Teemad

Põlevkivi töötlemine õliks ja gaasiks ei vasta Eestis tänapäeva nõuetele.

Prindi

Lilleküla Selts

1

Põlevkiviõli on tulevikus loodusliku nafta varude ammendumisel üks oluline nn mittetavapärase nafta ressurss. Põlevkivi töötlemise uute, naftatöötlemise produktidele orienteeritud ressurssi ja keskkonda säästvate tehnoloogiate arendamine saab lähitulevikus võtmeküsimuseks Eesti põlevkivitööstuse konkurentsivõime säilitamisel.

Põlevkivi orgaaniline aine, kerogeen, tahke tahket kõrgemolekulaarne settekivim. Põlevkiviõli ja - gaasi saamiseks on vaja kerogeen lagundada tavapäraselt vedel- ja gaasilistes kütustes esinevateks süsivesinikeks. Maailmas on tänapäeval ammustest aegadest kasutusel põlevkivist õli saamiseks algeline termilise lagundamise protsess- poolkoksistamine , mis seisneb põlevkivi kuumutamises kuni 5000 C juures ilma õhu juurdepääsuta. Selle protsessi käigus moodustuvad lisaks mootorikütustes soovitavatele süsivesinikele suur hulk ebasoovitavaid keerulise struktuuriga süsivesinikke ja tahket keskkonnaohtlikku jääki, nn poolkoksi. Seega ei kasutata põlevkivis olevat keemilist potentsiaali täielikult eesmärgipäraselt so protsess on ressurssi raiskav ja keskkonda saastav. Põlevkivi töötlemise tehnoloogia oluline parandamine saab olla võimalik ainult põhiprotsessi asendamisega põhimõtteliselt erineva, efektiivsema protsessiga kui poolkoksistamine.

Maailmas leiduvate põlevkivide keemiline koostis on väga erinev sõltuvalt leiukohast. Olulisemaks näitajaks võimaliku õli väljatuleku ja saadavate produktide omaduste seisukohalt on orgaanilise aine elementkoostis, sealhulgas vesiniku, süsiniku ja väävli sisaldus. Erinevad põlevkivide keemilises koostises tingivad ka erineva lähenemise tehniliste lahenduste väljatöötamisel põlevkivitööstuse rajamisel.

Nagu öeldud on põlevkivi töötlemisel maailmas pikk ajalugu, mille esimesed töötlemise tehnilised lahendused tulenevad söetööstusest ja on enam kui sajandi vanused. Tänased tööstuslikult rakendatud poolkoksistamise protsessi tehnilised lahendused nagu KIVITER-, GALOTER- (UTT, TSK-, Enefit) jt tehnoloogiad on erinevad poolkoksistamise protsessi tehnilised lahendused, mille rakendamisel pole võimalik poolkoksistamise protsessi seaduspärasustest tulenevalt saada kõrget vedelproduktide saagist möödapääsmatult tekkiva suure hulga tahke jäägi - poolkoksi tõttu. Kasutades KIVITER poolkoksistamise tehnoloogiat, saadakse tööstuslikul seadmel vertikaalses retordis parima tulemusena 1 tonnist kukersiidist kuni 1 barrelit õli. Põlevkivi orgaanilisest ainest vedeldatakse poolkoksistamise teel üldjuhul vaid 40-45%.

Asjaolu, et tahke soojuskandjaga poolkoksistamise seadmetes nagu UTT, TSK, Enefit jt. põletatakse tekkiv poolkoksis olev põlevaine spetsiaalses koldes ära protsessi jaoks vajaliku soojuse kompenseerimiseks, ei muuda seda agregaati õli tootmise seisukohalt eelistatumaks veel väiksema õlisaagise ja õhkupaisatava süsinikdioksiidi ning ladestatava peamiselt veeslahustuvate orgaaniliste ainetega saastatud leeliselise tuha tõttu.

