> Техника, страница 22 > Битуминозные сланцы

Битуминозные сланцы

Битуминозные сланцы, иначе называемые горючими (Olschiefer, Бгепп-schiefer, Schistes bitumiiieux, Oil Shales), ископаемое топливо, отличающееся от других видов твердого топлива большим содержанием золы и значительным количеством летучих органических веществ. Б. с. бывают глинистыми, известковыми или мергелистыми породами, заключающими в себе органич. вещество—остатки растительного или животного мира, населявшего водоем, в котором образовались сланцы. Эти растительные и животные организмы, зеленые, сине-зеленые и диатомовые водоросли, инфузории, веслоногие, водяные блохи, коловратки, образовывали планктон; сюда заносились и наземные организмы, споры и пыльца растений, листья и другие остатки высших растений. Нередко в них содержатся и остатки высших организмов в виде моллюсков, рыб и тому подобное. При изменении водного режима водоема смесь планктона и минеральной части садилась на дно, образуя донный ил, «сапропель»—по Потонье. Слои ила чередовались со слоем, содержащим только минеральную часть (смотрите фигура). Т. к. это образование происходило в пресных и в морских водоемах, то состав и количество органич. и минеральной части сланцев различны. Образование таких пород происходит и в настоящее время; поэтому различаются современные сапропелевые образования (собственно сапропеля) и ископаемые сланцы. Органическое вещество, заполняющее минеральную породу Б. с., находится в начальной стадии разложения; кроме углерода и водорода оно содержит значительное количество органогенов—кис лород, азот, серу, которые составляют до 20% всей массы. Органич. часть Б. с. не экстрагируется органич. растворителями и не отгоняется с водяным паром. Количество веществ, переходящих в раствор при экстракции, составляет только доли процента. Выделение органических веществ возможно лишь при помощи перегретого пара и перегретого растворителя. Получающаяся при этом сланцев.смола является уже продуктом распада органической части Б. сланцев.

Этот распад, отгонка смолы, сопровождается выделением газов, наприм. H₂S,CO,

С0₂, ΝΠ₃, СН₄, и паров Н₂0. Смола, газ и углистый остаток, получающиеся при темп-ре не свыше 500°, называются первичными смолами, газом, полукоксом. При нагреве до более высокой температуры происходит разложение этих продуктов. 11а основании химич. данных и микроскопии, исследования тонких шлифов Б. с. разных стран установлено, что органическая часть не является битумом, а битумы получаются только после разложения органич. веществ. Поэтому органическое вещество Б. с. предложено называть «протобитумами» или «ке-рогеном». Характер битумов, получающихся из Б. с., различен; он зависит и от характера органич. части, и от физич. условий выделения битумов (1° и давления), и от природы зольной минеральной части.

Вторая составляющая часть Б. с.—зольная часть. Химич. состав и физич. свойства ее обусловливают характер битумов, плавкость получающихся шлаков и возможность дальнейшего использования золы. Содержание золы в Б. с. колеблется от 20 до 80%.

Таблица 1. — Органический и зольный состав Б. с.

Уд. в при 15° и состав в %	Шотл.	Вюрт.	Купере.	Волжск.
Уд. вес.	2,0407	2,000	1,2096
Н,0.	2,72	5,0	1,59	8,48
С (орг.).	19,12	13,3	39,53	19,65
II.	2,94	1,7	5,72	2,28
N.	0,54	0,4	0,30	} G.25
О.	3,38	2.1	8,03
S.	1,10	4,0	1,27	5,81
со,.	3,70	11,0	8,60	9,01
Si О,.	34,30	31,1	14,00	24,19
ΑΙ,Ο,.	12,90	12,0	6,35	J· 10,95
Те,О,.	11.со	4,9	1,93
СаО.	1,70	11,7	11,15	10,90
МдО.	1,50	1,4	0,60	0,93
NajOt-f· K^Oj	4,20	1,4	0,88	1,55

Большое количество кислорода, азота и серы свидетельствует о начальной стадии разложения. Отношение содержания С к Н для Б. с. колеблется от 100:12,0 до 100:14,5.

Толп ус

Сланец	·<$	$
Известия“ со сланцем

Сла“ец с известняком

Известняк

Разрез залегания сланца в дер. Толп ус и Черное.

