Põlevkivist vedelkütuste arendamine

meil ja mujal

Indrek Aarna, Teadus- ja arendustegevuse juht

25. november, 2015

Strateegiline arendamine energeetikas9.09 Raine Pajo, Eesti Energia (EE) juhatuse liige.

16.09 Timo Tatar, MKM, energeetikaosakonna juhataja, „Eesti energiamajanduse arengukava ja väljakutsed Eesti

energiamajanduses“

23.09 Tarmo Mere, Elektrilevi juhatuse esimees, „Innovatsioonelektri-jaotusvõrkudes“

30.09 Simon-Erik Ollus FORTUM OYJ -VicePresident (Soome), „Electricity market development in Nordic/Baltic and Russia“

7.10 Heikko Mäe, EE energiakaubanduse juht, „Energiakaubandus, riskimaandus, füüsilised-ja finantstehingud“

14.10 Innar Kaasik, EE taastuvenergia ja väikekoostootmise juht, „Taastuvenergia ja jäätmemajanduse roll

energiamajanduses. Soojusäri väljakutsed.“

21.10 Märt Ots, Konkurentsiameti peadirektor, „Konkurentsiameti roll energiamajanduses“

28.10 Andres Vainola, EE Kaevanduste juhatuse esimees, EE juhatuse liige, „Põlevkivi kaevandamise arenguväljavaated“

04.11 JukkaRuusunen, FINGRID OYJ -President ja CEO (Soome), „Integration of electricity markets of Nordic/Baltic and

Europe“

11.11 Hando Sutter, EE juhatuse esimees, „Eesti Energiastrateegilised valikud“

18.11 Kalle Kilk, Elering AS juhatuse liige, „Energiasüsteemi läbilaske võimed, tuulikud ja sünkroniseerimine Lääne-Euroopaga“

25.11 Indrek Aarna, EE teadus- ja arendustegevuse juht, „Põlevkivist vedelkütuste arendamine meil ja mujal“

2.12 Toni Hemminki. FENNOVOIMA OY CEO (Soome), „Nuclear power development in Nordic area – Fennovoimaproject“

9.12 Mart Landsberg, Elering Gaas AS juhataja, „Gaasituru arendamine“

Tõnis Meriste, EE keskkonna arendusjuht, „Keskkonnaalased väljakutsed energiamajanduses“

16.12 kuni 06.01 Eksam

11.01.2016 Ekskursioon Ida-Virumaal: tuhaväli ja tuulepark, Eesti ektrijaam, õlitehas.

Teemad

1. Miks me põlevkiviõli tootmisega üldse

tegeleme?

2. Põlevkiviõli tootmise tehnoloogiad

3. Põlevkiviõli tootmine Eestis

4. Põlevkiviõli tootmine mujal maailmas

5. Enefit tehnoloogia

6. Mootorikütuste tootmine põlevkiviõlist

7. Kokkuvõte

1Miks me põlevkiviõli tootmisega üldse

tegeleme?

Surnud plankton,

meretaimed ja -olendid

settivad mere põhja

Setteliste kivimite kihid

ladestuvad orgaanikat

sisalduva muda peale.

Kui temperatuur

maapõues ei tõuse üle 50°C, siis tekib ainult

põlevkivi

Kivimite poolt põhjustatud rõhk, temperatuur ja

hapniku puudumine võimaldavad orgaanika

muundada maagaasiks ja toornaftaks.

Nafta tekkimise tingimused:

Sügavus: 2-6km,

Temperatuur: 60-160°C

Aeg: umbes 10 miljonit aastat

Orgaanikat sisaldav muda

Põlevkivi

Kildagaas

Kildaõli

Põlevkivi tekkimise tingimused:

Sügavus: alla 1000m,

Temperatuur: alla 50°C

Aeg: üle 100 miljoni aasta

Kui kivimid ei võimalda

gaasil ja õlil liikuda, siis

tekib kildagaas ja kildaõli

Kui kivimid on poorsed ja

võimalda gaasil ja õlil

liikuda reservuaaridesse,

siis tekib maagaas ja

toornafta

Fossiilkütuste moodustumine

Aeg miljonites aastates

Diagenees Katagenees Maagaas

Nafta

Naftatootmise tipp – Peak OilEnamikes naftariikides on naftatipp möödas

• Naftatootmise tipp on ajahetk, kui maailma toornafta tootmine saavutab maksimumi ja peale seda hakkab naftatootmine aasta-aastalt vähenema. Iga naftapuuraugu toodang kasvab eksponentsiaalselt kuni tipu saavutamiseni ja siis langeb kuni nafta lõppemiseni. Mudelid võtavad eraldi arvesse kõikide puuraukude tootmiskõveraid. Vastava kontseptsiooni tuletas M. King Hubbert:

• Paljudes riikides on naftatootmise tipp ammu möödas:

USA-s oli naftatootmise tipp juba aastal 1971, kuid nüüd on

hakanud tootmine uuesti kasvama

Euroopas oli see mõned aastad tagasi

Venemaal saabub ‘teine naftatootmise tipp’ lähiajal (vahepealne

langus oli tingitud NSVL-i lagunemisest)

OPEC hoiab enda naftavarude numbreid salajas

• Viimased aastakümned on uute konventsionaalsete

naftaleiukohtade avastamine jäänud selgelt alla tarbimise

kasvule.