Ka olemasolevat poolkoksistamise protsessi on võimalik täiustada. Olemasoleva poolkoksistamise protsessi energeetilise ja keemilise efektiivsuse oluliseks tõstmiseks ja keskkonnaohtlikkuse vähendamiseks on vaja uurida suurema intensiivsusega protsesside nagu utmine ja gaasistamine keevas kihis rakendamise võimalusi. Nende töötlemismeetodite eeliseid põlevkivi töötlemisel on näidatud juba eelmise sajandi 70-ndatel aastatel. Tolleaegsed eeluuringud (mida tehti ka Eestis) näitasid õlisaagise olulist kasvu (5-7%), võrreldes standardse Fischeri retordiga. Eelkatsetused põlevkivi poolkoksi gaasistamisel näitasid, et selle meetodi väljatöötamine ja rakendamine võimaldab oluliselt vähendada keskkonnasaastust, võrreldes olemasoleva tahke soojuskandja tehnoloogiaga. Gaasistamisel saadud vesinikurikast gaasi on võimalik kasutada hüdrogeenimisprotsesside läbiviimiseks.

Eesti Energia ei ole midagi teinud olemasoleva põhiprotsessi täiustamiseks ega vananenud poolkoksistamise protsessi asendamiseks uute põlevkivi töötlemise tehnoloogiatega, vaatamata maailmas olemasolevate tahkekütuse tehnoloogiate tormilisele arengule ja on rahuldunud seni olemasoleva vananenud põhitehnoloogia - poolkoksistamise käsitlemisega „Parima Võimaliku Tehnikana“.

On selge, et õli tootmise mahu suurendamine Eesti Energia poolt vananenud tehnoloogiaga suuremate põlevkivi mahtude töötlemise arvel, eriti Eesti tingimustes nagu seda kavandab Eesti Energia pole rahuldav lahendus. Kahjuks uuendused selles plaanis Eestis rakendatavate moderniseeritud põlevkivi töötlemise seadmel Enefit-240 ei ole seotud põhiprotsessi - põlevkivi orgaanilise osa vedeldamise arendusega vaid esmalt agregaadi ühiku võimsuse kahekordistamisega ja abiprotsesside täiustamisega nagu parem sekundaarse soojuse kasutus. Suurema seadme ja suurema hulga põlevkivi töötlemine ainult suurendab protsessi olemusest tingitud probleeme, mis on seotud ressursi raiskamise ja keskkonnasaastusega. Töötlemistehnoloogiate sisu ja efektiivsus peab oluliselt muutuma, võrreldes senisega.

Poolkoksistamisprotsessi peamiseks puuduseks, pidades silmas võimalikku mootorikütuste nagu diisli ja bensiini tootmist, on poolkoksistamise käigus tekkivad mootorikütustes väga limiteeritud küllastamata ja aromaatsed süsivesinikud ning nende hapnik- ja väävliühendid, mis sõltuvalt põlevkivi päritolust ja leiukohast muudavad poolkoksistamisel saadud põlevkiviõli töötlemise olemasolevate naftatöötlemise meetoditega oluliselt kulukamaks ja neist mootorikütuste tootmine võib osutuda mõttetuks. Seetõttu on arusaamatu, et Eesti Energia kavandab vanal tehnoloogial põhineva tootmise olulise laiendamise kõrval saadava madalakvaliteetse õli rafineerimist, eesmärgiga toota ainsa kvaliteetse kaubatootena diislit. Vaadatuna tänapäevaste naftatöötlemistehaste komplekssete lahenduste seisukohalt on selline õlitöötlemise skeem väga algeline, arusaamatu ja ei ole kindlasti konkurentsivõimeline, naftaproduktide turul.

Eesti Energia poolt algatatud kulutused olemasoleva vana ebaefektiivse põlevkivitöötlemise tehnoloogia eksportimine ja uute tehaste rajamine teistesse riikidesse on ebaeetiline ja teiste põlevkivide olulise erinevuse tõttu Eesti põlevkivist majanduslikult põhjendamatu. Eesti põlevkivi õlisaagis on üks kõrgemaid - kuni 23% laboratoorses utteretordis, võrreldes teiste Maailma põlevkividega, mis võimaldab olemasoleval tehnoloogial nafta hindade püsimisel kõrgtasemel mõnda aega „vee peal“ püsida. See on aeg, mille jooksul oleks vaja Eestis aktiivselt arendada tõeliselt uusi tehnoloogiaid enne kui teised põlevkiviriigid, kes selles valdkonnas kiiresti arenevad on jõudnud välja arendada uued ja efektiivsed tehnoloogiad.

