Palaolaj

A olajpala olaj (angolul oil-shale oil) olyan nem-konvencionális nyersolaj-fajta, amelyet magas szervesanyag-tartalmú üledékes kőzetekből (olajpala) állítanak elő. A kibányászott olajpalából különféle módszerekkel (pl. pirolízissel vagy hidrogénezéssel) lehet az olajat kinyerni, a folyamat során az olajpalában található szerves anyagok szintetikus kőolajjá alakulnak át. A művelet eredményeként kinyert olajat fel lehet használni fűtőanyagként vagy a szennyeződések (kén, nitrogén) eltávolítása után olajfinomító alapanyagaként lehet hasznosítani. A finomítási folyamat során a palaolajból ugyanolyan olajszármazékokat lehet kinyerni, mint a kőolajból.

Olajpala zúzalék ipari felhasználásra

Története

A 19. századi skót olajpala-kitermelés emléke a három meddőhányó

Az olajpala volt az egyik első forrása az emberek által használt kőolajnak. Hasznosítását először a 14. században jegyezték fel Svájcból és Ausztriából. 1596-ban I. Frigyes württembergi herceg orvosa jegyezte fel az olajpalából kinyert olaj feltételezett gyógyító hatásait. A 17. század elején az olaszországi Modena utcáit olajpalából kinyert olajjal világították meg. Nagy-Britanniában az uralkodó 1694-ben királyi szabadalomlevelet adott ki három személynek, akik „módot találtak arra, hogy egy bizonyos kőből nagy mennyiségben nyerjenek ki szurkot, kátrányt és olajat” A később „Betton's British Oil” márkanév alatt forgalmazott termék a gyártó szerint jótékony hatással volt különféle fájások és fájdalmak kúrálásában. Az első nagyüzemi olajpala-kitermelő üzemeket az 1830-as években Franciaországban, majd az 1840-es években Skóciában alapították. A kitermelt palaolajat elsősorban fűtőanyagként, kenőanyagként, illetve lámpaolajként hasznosították. Az ipari forradalom következményeként mindezen termékek iránt jelentős kereslet mutatkozott és egyre inkább átvette a ritkább és drágább bálnaolaj helyét.

A 19. század második felében olajpala-kitermelő és feldolgozó üzemek létesültek a világ számos országában, többek között Ausztráliában, Brazíliában és az Egyesült Államokban. A 20. század elején jelentős mennyiséget termelt ki a területén található olajpalából Kína, Észtország, Új-Zéland, Dél-afrikai Köztársaság, Spanyolország, Svédország és Svájc. Azonban a Közel-keleten felfedezett kőolaj-lelőhelyek egyszeriben véget vetettek az olajpala kitermelésének, amely a kőolajhoz viszonyítva sokkal körülményesebb és jóval több energiát igényel. Különleges adottságaik miatt Észtországban és Kína északi részén azonban továbbra is folytatták az olajpala bányászatát és feldolgozását. A 21. század elején a kőolaj árának emelkedése miatt az Egyesült Államokban, Kínában, Ausztráliában és Jordániában vagy újrakezdték a korábbi lelőhelyek kitermelését, vagy pedig új lelőhelyeket kutattak fel és kezdték meg kitermelésüket.

Kitermelése

Az 1920-as években épült olajpala-lepárló maradványai Anglia déli részén, Kilve közelében.

Az olajpalából az olajat pirolízissel, hidrogénezéssel vagy magas hőmérsékleten való kifőzéssel nyerik ki. Az olajpala feldolgozására kémiai reaktorban kerül sor, amely a lelőhelyen helyben, vagy attól távolabb található. Napjainkban az olajpalát kitermelő vállalatok általában kibányásszák és összetörik az alapanyagot, majd a lepárlóba szállítják. A helyben történő lepárlásra számos kísérleti eljárás fejlesztettek ki. A lepárlás sebessége nagymértékben függ a hőmérséklettől: az olajpalában található szervesanyagok kb. 300 °C hőmérsékleten kezdenek lebomlani szénhidrogén-származékokra, de a folyamat magasabb hőmérsékleten hatékonyabb és gyorsabb. A lepárlás ideális hőmérsékleti tartománya 480 °C és 520 °C között van.

A hidrogénezés és a termolízis (hőbontás) során az olajpalában található szervesanyagokból oldószerekkel vagy hidrogén-donorok segítségével választják ki a szénhidrogén-származékokat. A termolízis során az olajpalát magas nyomáson, folyékony halmazállapotú reagensek jelenlétében hevítik (ld. Fluid katalitikus krakkolás), amelynek során a nagy molekulasúlyú szerves anyagok illékony, jobban felhasználható szénhidrogén-termékekké alakulnak át. A különféle eljárásokkal kinyert olajpala eltérő tulajdonságokkal rendelkezik.