Uute varude leidmise lootus on seotud ookeanide põhjade ja

polaaraladega

Isegi kui Brasiilia ranniku lähedalt tõepoolest õnnestub ammutada

33 miljardit barrelit, lükkab see praeguse tarbimise juures

naftatootmise tipu edasi vaid ühe aasta võrra

• Pessimistlikud prognoosid näitavad, et naftatootmise tipp on

juba möödas ja tootmine hakkab vähenema paar protsenti aastas

• Optimistlikud prognoosid ennustavad, et tootmine saavutab

platoo aastal 2020 ja naftatootmise tipp saabub aastal 2030

Erinevate riikide naftatootmine (mld bbl/a) ja erinevad prognoosid

Uute tehnoloogiate areng

(kildaõli) võib lükata

naftatootmise tipu edasi

Nafta hinna kõikumised

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1.0

1.1

965

1.0

1.1

969

1.0

1.1

973

1.0

1.1

977

1.0

1.1

981

1.0

1.1

985

1.0

1.1

989

1.0

1.1

993

1.0

1.1

997

1.0

1.2

001

1.0

1.2

005

1.0

1.2

009

1.0

1.2

013

WTI

Cru

de

Oil

Pri

ce [

$/b

bl]

WTI price (nominal price) WTI price (real price in 2015 dollars)

OPECi

nafta-

embargo

Iraani

revolutsioon

ja Iraani-Iraagi

sõda

Lahesõda

9/11

Ülemaailmne

majanduskriis

Liibüa

kodusõda

Alternatiivid toornaftale

Vesinikumajandus ja vesinikul töötavad autod:

Vesinikku toodetakse peamiselt maagaasist, mis saab peatselt samuti otsa

Elektrolüüsi abil veest vesiniku tootmine nõuab elektrijaamade võimsuse kahekordistamist ja seda eelistatult taastuvate

energiaallikate baasil

Kütuseelemendi abil liikuvaid autosid alles arendatakse

Puudub infrastruktuur vesinikumajandusele üleminekuks

Kui vesinikumajanduse infrastruktuur on ehitatud üles veeldatud vesinikule, siis kütuseelement-autode kasutegur (“well to

wheels”) on hübriidautodest madalam

Vedelad biokütused: bioetanool ja biodiisel

Biokütuste tootmine nõuab suuri maa-alasid ja on vastuolus toiduainete tootmisega

Kui kogu täna teravilja kasvatuse all olev põllumaa kasutada vedelate biokütuste tootmiseks, siis see kataks ainult

neljandiku vedelkütuste vajadusest

Elektriautod

Elektriautode kasutegur (“well to wheels”) on tänaste autode kasutegurist madalam

Elektriautod võivad hakata mõjutama nõudlust toornafta järele peale aastat 2030 (IEA 2008)

Vedelkütuste tootmine kivisöest ja maagaasist

Fischer-Tropsch süntees võimaldab toota vedelkütuseid ka kivisöest ja maagaasist, kuid see on keerulisem kui põlevkivist

õli tootmine

EIA hinnangul kasvab kivisöest vedelkütuste tootmine aastaks 2015 ja 2030 vastavalt tasemele 0.6 mln bbl/p ja 2.4 mln

bbl/p

Kivisöest vedelkütuste tootmine ei suuda üksi asendada toornafta tootmise langust ja see toob kaasa ka kõrged CO2

emissioonid

Alternatiivid ei suuda peale naftatipu saabumist katta toornafta nõudluse ja pakkumise vahet

Alternatiiv - kildaõli

• Suurimad kildaõli leiukohad USAs on Bakken (ND),

Barnett (TX) ja Eagle Ford (TX)

• USAs toodetakse hetkel umbes 3,0 mln barrelit kildaõli

päevas (USA tarbib ja toodab vastavalt 18,7 ja 7,0 mln

barrelit päevas)

• Kildaõli toodetakse sama tehnoloogiaga nagu kildagaasi

• Kildaõli asub sõltuvalt leiukohast 1-4 km sügavusel 0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

19

90

19

95

20

00

20

05

20

10

20

15

20

20

20

25

20

30

20

35

20

40

Naft

a t

oo

tan

g [

Mb

bl/p

äev

as]

Nafta tootmine USAs

Alaska Merel Maismaa Kildaõli

Tegelik Prognoos

Allikas: US Energy Information Administration

Kildaõli tootmise tehnoloogia

• Kildaõli ja kildagaasi tootmine on saanud võimalikuks tänu hiljutistele

tehnoloogia arengutele:

• Suunatud puuraukude puurimine (vertikaalne ja horisontaalne)

• Hüdrauliline kivide lõhestamine (hydraulic fracturing)

• Kildaõli asub sõltuvalt leiukohast 1-4 km sügavusel

• Kuidas tehnoloogia töötab?

