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处理页岩的高温范围热拆解法

阅读:996发布:2020-05-11

专利汇可以提供处理页岩的高温范围热拆解法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种新的热拆解方法,其能够达到1000℃的极高 温度 ,以将任何品质的 油 页岩 转化为可直接精炼的页岩油和与 天然气 等价的页岩气,并产生作为副产物的 水 和热空气,从而在产生灰分时通过添加有机和无机添加剂将灰分转化为 固体 燃料 ,并使用燃烧后的 固体燃料 残余物作为其他工业产品的原料,例如 熔渣 、绝缘材料;通过使用其自身的固体燃料,可提高并达到高温范围而无需使用任何其他类型的燃料且冷却系统中无需使用水。 油页岩 是一种 岩石 ,其中混合有有机组分与各种各样的无机含金属组分。该混合物包含多种矿物元素,并且在用所述热拆解方法处理时能够产生所有的传统 能源 。所述热拆解方法基于:分离挥发性部分(其由页岩气、页岩油和水构成)和剩余部分(非挥发性部分),该剩余部分称作灰分。取出灰分,随后向其中添加特定量的适合的添加材料以产生固体燃料。以此方式,可以声称以经济标准和环境标准保持了以下等式:油页岩=固体燃料+ 原油 +天然气。,下面是处理页岩的高温范围热拆解法专利的具体信息内容。

1.一种高温范围热拆解方法,所述方法用于处理页岩沥青砂以获得与天然气的规格匹配的页岩气,和与原油的规格、结构和化学组成一致的页岩油,由此能够将所述页岩油直接送至原油精炼厂而无需特定处理或加氢过程,其特征在于,
●所述拆解过程在位于炉内的反应器中进行,其中,使固体燃料间接燃烧来加热置于所述反应器内的油页岩
●所述拆解过程在850℃~1000℃之间进行,
●在拆解过程中,单独提取页岩气、页岩油、和纯化的热空气,
●随后将从所述反应器中得到的油页岩灰分送出,将其冷却并随后处理以获得所谓的固体燃料
2.如权利要求1所述的高温范围热拆解方法,其特征在于,在标准大气压下,在所述炉中将液体或气体燃料燃烧直至温度达到550℃,随后将所述液体或气体燃料源替换成固体燃料以将温度升至1000℃。
3.如权利要求1或2所述的高温范围热拆解方法,其特征在于,使用真空将页岩气和水蒸气分离并引导至冷凝器,在所述冷凝器之后,在气体已经引导至气体槽的同时,将所述页岩油和水液化
4.如权利要求1或2所述的高温范围热拆解方法,其特征在于,使用分离塔将页岩油与水分离,并将水引导至水槽。
5.如权利要求1或2所述的高温范围热拆解方法,其特征在于,将所述热空气从所述炉中抽吸出并引导至洗涤和清洁单元,而后,将所述热空气引导至热交换和沉淀器单元。

说明书全文

处理页岩的高温范围热拆解法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种新的热拆解(dismantling)方法,其能够达到1000℃的极高温度,从而将任何品质的油页岩转化为可直接精炼的页岩油和与天然气等价的页岩气,并产生作为副产物的和热空气,从而在产生灰分时通过添加有机和无机添加剂将灰分转化为固体燃料,并使用燃烧后的固体燃料的残余物作为其他工业产品的原料,例如熔渣、绝缘材料;通过使用其自身的固体燃料,可提高并达到高温范围而无需使用任何其他类型的燃料且冷却系统中无需使用水。
[0002] 油页岩
[0003] 油页岩是下述的一种岩石,其中有机组分与各种各样的无机含金属组分混合。
[0004] 该混合物包含多种矿物元素,并且在用本发明的热拆解方法处理时能够产生所有的传统能源
[0005] 本发明的热拆解方法基于分离1)挥发性部分(其由页岩气、页岩油和水构成)和2)剩余部分(即,非挥发性部分,其称作灰分)。将灰分从炉中移出并送入冷却室。随后将冷的灰分与适当的添加材料以特定比例混合以获得固体燃料。以此方式,可以声称以经济标准和环境标准保持了以下等式:
[0006] 油页岩=固体燃料+原油+天然气
[0007] 在上述等式中,应当考虑的重要一点是下述事实:上述固体燃料的热容量比传统的固体燃料()高得多,且在环境副作用方面更佳。
[0008] 本发明旨在用于通过使用新的高温范围热拆解法来处理油页岩,随后产生除页岩油和页岩气外的更多产品,例如特定类型的灰分(形成固体燃料)、水和热空气。
[0009] 本发明所用的技术领域还涉及计划使用这些产品的领域。
[0010] 使用页岩气的技术领域:
[0011] 通过该热拆解方法从油页岩中提取的页岩气与天然气匹配良好,因此,其用于使用和可以使用天然气的所有领域。此外,页岩气可以是干或湿的形式。干页岩气用作产生热能的来源,而湿气用于许多石油化工行业中。
[0012] 使用页岩油的技术领域:
[0013] 所产生的页岩油在化学组成上与中东的油匹配,并且可以立即送至精炼厂来精炼并分离其馏出物,以用作内燃机用燃料。此外,可以提取出用于小汽车和多种工业车辆的润滑油润滑剂作为馏出物产品之一。另一方面,可以对馏出物进行分离并处理以获得用于生产塑料材料、肥料、药物、染料和杀虫剂的原料。
[0014] 在油页岩构造中存在的芳香族物质的百分比被视为是评价油页岩产品在用于医学和石油化工行业时的经济价值的主要标准,即,芳香族物质的百分比越高,产品的经济价值越高。
[0015] 此外,传统的食物(铃薯、玉米、小麦、稻米、脂肪)用于生产若干种基础工业材料(例如,合成的脂肪酸)、生产合成的醇、生产烯、生产合成橡胶以及生产合成纤维;而页岩油可以用来生产相同的产品,这意味着还可以节省食物资源。
[0016] 使用油页岩灰分的技术领域:
[0017] 本发明的油页岩灰分在其结构和品质方面不同于各种类型的通用油页岩灰分。该灰分之所以不同基本上是因为:通用技术依赖于在450℃~550℃的温度限制下加热油页岩,而经本发明改造的处理加工技术所产生的灰分是在850℃~1000℃的宽得多的温度范围内处理油页岩的结果。考虑到该温度,灰分的化学组成发生了很大变化。
[0018] 该油页岩处理所产生的灰分为56%~86%。在该技术中,灰分与占灰分重量10%~30%比例的适当添加剂混合,所得的混合物是最低热容量为8000kcal/kg的固体燃料,其需要适当的燃烧系统来完全利用储存在其中的高热能。
[0019] 可以在技术上使用固体燃料的领域:
[0020] 认为该固体燃料是具有高热容量和高燃烧效率的一类固体燃料,其环境效应是可接受的。
[0021] 在加工油页岩时作为本发明的方法的最后阶段产生的该固体燃料可以用在其适当的燃烧系统中,以用于:
[0022] ·海水脱盐,其要求接近350℃的温度来蒸发
[0023] ·纺织工业,其要求接近450℃的温度来产生蒸汽
[0024] ·发电,其要求450℃~650℃的温度来产生并烘烤用于转动发电涡轮机的蒸汽。
[0025] ·水泥工业,其需要100℃~1450℃的更宽范围的温度来进行蒸煮、干燥和燃烧过程。
[0026] ·玻璃工业,其需要更大量的热和可达到最高1850℃的高温来获得高品质玻璃产品。
[0027] ·采矿工业,其消耗极大量的热,同时伴随对气候的灾难性环境效应。这些工业在中东是不可行的,因为可满足这些工业需求的炉必须为至少约2000℃的温度,这只能在特殊条件下实现,并且始终会依赖于能够实现特定目标的电炉。
[0028] 固体燃料与适合的燃烧系统一起被认为是较大的热能源,并且可以用于达到最高可达3500℃的任意所需温度;并因此产生了建立矿业所需的契机,这在不使用所述固体染料时是不可能实现的。
[0029] 可以在技术上使用固体燃料的残余物的领域:
[0030] 固体燃料残余物的应用领域由用来将油页岩灰分转化为固体燃料的添加剂的类型来决定。添加剂材料与高燃烧温度一起决定了固体燃料的基本组成的化学变化,将其变为固体燃料残余物,该残余物符合所需的工业领域的需要,例如水泥工业、道路铺设材料工业、绝热工业、建筑材料土壤稳定化以及该固体燃料残余物是基础原料或必需原料的任何工业。
[0031] 实际上,在燃烧固体燃料后,所得的固体燃料残余物几乎可以是最终产品,其是水泥工业的可即用的熔渣。为了能够如此,在将油页岩灰分变为固体燃料时,应当将适合的特定比例的添加剂与油页岩灰分混合均匀。在使用固体燃料残余物作为熔渣时,其提供了用于水泥工业和所有相关工业的原料。使用固体燃料残余物作为即用型熔渣,节约了用于干燥和燃烧熔渣原料的燃料消耗,并节约了与水泥工业相关的整体操作所必需的耗电量。
[0032] 基于此,当用所述热拆解方法处理油页岩并随后以特定比例向所得的油页岩灰分中添加适当的添加剂时,获得了即用型熔渣,且无需要求大量热能和电能的传统熔渣生产阶段。因此,以此方式产生熔渣在不与其他能源一起使用时确实产生了高热能。
[0033] 使用水的技术领域:
[0034] 认为本发明是一种在处理油页岩时产生水的技术,而不像全世界所有其他现有技术那样消耗水。
[0035] 所产生的水可以进行纯化并用于农业领域。
[0036] 使用热空气的技术领域:
[0037] 该新技术产生温度可达400℃的大量热空气。这种量的热空气是不可测量的并且可用于家用采暖系统。
[0038] 油页岩的背景技术
[0039] 1.1介绍
[0040] 在给出了关于油页岩领域的清楚的一般信息(例如常用于油页岩处理的技术方法)之后,可以通过示出优势和特定领域的广为人知的问题的解决方案来进一步介绍本发明。
[0041] 1.2油页岩的机制
[0042] 认为油页岩是结合并压实的岩石层,其源于包含有机物质的沉积物。这些有机物质的形成源于曾经生活在浅水中的古生物(Alchenyat)、藻类和小型动物的全部集合,其暴露于淤泥和泥浆中的活性细菌的影响之下,随后经历物理效应导致结构上的若干转变。
[0043] 这些转变可以表述为:
[0044] 1.2.1降解
[0045]
[0046] 1.2.2裂解
[0047]
[0048] 1.2.3溶解性(熔融)和成型
[0049]
[0050] 油页岩由与不同的有机物质和金属物混合的含金属无机物质构成,如下表1所示:
[0051] 表1:油页岩组分
[0052]
[0053] 1.3油页岩
[0054] 可以认为油页岩是包含湿软内核沉积岩,其中水分可以以水的形式分离。此外,油页岩包含可以以油和气的形式同时提取出的有机物质。油页岩的剩余部分包含含金属无机物质,其可以通过执行与使用目的相适应的适当处理而转化为固体燃料。
[0055] 油页岩的常见环境显示其由位于浅水或浅海中的沉积物组成,该沉积物富含古生物(白蛋白+烃)。
[0056] 因此,油页岩包含多种有机物和无机物,其中有机物源自古生物、藻类和有机腐质,例如水生和陆生植物以及水生和陆生动物,另一方面,无机物包含Vhmaúah含金属物质,例如酸盐(方解石和白石),以及碎屑物质,例如与粘土有关的石英和Wlosbat(Aallili和绿泥石)。
[0057] 1.3.1油页岩形成
[0058] 油页岩中的有机物的主要来源是古生物(烃和白蛋白)以及形成Alashinah脂肪的植物残余物、孢子和花粉。
[0059] 在将有机物转化为油母质中,细菌起着重要作用。有机物的降解产生温暖气候细菌,其有助于浮游和海底古生物的生长。
[0060] 当浮游和海底古生物死亡时,其随后因水中溶解的气而暴露于氧化和分解。
[0061] 随后,在不存在游离氧和存在活性细菌的情况下,活生物(活材料、烃和脂肪)受到细菌和生化过程效应下的氧化应激过程的影响,从而导致原始有机物质的结构变化,这将其转化为油母质。
[0062] 有机物质的部分分解产生了含金属物质(例如石英和粘土)和植物残余物。
[0063] 在缺乏氧的情况下,在海底冲积泥浆中细菌的支配作用开始得到激活,从而形成受体介质(接受电子),其形成有机物质和性条件下的黄矿,以及高度受体介质。
[0064] 在氧化的介质中,形成了磷酸根中心和来自Alcalat的部分,而在温和氧化应激和温和受体介质中,形成了Filadgoonit。
[0065] 海水富含碳酸氢形式的钙离子(Ca+2),其在Almtafeeat和Algdraminger的影响下沉淀。细菌的影响参与形成聚集的油母质石,其含很少的有机物质。
[0066] 古生物泥浆是松散的且在水和泥浆之间保持悬浮,但是在后期,其转变为密实的固体,这是因为所形成的沉积物的影响和沉积池深度的增加。
[0067] 所形成的固体古生物泥浆随着时间的推移而集中在饱和的沉积层中,并且在物理条件(例如时间、温度、压和运动)的影响和化学效应的存在下,积累的沉积层中的稀有物质叠置,这导致建立了实现生命演替法则的环境,由此形成了产生气和油的油页岩。
[0068] 词语“石油”是指岩石的油,因此,这反映出了这些词语与这些词语如何形成之间的关系。更重要的是,知晓石油和油页岩中的原始有机物质的结构,这是对石油中的少量有机物质进行更多研究的主要动机。
[0069] 1.3.2石油中的原始有机物质
[0070] 植物和动物的有机腐质(浮油生物和海底生物材料)以及细菌(菌)对于收集有机物质并将其沉积在水下以及使生物遗体分解(这是形成石油的不可避免的阶段)起着重要作用。
[0071] 陆生植物含有Alljuginin,但水生植物没有,并且其在海底植物的结构中也极少见。
[0072] →H2O+CO2
[0073] 金属化不会出现在有氧气环境中,其在氧气的存在下会部分崩解,而在有氧方面较差的环境中会形成aldepal酸。
[0074] 1.3.3科学观点
[0075] Idjanindepal材料被河流带入海水中,其是产生石油的来源。
[0076] 1.4科学研究
[0077] 事实上,以碎屑和胶体浑浊物形式到达海洋的有机物质是充分氧化的,其由酸depal和氧化的植物组织碎片组成。这些有机物质不会是烃的合适来源,但是,其可以间接地在石油形成过程中起作用,即,形成CH4和CO2。
[0078] 在进展的Bernoadah烃(其起到中间体的作用,将化合物从陆地表面带到海洋)的存在下,酸depal能够从含有大分子的烷类形成这种复杂的化合物。
