シェールオイル採掘

シェールオイル採掘

シェルの実験的な原位置シェールオイル施設、コロラド州ピセアンス盆地、米国
プロセスタイプ	化学薬品
産業部門	化学産業、石油産業
主な技術またはサブプロセス	キビター、ガロター、ペトロシックス、撫順、シェルICP
原料	オイルシェール
製品）	シェールオイル
主要企業	ロイヤル ダッチ シェル、エスティ エネルギア、ヴィル ケミア グループ、ペトロブラス、撫順鉱業グループ
主な施設	撫順シェールオイルプラント、ナルバオイルプラント、ペトロシックス、スチュアートシェールオイルプラント

シェールオイル抽出は、非在来型石油生産のための工業プロセスです。このプロセスでは、オイルシェール中のケロゲンを熱分解、水素化、または熱溶解によってシェールオイルに変換します。得られたシェールオイルは燃料油として使用されるか、水素を添加して硫黄と窒素の不純物を除去することで精製原料の仕様を満たすようにアップグレードされます。^[1]

シェールオイルの抽出は通常、オイルシェールを採掘し、それを処理施設で処理することによって地上で行われます（ ex situ処理）。他の近代的な技術では、熱を加えて油井から石油を抽出することによって地下で処理（オンサイトまたはin situ処理）を行います。^[2]

このプロセスに関する最も古い記述は 10 世紀に遡ります。1684 年、イギリスは最初の正式な抽出プロセスの特許を付与しました。抽出産業とイノベーションは 19 世紀に広まりました。この産業は、従来の石油の大規模な埋蔵量が発見された後、20 世紀半ばに縮小しましたが、 21 世紀初頭の石油価格の高騰により、新たな関心が高まり、新しい技術の開発とテストが行​​われました。

2010 年現在、エストニア、ブラジル、中国では、長年にわたる主要な採掘産業が操業しています。その経済的実現可能性には、通常、現地で入手可能な原油の不足が条件となります。国家のエネルギー安全保障問題も、シェールオイル採掘の発展に影響を与えています。シェールオイル採掘の批判者は、廃棄物処理、大量の水の使用、廃水管理、大気汚染などの環境管理の問題を提起しています。

10世紀、アッシリアの医師マサワイ・アル・マルディニ（小メスエ）は、「ある種の瀝青質頁岩」から石油を抽出する実験について記している。^[4] 最初の頁岩抽出の特許は、1684年に英国王室から、「ある種の石から大量のピッチ、タール、油を抽出して製造する方法を発見した」3人に与えられた。^{[3] [5] [6]}現代の頁岩抽出の産業化は、1838年にアレクサンダー・セリグが発明した方法の実施によりフランスで始まり、10年後にはジェームズ・ヤングが発明した方法を使用してスコットランドで改良された。^{[3] [7]} 19世紀後半には、オーストラリア、ブラジル、カナダ、米国で工場が建設された。^[8] 1894年に発明されたパンファーストン炉は、それ以前のものよりも石炭熱への依存度がはるかに低く、オイルシェール産業と石炭産業の分離を意味しました。^[3]

中国（満州）、エストニア、ニュージーランド、南アフリカ、スペイン、スウェーデン、スイスでは、20世紀初頭にシェールオイルの採掘が始まった。しかし、1920年代のテキサス、20世紀半ばの中東での原油発見により、ほとんどのオイルシェール産業は停止した。^{[8] [9] [10] [11] 1944年、米国は}合成液体燃料プログラム の一環としてシェールオイルの採掘を再開した。これらの産業は、1980年代に原油価格が急落するまで続いた。^{[9] [12] [13]}ユノカル社 が運営していた米国最後のオイルシェール蒸留所は1991年に閉鎖された。^{[12] [13]米国のプログラムは2003年に再開され、} 2005年にはエネルギー政策法に基づいて連邦政府の土地でオイルシェールとオイルサンドの採掘を許可する商業リースプログラムが続いた。^[14]

2010年現在^{[アップデート]}、エストニア、ブラジル、中国でシェールオイルの採掘が行われている。^{[15] [16] [17]} 2008年には、これらの産業は約93万 トン（1日あたり17,700バレル）のシェールオイルを生産した。 ^[8] オーストラリア、米国、カナダは、実証プロジェクトを通じてシェールオイルの抽出技術をテストし、商業化を計画しており、モロッコとヨルダンも同様の意向を発表している。^{[8] [12] [17] [18] [19] [20]商業的に使用されているのは、} Kiviter、Galoter、Fushun、Petrosix の4つのプロセスのみである。^[16]

