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や窒素の不純物を除去することで製油所の原料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、地上で(原位置外処理)オイルシェールを採掘し、処理施設で処理することによって行われます。その他の最新技術では、地下で(現場または原位置処理)加熱し、油井を通してオイルを抽出することによって処理が行われます。[ 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特許を付与しました。抽出産業と技術革新は19世紀に広く普及しました。20世紀半ばには、従来型石油の大規模な埋蔵量が発見されたことで産業は縮小しましたが、21世紀初頭の原油価格の高騰により再び関心が高まり、新たな技術の開発と試験が行われています。
2010年現在、エストニア、ブラジル、中国では、長年にわたり大規模なシェールオイル採掘産業が操業している。その経済的実現可能性は、通常、地元で原油が不足していることを前提としている。国家のエネルギー安全保障問題も、その発展に影響を与えている。シェールオイル採掘の批判者たちは、廃棄物処理、大量の水の使用、廃水処理、大気汚染といった環境管理上の問題について疑問を呈している。

10 世紀、アッシリアの医師マサワイフ・アル=マルディニ(若いメスエ)は、「ある種の瀝青頁岩」から油を抽出する実験について記述した。[ 4 ] 最初の頁岩油抽出特許は、1684 年にイギリス王室によって、「ある種の石から大量のピッチ、タール、油を抽出する方法を発見した」 3 人に与えられた。[ 3 ] [ 5 ] [ 6 ]現代の頁岩油の工業的抽出は、 1838 年にアレクサンダー・セリグによって発明されたプロセスがフランスで実施されたことから始まり、10 年後にスコットランドでジェームズ・ヤングによって発明されたプロセスを使用して改良された。[ 3 ] [ 7 ] 19 世紀後半には、オーストラリア、ブラジル、カナダ、米国に工場が建設された。[ 8 ] 1894年に発明されたパンファーストン式蒸留器は、それまでのものよりも石炭の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象徴するものであった。 [ 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、スイスは20世紀初頭にシェールオイルの採掘を開始した。しかし、1920年代のテキサスと20世紀半ばの中東での原油発見により、ほとんどのシェールオイル産業は停止した。[ 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 ]ユニカル社 が運営していた米国最後のオイルシェール蒸留炉は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、続いて2005年には2005年エネルギー政策法に従って連邦所有地での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開始された。[ 14 ]
2010年現在シェールオイルの採掘は、エストニア、ブラジル、中国で実施されている。[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] 2008年には、これらの国の産業で約93万トン(1日あたり1万7700バレル)のシェールオイルが生産された。 [ 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採掘技術をテストし、商業化を計画している。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プロセスは、 Kiviter、Galoter、Fushun、Petrosixの 4つだけである。[ 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、そのケロゲンをシェールオイル(石油に似た合成原油)に変換します。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実施されたフィッシャーアッセイの結果と収率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(乾留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、ケロゲンが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分解します。その後、オイル蒸気とオイルシェールガスを収集して冷却し、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では、固体の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、ケロゲンから形成された炭素質の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、セメントやレンガの製造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、吸熱性のケロゲ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、この熱を発生させるために天然ガス、石油、石炭などの他の化石燃料を燃焼させており、実験的な方法では、この目的のために電気、電波、マイクロ波、または反応性流体が使用されています。 [ 2 ] 外部の熱エネルギー要件を削減、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るオイルシェールガスとチャーの副産物をエネルギー源として燃焼させることができ、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使用して、原油オイルシェールを予熱することができます。[ 21 ]
