油页岩开发利用Word文档下载推荐.docx

1、108 欧元，有雇员8340 人18。该公司有两种油页岩电站锅炉，旧式的为多台粉末页岩悬浮燃烧锅炉，其排放的烟气含有粉尘、SO2等，大气污染严重， 近年来引进了两台颗粒页岩流化燃烧锅炉（430MW），效率较悬浮锅炉高，且烟气中污染物排放少，符合欧盟标准19，20。同时，该公司计划2010 年再建两台新的流化燃烧锅炉，预计2015 年建成，以逐步代替悬浮燃烧锅炉21。由于欧盟规定爱沙尼亚在2012 年后，其SO2年排放总量不能超过2.5104t， 而目前爱沙尼亚电站SO2的年排放量已超出此数值的2.5 倍， 因此爱沙尼亚政府于2009 年决定将逐步减少油页岩电站的发电量， 至2025 年从现有的

2、占全国总用量的90%减为38%，而用风能、气能、核电能等来代替22。爱沙尼亚能源集团公司于2009 年决定与德国奥托泰克（Outotec）公司合作，建设一套改进的葛洛特炉，成为爱奈飞特280（Enefit280），工艺流程中改用循环流化燃烧半焦来代替现有炉型中的半焦喷射式燃烧，以提高燃烧效率，并将每台日加工能力由3000t 增至6000t，计划2012 年建成投产4 巴西巴西石油公司（Petrobras）建有两台佩特罗瑟克斯（Petrosix） 块状页岩干馏炉， 一台日加工1500t 油页岩， 另一台日加工6000t 油页岩， 是当前世界上日处理量最大的炉子。该炉生产工艺成熟，且油收率可高达实

3、验室铝甄油收率的90%，生产装置无污染泄漏，周围环境无异味。生产的页岩半焦回填露天矿坑，植被或改成人工湖，几年后，水质合格，植物和野生动物生长良好26，27。巴西当前年产页岩油约18104t，由于近年来巴西在海上发现大油田，故对页岩油生产无扩建计划。巴西石油公司2009 年与法国道达尔公司合作，对摩洛哥油页岩加工利用进行评估，并与美国油页岩开发公司（Oil Shale Exploralion Company）合作，进行美国绿河油页岩采用巴西佩特罗瑟克斯干馏工艺，日生产5104bbl 页岩油可行性研究5 俄罗斯3.3.1 俄罗斯页岩油厂俄罗斯油页岩储量丰富，曾有两座小规模页岩油厂，一座在列宁格勒

4、地区的页岩市，加工库克瑟特油页岩；另一座在东部的苏斯兰（Suzran），加工伏尔加含硫页岩。由于俄罗斯有丰富的原油资源，其页岩油产量相比微不足道，故两座页岩油厂已停顿。页岩城页岩水泥厂俄罗斯于2008 年开始在页岩城附近建设一座基于油页岩为原料的水泥厂6 加拿大阿尔勃脱油页岩资源勘查利用加拿大阿尔修斯矿业公司在阿尔勃脱勘查油页岩，进行开发利用阿尔勃脱塔瑟克工艺加拿大阿尔勃脱塔瑟克（ATP）固体热载体干馏工艺由加拿大工程师塔瑟克发明，尤墨太克公司开发，用于油砂、废油和颗粒页岩干馏。原为日加工240t 的中试装置， 于1997 年由澳大利亚南太平洋石油公司（SPP/CPM）放大为日加工6000t

5、油页岩（德国泰森克虏佰公司制造）， 在澳大利亚昆士兰被放大，经多年试验，在2002 年开工率达60%，该装置售与美国昆士兰能源公司（QER）而停运52，53。中国抚顺于2005 年进口一台日加工6000t 油页岩的ATP 工艺，预计将于2010 年试运行7 美国美国油页岩资源美国有世界上最丰富的油页岩资源，美国地质调查局2009 年在29 届科罗拉多国际油页岩会议上的报告，介绍了绿河页岩油的潜在储量，约为1.51012bbl，比以前估算的11012bbl 增加了50%32。美国油页岩开发利用项目美国于最近几年掀起了油页岩开发利用研究试验的高潮，据美国能源部于2008 年统计，共约有29 个公司

6、和研究机构， 包括一些大石油公司如壳牌、埃克森美孚、雪佛龙等都重新或开始进行了油页岩地下或地上干馏的试验33，34。据2009 年在29届科罗拉多国际油页岩会议上的报道，美国各公司和大学及研究机构继续试验工作，其中壳牌公司则在继续开展地下干馏中试35，36。取得的页岩油较地上干馏为轻，是其特点，但该工艺尚不成熟。埃克森美孚公司在2009 年国际油页岩会议上也介绍了地下干馏中试的开展37，38。其他项目的进展不大。美国页岩油生产预测美国至今无页岩油的工业生产，美国能源部曾于2008 年提出过美国中长期发展页岩油的建议：在2010 年，建立起页岩油工艺，在2020 年，日产页岩油100 104bb