シェールオイル抽出プロセスは、オイルシェールを分解し、そのケロゲンを石油のような合成原油であるシェールオイルに変換するプロセスです。このプロセスは、熱分解、水素化、または熱溶解によって行われます。^{[21] [22]}抽出プロセスの効率は、シェールのサンプルに対して行われたフィッシャーアッセイの結果と収量を比較することによって評価されることがよくあります。 ^[23]

最も古く、最も一般的な抽出方法は、熱分解（レトルト法または破壊蒸留とも呼ばれる）です。このプロセスでは、オイルシェールを酸素のない状態で加熱し、ケロジェンを分解して凝縮性のシェールオイル蒸気と非凝縮性の可燃性 オイルシェールガスにします。次に、オイル蒸気とオイルシェールガスを集めて冷却し、シェールオイルを凝縮させます。さらに、オイルシェールの処理により、固体残留物である使用済みオイルシェールが生成されます。使用済みシェールは、無機化合物（鉱物）と、ケロジェンから形成された炭素質残留物であるチャーで構成されています。使用済みシェールからチャーを燃焼させると、オイルシェール灰が生成されます。使用済みシェールとシェール灰は、セメントやレンガ製造の原料として使用できます。^{[21] [24]オイルシェールの組成は、}アンモニア、硫黄、芳香族化合物、ピッチ、アスファルト、ワックス などの副産物の回収を通じて抽出プロセスに付加価値を与える可能性がある。^[13]

オイルシェールを熱分解温度まで加熱し、吸熱性のケロジェン分解反応を完了させるには、エネルギー源が必要です。一部の技術では、この熱を生成するために天然ガス、石油、石炭などの化石燃料を燃焼させており、実験方法では、この目的で電気、電波、マイクロ波、または反応性流体を使用しています。 ^[2] 外部からの熱エネルギー要件を削減し、さらには排除するために、2つの戦略が使用されています。熱分解によって生成されたオイルシェールガスと炭化副産物をエネルギー源として燃焼させる方法と、高温の使用済みオイルシェールとオイルシェール灰に含まれる熱を生のオイルシェールの予熱に使用する方法です。^[21]

原位置外処理では、オイルシェールはより小さな破片に粉砕され、表面積が拡大されて抽出が改善されます。オイルシェールの分解が起こる温度は、プロセスの時間スケールによって異なります。原位置外乾式処理では、分解は300℃（570℉）で始まり、温度が高くなるほどより迅速かつ完全に進行します。生産される石油の量は、温度が480〜520℃（900〜970℉）の範囲にあるときに最も多くなります。オイルシェールガスとシェールオイルの比率は、一般的に乾式処理温度とともに増加します。^[21]数か月の加熱を要する 現代の原位置処理では、分解は250℃（480℉）という低温で行われる場合があります。 600℃（1,110℉）以下の温度が望ましい。これは岩石中の石灰岩とドロマイトの分解を防ぎ、二酸化炭素の排出とエネルギー消費を抑えるためである。^[25]

水素化と熱溶解（反応性流体プロセス）は、水素供与体、 溶媒、またはこれらの組み合わせを使用して石油を抽出します。熱溶解は、高温高圧下で溶媒を適用し、溶解した有機物を分解することで石油の生産量を増加させます。異なる方法により、異なる特性を持つシェールオイルが生成されます。^{[22] [26] [27] [28]}

業界アナリストは、オイルシェールからシェールオイルを抽出するために使用される技術をいくつかの分類に分類しています。

プロセスの原理：原料オイルシェールを熱と溶剤で処理する方法に基づいて、熱分解、水素化、熱溶解に分類されます。^[22]

場所による分類: よく使われる区別は、処理が地上で行われるか地下で行われるかを考慮し、技術を大まかにex situ (置換) とin situ (その場) に分類することです。ex situ処理は地上乾留とも呼ばれ、オイルシェールは地下または地表で採掘され、処理施設に運ばれます。対照的に、in situ処理では、オイルシェール鉱床の形のままケロジェンを変換し、その後、従来の原油と同じように油井から抽出します。 ^[2] ex situ処理 とは異なり、使用済みのオイルシェールは地下に残るため、地上での採掘や使用済みオイルシェールの処分は行われません。^[29]