現場外処理では、オイルシェールはより小さな破片に粉砕され、表面積が増加して抽出効率が向上します。オイルシェールの分解が起こる温度は、処理の時間スケールによって異なります。現場外レトルト処理では、 300 °C (570 °F)で始まり、より高い温度でより速く完全に進行します。生成されるオイルの量は、温度が480 ~ 520 °C (900 ~ 970 °F)の範囲にあるときに最大になります。オイルシェールガスとシェールオイルの比率は、一般的にレトルト温度とともに増加します。[ 21 ]数ヶ月の加熱を必要とする 現代の現場内処理では、分解は250 °C (480 °F)という低い温度で行われる場合があります。600 ℃(1,110 °F)以下の温度が好ましい。これは岩石中の石灰岩やドロマイトの分解を防ぎ、二酸化炭素排出量とエネルギー消費を制限するためである。[ 25 ]
水素化と熱溶解(反応流体プロセス)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。さまざまな方法によって、特性の異なる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について、いくつかの分類を作成している。
プロセス原理による分類:熱と溶剤による原油頁岩の処理に基づき、方法は熱分解、水素化、または熱溶解に分類される。[ 22 ]
By location: A frequently used distinction considers whether processing is done above or below ground, and classifies the technologies broadly as ex situ (displaced) or in situ (in place). In ex situ processing, also known as above-ground retorting, the oil shale is mined either underground or at the surface and then transported to a processing facility. In contrast, in situ processing converts the kerogen while it is still in the form of an oil shale deposit, following which it is then extracted via oil wells, where it rises in the same way as conventional crude oil.[2] Unlike ex situ processing, it does not involve mining or spent oil shale disposal aboveground as spent oil shale stays underground.[29]
By heating method: The method of transferring heat from combustion products to the oil shale may be classified as direct or indirect. While methods that allow combustion products to contact the oil shale within the retort are classified as direct, methods that burn materials external to the retort to heat another material that contacts the oil shale are described as indirect[16]
By heat carrier: Based on the material used to deliver heat energy to the oil shale, processing technologies have been classified into gas heat carrier, solid heat carrier, wall conduction, reactive fluid, and volumetric heating methods.[11][23][2][30] Heat carrier methods can be sub-classified as direct or indirect.
The following table shows extraction technologies classified by heating method, heat carrier and location (in situ or ex situ).
原油頁岩の粒子サイズによる分類:さまざまな外部処理技術は、レトルトに投入される油頁岩粒子のサイズによって区別できます。一般的に、ガス熱媒体技術は直径10~100ミリメートル(0.4~3.9インチ)の油頁岩塊を処理するのに対し、固体熱媒体および壁伝導技術は直径10ミリメートル(0.4インチ)未満の微粒子を処理します。[ 16 ]
レトルトの向きによる分類:「現場外」技術は、垂直型と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、重力によって頁岩層が上から下へ移動するシャフトキルンです。水平型レトルトは通常、頁岩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。一般的に、垂直型レトルトはガス熱媒体を使用して塊状物質を処理するのに対し、水平型レトルトは固体熱媒体を使用して微粉末状物質を処理します。
技術の複雑さによって、原位置技術は通常、真の原位置プロセスまたは修正原位置プロセスに分類されます。真の原位置プロセスでは、オイルシェールの採掘や粉砕は行われません。修正原位置プロセスでは、対象となるオイルシェール鉱床を掘削および破砕して、鉱床内に空隙を作成します。空隙により、鉱床内のガスと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 ]