• Tuleb puurida 2-4 km sügavusele vertikaalne puurauk

• Tuleb puurida vertikaalsest puuraugust mitme kilomeetri pikkused

horisontaalsed harud

• Tuleb puurauku pumbata kõrgel rõhul kemikaale ja liiva sisaldavat vett

• Kõrge surve all olev vesi lõhestab kivimid ja liiv ning kemikaalid ei

võimalda lõhedel tagasi kokku vajuda

• Tuleb pumbata õli maapinnale

• Praeguse tehnoloogia korral väheneb iga puuraugu tootmisvõimsus ca 50%-i

aastas

Kildaõli tootmise ökonoomika

Allikad:

US Energy Information Administration

Oil & Gas Journal, 6.05.2013

Kulud sisaldavad ka makse

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Mo

nte

rey (

US

A)

Eagle

Fo

rd (

US

A)

Bakke

n (

US

A)

Vik

ing (

Ka

nda

)

Exsha

w/A

B-B

akken

(K

anad

a)

Mo

ntn

ey (

Kan

da)

Nio

bra

ra (

US

A)

AB

-Bakke

n (

US

A)

Thre

e F

ork

s/S

an

ish (

US

A)

Elm

Cou

lee

(U

SA

)

Tuscalo

osa (

US

A)

Ko

gu

ku

lu [

$/b

bl]

Põhja-Ameerika kildaõli tootmise kogukulu

Kildaõli tootmise kulud on sõltuvalt leiukohast ja puuraugust väga

erinevad. Keskmised tootmiskulud on võrreldavad põlevkiviõli

tootmiskuludega.

Kanada õliliivad

• Kanada õliliivad leiduvad Alberta provintsis

• Kanada õliliivades sisalduvaks naftavaruks hinnatakse

174 miljardit barrelit (3. koht maailmas)

• Kanadas toodetakse hetkel õliliivadest umbes 2,2 miljonit

barrelit õli päevas

• Õliliivadest toodetakse õli kahe peamise meetodiga:

– Ex-situ: kaevandamine ja auruga töötlemine

– In-situ: auru või lahustiga töötlemine maa all

• Kanda õliliivade suurimateks väljakutseteks on:

– Kõrge veekasutus;

– Rikastamisjäägi (vee ja peenliiva segu) ladustamine

(stabiliseerimine)

– Kõrged CO2 emissioonid;

• Kanada on riiklikult aastakümneid toetanud õli tootmist

õliliivadest ja seetõttu ei surnud see tööstusharu 1990-

ndatel aastatel välja (nagu põlevkivitööstus USAs)

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

19

68

19

72

19

76

19

80

19

84

19

88

19

92

19

96

20

00

20

04

20

08

20

12

Õli t

oo

dan

g [

Mb

bl/p

äev

as]

Sünteetiline nafta (ex-situ) Bituumen (ex-situ)

Sünteetiline nafta (in-situ) Bituumen (in-situ)

Kanada õliliivade

tootmine ja

ökonoomika

Allikad:

GETCA aastakonverents, 2013

CERI

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

In-situ Sünteetiline nafta (ex-situ) Bituumen (ex-situ)

Ko

gu

ku

lu [

$/b

bl]

2004 2012

Õliliivadest õli tootmise kulud

sõltuvad kasutatavast

tehnoloogiast ja järeltöötluse

vajadusest on väga erinevad.

Keskmised tootmiskulud on

võrreldavad põlevkiviõli

tootmiskuludega.

Vedelkütuste tootmise alternatiivide

maksumused

• Toornafta alternatiivid ei suuda konkureerida

nafta pumpamisega Saudi-Araabias ja Venemaal

• Toornafta pumpamine sügavalt ookeani põhjast

(Brasiilia) või polaaraladel (Alaska) läheks

maksma umbes 40-80 $/bbl

• Sünteetilise nafta tootmine õliliivadest maksab

umbes 40-90 $/bbl

• Põlevkivist õli tootmine tasub ennast ära 50-100

$/bbl naftahinna juures

• Gaasist, kivisöest ja biomassist õli tootmine

nõuab juba kõrgemaid nafta hindu (50-110 $/bbl)

Allikas: IEA Medium-Term Oil & Gas Markets 2011

Tänaste nafta hindade juures ei ole

mittekonventsionaalsed nafta

tootmisviisid konkurentsivõimelised

Maailma põlevkiviressurss

• Maailma põlevkivivarude suuruseks on hinnatud üle 6500 miljardi barreli põlevkiviõli

• Seni on põlevkivi laialdasema kasutuselevõtu takistuseks olnud madal nafta hind ning

efektiivse ja keskkonnasõbraliku tehnoloogia puudumine

Põlevkiviõli tootmise otstarbekus sõltub ainult

nafta hinnast maailmaturul

0

20

40

60

80

100

120

1965 1969 1973 1977 1981 1985 1989 1993 1997 2001 2005 2009 2013

Naft

a t

oo

tmin

e [

Mb

bl/p

äev

as]

Põhja-Ameerika Lõuna-Ameerika Euraasia Lähis-Ida Aafrika Aasia ja Austraalia

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1.01.1

965

1.01.1

969

1.01.1

973

1.01.1

977

1.01.1

981

1.01.1

985

1.01.1

989

1.01.1

993

1.01.1

997

1.01.2

001

1.01.2

005

1.01.2

009

1.01.2

013

WTI C

rude O

il Pric

e [$/

bbl]

WTI price (nominal price) WTI price (real price in 2015 dollars)