加熱方法による分類：燃焼生成物からオイルシェールへの熱伝達方法は、直接法と間接法に分類できる。燃焼生成物をレトルト内でオイルシェールに接触させる方法は直接法に分類されるが、レトルト外部の物質を燃焼させてオイルシェールに接触する別の物質を加熱する方法は間接法に分類される^[16]。

熱媒体別：オイルシェールに熱エネルギーを供給するために使用される材料に基づいて、処理技術は、ガス熱媒体、固体熱媒体、壁伝導、反応性流体、および体積加熱方法に分類されています。^{[11] [23] [2] [30]}熱媒体方法は、直接または間接に分類できます。

次の表は、加熱方法、熱媒体、場所（in situまたはex situ）別に分類された抽出技術を示しています。

原料オイルシェール粒子の大きさ：様々なex situ処理技術は、レトルトに投入されるオイルシェール粒子の大きさによって区別される。一般的に、ガス熱搬送技術は直径10～100ミリメートル（0.4～3.9インチ）のオイルシェール塊を処理するが、固体熱搬送技術と壁伝導技術は直径10ミリメートル（0.4インチ）未満の粒子である微粒子を処理する。^[16]

レトルトの方向による: 「Ex-situ」技術は、垂直型または水平型に分類されることがあります。垂直型レトルトは通常、シェール層が重力によって上から下へ移動する竪窯です。水平型レトルトは通常、シェールが一方の端からもう一方の端へ移動する水平回転ドラムまたはスクリューです。原則として、垂直型レトルトはガス熱媒体を使用して塊を処理し、水平型レトルトは固体熱媒体を使用して微粉を処理します。

技術の複雑さによる分類:インサイチュ技術は通常、真のインサイチュプロセスと修正インサイチュプロセスに分類されます。真のインサイチュプロセスでは、オイルシェールの採掘や粉砕は行われません。修正インサイチュプロセスでは、対象となるオイルシェール鉱床を掘削および破砕して鉱床内に空隙を作ります。空隙により鉱床内のガスや流体の流れが改善され、生産されるシェールオイルの量と品質が向上します。^[13]

内燃機関技術では、垂直シャフトのレトルト内で物質（通常は炭化物とオイルシェールガス）を燃焼させて熱分解のための熱を供給する。^{[11] [2]} 通常、12ミリメートル（0.5インチ）から75ミリメートル（3.0インチ）の大きさの生のオイルシェール粒子がレトルトの上部に投入され、上昇する高温ガスによって加熱され、下降するオイルシェールを通過し、約500℃（932°F）でケロジェンが分解される。シェールオイルミスト、発生ガス、冷却された燃焼ガスはレトルトの上部から除去され、分離装置に移動される。凝縮したシェールオイルは収集され、非凝縮性ガスはリサイクルされてレトルトの熱を運ぶために使用される。レトルトの下部では、燃焼のために空気が注入され、使用済みのオイルシェールとガスが700 °C (1,292 °F) から 900 °C (1,650 °F) に加熱される。冷たいリサイクルガスがレトルトの底部に入り、シェール灰を冷却することもある。^{[11] [21] [31]}ユニオンAプロセスとスペリアダイレクトプロセスはこのパターンから外れている。ユニオンAプロセスでは、オイルシェールはレトルトの底部から供給され、ポンプで上方に移動される。^[11] スペリアダイレクトプロセスでは、オイルシェールは水平でセグメント化されたドーナツ型移動格子レトルトで処理される。^{[11] [25] [32]}

パラホダイレクトなどの内燃機関は、使用済みシェールの炭化物の燃焼とシェール灰および発生したガスから回収した熱でレトルトに必要な熱をすべて賄えるため、熱効率に優れています。これらの技術は、フィッシャー分析収量の80～90%を達成できます。 ^[30] 2つの確立されたシェールオイル産業は内燃機関技術を使用しています。キビタープロセス施設は1920年代からエストニアで継続的に稼働しており、多くの中国企業が撫順プロセス施設を運営しています。