[0079] 纤维素(C6H10O5)n是最稳定的depal多糖,其可以在位于底部的沉积物的上层和在空气介质中矿化,以产生H2、CH4、CO2和H2O。
[0080] 在缺乏空气介质(此时各种发酵过程出现)的情况下,摄食烃的微生物能够产生其他成分,例如脂类,其可以是石油烃的来源。
[0081] 在缺乏空气介质的情况下,细菌将在生物体萎缩后开始与水相互作用的蛋白消化掉,这导致完全矿化,其产生H2O、CO2、NH3、H2S、H2和CH4。
[0082] 在缺乏空气介质(其源于位于底部的泥浆)的情况下,对于蛋白以及其与其他材料的化合物而言,分解变得不完全。
[0083] 在基酸与碳水化合物缩合的过程中出现的所得材料转化为depal材料,其与存在于原煤和煤中的酸depal的化学结构不同。
[0084] 从氨基酸中除去氨基的过程导致产生了小分子脂肪酸。从这些脂肪酸中除去羧基之后,产生了气态烃。
[0085] 由于在石油中发现了硫化合物和氮化合物,这确认了在石油成分中存在蛋白质
[0086] 脂质成分属于生物材料,其与一些石油烃汇聚于其化学组成和分子构建上。
[0087] 脂肪是所有类型的饱和以及不饱和的甘油酯和脂肪酸链,以及C12→C20碳链的羟基化和形式,在非支化的Aolivatih链的动物脂肪和植物脂肪中具有各种脂肪酸的饱和度。来自C9→C28碳链的少量支化的脂肪酸从细菌和脂肪组织中推断得到。此外,在α位带有长支链的大分子β羟基酸从微生物和真菌中推断得到。
[0088] 1.4.1用于确认:
[0089] 草本植物和浮游动物中的脂质富含不饱和酸,其特征在于包含35%的不能皂化的材料;当目标物更加原始时,该百分比总会上升。
[0090] 蜡质材料是一元醇酯材料和一元有机酸的混合物。此外,一元伯醇参与形成蜡质材料C14→C34,其具有分子中的碳原子为偶数的普通结构。
[0091] 认为高级脂肪酸是具有非支化链的一元饱和化合物。
[0092] 认为甾类是环状化合物,其碳结构由完全或部分氢化的1-2环戊烷并菲(cyclo-penta-venantryn)衍生物构成,其是微小生物材料的组分。认为甾类是最常见的微小生物材料,其包含具有环状结构的饱和或不饱和的醇,例如胆固醇和麦固醇(C28H44O)。
[0093] 树脂酸参与形成陆地植物的生物力学结果。
[0094] 存在于微小生物材料中的琥珀树脂、树脂酸和烃占海水滤出材料的很大一部分,海水滤出材料包含浮游微生物、化石粪便和有机残余物。认为这些组分是浮游动物中的微生物的类胡萝卜素源,其移动至有机泥浆和沉积物中。
[0095] 1.5有机腐质的转化:
[0096] 剧烈的转化会出现在位于底部的水和泥浆介质中的生物体遗体、浮游动物和浮游植物的有机物质上。微生物活性伴随原料的分解,并形成细菌生物质,从而导致:
[0097] 1-蛋白化合物的百分比下降100~200倍。
[0098] 2-游离氨基酸的百分比下降10~20倍。
[0099] 3-碳水化合物的百分比下降12~20倍。
[0100] 4-脂质的百分比下降4~8倍。
[0101] 同时,会出现多个缩合过程,其伴随不饱和化合物的聚合过程(这是任何油母质的有机部分的基础)。此外,脂肪酸、羟基化酸和不饱和化合物的聚合过程导致将缩合产物转化为:环状和非环状的不溶性油母质形式,以及携带油母质的腐烂漂浮部分的材料。
[0102] 来自脂质和烃的最稳定部分的聚合过程形成了可溶性油母质,其可在形成的沥青材料和树脂中见到。
[0103] 1.6科学事实:
[0104] 如果氧化过程的强度增加,则油母质中氢的比例会从8%~10%的范围降至3%~4%的范围,且其一小部分会转化为岩石上的吸附物形式,其包含复杂的有机金属化合物。
氧化过程与最多8%~10%的硫操作过程的相互作用相关。当沉积区域的深度增加最多
100m~200m时,无空气的微生物过程减退,有机物质的氧化停止,且有机物质的转化结束,这是油母质进入物理和化学转化阶段的阶段,其由地下的温度和压力决定。
[0105] 在第一阶段,当沉积物的深度为1.5km~2km时,油母质的聚合物结构经历小幅变化,此时温度为50℃~60℃。
[0106] 可以总结这些变化以推断羧基、水和外部官能团作为分离CH4、H2S、NH2、CO2和H2O的结果。
[0107] 当沉积物的深度为2km~3.5km时,温度达到80℃~170℃,这是对于油母质的基础结构而言有效的分解开始的时刻,其伴随液态沥青的比例增加达到油母质原始质量的30%~40%。沥青包含环烷烃、链烷烃和大小Alarnjat,以及具有环状异质沥青材料和树脂的复杂化合物,另一方面,沥青成分在有机物质中的百分比增加了数倍。
[0108] 油母质的最大部分的分解以及石油烃主体的形成是形成油的主要阶段。
[0109] 在形成石油烃时,解吸附过程开始,随后由于压力骤变,其与来自粘土沉积物的气和水的驱替过程将碳酸盐压成可渗透还原砂层。
[0110] 在主要阶段开始时,碳水化合物的形成比其还原层驱替要快。当深度增加时,导致具有沥青组分的有机物质富集,且烃成型过程随着岩石深度的增加而减弱,这由油母质的主要部分的消耗证明。另一方面,通过增加产生石油的岩石的深度,烃的驱替速度持续增加,并且来自有机物质的沥青材料和烃的消耗速度也增加。此时,随着沉积物深度从4km增至6km,在200℃~250℃的温度下,形成石油的主要阶段结束,并伴随油母质的进一步变化。在此温度和深度,Alkokih阶段开始,这是碳酸化的更高阶段,其中油母质丧失其大量的氢,从而激活形成烃气体的过程,由此使形成气体主要阶段结束。在此阶段之后,油母质包含
85%~90%的碳和1.5%~3%的氢。当岩石深度在此阶段继续不断增加时,油母质随着地下温度的上升会发生轻微变化,同时其逐渐变得碳越来越多并释放出少量的气体产物。
[0111] 在高温和高压下,散布的有机物质(例如碳)从其转化过程进入内Sitish阶段。
[0112] 1.7缺失链:
[0113] 石油驱替问题并未得到充分研究,且尚未证明基本原理。例如,碳酸盐岩石中的有机物质百分比为1.5%~2%,而沥青百分比则不超过小数比例(低于1%)。
[0114] 在沉积岩中沥青是有机物质的基本元素,因此,沥青无法离开有机物质,除非使用这样的溶剂:其能够影响岩石以与移动性最强的沥青材料合并,随后通过水和/或气体将该混合物带至低压区,因为驱替仅能通过溶解的水或可溶性气体来进行。除了其他已知的方法(例如使碳酸盐材料再结晶、传播现象、毛细力、表面张力地震现象)之外,认为岩石熔融是有助于进行驱替过程的方法。
[0115] 驱替伴随有所驱替的材料的性质变化,例如简化、邻接性、减少具有非同质原子的化合物的比例和弱化环性。
[0116] 1.8石油的有机来源
[0117] 关于石油有机来源的假设基于以下因素为:
[0118] 1-石油中的原始材料的有机性质。
[0119] 2-有机物质与沉积岩之间的关系。
[0120] 3-将埋藏的材料(油母质)转化为石油的适当条件。
[0121] 1.8.1地质基础
[0122] 1-工业石油储层与沉积岩长期相关。
[0123] 2-结晶火山储层与沉积岩共存且相关联。
[0124] 3-认为沉积岩是石油形成过程的适合介质。
[0125] 4-在石油和煤的形成与各类焦油的积聚过程之间存在直接操作关系。
[0126] 5-石油和其中的沥青类型在结构上与有机来源(例如煤和油页岩)的未加工燃料相似。
[0127] 6-形成石油的过程出现在各种地质时期,其中岩石的年龄为约5亿年,而岩石的最小年龄为2千万年~3千万年。
[0128] 1.8.2地球化学基础
[0129] 1-石油包含生物来源的光学活性物质,其存在于沥青类物质中。
[0130] 2-石油包含在位于沉积岩中的沥青中发现的生物来源的化合物,例如Alborverinat、链烷、Alasubrtwedih烃、具有Alasteroada构造的烃。
[0131] 3-沥青的烃结构发现于产生石油的有机物质(油母质)中。使用质谱分析、气相色谱和液相色谱显示,发现于沉积岩中的沥青和发现于沥青砂中的沥青的含量比和化学组成完全精确匹配。
[0132] 对于被称作碳酸盐页岩的油页岩,在早期阶段在从寒武纪到白垩纪的太古时期其富含有机物质,其是在多种不同环境(例如海底盆地、湖泊和沼泽中,不论水是咸水还是淡水)的沉积过程的产物。
[0133] 总之,油页岩晚于含油和含气岩石的地质形成。
[0134] 需要进一步的研究来广泛并精确地确定油页岩和石油的年龄。
[0135] 1.9油页岩沉积物的起源
[0136] 不同类型的石油具有不同性质,但是,元素分析和原子分析显示它们具有相似性,仅在组成元素的比例方面有微小差异,这将各类型彼此区分开。
[0137] 石油含有大量的氢煤,例如石蜡、Alinvtinih和真菌煤,每种石油具有不同比例的这些元素。
[0138] 相同的理论可以适用于页岩沉积物特征,即,不同类型的沉积页岩具有不同的性质,因为每种沉积页岩都具有不同的位置(深度和介质),但是,所有类型的油页岩具有相同的特征,这种特征相似性归因于所有类型的油页岩在形成页岩沉积物的条件方面的相似性,这些条件列出如下:
[0139] 1-有机物质分解和含金属碎屑的软粒的位置之间的同步性,这导致形成有机组分与无机组分的混合。
[0140] 2-在富含硫化氢的介质中部,在无氧条件下大量存在的有机体发生分解。
[0141] 3-静止沉积以防止水中溶解的气体的品质不发生任何改变。这种环境存在于温暖热带气候下的淡水湖、内海和三角洲中。
[0142] 4-产生油母质和沥青的沉积物中的有机物质具有有机来源,这要求有机物质的可利用性,尤其是河流古生物和海洋古生物,以及海底有孔虫类和浮游有孔虫类。
[0143] 1.10页岩类型
[0144] 各种各样的石油与多种类型的油页岩的存在匹配,例如:
[0145] 1-Alturbanat:最富藏的油页岩,其特征是含金属化合物比例低,有机物质比例高。这种页岩以联结的形式存在于位于分解介质中的炭的位置。其主要位于澳大利亚和宾夕法尼亚。
[0146] 2-Altasmanic:独特的页岩类型,其形成在近海岸处的浅海中。其有机组分与古生物类型相关,广泛地分布和位于塔斯马尼亚和阿拉斯加。
[0147] 3-烟泥浆(silt ryger):最重要的页岩类型(就良好品质、大量和有机物质含量而言),源于海洋,其沉积物来自Rash和Seltston。其分布于Alallosa,位于科罗拉多和渥太华。
[0148] 4-Alkourkasi:广泛分布于爱沙尼亚共和国,可追溯于Udoveza世。
[0149] 1.11页岩形成的地质条件:
[0150] 与起源相关的多种模式和不同的页岩特征归因于石油类型的多样性。
[0151] 页岩沉积物在地层学上从寒武纪传播到现代。其最佳的海洋类型是黑油页岩,其散布在大范围内,但厚度较低。
[0152] 一些类型的油页岩由西利西亚模板构成,其有机物质较少。其他类型的油页岩由石灰质模板构成,其有机物质比前一类型丰富。
[0153] 当油页岩含有包括燧石的含金属无机物质时,此时油页岩与磷酸盐岩组合。
[0154] 大陆界限和现代地质狭长带被认为适于研究这些岩石类型。
[0155] 对于在产生现代世界的山脉的运动中形成的湖泊来源的油页岩,有多于165个湖底盆地,其沉积物可追溯至三叠纪且包含油页岩。形成亚洲和欧洲的山脉的运动产生了油页岩沉积物。
[0156] 1.12页岩沉积物的地理和构造学状态
[0157] 油页岩的形成需要沉积盆地中的适合的构造学、地理学、地球化学和生命条件。
[0158] 除有机体和微生物之外,沥青沉积相需要长期处在稳定的受体介质(接受电子)中,此外,在沉积介质中的水表面附近必须具有大量的浮游古生物,因为其是沉积盆地底部有机体积累的来源。
[0159] 因此,沉积盆地中和某些构造学活动中的适合条件将这些时期限制在沥青岩和油页岩出现的上Alsenoni世、下Baliusan世和始新世中。这些沉积相在Almakrat地质年代期间形成在与推进区相邻的海洋盆地中。在Altitus Almakrat地质年代期间,形成了边缘盆地,其延伸部与该时代相关的构造学活动有关。
[0160] 在沉积盆地内,逐渐形成了含碳沉积物,例如泥灰岩石灰石、泥灰岩和石灰Apostle,以及少量的碎屑。所有这些发生的原因都在于氧气的减少、硫化氢气体以及因细菌活动和大量浮游化石向下深度积累而产生的其他气体的增加,这将介质转化为电子的强返回者(强受体介质),并形成与碳酸盐沉积物结合的沥青。在上白垩纪和下Albaleugen纪过程中出现的这些发展和条件导致形成了沥青岩和油页岩。
[0161] 因此,页岩晚于含石油物的生物形成。地球的地震、自然因素、压力、温度、时间和旋转运动有助于不让这些沉积物变为原油。因此,沉积物在沼泽或浅湖中发现,其与在沿海环境中的煤的形成相关,这证明了页岩包含多种金属化合物和有机物质的原因,其使页岩能产生页岩气和页岩油,这也证明使用页岩作为直接燃烧过程中的燃料以产生热电是正确的。
[0162] 经验和对页岩气和页岩油进行的分析凸显了其化学结构与原油和天然气完美匹配。
[0163] 1.13页岩矿石的评估
[0164] 常规能源(例如煤、天然气和油)具有一些尚未恰当解决的问题,因此使得页岩油成为较不重要的能源。需要更多注意的最为人熟知的问题是处理油页岩时产生的高比例的灰分和废料,其占页岩总重量的55%~85%。事实上,所产生的油页岩化合物多数为该部分的不饱和烃化合物,其需要硬加氢过程来将烃转化为饱和化合物,随后在后期运输至精炼厂。所有这些操作过程都在忽略油中的重金属的情况下进行;此外,需要大量的水来进行所谓的操作过程,这使得小的水分子渗透进油分子中,并且在运送至精炼厂之前需要进行其他操作来分离。
[0165] 采矿提取岩石、将其破碎并为处理进行准备的高成本使得爱沙尼亚人采用直接燃烧油页岩石来发电,如果没有大量的水,这不能成功进行。
[0166] 爱沙尼亚人引领了直接燃烧的经验,这在当时是成功的,但是在现在,已承认直接燃烧是不当的,这是因为使用了昂贵的油来直接燃烧,这也是壳牌公司通过在矿内使用热电加热塔而采用热注入法的原因。该过程一直持续到将油母质拆解为能够用收集塔收集的液体。收集塔必须采用以下思路:在处理区使用墙来防止地下水的污染,这是应当避免的另一错误(除了加热地面的错误以外)。