Planeeritud põlevkiviprojektid Planeeritavad põlevkiviprojektid

Planeeritud põlevkiviõli tootmise võimsused

aastatel 1980-1995

0

200

400

600

800

1000

1200

1980 1985 1990 1995

Pla

ne

eri

tav

too

tmis

võ

ims

us

[kb

bl/

pä

rva

s]

Lõuna Aafrika Vabariik

Jordaania

Hiina

Serbia

Maroko

Eesti

Brasiilia

Austraalia

USA

Täna planeeritavad põlevkiviõli tootmise

võimsused

0

100

200

300

400

500

1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

Pla

neeri

tav t

ootm

isvõim

sus

[kbbl/

päevas]

China

Australia

Jordan

United States

Brazil

Russia

Estonia

Allikas: J. Boak ettekanne rahvusvahelisel põlevkivisümpoosionil

Tallinnas, 2013

Põlevkiviõli tootmise väljakutsed

• Kõik põlevkivid on erinevad ja iga põlevkivi

töötlemiseks on vaja tehnoloogiat

kohendada

• Põlevkivi sisaldab enamasti väga vähe õli,

mistõttu on kasumlikumad lihtsamad ja

odavamad tehnoloogiad

• Põlevkiviõli ei ole võimalik rafineerida

traditsionaalses rafineerimistehases. On

vaja ehitada oma järeltöötlustehas, mis

suurendab alginvesteeringut

• Põlevkiviõli tootmise kompleksi

(kaevandus, õlitehas, järeltöötlus,

infrastruktuur) alginvesteering on väga

kõrge - ca $5 miljardit (50 000 bbl/päevas)

• Varasemalt ebaõnnestunud projektid on

loonud põlevkiviõli tootmisele kehva

maine:– Black Sunday USAs

– Stuart projekt Austraalias

Kukersite

(EST)

Green River

(USA)

Attarat

(JOR)

Niiskus 12% 1% 17%

Tuhk 52.2% 63,9% 62,6%

Kütteväärtus 8.3 MJ/kg 5.0 MJ/kg 5.7 MJ/kg

Õlisisaldus 17.4% 10.5% 8.2%

Elementkoostis:

Süsinik 25.4% 17.6% 18.6%

Karbonaatne süsinik 6.7% 6.4% 5.9%

Vesinik 2.3% 1.6% 1.6%

Väävel 0,4% 0.5% 2.9%

Lämmastik 0.1% 0.5% 0.3%

2Põlevkiviõli tootmise tehnoloogiad

Tuntumad põlevkiviõli tootmise tehnoloogiad

Põlevkivi

Maapealne utmine Maa-alune utmine

Gaasiline

soojuskandja

Fushun

(Hiina)

Tahke

soojuskandja

Kiviter

(VKG)

Petrosix

(Brasiilia)

Enefit

(EE)

ATP

(Kanada)

Shell ICP

ExxonMobil

Electrofrac

muud

(mikrolained,

kütuseelement, jt.)The PETROSIX Retort

Sealed loadingsystem(rotating feeder)

Antisegregationdevice

Oil shaledistributionsystem

Hot gasinjection

Oil shale dischargemechanism

Hydraulic sealing system

Tööstuslikult on rakendatud ainult kuus tehnoloogiat

Ei ole tööstuslikult

rakendatud

Kaudne

soojendamine

EcoShale

(USA)

Petroter

(VKG)

Ei ole tööstuslikult

rakendatud

Gaasilise soojuskandjaga tehnoloogiad

• Gaasilise soojuskandjaga tehnoloogiaid e

vertikaalseid retorte on neli:– Kiviter tüüpi tehnoloogiat kasutab Viru Keemia Grupp

– PetroSix tüüpi tehnoloogiat kasutab Petrobras

Brasiilias

– Fushun tüüpi tehnoloogiat kasutavad Hiina põlevkiviõli

tootjad

– Paraho tüüpi tehnoloogia on töötanud välja ShaleTech

(USA)

• Gravitatsiooni jõul ülevalt alla liikuvat

põlevkivi soojendatakse kuumade

gaasidega

• Protsessi tulemusel saadakse põlevkivist

õli, gaas ja poolkoks

• Kasutusel on erineva läbilaskevõimega

generaatoreid (100-6000 tonni päevas)

• Kõik tehnoloogiad kasutavad tükipõlevkivi

suurusega üle 10mm

• Protsessi eelised– lihtsus

– töökindlus

The PETROSIX Retort

Sealed loadingsystem(rotating feeder)

Antisegregationdevice

Oil shaledistributionsystem

Hot gasinjection

Oil shale dischargemechanism

Hydraulic sealing system

PetroSix protsess Kiviter protsess

Enamus põlevkiviõlist toodetakse täna vertikaalsetes retortides

• Protsessi miinused– jäägiks keskkonnaohtlik poolkoks

– tehnoloogia ei kasuta ära kogu kaevandatavat

ressurssi (peenpõlevkivile tuleb leida lahendus)

– veetarve

23

Tahke soojuskandjaga tehnoloogiad

• Tahke soojuskandjaga tehnoloogiaid on kolm:

– Enefit tüüpi tehnoloogiat kasutab EE Õlitööstus

– ATP (Alberta Tachiuk Process) on töötatud

välja Kanadas

– Petroter tehnoloogiat kasutab VKG

• Tahke soojuskandja protsess on uue põlvkonna

utmistehnoloogia, mille peamised eelised on:

