油页岩利用技术.docx
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油页岩利用技术
油
页
岩
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技
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油页岩利用技术
摘要
本文介绍了油页岩的概念,资源储量,开发技术,以及市场前景,并结合本公司自身的特点提出了我的一点个人看法：
对于油页岩这种即将在世界能源舞台上大放异彩的石油替代能源，应该保持适当的关注，即使目前还没有可实际介入的项目，仍应该以战略的眼光保持对其的敏感度，以便可以在将来能够占据市场的先机。
随着石油、煤炭、天然气等传统能源价格不断上涨，除了炙手可热的太阳能、风能、生物能源、煤化工等新兴产业外，煤炭、石油开采等向纵深领域发展也逐渐受到重视，煤层气和油页岩资源开发悄然升温。
油页岩又称油母页岩，和石油一样，主要由藻类等低等浮游生物经腐化作用和煤化作用而生成。
油页岩经低温干馏可以得到页岩油，页岩油类似原油，可以制成汽油、柴油或作为燃料油。
除单独成藏外，油页岩还经常与煤形成伴生矿藏，一起被开采出来。
油页岩属于非常规油气资源，以资源丰富和开发利用的可行性而被列为21世纪非常重要的接替能源，它与石油、天然气、煤一样都是不可再生的化石能源，在近200年的开发利用中，其资源状况、主要性质、开采技术以及应用研究方面都积累了不少经验。
关键词：
油页岩；接替能源；可行性分析。
Oilshaleutilizationtechnology
abstract
Thispaperintroducestheconceptofoilshaleresourcesreserves,thedevelopmentoftechnology,andmarketprospect,andcombineswithourowncharacteristicsputforwardmypersonalviewpointfortheoilshaleintheworldenergyisonthestageofthebigoilalternativeenergy,shouldkeepproperattention,evenifthereisnocanactualinterventionproject,stillshouldbebasedonstrategicvisiontokeepitssensitivity,sothatinthefuturecanbeabletooccupythemarketopportunities.
Withoil,coal,naturalgasandthetraditionalenergyprices,inadditiontohotsolarenergy,windenergy,biologicalenergy,coalchemicalindustry,suchasthenewindustry,coal,oilandsoontodepthfielddevelopmentalsograduallyattention,coalbedmethane（CBM）andoilshaleresourcesdevelopmentquietlywarming.Oilshaleisalsocalledoilshale,andoil,mainlybythealgaeandthelowerplanktondecayfunctionandcoalificationandgeneration.Oilshalebylowtemperaturecarbonizationcangetshaleoil,shaleoilsimilarcrudeoil,canbemadeintogasoline,diesel,orasafueloil.Inadditiontoseparatetheaccumulation,oilshaleandcoalalsooftenformassociatedminerals,togetherwasquarried.Oilshalebelongstotheunconventionaloilandgasresources,richresourcesandthedevelopmentandutilizationoffeasibilityandislistedasthe21stcenturyisveryimportanttoreplaceenergy,itwithoil,naturalgas,coalisasnonrenewablefossilenergy,innearly200yearsofdevelopment,theutilizationofresources,mainproperties,miningtechnologyandapplicationresearchhasaccumulatedalotofexperience.
Keywords:
oilshale;Replaceenergy;Feasibilityanalysis.