Содержание органической массы определяет энергетические свойства Б. с. (табл. 2).

Таблица 2. — Состав и теплотворная способность Б. с.

Состав и тепл. СП Ю Όπ.	Шотл.	Ку пере.	ВСЁМ.	В кижские	Вюрт.
В >да.	6,47	6,34	11,9	12,3	9,9
Нерв, сантиметров >ла	12,7	29,70	19,0	9,2	4,74
» полу-к»кс.	74,3	55,00	57,8	6 ,1	82,6
» газ.	6,55	6,3	11,3	9,0	2,7
Tem.cn >соб. в Cal.	2 750	4 200	з ::оо	2 200	1 100

Физич. свойства Б. с. обусловлены их составом. Уд. вес шотландск. Б. с. колеблется от 1,617 до 2,227 при содержании золы от 53,6 до 77,8%. Цвет Б. с. зависит от степени разложения органической части и меняется от светложелтого до темнобурого и черного. Сланцевые породы, пропитанные разложившимися органическим веществом и готовыми битумами (нефтью, гудроном, ас-фальтами), обычно не носят названия Б. с.

Б. с. имеют чрезвычайно широкое распространение. Пет ни одной страны, где бы не было обнаружено их присутствие. Запасы в Колорадо могут дать смолы до 7 млрд, то, тогда как вся добыча нефти в С.-А. С. Ш. по 1922 год составляла около 1 млрд. то. Запасы Эстонии (кукерситов) могут дать около 1 млрд. т. Наши отечественные Б. с. еще далеко не разведаны, но и они могут дать около 200 млн. т смолы. Эти цифры дают представление о запасах энергии, которые содержатся в Б. с., и поэтому понятен интерес к их эксплуатации. В Шотландии в эту промышленность вложено к 1919 году свыше 30 млн. р., которые к 1925 г. увеличились до 40 млн. В Эстонии с 1918 г. вложено в сланцевое дело ок. 10 млн. р.; в С.-А. С. III. с 1922 г. свыше 25 млн. р. Первые попытки использования Б. с. были сделаны в 1596 г. В Германии был произведен первый опыт сухой перегонки, и в 1849 г. был построен в Вюртемберге сланцеперегонный завод, но сланцевое дело в Германии широкого развития не получило в виду бедности вюртембергского Б. с. (смолы в нем было 4—5%). В Шотландии Б. с. известны с 1694 года, первый же сланцеперегонный завод был выстроен в 1810 г. С этого времени Б. с. разрабатывались очень широко, давая до 37% жидкого экспортируемого топлива. В начале девятисотых гг. Шотландия была главным мировым источником твердого парафина из сланцевой смолы, и шотландская смола выдерживала конкуренцию нефти и ее продуктов, пока не были израсходованы все запасы. Франция начала разрабатывать Б. с. в 1830 году и в настоящее время добывает ежегодно до 15 000 то смолы. В России Б. с. стали интересоваться с 1916 года, хотя залежи их были известны с 1791 г. после работ И. Георги. Однако и теперь эта промышленность не получила должного развития.

В настоящее время существуют несколько способов использования органич. части Б. с. Первый заключается в получении сланцевой смолы. Такой перевод«протобитумов»в битумы производится перегонкой или полукоксованием (Verschwelung). Б. с. подвер гают нагреванию в ретортах без доступа воздуха, стараясь возможно быстро удалить образовавшиеся смолы. Свойство получаемой смолы и количество ее зависят от способа перегонки и от свойств органич. и минеральной частей. Шотландские Б. с. дают смолу со значительным содержанием предельных углеводородов и твердых парафинов. Важной составной частью продуктов перегонки шотл. Б. с. являются и аммонийные соли. Б. с. в Эстонии и Ленинградской губернии (кукерситы) дают главн. обр. непредельные смолы (до 50%) при полном отсутствии твердых парафинов и аммонийных солей. Смола Б. с., содержащих серу (карвендельские сланцы Поволжья), содержит значительное количество непредельных углеводородов (до 40%) в виде органич. сернистых соединений (тиофенов, тиофенолов и др.). Химич. природа смол в большинстве случаев далеко еще не изучена, и состав их пока не определен. Результаты перегонки различи. Б. с. приведены в таблице 2, свойства смол в таблице 3. Таблица 3.—Состав и свойства смол Б. с.

