(1) Definición de pizarra bituminosa
El aceite de pizarra bituminosa, como su nombre indica, es el aceite extraído de la pizarra bituminosa. Por lo tanto, para comprender el esquisto bituminoso, primero es necesario comprender el esquisto bituminoso. El esquisto bituminoso es un recurso de petróleo y gas no convencional y es una energía fósil no renovable como el petróleo, el gas natural y el carbón. Las reservas de recursos de esquisto bituminoso ocupan el segundo lugar después del carbón. El petróleo y el gas de esquisto bituminoso se pueden obtener mediante pirólisis. Debido a sus ricos recursos y su alta viabilidad de desarrollo y utilización, figura como una importante fuente de energía alternativa en el siglo XXI.
El esquisto bituminoso, también conocido como esquisto bituminoso, es una roca sedimentaria de materia orgánica sólida combustible. El contenido de petróleo y el poder calorífico son indicadores industriales importantes para evaluar el uso industrial del esquisto bituminoso. Por lo tanto, las rocas sedimentarias con un contenido de cenizas superior a 40, un contenido de petróleo superior a 3,5 y un poder calorífico no inferior a 4,18 kJ/g generalmente se denominan esquisto bituminoso (Kevin Z, 1997; Liu Zhaojun, 2006). El aceite extraído del esquisto bituminoso es de color marrón oscuro con una ligera fluorescencia verde y su composición es similar a la del petróleo. A menudo llamado petróleo artificial, es similar al petróleo crudo. Después del refinado se pueden obtener gasolina, queroseno, diésel, lubricantes y parafina. Además de refinar el esquisto bituminoso, el esquisto bituminoso también se puede utilizar como combustible para la generación de energía, calefacción y transporte. Los residuos que quedan después del refinado de petróleo y la generación de energía se utilizan para producir materiales de construcción, cemento y fertilizantes, o para refinar productos químicos y extraer metales.
A grandes rasgos, el concepto de petróleo de esquisto bituminoso engloba al esquisto bituminoso extraído del esquisto bituminoso. Por lo tanto, para distinguir el concepto de petróleo de esquisto bituminoso en un sentido amplio, el esquisto bituminoso se define como el petróleo extraído de la destilación seca de esquisto bituminoso, es decir, el petróleo crudo (fácil de usar) obtenido mediante el procesamiento y extracción de esquisto bituminoso o in situ. esquisto bituminoso subterráneo (como la destilación seca a baja temperatura) Ran, 2015). Debido a la particularidad del concepto de esquisto bituminoso, la evaluación actual del esquisto bituminoso se centra principalmente en las minas de esquisto bituminoso.
(2) Propiedades de la pizarra bituminosa
1. Color
El color de la pizarra bituminosa está relacionado con la composición de sustancias orgánicas e inorgánicas. El esquisto bituminoso en la cuenca del río Green en los Estados Unidos es gris verdoso, el esquisto bituminoso de Huadian en Jilin es marrón y el esquisto bituminoso en el borde sur de la cuenca Junggar (el cinturón de esquisto bituminoso del piedemonte de la montaña Bogda) es gris. marrón a gris oscuro. Generalmente, cuanto más ligera es la pizarra bituminosa, mayor es el contenido de petróleo.
2. Densidad
La densidad de la pizarra bituminosa depende principalmente del contenido y la densidad de minerales inorgánicos. En términos generales, cuanto mayor es la densidad del esquisto bituminoso, menor es el contenido de petróleo.
3. Dureza y resistencia
La dureza y resistencia del esquisto bituminoso están relacionadas con la naturaleza de los minerales contenidos y la edad de formación. El esquisto bituminoso antiguo es más duro. La resistencia y la dureza también afectan el proceso de retorta.
4. Punto de fusión de las cenizas
El punto de fusión de las cenizas de la pizarra bituminosa, también conocido como fundibilidad, es la característica de la pizarra bituminosa que se transforma gradualmente de sólido a líquido cuando se calienta, lo cual es constante. con la composición de la pizarra bituminosa relacionada con la tecnología de procesamiento. En la industria, la temperatura de ablandamiento se utiliza comúnmente como índice de fusión, que se denomina punto de fusión de la ceniza. La pizarra bituminosa con bajo punto de fusión de las cenizas es propensa a formar escoria en el horno durante el procesamiento térmico, lo que afecta la producción. Hay menos óxido de calcio en las cenizas de esquisto bituminoso en mi país, por lo que el punto de fusión de las cenizas es generalmente más alto y la temperatura de ablandamiento es mayoritariamente superior a 1200 ~ 1450 °C.