目录
中、外文摘要
1油页岩基本知识…………………………………………………1
1.1、定义
1.2、物理性状
1.3、组成
1.4、油页岩识别参数
1.5、油页岩用途
2油页岩储量及分布情况…………………………………………2
2.1、世界油页岩分布
2.2、中国油页岩资源量情况
2.3、中国油页岩资源分布情况
3中国油页岩开发利用现状………………………………………5
3.1、油页岩开发利用现状
3.1.1、世界油页岩利用现状
3.1.2、中国油页岩利用现状
3.2油页岩开发利用
3.2.1、直接开采
3.2.2、地下转化工艺技术（ICP）
3.3油页岩-利用技术
3.3.1、干馏技术
3.3.2、燃烧锅炉的发展
3.3.3、油页岩流化床燃烧技术
3.3.4、油页岩循环流化床燃烧技术
4油页岩资源开发前景及发展趋势………………………………12
4.1、目前油页岩开发利用的局限性
4.2、油页岩前景广阔
参考文献
1、油页岩基本知识
1.1、定义
油页岩（又称油母页岩）是一种高灰分的含可燃有机质的沉积岩，它和煤的主要区别是灰分超过40%，与碳质页岩的主要区别是含油率大于3.5%。
油页岩经低温干馏可以得到页岩油，页岩油类似原油，可以制成汽油、柴油或作为燃料油。
除单独成藏外，油页岩还经常与煤形成伴生矿藏，一起被开采出来。
油页岩主要是由藻类等低等浮游生物经腐化作用和煤化作用而生成。
一些微小动物、高等水生或陆生植物的残体，如孢子、花粉、角质等植物组织碎片，也参与油页岩的生成。
油页岩是一种富含有机质、具有微细层理、可以燃烧的细粒沉积岩。
油页岩中有机质的绝大部分是不溶于普通有机溶剂的成油物质，俗称“油母”。
因此，油页岩又称“油母页岩”。
油页岩是一种能源矿产，属于低热值固态化石燃料。
一般地，国际上常以每吨油页岩能产出0.25桶（即0.034吨）以上页岩油的油页岩称为“油页岩矿”，或者将产油率高于4%者的油页岩称为矿。
过去，我国将含油率在5%以上的油页岩定为富矿，并计算储量；含油率在5%以下的油页岩定为贫矿，不计算储量；也有将油页岩产油率低于6%者定为贫矿，高于10%者定为富矿。
1.2、物理性状
油页岩外观多呈褐色泥岩状，其相对密度为1.4～2.7。
油页岩中的矿物质常与有机质均匀细密地混合，难以用一般选煤的方法进行选矿。
含有大量粘土矿物的油页岩，往往形成明显的片理。
1.3、组成
主要包括油母、水分和矿物质。
①油母。
含量约10％～50％（干基），是复杂的高分子有机化合物，富含脂肪烃结构，而较少芳烃结构。
油母的元素组成主要为碳、氢，以及少量的氧、氮、硫；其氢碳原子比为1.25～1.75。
油母含量高，氢碳原子比大，则油页岩产油率高。
②水分。
为4％～25％不等,与矿物质颗粒间的微孔结构有关。
茂名油页岩的水分含量较高，热加工过程中消耗较多的热量，且在干燥时易崩碎。
③矿物质。
主要有石英、高岭土、粘土、云母、碳酸盐岩以及硫铁矿等。
含量通常高于有机质。
1.4、油页岩识别参数
页岩油很像石油,除了液态的碳、氢物质外，还含有少量氧、氮和硫的化和物。
页岩油经过进一步加工提炼，可以制得汽油、煤油、柴油等液体燃料，具有与石油相同的作用。
油页岩的识别参数包括含油率（ω）、灰分（Ag）、发热量（QgDW）、全硫含量（SgQ）等。
（1）含油率（ω）：
油页岩含油率是指油页岩中页岩油所占的质量分数，是界定油页岩矿产资源概念的指标，也是油页岩品位评价的关键参数，是为了评价油页岩的炼油适合性以及在低温干馏工业中鉴定油页岩性质，并预测各种产品产率。
（2）灰分（Ag）：