内燃技術では、垂直シャフトレトルト内で材料(通常はチャーとオイルシェールガス)を燃焼させて熱分解用の熱を供給します。[ 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)のサイズの未処理 オイルシェール粒子がレトルトの上部から投入され、上昇する高温ガスによって加熱されます。この高温ガスは下降するオイルシェールを通過し、約500 ℃(932 °F)でケロゲンの分解を引き起こします。シェールオイルミスト、発生したガス、冷却された燃焼ガスはレトルトの上部から取り除かれ、分離装置に移送されます。凝縮したシェールオイルが収集され、非凝縮性ガスはリサイクルされてレトルトの上部に熱を運ぶために使用されます。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 ℃(1,292 °F)から900 ℃(1,650 °F)に加熱されます。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があります。[ 11 ] [ 21 ] [ 31 ] Union AプロセスとSuperior Directプロセスはこのパターンから外れています。Union 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、ポンプによって上方に送られます。[ 11 ] Superior Directプロセスでは、オイルシェールは水平で分割されたドーナツ型の移動式格子レトルトで処理されます。[ 11 ] [ 25 ] [ 32 ]
Paraho Directなどの内燃技術は、使用済み頁岩上のチャーの燃焼と頁岩灰および発生ガスから回収された熱によってレトルトのすべての熱要件を満たすことができるため、熱効率が高い。これらの技術は、Fischer分析収率の80~90%を達成できる。 [ 30 ]確立された2つのシェールオイル産業は内燃技術を使用している。キビター処理施設は1920年代からエストニアで継続的に稼働しており、多数の中国企業が撫順処理施設を運営している。
内燃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ること[ 30 ] 、および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ある。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る。
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供給します。これらの技術は通常、回転窯または流動床レトルトを使用し、直径が一般的に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)よりもさらに小さい粒子を使用します。リサイクルされた粒子は、別のチャンバーまたは容器で約800 ℃(1,470 °F)まで加熱され、その後、原油オイルシェールと混合され、約500 ℃(932 °F)でシェールが分解されます。油蒸気とシェールオイルガスは固体から分離され、冷却されて凝縮し、油が回収されます。燃焼ガスとシェール灰から回収された熱は、原油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。
GaloterプロセスとEnefit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、生成され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 ] Alberta Taciuk プロセス(ATP) の特徴は、プロセス全体が単一の回転式多室水平容器内で行われることです。[ 13 ] [ 16 ]
高温のリサイクル固形物は別の炉で加熱されるため、これらの技術から得られ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、レトルトで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、結果として生じるより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、レトルト壁を通して熱を伝導することでオイルシェールに熱を伝達します。シェール原料は通常、微粒子で構成されています。これらの技術の利点は、レトルト蒸気が燃焼排気と混ざらないことです。[ 11 ] [ 2 ] Combustion Resourcesプロセスは、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 の段階式電気加熱レトルトは、互いに接続された個別の加熱室が積み重ねられた構造になっています。[ 12 ] [ 32 ] その主な利点は、モジュール設計により携帯性と適応性が向上することです。[ 32 ] Red Leaf Resources のEcoShale In-Capsule プロセスは、地中構造の内部で動作することで、地表採掘と現場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破片を加熱します。[ 12 ] [ 36 ] [ 37 ] 採掘によってできた空きスペース内に設置すれば、地形を迅速に復元できるだろう。[ 37 ] 壁を通じ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生じるため、スケールアップするとレトルトのコストが高くなることである。