2. Recursos de esquisto bituminoso, utilización y tendencias de desarrollo
El mundo es rico en recursos de esquisto bituminoso y las reservas recuperables conocidas de esquisto bituminoso en el mundo se convierten en petróleo crudo. La cantidad total supera el total de reservas recuperables de petróleo en el mundo. La pizarra bituminosa se ha desarrollado durante más de 200 años. Desde la extracción del depósito de esquisto bituminoso de Autun en Francia en 1839 hasta la década de 1930, la producción anual mundial de esquisto bituminoso alcanzó las 5×106t; En la década de 1940, afectada por la Segunda Guerra Mundial, la producción anual de esquisto bituminoso cayó significativamente. De 1945 a 1980, la utilización de esquisto bituminoso mostró una tendencia de rápido crecimiento. Sin embargo, desde la década de 1980, debido al descubrimiento y desarrollo masivo de petróleo, se ha explotado petróleo barato a gran escala en todo el mundo, lo que afecta directamente el desarrollo y la utilización del esquisto bituminoso. Sin embargo, a finales de los años 1980, el consumo mundial de energía se disparó y la industria del esquisto bituminoso volvió a crecer. Con la fluctuación de los precios internacionales del petróleo, el aumento de la demanda mundial de energía y el consumo de petróleo en todo el mundo, el desarrollo del petróleo y sus sustitutos es el tema principal del desarrollo y la investigación energética en varios países. El esquisto está adquiriendo cada vez más importancia y nuevamente ha atraído la atención de países de todo el mundo.
(1) Distribución de los recursos de esquisto bituminoso
Los recursos de esquisto bituminoso del mundo son muy abundantes.
Según estadísticas incompletas, los recursos de esquisto bituminoso son aproximadamente 10×1012t, un 40% más que los recursos de carbón, y están ampliamente distribuidos. Según los resultados estadísticos completos de los recursos de esquisto bituminoso en 33 países y regiones de todo el mundo en 2006 (Figura 2-3), convertidos en esquisto bituminoso, las reservas totales superan las 4000×108t, superando con creces las reservas de recursos petrolíferos del mundo de 1500× 108t y recursos totales 3000×108t. Las reservas mundiales de esquisto bituminoso superan las 10×108 toneladas, incluidas las de Estados Unidos, Rusia, la República Democrática del Congo, Brasil, Marruecos, Jordania, Australia, Estonia y China. Las reservas de esquisto bituminoso de Estados Unidos son 3035,66×108t, lo que representa aproximadamente el 66% de las reservas totales del mundo. Alrededor del 75% del esquisto bituminoso de Estados Unidos se concentra en Colorado, Utah y Wyoming.
China también cuenta con abundantes recursos de esquisto bituminoso, el más famoso de los cuales es la zona minera de Fushun, asociada al carbón. Las reservas probadas de esquisto bituminoso son 36×108t y la tasa media de producción de petróleo es de aproximadamente 5,5. Las reservas recuperables de la mina de esquisto bituminoso de Maoming son 40×108t y la tasa media de producción de petróleo es 6,0. Según la nueva ronda de evaluación de recursos de petróleo y gas del Ministerio de Tierras y Recursos (2005), los recursos de esquisto bituminoso de mi país se distribuyen principalmente en 22 provincias y regiones, 47 cuencas y 80 áreas minerales. Los recursos nacionales de esquisto bituminoso son 7199,37×108t, los recursos de esquisto bituminoso son 476,44×108t y los recursos recuperables de esquisto bituminoso son 119,79×108t (Tabla 2-4).
Figura 2-3 Proporción estimada de esquisto bituminoso en los principales países del mundo (basado en Liu Zhaojun, 2009)
Tabla 2-4 Resultados nacionales de la evaluación de recursos de esquisto bituminoso/esquisto bituminoso (basado en Liu Zhaojun, 2009) Unidad: 104t.