Az olajpala felhasználásának, kitermelésének egyik kritikus tényezője a folyamat során felhasznált és a folyamat végén kinyert energia (kinyert teljes energia/befektetett teljes energia, KTEBTE) hányadosa (angolul „Energy Returned on Energy Invested”, EROEI). Egy 1984-es tanulmány szerint a világon ismert olajpala-lelőhelyek esetében a kinyert és befektetett energia hányadosa 0,7-13,3 között változik, de a kitermelés csak 2-nél nagyobb hányados esetén gazdaságos. Újabb tanulmányok az energiahányadost 1–2:1 vagy 2–16:1 közé teszik attól függően, hogy az olajpalában lévő energiát is befektetett energiának tekintik vagy csak a külső energiahordozókat számítják ide. A Royal Dutch Shell olajipari vállalat 2006-ban 3-4 közötti energiahányadosú „in-situ” fejlesztésekről számolt be.

A lepárlási folyamat során kinyerhető olaj mennyisége változik a felhasznált eljárástól, illetve az olajpala tulajdonságaitól. Az egyesült államokbeli Green River Formation lelőhelyen található olajpala mintegy hatoda aránylag nagy hozamú (95-380 l/tonna), körülbelül egyharmada 38-95 l/tonna hozamú, míg a maradék olajpalából tonnánként általában 35 liternél kevesebb olaj nyerhető ki.

A világ legnagyobb olajpala-kitermelő és előállító vállalatai rendszeresen közzéteszik a nagyüzemi olajpala-feldolgozás hozamával kapcsolatos adatokat, A kínai Fushun Mining Group például 2008-ban 300 000 tonna palaolaj előállításáról számolt be 6,6 millió tonna olajpala feldolgozása után, amely 4,5%-os súly szerinti hozamnak felel meg. Az észt VKG Oil vállalat 250 000 tonna olaj előállítását jelentette 2 millió tonna olajpala feldolgozásával, ami lényegesen magasabb, 13%-os hozamnak felel meg. A brazil Petrobras cég a Petrosix üzemben naponta 550 tonna olajat állít elő 6200 tonna olajpala feldolgozásával, ami átlagosan 9%-os hozamot jelent.

Feljavítás

Olajpala-kitermelő bányagép Észtországban

A nyers palaolaj minden további nélkül felhasználható kazánfűtőolajként, de más célra csak az olaj kémiai és fizikai tulajdonságainak módosítása (feljavítása) után használható. A különféle helyről származó és különféle eljárásokkal kinyert olajok eltérő tulajdonságainak eredményeként más és más eljárásokra lehet szükség, mielőtt az olajpalából származó olajat hagyományos kőolaj-finomítóban fel tudják dolgozni.

A nyersolajban jelen lévő szennyeződések többek között dugulást okozhatnak az olajlepárló berendezésekben, míg az olaj kén- és nitrogéntartalma rontja kémiai tulajdonságait, erősen légszennyezővé teszi az olajat. A kén, nitrogén, illetve az olajban szintén megtalálható arzén és vas emellett tönkreteheti a lepárlókban használt katalizátorokat. Az olajban megtalálható olefinek oldhatatlan lerakódásokat okoznak, illetve az olaj instabilitását okozzák. A kőolajhoz képest nagyobb mennyiségben megtalálható oxigén pedig szabad gyökök kialakulásához vezet. A katalitikus hidrogénezéssel történő kéntelenítés (hidrodeszulfurálás) és nitrogénmentesítés (hidrodenitrogénezés) ezekre a problémákra ad megoldást, az eljárás végeredménye pedig a kőolajhoz hasonló termék lesz. Az olajban jelen lévő fenolokat elsősorban a víz kivonásával távolítják el. Az olajpalából kinyert olajat üzemanyagként a hidrogén-szén arány módosítása után lehet hasznosítani, amit vagy hidrogén hozzáadásával (hidrokrakkolás) vagy pedig szén eltávolításával (kokszolás) lehet elérni.

Felhasználása

A második világháború előtt az olajpalából kinyert olajat feljavították és hajtóanyagként hasznosították. A háború után erre a célra inkább kőolajat használtak, míg az olajpalából inkább kemikáliákat és ipari alapanyagokat állítottak elő, illetve a vasutak talpfáit tartósító anyagot gyártottak belőle. Napjainkban az olajpalát elsődleges fűtőanyagként (kazánfűtőolaj), illetve a tengerhajózásban hajtóanyagként (hajódízel) hasznosítják, kisebb mennyiségből továbbra is kemikáliákat állítanak elő.