Свойства н состав	Вей- марнские	Волжские
Свойства
Уд. в при 15°.	0,937	0,978
Вязкость при 20°.	2.39	1,8
Темп-pa вспышки.	15°	40°
Состав
Ненасьпц. соединений.	60%	74%
Фенолов..	з:>,5%	20%
Серы..	6.6%	6,8%

При использовании Б. с. способом перегонки главная ценность заключается в смоле и газе. Если подвергнуть перегонке сланец со средней теплоемкостью в 3 200 Cal (средний кукерсит), к-рын дает ок. 20% смолы с теплотворн. способностью 9 500 Cal, 11 % газа с 7 000 Cal и 60% полукокса с 1 100 Cal, то при этом утилизируется (0,20x9 500)4-4-(0,11 х 7 000)=2 670 Cal, так как полукокс тратится на подогрев при перегонке. Б таком случае коэфф-т использования энергии оудет - - - ~=83,4%; если полученную смолу и газ сжечь вместо твердого сланца с кпд в 80%, то окончательный эффект будет 83,4x0,8=68,72%. Второй способ применения Б. с. заключается в переводе органич. части в газ. Такой способ называется газификацией Б. с. Коэфф. использования энергии по этому способу можно вычислить. Для газификации при i°" 1 200“ нужно затратить 360 Cal; потери на лучеиспускание будут составлять около 80% от приведенного количества тепла. Т. о. общий расход тепла будет составлять 650 Cal, а коэ{)ф. использования будет ок. 80%. При последующем сжигании газа будет использовано 80x0,8=64%. Наконец, третий способ использования Б. с.—прямое сжигание их в виде кусков или пыли в специальных топках. Кпд здесь будет, согласно опытам, ок. 65%. Т. о., все способы применения Б. с. дают примерно один и тот же эффект использования энергии.

В виду многозольности Б. с. вопрос о сжигании тесно связан с затратами на доставку сланца к топке и отвозку золы. Это обстоятельство ограничивает применение сжигания Б. с. только большими установками,

расположенными у места залегания или недалеко от него. При использовании смолы вопрос об ее транспортировании не имеет такого решающего значения. Длительный опыт использования Б. с. в Шотландии и Франции говорит в пользу перегонки их на смолу. Ниже приводятся примеры применения смол трех различных видов сланца: шотландского, кукерсита (эстонского и .ленинградского) и сернистого карвендельского или волжского. Шотландские Б. с. при перегонке дают сырое сланцевое масло, аммиачную воду и газ, применяемый как топливо." Сырое масло после очистки дает:

1) сланцевый бензин, уд. вес 0,000—0,750;

2) горючее масло для двигателей внутрен него сгорания, уд. вес 0,770—0,830 (типа керосина); 3) газовые масла, удельный вес 0,840—0,815 для двигателей внутр. сгорания типа нефтяных двигателей; 4) смазочные масла, уд. в 0,815—0,895; 5) твердый парафин с 40—54°; 6) кубный пек; 7) серно кислый аммоний. Все эти продукты являются результатом облагораживания смолы и м. б. продаваемы по цене более выгодной, чем сланец. Б 1910 году в Шотландии из 3 130 000 тонн было получено 273 000 тонн сырого масла, которое дало вышеперечисленные продукты на общую сумму в 20 млн. р. при затратах на добычу сланца 8,0 млн. р. Сырое масло, получаемое из кукерсита, дает бензин, масло для двигателей внутреннего сгорания, смазочное масло, масло для консервирования дерева, смолу для изготовления толя, пек и асфальты. Сырая смола, полученная из Б. с., оценивается по 60 рублей за т. При разгонке смолы получается до 15% бензина, и цена его составит более 50% цены смолы. Совершенно своеобразна смола карвендельскнх и волжских Б. с. В своем составе она содержит 7% органически связанной серы в виде гомологов тиофена. Масло сернистое идет на изготовление ихтиола и других препаратов, обладающих высокими дезинфекционными свойствами. При перегонке 30 000 тонн сланца и переработке полученной смолы на ихтиол и другие препараты в количестве 500 тонн стоимость этих препаратов составит сумму к 420 000 р. при стоимости Б. с. в 153 000 р. Каково бы ни было использование Б. с., в виде ли перегонки его или в виде прямого сжигания, громадным балластом является неорганич. зольная часть. Бес остающейся золы составляет от 40 до 60% Б. с., а объём ок. 70%, и если вопрос об использовании золы не решен, то остающаяся зола потребует расходов на ее уборку. Б настоящее время имеется несколько способов использования золы. Т. к. зола Б. с. состоит из глины, извести и кремнекислоты, то она может идти в качестве сырья для изготовления цемента. Другое применение зола получает при изготовлении силикатн. кирпичей. Зола после обжига Б. с. не изменяет своего объёма; твердые куски золы пронизаны тонкими порами, и получаемый материал обладает малой тепло- и звукопроводностью. Это свойство придает золе качество хорошего изоляционного материала, и она с успехом заменяет материалы типа инфузорной земли. Б смеси с 10—20%