Los recursos de esquisto bituminoso de China se distribuyen principalmente en las regiones oriental y central. La región oriental (que incluye principalmente la cuenca de Songliao y la cuenca de la bahía de Bohai) tiene 3442,48 × 108 t, y la región central (que incluye principalmente la cuenca de Ordos y Sichuan). Cuenca) es 3442,48×108t 1609,64×100t, y el área Qinghai-Tíbet (principalmente la cuenca Qiangtang) es 65438. La región occidental (que incluye principalmente la cuenca Qaidam, la cuenca Tarim y la cuenca Junggar) pesa 749,43 × 108 t, y la región sur (la mayoría de las áreas del sur de China excepto las primeras cuatro regiones) pesa 194,61 × 108 t, lo que representa el 48 y el 48% de China. recursos de esquisto bituminoso respectivamente. Entre ellos, el esquisto bituminoso con un contenido de petróleo de 5 a 10 es 182 × 108 t, y el petróleo de esquisto bituminoso con un contenido de petróleo superior a 10 es 140 × 100 t, lo que supera con creces las reservas naturales de petróleo descubiertas en mi país. En comparación con las características geológicas del esquisto bituminoso en los Estados Unidos, los recursos de esquisto bituminoso de mi país están profundamente enterrados. El espesor promedio del esquisto bituminoso es de aproximadamente 20 a 30 m, y la mayor parte es arenisca y lutita. minerales con un contenido de petróleo inferior a 5, y el contenido de petróleo es Hay pocos minerales ricos con un contenido de petróleo superior a 10, principalmente recursos de esquisto bituminoso con un contenido de petróleo de 5 a 10.
Por cuencas, el esquisto bituminoso de China se distribuye principalmente en las cuencas Songliao, Ordos, Junggar, Qiangtang, Qaidam, Fushun, Maoming, Minhe y Dunmi. , entre los cuales la cuenca de Songliao tiene los mayores recursos de esquisto bituminoso, alcanzando más de 300 mil millones de toneladas según la era de mineralización, el esquisto bituminoso de mi país está ampliamente distribuido, incluidos el Carbonífero, Pérmico, Triásico, Jurásico, Cretácico, Paleógeno y Neógeno. Según el entorno de mineralización, los principales entornos de mineralización de esquisto bituminoso incluyen facies lacustres, facies de pantanos lacustres, facies alternas marinas y continentales, facies de lagos poco profundos, facies de lagos semiprofundos y facies de lagunas marinas poco profundas.
(2) Desarrollo y utilización de recursos de esquisto bituminoso
1. Modelo de minería de esquisto bituminoso
Porque la materia orgánica del esquisto bituminoso es sólida y no puede ser petróleo. fluye a través de los poros de la roca. La minería de esquisto bituminoso se divide en minería a cielo abierto y minería subterránea, que es muy similar a la minería del carbón. Cuando la capa subterránea de esquisto bituminoso tiene un ángulo de inclinación lento, una profundidad de enterramiento poco profunda, generalmente menos de 500 metros, y el espesor de la capa de esquisto bituminoso alcanza decenas de metros, se puede utilizar la minería a cielo abierto, lo que significa extraer la roca. y el suelo cubre la capa de pizarra bituminosa, dejando la pizarra bituminosa. Se extraen afloramientos rocosos. Además de considerar la profundidad de entierro de la esquisto bituminoso, la minería a cielo abierto también debe considerar la relación de extracción, que es la relación entre la cantidad de roca y suelo que debe extraerse de la capa de esquisto bituminoso y la producción de esquisto bituminoso. es un factor importante en la economía de la minería a cielo abierto de esquisto bituminoso.
Si la capa de esquisto bituminoso es delgada y la roca y el suelo que la cubren son gruesos, es decir, la proporción de extracción es grande, incluso si la capa de esquisto bituminoso está enterrada a poca profundidad, el costo de extracción será alto, aumentando así el costo de utilización del petróleo. esquisto. Cuando la capa de esquisto bituminoso está enterrada a más de 500 m, generalmente se utilizan métodos de minería subterránea. Los principales métodos de minería subterránea incluyen la minería de muros y la minería de cámaras y pilares.