7、l， 在2035 年日产页岩油250 104bbl。恐难实现如此大的规模。国内油页岩开发利用现状1 中国油页岩资源勘查进展中国地质调查局发展研究中心为负责单位，中国石油大学（ 北京） 和吉林大学为参加单位， 于20082009 年开展了“全国油页岩资源开发利用可行性研究”，分析了国内外现状，提出了加强我国油页岩资源勘查与开发利用的建议。研究表明，中国油页岩资源丰富，高达7000108t 以上，但探明储量仅400108t 以上，急需加强勘探工作1。中国地质调查局成都地质矿产研究所与四川大学于2009 年发表的论文， 介绍了西藏羌塘盆地胜利河-长蛇山勘查赋存侏罗纪海相油页岩的探明储量达10108t

8、（ 含油率为3.5%16.3%）， 是一个可喜的新进展2。吉林大学刘招君教授主编出版了一本中国油页岩专著，主要介绍了中国油页岩地质和资源2 中国页岩油年产量及油页岩电厂能力1 抚顺矿务局抚顺矿务局属地方国营，是国内最大的油页岩开发利用企业5。当前拥有两座页岩油厂，共有220台抚顺式干馏炉，组成11 部干馏系统。每台抚顺炉日加工块状油页岩100t，油页岩来自东西两座露天矿。西露天矿油页岩与煤共生，已开采90 多年，日趋枯竭，当前转为重点开发东露天矿，主要提供页岩干馏炼油。20082009 年，抚顺矿务局共生产30抚顺炉工艺油收率低，仅为实验室铝甄干馏收率的65%。2009 年抚矿与陕西冶金设计研

9、究院合作， 对一部抚顺炉装置改进了传统的冷凝回收系统，增设了电气除雾器，用间冷塔代替直冷塔等措施，从而收油率提高到铝甄的75%，且降低了水用量，取得了进步6。抚顺矿务局进口的一台ATP 颗粒页岩干馏炉，正紧张建设中，预计于2010 年初可投入试运行，该ATP 炉日加工6000t 颗粒油页岩（这是不能用于抚顺炉加工的细粒页岩）， 可年产10在油页岩综合利用方面， 抚矿还利用页岩灰制砖，迄今已拥有年产1.2 亿块页岩灰烧结砖的生产规模。此外，页岩干馏产出的剩余干馏气用于燃烧发电， 至今具有发电机组82 台， 总容量4.1104kW， 年发电7200104kWh， 除用于页岩油厂生产外，还有余量供采

10、矿使用5。2 吉林汪清页岩油厂吉林汪清油页岩含油率达8%，系地下开采。民营龙腾能源公司建有40 台抚顺式炉加工汪清油页岩。该厂2008 年生产2.2104t 页岩油目前， 汪清页岩油厂正委托东北电力大学设计， 江西江联能源公司制造2 台35t/h 油页岩流化床锅炉，预计2010 年运行3 甘肃窑街页岩油厂甘肃窑街油页岩可采储量约2.6108t， 中国石油大学（北京）于2008 年与甘肃窑街煤业公司及陕西神木三江煤化公司合作，利用神木的气燃式方炉中试加工窑街油页岩， 油收率达9.2%13.0%（ 页岩），干馏气达3.1%6.0%（页岩）11。甘肃窑街煤电公司用神木三江气燃炉工艺（日加工500t

11、油页岩/台），建设页岩油厂，年加工140104t 窑街油页岩，年产12.5第一期正在建8 台炉子，将于2010 年投产4 黑龙江达连河油页岩流化干馏中试中煤集团支持所属的龙江哈尔滨煤化工公司在黑龙江伊兰县达连河开展粉末油页岩流化干馏新工艺中试（50t 油页岩/d），该工艺先前由上海博申科技公司开发，后经哈尔滨煤化工公司多次改革工艺， 已于2009 年取得初步成功。现拟筹建日加工2000t 油页岩的工业试验装置5 黑龙江大庆颗粒页岩干馏中试中国石油大庆油田采用大连理工大学开展的颗粒页岩固体热载体干馏新技术， 拟建设日加工2000t 柳树河油页岩的工业试验装置，2009 年讨论评审了干馏工艺软件包