一般的に、外部生成熱ガス技術は、垂直シャフトキルンでオイルシェールの塊を処理するという点で、内燃技術と似ています。ただし、これらの技術では、熱はレトルト容器の外側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ガスで希釈されません。[ 11 ] [ 2 ] PetrosixとParaho Indirectはこの技術を採用しています。[ 13 ] [ 38 ]これらの技術は、微粒子を原料として受け入れないことに加えて、使用済みシェールのチャーを燃焼させる潜在的な熱を利用しないため、より価値の高い燃料を燃焼させる必要があります。しかし、使用済みシェールの燃焼がないため、オイルシェールは500 ℃(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の発生を回避できます。また、これらの技術は、内燃技術や高温固体リサイクル技術よりも安定していて制御しやすい傾向があります。
ケロゲンは頁岩に強く結合しており、ほとんどの溶媒による溶解に抵抗します。[ 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(H2 )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、コークス前駆体(オイルシェール中の、乾留中にチャーを形成しやすいがまだ形成していない化学構造)と反応します。[ 40 ] 反応性流体技術には、 IGT Hytort(高圧H2 )プロセス、供与体溶媒プロセス、およびチャタヌーガ流動床反応器が含まれます。[ 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、流動床反応器とそれに付随する水素燃焼ヒーターを使用して、オイルシェールの熱分解と水素化を行います。[ 12 ]実験室での結果によると、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いくつかの実験的試験が実施されている。[ 42 ]これらの技術では、オイルシェールにラジカル(イオン)を照射する。ラジカルはケロゲン分子を分解し、合成ガスとオイルを生成する。プラズマガスとして空気、水素、または窒素が使用され、プロセスはアーク、プラズマアーク、またはプラズマ電解モードで動作する可能性がある。[ 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 ]
原位置技術は、岩盤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、その後熱伝導と対流によって対象領域全体に熱を分配することにより、地下のオイルシェールを加熱します。シェールオイルは、地層に掘削された垂直井戸を通して回収されます。 [ 12 ]これらの技術は、井戸が地表採掘よりも深いところまで到達できるため、従来の原位置外処理技術よりも、特定の土地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ります。これらの技術は、従来の採掘技術では抽出できなかった低品位の鉱床からシェールオイルを回収する機会を提供します。 [ 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現地抽出の実験を行い、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だった技術をはるかに先取りしていた。
第二次世界大戦中、ドイツでは改良された原位置抽出プロセスが実施されたが、大きな成功は得られなかった。[ 11 ]最も初期の成功した原位置プロセス の 1 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、これは 1940 年から 1966 年にかけてスウェーデンのクヴァルン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さまざまなバリエーションが検討された。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 年にオクシデンタル ペトロリアムによってコロラド州ローガン ウォッシュで実施された。[ 13 ]さまざまな熱源と熱供給システムを使用する新しい技術が検討されている。

壁伝導インサイチュ技術では、オイルシェール層内に設置された加熱エレメントまたは加熱パイプを使用します。シェルインサイチュ変換プロセス(Shell ICP)では、電気加熱エレメントを使用して、オイルシェール層を約4年間かけて340~370 ℃(650~700 °F)に加熱します。 [ 49 ] 処理エリアは、循環する超低温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ます。 [ 23 ] [ 29 ] このプロセスの欠点は、電力消費量が多いこと、大量の水を使用すること、および地下水汚染のリスクがあることです。[ 50 ]このプロセスは、1980年代初頭からピシアンス盆地 のマホガニー試験場でテストされています。 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)の石油が抽出されました。 [ 29 ] [ 49 ] [ 51 ]

アメリカンシェールオイルが提案する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、過熱蒸気または別の熱伝達媒体が循環されます。このシステムは、蒸気が通過する水平坑井と、変換されたシェールオイルの還流による垂直方向の熱伝達と生産された炭化水素の回収手段を提供する垂直坑井を組み合わせています。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、後の段階ではオイルシェールガスによって供給されます。[ 12 ] [ 52 ]
Independent Energy Partners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する。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、その後は廃熱によって生成されたオイルシェールガスで燃料供給される。[ 12 ] [ 48 ]