– kogu põlevkiviressursi ärakasutamine

(tükisuurus 0-25mm)

– põlevkivi energeetilise potentsiaali maksimaalne

ärakasutamine

– soojuskandjana kasutatakse protsessi käigus

tekkivat kuuma tuhka

– ei teki poolkoksi

– madalad keskkonnaheitmed

• Esimene tööstuslik ATP seade töötas Austraalias ja praegu on käivitatud tehas Hiinas

• Aastatel 1997-2004 püstitati ja opereeriti 6000 t/p piloottehas Austraalias, mis suleti erinevatel põhjustel:

– keskkond, nafta hind, projekteerimisvead

– projekti kulud 300 milj USD

• ATP protsessi puudused:

– komplitseeritud kontrollida protsessi, kui põlevkivi omadused ajas muutuvad

– juurdepääs erinevatele sõlmedele keerukas

ATP protsess

ATP on tööstuslikult rakendatud Hiinas, kuid protsessi ei olnud kerge kontrollida ja tehase emissioonid olid kõrged

24

Kaudse soojendamisega tehnoloogiad

• Ressursi kaudse soojendamise tehnoloogia EcoShale

on töötanud välja Red Leaf Resources

• Tegemist on maa-aluse ja maapealse

utmistehnoloogiate kombinatsiooniga

• Põlevkivi kaevandatakse karjäärides ja pakitakse savist

(bentonite) valmistatud kapslisse

• Põlevkivi vahele paigaldatakse kivi soojendamiseks

torud

• Torude sees liiguvad soojad heitgaasid, mis saadakse

uttegaasi põletamisel

• Utmine toimub madalal temperatuuril (kuni 400°C) ja

pikaajaliselt (kuni 200 päeva)

• Protsessis saadakse kõrgekvaliteetne õli

• Pooltööstusliku kapsli ehitamine hetkel käsil USAs

• Protsessi eelised

– Lihtsus

– Töökindlus

– Paindlikus

– Madal investeeringumaksumus

EcoShale protsess

Kapslis ressursi kaudne soojendamine võimaldab toota kõrge kvaliteediga õli, kuid protsessi keskkonnamõju tekitab

küsitavusi

• Protsessi miinused– Keskkonnaohtlik poolkoks jääb sajanditeks kapslisse

– Tehnoloogia ei kasuta ära kogu kaevandatavat ressurssi (peenpõlevkivile tuleb leida lahendus)

Maa-alune utmine

• Maa-alust utmist on perspektiivne kasutada sügaval asuvate ja suure

paksusega põlevkivikihtide korral (sajad meetrid)

• Hetkel on olemas piloottehased, kuid mitte tööstuslikku tootmist

• Maa-aluse utmise tehnoloogiatest on tuntumad:

– Shell ICP protsess

– ExxonMobile Electrofrac tehnoloogia

– Chevron Crush tehnoloogia

• Maa pealne ja maa-alune utmine ei konkureeri, vaid pigem täiendavad

teineteist

• Protsessi eelised

– Kaevanduse puudumine

– Suured tootmismahud

• Protsessi miinused

– Protsessi raske kontrollitavus

– Keskkonnaküsimused (põhjavesi)

– Suur energia- ja veekulu

– Ressursikadu – osa süsinikust jääb maa-alla

• Protsessiala ümbritsetakse külmutusvalliga (jahutusvedelikuga täidetud

torud) vältimaks:

– põhjavee sattumist töötsooni

– utmisproduktide äravoolu töötsoonist

• Ressurssi soojendatakse maa all:

– Shell soojendab elektriliste küttekehadega

– ExxonMobile auruga

• Kuumutatakse 2-3 aastat kuni temperatuur jõuab 340-370°C

• Tekkiv õli pumbatakse kogumispuuraukude kaudu välja ja suunatakse

rafineerimisse

Shell ICP protsess

ExxonMobile Electrofrac tehnoloogia

Maa-alune utmine tundub olevat naftafirmade soov ka põlevkiviõli maa seest

pumbata nagu naftat, samas jättes maha keskkonnareostuse

Tuntumate põlevkiviõli tootmise tehnoloogiate

võrdlus

Soojus-

kandjaTehnoloogia

Töös

olevaid

tehaseid

100%-line

ressursi-

kasutus

Välise

energia-allika

kasutamine

Tahkete

jäätmete

teke

Madalad CO2

emissioonidLisatulu

Gaasiline

Fushun

PetroSix

Tahke

ATP

Enefit

Petroter

Maa-alune utmine

Enefit tehnoloogial on võrreldes teiste tehnoloogiatega suuri eeliseid

3Põlevkiviõli tootmine Eestis

Eesti põlevkivitööstus 2014. aastal

• Kokku toodeti Eestis eelmisel aastal 760 000 tonni põlevkiviõli (ca 5 mln barrelit)

• Käesoleva aastal toodetakse vaatamata madalatele nafta hindadele ilmselt rekordiline

kogus põlevkiviõli (ca 850 000 tonni)

Põlevkivi kaevemaht (tuh. t) 11 614 2 483 1 058

Põlevkiviõli toodang (t) 265 433 62

Müügitulu (mln €) 647 195 37

Töötajate arv 3 710 2 083 670

Maksujalajälg (mln €) 109 45 11

Põlevkiviõli tootmiseks kasutatavad

tehnoloogiad

Enefit140

Enefit280

Kiviter

Petroter

Kiviter

TSK-500

Eesti kasutatavad põlevkiviõli tootmise tehnoloogiad (v.a. Enefit280)

Petroter Kiviter Enefit140

Petroter tehnoloogia baseerub suuresti

Enefit140 tehase protsessil, mida VKG

on viimase kümnendi jooksul

täiustanud. Petroter tehas kasutab

peenpõlevkivi.