12、，现已开始初步设计6 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）应用化学系持续开展国内外油页岩的开发利用研究， 经2008 年出版了中文专著油页岩石油的补充能源后，又于2009年以钱家麟教授等为主编，王剑秋、李术元教授等为副主编， 编写了英文专著Oil Shale-PetroleumAlternatiue， 将于2010 年初由中国石化出版社出版，向全世界发行结论 最近两年，世界油价涨跌剧烈。2009 年下半年在每桶6580 美元间波动，一般情况下，油页岩干馏炼油在经济上仍可赢利。当前世界油页岩开发利用热度未减，2009 年国内外共召开了三次大型油页岩科技会议。 世界页岩油年产量共约100104

13、t， 其中中国、爱沙尼亚等约40104t，巴西约18104t。世界油页岩电站以爱沙尼亚最大， 容量达2200MW， 中国和德国等油页岩电力规模很小。 中国页岩油仍不断增产， 并在引进和自主开发油页岩干馏生产的新工艺。由于中国当前每年进口大量原油，对外依存度高达50%，故页岩油的生产开始受到重视。中国预测的页岩油资源很丰富，但探明储量不够多，必须加强勘查，落实更多可采储量，才可能使页岩油生产量大幅增加。 美国虽然拥有最丰富的油页岩资源， 很多大石油公司都在开展地上、地下干馏研究试验，但至今并未工业生产。 俄罗斯油页岩储量也很丰富， 但其油气资源很多，不发展页岩油。 法国、加拿大、澳大利亚、瑞典等

14、发达国家，开始关注页岩油生产。 印尼、约旦、印度、摩洛哥、泰国、土耳其等发展中国家加强了油页岩资源勘查和加工利用可行性研究。二 油页岩综合开发利用集成技术现有的可长期连续运转（年运行330 天以上）的干馏炼油设备（ 国内抚顺式干馏炉和巴西Pet rosix 干馏炉） 存在4 大缺点: 815 mm 以下碎屑页岩（占总量的20 %25 %） 被舍弃; 块状页岩炼油油收率63 %（抚顺式） 90 %（巴西） ,即10 %37 %页岩油损失; 干馏后的残渣热值2 5003 800 kJ / kg ,热损失大; 排渣、废气、污水对环境污染超标。现有的油页岩循环流化床锅炉发电厂直接将页岩全部燃烧发电,等

15、于烧掉了一部分油资源。正因为如此,从能源资源有效利用角度出发,提出了油页岩综合利用“集成技术”,即将油页岩作为能源同时转化为页岩油和电力,又作为资源,将灰渣转化为建筑材料或其它特殊材料,实现无固体废弃物排放的油页岩综合利用。该技术路线以干馏炼油厂为基础,将碎屑页岩和残渣（灰渣或半焦） 、低热值煤气作为燃料送入循环流化床锅炉燃烧发电,燃烧后的灰渣送入建材厂制作水泥、砌块（砖） 和陶粒。因此,页岩矿、炼油厂、发电厂和建材厂组成一个链带式联合企业,将页岩转化为页岩油、电力和建筑材料。其中,循环流化床锅炉是关键技术,一要保证残渣和碎屑页岩混合物稳定燃烧发电;二要保证燃烧后的灰渣含碳量符合直接做建材的要

16、求（ 3 %5 %） ;三要保证烟尘排放达标。这是一种新型的循环流化床锅炉,目前世界上尚无商业应用实例。该集成技术的炼油设备可采用巴西、澳大利亚等先进的干馏炉,亦可采用抚顺式干馏炉。采用本集成技术,其页岩油、电力和建材总产值、总利润远远高于现有国外巴西干馏炼油厂和国内的小炼油厂。三 油页岩经济效益分析某油页岩综合开发项目为: （1） 年产285 万吨页岩矿; （2） 年产20 万吨页岩油干馏厂（副产1. 5万吨石油液化气和3. 5 万吨高热值煤气） ,引进巴西Pet rosix 干馏技术; （3） 2 60 MW 半焦新型循环流化床锅炉发电厂; （4） 灰渣建材厂:年产水泥粉末100 万吨、砌

17、块32. 8 104 m3 、蒸压砖12. 5104 m3 和陶粒20 104 m3 。4 个子项目组成一链带式联合企业,页岩矿为龙头,干馏厂为基础,发电厂为关键,承上启下,建材厂为龙尾。页岩矿年产量285 万吨油页岩,其中炼油用56. 14 万吨,其余供发电厂。页岩售价按目前小矿实际计算70 元/ 吨,本项目用256. 14 万吨,销售收入17 929. 8 万元。干馏厂,页岩入厂价75元/ 吨,年耗量256. 14 万吨,经破碎、筛分成850 mm块状页岩204. 92 万吨,供干馏炉炼油,余下8 mm 以下碎屑页岩51. 22 万吨供发电厂。干馏厂,年产页岩油20 万吨,焦价3 400