[0167] 为了以科学方式应对所有这些挑战,必须了解和调整的是以下事项:
[0168] 1-研究岩石组分的结构和知识,以及岩石的完整明细的知识。
[0169] 2-研究页岩单元及其层分布。
[0170] 3-研究形成页岩的整个沉积盆地中的多种油页岩的一般状况。
[0171] 4-确定与油页岩投资相关的环境问题和经济问题。
[0172] 1.14转折点:
[0173] 只要每桶油的价格还控制着从油页岩中提取一桶油的成本,在页岩领域就不会有具有可接受的环境标准和可产生利润的经济标准的真正投资行为。
[0174] 为了能够在页岩投资领域开启新的通道,需要释放通过用石油来提取油页岩的成本,即,在不使用石油进行直接燃烧的情况下提取油页岩。以此方式,可以声称油页岩能够变成无限的能源。
[0175] 油页岩的最重要的特征是页岩中的热容量和油含量,这二者都与页岩中的有机物质的比例直接成正比。
[0176] 可提及两种类型的有机物质,第一种是Mineleiet,其就页岩中的油量而言比第二种类型Alcolmasi差1.5倍。此外,与相同比率(1.5倍)的页岩中的热含量相比,页岩中的油含量与有机物质关联更大,如以下实例所示:
[0177] 1-Alcolmasi有机物质类型从其原始物质中产生70%的油。
[0178] 2-Greinerfr有机物质类型从其原始物质中产生66%的油。
[0179] 3-Vulva有机物质类型从其原始物质中产生51%的油。
[0180] 4-Mineleiet有机物质类型从其原始物质中产生的油比Alcolmasi有机物质类型所产生的油少21%。
[0181] 对从约旦的Sultani地区提取的页岩进行实验,表明了与以下特征相关的观点,如以下附图所示:
[0182] 图1和图2分别示出了Almstrich世和始新世的有机物质百分比和密度之间的关系。
[0183] 图1示出了Almstrich世的有机物质百分比和密度之间的关系。
[0184] 图2示出了始新世的有机物质百分比和密度之间的关系。
[0185] 图3和图4分别示出了Almstrich世和始新世的有机物质和热容量(kcal/kg)之间的关系。
[0186] 图3示出了Almstrich世的有机物质和热容量(kcal/kg)之间的关系。
[0187] 图4示出了始新世的有机物质和热容量(kcal/kg)之间的关系。
[0188] 图5和图6分别示出了Almstrich世和始新世的热容量(kcal/kg)和油页岩百分比之间的关系。
[0189] 图5示出了Almstrich世的页岩油和热容量(kcal/kg)之间的关系。
[0190] 图6示出了始新世的页岩油百分比和热容量(kcal/kg)之间的关系。
[0191] 图7和图8分别示出了Almstrich世和始新世的有机硫百分比和页岩油品质(由C/H表示)之间的关系。
[0192] 图7示出了Almstrich世的有机物质百分比和页岩油品质之间的关系。
[0193] 图8示出了始新世的有机物质百分比和页岩油品质之间的关系。
[0194] 图9和图10分别示出了Almstrich世和始新世的有机硫百分比和页岩油品质(由C/H表示)之间的关系。
[0195] 图9示出了Almstrich世的有机硫百分比和有机物质百分比之间的关系。
[0196] 图10示出了始新世的有机硫百分比和有机物质百分比之间的关系。
[0197] 对于这些关系的结果,可以给出关于油页岩和提取油的若干指标,即,用于直接燃烧过程来发电的油页岩的最小热容量应当为至少1000kcal/kg,且有机物质百分比为至少16%,随后使该类型的页岩经历富集过程。富集过程是通过物理方法提高热容量的过程。另一方面,所处理的页岩用于提取油页岩的最小热容量必须是900kcal/kg。
[0198] 无论是否富集,油页岩的处理过程为:提取,粉碎研磨,物理加工,随后入特殊的炉中。
[0199] 1.15指征
[0200] 在储热容量方面,更宽的油页岩层为700~800kcal/kg,每种类型的油页岩都需要经历某些修饰以使处理单元能够处理任何类型的油页岩。
[0201] 1.16独特性:
[0202] 本发明的工业单元能够处理所有类型的油页岩,实际上,其能够处理热容量低至750kcal/kg的油页岩。在处理过程中,不需要水来处理无机物质,这一直是其他所有现有技术都未曾克服或甚至未曾正确处理的障碍。该方法不仅克服了这一问题,而且带来了额外的环境和商业优势。
[0203] 实际上,在目前的工业过程中,所得的油页岩灰分(无机物质)可以以两种不同的方式使用;第一种是在可持续获得的适合添加剂的存在时产生固体燃料,所述添加剂必须与该燃料的计划用途相关。第二,固体燃料的残余物可以广泛用于建筑材料工业、水泥工业和其他多种工业领域中。
[0204] 进行的分析显示了可以在这些工业应用中使用原料剩余物的工业领域。
[0205] 1.17研究页岩单元:
[0206] 油页岩以不同的形式位于沉积盆地中,最佳形式是在油页岩以连续层存在且不存在来自其他类型岩石的干扰时。这种层结构包含品质良好的油页岩。
[0207] 提出了用重流体来浓缩油页岩的构思,由此增加油页岩的热容量,这将研究油页岩类型的方法重新引导至两个阶段:
[0208] 1-第一阶段是知晓油页岩的组成结构以及其具体如何位于所有层上。
[0209] 2-第二阶段涉及浓缩油页岩的能力,以及能够获得此类能用于直接燃烧过程的具有独特品质的油页岩的最佳浓缩方法。
[0210] 1.17.1研究油页岩在沉积盆地中的位置:
[0211] 在进行该研究时,必须考虑以下关键点:
[0212] 1-位于盆地中的各层的位置数量、物理、化学性质知识以及机械规格。
[0213] 2-沉积盆地中的单元数和油页岩水平,用来确定存在单一组成还是更多并研究其均一性,这影响可以对所研究的单元进行的采矿工作。
[0214] 3-充分研究整个结构,随后定义规格来选择沉积盆地中的最佳单元投资方法。
[0215] 4-在所研究的区域,如果油页岩结构追溯到Almasturnjta纪(其特征是厚度较大),则甚至能够在小的有限空间上进行采矿工作。
[0216] 5-油页岩的结构状况以及确定层中斜面方向的知识,以便于进行不同类型的油页岩层之间的汇集过程。
[0217] 6-确保存在影响了沉积盆地的地质运动,且其是否保持对称。这可以通过在进行操作研究时比较钻井来获知。
[0218] 1.18对油页岩领域的投资过程的经济和环境标准:
[0219] 当提取页岩油和页岩气的成本与传统能源(煤、石油和天然气)的价格无关时,认为油页岩工业是成功的。此外,选择达到1000桶/日的生产能力的完美处理单元,相应地,商业公司的总生产能力由最佳处理单元的数量来决定,该数量应当满足特定区域的需要。这些事实直接反映在资本成本和投资成本上,这对于建立企业来投资页岩来说是必要的。
[0220] 包含油页岩的区域的社会状况以及这些区域开发并利用地理位置的能力反映在对油页岩开发项目的需求上。
[0221] 现有的页岩区常常是沙漠区域,且几乎没有农业计划,因此岩土工程技术和水文地质条件适合于采矿工作而非农业。
[0222] 由于该工作中所用的技术,其依赖于对提取的油页岩进行的表面处理,这与广泛的采矿工作相关,并且环境影响完全在控制范围内。然而,大量提取油页岩可以对土地的生态系统造成生物学损害,并因页岩的热离解而释放二氧化碳,但是这一问题也完全在控制范围内。
[0223] 值得一提的是,所用的技术在处理过程中既不会影响地下水也不糊消耗任何量的水,实际上,该发明产生40升~60升水/吨油页岩。
[0224] 与该项目的各阶段有关的所有其他环境因素符合针对水、土壤、空气、有机体和人类的允许环境法规,因此,可以安心地声称本发明和所用的技术在允许的环境影响下与经济相适应。
[0225] 油页岩处理方法背景
[0226] 1.19介绍
[0227] 在该部分,介绍了最适用的处理油页岩的方法。
[0228] 首先介绍油页岩处理的类型和关于之前使用的从油页岩中提取页岩油和页岩气的方法的背景。
[0229] 1.20油页岩处理方法:
[0230] 除了多种采矿操作外,岩石处理技术需要在工作地点之外进行(表面处理),但是,从商业上讲,表面处理非常受限,因为多数采矿操作在同一项目地点进行(空间处理),而对于有限的采矿操作则依赖于油页岩石加热方法的开发。
[0231] 1.20.1表面处理过程:
[0232] 这些过程包括:进行整体化研究;提取油页岩,一次粉碎操作,采矿操作,和准备处理用油页岩,油页岩的热拆解,对所提取的油进行硬加氢处理,而后送至精炼厂进行蒸馏过程(将其组分分离成最终产品),并考虑热拆解可以使用直接燃烧或间接燃烧法来进行。
[0233] 表面处理过程的实例:
[0234] ●源自加拿大的沥青砂处理的Alberta Taciuk过程(ATP)技术。
[0235] ●在澳大利亚昆士兰曾使用过Baraho技术,随后终止了。
[0236] ●由巴西的Petrobras进行的petro-6技术(与总联盟有关)。
[0237] ●源自油提取法的Aanavi技术,其由爱沙尼亚Aistieinerjna与研发工作新合作者执行。
[0238] ●由中国采矿团队执行的抚顺技术,其将煤混入处理工艺中。
[0239] 1.20.2空间处理过程:
[0240] 空间处理过程包括:精确和整体化的研究,非常有限的采矿操作,工作地点内部的油页岩热处理,和在油页岩内注入热撞击材料。加热通过热方式或电方式来进行,随后液化的油集中在内部钻井中,随后泵至表面,从而以与表面处理中所用相同的处理过程来处理。
[0241] 为了商业应用,数个公司监管了该研究和执行工作,例如壳牌、Hevrdn和美国油页岩公司。这些公司租用了一块包含油页岩的土地,并进行了经验性研究以获得新一代技术来实现技术经济可行性、环境和商业研究的执行。
[0242] 壳牌启动了一个项目来保护地下水不受污染,其建立了冰墙来充当处理地点周围的冷却墙以防止油的渗漏和与地下水混合。
[0243] ExxonMobil同样进行了研究,其依赖于在原位凭借液压破裂来加热岩石,其中,电连接的材料充满裂缝以加热油母质并将其转变为油。
[0244] Raaxion技术(其被Schlumberger收购)依赖于使用射频(RF)微波和临界气体(SCF)(例如二氧化碳(CO2))来加热油页岩中的油母质并将其转换为页岩气和页岩油。
[0245] 1.21油页岩作为能源的世界观
[0246] 当今,研究者和投资人正站在油页岩投资的入口处,如果他们能够合理地将油页岩中储存的能量取出并通过各种形式的其他可再生能源支持这一能源,那么油页岩能够为世界提供下一代能量。
[0247] 以下示出了开发储存在油页岩中的能量的全球投资兴趣和形式:
[0248] 1.21.1一:热分解(干馏(retorting))
[0249] 干馏过程用来从油页岩中提取油母质,随后所得的油母质在不存在空气加热条件的情况下经历加热过程至450℃~550℃。在某些物理加工步骤之后,会提取出页岩油。
[0250] 油的最大提取量达到页岩重量的10%,该比例可以用针对这种品质良好的油页岩石(例如在研究工作中使用的油页岩(约旦的Sultani区域的油页岩))的适当处理步骤而实际获得。
[0251] 所提取的不饱和烃油面临若干问题,这些问题被认为是蒸馏过程之前所提取的油所面临的主要难点;主要问题是不超过4000kcal/kg的低热量,此外是高硫和氮含量以及高比例的重金属。
[0252] 为了解决这些问题,使所提取的油经历硬加氢过程,以将渗透性水分子与油分子分离。此外,必须分离硫和氮,并除去重金属。在这些改性过程之后,随后所提取的油就可以泵送至精炼厂。本发明执行上述过程的方式直接反映在页岩油生产的经济成本上,以及与这些操作相关的不良环境效应上。
[0253] 1.21.2二:直接燃烧
[0254] 该方法以两种方式进行:
[0255] 1-以下操作以相同顺序进行:提取,粉碎,研磨至100微米~200微米的水平,随后鼓入专用炉中并与液体燃料和空气或气体组合。
[0256] 该方法用于热容量为1800kcal/kg以上的良好品质类型的页岩。这是在爱沙尼亚使用的确切方法。
[0257] 2-层改性法(流化床):
[0258] 该方法尚未实际实施,因为所有的油页岩处理都用于热容量为2400kcal/kg的油页岩。但是详细研究该方法是重要的,因为其处理热容量低于1000kcal/kg的油页岩,这种油页岩在全世界是大部分。因此,该处理方法在处理非常大范围的油页岩方面具有良好前景。
[0259] 在研磨过程之后,通过物理混合(Majnti+水)来物理处理所得的混合物,以提高热容量。随后将所得的混合物泵入各种类型的炉中,而后压缩空气以混合燃料分子、煤分子和灰分分子以及从底部推进的蒸汽。
[0260] 该方法适用于中等和较差品质的页岩,其中,认为热容量为1000kcal/kg以下的页岩是较差的。
[0261] 1.21.3三:气相粉碎(气化)
[0262] 这是一种尚未实施的研究思路,该思路基于将固体燃料(煤和油页岩)转换为热容量高的气体燃料。随后将该气体燃料引导至发电站,该发电站用燃气涡轮或复合循环来运行以产生电能。
[0263] 该思路与名为“煤液化”的另一思路有关,后者是将煤转化为液体(在此情况下为烃燃料)。该方法基于通过加氢或通过产生煤Cole或一氧化碳以除去一些碳原子来降低碳氢的重量比。这些处理过程伴随有第二燃料产物,例如气体、汽油轻重油和蜡。
[0264] 总之,该方法已为人熟知但距离能够实施还非常遥远。
[0265] 美国提高了液化效率并正在努力获得该方法的经济可行性,其专注于:
[0266] 1-在高压条件下煤或油页岩的加氢。
[0267] 2-高热降解(热解)。
[0268] 3-用适合的方案来解析煤或油页岩。
[0269] 4-通过使用Lurgi方法来改进所得的合成气体。
[0270] 1.21.4四:从油页岩中提取有机物质
[0271] 有机物质由油母质(复杂的烃)和沥青(混合烃)组成,第一部分仅通过热破碎来提取,而第二部分通过使用适当的溶剂来提取。
[0272] 将这两部分一起提取的可能性是极其复杂的,除了经济成本高之外,其是实施此方法的主要障碍,此外,为了实施该方法,需要在其他技术的存在下来获得高温和高压,这些技术需要蒸汽、氢、一氧化碳和/或二氧化碳的存在。考虑到所提取的页岩油的品质和送至精炼厂的能力,所有这些条件确实增加了产生一桶页岩油的成本。
[0273] 1.21.5五:原位转换处理法
[0274] 该技术基于以下原则:当位于地壳下的地下时减少提取一桶页岩油的成本,并减少对环境的不良影响。该行为的目的是消除采矿操作的成本,并消除提取页岩油后的加热残留物。
[0275] 所述原则基于:在油页岩储藏位置挖掘多个孔井,随后将热或加热材料泵入这些孔井中,从而加热包含油页岩的地层。加热过程通过热方式或电方式来进行,同时移动由热粉碎有机物质产生的页岩油。
[0276] 因此,该方法基本上基于通过以下方式加热含油页岩的层:注入热材料,或对插入油页岩储层中的导体施加高压,以加热周围的地层。
[0277] 可以提出这样的问题:该方法是否考虑了加热对地球大气层所产生的影响?这是否与全球变暖现象有关?这些问题应当在询问地球的加速气候变化的原因之前提出和解答。
[0278] 壳牌国际是使用此技术的领导者之一,应当向其提问:消除采矿的高成本和减少环境影响是否是等价的。特别是对于地球当前所面临的状况而言!如果答案是“必要性允许的禁止”,则可以确定从该方法的处理过程获得的页岩油的品质面临着用之前的方法所获得的页岩油所面临的相同问题,例如,从组合孔井泵出,引导至加氢过程,随后进行同样的处理以除去有害物质(例如硫、氮、重金属),分离不饱和烃,等等。
[0279] 1.22油页岩的废料
[0280] 如果排除由壳牌国际实施的方法,并且计划投资例如据估计为20000吨的油页岩量,那么将面临两方面的投资:
[0281] 1-从油页岩中提取页岩油和页岩气,随后对页岩油进行处理和纯化,然后将其引至精炼厂,其产生不同类型的燃料或进行分离被视为石油化工行业基础的油化合物的过程。
[0282] 2-在进行以下过程后直接燃烧:粉碎、研磨、注入特定物质以改进燃烧过程、泵送至特殊的炉中并与空气或液化燃料或气态燃料混合,从而产生蒸汽和电力。
[0283] 面临两个应正确处理的挑战。第一个是燃烧过程所产生的灰分的量,其据估算为油页岩石的原始量的56%~85%。第二个挑战是由提取页岩油和页岩气产生的灰分的量。认为这两种类型的灰分是固体废料和非对称废料;第一种废料在450℃~550℃的场地处理,第二种废料由1200℃的燃烧引起。在第二个挑战中,除了处理和运输所要求的水、空气和泵送气体的量之外,热容量为800℃以下的灰分的量不能通过现有的处理单元来处理。
[0284] 1.23针对油页岩的全球技术始于何处
[0285] 全球油页岩技术始于石油形成过程的石油模拟,即,在地下发生了数百万年的缓慢变化,其温度范围为60℃~110℃,并伴随有振动性地面运动的压力。
[0286] 动力学化学解释了经历一段时间将油母质转换为油是可能的,该时间可以是从数分钟至数小时的任意时间,前提是存在适合的反应器和450℃~500℃的处理温度。
[0287] 认为油页岩是具有不同来源的软粒的沉积岩,其由含金属无机材料(碳酸盐、酸盐、粘土)和与不同金属元素重叠的有机材料(沥青和油母质)的混合物构成。
[0288] 1.24油页岩分类
[0289] 页岩的分类基于主要成分的比例:首先,油页岩的成分如下所列:
[0290] ●有机物质:沥青和油母质。
[0291] ●金属化物:方解石和白云石。
[0292] ●碎屑物质:石英、Wlosbat和粘土金属。
[0293] 根据以上列出的成分,有两种类型的油页岩:
[0294] 1-可追溯至Almastranga纪的具有高含量的钙的油页岩。
[0295] 2-可追溯至Alallosa纪的具有高含量的钙油母质的油页岩。
[0296] 1.24.1基于磷酸盐百分比的油页岩分类:
[0297] 在这种分类中,有三种类型的油页岩:
[0298] 1-具有1%~5%P2O5的低磷酸盐含量的油页岩。
[0299] 2-具有5%~15%P2O5的中磷酸盐含量的油页岩。
[0300] 3-具有超过15%P2O5的高磷酸盐含量的油页岩。
[0301] 1.24.2本发明中所用的油页岩规格
[0302] 本发明中已研究的油页岩的规格为:
[0303] ●有机物质含量:14%~25%。
[0304] ●热容量:850kcal/kg~1585kcal/kg。
[0305] ●油百分比:6%~12%。
[0306] ●有机物质中的油百分比:40%~50%。
[0307] ●硫百分比:0.8%~1.8%
[0308] ●湿度:6%~10%
[0309] ●气体损失百分比:8%~12%
[0310] 1.24.3页岩油品质等级
[0311] 决定页岩油品质等级的三种因素可以基于:
[0312] 1-燃烧过程的强度。
[0313] 2-火焰颜色和形状。
[0314] 3-火焰顶部的外部黑色火焰(Sohar)存在的可能性。
[0315] 根据这三种因素,可以分出如下表2所示的三种类型的页岩油品质:
[0316] 表2:根据三种品质级别因素划分的三种类型的页岩油品质
[0317]
[0318] Alpetrograveh研究表明,油页岩石的基性块(基性岩)具有微观有机结构,并且主要由单室或多室组成。大室具有Kelsey模板,小室具有白云石模板,两种室都充满有机物质(烃)。
[0319] 1.25能源
[0320] 能源是提供光、热或动力的物质,其可分类为:
[0321] 1-传统能源:这些能源已与人类生命的起源融合,从那时起就被使用。这些物质是木头、煤、原油和天然气。
[0322] 2-新的可再生能源,可分为:
[0323] a-化石燃料:例如核燃料()、油页岩和沥青砂。
[0324] b-非化石燃料:例如水的势能太阳能能、潮汐动力能、波能、来自海洋表面和深处之间的温差的能量、地下的地热能、生物能、生物质能量和废物能。
[0325] 当欧洲的工业革命开始时,其依赖于煤,当时其量很大且开采该能源的成本较低,但该能源的环境影响并不令人满意。
[0326] 然而,随着文明的发展和能量在确保人类环境舒适和运输中的作用,发现了油及随后的天然气,由此增加了能源的利用度并确保了持续性。
[0327] 人类开始随便地消耗能源且不加控制,这导致环境问题的出现,影响了生命的基本必需品(空气、大气、土壤、地表水和地下水),这使得有必要控制能源及其消耗。
[0328] 实例:为了计算油页岩石的燃烧热,从对研究样品进行的测试的结果的基础数据进行处理,使用了以下等式:
[0329] Q=81C+246H-26(O-S)–97–K(O2m)–6w
[0330] 其中,C、H、O和S是燃烧量中所含的物质的百分比,注意该等式的组分是通过对燃烧材料进行的化学分析来确定的。因子K是碳分解系数;当K=0时,表示没有任何分解,当K=1时,表示材料完全分解。最后,因子W是油页岩中的水分的百分比。
[0331] 如果投资油页岩的目的是减少对原油或天然气(其用于发电过程)的依赖性,则这两种能源的高成本和耗尽的可能性是支持改为投资油页岩想法的事实的真正潜在原因,并且将油和天然气的用途引导至各种其他工业,而不是用作用于发电的燃烧过程的燃料。
[0332] 经验证明,塑料和肥料工业、制药和染料工业以及杀虫剂工业都是石油可用的工业,可以确定,提取的页岩油与石油相比可以是更容易的入口且更接近这些工业。
[0333] 页岩是一种岩石,其显示出含金属无机部分与有机部分的混合,因此,当将油页岩置于科学实验和研究之下并参考精确标准模型时,会想到以下等式:
[0334] 油页岩=固体燃料+原油+天然气
[0335] 为了更详细地理解上述等式,该等式可以写为:
[0336] 页岩气+页岩油+水+固体燃料+固体燃料剩余物+热空气=煤+原油+天然气。
[0337] 可以注意到,该详细的等式显示出,当以科学和理想方式处理油页岩时,油页岩比所有其他传统能源加起来都更高级且更富集,这与认为油是发电的第一来源的科学现实不同。
[0338] 1.26油页岩处理的历史
[0339] 油页岩是在组成上包含位于精确位置的有机物质的沉积岩。当该岩石经历热拆解过程时,基于油母质(希腊语kerogen,意指产油物)的有机物质可以从岩石中分离,以产生页岩油和页岩气。包含油母质的岩石是一类沉积岩,例如石灰石、粘土、石英砂、磷酸盐或这些物质的任何混合物。
[0340] 为了处理该岩石,有必要进行评估测试来确定有机物质的比例,并分析燃烧品质和火焰形状。分析包括矿石的类型和量,并确定岩石中的油量。这些测试使用代表标度模型的Fischer设备来进行,以确定最重要的值;其给出了油的比例、水比率、油的比重、气的比例和灰分含量。
[0341] 从经济上讲,将计划项目转化为商业生产的处理方法要求研究含金属组分和有机部分以确定利益程度。当该计划项目实现质量守恒定律和能流定律时,认为其是先驱。
[0342] 在历史上,油页岩作为能源的应用及其利益将其置于聚光灯下。下表3示出了若干国家对油页岩的旧用法。
[0343] 表3显示了从1838~1957年若干国家中对于页岩油使用的历史观点。
[0344]
[0345] 目前使用油页岩的最著名和最大的实例如下所示:
[0346] 1-爱沙尼亚在直接燃烧油页岩石中的经验,其尚未在任何其他国家复制(爱沙尼亚拥有巨大的油页岩储藏量)。
[0347] 2-德国的经验,其基于先进行直接燃烧过程以产生蒸汽和电,而后将燃烧产物冷却以用于水泥制造中。
[0348] 3-中国的油提取经验,其执行采矿操作并处理油页岩石,其中,在处理过程中涉及煤。
[0349] 研究和开发旨在开发燃烧方法,其考虑了经济成本和环境影响,但忽略了开发处理方法本身,而本发明的目的正在于开发处理方法本身。
[0350] 壳牌公司使用了现场电加热柱来进行油页岩石的缓慢加热测试,但面临者地下水污染的问题,因此其产生了冰墙的构思来解决这一问题。
[0351] 使用冰墙构思的经济影响应当受到质疑。
[0352] Schlumberger使用双重技术,其利用射频(RF)微波构思和临界气体(SCF)(例如二氧化碳)来进行加热过程。
[0353] 该方法可称作是奢侈的处理方法。
[0354] Este Energy公司与其合作者Aanavi一起使用Djilatorr方法来提取油,以开发处理油页岩的商业方法。
[0355] 总之,图11中的油页岩处理方法可以如附件所示。
[0356] 图11显示了油页岩处理方法。
[0357] 开始用标准设备Fisher来处理100克,而后开发了能够每20分钟处理4公斤的试验机,和随后的能够每27分钟处理几乎一整吨的半工业单元。对最低热容量为850kcal/kg~1585kcal/kg、有机物质百分比为10%~22%且水分含量为6%~10%的油页岩混合物的处理结果如下所示。该实验的详细结果示于下表3中(每吨油页岩的产品):
[0358] 表3示出了由一吨油页岩生产的产品。
[0359]产品名称 计量单位 量 每单位的热容量
页岩气 立方米(m3) 92~110 14800kcal
页岩油 升(L) 80~100 10500kcal
固体燃料 千克(Kg) 530~700 8000kcal
固体燃料残余物 千克(kg) 420~580 工业使用
水 升(L) 40~60需要纯化 -
热空气 - 未测量 -
[0360] 1.27油页岩的投资方法
[0361] 在该非常重要的能源的投资领域并没有有效的经验,这分散了研究工作且使得方法并不清楚。因此,所有投资方法都面临严峻挑战,因为一桶油的价格没有为克服这些挑战留下空间。
[0362] 1.27.1一:直接燃烧
[0363] 页岩油用作燃烧用燃料,并依靠它来产生蒸汽和电力。页岩矿石的特征在于含金属材料的含量高(灰分含量+碳酸盐含量为80%~90%),且包含据估计为27%~31%的COx。硫的比例随着有机物质比例的增加而增加,其达到最多2.8%,而水分值则是变化非固定的。
[0364] 燃烧品质良好的燃料(固体、液体和气体)产生很少灰分,其可以被设计出具有法规和标准。品质中等和较差的油页岩具有高的灰分含量和气体排放并造成了问题,主要是,由于灰分积累,高比例的燃烧材料使得从炉中心至壁的热传递减少,这需要努力区分两种类型的油页岩,现有的指导油页岩石燃烧的两种方法是:
[0365] 1-提取、压碎、研磨成粉末形式、由特殊路径泵送至炉的方法。该方法用于优良种类的油页岩(爱沙尼亚实验)。
[0366] 2-层改性法(流化床):提取、压碎、研磨、混合、推至穿孔层的表面、驱使空气进入穿孔表面、在层底部施加重度蒸气、与燃料和灰分颗粒和煤混合的方法。
[0367] 必须区分最低温度,这是分子开始沸腾的温度,随后温度继续上升直到达到最高温度,这是分子达到最大速度的温度,即分子开始离开改性层到达炉外的速度,而不完全燃烧的分子可以返回炉中。
[0368] 在两种直接燃烧方法中,必须考虑到岩石中的水分百分比具有负面作用,其是有害的且有助于增加燃烧热的损失,并因此降低热能产出。
[0369] 1.27.2二:通过热分解(干馏过程)来提取页岩油
[0370] 提取油页岩,进行采矿操作、包装、进入处理热单元,使温度升至约550℃,在450℃~550℃范围内油母质材料开始分解以同时释放出油和气体。由于有机材料和无机材料之间的混合机制,油页岩中所含的原始有机物质有15%~20%保持未受处理。
[0371] 干馏过程依赖于直接燃烧和间接燃烧:
[0372] 1-直接燃烧:从顶部向油页岩处理炉中装入尺寸为6~100mm的原料,随后从炉的底部(干馏剩余物区域)鼓入燃烧气体和燃烧空气,使干馏剩余物中的煤燃烧,从而提高从底部发出的空气的温度,直到足以将存在于油页岩中的油母质拆解为页岩油和页岩气的温度。所收集的页岩油和页岩气位于加热炉的顶部,以维持来自燃烧的油烟。
[0373] 2-间接燃烧:燃烧气不与用来从中提取页岩油和页岩气的油页岩接触。接触油页岩的材料是受热的固体(耐热球状干馏油页岩和受热空气体),这些加热材料和需要处理的油页岩之间发生热交换。当油页岩达到550℃时,有机物质分解为页岩油和页岩气。
[0374] 1.27.3三:组合方法
[0375] 该方法组合了直接燃烧和间接燃烧方法(干馏)。当油页岩经历干馏过程时,可以提取出页岩油和页岩气。剩余的有机物质经历直接燃烧过程以获得额外的热,该额外的热用于提升加热空气体的温度并产生电力。
[0376] 1.27.4四:同位干馏
[0377] 不需要大范围的采矿操作,此外,并不需要提取油页岩,因为处理操作是在与油页岩相同的位置进行。
[0378] 确定特定的表面区域,在几何上挖出一组井(泵送井和生产井),将热量或加热材料泵送至这些井中以在所研究的区域加热包含油页岩的层。这以热方式或电方式来进行,在达到所需的温度后,页岩油和页岩气从存在于油页岩中的有机物质中释出。
[0379] 该过程的关键在于注入热的液体材料和电导体以控制温度。
[0380] 壳牌国际对来自ICP的三种技术进行了测试,其基于用加热柱对油页岩层进行缓慢加热。为了防止地下水污染,发明了冰墙的构思来防止油泄露至地下水中。
[0381] Exxon Mobil引领了基于液压破裂的经验,用导电材料充满裂缝,随后施加高压以加热这些材料,这有助于导电材料和油页岩之间的换热,以达到使油页岩中所含的有机物质拆解的程度。
[0382] Schlumberger使用了基于射频(RF)微波原理(微波构思)和临界气体(SCF)(例如二氧化碳)的组合的技术来加热油页岩中的有机物质。
[0383] 1.27.5五:气相粉碎(气化)
[0384] 该构思尚未实施,仍在讨论中。其始于将固体燃料(煤和油页岩)转换为具有高热容量的气体燃料,随后将该气体燃料引导至利用燃气轮机或复合循环工作的发电厂以产生电力。
[0385] 1.27.6六:从油页岩中提取有机物质
[0386] 有机物质由不溶于溶剂的油母质(复杂的烃)和溶于溶剂的沥青(混合烃)组成。
[0387] 油母质仅用热分解来处理,这是用已提及的所有之前的技术进行处理的基础。
[0388] 沥青用有机溶剂来处理,协调这两种材料的提取是困难的、昂贵的且不可能得到主要实施,当我们想将所提取的燃料供应至整个国家时,问题在于溶剂的沸点是不同的,而且油母质的拆解需要高温和高压,因而协调它们是不可能的。然而,该技术在用于有限的量时是成功的(溶解碳,而后溶解硅酸盐和二氧化硅,随后分离有机物质),但成本较高,且即使实现了,其也不会满足国家对页岩油和页岩气的需要。
[0389] 1.28从油页岩中提取页岩油的技术方法
[0390] 1.28.1一:同位热分解(原位)
[0391] 与用于位于地下的煤的煤气化方法类似,我们先选择特定区域并钻出多个井,使用其中一组井来注入热材料并施加高压,使用第二组井(称作生产井)来收集所产生的页岩油。
[0392] 将加热材料注入第一组井中随后连接至高压以电学方式加热油页岩层,加热过程逐渐进展,温度升至使油母质开始分解并转化为页岩油和页岩气的水平。所产生的页岩油和页岩气集中在生产井中,随后将其泵至地表进行处理,而后将其重新引导至精炼厂以进行精炼并将各组分分离。
[0393] 原位方法的优点和缺点:
[0394] 优点如下:
[0395] 1-对环境无负面影响。
[0396] 2-该技术可用在农业和居住区域。
[0397] 3-提取和运输油页岩石的成本不存在。
[0398] 4-无灰分需要丢弃。
[0399] 5-能够将此技术应用于位于深处的油页岩。
[0400] 缺点如下:
[0401] 1-提取技术复杂。
[0402] 2-所获得的油必须经历对其他方法所提取的油进行的所有处理步骤。
[0403] 3-页岩渗透性和不可透性,这产生了除去油的可能性,不过这是困难的过程。
[0404] 4-控制加热过程并逐渐升温是困难且复杂的。
[0405] 5-油和气可能透过裂缝漏进地下水盆地中,这将造成污染。
[0406] 1.28.2二:异位热分解(非原位)
[0407] 该方法根据加热材料和设备的位置并根据油的流动来分类:
[0408] 1.28.2.1垂直形式(油下落):
[0409] 2.10.2.1.1内华达、德克萨斯和犹他(NTV)方法:
[0410] 将油页岩从顶部送入两个40吨容量的设备中,同时还送入热空气来持续加热油页岩直至达到油母质拆解温度,从而产生页岩气和页岩油。调整空气和返回气体的量,同时热分解向着底部继续进行。在底部,气体冷凝并变为液体,引导剩余的气态部分来加热油页岩,从而产生更多的页岩气和页岩油。重新引导页岩气以加热新的油页岩,且这些过程周期性地重复。
[0411] 该技术的缺点如下:
[0412] ·软油页岩阻碍了气体的周期性移动。
[0413] ·所形成的煤集中在回绕油设备中。
[0414] ·该操作中断。
[0415] ·生产能力小。
[0416] 2.10.2.1.2联合油方法:
[0417] 将油页岩压碎成尺寸为0.5英寸~2英寸的小块。加热器高度为地表上至多45米。从加热器出口送出页岩油并随后将其插入油页岩进给器中。直径为3米的压缩机将油页岩推至加热器的顶部。利用从加热器顶部插入的反向流转子气体来加热空气体。该过程持续进行直到达到油母质的拆解温度,从而使集中在加热器底部的油冷凝。随后通过加热器底部的通道将消耗的油页岩排出。
[0418] 1.28.2.2垂直形式(油升至顶部):
[0419] 在重力作用下,页岩持续从顶部向下进入,燃烧区临近空气和气体分布区,随后蒸汽向上升至顶部以加热向底部落下的油页岩。将蒸汽引导至Sapklon,随后至去除设备,而后至电沉淀器。油页岩从顶部向下落向底部,有助于加热埋藏的空气和气体,最后,使气体持续再循环以供利用。
[0420] 该方法的缺点在于形成熔渣的积累。
[0421] 1.28.2.3 Paraho方法:
[0422] 将油页岩压碎成尺寸为0.25英寸~3英寸的小块,而后从加热器顶部将其送入,而后用转子分配器使其均匀分布。气体和空气的混合物从分布在整个加热器壁上的若干地点进入加热器,加热器内部的气体随后从底部被从顶部下落的油页岩加热。
[0423] 雾与蒸汽烃的组合体移至电沉淀器,随后,在顶部进行热蒸汽和冷油页岩之间的热交换,以减少水的使用。
[0424] 1.28.2.4水平位置TOSCO II:
[0425] 用特定流体在竖井内加热油页岩,随后将其移至水平加热器以通过热陶瓷进行加热。随后将消耗的油页岩推至筛上,以冷却并储存。
[0426] 冷的陶瓷通过该筛并被起重机送至加热器,最终气体冷凝并得到蒸馏,未冷凝的气体用作燃料。
[0427] 该方法的优点如下:
[0428] ·喷射量与其他方法相比较大。
[0429] ·热效率良好。
[0430] ·生产能力高。
[0431] ·加热过程不依赖于气体分子作为设备内的携热体。
[0432] ·加热过程从外部进行,所得的气体具有高热容量,其不含N2或COx。
[0433] 1.28.2.5组合方法
[0434] 该方法与NTU方法类似,但其在地下使用多个蒸馏过程来进行,这些蒸馏过程在巨大的竖井中使用水平壁来进行,从而将油页岩的15%~20%升起,再以一定方式处理。
[0435] 在地面钻出若干个孔井,随后在这些孔井中放置炸药,然后每隔一定的时间引爆,该设备充满岩石且呈窄烟囱形状。该烟囱的空腔容积等于所移除的岩石的体积。当破碎的岩石支撑着壁和顶部时,其允许气体流过。随后从顶部燃烧油页岩,页岩油和页岩气平行地向着底部移动,并在较低区域进行冷却和冷凝,随后将油从底部的孔井中泵出。将来自燃烧区的裂缝的剩余的碳燃烧。
[0436] 最后,热容量值低的气体部分返回顶部并燃烧,以提高裂解过程所需的热。
[0437] 可以注意到,该方法称作组合方法,因为使用异位方法来处理接近地表的油页岩,而使用原位方法来处理远离地表的油页岩。
[0438] 1.29工业挑战:
[0439] ·所提取的页岩油含有高百分比的烯烃化学组成(不饱和烃化合物),有时占到原始页岩油的最多40%。
[0440] ·游离形式或化合物形式的约2%比例的氮的存在在消除精炼操作中所使用的媒介物的作用方面有非常负面的效果。
[0441] ·硫以有机和无机形式存在,其对精炼方法有很大的负面效果。
[0442] ·油页岩具有沉积物来源,在经历热分解过程时,所提取的油页岩包含高比例的金属,该金属通过腐蚀精炼过程中所用的媒介物而具有负面效果。
[0443] ·油页岩的沸腾范围很窄,这与原油不同,当对页岩油进行分离过程时,注意到其产生了少数几种产物,例如石脑油和燃料油,其在页岩油中的量有限。
[0444] ·油页岩的密度和粘度与原油的密度和粘度相比较高,这产生了不同风格的页岩油精炼过程以获得相同的最终产品油。
[0445] ·在油页岩的热分解过程中,油页岩的温度在CO、H2O和H2氛围中升高,但是,有时根据该温度和压力仅有水用于裂解无机物质以释放出油母质,这导致水的小分子渗入气体分子之间,因此即使使用更精细的方法分离也可能变得更困难。
[0446] ·酸、碱、硫酸盐、硝酸盐和烃在370℃~400℃的温度范围内具有固定比例,但这些比例在475℃~525℃的温度范围内发生大规模变化,这明确指示了这些化合物的分解。
[0447] ·对于烃,在用水在低温范围下提取有机物质时,烃具有固定浓度。然而,在高温范围下情况不同,例如,此时的C12-C20浓度比例高于C28-C34,这确认了热分解的存在。
[0448] ·氧含量在低于250℃的温度下是恒定的,当温度升高时,氧含量开始因含氧化合物的分解而下降。在温度高于350℃时,注意到分解的比例升高。这可以通过页岩油中的树脂量下降和烃量增加来看到,但这与烯烃量的显著增加相关。
[0449] ·在所研究的区域,注意到有两种类型的有机物质,沥青和油母质,它们显示出彼此不同的化学组成。
[0450] ·有机物质的不同的量和化学组成以及无机部分的不同的化学组成是不同类型的油页岩之间的差异的原因,并且促使专家认为每种类型的油页岩都需要特定的处理模式,例如,用于处理爱沙尼亚油页岩的提取单元不适合用于处理美国油页岩,这由之前提到的因素证明是正确的。
[0451] ·有机物质和无机材料在油页岩中的分布是不规则且不均一的,这增加了分离它们的难度。
[0452] 1.30环境问题:
[0453] ·油页岩在其化学组成上包含高比例的硫和氮,因此,当使用直接燃烧来获得储存在油页岩中的热能时,形成了SOx和NOx。
[0454] ·SOx:对人和动物、空气和土壤有毒性效果。例如,如果该气体被排放至大气中,在下雨时会形成H2SO4,其影响土壤和植物群。
[0455] ·NOx:如果排放至大气中,其具有若干种生物效应,例如,NO2因引起灰白和落叶而影响植物。此外,其影响生命体的呼吸系统和粘膜。对人没有特定效果,因为其与血红蛋白反应。
[0456] ·尘土和高震动,其与油页岩的采矿操作和提取有关,此外,来自处理过程的尘土不能使用静电沉淀器来控制。
[0457] ·酸,其在提取的油页岩暴露于阳光和空气时由氧化应激过程产生,这些化合物影响人类。
[0458] ·从一个地点提取大量的油页岩可以引起地下层状构造的变化,这可以与地质运动相关。
[0459] ·油页岩的处理可以伴随有不同种类的COx的排放。
[0460] ·在提取页岩油和页岩气的处理操作期间使用了大量的水,认为其为4m3/吨油。
[0461] ·地下水污染问题是基于原地(原位)处理油页岩的现代技术所面临的最大挑战之一。
[0462] ·如果油页岩层的厚度较小,会造成对自然的破坏,该因素在油页岩层的厚度增加时减小。
[0463] 1.31未证明的挑战:
[0464] 油页岩是可再生能源,其可以满足简单的等式,这给出了页岩气传播新闻中所指出的积极信号,其作为替代性等价能源而进入,以弥补所需能源的巨大缺口。该等式是:
[0465] 油页岩=煤+原油+天然气
[0466] 本发明寻求以商业生产规模实现并实施这一等式,且符合已建立的经济和环境标准。实际的研究重视在页岩气提取中已经取得的成功,其将是在页岩气提取中提及的难题的合适解决方案。
[0467] 曾经,一桶原油的价格为180美分,精炼成本为每桶25美元。后来,一桶原油的价格变为180美元,精炼成本为每桶5美元。
[0468] 尽管每桶油的高成本和每桶油价格的高速增加,高额的日常消耗影响了国家收入。但是,当我们提出投资油页岩的构思时,该构思遭遇了强烈的反对,因为此领域的初始投资较高,估计为约20亿美元,立法困难成了艰难历程的开始,环境顾虑也是复杂的,其批3
判了对大量水的使用(每吨油4m 水)。对于这些批评者,应当如此提问:是否已遗忘或忽略了以下事实:印度,作为平均消费国的实例,每年为从沙特进口的石油支付80亿美元的账单,并且每年为从伊朗进口的石油支付40亿美元。
[0469] 然而,尽管与石油的使用成本相比并不认为20亿数额巨大,但如果针对支持一个完整城市而不是整个国家,对油页岩的投资的花费可以仅为几千万,这是最适合的油页岩投资。
[0470] 而且,该油页岩投资的花费远小于美国或中国一个月的石油消耗账单。
[0471] 关于大量使用水,本发明的实验显示出,在处理油页岩的过程中,无需任何量的水。实际上,该方法产生了40~60升水/吨油页岩,这一水量能够在处理后用于农田。
[0472] 对于环境影响,仅提及本发明的方法在处理过程中不使用直接燃烧且完全在环境标准限制范围内就已足够。
[0473] 最后,可以确认所得的灰分非常适合用于水泥工业中,因为页岩水泥等价于熟知的波特兰水泥。
[0474] 在上述挑战之上,在研究部分中还存在挑战,研究和开发需要在各种规则的协调下进行,但这些可能难以相互协调,首先是地质学和观测、然后是采矿和油、而后是与经济学有关的化学和环境,但需要问另一个问题:如果直接燃烧油页岩的经验(爱沙尼亚实验-Narva站)是领先的,为何不将该经验应用和推广至世界各地(考虑到这些地方与爱沙尼亚油页岩的品质差异)?
[0475] 1.32错误理念
[0476] 对该品质良好的油页岩类型进行的直接燃烧:
[0477] 爱沙尼亚油页岩类型被认为是品质优异的页岩,热容量为2800kcal/kg,包含非常高的有机材料,占岩石重量的至多40%,并且可以从该有机材料中提取出较大比例的油(岩石重量的至多26%)。与其他岩石相比密度很低的油页岩表示低比例的无机材料。
[0478] 1.32.1采用直接燃烧法的正当理由:
[0479] 当在爱沙尼亚实验中提取页岩油时,出现了若干实际问题,这些是出现使用直接燃烧法的需要的背后原因。最重要的问题之一是,所提取的页岩油含有非常高百分比的烯烃,以及高百分比的硫、氮、氧和重金属,因此,不能将其引至精炼厂来分离产品,所以,仅将其用于直接燃烧(运输燃料)。此外,在当时所提取的油在市场上的比例低于燃料油,因为燃料油在当时没有商业市场。还存在其他因素,例如,加热器的尺寸小,非常大量的劳动力,在工作区缺乏能源,在当时没有市场的每桶提取页岩油的成本与每桶油的成本相比非常高,当时处理操作的经济成本高,以及提取、采矿和处理加工操作伴有的环境影响。
[0480] 本发明对热容量为850kcal/kg~1585kcal/kg的油页岩进行的实验显示出了令人感兴趣的结果,其突出了现在是爱沙尼亚实验结束的时候。
[0481] 对于页岩油原位处理过程,该方法要求有限的采矿操作,其基于注入被设计用来通过热交换过程来加热油页岩的电导体加热材料来提取页岩油。该方法实现了三个主要目标,即,降低了提取每桶油的经济成本,减少了提取过程所伴随的环境影响,解决了从油页岩提取页岩油的操作所带来的灰分问题。
[0482] 1.33发现的困难:
[0483] 在同位处理方法中,面临着若干问题,例如:
[0484] 1-地下水污染问题,以及相关的观点,例如在处理过程地点周围建立冰墙。
[0485] 2-所提取的页岩油的品质及其化合物,如果可能,将所提取的页岩油送至精炼厂以进行精炼并分离其组分,或直接使用(如果用于直接燃烧)。
[0486] 3-油页岩中所储存的有机物质的比例大致接近油页岩的30%,这是所能利用的油页岩的最大量,因此,油页岩的30%覆盖了开采过程的经济成本才能产生可接受的利润率。
[0487] 4-当加热含有油页岩的地层且与周围介质进行相关的热交换时,必须考虑与该地下温度变化相关的全球变暖现象和气候变化状况。
[0488] 5-水泥工业依赖于以下原料:含碳酸钙CaCO3的石灰石、含氧化Al2O3的粘土、含硅氧化物(含SiO2)的石英砂、含氧化铁Fe2O3的玄武岩和含CaSO42H2O的石膏。考虑47%的水泥工业成本是加热所用的热能的花费,而这未曾考虑过。但是,当在页岩水泥工业中使用油页岩灰分时,考虑了这种大比例且大量消耗的热能。
[0489] 6-为了理解在水泥工业中使用和不使用油页岩灰分的区别,我们仔细研究了以下实践实验的实例:
[0490] 对最低热容量为850kcal/kg~1585kcal/kg、有机物质百分比为10%~22%、水分含量为6%~10%、硫比例为0.5%~2.8%的从约旦的Alsultani地区提取的油页岩混合物的处理结果如下所示。
[0491] 该实验的详细结果再次示于下表3中(每吨油页岩的产品):
[0492]产品名称 计量单位 量 每单位的热容量
3
页岩气 立方米(m ) 92~110 14800kcal
页岩油 升(L) 80~100 10500kcal
固体燃料 千克(Kg) 530~700 8000kcal
固体燃料残余物 千克(kg) 420~580 工业使用
水 升(L) 40~60需要纯化 -
热空气 - 未测量 -
[0493] 固体燃料可用来产生足以用于以下工业的热:水脱盐工厂,纺织工业,发电,水泥工业,玻璃工业和采矿工业。因此,我们确认以下声明是正确的:“油在不燃烧时更珍贵”。现有技术
[0494] 在现有技术中,EP0107477A1中公开了一种拆解方法公。在该文献中,EP0107477A1中的最高温度为760℃。EP0107477A1中的拆解单元并不是炉。燃烧不是两步燃烧。
[0495] EP0107477A1中产生的气体在拆解单元内燃烧。而本发明所产生的气体是独立的燃料产品,其在系统外部使用。
[0496] EP0107477A1中所产生的热空气不经过洗涤单元和燃烧废料沉淀器。在本发明中,空气是洁净的,且经测试确认了其是环境友好的。EP0107477A1中产生的水仅仅是值得一提,但本发明中所产生的水量是60升/吨,这是非常大量的产品。测试了所产生的页岩油和页岩气的品质,并确认了可以将其直接送至精炼厂而无需任何处理过程,其在品质上与天然油和天然气相等;在EP0107477A1中,既未提及产品的品质又未提及精炼过程。在本发明中,点燃液体或气体燃料的点火器用来使炉中的温度达到550℃,这是使高能量固体燃料开始燃烧所需的温度。在炉中,液体或气体燃料燃烧,直至温度达到550℃,随后将液体或气体燃料源换成固体燃料以将温度升至1000℃。
[0497] EP0107477A1公开了仅仅获得页岩油、页岩气、热空气和水但无固体燃料的拆解单元。本发明还额外地产生了固体燃料。
[0498] 本发明可以使用所有类型的任何品质的油页岩。在EP0107477A1中,未提及所用的页岩的品质;但是,预期EP0107477A1不能使用低品质油页岩,因为其产生了少量的页岩气,EP0107477A1的技术需要该页岩气来达到760℃。
[0499] 有关本发明的另一现有技术是WO2010-034621A1。该文献中的最高温度为780℃。对EP0107477A1的所有评论对WO2010-034621A1都有效。
[0500] 此外,与本发明不同,WO2010-034621A1中所用的固体燃料是从外部带入的。在本发明中,可产生洁净的热空气和固体燃料。
[0501] 本发明的另一现有技术是US2011-0068050A1。US2011-0068050A1中在高压(0.1~0.6MPa和1atm加0.15Mpa)下的最高温度是800℃。在本发明中,所有系统都在标准压力下工作以达到1000℃。在本发明中不需要高压,因为其可以导致爆炸。此外,在US2011-
0068050A1中,加工的油页岩必须为两段研磨后的粉末形式(50~500微米)。在本发明中,油页岩不以粉末形式使用。本发明的反应器是标准反应器,其与US2011-0068050A1中的反应器完全不同,因为US2011-0068050A1中的反应器是流化床反应器,其是为了US2011-
0068050A1的特定反应器而特别设计的。
[0502] 对EP0107477A1的所有其他评论对US2011-0068050A1都有效。
[0503] 本发明的另一现有技术是US 3929615。在US 3929615中,在富含氢的气体的存在下,温度为1200°F~1500°F(650℃~815℃),从而由预热和预加氢的油页岩有机部分形成主要为低分子量的石蜡烃气体。在US 3929615中,单元并非处于垂直位置。此外,其并未使用炉和间接加热原理。
[0504] 在本发明中,使用不含任何添加剂的高速(超过5m/秒)热空气来燃烧炉内的燃料。
[0505] 对EP0107477A1的所有其他评论对US 3929615都有效。
[0506] 本发明的另一现有技术是WO2009010157A2。在WO2009010157A2中存在多于一个加热器。反应器位于炉外部。炉温度达到非常高的温度(1050℃),这是不需要的,因为所有有机物质在高于1000℃时都燃烧。反应器的温度是800℃,并且用直接燃烧法来加热反应器。该过程是连续的,并提取了61%~75%的有机材料。
[0507] 在本发明中,反应器位于炉内部,且被间接加热。此外,调用了所有的(100%)有机材料来获得高品质页岩气、页岩油和显著量的水,而后将油页岩灰分从反应器中取出、冷却并处理。随后将经处理的油页岩灰分插入反应器中以加热新的油页岩灰分。因此,本发明的拆解过程中所用的油页岩和油页岩灰分拆解过程是以两个单独的(非连续的)方法进行的。
[0508] 本发明的另一现有技术是WO2011047446A2。在WO2011047446A2中,公开了一种涉及不同目的的用于提高燃料品质的发明。在该公开中,没有拆解过程。该过程仅基于微波加热。
[0509] 本发明的另一现有技术是WO2009100840A2。文献WO2009100840A2与WO2009010157A2类似。对文献WO2009010157A2的评论对WO2009100840A2也有效。WO2009100840A2中公开的反应器仅有温度达到了1000℃。所有其他特征都与本发明不同。
[0510] 本发明的油页岩处理技术:
[0511] 为了说明本发明而绘制了以下附图。对附图的说明如下。
[0512] 图12:热拆解单元(用于处理油页岩以获得最终产物页岩油、页岩气、热空气、水和灰分的单元,其中,灰分随后进行处理以产生固体燃料和固体燃料残余物以及来自该残余物的其他副产物)。
[0513] 图13:抽吸、冷凝和真空单元(用于通过低压下的抽吸、冷凝和真空操作来提取页岩气、页岩油和水的单元)。
[0514] 图14:气体抽吸和液化单元(用于通过抽吸和液化操作来以液体形式提取页岩气的单元)。
[0515] 为了更好地说明本发明,对附图中的特征进行了编号。对其的说明如下:
[0516] 12.1-反应器和炉单元(反应器在炉中)
[0517] 12.1.1炉
[0518] 12.1.2反应器
[0519] 12.2-纯化和燃烧产物洗涤单元
[0520] 12.3-涡轮机(抽吸-推送燃烧产物)
[0521] 12.4-多阶段热交换器和燃烧废料沉淀器
[0522] 12.5-焙烧、水分抽吸和油页岩干燥单元
[0523] 12.6-与油页岩水分相关的冷却和冷凝单元
[0524] 12.7-冷凝水收集槽
[0525] 12.8-养料单元入口(焙烧和干燥单元)
[0526] 12.9-离心和抽吸洗涤输出物的单元
[0527] 12.10-纯化水的离心单元(抽吸、处理、推送)
[0528] 12.11-处理水收集槽
[0529] 12.12-纯化后的燃烧产物出口
[0530] 13.1-反应器
[0531] 13.2-搜集并冷凝重组分蒸气的塔
[0532] 13.3-增强塔1
[0533] 13.4-增强塔2
[0534] 13.5-馏出物收集槽1
[0535] 13.6-馏出物收集槽2
[0536] 13.7-减粘裂化塔
[0537] 13.8-真空塔
[0538] 13.9-真空泵
[0539] 13.10-气体收集槽
[0540] 13.11-玻璃馏出物展示塔1
[0541] 13.12-玻璃馏出物展示塔2
[0542] 13.13-离心泵
[0543] 13.14-馏出液体收集槽
[0544] 14.1-来自储池的气体吸收器设备
[0545] 14.2-配备有双引擎(抽吸和推送)的泵
[0546] 14.3-热交换器
[0547] 14.4-检测设备
[0548] 14.5-釜
[0549] 14.6-冷却器-密集型
[0550] 14.7-喷雾积聚器
[0551] 14.8-待液化的富气入口
[0552] 14.9-贫气出口
[0553] 14.10-作为主要产物的LNG
[0554] 对附图中所示的每个部分(要素)的说明如下。
[0555] 热拆解单元(图12)用于处理油页岩以获得最终产物页岩油、页岩气、热空气、水和灰分的单元,其中,灰分随后进行处理以产生固体燃料和固体燃料残余物以及来自该残余物的其他副产物。
[0556] 反应器(12.1.1)和炉(12.1.2)单元(12.1):用于使用热交换法加热油页岩以达到660℃~3500℃之间的任何温度。然而,对于油页岩的处理,其在850℃~1000℃之间工作。
反应器位于炉内部。
[0557] 纯化和燃烧产物洗涤单元(12.2):用于纯化燃烧气并消除燃烧废料。
[0558] 涡轮机(抽吸-推送燃烧产物)(12.3):用于从炉内部将燃烧气抽吸出并随后将其推送至洗涤和纯化单元。
[0559] 多阶段热交换器和燃烧废料沉淀器(12.4):用来将热空气在使用现场铺散开,同时帮助使与烟雾在一起的燃烧废料沉淀。
[0560] 焙烧、水分抽吸和油页岩干燥单元(12.5):用来在将油页岩插入炉中之前干燥油页岩。
[0561] 与油页岩水分相关的冷却和冷凝单元(12.5):用来使水气冷凝以将其变为水。
[0562] 冷凝水收集槽(12.6):用来将冷凝的水收集在其中。
[0563] 养料单元入口(焙烧和干燥单元)(12.7):用来向焙烧器提供油页岩。
[0564] 离心和抽吸洗涤输出物的单元(12.8):将水从洗涤单元中抽吸出。
[0565] 纯化水的离心单元(抽吸、处理、推送)(12.9):将水纯化并洗涤气体燃烧废料。
[0566] 处理水收集槽(12.10):用来收集洗涤过的水。
[0567] 纯化后的燃烧产物出口(12.11):经处理的燃烧气的出口通道。
[0568] 在反应器(12.1.1)和炉(12.1.2)单元(12.1)中,置于反应器(12.1.1)中的油页岩受到间接加热,因为反应器内的温度不得超过1000℃,因为有机材料在超过1000℃时会燃烧且不可能在高于1000℃的任何温度下获得任何页岩气和页岩油。
[0569] 抽吸、冷凝和真空单元(图14)用于通过低压下的抽吸、冷凝和真空操作来提取页岩气、页岩油和水,该单元包括以下要素。
[0570] 反应器(13.1):用于以间接方式加热油页岩以达到850℃~1000℃之间的任何温度。
[0571] 搜集并冷凝重组分蒸气的塔(13.2):用于抽吸和冷凝重材料。
[0572] 增强塔1(13.3):用于冷凝最初生成的气体。
[0573] 增强塔2(13.4):用于冷凝轻气体。
[0574] 馏出物收集槽1(13.5):用于收集在塔1中冷凝的馏出液。
[0575] 馏出物收集槽2(13.6):用于收集在塔2中冷凝的馏出液。
[0576] 减粘裂化塔(13.7):用于冷凝最大可能量的气体。
[0577] 真空塔(13.8):用于收集来自反应器的气体。
[0578] 真空泵(13.9):用于抽吸经过处理过程的挥发性气体。
[0579] 气体收集槽(13.10):用来收集未冷凝的气体。
[0580] 玻璃馏出物展示塔1(13.11):用来观察产物并将水与来自塔1的页岩油分离。
[0581] 玻璃馏出物展示塔2(13.12):用来观察产物并将水与来自塔2的页岩油分离。
[0582] 离心泵(3.13):将页岩油从玻璃塔抽出并随后将其泵送至油收集槽。
[0583] 馏出液体收集槽(13.14):用来收集液体。
[0584] 气体抽吸和液化单元(图14)用于通过抽吸和液化操作来以液体形式提取页岩气,该单元包括以下要素。
[0585] 来自储池的气体吸收器设备(14.1):用来吸收来自气体槽的气体以准备使其液化。
[0586] 配备有双引擎(抽吸和推送)的泵(14.2):用来抽吸液化的气体。
[0587] 热交换器(14.3):用来在液化过程下冷却气体。
[0588] 检测设备(14.4):用来从结合的液体中纯化气体。
[0589] 釜(14.5):用来在开始加热空气体。
[0590] 冷却器-密集型(14.6):用来冷却气体。
[0591] 喷雾积聚器(14.7):用来洗涤气体并分离液体。
[0592] 待液化的富气入口(14.8):液化过程下的气体的入口。
[0593] 贫气出口(14.9):贫气的出口。
[0594] 作为主要产物的LNG(14.10):液化气。
[0595] 介绍:
[0596] 一切都始于将油页岩视为期望的能源,因此,在研究了可用的油页岩处理技术之后,发现处理油页岩有两个主要方向:
[0597] 第一个方向是使用化学溶剂从油页岩中提取有机材料。
[0598] 应理解的是,在使用这种技术时,所提取的有机材料不能用于提取燃料,因为它们只是复杂的碳水化合物材料。此外,溶剂的价格较高,而且难以提供对于每天从数十万吨油页岩中提取有机材料而言足够大量的这种材料。
[0599] 由此技术得到的灰分的量很大,但不能用于工业领域中。
[0600] 而后采用了处理油页岩的第二个主要方向,即,直接燃烧法。
[0601] 应理解的是,该技术要求大型且昂贵的采矿操作,此外,该技术需要昂贵的燃烧系统装置。所得的灰分量很大但其不能用于工业领域中,而且,燃烧和转移操作中需要大量的水,发电过程中的大量蒸发操作也导致损失了大量的水,最终与提取操作有关的环境效应是不可接受的。
[0602] 基于上述内容,最终结论是:为了能够以可投资的方式处理油页岩,必须使用新技术来克服旧技术的问题并就预期的资本而言变得可盈利。
[0603] 在科研工作中采用了Fisher标度来确定页岩油和页岩气在油页岩中的存在百分比。此外,应理解的是,只要提取每桶页岩油的成本与每桶油的价格挂钩,采用有机物质比例为25%以下的油页岩就不能转化为投资项目。因此,开发了设备来处理3kg油页岩22分钟,从而在不使用直接燃烧法的情况下处理油页岩,由此避免了使用油作为热能源,并且通过检查大部分数据并分析结果,建造了能够以完全与油无关的方式处理50吨/日的工业单元。通过标准操作,将800~900kg油页岩设定为在27~32分钟内处理,面临着若干技术难题。
[0604] 重要的是强调我们的反应器中所选的处理温度为850℃~1000℃,仅使用此范围的原因基于以下事实:在低于600℃的温度下得到的油页岩需要引导至加氢过程,因为其品质较差且量较小。
[0605] 另一方面,有机物质的燃烧温度为1000℃,这意味着在高于此的任何温度下都不可能获得任何页岩气或页岩油。
[0606] 已进行了三千四百二十(3420)项实践实验,并且记录并充分研究了所有结果,在所有这些工作和结果后,确认了唯一的油页岩处理方法。该技术从采矿提取开始进行,基于采矿加热和和采用热拆解原理。最重要的是,该技术不使用常规能源作为热能源进行直接燃烧,相反,本发明使用了所产生的固体燃料来继续进行油页岩处理过程。
[0607] 这意味着本发明的技术能够处理具有平均热容量的平均品质油页岩,以产生超过基于直接燃烧处理原理处理高品质油页岩(例如爱沙尼亚油页岩处理方法)时所得利润的利润。
[0608] 全世界对于大量清洁、廉价的可持续能量的需要是油页岩工业的主要大
[0609] 在产生燃料作为主要产物的同时,本发明预见了有前景的未来以满足其他工业材料的要求,例如制造业(塑料、医药、染料、肥料、杀虫剂),而且良好地诠释了这句名言:“油太珍贵,不应燃烧”。
[0610] 该研究基于以下确凿的科学事实:
[0611] ●化学反应经历以下过程:在结合的物质中,原子的外围电子中的一个或多个电子的“失去-共用-置换-传递-提供-形成”。因此,存在两种不同类型的化学反应,即,快速的单向反应和缓慢的单向反应。
[0612] ●通过采矿来开始执行油提取方法,并依靠热拆解过程来将生化组分从有机组分中分离出。
[0613] ●确保适当的条件以在提取过程中形成液体和挥发性气体的气态化合物。
[0614] ●该化学基于无机和有机工业,因此,处理、提取、分离和纯化的过程始于化学科学,因此,将具有其原料化合物的油页岩视为这些工业(无机和有机工业)的重要基石。
[0615] 对以下各阶段进行研究:
[0616] 向自然资源当局提出申请,以提取10000吨量的油页岩作为我们的实验原料。当局许可了这一请求,但条件是满足以下若干要求:
[0617] ●提供提取所需的10000吨的油页岩的计划。
[0618] ●提交复原现场的计划。
[0619] ●按每提取1吨缴费。
[0620] ●提交报告以显示符合约旦环保部标准的环境影响评估。
[0621] ●为实施经营提供行保障。
[0622] ●建立经营公司,并在约旦工商部注册该公司以监督对要求的执行。
[0623] 所有以上要求都已成功达到,且提取了全部量的10000吨油页岩,将其压碎,随后运输至Ma'an Development市(MDA),在此建造了用来进行实验过程的处理单元。
[0624] 在租用了一块土地后,获得了进口工业单元的相关批文,通过Jaber边境口岸将该工业单元进口并运入约旦,随后在安曼海关中心进行了申报以缴纳所需的费用和关税。
[0625] 在第二个工业单元获批并申报后,将其运送至MDA以开始工作。拟定了工程计划来构建该工业单元并将这些单元的部分分布到工作土地上。开始进行标准操作过程,同时在油页岩处理装置的开发中进行了许多改造。在开始时,使用了数种机械装置,但它们都不能给出满足高标准期望的所需结果。在进行了若干研究并记录了不成功的应用观察结果后,进行了进一步的研究来开发出一种获得反应器内最佳油页岩设定装置的方法,并实现了所有应用阶段目标。该最佳方法可以描述为给出在产量和品质方面最佳结果的方法,且其他副作用(例如环境影响、处理时间和成本)都处在可接受的限制范围内。
[0626] 该技术即使大范围使用也不具有任何灾难性后果的原因在于以下事实:本发明进行了不依赖于压力的加热过程(这使得爆炸的可能性为零),此外,在油页岩的组分分离过程中未使用溶剂或催化剂材料(这使得危险反应的可能性为零),最后,在进行处理前未对油页岩使用富集和浓缩操作,这使得该技术充分意识到了材料在无预料之外的坏结果的情况下进行处理。
[0627] 本研究经历中使用的油页岩的规格如下:
[0628] 下表示出了本研究下的油页岩规格:
[0629]测试名称 计量单位 值和程度
岩石密度 - 2-2.6
3
岩石的体积重量 吨m 1.2–2.5
有机物质的比例 百分比 10–23
总硫百分比 百分比 0.8–2.8
湿度 百分比 6–10
刚性系数,根据标准Yaconofa 度 3–5
挤压时的耐久度极限 帕斯卡 105x(130–800)
拉伸时的耐久度极限 帕斯卡 105x(15–80)
移除时的耐久度极限 帕斯卡 105x(10–50)
钻孔难度 度 3–4
爆破难度 Kg/m3 0.2–0.3
崖壁难度 度 3–7
提取难度 度 3–5
[0630] 以下两个表示出了对油页岩样品进行的有机和无机化学实验室测试:
[0631] 表1:对油页岩样品进行的有机化学实验室测试的结果。
[0632]
[0633] 表2:对油页岩样品进行的无机化学实验室测试的结果。
[0634]
[0635] 所要进行的操作:
[0636] ●二次压碎-筛选-筛选矿石体积-包装-称重-组装
[0637] ●弃去小体积-采用理想尺寸(1.5~3厘米)是有利的,并且需要大致相等或类似的尺寸以在同一托盘上汇集。
[0638] ●使用液体燃料(1)单元加热热拆解单元,直至达到650℃。停止使用液体燃料(1),随后除去其注射器。在此阶段,开始使用固体燃料,该固体燃料一直用到处理结束。因此,液体燃料(1)仅用于启动操作,且为了达到必需的启动温度,估计其消耗为约100~110升。对于固体燃料的使用,用来产生处理过程中所用的热能的量不能视为石油,因为固体燃料的使用产生了用于其他工业的原料。
[0639] ●当接近分散程度(有机物质开始与无机物质分离的程度)时,用吊臂将反应器(图12.1)的盖打开,将载满更多油页岩的托盘插入以在反应器(图12.1)内部进行处理,随后将盖再次关闭,并开始进行采矿提取过程。
[0640] ●经历处理过程的量是820~890kg的油页岩。
[0641] ●在反应器(图12.1)内部,油页岩在处理下历时27~31分钟得以完全处理。
[0642] 有若干种指标来指示矿石提取过程的结束,此时用吊臂将应器(图12.1)的盖打开以将托盘组升起。随后将托盘置于隔离室中。
[0643] 当极热的托盘接触空气时,必须小心不要形成大火焰,特别是当有高速气流时。
[0644] 在将热托盘移至隔离室内进行隔离后,将新的满载托盘送入反应器,在关闭反应器的盖之后,再次开始新的处理过程。不断地重复这一周期性过程。
[0645] 实例:在矿石提取操作中,所需的温度为600℃~1000℃,而燃烧中心的温度是1450℃。可见,可以达到并控制任何温度。因此,可以容易地将这种固体燃料引导至需要超过2000℃的温度的采矿工业,实际上,可以达到最高3500℃,而达到该温度所需的只是向灰分中添加适当的添加剂材料并修改燃烧系统直至达到在该限制下工作所需的温度。
[0646] 在进行任何测试时,必须进行和监控以下操作:
[0647] 1-依靠传感器以及压力和温度计并利用压缩机(通过压缩)来对燃烧器-塔-真空泵-辅助泵-冷却循环-发动机-固体燃料混合器-压碎机-筛来进行严格的测试。
[0648] 2-应当读取电-水-液体燃料(1)和液体燃料(2)的仪表,并确保压缩机、冷却单元和真空单元中的必要量的气体和油。
[0649] 3-保持所有并确保所有开放的阀必须为“开放”状态且闭合的阀为“关闭”状态。
[0650] 4-准备适合且经测定的量的固体燃料并使其可以随时使用。
[0651] 5-准备平衡量的油页岩以进行处理过程并分布在托盘上,其中所处理的油页岩的估算量为800~870kg,并将其仔细选择为来自特定的平衡量。
[0652] 6-开始操作燃烧器,其用柴油(燃料(1))工作。用开始实验时的炉温来记录开始操作点,持续监视和记录实验所用的温度数据直至炉温达到550℃,当炉内温度为550℃时,将固体燃料插入炉中,此时完全停止并移除柴油燃烧器。
[0653] 7-高压涡轮机以低频率工作,无论何时炉内的温度停止升高,其即改变空气流,随后继续向炉内重新供应固体燃料直至温度达到850℃~1000℃。
[0654] 8-较早地运行冷却循环以确保冷水的量(据估算为5m3)和冷水的温度为2℃~6℃,以在整个矿石提取过程中用于冷却过程中。
[0655] 9-当炉温接近分散程度850℃~1000℃(有机组分与无机组分分离的程度)时,用吊臂将反应器的盖打开并将载有油页岩的托盘插入反应器中,随后将盖关闭,观察反应器温度,该温度会下降直至达到稳定的固定温度。当反应器温度开始再次上升时,在压力计上注意到了高压力值,据此,随后运行压力真空泵。此外,随后运行冷水泵,并在挥发性烟气和冷水之间观察到热交换过程。
[0656] 10-提取过程完成的物理指示有例如:抽吸管的温度变化,真空计的压力变化,和在某一值下的压力值稳定性以不高于极限值。
[0657] 11-用吊臂将反应器的盖打开,取出托盘并置于隔离室中,为避免在热托盘接触空气时产生火焰,因此将它们与外界大气完全隔离。
[0658] 12-随后关闭反应器的盖,并读取电-水-液体燃料(1)的新读数,随后取出产物,将页岩气集中在单元外部的槽中,因此计算页岩气的量的过程可以进行且变得容易。在与水混合时测量页岩油,随后将混合物注入玻璃塔中,在此油与水分离。
[0659] 13-随后将托盘从隔离室中取出,而后在排出前称重。处理前后的重量是匹配的,以确保符合质量守恒定律和能流运转。
[0660] 14-提供了与实验操作有关的数据(炉温变化-燃料消耗量-耗电量-耗水量-空气量)。准确地记录了这些量,并且它们在每个实验中几乎是固定的,认为这是实验的准确性和成功性的正面指标。
[0661] 15-当目标是确保产品性质的连续性和稳定性并保持其品质并测试固体燃料以确保其能够以正确方式发挥其功能时,制备了载满几乎相同量的油页岩的新托盘,随后将它们插入反应器中。再次重复了同样的步骤。当进行该实验时,应当考虑以下事实以验证质量守恒定律:使炉温从20℃升至600℃所需的时间为120~130分钟,在此期间消耗的柴油量为100~110升,耗电量为200kw~220kw,耗水量据估算为0升,耗油量非常有限,并在每20轮后更换油。
[0662] 已设计和研究了能够每天处理1200~1300吨的理想的油页岩处理模块。以下表示出了所要处理的油页岩和产品的量:
[0663]
[0664] 2.实践实验
[0665] 2.1介绍
[0666] 在该部分,示出了曾经在爱沙尼亚和德国进行过的实验,随后将这两个实验与本发明的实验进行了比较。
[0667] 2.2富油页岩的处理实验(爱沙尼亚):
[0668] 该实验对富油页岩使用了直接燃烧法,其在爱沙尼亚的Narva镇附近的2号热电厂中进行。
[0669] 该热电厂是最大的热电厂,其使用直接燃烧法来开采油页岩并用来发电。电容量为1600Mw。该热电厂包括八个组,每个组的发电容量为200Mw。爱沙尼亚共和国的唯一可用能源是油页岩,该油页岩提取自覆盖厚度为2米、页岩层厚度为2.75米的地表矿中。在油页岩层之间存在界面层。在矿区将油页岩制备成尺寸为(1×1×1)m的块形式。将该块送入粉碎机中,得到尺寸为(25×25×25)mm的碎片,随后将碎片送至带锤的研磨机中,形成尺寸为100微米~200微米的珠。随后使所得的粉末干燥以除去水分,而后将其送至炉处,通过炉周围的8个分配器将页岩粉末鼓入炉中。炉内的温度达到1400℃,因此,需要大量的热空气(一级和二级)、水和蒸汽来完成燃烧操作。蒸汽在离开炉时的温度为450℃、压力为105巴。
[0670] 备注:
[0671] 1)1千瓦时需要3000kcal热能,不论是何种能源。
[0672] 2)一顿油页岩的提取和采矿操作需要花费23美元。
[0673] 2.2.1用于直接燃烧过程中的页岩规格:
[0674] ■热容量:2400kcal/kg~2800kcal/kg。
[0675] ■油页岩的有机物质百分比:油页岩总重量的32%~36%
[0676] ■硫百分比:1.8%~2.8%
[0677] ■湿度:12%~16%
[0678] ■热电厂消耗:每年1000万吨~1200万吨
[0679] ■热电厂容量:每年90亿千瓦时
[0680] ■单位油页岩的平均千瓦时:1.25kg油页岩/千瓦时
[0681] ■热电厂占地规模:300公顷
[0682] ■灰分储存空间大小:1000公顷
[0683] 直接燃烧得到的页岩油灰分据估算为每年6百万吨,使用泵送水作为运输手段来将该灰分从热电厂移除,随后将其沉积至特定位置。
[0684] 直接燃烧过程所得到的灰分用于若干领域,例如:
[0685] ■用于调节酸性的土壤肥料:25%
[0686] ■块水泥工业:10%
[0687] ■建筑工作用的砂:15%
[0688] ■道路铺设:10%
[0689] ■剩余40%用水运输并室外储存
[0690] ■使用静电沉淀器来纯化燃烧过程产生的烟雾。
[0691] ■进行上述整个操作所需的水量为:
[0692] ■灰分运输过程需要55m3/s、200.000m3/h,并且在沉积后大部分量得到再循环。
[0693] ■补偿操作中损失的水需要0.45m3/s、40.000m3/日。
[0694] ■电容器冷却系统需要5.5m3/s、20.000m3/h。
[0695] 关于产生1kWh电力的消耗和伴随的要求,这是准确的信息。
[0696] 2.3贫油页岩的处理实验(德国):
[0697] 该实验基于直接燃烧过程,每天从矿区提取700吨油页岩,所提取的量经历以下处理过程从而用卡车转移至水泥厂:破碎,直至获得尺寸为10mm的颗粒,随后推送至均化混合单元,而后以相同的程度进行直接燃烧。直接燃烧过程所得到的产物具有固定规格,因为其用作水泥的基础组分之一。因此,通过破碎和准备单元将油页岩送入混合和均化单元。
[0698] 随后将异质混合物和必要的空气从顶部送入炉中以完成燃烧。通过挤压经过位于炉外围的喷射型分布器进来处理空气,从而使燃烧在整个炉内规则地分布,即使是在底部。
[0699] 油页岩的燃烧操作在800℃~850℃的温度下进行,燃烧表面在炉的上部增加,直至进行了完全的燃烧过程。
[0700] 高热转化率和炉内的涡旋运动使油页岩的温度非常快速地升高,从而点燃油页岩,这要求向炉内送入额外的量的燃烧材料来保持炉内的恒定温度。
[0701] 与从炉中排出的燃烧气体接触的热用于通过锅炉来产生蒸汽,该锅炉与发电机和涡轮机相连。
[0702] 基于该构造,为了发电,需要30吨/小时的水蒸汽、450℃的蒸汽温度和42巴的蒸汽压力来产生3Mw。
[0703] 从炉底部取出燃烧产物,冷却并将其与燃烧气体过程相关的软部分混合,随后储存在与水泥厂相连的筒仓中,随后将所得的化合物研磨并与以传统方式从旋转炉中产生的熔渣混合,这些操作的结果是,制造了页岩水泥,其与熟知的波特兰水泥等价。
[0704] 燃烧产物的特征在于因炉的热条件而使用水作为相互作用媒介物的性质,因此需要静电沉淀器来纯化燃烧气体,而后再引导至烟囱。
[0705] 2.3.1工厂生产
[0706] 油页岩水泥:其含有70%熔渣和30%油页岩燃烧产物。这种类型水泥的使用水作为相互作用媒介物的性质与热量低的波特兰水泥的性质完美匹配。该工厂的年产量是300,000吨。
[0707] 道路铺设材料:其含有30%熔渣和70%油页岩燃烧产物。
[0708] 该实验的经济学数据是:
[0709] 1-所产生的水泥石与道路铺设材料之比为1:1,这等于各自为200,000吨。
[0710] 2-燃烧过程所用的油页岩的热容量为950kcal/kg。
[0711] 3-1.45kg油页岩产生1kg油页岩燃烧产物。
[0712] 4-1.45kg油页岩产生1kg页岩水泥或1kg道路铺设材料,考虑到1.45kg油页岩在燃烧时释放1460kcal。