外部で生成された高温ガスを原位置で抽出する技術では、地上で加熱された高温ガスをオイルシェール層に注入します。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、掘削した井戸を通して加熱された二酸化炭素を層に注入し、ガスが循環する一連の水平亀裂を通して層を加熱します。[ 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 を提案しています。 [ 12 ] [ 37 ]マウンテン・ウェスト・エナジーの原位置蒸気抽出プロセスは、高温ガスの注入という同様の原理を使用しています。[ 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、壁面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ます。焼成石油コークスなどの導電性材料を、オイルシェール層に生成された水圧破砕部に注入し、それが加熱要素を形成します。[ 12 ] [ 55 ] [ 56 ] 加熱井は平行に一列に配置され、2番目の水平井がそれらの先端で交差します。これにより、両端に反対の電荷を印加することができます。[ 12 ] [ 56 ]
イリノイ工科大学は、 1970年代後半に電波(高周波処理)を用いたオイルシェールの体積加熱の概念を開発しました。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ました。オイルシェールは垂直電極アレイによって加熱されます。数十メートル間隔で設置された装置により、より深い体積をより遅い加熱速度で処理できます。この概念は、表皮深さが数十メートルにもなる高周波を前提としており、伝導加熱に必要な熱拡散時間を克服します。[ 2 ] [ 57 ] [ 58 ] 欠点としては、電力需要が大きいことと、地下水や炭化物が過剰な量のエネルギーを吸収する可能性があることが挙げられます。[ 2 ]レイセオン はCFテクノロジーズと共同で、重要な流体と組み合わせた高周波処理を開発しており、シュルンベルジェが試験を行っています。[ 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るが、電波加熱は、そのエネルギーが油頁岩層のより奥深くまで浸透できるため、マイクロ波加熱よりも優れていると考えられている。[ 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た。[ 62 ] Electro-Petroleum は、生産井の陰極と、他の井戸の地表または深部に配置された陽極との間に直流電流を流すことによって、電気的に強化された石油回収を提案している。油頁岩層を通過する電流は、抵抗ジュール加熱をもたらす。[ 12 ]
シェールオイルの原油特性は、親油頁岩の組成と使用される抽出技術によって異なる。[ 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。シェールオイルは通常、大量のオレフィン系炭化水素と芳香族炭化水素を含みます。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ことがあります。典型的なシェールオイルの組成には、酸素が0.5~1%、窒素が1.5~2% 、硫黄が0.15~1%含まれ、一部の堆積物にはより多くのヘテロ原子が含まれています。鉱物粒子や金属もしばしば存在します。[ 64 ] [ 65 ] 一般的に、このオイルは原油よりも流動性が低く、24~27 ℃(75~81 °F)の温度で流動可能になりますが、従来の原油は-60~30 ℃(-76~86 °F)の温度で流動可能です。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。未精製シェールオイルは、一部の中間精製製品と同程度の軽度の発がん性を持つとされていますが、精製シェールオイルは、水素化によって多環芳香族のほとんどが分解されると考えられているため、発がん性が低いとされています。[ 68 ]
未精製の頁岩油は燃料油としてすぐに燃焼できるが、多くの用途では精製処理が必要となる。原油の特性が異なるため、従来の石油精製所に送る前に、それに応じた様々な前処理が必要となる。[ 1 ]
原油中の微粒子は下流工程を詰まらせ、硫黄と窒素は大気汚染を引き起こします。硫黄と窒素は、存在する可能性のあるヒ素や鉄とともに、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。原油よりも高濃度で存在する油中の酸素は、破壊的なフリーラジカルの形成を促進します。[ 60 ]水素化脱硫と水素化脱窒素によりこれらの問題を解決し、ベンチマーク原油に匹敵する製品を得ることができます。[ 64 ] [ 60 ] [ 71 ] [ 72 ]フェノールは、まず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、水素を添加(水素化分解)するか炭素を除去(コークス化)することによって、水素と炭素の比率を調整する必要があります。[ 71 ] [ 72 ]
第二次世界大戦前は、シェールオイルの大部分は輸送燃料として使用するために精製されていました。戦後は、化学中間体、純粋な化学品、工業用樹脂の原料、および鉄道用木材防腐剤として使用されました。2008年現在、主に暖房油および船舶燃料として使用され、さまざまな化学品の製造にはそれほど多く使用されていません。[ 1 ]
シェールオイルは沸点の高い化合物が濃縮されているため、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 ]さらに分解することで、ガソリンに使用されるより軽い炭化水素を生成できます。[ 60 ] [ 75 ]