портландского цемента зола дает легкие, пористые кирпичи с высокой <°„_д,.

По характеру своего залегания сланцевые месторождения не создают особых затруднений при разработке. Слои залегают неглубоко и идут почти горизонтально. Добыча производится открытыми разработками после снятия покрова, если Б. с. находятся неглубоко. В случае более глубокого залегания работа идет шахтами и штольнями. Рудники обычно сухи, газов в них почти пет, и лишь изредка наблюдается скопление углекислого газа. Добыча Б. с. в Шотландии обходится ок. 2 р. 70 к. за т. У нас эта цена в соответствии с ценой угля м. б. несколько повышена. Б Ленинградской губернии высший предел стоимости сланца м. б. доведен до 8 р. 80 к. за т. В СССР, несмотря на богатство другими видами минерального топлива, Б. с. имеют большое значение, ибо их залежи расположены как раз в тех местах, где нет другого вида минерального топлива: Ленинградская губ., Среднее Поволжье и Общий Сырт. Быгодность Б. с. по сравнению с завозным топливом, не считая покровительственных тарифных ставок на завозное топливо, будет такова: 1 килограмм Б. с. дает иод котлами 3 килограмма нормального пара, стоимостью по 0,22 к. за кг; при донском угле, ценою 2,5 к. за кг франко-Ленннград, 1 килограмм пара обходится в 0,34 к.; иначе говоря, стоимость пара при угле на 50% больше. Особенно важно значение залежей Б. с. для эксплуатации центральных силовых станций Северо-западной области, Заволжья и района средней Волги.

Лит.: Архангельс к и и А. Д., Очерк месторождений горючих сланцев в Енрои. России. «Нгфт. и сл. хоз.», Μ. II., 1920, 9—12, стр. 00; II о г р е б о в Η. Ф. Прибалтийские горючие сланцы, сборник «Ес-теств. цронзв. силы России», II. 1920, т. 4, вып. 20, стр. 288; Бог д а н о в и ч К. II. Очерк месторождений нефти и доугих битумов, Петроград. 1921; К л и ц к и и К. II., Геология нефти, Петроград, 1921; Стюарт Д. Р., Химии горючих сланцев, пер. <’ англ., II., 1920; И о т о н ь е Г. Сапропелиты, пер. с нем., II., 1920; «Известия ОСОТОИА», М., 1918; «Нефт. и сл. хоз.», М., 1920—25; «IГефт. хоз.». М.—Л., с 1926; «Горный журнал», М. с 1825; «Поверхность и недра». 1915; Розанов А. II., Горючие сланцы ёвроп. части СССР, Л., 1927 (имеет сводку русск. литературы, кроме: Ста д и и к о в Г. Л., «Известия Карповского института», т. 4, М., 1927); Раков-е к и ii Е. В., «Химико-фарм. журнал», Москва. 1926, 6 и Г; Р а к о в е к и ii Е. В., «Строитель», А1., 1927. в; К 1 e V е г Н. и. Маис!) К. Cber den Ol-schicfer, Halle a/S., 1927 (с главн. заграничных работ). Е. Раиовский.