2. Formas de utilizar la pizarra bituminosa
La pizarra bituminosa tiene una amplia gama de entornos de depósito, por lo que contiene una variedad de materia orgánica y minerales. Del esquisto bituminoso no sólo se pueden extraer diversos combustibles, sino también diversos gases sintéticos y materias primas químicas. De sus subproductos también se pueden fabricar ladrillos, cemento y otros materiales de construcción. En resumen, el esquisto bituminoso tiene tres usos principales: retorta para producir aceite de esquisto bituminoso y productos relacionados; como combustible para la generación de energía, calefacción y transporte y producción de materiales de construcción, cemento y fertilizantes;
1) La retorta produce aceite de esquisto bituminoso y productos relacionados.
El esquisto bituminoso se puede calentar y craquear para producir esquisto bituminoso que se asemeja al petróleo natural, a menudo denominado petróleo artificial. En términos generales, 1 tonelada de esquisto bituminoso puede extraer de 38 a 378 litros (equivalente a 0,3 a 3,2 barriles) de esquisto bituminoso. Una vez refinado el esquisto bituminoso mediante hidrocraqueo, se pueden obtener productos químicos como gasolina, queroseno, diésel, parafina y alquitrán de petróleo.
Actualmente, sólo tres países en el mundo, China, Estonia y Brasil, producen esquisto bituminoso mediante destilación en retorta de esquisto bituminoso. En 2000, la producción mundial de esquisto bituminoso fue de 50×104t. En 2011, la producción mundial de esquisto bituminoso alcanzó 146×104t (Tabla 2-5). En los últimos años, la caída de los precios del petróleo ha afectado en cierta medida la producción de esquisto bituminoso. Sin embargo, en 2015, la capacidad mundial de destilación y refinación de esquisto bituminoso alcanzó las 151×104t, incluidas 83×104t en China, 50×104t en Estonia. y 6544t en Brasil.
Tabla 2-5 Producción mundial de petróleo de esquisto en 2011 (según Li Shuyuan, 2012)
2) se utiliza como combustible para generación de energía, calefacción y transporte.
En primer lugar, se utiliza para generar electricidad. Hay dos formas de generar electricidad a partir de esquisto bituminoso. Una es que el esquisto bituminoso se utiliza directamente como combustible de calderas para generar vapor y generar electricidad; el otro es que el esquisto bituminoso de retorta de baja temperatura se utiliza para producir combustible gaseoso, que luego se transporta a un motor de combustión interna para su combustión y generar electricidad. Actualmente, la primera forma se utiliza ampliamente. En segundo lugar, la pizarra bituminosa se puede utilizar para calefacción. Además, la combustión de esquisto bituminoso se puede utilizar para impulsar motores para el transporte a larga distancia.
Estonia tiene la mayor capacidad instalada de centrales eléctricas de esquisto bituminoso del mundo y es el mejor país para utilizar el esquisto bituminoso para generar electricidad. El 94% de la electricidad del país depende del esquisto bituminoso. Actualmente hay tres pequeñas centrales eléctricas de esquisto bituminoso en China, a saber, la central térmica Jilin Huadian con una capacidad de 15 MW; la central térmica Jilin Wangqing Shale Oil Plant con una capacidad de 9 MW y la central térmica Guangdong Suixi con una capacidad de 6 MW ( Tabla 2-6).
Tabla 2-6 Centrales eléctricas de esquisto bituminoso en el mundo en 2011 (según Li Shuyuan 2012)
3) Producción de materiales de construcción, cemento y fertilizantes.
El residuo de esquisto bituminoso es el residuo que se produce cuando se destila el esquisto bituminoso para extraer petróleo de esquisto bituminoso. A lo largo del tiempo ocupa una gran cantidad de terreno. Al mismo tiempo, debido a que los residuos de esquisto bituminoso contienen una gran cantidad de elementos metálicos pesados, la lixiviación y difusión del agua de lluvia dañará la producción agrícola, contaminará gravemente las fuentes de agua, los organismos y la tierra circundantes, envenenará y acidificará la tierra, destruirá la productividad del suelo y entonces poner en peligro la salud de los residentes. La aplicación de residuos de esquisto bituminoso es principalmente para preparar materiales de construcción como apuntaladores de ceramsita, apuntaladores recubiertos con película, ladrillos livianos y cemento, así como adsorbentes y espuma de vidrio (Zhou et al., 2013).