Kiviter tehnoloogia töötati välja eelmise

sajandi esimeses pooles, töötab

gaasilise soojuskandja printsiibil

(kutsutakse ka generaatorprotsessiks)

ja kasutab rikastatud tükikivi.

Enefit140 tehnoloogia töötati välja

eelmise sajandi teises pooles, töötab

tahke soojuskandja printsiibil ja kasutab

peenpõlevkivi.

Eelised:• Suhteliselt madal CAPEX

• Hea töökindlus

Puudused:

• Madal energiaefektiivsus

• Kõrged õhuheitmed

Eelised:• Väga madal CAPEX

• Kõrge töökindlus

• Madalad õhuemissioonid

Puudused:

• Kasutab rikastatud kivi

• Väike ühikvõimsus

• Toodab tahke jäägina poolkoksi

Eelised:• Suhteliselt madal CAPEX

• Hea töökindlus

Puudused:

• Madal energiaefektiivsus

• Kõrged õhuheitmed

4 Põlevkiviõli tootmine mujal maailmas

Ajalooliselt suurimad põlevkiviõlitootjad on

Eesti ja Hiina

Reference: J. Boak presentation at Colorado Oil Shale

Symposium, 2014

Põlevkiviõli

toodetakse

tööstuslikult

Eestis, Hiinas ja

Brasiilias

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

0

100

200

300

400

500

600

700

800

shal

e oi

l, ×

103 t

year

2015

Põlevkivi HiinasDalianhe

Fushun

Basin

Maoming

Basin

Luozigou

Basin

Huangxian

Basin

Huadian

Basin

Haishiwan

Jimsar

Hiina põlevkivimaardlad• Hiina - maailma suurim

põlevkiviõlitootja.

• 720 miljardit tonni põlevkivi, mis

sisaldab hinnanguliselt 47 miljardit tonni

põlevkiviõli.

• Põlevkivitööstus asub Kirde-Hiinas.

• Mitmeid väiksemaid ettevõtteid, kes

kasutavad Fushun tehnoloogiat.

830 000 tonni põlevkiviõli

aastal 2014

850 000 tonni põlevkiviõli aastal 2015

(16 000 bbl päevas)

Allikas: Yue Ma presentation at Colorado Oil Shale Symposium, 2015

Põlevkiviõli tootmine Hiinas

Fushun Mining Group (FMG) on maailma suurim põlevkiviõli tootja

• Toodab 400 000 tonni põlevkiviõli aastas

• 220 Fushun tüüpi retorti (100t/d)

• Tarbib 10 miljonit tonni põlevkivi aastas

• Importis ATP tehnoloogiat, seade pandi tööle 2014, käivitamine algas 2010

Allikas: Yue Ma presentation at Colorado Oil Shale Symposium, 2015

Põlevkivi Brasiilias

• Brasiilia põlevkivi sisaldab hinnanguliselt 50

miljardit barrelit põlevkiviõli

• Suurim põlevkivikaevandus on Irati Sao

Mateous do Sul maardlas

• Irati maardla sisaldab hinnanguliselt 717 miljonit

barrelit põlevkiviõli

• Peamine põlevkiviõli tootja on Petrobras

• Petorbras kasutab PetroSix tehnoloogiat:• 260 t/h põlevkivi etteanne

• 3100 bbl/päevas põlevkiviõli toodang

• Petrobras toodab aastas 270 000 tonni

põlevkiviõli

Allikas: Petrobrasi esitlus, 2010

Põlevkivi Jordaanias

• Jordaanias ei ole naftat, nagu seda on

naaberriikides Saudi-Araabias,

Süürias, Iraagis

• Suur energiasõltuvus, impordivad 96%

vajaminevast energiast

• Maailma ühed suurimad

põlevkivivarud, hinnanguliselt kuni 80

miljardit tonni põlevkivi

• Eesti Energia arendab üht

põlevkivirikkaimat maardlat Attarat Um

Ghudrun

• Lisaks arendavad Jordaanias

põlevkivitööstust Royal Dutch Shell,

Petrobras, Total

Red Sea

Jordan

Saudi Arabia

Syria

Israel

Egypt

Iraq

Dead Sea

Amman

Attarat Um Ghudran

(Concession Area)

Aqaba

Al Qatrana

Zarqa RefineryWest Bank

Gaza

Red Sea

Jordan

Saudi Arabia

Syria

Israel

Egypt

Iraq

Dead Sea

Amman

Attarat Um Ghudran

(Concession Area)

Aqaba

Al Qatrana

West Bank

Gaza

Jordaania esimene põlevkivielektrijaam

• Projekti partnerid: Eesti Energia

(65%), YTL International Berhad

(Malaisia, 30%), Near East

International (NEI, 5%)