灰分是指1g油页岩分析样品在800±10℃条件下完全燃烧后剩余的残渣重量。
它既是区别高含碳油页岩与煤资源的关键指标，又是衡量油页岩质量的参数。
该参数越低，油页岩的含油率增高，油页岩的质量越好。
（3）发热量（QgDW）：
发热量是指单位重量的油页岩完全燃烧后所放出的全部热量，是评价油页岩作为工业燃料价值的重要参数。
（4）全硫含量（SgQ）：
全硫含量是指油页岩中这种硫分的总和，它是评价油页岩利用时潜在环境污染程度的重要指标。
1.5、油页岩用途
油页岩不但可提炼出各种燃料油类，而且还可炼制出各种合成燃料气体及化工原料，副产品还可用于制砖、水泥等建筑材料。
归纳起来，油页岩有三种主要用途：
（1）干馏制取页岩油及相关产品
若将油页岩打碎并加热至500℃左右，就可以得到页岩油。
我国常称页岩油为人造石油。
一般来说，1吨油页岩可提炼出38至378公升（相当于0.3至3.2桶）页岩油。
页岩油加氢裂解精制后，可获得汽油、煤油、柴油、石蜡、石焦油等多种化工产品。
（2）作为燃料用来发电、取暖和运输
首先是用来发电。
利用油页岩发电的形式有两种。
一是直接把油页岩用作锅炉燃料，产生蒸汽发电；另一种是把油页岩低温干馏，产生气体燃料，然后输送到内燃机燃烧发电。
目前普遍采用前一种形式。
其次，可以利用油页岩燃烧供暖。
在2001/2002年度，爱沙尼亚利用油页岩发电和向居民、工业供暖所创造的效益分别占国家税收的76%和14%，对其国民经济具有重要意义。
再次，可以利用油页岩燃烧带动发动机，用于长途运输。
（3）生产建筑材料、水泥和化肥
作为附加品，油页岩干馏和燃烧后的页岩灰主要用于生产水泥、砖等建筑材料。
在德国，每年有30万吨油页岩用于水泥的生产。
在我国，油页岩干馏和燃烧后的半焦灰渣用来制造砌块、砖、水泥、陶粒等建材产品。
此外，油页岩还可以直接用于有机肥料的生产。
如我国陕西铜川市汇源实业开发总公司就拟投资1000万元，利用印台地区现有的油页岩资源，在原有50000吨磷肥生产线的基础上进行技术改造，建设年产50000吨油页岩有机复合肥的生产线。
不同国家对油页岩的用途不同。
在爱沙尼亚，油页岩主要用来发电和提炼页岩油；在巴西，油页岩主要用作运输燃料；在德国，油页岩主要用于制造水泥和建筑材料；在中国和澳大利亚，油页岩主要用于提炼页岩油和用作燃料；在俄罗斯和以色列，油页岩主要用于发电。
2油页岩储量及分布情况
2.1世界油页岩分布
据不完全统计,全球油页岩资源蕴含量巨大,估计有10万亿吨,比煤资源量7万亿吨还多40%｡全球油页岩产于寒武纪至第三系,主要分布于美国､扎伊尔､巴西､意大利､摩洛哥､约旦､澳大利亚､中国和加拿大等九个国家｡目前只有美国､澳洲､瑞典､爱沙尼亚､约旦､法国､德国､巴西和俄罗斯等国的部分油页岩矿床做了详细的勘探和评价｡
据IEA（国际能源机构）,2002年《世界能源展望》中所言,全球油页岩含油量约比传统石油资源量2710亿吨多50%以上｡
世界上已发现的非常规油气资源大多位于地缘政治相对稳定的西半球，即美国、加拿大和拉丁美洲，美国是全球油页岩资源最丰富的国家，储量约占全球储量的70%以上；加拿大是全球沥青砂资源最丰富的国家，储量约占全球储量的90%以上。
全球油页岩资源十分丰富，据不完全统计其蕴藏资源量约有10万亿吨，比煤炭资源量多40%。
油页岩不仅资源丰富，而且分布相对集中。
在美国，大约75%的油页岩集中在科罗拉多州、犹他州和怀俄明州。
按探明资源量排位，中国继美国、巴西、前苏联之后位居世界第四。
2.2、中国油页岩资源量情况
我国是世界上油页岩资源储量最丰富的国家之一。