(C) Problemas en el desarrollo del esquisto bituminoso
Aunque los recursos de esquisto bituminoso son abundantes y tienen gran importancia para aliviar la crisis energética, todavía existen una serie de problemas en la exploración del esquisto bituminoso. y desarrollo, incluida la evaluación de recursos, la tecnología minera, el daño ambiental posterior, etc. Esto restringe gravemente el desarrollo del esquisto bituminoso.
En términos de recursos, los recursos de esquisto bituminoso son abundantes, pero el grado de exploración es bajo. Tomemos como ejemplo la provincia de Jilin. La provincia es rica en recursos de esquisto bituminoso, con recursos totales que superan las 2800×108t. Sin embargo, los recursos descubiertos representan sólo una cuarta parte de los recursos totales y, con la excepción de Huadian y Wangqing, más del 99% de los recursos de esquisto bituminoso de la provincia no han sido sometidos a estudios de viabilidad ni evaluaciones económicas, lo que restringe seriamente la explotación a gran escala. desarrollo y utilización de recursos. Además, la tasa de desarrollo y utilización de esquisto bituminoso en esta provincia es baja.
En la actualidad, en la provincia sólo se están desarrollando y utilizando los recursos de esquisto bituminoso de Huadian y Wangqing, y se concentran en minerales ricos de tamaño pequeño y mediano. El desperdicio de recursos minerales ricos es un problema grave.
En términos medioambientales, en primer lugar, daña gravemente la ecología y la calidad del agua. Los datos muestran que la extracción de 1 m3 de esquisto bituminoso generalmente requiere bombear 25 m3 de agua subterránea. El vertido de aguas mineras provoca un gran aumento del contenido de sulfato en las aguas superficiales y subterráneas. La minería a largo plazo destruirá el equilibrio ecológico y la estabilidad de los niveles y la calidad del agua. En segundo lugar, el problema de la contaminación por neblina es importante. Se produce una gran cantidad de ceniza después de la combustión directa o en retorta de esquisto bituminoso. Después de 1 tonelada de mineral en bruto en retorta, se producen entre 0,7 y 0,9 t de semicoque. Después de quemarlo para generar energía, se producen entre 0,6 y 0,7 t de ceniza. Esto requiere ocupar una gran cantidad de terreno y apilarlo al aire libre, formando polvo y provocando una contaminación secundaria de los cuerpos de agua. En tercer lugar, el polvo, los gases residuales, las aguas residuales y los desechos generados durante el proceso de producción contaminan el medio ambiente. Principalmente polvo generado durante el proceso de trituración y cribado, SO2, NO2, H2S y otros gases de combustión generados durante los equipos de secado, hornos de calentamiento, hornos de autoclave y procesos de almacenamiento y transporte, aguas residuales generadas durante los procesos de autoclave y desulfuración, procesos de autoclave y combustión. Se producen cenizas y escorias de esquisto. En cuarto lugar, existe un gran riesgo de derrumbe en la zona de Goaf. El método actual de extracción de esquisto bituminoso es la minería subterránea tradicional. El movimiento de las formaciones rocosas en las zonas de Goaf provocará hundimientos de la superficie en diversos grados, lo que tendrá un gran impacto en la producción y la vida de los residentes circundantes, la construcción urbana y la planificación del uso del suelo.
(4) Tendencia de desarrollo del esquisto bituminoso
En 2007, la Conferencia Anual Mundial del esquisto bituminoso hizo un cálculo. Cuando el petróleo alcance los 25 dólares estadounidenses por barril, el precio del esquisto bituminoso aumentará. El enfriamiento subterráneo y el autoclave pueden ser rentables cuando el precio del petróleo alcanza los 35 dólares EE.UU. por barril, el esquisto bituminoso también se puede extraer, calentar y autoclave para alcanzar un punto de rentabilidad. En 2012, los precios internacionales del petróleo fluctuaron entre 80 y 110 dólares estadounidenses por barril. Aunque inferiores a los de 2011, los precios del esquisto bituminoso han seguido aumentando. El precio de mercado del esquisto bituminoso aumentó de un promedio de 2.600 yuanes/tonelada en 2005 a 5.500 yuanes/tonelada en 2012. Sin embargo, con la caída de los precios internacionales del petróleo crudo en los últimos años, se espera que la producción mundial de petróleo de esquisto disminuya.