Madal õlisisaldus (alla 8%), näiteks Jordaania põlevkivi puhul ja ka viimasel ajal paiguti ilmnenud kõrge niiskusesisaldus, võib saada takistuseks energeetiliselt positiivse bilansiga poolkoksistamise protsessi rakendamiseks, kuna põlevkivi töötlemise käigus saadavate produktide energiast ei jätku selles protsessis hädavajalikuks põlevkivi eelkuivatamiseks ja utmisprotsessi läbiviimiseks. Kasutus sellisele madala kütteväärtusega põlevkivile võiks olla teoreetiliselt elektri tootmine efektiivsetes katelagregaatides. Lahja põlevkivi kasutuselevõtt energeetilise toormena näib küll Jordaanias põhjendatud, kuna seal praktiliselt puuduvad tavapärased energiaressursid nagu gaas, nafta, hüdroenergia jm. ning seetõttu impordib Jordaania 96% oma kütuse vajadusest, mis moodustab 19,5% Jordaania SKP-st, kuid samas tingib suur väävlisisaldus selle põlevkivi põletamisel olulisi täiendavaid keskkonnakaitselisi kulutus, mis võib muuta selle projekti põhjendamatuks ja teostamatuks. Eriti peaks silmas pidama happeliste gaaside emissiooni võimalikku hävitavat ohtu 7 uue maailmaime hulka arvatud Petra kaljulinnale ja võimalikust vee saastusest tingitud katastroofilisi tagajärgi sellele vee puuduse all kannatavale maale.

Jordaania põlevkivi eripäraks on väga kõrge väävli sisaldus, kuni 3%, millest kuni 80% moodustab orgaaniline väävel, mis termilisel töötlemisel läheb peamiselt õli koosseisu. See seab piirid tema energeetilisele ja tehnoloogilisele kasutusele tavameetoditega. Oluline on rõhutada väävli kontsentreerumist põlevkiviõli orgaanilistesse ühenditesse, mistõttu on poolkoksistamise tulemusel saadud õli väävlisisaldus äärmiselt kõrge, kuni 10%, rohkem kui 10 korda kõrgem, võrreldes Eesti põlevkiviõliga, mille väävli sisaldus on 0,7%. Seetõttu on keerukate orgaaniliste väävliühendite (tiofeenide) sisaldus Jordaania põlevkivi poolkoksistamise õlis üle poole töödeldavast õlist, kuni 60%, mida on vaja mootorikütuste saamiseks täiendavalt konverteerida väävlit mittesisaldavateks süsivesinikeks. See muudab õli rafineerimise vedelkütuste saamise eesmärgil palju kallim, kui nafta puhastus ja kokkuvõttes otstarbetuks. Maailma praktikas on levinud tiofeenide baasil mitmete veterinaaria- ja meditsiinipreparaatide tootmine, kuid Eestis puudub sellealane praktika. Liiatigi muudaks suurema hulga põlevkiviõli kasutamine keemiatoormena oluliselt selle tööstuse esmast eesmärki - mootorikütuste tootmist.

Ilmselt on tulnud aeg Eesti Energia seisukohad tehnoloogiaarendusest ümber vaadata, et aasta 15 pärast ei peaks Eesti häbiväärselt taanduma põlevkivi töötlevate riikide seast.