• Ehitaja: Hiina suurettevõte Guangdong

Power Engineering Corporation– Foster Wheeleri katlad

– Siemensi turbiin

– Worley Parsons projekteeri

• Rahastajad: maailma ühed suurimad

pangad Bank of China ja Industrial and

Commercial Bank of China, laenu

garanteerib hiina

ekspordikrediidiagentuur Sinosure

• Eeldatav valmimise aeg: 2019

Põlevkivi USAs

Enam kui 3 meetrit

paks

põlevkivikihind, mis

annab enam kui 25

gallonit õli tonni

kohta

Green River

põlevkivimaardla• 80% kogu maailma

põlevkivivarust asub

kolmes USA osariigis

• Green River põlevkivi

on kõige

põhjalikumalt uuritud

• USAs on olnud vaid 1

tööstuslik

põlevkiviõlitehas

aastail 1986-1990

• Mitmeid arendusi on

käimas

Põlevkiviprojekti eelarendus Utah´s

• Eesti Energia omab põlevkivimaardlat

Utah osariigis, mis sisaldab

hinnanguliselt 6,6 miljardit tonni

põlevkivi

• Projekt on eelarenduses:– Läbi on viidud vajalikud uuringud

keskkonnalubade taotlemiseks

– Keskkonnalubade taotlemine käimas

– Tehnilised ja insenertehnilised uuringud

5 Enefit tehnoloogia arendamine

- Turuanalüüs

- Riskide analüüs

- Insenertehniline lahendus

- Võimalikud seadmete tarnijad

- Esialgne tasuvusarvutus

- Tehnoloogia valik

- Projekti realiseerimise plaan

- Investeeringumaksumus

- Detailsed tööjoonised

- Seadmete ja tööde hankimine

- Seadmete valmistamine

- Tsiviilehitus

- Seadmete paigaldamine

- Ehitusjärelvalve

- Tehase käikulaskmine

- Opereerimine saavutamaks projektvõimsust

Ette

va

lmis

tus

Tä

ide

viim

ine

Ärivõimaluse

analüüs

Kontseptuaalne

lahendus

Projekteerimine

Tööjoonised/hange

Ehitus

Käivitamine

Uue keemiatööstuse arendamise etapidKeemiatööstuse arendamine ja ehitamine koosneb kuuest järjestikusest etapist

Uue põlvkonna Enefit tehnoloogia arendamine

koostöös Outoteciga

Eesti Energia arendab Enefit-

tehnoloogiat koostöös

rahvusvahelise

projekteerimisettevõttega Outotec.

&

Narva õlitehas

Tänane toodang:

Põlevkiviõli – 210 000 t/a

Uus tehas annab juurde:

Põlevkiviõli – 256 000 t/a

Outotec ja Eesti Energia asutasid

Enefit tehnoloogia arendamiseks

ühisettevõtte

Enefit Outotec Technology OÜ

Enefit tehnoloogilise kontseptsiooni arendamine

toimub etapiviisiliselt

0,001

0,01

0,1

1

10

100

1000

1 2 3 4

Tehnoloogia arendamise etapid

Se

ad

me

/te

ha

se

su

uru

s

(t/h

)

Laboriseade

0,01t/h

Pilootseade

0,3t/h

Demotehas

280t/h

Eskaleeritud

tehas

>500t/h

Iga uue põlevkivi korral on vaja kõik tehnoloogia arendamise etapid läbi teha: iga põlevkivi on erinev

riskide maandamine

Eesti põlevkiviga on kõik etapid läbitud. Eesti põlevkivi jaoks projekteeritud tehast ei saa kopeerida teiste põlevkivide töötlemiseks

EE koos Outoteciga on loonud võimekuse kõik need arendusfaasid ise teostada

Iga põlevkivi töötlemiseks tuleb protsess uuesti välja arendada võttes arvesse: Põlevkivi omadusi

Lokaalseid tingimusi

Lõpptoodete turgu

Enefit280 protsess

Enefit280 õlitehas - unikaalne põlevkiviõli,

elektri ja gaasi koostootmistehas

• Tehase nimivõimsus: 280 t/h

• Aastane põlevkivi tarbimine: 2,3 mln. tonni

• Ligikaudne aastane põlevkiviõli tootmine: 256 000 tonni

• Aastane põlevkivigaasi tootmine: 75 mln. Nm³

• Aastane elektrienergia tootmine: 280 GWh

• Tehase projekteeritud eluiga: 30 aastat

Enefit280 õlitehas

Enefit280 on keskkonnasäästlikuim ja efektiivseim

tehnoloogia põlevkivist õli, elektri ja gaasi tootmiseks

6 Mootorikütuste tootmine põlevkiviõlist

Kas põlevkivist diislikütuse tootmine on võimalik?

• Maakera suudab kümnete miljonite aastatega toota

planktonist toornaftat:– Kasutamata selleks katalüsaatoreid

– Optimeerimata protsessi tingimusi

• Põlevkivi on tekkinud samast planktonist nagu nafta

sadade miljonite aastate jooksul. Põlevkivi ei ole

muundatud toornaftaks, sest temperatuur ja rõhk on

olnud liiga madalad.