La utilización del esquisto bituminoso es integral y sus beneficios económicos también deben considerarse de manera integral. Tomemos como ejemplo la producción de cemento de esquisto: una planta de petróleo de esquisto de 1×104t puede producir 25×104t de cemento. La inversión en una planta de cemento de 25×104t es de 20 millones de yuanes. La ganancia del cemento de esquisto es de 50~100 yuanes/t. , beneficio neto. Se puede ver que si inviertes en una planta de cemento de esquisto, básicamente puedes recuperar el costo de la inversión ese año. Si los residuos de esquisto bituminoso se utilizan adecuadamente, el beneficio no será menor que el de extraerlo. Las ganancias integrales del petróleo de esquisto bituminoso y del cemento de esquisto bituminoso se convierten al precio integral del petróleo de 10 a 15 dólares estadounidenses por barril en el mercado internacional, es decir, el precio del petróleo crudo está en el rango de equilibrio de 10 a 15 dólares estadounidenses. por barril. Por supuesto, existen muchos otros usos para los subproductos de la extracción del petróleo de esquisto. En el desarrollo y utilización específicos, el cálculo de los beneficios económicos debe considerarse en su conjunto.
El Estado apoya firmemente el desarrollo y la utilización integral de los recursos de esquisto bituminoso en términos de políticas macro. En el plan de desarrollo del “XI Plan Quinquenal”, el gobierno chino declaró claramente que llevará a cabo vigorosamente la exploración y el desarrollo de esquisto bituminoso, aumentará la inversión en ciencia y tecnología, reducirá los costos de minería y mejorará la seguridad de los recursos de petróleo y gas de China. . En 2011, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma publicó el "Catálogo de orientación para el ajuste estructural industrial nacional", que enumeraba la exploración y el desarrollo de recursos no convencionales como el esquisto bituminoso, la arena bituminosa, el gas de esquisto y los hidratos de gas natural como industrias alentadas. Por lo tanto, debemos aprovechar la oportunidad favorable y desarrollar racionalmente los recursos de esquisto bituminoso. Al tiempo que se aprovechan al máximo los recursos de esquisto bituminoso, se debe prestar más atención al desarrollo ambiental y económico sostenible. De acuerdo con la situación actual, la utilización integral del esquisto bituminoso se puede considerar desde los siguientes siete aspectos: (1) introducir un proceso avanzado de carbonización del esquisto bituminoso para producir esquisto bituminoso (2) utilizar coque refinado y esquisto bituminoso cribado como combustible, construir un; planta de energía de lecho fluidizado circulante de esquisto bituminoso; (3) utilizar cenizas de esquisto bituminoso para producir ladrillos sinterizados de esquisto bituminoso, cemento de esquisto bituminoso y otros materiales de construcción; (4) utilizar la combustión de esquisto bituminoso para calentar y resolver los problemas de la zona minera y de la población local; Problemas de calefacción en invierno (5) aprender de la experiencia de Fushun Mining Group e introducir su tecnología y equipos de producción de petróleo de esquisto bituminoso (6) fertilizantes compuestos necesarios para el desarrollo y la producción agrícola (7) fenol, amoníaco, piridina, etc. Aprovechamiento integral de subproductos.
En resumen, en condiciones de maximizar el valor de sus recursos y tener en cuenta los factores ambientales, las perspectivas para el desarrollo y utilización del esquisto bituminoso serán muy brillantes, especialmente para un país como China que depende en gran medida del mercado internacional. energía, el mercado del esquisto bituminoso será aún más amplio. La Agencia Internacional de Energía predice que después de 2020, la oferta de petróleo procedente de fuentes no tradicionales aumentará significativamente, representando aproximadamente el 8% de la demanda total de petróleo del mundo, y es probable que este aumento se cubra parcialmente con el petróleo de esquisto bituminoso.