34. Сланцеподобные массивы и технологии их образования

Горючие сланцы — это осадочные породы, образованные в результате осаждения морских водорослей в течение 250 тысяч лет. В сланцах содержится органическое вещество — кероген (40-60%), которое является одной из форм нетрадиционной нефти.

Согласно оценке, в хорошо разведанных сланцевых месторождениях мира содержится около 600 млрд ТУТ что значительно больше (~3 раза) разведанных запасов нефти. Основные запасы (52%) сосредоточены в США и в Бразилии (21%). В настоящее время во многих странах мира проводятся исследовательские и опытно-промышленные работы по созданию эффективных технологий с целью получения из сланцев жидких и газообразных высококалорийных топлив, дефицитных химических продуктов. Наибольшее развитие такие работы получили в Бразилии, России, Эстонии, Австралии, США.

Использование сланцев в качестве топлива в электроэнергетике разных стран до сих пор не находило применения, за исключением Эстонии и России. Речь идет об электростанциях, созданных российскими специалистами на среднекалорийных (теплота сгорания 8–9 МДж/кг) сланцах Прибалтики (Эстонская и Прибалтийская ГРЭС, ТЭЦ Ахтме, ТЭЦ Кохтла-Ярве). Проектная мощность энергоблоков на самых мощных электростанциях − Прибалтийской и Эстонской ГРЭС − составляет 200 МВт. По проектным данным КПД ТЭС всего ∼30%; практически эти показатели еще хуже. Столь незначительное использование горючих сланцев в качестве топлива для электростанций объясняется низкой эффективностью их сжигания в виде пыли, неблагоприятными экологическими показателями таких энергоустановок и значительными эксплуатационными трудностями.

Развивающаяся в последние 20 лет технология сжигания топлива в “кипящем” слое (классическом или циркулирующем) при атмосферном давлении принципиально позволяет использовать горючие сланцы любой калорийности с удовлетворительными экологическими показателями. Однако такая технология ограничивает единичную мощность котла и недостаточно эффективна. В частности, она исключает возможность применения парогазового цикла.

В 1970−90 гг. была создана и освоена в промышленном масштабе пиролитическая технология переработки горючих сланцев, позволившая рассматривать сланцы как вполне приемлемый источник топлива для тепловых электростанций, причем КПД таких станций может превышать КПД ТЭС, работающих на качественных углях при тех же параметрах пара. Технология реализуется при близком к атмосферному давлении (максимальное избыточное давление в аппаратах 0,025–0,03 МПа).

Суть технологии состоит в том, что раздробленный до определенного размера и высушенный сланец смешивается с высокотемпературным (800–850оС) теплоносителем, которым является собственная зола сланца, и подается во вращающийся реактор пиролиза. Здесь сланец нагревается при отсутствии кислорода до температуры 460–490оС, и из него выделяется парогазовая смесь, содержащая пары углеводородов, неконденсирующиеся газы (H2, CO, N2, H2S, CH4 и др.) и коксозольный остаток. Парогазовая смесь отводится в конденсационное устройство, где пары углеводородов конденсируются, образуя сланцевую смолу с теплотой сгорания от 25 до 38 МДж/кг в зависимости от качества сланца.

Дизельная фракция сланцевой смолы пригодна для использования в качестве газотурбинного топлива, а остальная ее часть − в качестве котельного топлива. Неконденсирующийся полукоксовый газ имеет теплоту сгорания от 25 до 48 МДж/нм3 (определяется качеством сланца) и пригоден в качестве газотурбинного либо котельного топлива. Коксовый остаток отводится из реактора пиролиза в аэрофонтанную топку, где его органические составляющие дожигаются в потоке воздуха. Выделившееся при этом тепло используется для нагрева золы-теплоносителя и для производства пара в котлеутилизаторе. Пар расходуется на собственные технологические нужды и для полученияэлектроэнергии.