内燃機関技術の一般的な欠点は、可燃性のオイルシェールガスが燃焼ガスによって希釈され^[30]、10ミリメートル（0.4インチ）未満の粒子を処理できないことです。レトルト全体にガスが不均一に分布すると、ホットスポットによって粒子が融合または崩壊し、詰まりが発生する可能性があります。

高温リサイクル固体技術は、高温の固体粒子（通常はオイルシェール灰）をリサイクルすることでオイルシェールに熱を伝えます。これらの技術では通常、回転窯または流動床レトルトを使用し、直径が一般に 10 ミリメートル (0.4 インチ) 未満の微細なオイルシェール粒子を供給します。一部の技術では、2.5 ミリメートル (0.10 インチ) よりも小さい粒子を使用します。リサイクル粒子は別のチャンバーまたは容器で約 800 °C (1,470 °F) に加熱され、次に生のオイルシェールと混合されてシェールが約 500 °C (932 °F) で分解します。油蒸気とシェールオイルガスは固体から分離され、冷却されて油が凝縮され、収集されます。燃焼ガスとシェール灰から回収された熱は、生のオイルシェールを高温リサイクル固体と混合する前に乾燥および予熱するために使用できます。

ガロタープロセスとエネフィットプロセスでは、使用済みのオイルシェールは別の炉で燃焼され、その結果生じた高温の灰は燃焼ガスから分離され、回転窯でオイルシェール粒子と混合されます。炉からの燃焼ガスは、高温の灰と混合する前に乾燥機でオイルシェールを乾燥させるために使用されます。^[33] TOSCO IIプロセスでは、高温のリサイクル固体としてシェール灰の代わりにセラミックボールを使用します。 ^[13]アルバータタチュークプロセス（ATP） の特徴は、プロセス全体が単一の回転する多室水平容器で行われることです。^{[13] [16]}

高温リサイクル固形物は別の炉で加熱されるため、これらの技術によるオイルシェールガスは燃焼排ガスで希釈されません。^{[11] [2]}もう1つの利点は、レトルトが処理できる最小粒子に制限がないため、粉砕された原料をすべて使用できることです。欠点の1つは、結果として生じる細かいシェール灰を処理するために、より多くの水が使用されることです。

これらの技術は、熱をレトルトの壁を通して伝導することでオイルシェールに熱を伝えます。シェール原料は通常、微粒子で構成されています。その利点は、レトルト蒸気が燃焼排気ガスと混ざらないことです。^{[11] [2]} Combustion Resourcesプロセスでは、水素燃焼回転窯を使用し、高温ガスが外側の環状部を循環します。^{[34] [35]} Oil -Tech段階式電気加熱レトルトは、相互に接続された個別の加熱室が積み重ねられています。^{[12] [32]} その主な利点は、モジュール設計にあり、これにより携帯性と適応性が向上しています。^[32] Red Leaf Resources EcoShale In-Capsuleプロセスは、土構造の範囲内で操作することにより、露天掘りとin situプロセスに似た低温加熱方法を組み合わせています。平行パイプを循環する高温ガスがオイルシェールの瓦礫を加熱します。^{[12] [36] [37]} 採掘によって生じた空きスペース内に設備を設置することで、地形を急速に再生することが可能になる。^[37] 壁を介した伝導技術の一般的な欠点は、高温合金で作られた大量の熱伝導壁が必要になるため、規模を拡大するとレトルトのコストが高くなることである。

一般に、外部で生成される高温ガス技術は、垂直シャフト窯でオイルシェールの塊を処理するという点で、内燃機関技術に似ています。ただし、重要なことは、これらの技術の熱はレトルト容器の外で加熱されたガスによって供給されるため、レトルト蒸気は燃焼排気で希釈されないことです。^{[11] [2]} PetrosixとParaho Indirectはこの技術を採用しています。^{[13] [38]微粒子を供給物として受け入れないことに加えて、これらの技術は}、使用済みシェール上の炭化物を燃焼させる潜在的な熱を利用しないため、より貴重な燃料を燃やす必要があります。ただし、使用済みシェールが燃焼しないため、オイルシェールは500°C（932°F）を超えず、一部のオイルシェールでは炭酸塩鉱物の大幅な分解とそれに続くCO2_生成を回避できます。また、これらの技術は、内燃機関や高温固体リサイクル技術よりも安定しており、制御が容易な傾向があります。