• Fundamentaal-teaduslikult ei saa olla takistusi

põlevkivi muundamiseks sünteetiliseks naftaks ja ka

mootorikütusteks.

• Põlevkivi korral tuleb mootorikütuste tootmine viia läbi

kiirendatud korras, optimaalsetes tingimustes (kõrgem

temperatuur) ja katalüsaatorite manulusel

Planktoni -rikas mudai

Mootorikütuste tootmine naftast

Mootorikütuste tootmine põlevkivist

Mootorikütuste tootmine põlevkivist

• USAs toodeti aastatel 1986-1990 põlevkivist kokku 4,5 miljonit

barrelit sünteetilist naftat

• Austraalias toodeti aastatel 2000-2004 põlevkivibensiinist

lennukikütust

• Eestis ei ole seni tööstuslikult toodetud põlevkivist tänapäeva

spetsifikatsioonidele vastavat mootorikütust.

Utah´ põlevkiviõli Jordaania põlevkiviõli Eesti põlevkiviõli

Tihedus kg/m³ 906 945 926

Hangumispunkt °C 18 -21 -60

Keemiline koostis

Süsinik massi% 83.41 79.85 83.4

Vesinik massi% 11.23 9.7 10.4

Lämmastik massi% 1.74 0.5 0.19

Väävel massi% 0.5 9.04 0.75

Hapnik massi% 1.19 1 5.23

Erinevate põlevkiviõlide omadused:

Iga põlevkiviõli on erinev ja põlevkiviõli järeltöötluskompleksi

kontseptsioon peab need erinevused arvesse võtma.

Põlevkiviõli rafineerimise väljakutsed

Kvaliteet Põlevkiviõli Toornaftast toodetud

sarnane õlisegu

Tihedus kg/m³ 926 815

Väävel massi% 0.8 0.3

Lämmastik massi% 0.25 0.045

Hapnik massi% 6.1 0.15

Vesinik massi% 9.8 13.3

Tsetaanarv CI(D976) ~ 28 ~ 49

Tahked osakesed mg/L 500-5000 5

Kloor mg/L 40-200 < 1

Arseen mg/L 5 < 0,1

• Väga kõrge tihedus

• Erakordselt kõrge hapnikuühendite sisaldus (~6%)

• Väga madal vesinikusisaldus (<10%)

• Väga kõrge aromaatsete ühendite sisaldus

• Suur tahkete osakeste sisaldus

• Kõrge kloori ja arseeni sisaldus

Põlevkiviõli järeltöötluse kontseptsioon

Põlevkiviõli

tootmine

Põlevkiviõli

järeltöötlusLõpptoodang:

toorbensiin, diisel ja kütteõli

Põlevkivi Toorõli

Vesinik

• Rakendada toornafta rafineerimistehastes kasutatavaid standardlahendusi

• Tehase toodeteks oleksid laialdaselt turustatavad tooted:

o Madala väävlisisaldusega toorbensiin (ei täida EuroV nõudeid)

o EuroV nõuetele vastav diislikütus

o Madala väävli sisaldusega kütteõli

• EE on edukalt teostanud põlevkiviõlist diislikütuse tootmise testid kolmes erinevas laboris.

Testide tulemused on näidanud, et põlevkiviõlist on tehniliselt võimalik toota Euro V nõuetele

vastavat diislikütust

• EE on koostanud rafineerimistehase eelprojekti

• Põlevkiviõli järeltöötlus tasub ennast ära suurte mahtude korral (22 000 barrelit päevas)

• Vesiniktöötluseks vajalik vesinik toodetakse uttegaasist (põlevkivi utmise kõrvalprodukt)

• Vesiniku tootmiseks kasutatakse POX tehnoloogiat, mis toodab mittetäieliku oksüdeerimise

teel uttegaasist sünteetilist gaasi ja sünteetilisest gaasist eraldatakse vesinik

• Põlevkiviõli vesiniktöötlus (hydrotreatment) sisaldab viite töötlemise astet, kus kõrgel rõhul

ja temperatuuril katalüsaatorite juuresolekul põlevkiviõli töödeldakse

• Protsessis tekkivad jääkgaasid põletatakse ära põlevkivielektrijaamas

Rafineerimistehase kontseptsioon

Enefit Outotec

Technology GE

Haldor Topsoe

Fluor

53

Kirjandus

1. An Assessment of Oil Shale Technologies June 1980 http://www.gwpc.org/e-

library/documents/general/An%20Assessment%20of%20Oil%20Shale%20Technolo

gies.pdf

2. Eesti põlevkivitööstuse aastaraamat 2014,

http://issuu.com/polevkivikompetentsikeskus/docs/eesti_po__levkivito__o__stuse_a

asta

3. Oil Shale Development in the United States: Prospects and Policy Issues, DOE

2005

http://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/monographs/2005/RAND_MG414.pdf

4. Oil shale: a fuel Lifeline, Oil Shale Information Center, UK,

http://oilshale.co.uk/oilshaleguide.pd

Tänan!

Indrek Aarna

Teadus- ja arendustegevuse juht

Eesti Energia AS

Lelle 22, 11318 Tallinn

Tel: +372 715 2301

Indrek.Aarna@enefit.com

www.enefit.com