Az olajpala összetétele alapján jól felhasználható még közepesen nehéz kőolaj-párlatok (kerozin és gyorsjárású dízelolaj előállítására is. További krakkolással a benzint alkotó könnyebb párlatok is előállíthatók.

Kitermelés, ismert tartalékok

Palaolaj-kitermelés országonként 1880 és 2010 között, millió tonna.

A jelenlegi technológiákkal gazdaságosan kitermelhető palaolaj mennyiségét globálisan 2,8-3,3 billió hordóra becsülik (450×109 – 520×109 m3), amelynek a legnagyobb része az Egyesült Államokban található (kb. 1,5–2,6 billió hordó, azaz 240×109–410×109 m3). 2002-ben világszerte 11 600 hordónyi palaolajat termeltek ki, a legnagyobb termelők Észtország (5500 hordó/nap), Brazília (3100 hordó/nap) és Kína (2000 hordó/nap) voltak. 2008-ban a termelők rangsorát Kína vezette, évi 470 millió liter olaj termelésével, ezután következett Észtország (445 millió liter) és Brazília (250 millió liter).

Az olajpala-kitermelés és feldolgozás elterjedését a közelmúltig nagymértékben hátráltatták a technológiai nehézségek, illetve a magas költségek – az olaj ilyen módon történő kitermelése csak akkor gazdaságos, ha a nemzetközi piacokon tartósan magas szinten marad a kőolaj ára. 2011 márciusában az Egyesült Államok Földhivatala (Bureau of Land Management) megkérdőjelezte a kereskedelmi célú olajpala-kitermelés létjogosultságát, mondván: „Nem létezik olyan eljárás az olajpala kinyerésére és feldolgozására, amely közgazdaságilag életképes lenne.”