ケロジェンはシェールにしっかりと結合しており、ほとんどの溶媒では溶解しません。^[39]この制約にもかかわらず、超臨界状態の流体を含む特に反応性の高い流体を使用した抽出がテストされています。^[39]反応性流体技術は、水素含有量の低いオイルシェールの処理に適しています。これらの技術では、水素ガス（H ₂）または水素供与体（化学反応中に水素を供与する化学物質）がコークス前駆物質（オイルシェール中の化学構造で、レトルト中に炭化しやすいが、まだ炭化していないもの）と反応します。^[40] 反応性流体技術には、 IGT Hytort（高圧H ₂）プロセス、供与溶媒プロセス、およびチャタヌーガ流動床反応器があります。^{[12] [2]} IGT Hytortでは、オイルシェールは高圧水素環境で処理されます。^[41] チャタヌーガプロセスでは、オイルシェールの熱分解と水素化に流動床反応器と関連する水素燃焼ヒーターを使用します。^{[12]実験結果によると、これらの技術は熱分解プロセスよりも大幅に高い石油収率を得られることが多いことが示されています。欠点は、}水素製造と高圧レトルト容器 の追加コストと複雑さです。

プラズマ技術を用いたオイルシェールのガス化に関する実験がいくつか実施されている。^[42]これらの技術では、オイルシェールにラジカル（イオン）が照射される。ラジカルがケロゲン分子を分解して合成ガスと石油が形成される。空気、水素、窒素がプラズマガスとして使用され、プロセスはアーク、プラズマアーク、プラズマ電気分解モードで実行される。 ^{[42] [43] [44]} これらの技術の主な利点は、水を使用せずに処理できることである。^[43]

インサイチュ技術は、岩層に高温の流体を注入するか、線状または平面状の加熱源を使用して熱伝導と対流により対象領域全体に熱を分散させることにより、オイルシェールを地中で加熱する。その後、シェールオイルは地層に掘削された垂直の井戸から回収される。 ^[12]これらの技術は、井戸が露天掘りよりも深いところまで到達できるため、従来のエクスサイチュ処理技術よりも一定面積からより多くのシェールオイルを抽出できる可能性がある。従来の採掘技術では抽出できなかった低品位鉱床からシェールオイルを回収する機会を提供する^{。 [45]}

ジョン・フェルは1921年にオーストラリアのニューネスで原位置抽出の実験を行い、ある程度の成功を収めたが^{[46] [47]}、彼の野心は当時利用可能な技術をはるかに上回るものであった。

第二次世界大戦中、改良された原位置抽出プロセスがドイツで実施されたが、大きな成功はなかった。^{[11]最も初期の成功した}原位置プロセス の一つは、電気エネルギーによる地下ガス化（リュングストローム法）であり、1940年から1966年の間にスウェーデンのクヴァルトルプでシェールオイル抽出に利用されたプロセスである。 ^{[11] [48]} 1980年代以前には、米国で原位置プロセスの多くのバリエーションが研究された。米国で最初の改良された原位置オイルシェール実験は、 1972年にコロラド州ローガンウォッシュでオキシデンタル石油によって実施された。^[13]さまざまな熱源と熱伝達システムを使用する新しい技術が研究されている。

壁伝導原位置技術では、オイルシェール層内に設置された加熱素子または加熱パイプを使用する。シェルの原位置変換プロセス（シェルICP）では、電気加熱素子を使用して、約4年間かけてオイルシェール層を340〜370 °C（650〜700 °F）に加熱する。^[49] 処理エリアは、循環する超冷却流体で満たされた井戸で構成される凍結壁によって周囲の地下水から隔離されている。 ^{[23] [29]} このプロセスの欠点は、電力消費量が多いこと、水の使用量が膨大であること、および地下水汚染のリスクがあることである。^{[50]このプロセスは、1980年代初頭から}ピセアンス盆地 のマホガニー試験場でテストされてきた。2004年には、9×12メートル（30×40フィート）の試験エリアで270立方メートル（1,700バレル）の石油が抽出された。^{[29] [49] [51]}

アメリカン・シェール・オイル社が提案したCCRプロセスでは、抽出するオイルシェール層の下に設置された一連のパイプを通して、過熱蒸気または他の熱伝達媒体を循環させる。このシステムは、蒸気を通す水平井と、変換されたシェールオイルの還流による垂直熱伝達と生成された炭化水素の収集手段の両方を提供する垂直井を組み合わせたものである。熱は、初期段階では天然ガスまたはプロパンの燃焼によって供給され、後期段階ではオイルシェールガスによって供給される。^{[12] [52]}

インディペンデント・エナジー・パートナーズが提案する地熱燃料電池プロセス（IEP GFC）は、高温の燃料電池スタックを利用してシェールオイルを抽出します。オイルシェール層に設置されたセルは、ウォームアップ期間中は天然ガスで燃料を供給され、その後はオイルシェール自身の廃熱によって生成されたガスで燃料を供給されます。^{[12] [48]}

外部から生成される高温ガスの現場抽出技術では、高温ガスを地上で加熱し、オイルシェール層に注入する。シェブロン社がロスアラモス国立研究所と共同で研究したシェブロンCRUSHプロセスでは、掘削した井戸から加熱した二酸化炭素を層に注入し、ガスが循環する一連の水平方向の亀裂を通して層を加熱する。^[53]ジェネラル・シンフューエルズ・インターナショナルは、オイルシェール層に過熱空気を注入するオムニシェールプロセス を提案している。 ^{[12] [37]}マウンテン・ウェスト・エナジーの現場蒸気抽出プロセスでは、高温ガスの注入の同様の原理が使用されている。^{[12] [54]}

エクソンモービルの原位置技術（エクソンモービルエレクトロフラック）は、壁伝導と体積加熱の両方の要素を備えた電気加熱を使用しています。オイルシェール層に形成された水圧破砕部に、焼成石油コークスなどの導電性材料を注入し、加熱要素を形成します。^{[12] [55] [56]} 加熱井は、2番目の水平井が先端で交差する平行列に配置されています。これにより、両端に反対の電荷を適用できます。^{[12] [56]}

イリノイ工科大学は、 1970年代後半に、ラジオ波（無線周波数処理）を使用したオイルシェールの容積加熱の概念を開発した。この技術は、ローレンス・リバモア国立研究所によってさらに開発された。オイルシェールは、垂直電極アレイによって加熱される。数十メートル間隔で設置することで、より深い容積をより遅い加熱速度で処理することができる。この概念は、表皮の深さが数十メートルになる無線周波数を想定しており、それによって伝導加熱に必要な熱拡散時間を克服している。^{[2] [57] [58]} その欠点は、電力需要が集中することと、地下水または炭化物が過度の量のエネルギーを吸収する可能性があることである。^[2] 臨界流体と組み合わせた無線周波数処理は、レイセオン社がCFテクノロジーズ社と共同で開発しており、シュルンベルジェ社によってテストされている。^{[59] [60]}

マイクロ波加熱技術は電波加熱と同じ原理に基づいていますが、電波加熱はエネルギーがオイルシェール層のより奥深くまで浸透するため、マイクロ波加熱よりも優れていると考えられています。[ ^61] マイクロ波加熱プロセスは、Global Resource Corporation によってテストされました。^[62] Electro-Petroleum は、生産井の陰極と他の井戸の表面または深部にある陽極の間に直流電流を流すことで、電気的に石油回収を強化することを提案しています。オイルシェール層を電流が通過すると、抵抗性ジュール加熱が発生します。^[12]

生のシェールオイルの特性は、親オイルシェールの組成と使用される抽出技術によって異なります。^[63] 従来の石油と同様に、シェールオイルは炭化水素の複雑な混合物であり、オイルのバルク特性を使用して特徴付けられます。シェールオイルには通常、大量のオレフィン性炭化水素と芳香族炭化水素が含まれています。シェールオイルには、かなりの量のヘテロ原子も含まれる場合があります。一般的なシェールオイルの組成には、0.5〜1％の酸素、1.5〜2％の窒素、0.15〜1％の硫黄が含まれ、一部の鉱床にはより多くのヘテロ原子が含まれています。鉱物粒子や金属も存在することがよくあります。^{[64] [65]} 一般に、シェールオイルは原油よりも流動性が低く、 24〜27℃（75〜81°F）の温度で注ぎやすくなりますが、従来の原油は−60〜30℃（−76〜86°F）の温度で注ぎやすくなります。この特性は、シェールオイルを既存のパイプラインで輸送する能力に影響を与える。^{[64] [66] [67]}

シェールオイルには発がん性のある多環芳香族炭化水素が含まれています。未精製のシェールオイルは中間精製製品と同程度の軽度の発がん性があると言われていますが、精製されたシェールオイルは多環芳香族のほとんどが水素化によって分解されるため、発がん性は低くなります。^[68]

シェールオイルはそのまま燃料油として燃焼できるが、多くの用途では精製が必要となる。原料油の特性が異なるため、従来の石油精製所に送る前に、それに応じたさまざまな前処理が必要となる。 [ ^1]

原油中の微粒子は下流の工程を詰まらせ、硫黄と窒素は大気汚染を引き起こす。硫黄と窒素は、存在する可能性のあるヒ素と鉄とともに、精製に使用される触媒を破壊します。 ^{[69] [70]} オレフィンは不溶性の沈殿物を形成し、不安定性を引き起こします。原油よりも高レベルに存在する油内の酸素は、破壊的なフリーラジカルの形成につながります。^[60]水素化脱硫と水素化脱窒素はこれらの問題に対処し、ベンチマーク原油に匹敵する製品を生み出すことができます。^{[64] [60] [71] [72]}フェノールは、最初に水抽出によって除去できます。^{[72]シェールオイルを輸送燃料にアップグレードするには、水素を追加する（}水素化分解）か炭素を除去する（コークス化）ことによって、水素と炭素の比率を調整する必要があります。^{[71] [72]}

第二次世界大戦前、シェールオイルのほとんどは輸送燃料として利用するために改良されていました。その後、化学中間体、純粋化学薬品、工業用樹脂の原料、鉄道木材防腐剤として使用されました。2008年現在、シェールオイルは主に暖房用燃料と船舶燃料として使用され、少量ではありますが、さまざまな化学物質の製造にも使用されています。^[1]

シェールオイルは高沸点化合物を濃縮しており、灯油、ジェット燃料、ディーゼル燃料などの中間留分の製造に適しています。^{[60] [73] [74]}さらにクラッキングすることで、ガソリンに使用されるより軽い炭化水素を生成することができます。^{[60] [75]}

シェールオイル生産に関する最大の問題は、どのような条件下でシェールオイルが経済的に採算が取れるかである。米国エネルギー省によると、1日10万バレル（16,000 m ³ /日）の石油源外処理施設の資本コストは30億～100億ドルである。^[76] オイルシェール鉱床を開発するさまざまな試みは、特定の地域でのシェールオイル生産コストが石油やその他の代替品の価格よりも低い場合にのみ成功している。ランド研究所が実施した調査によると、米国内の仮想的な地表乾留施設（鉱山、乾留工場、精製工場、支援設備、使用済みオイルシェールの再生で構成）でのシェールオイル生産コストは、2005年の値に調整すると1バレルあたり70～95ドル（440～600ドル/m ³）の範囲となる。商業生産開始後の段階的な生産量増加を前提に、分析では、10億バレル（160 × 10 ⁶  m ^{3 ）の節目を達成した後、処理コストが徐々に1バレルあたり30～40ドル（190～250ドル/m 3} ）まで低下すると予測している。^{[10] [29]}米国エネルギー省は、原油価格が1バレルあたり54ドル以上で安定すれば、 ex situ処理が経済的であり、 1バレルあたり35ドル以上であればin situ処理が経済的であると推定している。これらの推定では、収益率が15％と仮定している。^[76]ロイヤル・ダッチ・シェルは2006年に、シェルICP技術は原油価格が1バレルあたり30ドル（190ドル/m ^{3 ）以上であれば利益が出ると発表しているが、フルスケール生産の一部の技術では、原油価格が1バレルあたり20ドル（130ドル/m 3}）以下でも利益が出ると主張している。^{[13] [77]}^

オイルシェールの乾留効率を高め、それによってシェールオイル生産の実現可能性を高めるために、研究者らは、バイオマス、泥炭、廃ビチューメン、ゴムやプラスチックの廃棄物などの他の材料をオイルシェールと一緒に乾留するいくつかの共熱分解プロセスを提案し、テストしてきました。^{[78] [79] [80] [81] [82]} いくつかの改良技術では、流動床レトルトと循環流動床炉を組み合わせて熱分解の副産物（炭化物とオイルシェールガス）を燃焼させ、それによって石油収率を改善し、スループットを増やし、乾留時間を短縮することが提案されています。^[83]