我国的油页岩资源主要分布在东部区、中部区和青藏区。
东部区油页岩资源为3442.48亿吨,占全国油页岩资源的48%；中部区油页岩资源为1609.64亿吨,占全国油页岩资源的22%；青藏区油页岩资源为1203.20亿吨,占全国油页岩资源的17%；西部区页岩油资源为749.43亿吨,占全国油页岩资源的10%；南方区油页岩资源为194.61亿吨,占全国油页岩资源的3%。
新一轮全国油页岩资源评价结果显示,在我国埋深1000m以浅的油页岩资源储量为7199.37亿吨,技术可采资源储量为2432.36亿吨；页岩油资源储量为476.44亿吨,技术可采资源储量为159.72亿吨,可回收资源储量为119.79亿吨。
这表明我国油页岩资源丰富,但勘探程度低。
随着勘探工作的逐步深入,我国油页岩资源,尤其是查明油页岩资源量将大幅度提高,同时还会不断发现新的油页岩矿点。
2004～2006年，我国对油页岩资源进行了国内首次评价，查明地质资源量为7199亿吨，折合成页岩油为476亿吨。
我国在煤炭开采过程中产生的油页岩达到近千万吨，仅抚顺西露天矿油母页岩每年排弃量就达800万吨，排弃占用大量耕地，严重影响了矿区周围的生态环境。
2.3、中国油页岩资源分布情况
我国油页岩矿的含油率一般大于5%，多在6%左右。
若按含油率6%折算，我国页岩油的远景地质储量达289.9亿吨。
已探明的储量折算成页岩油，至少有18.7亿吨。
若按抚顺石油一厂、二厂的经验数据，每33～35吨油页岩生产1吨页岩油折算，探明的油页岩储量311.7亿吨，可生产9.17亿吨油；预测储量4520亿吨可生产132.9亿吨油，两项合计为142亿吨。
我国油页岩的分布比较广泛，但分布不均匀，主要分布于内蒙古、山东、山西、吉林、黑龙江、陕西、辽宁、广东、新疆等9省。
由于勘探程度较低，目前仅在14个省（区）计算了探明储量，其中吉林、辽宁和广东的储量较多，合计约占全国探明储量的90%以上。
有21个省（区）做了储量预测，内蒙古、山东、山西、吉林和黑龙江等省
的预测储量大。
3中国油页岩开发利用现状
3.1、油页岩开发利用现状
3.1.1世界油页岩利用现状
2010年世界页岩油产量共约110万吨.其中:
中国约55万吨,爱沙尼亚约40万吨,巴西约18万吨｡世界油页岩电站以爱沙尼亚最大,容量达2300MW,中国和德国等油页岩电力规模很小｡
爱沙尼亚有世界上最大的油页岩电站,但今后主要是采用干馏新技术,增产页岩油｡
美国拥有世界上最丰富的油页岩能源,一些大石油公司正在开展或计划开展地下或地上干馏现场实验,但至今未工业生产｡美国一些大学和科研机构则在开展有关油页岩应用基础的研究｡
俄罗斯的油页岩也很丰富但其油气资源很多,不发展页岩油｡巴西有页岩油生产,但因为近年来在近海发现大型的油田,故无页岩油的增产计划｡
德国､法国､加拿大､澳大利亚､英国等发达国家的一些公司,开始关注页岩油的生产,或从事开发油页岩干馏新工艺｡
约旦､摩洛哥､泰国､土耳其､以色列等发展中国家,加强了油页岩资源的勘察或国际合作,开展了油页岩加工利用的可行性研究｡
3.1.2中国油页岩利用现状
由于中国当年每年进口大量原油,对外依存度已超过50%,故页岩油的生产受到重视｡国家发改委等制定有支持油页岩产业发展的政策和税收优惠等规定｡中国预测页岩油资源很丰富,但探明储量不够多｡
中国油页岩开发历史较早,在大庆油田发现之前,中国内部甚至讨论过是否发展油页岩为主的人造石油工业,辽宁抚顺的油页岩产量在当时甚至达到世界第一的水平｡但随着大庆油田的发现等一些列天然油气资源的不断涌现,油页岩,作为成本较高的石油替代资源被打入冷宫,悠悠50年过去,随着天然油气开发成本和难度逐年增大,以及油价的高位运行,中国油页岩的开发愈来愈受到重视,数据显示,中国页岩油年产量每年均有增加,2010年共计生产55万吨,而2009年则为40万吨｡