Jegyzetek

  1. ↑ Dostrovsky, I. (1988). Energy and the Missing Resource: A View from the Laboratory. Cambridge University Press. 18. o. ISBN 978-0-521-31965-2. Hozzáférés: 2009. június 2.
  2. ↑ "Oil Shale" (PDF). Colorado School of Mines. 2008: 2. Hozzáférés: 2008. december 24. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (súgó)[halott link]
  3. 1 2 3 4 Moody, Richard (2007. április 20.). "Oil & Gas Shales, Definitions & Distribution In Time & Space. In The History of On-Shore Hydrocarbon Use in the UK" (PDF). Geological Society of London: 1. 2012. február 6. dátummal az eredeti (PDF) címről archiválva. Hozzáférés: 2009. január 10. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (súgó)
  4. ↑ "found a way to extract and make great quantities of pitch, tarr, and oyle out of a sort of stone"
  5. ↑ Seaton, A., ed. (1985). "Studies of the Scottish oil shale industry. Vol.1 History of the industry, working conditions, and mineralogy of Scottish and Green River formation shales. Final report on US Department of Energy" (PDF). Institute of Occupational Medicine: 35. DE-ACO2 – 82ER60036. 2011. július 26. dátummal az eredeti (PDF) címről archiválva. Hozzáférés: 2009. június 5. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (súgó); Unknown parameter |authors= ignored (súgó)
  6. ↑ Cane, R.F. (1976). Teh Fu Yen; Chilingar, George V. (eds.). Oil Shale. Amsterdam: Elsevier. 56. o. ISBN 978-0-444-41408-3. Hozzáférés: 2009. június 5.
  7. ↑ Forbes, R.J. (1970). A Short History of the Art of Distillation from the Beginnings Up to the Death of Cellier Blumenthal. Brill Publishers. 250. o. ISBN 978-90-04-00617-1. Hozzáférés: 2009. június 2.
  8. 1 2 Francu, Juraj; Harvie, Barbra; Laenen, Ben; Siirde, Andres; Veiderma, Mihkel (2007. május). "A study on the EU oil shale industry viewed in the light of the Estonian experience. A report by EASAC to the Committee on Industry, Research and Energy of the European Parliament" (PDF). European Academies Science Advisory Council: 1, 5, 12. Hozzáférés: 2011. május 7. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (súgó)
  9. ↑ Doscher, Todd M. "Petroleum". MSN Encarta. 2008. április 21. dátummal az eredeti címről archiválva. Hozzáférés: 2008. április 22.
  10. ↑ "Oil Shale". American Association of Petroleum Geologists. Hozzáférés: 2008. március 31.
  11. 1 2 Survey of energy resources (PDF) (21 ed.). World Energy Council (WEC). 2007. ISBN 0-946121-26-5. 2011. április 9. dátummal az eredeti (PDF) címről archiválva. Hozzáférés: 2013. január 15. {{cite book}}: More than one of |accessdate= és |access-date= specified (súgó); More than one of |archivedate= és |archive-date= specified (súgó); More than one of |archiveurl= és |archive-url= specified (súgó); Unknown parameter |archívdátum= ignored (súgó); Unknown parameter |archívurl= ignored (súgó)
  12. 1 2 3 Dyni, John R. (2006). "Geology and resources of some world oil-shale deposits. Scientific Investigations Report 2005–5294" (PDF). United States Department of the Interior, United States Geological Survey. Hozzáférés: 2007. július 9. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (súgó); Unknown parameter |pagea= ignored (súgó)
  13. 1 2 Koel, Mihkel (1999). "Estonian oil shale". Oil Shale. A Scientific-Technical Journal (Extra). Estonian Academy Publishers. ISSN 0208-189X. Hozzáférés: 2008. december 24.
  14. 1 2 Luik, Hans (2009. június 8.). Alternative technologies for oil shale liquefaction and upgrading (PDF). International Oil Shale Symposium. Tallinn University of Technology. Tallinn, Észtország. 2012. február 24. dátummal az eredeti (PDF) címről archiválva. Hozzáférés: 2009. június 9.
  15. ↑ Gorlov, E.G. (2007). "Thermal Dissolution Of Solid Fossil Fuels" (PDF). Solid Fuel Chemistry. 41 (5). Allerton Press, Inc.: 290–298. doi:10.3103/S0361521907050047. ISSN 1934-8029. Hozzáférés: 2009. június 9. {{cite journal}}: Unknown parameter |month= ignored (súgó)[halott link]
  16. ↑ Koel, Mihkel; Ljovin, S.; Hollis, K.; Rubin, J. (2001). "Using neoteric solvents in oil shale studies" (PDF). Pure and Applied Chemistry. 73 (1). Blackwell Science: 153–159. doi:10.1351/pac200173010153. ISSN 0033-4545. Hozzáférés: 2010. január 22.
  17. ↑ Baldwin, R. M.; Bennett, D. P.; Briley, R. A. (1984). "Reactivity of oil shale towards solvent hydrogenation" (PDF). American Chemical Society. Division of Petroleum Chemistry. 29 (1). American Chemical Society: 148–153. ISSN 0569-3799. Hozzáférés: 2010. január 22.
  18. ↑ Cleveland, Cutler J.; Costanza, Robert; Hall, Charles A. S.; Kaufmann, Robert (1984. augusztus 31.). "Energy and the U.S. Economy: A Biophysical Perspective" (PDF). Science. 225 (4665). American Association for the Advancement of Science: 890–897. doi:10.1126/science.225.4665.890. ISSN 0036-8075. PMID 17779848. Hozzáférés: 2007. augusztus 28.
  19. ↑ Brandt, Adam R. (2009). "Converting Green River oil shale to liquid fuels with the Alberta Taciuk Processor: energy inputs and greenhouse gas emissions" (PDF). Energy & Fuels. 23 (12). American Chemical Society: 6253–6258. doi:10.1021/ef900678d. ISSN 0887-0624. Hozzáférés: 2011. július 4.
  20. ↑ "Oil Shale Test Project. Oil Shale Research and Development Project" (PDF). Shell Frontier Oil and Gas. 2006. február 15. 2008. május 27. dátummal az eredeti (PDF) címről archiválva. Hozzáférés: 2007. június 30. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (súgó)
  21. ↑ Reiss, Spencer (2005. december 13.). "Tapping the Rock Field". WIRED Magazine. Hozzáférés: 2007. augusztus 27.
  22. ↑ "Fact Sheet: U.S. Oil Shale Resources" (PDF). United States Department of Energy. Hozzáférés: 2009. január 10.
  23. ↑ Promitis, Guntis (2008. november 3.). "Oil shale promise" (PDF). Oil & Gas Journal. PennWell Corporation: 16. Hozzáférés: 2011. október 9.[halott link]
  24. ↑ "VKG Oil AS". Viru Keemia Grupp. 2011. szeptember 7. dátummal az eredeti címről archiválva. Hozzáférés: 2011. október 9.
  25. ↑ Qian, Jialin (2006. november 7.). World oil shale retorting technologies (PDF). International Oil Shale Conference. Amman, Jordánia: Jordanian Natural Resources Authority. 2008. május 27. dátummal az eredeti (PDF) címről archiválva. Hozzáférés: 2007. június 29. {{cite conference}}: Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (súgó)
  26. 1 2 Purga, Jaanus (2007. október 16.). Shale Products – Production, Quality and Market Challenges. 27th Oil Shale Symposium. Golden, Colorado: Colorado School of Mines. 2011. július 23. dátummal az eredeti (PDF) címről archiválva. Hozzáférés: 2008. december 24.
  27. ↑ Bo Yu; Ping Xu; Shanshan Zhu; Xiaofeng Cai; Ying Wang; Li Li; Fuli Li; Xiaoyong Liu; Cuiqing Ma (2006). "Selective Biodegradation of S and N Heterocycles by a Recombinant Rhodococcus erythropolis Strain Containing Carbazole Dioxygenase" (PDF). Applied and Environmental Microbiology. 72 (3). American Society for Microbiology: 2235–2238. doi:10.1128/AEM.72.3.2235-2238.2006. PMC 1393234. PMID 16517679. Hozzáférés: 2008. december 28. {{cite journal}}: Unknown parameter |month= ignored (súgó)CS1 karbantartás: több név: szerzőfelsorolás (link)[halott link]
  28. ↑ "Process for treating hot shale oil effluent from a retort – US Patent # 4181596". freepatentsonline.com. Hozzáférés: 2008. december 28.
  29. 1 2 3 4 Speight, James (2008). Synthetic Fuels Handbook. McGraw-Hill Professional. 188. o. ISBN 978-0-07-149023-8. Hozzáférés: 2008. december 24.
  30. ↑ Lee, Sunggyu (1991). Oil Shale Technology. CRC Press. 7. o. ISBN 0-8493-4615-0. Hozzáférés: 2008. december 24.
  31. 1 2 Oja, Vahur (2006). "A brief overview of motor fuels from shale oil of kukersite" (PDF). Oil Shale. A Scientific-Technical Journal. 23 (2). Estonian Academy Publishers: 160–163. ISSN 0208-189X. Hozzáférés: 2008. december 24.
  32. 1 2 3 Mölder, Leevi (2004). "Estonian Oil Shale Retorting Industry at a Crossroads" (PDF). Oil Shale. A Scientific-Technical Journal. 21 (2). Estonian Academy Publishers: 97–98. ISSN 0208-189X. Hozzáférés: 2008. december 25.
  33. 1 2 Andrews, Anthony (2006. április 13.). "Oil Shale: History, Incentives, and Policy" (PDF). Congressional Research Service. RL33359. Hozzáférés: 2008. december 24. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (súgó)
  34. ↑ Andrews, Anthony (2008. november 17.). "Developments in Oil Shale" (PDF). Congressional Research Service. RL34748. Hozzáférés: 2008. december 24. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (súgó)
  35. ↑ James Girard (2004). Principles of Environmental Chemistry. Jones & Bartlett. ISBN 978-0-7637-2471-9. Fractional distillation yields mainly high molecular weight hydrocarbons, which can then be cracked to yield desirable hydrocarbons in the gasoline range.
  36. ↑ "Annual Energy Outlook 2006" (PDF). Energy Information Administration. 2006. február. Hozzáférés: 2007. június 22. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (súgó)
  37. ↑ "NPR's National Strategic Unconventional Resource Model" (PDF). United States Department of Energy. 2006. április. Hozzáférés: 2007. július 9. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (súgó)
  38. ↑ Laherrère, Jean H. (2005). "Review on oil shale data" (PDF). Hubbert Peak: 8. 2007. szeptember 28. dátummal az eredeti (PDF) címről archiválva. Hozzáférés: 2008. december 28. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (súgó); Unknown parameter |archívdátum= ignored (súgó); Unknown parameter |archívurl= ignored (súgó)
  39. ↑ "Shale Oil". Government of Australia (Australian Atlas of Mineral Resources, Mines, and Processing Centres). 2011. február 17. dátummal az eredeti címről archiválva. Hozzáférés: 2010. november 27.
  40. ↑ Kraushaar, Jack P., and Robert A. Ristinen. Energy and the Environment-2nd ed. New York, NY: Wiley & Sons Inc., 2006. 54–56.
  41. ↑ Bureau of Land Management (2011. április 14.). "Notice of Intent To Prepare a Programmatic Environmental Impact Statement (EIS) and Possible Land Use Plan Amendments for Allocation of Oil Shale and Tar Sands Resources on Lands Administered by the Bureau of Land Management in Colorado, Utah, and Wyoming" (PDF). Federal Register. 76 (72): 21003–21005. 2012. január 27. dátummal az eredeti (PDF) címről archiválva. Hozzáférés: 2011. október 9.

Fordítás

Kapcsolódó információk