi, procesul se repetă până când nu mai este profitabil. Această metodă vă permite să extrageți până la 25% din uleiul conținut în nisip, dar costul ridicat al aburului injectat este un dezavantaj serios.
Următorul pas de proces a fost metoda SAGD (Steam Assisted Gravity drenaj), în care injectarea de abur și de pompare lichefiat Bitumul este combinat într-un singur proces. Două puțuri orizontale sunt forate, una aproximativ cinci metri deasupra celeilalte. În aburul superior se injectează, care, lăsând găurile în conducte, diluează bitumurile. Se scurg în fundul inferior, de unde sunt pompați. Într-un domeniu zeci de astfel de puțuri pot abate de la arborele central și ajunge la câțiva kilometri distanță. Această metodă este mai ieftin decât CSS, acesta oferă de mare viteză și permite uleiului pentru a elimina până la 60% din bitum conținute în depozit. Acum este cel care devine cea mai folosită metodă de a dezvolta nisipuri gudronate, care vin să înlocuiască mineritul deschis.
Există și alte metode experimentale care sunt în curs de dezvoltare. De exemplu, în unele domenii, în loc de abur, se utilizează solvenți organici, care ar trebui să dilueze bitumul și astfel să economisească energie pentru încălzirea aburului. Alți experți încearcă să utilizeze combustia subterană controlată a materiei organice conținute în nisip: căldura de ardere ar trebui să dilueze bitumurile și să le facă maleabile pentru pompe.
Cu toate acestea, oricare dintre aceste metode este un ordin de mărime mai complicat decât pur și simplu pomparea petrolului din rezervoarele subterane. Toate acestea necesită echipamente costisitoare, cantități imense de apă și reactivi chimici pentru bitum lichefiat, energie pentru încălzirea apei și a aburului, precum și curățarea cantităților mari de nisip gol și a apelor reziduale care rămân după spălare. Și acesta este doar începutul.
Ulei din rășină
Bitumurile, separate de nisip, sunt o masă greu vâscoasă neagră. Ce să faci cu asta? Acesta trebuie din nou diluat, amestecat cu hidrocarburi mai ușoare sau prelucrat chimic pentru a produce țiței sintetic. O astfel de prelucrare este, de asemenea, necesară pentru ca bitumul să poată fi utilizat în rafinării convenționale. Aceste manipulări preliminare, numite "upgrade", constau în trei etape.
În primul rând, în prima etapă, gazele ușoare și uleiurile lichide sunt separate în vid de fracțiunile grele de asfaltină. Gazul este utilizat drept combustibil pentru următoarele etape de modernizare, iar fracțiile lichide sunt trimise imediat pentru purificare.
Catalizatorul de hidrocracare este o metodă mai delicată de descompunere a fracțiilor grele. Vă permite să obțineți uleiuri sintetice mai valoroase, dar costă mai mult și este mai sensibil la poluare. În hidrocracarea catalitică, bitumurile grele reacționează cu hidrogen la o temperatură de aproximativ 400 ° C și o presiune de până la 200 atmosfere. Această metodă nu numai că descompune moleculele grele, dar, de asemenea, crește cantitatea de hidrogen din produsele produse, transformând substanțele aromatice în hidrocarburi saturate ciclice. Hidrocracarea nu produce cocs, dar substanțele reziduale grele sunt uneori trimise la cocsificare, combinând ambele metode pentru o prelucrare mai bună.
Componentele de molibden în combinație cu cobalt sau nichel, susținute pe bile poroase din alumină sau aluminosilicați și zeoliți, sunt adesea utilizați ca catalizatori. Pentru a se asigura că porii catalizatorului corespund mai bine dimensiunii moleculelor substanțelor care sunt prelucrate, oxidul de titan poate fi adăugat, de exemplu, la alumină. Vestea proastă este că bitumul conține otrăvuri catalitice diferite, compuși de sulf, azot și metale grele care paralizează catalizatorul. Problema este, de asemenea, că compoziția bitumului, inclusiv otrăvurile, variază de la câmp la câmp, deci în fiecare caz este necesar să se selecteze un catalizator individual. Este clar că toate acestea sunt complicate. Cu toate acestea, cercetarea continuă, iar dacă selectați un catalizator potrivit, costul modernizării este redus semnificativ.
Ultima etapă a modernizării sau modernizării secundare este hidrotratarea catalitică a fracțiilor ușoare obținute din compușii cu sulf și azot, inutile și dăunătoare. În principiu, este similar cu hidrocracarea, singura diferență fiind aceea că compușii cu sulf și azot, adesea pe aceiași catalizatori de cobalt-molibden, dar la temperaturi și presiuni puțin mai mici, sunt reduse la hidrogen sulfurat și amoniac.
În cele din urmă, gazele rezultate sunt separate, condensate și fracțiile de petrol lichide rezultate sunt trimise prin conducte către rafinăriile convenționale.
Randamentele pentru modernizare variază în funcție de metodele utilizate, de la 80% (Suncor, Coking întârziat) până la 90% (Nisipurile albaneze în Scotford, hidrocracare). Cu toate acestea, având în vedere componenta energetică, pierderile sunt chiar mai mari. Dacă se utilizează gaz natural pentru extragerea și modernizarea bitumului pentru încălzire, atunci pentru a produce un butoi de ulei sintetic, este necesar să se ardă un volum de gaz echivalent cu aproximativ 20% din acest butoi. Dacă bitumul este ars cu același bitum, se pierde până la 35% din energia produsă. Ca urmare, aproape jumătate din substanță se poate pierde pe calea de la nisip murdar la ulei de înaltă calitate.
Cu toate acestea, acest lucru nu împiedică companiile canadiene angajate în dezvoltarea de nisipuri gudronate. La urma urmei, după toate etapele de extracție, curățare și prelucrare, după pierderea materiei și a energiei, prețul de cost al unui butoi de ulei sintetic produs în Canada încă nu depășește 30-40 de dolari. Și aceasta este de aproximativ trei ori mai mică decât prețurile petrolului de astăzi.
Trimiteți-le prietenilor: