Не е тайна, че в съвременния свят кръвта на световната икономика е петролът, така нареченото черно злато. През 20 -ти и 21 -ви век петролът остава един от най -важните минерали на планетата за човечеството. През 2010 г. петролът заема водещо място в световния баланс на горивата и енергията, съставлявайки 33,6% от общото потребление на енергия. В същото време петролът е невъзобновяем ресурс и разговорите, че рано или късно неговите запаси ще приключат, продължават повече от десетина години.
Според учените доказаните запаси от нефт в света ще издържат около 40 години, а неизследваните-още 10-50 години. Например в Русия към 1 януари 2012 г., според официално публикуваната информация (до този момент информацията за запасите от нефт и газ е била класифицирана), обемът на възстановимите петролни запаси от категории A / B / C1 е 17,8 милиарда тона, или 129, 9 милиарда барела (според изчислението, при което един тон износен уралски петрол е 7,3 барела). Въз основа на съществуващите обеми на производство тези проучени природни ресурси ще бъдат достатъчни за страната ни в продължение на 35 години.
В същото време в чистата си форма маслото практически не се използва. Основната стойност се крие в продуктите от преработката му. Нефтът е източник на течни горива и масла, както и огромно количество важни продукти за съвременната индустрия. Без гориво не само световната икономика ще спре, но и всяка армия. Автомобилите и резервоарите няма да останат без гориво, самолетите няма да излитат в небето. В същото време някои държави първоначално бяха лишени от собствените си запаси от черно злато. Германия и Япония се превърнаха в ярък пример за такива страни през 20 -ти век, които, притежавайки много оскъдна ресурсна база, отприщиха Втората световна война, всеки ден от която изискваше огромен разход на гориво. По време на Втората световна война Германия до голяма степен, в някои години до 50%, задоволява нуждите си от гориво чрез производството на течно гориво от въглища. Изходът за нея беше използването на синтетични горива и масла. Същото беше направено през миналия век в Южна Африка, където Sasol Limited помогна на южноафриканската икономика да работи успешно под натиска на международните санкции през годините на апартейда.
Синтетични горива
През 20-те години на миналия век германските изследователи Франц Фишер и Ханс Тропш, които са работили в Института Кайзер Вилхелм, са изобретили процес, наречен процес на Фишер-Тропш. Основното му значение е производството на синтетични въглеводороди за тяхното използване като синтетично гориво и смазочно масло, например от въглища. Не е изненадващо, че този процес е изобретен в доста бедна на петрол, но в същото време богата на въглища Германия. Той е широко използван за промишлено производство на течни синтетични горива. Германия и Япония широко използваха това алтернативно гориво през военните години. В Германия годишното производство на синтетични горива през 1944 г. достига приблизително 6,5 милиона тона, или 124 000 барела на ден. След края на Втората световна война заловените немски учени продължават да работят в тази област. По -специално, в САЩ те участваха в операция „Скрепка“, работеща за Бюрото за мини.
От средата на 30-те години на миналия век технологията за газификация на кондензираните горива за химико-технологични цели започва да се разпространява в Германия, САЩ, СССР и други индустриално развити страни по света, предимно за синтеза на различни химични съединения, включително изкуствени масла и течни горива. През 1935 г. в Германия и Англия са произведени съответно 835 хиляди тона и 150 хиляди тона синтетичен бензин от въглища, въздух и вода. А през 1936 г. Адолф Хитлер лично стартира нова държавна програма в Германия, която предвижда производството на синтетични горива и масла.
Още на следващата година Франц Фишер заедно с Хелмут Пихлер (Ханс Тропш напуска Германия за САЩ през 1931 г., където умира четири години по -късно) успяват да разработят метод за синтез на въглеводороди при средно налягане. В своя процес немските учени са използвали катализатори на базата на железни съединения, налягане от около 10 атмосфери и високи температури. Техните експерименти бяха от голямо значение за внедряването в Германия на химическо производство на въглеводороди с голям тонаж. В резултат на прилагането на този процес като основни продукти се получават парафини и бензин с високо октаново число. На 13 август 1938 г. в Каринхале - ловното имение на министъра на авиацията на Райха Херман Гьоринг се провежда среща, на която се приема програма за развитие на производството на горива, която получава символа „Каринхалеплан“. Изборът на резиденция на Гьоринг и кандидатурата му за ръководител на програмата не е случаен, тъй като оглавяваното от него Луфтвафе консумира поне една трета от горивото, произведено в Германия. Освен всичко друго, този план предвижда значително развитие в производството на синтетични моторни горива и смазочни масла.
През 1939 г. процесът на Фишер-Тропш стартира в Райха в търговски мащаб по отношение на кафявите въглища, чиито находища са особено богати в средната част на страната. До началото на 1941 г. общото производство на синтетично гориво в нацистка Германия настига производството на петролно гориво и след това го надвишава. В допълнение към синтетичното гориво в Райха, от генераторния газ са синтезирани мастни киселини, парафин и изкуствени мазнини, включително годни за консумация мазнини. Така че от един тон конвенционално кондензирано гориво по метода на Фишер-Тропш беше възможно да се получат 0,67 тона метанол и 0,71 тона амоняк, или 1,14 тона алкохоли и алдехиди, включително по-висши мастни алкохоли (HFA), или 0,26 тона течни въглеводороди.
В края на Втората световна война, повече от половин година от есента на 1944 г., когато войските на Червената армия окупират нефтените находища на Плоещ (Румъния) - най -големият естествен източник на суровини за производството на гориво, което е контролиран от Хитлер и до май 1945 г. функцията на моторно гориво в германската икономика и армията изпълнява изкуствени течни горива и генераторни газове. Можем да кажем, че Хитлерова Германия е била империя, изградена от твърди въглеродсъдържащи суровини (предимно въглища и в по-малка степен от обикновена дървесина), вода и въздух. 100% обогатена азотна киселина, необходима за производството на всички военни експлозиви, 99% каучук и метанол и 85% моторно гориво са синтезирани в Германия от тези суровини.
Заводите за газификация и хидрогениране на въглища са гръбнакът на германската икономика през 40 -те години. Наред с други неща, синтетичното авиационно гориво, произведено по метода на Фишер-Тропш, покрива 84,5% от всички нужди на Луфтвафе през военните години. По време на Втората световна война в нацистка Германия този метод за синтез на дизелово гориво се използва в осем завода, които произвеждат около 600 хиляди тона дизелово гориво годишно. Освен това този проект е изцяло финансиран от държавата. Германците изграждат подобни заводи в окупираните от тях страни, по -специално в Полша (Аушвиц), която продължава да работи до 50 -те години включително. След края на войната всички тези заводи в Германия бяха затворени и частично, заедно с технологиите, бяха изнесени от страната за сметка на репарациите от СССР и САЩ.
шистово масло
Вторият източник за производство на гориво, освен въглища, е шистов петрол, чиято тема не напуска страниците на световната преса през последните няколко години. В съвременния свят една от най -важните тенденции, наблюдавани в петролната индустрия, е намаляването на производството на леко масло и масло със средна плътност. Намаляването на доказаните запаси от нефт на планетата принуждава петролните компании да работят с алтернативни източници на въглеводороди и да ги търсят. Един от тези източници, заедно с тежък петрол и естествен битум, са шистовите шисти. Запасите от петролни шисти на планетата надхвърлят запасите от нефт с порядък. Основните им запаси са концентрирани в САЩ - около 450 трилиона тона (24,7 трилиона тона шистов петрол). В Китай и Бразилия има значителни резерви. Русия също притежава огромни резерви, които съдържат около 7% от световните запаси. В Съединените щати производството на шистов петрол започва в края на 40 -те и началото на 50 -те години на миналия век по метода на мината. В по -голямата си част екстракцията е експериментална и се извършва в оскъден мащаб.
Днес в света има два основни метода за получаване на необходимата суровина от шистови шисти. Първият от тях включва извличане на шистови скали по открит или шахтен метод, последван от обработка в специални инсталации-реактори, при които шистите са подложени на пиролиза без достъп на въздух. В хода на тези операции от скалата се добива шистов катран. Този метод се опитва активно да се развива в Съветския съюз. Подобни проекти са известни и за добива на шисти в полето Ирати в Бразилия и в китайската провинция Фушун. Като цяло, както през 40 -те години на ХХ век, така и сега методът на извличане на шисти с последващата им обработка остава доста скъп метод, а цената на крайния продукт остава висока. В цените за 2005 г. цената на барел от такъв петрол е 75-90 долара на изхода.
Вторият метод за извличане на шистов петрол включва извличането му директно от резервоара. Именно този метод се е развил в САЩ през последните няколко години и направи възможно да се говори за „шистова революция“в производството на петрол. Този метод включва пробиване на хоризонтални кладенци, последвано от многократно хидравлично разбиване. В този случай често се налага химическо или термично нагряване на пласта. Очевидно е също, че такъв метод за добив е много по -сложен и следователно по -скъп от традиционния метод за добив, независимо от използваните технологии и напредъка в научната област. Досега цената на шистовото масло е значително по -висока от конвенционалната. Според оценките на самите петролни компании производството му остава рентабилно с минималните цени на петрола на световния пазар над 50-60 долара за барел. Освен това и двата метода имат определени съществени недостатъци.
Например, първият метод с открит или руден добив на шисти и тяхната последваща преработка е значително ограничен от необходимостта от оползотворяване на огромни количества въглероден диоксид - CO2, който се образува в процеса на извличане на шистов катран от него. И накрая, проблемът с оползотворяването на въглеродния диоксид все още не е решен, а емисиите му в земната атмосфера са изпълнени със сериозни екологични проблеми. В същото време, когато шистовото масло се добива директно от резервоарите, възниква друг проблем. Това е висок темп на намаляване на дебита на кладенците, пуснати в експлоатация. В началния етап на експлоатация кладенците, поради многократното хидравлично разбиване и хоризонталното впръскване, се характеризират с много високи дебити. Въпреки това, след около 400 дни работа, обемът на извлечените продукти намалява рязко (до 80%). За да се компенсира такъв рязък спад и по някакъв начин да се изравни производствения профил, кладенците в такива шистови находища трябва да бъдат пуснати в експлоатация на етапи.
В същото време технологии като хоризонтално сондиране и хидравлично разбиване позволиха на САЩ да увеличат добива на петрол с повече от 60% от 2010 г. насам, достигайки до 9 милиона барела на ден. В момента един от най -успешните примери за използване на технологии за производство на шистов петрол е находището Бакен, разположено в щатите Северна и Южна Дакота. Разработването на това конкретно находище на шистов петрол създаде един вид еуфория на пазара в Северна Америка. Само преди 5 години добивът на петрол на това находище не надхвърляше 60 хиляди барела на ден, а сега вече е 500 хиляди барела. Тъй като тук се извършват геоложки проучвания, нефтените запаси на находището се увеличават от 150 милиона на 11 милиарда барела. В допълнение към това петролно находище, производството на шистов петрол в САЩ се извършва в Bone Springs в Ню Мексико, Eagle Ford в Тексас и Three Forks в Северна Дакота.