Poolkoksistamise asendamiseks efektiivsema tehnoloogiaga tuleks jälle malli võtta söetöötlemisest - selle tänapäevastest tehnoloogiaarendustest. Kivisöe töötlemise tänapäevaste arengute ja tööstuslike rakenduste headeks näideteks on kivisöe otsene ja kaudne vedeldamine (CTL), mille puhul oluliselt vesinikuvaesemast toormest kui põlevkivi saadakse otsese vedeldamise protsessi abil 80-90% lähteaine kohta vedelkütust. Ka põlevkivist vedelkütuste saamise meetodiks, mis radikaalselt muudab protsessi olemust, võiks olla olemasoleva poolkoksistamise asemel otsene vedeldamine - hüdrogeenimine. Nimetatud meetod annab suuremal hulgal gaasi ja puhastatud kerge nafta taolist vedelprodukti, mille koostises praktiliselt puuduvad sellised keemilised ühendid nagu fenool ja tiofeen, mille tõttu kõrge hapniku ja väävli või teiste heteroaatomite sisaldus erinevates põlevkivides ei ole takistuseks neist kõrgeväärtuslike mootorikütuste saamisel. Põlevkivi uue tehnoloogia arendused tagavad täielikuma kukersiidi orgaanilise aine ärakasutamise kasulike produktide nagu gaas ja õli saamise eesmärgil ja põlevkiviõlist tänapäevaste mootorikütuste saamise, kasutades senise poolkoksistamise meetodi asemel efektiivsemaid protsesse. Hüdrogeenimisel on võimalik siduda põlevkivis olev kogu süsinik süsivesinikeks, mis lähevad lõpp-produktide koosseisu ja seega transformeerida õli koostisesse ka see osa orgaanilisest ainest, mis poolkoksistamisel jääb keskkonnakahjuliku heitena poolkoksi. Seega väheneb hüdrogeenimisel oluliselt põlevkivi töötlemise keskkonnakahjulik mõju. Seniste uuringutega on näidatud, et ülalnimetatud uute protsessidega on võimalik saada põlevkivist 1,5 korda rohkem kasulikke produkte, võrreldes senini poolkoksistamisel saaduga. See tähendab sama toodangu koguse puhul kaevandatakse ja töödeldakse 1,5 korda vähem põlevkivi ja ladustatakse 1,5 korda vähem tahkeid jäätmeid. Saadud vedelprodukt sisaldab peamiselt eelpuhastatud kergeid süsivesinikke ja on sarnane süsivesinike segule nafta töötlemisel puhastuse lõppfaasis saadavate kõrgekvaliteetsete naftabensiini ja diislikütuse toorainele, mille müügitulu on kordades kõrgem kui seda saadakse kütteõli müügist. Seega tulu uue tehnoloogia rakendamisest on mitmekordne võrreldes praegusega.

Kivisöe kaudse vedeldamise protsessi aluseks on kivisöe gaasistamine. Saadud gaasistamisgaasi edasisel konversioonil saadakse sünteesgaas, mis on lähtematerjaliks eriti kõrge puhtusastmega mootorikütuste komponentide saamisel maailmas tänapäeval juba tööstuslikult rakendatud Fischer-Tropsch’i sünteesil. Ka Eesti põlevkivi võib olla heaks tooraineks sünteesgaasi saamisel põlevkivi orgaanilise aine gaasistamise teel või kuni olemasoleva tehnolooga jätkuvale viljelemisele termilise töötlemise gaaside konverteerimise teel. Lisaks põlevkivile võiks gaasistamise toormena kasutada põlevkivi poolkoksistamisel tekkivaid ja muid väheväärtuslikke orgaanilisi jäätmeid. Pärast sünteesgaasi puhastamist on võimalik sellest gaasist toota vesinikku aga ka nn puhast energiat.

Uuurimistööd ja edasine tehnoloogia arendus peaks oleme suunatud ülaltoodud uute tehnoloogiate väljatöötamisele. Selleks otstarbeks tuleks oluliselt täiendada olemasolevaid laboratoorsed seadmeid, luua Eestis kaasaegne katsebaas, mis võimaldaks läbi viia süvendatud uuringuid ja tehnoloogia arendust selles valdkonnas, valmistades ette selle valdkonna spetsialiste kohapeal. Tuleks lõpetada põhjendamata raha kulutamine välisspetsialistide värbamisele ja dubleerivate uurimistööde tellimisele välismaalt Eesti Energia poolt, mis viib kodumaise ja rahvus teaduse hääbumisele selles valdkonnas ja ei kindlusta pikemas perspektiivis Eesti põlevkivitööstuse konkurentsivõimet ja jätkusuutlikkust.

Kütuste, sh põlevkivi keemia ja tehnoloogia valdkond vajab tungivalt riiklikku järjepidevat tähelepanu ja rahastamist, milleks tuleks võtta vastav poliitiline otsus.

1

2013-05-28