シェールオイル抽出の経済性を改善する他の方法としては、規模の経済を達成するために事業規模を拡大すること、中国の撫順のように石炭採掘の副産物であるオイルシェールを使用すること、エストニアのViru Keemia Gruppのように特殊化学品を生産すること、廃熱から電気を共同発電すること、処理されるシェール1枚あたりより多くの石油を生産する高品質のオイルシェールを処理することなどが考えられる。

オイルシェールのエネルギー源としての可能性を測る指標として、採掘と処理に使用されたエネルギーに対する抽出された石油のエネルギーの比率（エネルギー回収率、EROEI）が考えられる。1984年の研究では、さまざまな既知のオイルシェール鉱床のEROEIは0.7から13.3の範囲であると推定された。^{[84]一部の企業や新しい技術では、EROEIは3から10であると主張している。2010年の世界エネルギー展望によると、}原油処理のEROEIは通常4から5であるが、原油処理では2まで低くなることもある^。[85]

EROEIを高めるために、いくつかの複合技術が提案された。これには、残留炭素（チャー）のガス化や燃焼などのプロセス廃熱の利用や、石炭ガス化や原子力発電などの他の産業プロセスからの廃熱の利用が含まれる。^{[12] [86] [87]}

水資源が乏しい地域では、抽出プロセスに必要な水は追加の経済的考慮事項となります。

オイルシェールの採掘には多くの環境影響があり、坑内採掘よりも露天採掘の方が顕著である。^[88]これには、かつて埋蔵されていた物質の突然の急速な露出とそれに続く酸化によって引き起こされる酸性排水、水銀を含む金属の表層水と地下水への流入^{[89] 、}浸食の増加、硫黄ガスの排出、処理、輸送、サポート活動中に粒子が生成されることによって引き起こされる大気汚染などがある。 ^{[57] [90]} 2002年には、エストニアの大気汚染の約97％、総廃棄物の86％、水質汚染の23％が、発電の主な資源としてオイルシェールを使用する電力産業に起因していた。^[91]

オイルシェールの採掘は、採掘地域の土地や生態系の生物学的価値やレクリエーション価値を損なう可能性がある。燃焼と熱処理により廃棄物が発生する。さらに、オイルシェールの処理と燃焼による大気排出物には、温室効果ガスである二酸化炭素が含まれる。環境保護論者は、従来の化石燃料よりもさらに多くの温室効果ガスを排出するため、オイルシェールの生産と使用に反対している。^[92] 実験的な原位置変換プロセスと炭素回収・貯留技術により、将来的にはこれらの懸念の一部が軽減される可能性があるが、同時に地下水汚染など他の問題を引き起こす可能性がある。^[93] オイルシェールの処理によく伴う水質汚染物質には、酸素と窒素の複素環式炭化水素がある。よく検出される例としては、キノリン誘導体、ピリジン、およびピリジンのさまざまなアルキル同族体（ピコリン、ルチジン）がある。^[94]

水不足にもかかわらずオイルシェール採掘を拡大する計画がある米国西部やイスラエルのネゲブ砂漠などの乾燥地域では、水問題は敏感な問題である。^[95] 技術に応じて、地上での乾留では、生産されるシェールオイル1バレルあたり1〜5バレルの水を使用する。^{[29] [96] [97] [98]}米国土地管理局が2008年に発行した計画的環境影響評価書では、露天掘りと乾留作業により、処理されたオイルシェール1ショートトン（0.91トン）あたり2〜10米ガロン（7.6〜37.9リットル、1.7〜8.3英ガロン）の廃水が発生すると述べている。^{[96]ある推計によると、}その場での処理では、約10分の1の水を使用する。^[99]グリーンピースのメンバーを含む環境活動家は、オイルシェール産業に対して強力な抗議活動を組織している。その結果、クイーンズランド・エネルギー・リソーシズは、オーストラリアで計画されていたスチュアート・オイルシェール・プロジェクトを2004年に保留にした。 ^{[57] [100] [101]}