シェールオイル生産における最大の疑問は、どのような条件下でシェールオイルが経済的に実現可能になるかということである。米国エネルギー省によれば、 1日あたり10万バレル(16,000 m 3 /日)の原位置外処理複合施設の設備投資額は30億~100億ドルである。[ 76 ] オイルシェール鉱床の開発に向けた様々な試みは、特定の地域でのシェールオイル生産コストが石油またはそ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、米国の仮想的な地表乾留複合施設(鉱山、乾留プラント、アップグレードプラント、支援ユーティリティ、使用済みオイルシェール再生施設を含む)でのシェールオイル生産コストは、2005年の価値に調整すると、1バレルあたり70~95ドル(1 m 3あたり440~600ドル)の範囲になる。商業生産開始後の生産量の漸増を前提とすると、この分析では、10億バレル(160 × 10 ^ 6 m3 )のマイルストーン達成後、処理コストが1バレルあたり30~40ドル(190~250ドル/m3)まで徐々に減少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ドル以上で持続すれば、原油処理場外処理が経済的になり、 1バレルあたり35ドル以上であれば、原油処理場内処理が経済的になると推定している。これらの推定では、15%の収益率を想定している。[ 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/m3 )以上であれば利益が出ると発表したが、本格生産中の技術の中には、 1バレルあたり20ドル(130ドル/m3 )以下の原油価格でも収益性があると主張するものもある。[ 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、廃アスファルト、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、テストしてきた。[ 78 ] [ 79 ] [ 80 ] [ 81 ] [ 82 ]いくつかの改良技術では、流動床乾留器と循環流動床炉を組み合わせて熱分解の副産物(炭とオイルシェールガス)を 燃焼させ、それによってオイル収率を向上させ、処理量を増やし、乾留時間を短縮することを提案している。[ 83 ]
シェールオイル抽出の経済性を向上させる他の方法としては、規模の経済を実現するために操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、廃熱から発電すること、処理するシェール1つあたりより多くのオイルを産出する高品質のオイルシェールを処理することなどが挙げられる。
オイルシェールをエネルギー源として利用できるかどうかの指標として考えられるのは、抽出されたオイルのエネルギーと、その採掘および処理に使用されるエネルギーの比率(投資エネルギーに対するエネルギー収益率、EROEI)です。1984年の研究では、既知のさまざまなオイルシェール鉱床のEROEIは0.7から13.3の間で変動すると推定されました。[ 84 ]一部の企業や新しい技術では、EROEIは3から10の間であると主張しています。World Energy Outlook 2010によると、原位置外処理のEROEIは通常4から5ですが、原位置処理では2まで低くなる場合もあります。[ 85 ]
EROEIを向上させるために、いくつかの複合技術が提案された。これらには、プロセス廃熱の利用、例えば残留炭素(チャー)のガス化や燃焼、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量は、経済的な考慮事項としてさらに重要となる。
オイルシェールの採掘には多くの環境影響が伴い、地下採掘よりも露天掘りの方が顕著である。[ 88 ]これらには、以前は埋まっていた物質が突然急速に露出してその後酸化されることで引き起こされる酸性排水、水銀[ 89 ]を含む金属が地表水や地下水に流入すること、侵食の増加、硫黄ガスの排出、処理、輸送、およびサポート活動中に発生する粒子状物質による大気汚染などが含まれる。 [ 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、オイルシェールを発電の主要資源として使用している電力産業から発生した。[ 91 ]

オイルシェールの採掘は、採掘地域の土地の生物学的価値やレクリエーション的価値、生態系に損害を与える可能性があります。燃焼と熱処理によって廃棄物が発生します。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ます。環境保護主義者は、オイルシェールは従来の化石燃料よりも多くの温室効果ガスを発生させるため、その生産と使用に反対しています。[ 92 ] 実験的な現場変換プロセスと炭素回収・貯留技術は、将来的にこれらの懸念の一部を軽減する可能性がありますが、同時に地下水汚染などの他の問題を引き起こす可能性があります。[ 93 ]オイルシェールの処理に一般的に関連付けられる水質汚染物質には、酸素と窒素の複素環式炭化水素があります。一般的に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) などがあります。 [ 94 ]
水問題は、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デリケートな問題であり、水不足にもかかわらずオイルシェールの採掘を拡大する計画が存在する。[ 95 ] 技術にもよるが、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年に発行したプログラム環境影響評価書では、露天掘りと乾留作業では、処理されたオイルシェール1ショートトン(0.91 t)あたり2~10米ガロン(7.6~37.9 L、1.7~8.3英ガロン)の廃水が発生すると述べている。[ 96 ]ある推定によると、原位置処理ではその約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たちは、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きた。その結果、クイーンズランド・エナジー・リソーシズは2004年にオーストラリアのスチュアート・オイルシェール・プロジェクトを一時停止した。 [ 57 ] [ 100 ] [ 101 ]
{{cite book}}:|work=無視されました (ヘルプ)分別蒸留では主に高分子量炭化水素が得られ、それを分解することでガソリン留分に相当する望ましい炭化水素を得ることができる。