[0713] 5-电厂的最终收率是总发电量的25%。这由油页岩的低热容量(950kcal/kg)和发电厂的小规模印证。因此,燃烧1.4kg油页岩所发的净电量为0.42千瓦时。
[0714] 6-所需的油页岩量为每年(200,000×1.45)吨,燃烧产物的量为每年308,000吨。所产生的净电量为(200,000×0.42)=84,000千瓦时。
[0715] 7-发电厂计划消耗了发电量的10%,因此,余量的能量为75600MW/h,相应地,当假设一个工作年等于7200工作小时时,总发电量为11,7MW。
[0716] 最后,我们应当认识到,200,000吨燃烧产物的价格应当覆盖用于产生所需熔渣的非固定支出。
[0717] 2.3.2德国实验的结论:
[0718] 该工厂所用的页岩油具有两种用途,产生工厂操作所需的电力,和提高水泥厂的生产能力。
[0719] 2.4平均油页岩的处理实验(约旦):
[0720] 该实验基于从矿区中提取油页岩,随后进行采矿和初始化操作,而后使之进入处理单元以提取页岩气、页岩油和灰分。
[0721] 在约旦哈希姆王国向国家资源局提交了申请,要求从Alsultani开放矿区提取10000吨油页岩。为了批准该行动计划,约旦政府提出了几项要求:获得环境影响评估的同意,提交提取样品的行动计划,并在提取样品后复原现场。已达到了这三个要求,并提取了样品并运送至约旦的Ma'an市的开发区。进行了标准操作的实验以调整能够每日处理50吨的工业半单元操作过程,从而进行连续实验来确保从处理过程取出的产物规格的稳定性。
该技术的主要目的是将该科学实验项目转化为具有商业生产、经济可行且与土壤、水、空气和生命的环境允许标准相符的工业项目。
[0722] 该技术的策略大纲是实现以下等式:
[0723] 油页岩=煤+原油+天然气
[0724] 其基于推导自能量守恒定律的质量守恒定律,以及基于彼此的能量守恒过程的能量决定定律。
[0725] 2.4.1用于本发明的实验中的油页岩的规格为:
[0726] ■密度:2.1~2.6
[0727] ■体积重量:1.3~2.5吨/m3
[0728] ■油页岩的热容量:859kcal/kg~1585kcal/kg
[0729] ■油页岩的有机物质百分比:油页岩总重量的10%~22%
[0730] ■硫百分比:油页岩总重量的0.5%~2.8%
[0731] ■湿度:油页岩总重量的6%~10%
[0732] ■刚性系数\Yaconov凹陷度:6~9度
[0733] ■移除时的耐久度极限:(17~78)×100帕斯卡
[0734] ■挤压时的耐久度极限:(170~920)×100帕斯卡
[0735] ■拉伸时的耐久度极限:(21~110)×100帕斯卡
[0736] 处理过程所需的步骤为:提取、运输、初始破碎、二次破碎、打包(以使得颗粒尺寸为1.5cm~3cm,且优选具有相等/相似的尺寸)并进入热拆解单元。油页岩的处理量为1吨,处理期为22分钟~27分钟。在处理过程中不使用水。
[0737] 当在上述处理期(22分钟~27分钟)内对约1吨油页岩进行实验时,获得了表5中的产物:
[0738] 表5:该表显示了用本发明的技术从1吨油页岩获得的产物。
[0739]
[0740] 当比较已经对平均品质的油页岩(热容量为850~1585kcal/kg,有机物质百分比为10%~22%)进行的本发明的实验时,可靠的结果显示,处理1吨油页岩所得的全部产物给出的总热量据估算为739.5万kcal,如主要结果表中所示。
[0741] 如果将该结果与爱沙尼亚实验(其对2800kcal/kg和40%有机物质的高品质进行)所获得的能量进行直接比较,对于直接燃烧得到的全部产物而言,这种高品质页岩的处理给出的热能总量为约280万kcal/吨。
[0742] 可以容易地看到本发明的油页岩处理技术的优异性,因此直接燃烧法将不会再使用了。
[0743] 实际上,用比爱沙尼亚油页岩品质低得多的油页岩可以获得多于三倍的热能,这具有更佳的环境影响和更廉价的处理成本。此外,重要的是确认了该实验产生了40~60升水,这与需要大量水的爱沙尼亚实验不同。此外,本发明所得的灰分更适于工业且比爱沙尼亚实验中的量少。
[0744] 基于上述直接和现实的比较,可以说建议并推荐的是,爱沙尼亚的直接燃烧处理法不如本发明有效。
[0745] 最后,重要的是明确:燃烧能源并非将所产生的能量转化为热能的唯一途径和必需途径,例如,可以将湿气页岩引导至石油化学区域,对页岩油进行直接精炼,随后将其产物分离并引导至塑料、肥料、制药、染料和杀虫剂等工业,并且还用其作为一种燃料。
[0746] 领先的油页岩改进技术
[0747] 1-油页岩处理过程的剩余物为油页岩重量的约56%~86%,其仅为灰分。这种量的灰分已经是阻碍油页岩工业发展的主要障碍。但是,向该灰分中添加适当的添加剂来将其变为一种固体燃料(称作固体燃料),使得可以将其用于从水纯化/脱盐到矿石工业等各种工业领域的内热能中。
[0748] 2-燃烧固体燃料产生的剩余物则称作固体燃料残余物,其是用于制造水泥和其他建筑材料的重要原料,实际上,可以在第一步向固体燃料中添加添加剂以在燃烧固体燃料后获得即用型熔渣。
[0749] 3-从页岩中提取油和气的经济学可行性与原油价格和其各种副产物有关(其是否涉及油页岩的现场浅处理或异地处理)。提取一桶页岩的价格已完全脱离了传统能源及其副产物的成本,因此确认了只要油页岩工业还依赖于提取一桶石油的成本,其就不会成功。
[0750] 4-缺乏对投资油页岩的关注偏好。直接燃烧、液化、研磨和蒸馏,以及同位或异位处理,都是为了加热油页岩而已采用的选项。已开发出了一种处理油页岩的方法,其在产生以下副产物中的实践已获得成功:页岩气、页岩油、固体燃料、固体燃料残余物、水和热空气。
[0751] 5-该方法通常用于要求消耗大量水的油页岩处理中。用于处理油页岩的该技术并不消耗任何量的水,实际上,认为水是该处理技术的副产物,每处理1吨会产生40升~60升水。
[0752] 6-用不同的方法(不论其涉及同位还是异位提取方法)提取的页岩油并不送至精炼厂,并不用于石油化学工业,且不适于燃烧。实际上,其需要处理和稳定化,其热量标准低,其充满不稳定的活性组分,且其包含氮元素、硫和氧以及各种重金属。因此,必须在精炼前使其经过处理单元来消除这些组分。只有在此时,可认为其可用于精炼过程。这些问题已在页岩油品质和类型方面得到成功改良,提取了品质良好的且与中东的天然气和石油非常相似的页岩油和页岩气。本发明的页岩油可以以与中东油相同的方式立即送至精炼厂。
[0753] 7-页岩油和页岩气以及固体燃料的规格已在量和品质上达到。水和能量消耗了国家预算的主要部分,并认为对人类而言是巨大的难题。因此,基于能量流原理和保护能量的原理,已在工业过程中完全采用了油页岩,以及所用的热能和所提取的水。
[0754] 8-本发明已经达到了科研的国际标准,以使用100g油页岩的Fisher装置开始,并鉴定出了大范围的油页岩相关数据,并已得到证实。随后使用了能够处理至多3kg的实验装置,其参与增加了数据库并证明了处理过程可以依赖的重要值。这是建造能够每30分钟处理1吨的半工业单元的先导。处理过程基于在经济学和环境上可行的科学方法。
[0755] 9-在提取油页岩、采矿并准备对其进行处理时,本发明不采用任何富集过程,且在处理过程中不使用溶剂,此外,不消耗任何水或任何气体(例如H2O(9)–H2–CO2–CO)来将有机物质与无机物质分离。本发明的技术基于形成油本身的方法以及其向最终底部的迁移。
[0756] 10-对于处理所需的品质,从页岩中提取油和气的理想时间是18~22分钟,不论有多少,且这与热溶解单元有关,其依赖于所处理的油量与溶解单元之间的热交换的时间。在开始提取过程后,本发明具有热稳定性状态,并最终产生页岩气-页岩油-固体燃料-固体燃料残余物-水和热空气。
[0757] 11-目前使用的技术未能满足经济和环境可行性标准,因此专注于开发加热方法,而未能将提取每桶页岩油的过程与提取每桶原油(石油)的过程分离开。此外,这些技术未能证明在它们所呈现的经济学可行性研究中具有的价值。提取一通油页岩的真实性随着人们所生活的目前文化进展而变高。
[0758] 12-另一方面,本发明能准确地证明和设定有机物质与无机物质分离的温度,并且产生了在弱自由基之间形成化学键的适合环境,这使得页岩油与原油高度相似,使页岩气与天然气相似。
[0759] 13-形成石油的方式基于大量有机物质的存在和转化方法(热-压力-地球自转),这是让本发明获益的全部要素,主要优势是能够区分压力下的蒸馏和真空中的蒸馏。
[0760] 14-油页岩的处理,不论是同位还是异位,都使用各种加热方法来进行,以达到400℃~500℃的温度。因此,油的品质接近所需的规格,但在化学结构上不同。但这些方法的相似之处在于,所提取的油不能送至精炼厂,因此在运送前必须经历处理过程。当使用本发明的油页岩提取和处理方法时,无需这种过程,油可以直接送至精炼厂,气可以送走供立即使用或直接送至冷凝单元。对油和气的随机样品进行的化学分析都证明了这一点,并且显示出其各自的规格,因此本发明能够确定能够使用它们的领域的指标以及其过程经济和环境可行性。
[0761] 15-将有机组分与无机组分分离的目前的提取技术涉及水的消耗,以促进油母质的释放,这是一个主要问题,因为小的水粒子会渗入油粒中,因此要求较高的方法将它们分开。如上所述,本发明在分离过程中不使用水,并且既不依靠水也不依靠空气来消除灰分。
[0762] 16-页岩油处理单元和页岩油直接燃烧单元处理至少1000kcal/kg的页岩,并且对页岩油采用富集过程以使其可处理。例如,对于美国油页岩处理单元,其需要大量修改以用于约旦油页岩处理中。该技术可用于热能为750kcal/kg的所有类型的油页岩而无需对处理单元进行任何修改,因为携带有机物质的含金属化合物具有几乎相同的结构单元,后者具有相同的金属元素,其对固体燃料和固体燃料残余物可具有正面或负面效果,并限制了可以使用固体燃料的范围。
[0763] 17-油页岩是不可渗透的,且是防止热能交换的绝热体。必须以某些方式将其破碎并以特定方式置于处理单元中。此外,颗粒间的距离必须相等,并且在这些尺寸相等的颗粒之间应当有光滑的颗粒。这些因素有助于热能传递。油页岩的所有颗粒是相等的,直至从所有颗粒中同时提取出油和气。该数据反映了页岩油的提取机制,并表明在油页岩中储存有大量的有机物质。
[0764] 18-从油页岩中提取出的有机材料的量和类型取决于提取温度和提取所用的时间,以及油页岩的化学和物理组成。改变处理温度或处理持续时间不会改变任何元素的量或品质,因为在固定程度下,会出现有机组分与无机组分的完全分离。升高温度的目的会将煤油化合物和与之混合的沥青变为气态和液态烃,因此油母质和沥青在化学结构上将不存在任何差异。
[0765] 19-本发明与德国实验不符,但该工作基于目前的经验,其已证明油页岩的处理能够满足对能量的要求和水泥的短缺。除了为消耗水和能量以获得个体利润的工业提供所需的水和能量之外,对国家的发展也没有影响。节约水和能量意味着对油页岩的处理应当包含制造水泥的相同过程,因为固体燃料变为了水泥,这样无需具有单独的水泥制造实体,并且经验和相关分析已证明这一点。
[0766] 20-在目前的页岩油处理技术方法中,不论是空间或异位处理方法,所利用的唯一产物是页岩油。页岩气进行燃烧以用于完成油页岩处理所需的加热过程。考虑到了该油需要硬加氢过程来使所提取的页岩油可以即时送至精炼厂。在本发明的热拆解方法中,所得的产物时页岩气、页岩油、水、热空气、用于产生固体燃料和固体燃料残余物的灰分,而该油不需要加氢过程,因此,将其直接送至精炼厂。
[0767] 21-在直接燃烧法中,处理油页岩依赖于消耗巨大的各种量的水,这主要是在用于发电时。在本发明的技术中,产生了水而不是消耗水。
[0768] 为了获得与天然气的规格匹配的页岩气和与原油的规格、结构和化学组成一致的页岩油以使得其可以直接送至原油精炼厂而无需特定处理或加氢过程,本发明开发了一种高温范围热拆解方法来处理油页岩、沥青砂。该方法的特征在于:
[0769] ●所述拆解过程在位于炉内的反应器中进行,其中,使固体燃料间接燃烧来加热置于所述反应器内的油页岩,
[0770] ●所述拆解过程在850℃~1000℃之间进行,
[0771] ●在拆解过程中,单独提取页岩气、页岩油、水和纯化的热空气,[0772] ●随后将从所述反应器中得到的油页岩灰分送出,将其冷却并随后处理以获得所谓的固体燃料。
[0773] 在标准大气压下,在本发明的炉中,将液体或气体燃料燃烧直至温度达到550℃,随后将液体或气体燃料源替换成固体燃料以将温度升至1000℃。
[0774] 此外,在该高温范围热拆解方法中,使用真空泵将页岩气和水蒸气分离以将它们引导至冷凝器,在冷凝器之后,在气体已经引导至气体槽的同时,将所述页岩油和水液化。还使用分离塔将页岩油与水分离,并将水引导至水槽。将热空气从所述炉中抽吸出并引导至洗涤和清洁单元,而后,将热空气引导至热交换和沉淀器单元。
[0775] 以下说明了高温实现机制。
[0776] 燃烧先进固体燃料体系背后的理念源自出现在恒星表面的一系列相继的热相互作用以及其质量局限和其生命周期阶段的相关知识。对这些概念的足够知识导致了对化学能和核能之间的差异的理解。
[0777] 化学能往往储存在物质内部且有助于分子内原子的结合过程,并使物质的f分子结合在一起。化学能常常通过化学反应转化为热能。
[0778] 核能始于原子核,是原子核粒子重排和组合的结果。这伴随着这些粒子的一部分质量转化为能量。
[0779] 下面解释来自核能的温度升高机制。
[0780] 转化为能量的质量的量是可在反应介质内实现的温度控制过程的关键因素。
[0781] 原子是物质结构的本体,认为能量是该本体的引擎,其反应了物质和能量之间的互补关系。由此可以得出以下结论:原子核的质量是物质能量含量的主要标准。
[0782] 由于原子核的质量小于其各组分质量的总和,原子核质量的这种不足被视为是原子核各组分之间的相关能。原子核各组分之间的相关能可以用以下的爱因斯坦定律来计算:
[0783] △E=△MC2
[0784] 其中△E是相关能的量变化,△M是原子核的质量变化,C是光速。
[0785] 下面解释来自化学相互作用能的温度升高机制。
[0786] 在该领域,必须利用化学相互作用的优势来获得热能。
[0787] 化学反应发生在大量反应物之间,其需要所谓的激活能来发生。激活能可以从各种来源获得,例如热,以加速原子和分子的运动。化学相互作用通过热来释放热能。所得的热量基于反应物的量来计算。
[0788] 核反应:其中,原子核与其他原子核或核子(质子或中子)相互作用。该相互作用发生在极短的时间内,以产生一个或多个新的原子核。这样产生的相互作用伴随着小粒子和能量的释放。
[0789] 当基于克数而不是原子核的相互作用来计算相互作用能时,所释放的能量将是非常巨大的。
[0790] 这些事实使这种相互作用接近核反应,其使热反应介质达到高温。所获得的高温有助于新的系列的相继热相互作用出现,因此,反应介质温度可以达到最高与恒星表面温度相似的水平的温度,且所述介质适于热核反应的继续。
[0791] 总之,能量可以从根据爱因斯坦定律以相关能形式储存在原子核质量中的核能获得,或从储存在键中的化学相互作用能获得。
[0792] 为了处理油页岩,足够的是,在燃烧反应介质中心达到1600℃的温度并在反应器壁处达到1000℃。
[0793] 如果使用燃烧体系(燃烧介质)的目的是获得满足采矿工业需求的高温(从2000℃以上的温度开始),改变反应介质(反应器内衬材料)并增加用来变为能量的材料的量就足够(从而实现在恒星表面所发生的情况)。因此,转化为能量的材料的量增加得越多,反应介质所达到的温度就更高。
[0794] 总之,高温首先通过利用化学反应的性质、其次通过利用热核相互作用的性质来获得。这突出了由储存在先进固体燃料中以达到如此高温的潜在能量获得的益处的量。
[0795] 由于所有类型的岩石都由八种关键元素和不超过2%的不同次要元素组成,认为所有这些元素在氧气的存在下或在充足量的空气的存在下都是可燃的。
[0796] 鉴于上述科学事实的存在和执行熟知的计算,并考虑达到所需的高温依赖于能够承受该温度且不达到崩塌状态的燃烧介质,能够获得有助于熔融和蒸发金属的温度。因此,可以获得任何高温,前提是存在能够承受该温度的燃烧介质。
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