中国页岩油的年产量位居世界第一,其中抚顺矿务局页岩油的年产量又占中国年产量的一半以上｡然而,中国页岩油的产量与天然原油产量相比是很小的｡中国页岩油通常作为轮船燃料､锅炉燃料出售,销路非常良好｡
3.2油页岩开发利用
3.2.1、直接开采
直接开采包括露天和井下两种开采方式。
露天开采适合于埋藏较浅的矿床开采，成本低，安全系数高，辽宁抚顺和广东茂名就是典型的例子。
井下开采有竖井、水平坑道采矿两种方式，适合于埋藏较深的矿床。
直接开采是较原始的开采方式，局限性比较大，对生态环境的破坏也十分严重，主要表现在三个方面：
（1）是生态及水质破坏严重。
无论是露天采矿还是井下采矿，都需要把地下水位降低到含油页岩层的层位以下，开采1立方米油页岩，一般需要抽出25立方米的地下水；采矿水极大地增加了地表水、地下水中硫酸盐的含量。
在巴西，油页岩采矿长期破坏着矿山及其附近的生态平衡和水位水质的稳定。
（2）是灰渣污染严重。
通过直接开采得到的油页岩用于提炼页岩油或直接燃烧，产生大量灰渣，如果不回收利用则不仅会造成空气污染，且废弃灰渣占地面积大，其中金属元素和微量元素渗入地下水体，危害人们生产生活。
（3）是直接开采占地较多，一旦开垦就无法完全修复。
3.2.2、地下转化工艺技术（ICP）
ICP是壳牌公司投入巨资研发出的开采油页岩及其他非常规资源的专利技术，对开发深部油页岩尤其有利。
ICP开采油页岩的基本原理是在地下对油页岩矿层进行加热和裂解，促使其转化为高品质的油或气，再通过相关通道将油、气分别提取出来；将这些高品质的油（气）采集到地面进行加工后，可生产出石脑油、煤油等成品油。
该技术的突出优点是：
提高了资源开发利用效率；减少了开采过程中对生态环境的破坏，即少占地、无尾渣废料、无空气污染、少地下水污染及最大限度地减少有害副产品的产生。
尽管该项技术现在还未完全商业化，但关键的工艺、设备等技术问题都已解决，并在美国科罗拉多州和加拿大阿尔伯特省进行了商业示范。
按照2005年5月每桶原油开发成本计算，传统的干馏技术为20美元／桶，使用ICP技术生产成本为12美元／桶，ICP技术成本低于传统的干馏技术，该技术在油价高于25美元／桶时可以盈利。
中国吉林省油页岩资源丰富，但大部分埋藏于平原耕地之下，或者埋藏较深，吉林省地质矿产勘查开发局与壳牌勘探有限公司于2004年12月8日签署合作框架协议书，根据壳牌公司在北美ICP技术的研发及对吉林省油页岩资源的勘察情况，合资公司预计于2006年开始ICP技术商业示范，2010年后将开始全面商业运行。
油页岩的开采方式经过近两个世纪的发展，已取得许多成功的经验，并在不断改进，成熟的开采技术是油页岩工业崛起的有力保障。
3.3油页岩利用技术
随着技术进步和环保意识的增强，油页岩资源从单纯的能源利用发展到综合利用，极大地提高了资源利用率，降低了成本，减少了环境污染，为资源的可持续利用提供了保障。
油页岩矿石采出之后，最先是作为能源而被使用的，即干馏炼油和作为燃料。
油页岩干馏后的页岩油可作为燃料油出售，也可以通过加氢精制和非加氢精制的方法生产轻柴油，提高页岩油附加值，精制后的重油作燃料使用。
油页岩做燃料主要是用来发电，即直接用作锅炉燃料或进行低温干馏产生气体燃料而发电，还可用于供暖和长途运输。
2001-2002年，爱沙尼亚利用油页岩发电和向居民、工业供暖所创造的效益分别占国家税收的76%和14%，对其国民经济具有重要意义。
干馏和直接燃烧产生的灰渣和废气有不同的用途，灰渣可以用来充填矿井、制取水泥或陶粒、制砖等,现在有很多成功利用页岩废渣的技术；废气可以作为燃料燃烧产生蒸汽后供生产、生活使用,也可以循环利用，为油页岩的干馏提供热源。
油页岩的使用主要集中在提炼页岩油和发电上,因此干馏工艺和燃烧锅炉的发展直接影响着使用效果,降低成本、注重环保和充分利用资源的要求促进了油页岩利用技术的革新，主要表现在干馏工艺和燃烧锅炉的改进上。
3.3.1、干馏技术
目前,世界上许多国家都对油页岩干馏方法进行了研究，有的已形成工业化生产规模，中国、俄罗斯、爱沙尼亚的发生式炉及德国LR炉处理量小，油收率较低，工艺不先进,但投资少,适用于小规模的页岩炼油厂；爱沙尼亚Kiviter炉和美国TOSCO-Ⅱ炉处理量较大,投资中等,适用于中等规模的油页岩炼油厂；爱沙尼亚Galoter、巴西Petrosix及澳大利亚Alberta-Taciuk炉处理量大，油收率高,产高热值煤气，投资高，适用于大、中型油页岩炼油厂。
3.3.2、燃烧锅炉的发展
油页岩作为燃料用于发电经历了漫长的研究开发过程，从油页岩悬浮燃烧与气化到油页岩流化床燃烧再到油页岩循环流化床燃烧，技术不断进步，效益不断提高，污染不断减少。
前苏联采用悬浮燃烧方式直接利用油页岩燃烧发电，20世纪50至70年代先后在爱沙尼亚和波罗的海建立3座电厂，总装机容量为2415MW，所配锅炉出力为65～320吨／小时。
但出现了很多问题：
锅炉实际出力减小，炉膛结焦，受热面高温腐蚀，尾部受热面堵灰；SO2和NOX排放量大，严重污染环境；制粉系统耗电量大，锅炉维修费用高，运行不经济；机组可靠性差，经常被迫停机，且停炉检修时很长等。
3.3.3、油页岩流化床燃烧技术
前苏联首次开发燃油页岩流化床锅炉，于20世纪80年代对爱沙尼亚、波罗的海电站锅炉进行了改造，广东茂名、辽宁抚顺也先后应用了油页岩流化床锅炉，其突出优点是减少了炉膛结焦的可能性，对流受热面上也没有严重积灰，烟气中NO及NO2含量小，燃烧过程中可以吸收大量硫，锅炉实际输出功率增大，飞灰不会粘污锅炉过热器和省煤器管束，锅炉热效率达70%以上。
实践证明油页岩流化床燃烧发电在技术上是可行的，但效率较低、经济效益较差。
3.3.4、油页岩循环流化床燃烧技术
循环流化床燃烧技术（CFBC）有效地提高了油页岩的利用率和锅炉的热效率,减少了污染气体的排放。
它是油页岩发电最有利的燃烧方式，具有良好的煤种适应性、低温燃烧、燃用宽筛分颗粒，SO2、NO及NO2的排放量非常低，锅炉的效率在80%以上，这些突出的优点给油页岩能源利用和油页岩燃烧发电技术注入了新的活力，带来了新的机遇。
中国、以色列等国在油页岩循环流化床燃烧发电的能源利用研究方面取得了成功经验，1989年以色列建成首台半商业化油页岩循环流化床燃烧示范电站，采用芬兰Ahlstrom公司的50吨／小时循环流化床锅炉。
20世纪90年代以色列采用230吨/时循环流化床锅炉建造一座燃用油页岩商业化电厂，1996年吉林省桦甸油页岩示范热电厂采用3台东北电力学院研究制65吨／小时低倍率循环床油页岩电站锅炉，实现长期稳定运行。
油页岩的应用技术得到长足发展，给许多国家的经济发展做出了很大贡献。
但不同国家油页岩主要用途差别较大，爱沙尼亚主要用来发电和提炼页岩油，近40年其电力生产的99%主要依赖于油页岩，巴西主要用作运输燃料，德国
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