18、元/ 吨,生产成本1 921. 06 元/ 吨,年销售收入68 000 万元、利润29 578. 8 万元;副产石油液化气1. 5 万吨、高热值煤气3. 5 万吨,售价按3 400 元/ 吨,生产成本已计入页岩油中,因此年销售收入即利润17 000万元;此外,51. 22 万吨碎屑。页岩供发电厂,售价75 元/ 吨,成本也计入页岩油中,因此,年销售收入即利润3 841. 5 万元。干馏厂,年销售总收入88 841. 5 万元,总利润50 420. 3万元。此外,干馏厂年排放半焦134. 83万吨,免费供给发电厂。发电厂,利用干馏厂碎屑页岩51. 22 万吨（发热值8 374 kJ / kg ,

19、 入厂价75 元/ 吨） 和半焦134. 83 万吨（发热值3 763 kJ / kg ,仅计运费5 元/吨） ,按比例混合燃烧发电,采用超高压发电机组标准煤耗率b0 = 0. 33 kg/ （ kW h） ） ,年发电量9. 66 109 kW h （碎屑页岩4. 44 108 kW h ,半焦5. 25 108 kWh） ,供电量8. 694 h ,上网电价0. 43 元/ （ kW h ） , 年销售收入37 384. 2亿元,利润4 633. 6 亿元。干馏厂和发电厂联合, 年销售总收入126 225. 7万元（ 其中发电占29. 6 %） , 总利润75 053. 9万元（其中发电占

20、32. 82 %） 。灰渣建材厂,根据当地和附近市场销售情况确定:年产水泥粉末100 万吨,砌块32. 8 104 m3 ,蒸压砖12. 5 104 m3 ,陶粒20 104 m3 ;年可利用电厂灰渣85. 8 万吨,占灰渣总量61 %。4 种产品年销售收入36 653. 5 万元,利润9 261. 5 万元。页岩矿、干馏厂、发电厂和建材厂的联合企业,年销售总收入162 879. 2 万元,为干馏厂的1. 83倍; 年总利润84 315. 4 万元, 为干馏厂的1. 67倍。对原页岩而言,销售收入635. 9 元/ 吨、为原页岩产值的9. 08 倍;利润329. 18 元/ 吨,为页岩原产值的

21、4. 62 倍。如果该综合开发项目中,干馏厂采用抚顺式干馏技术,则在相同原页岩耗量（256. 14 万吨）下,年产页岩油139 960. 36 吨,年发电102 325 104 kW h ,炼油和发电年销售总收入9 458 451万元,总利润42 762. 79 万元,即销售收入仅为巴西技术的58. 07 % , 利润仅为巴西技术的50. 72 %;而且少产页岩油60 039. 64 吨、石油液化气15 000 吨,高热值煤气35 000 吨。页岩矿和灰渣建材厂的经济效益不变。由此可见,本综合开发项目不应采用抚顺式干馏技术。如果本综合开发项目不采用“集成技术”,而只采用巴西干馏技术, 则在相同

22、原页岩耗量256. 14 万吨） 下,仅产页岩油20 万吨,石油液化气1. 5 万吨,高热值煤气3. 5 万吨,则年销售收入85 000万元仅为“集成技术”的52. 19 % ,利润率46 578. 8万元仅为“集成技术”的55. 24 %。由此可见,经济效益比“集成技术”低得多。如果本综合开发项目不采用“集成技术”,而采用循环流化床锅炉发电与灰渣联产建材的技术路线,则在相同的原页岩耗量（256. 14 万吨） ,可建2 150 MW 发电厂,采用超高压发电机组,年发电量22. 2 108 kW h , 供电量20 h ,则发电销售收入8. 6 亿元,利润4. 76亿元;页岩矿和建材厂经济效益

23、不变。因此,其经济效益比“集成技术”低得多,而且每年少生产页岩油20 万吨,石油液化气1. 5 万吨,高热值煤气3. 5万吨。由此可见,该油页岩综合开发项目,采用以巴西干馏技术为基础的“集成技术”是最佳的抉择四 页岩油加工和利用的研究进展1 页岩油的组成和性质 页岩油的组成油页岩热解后得到的页岩油组成类似于天然石油, 富含烷烃和芳烃, 但烯烃含量较天然石油中的高得多。此外, 页岩油中氧、氮、硫等非烃类化合物含量也较多, 类似煤焦油的组成。 物理化学性质页岩油通常是一种深褐色、有特殊刺激气味的黏稠液体, 因页岩油中含大量烯烃及氧、氮、硫等非烃化合物, 所以很容易生成胶质, 导致油品品质变坏。在对

24、页岩油进行改质时, 常需加氢处理。页岩油通常蜡含量高, 倾点较高, 管线运输时有困难。页岩油中因含氮、硫、氧等有机化合物, 并且轻馏分含量较少, 故其相对密度一般较大, 为019 110 1 , 安定性极差, 储存时容易受空气中氧的影响以及光和金属的催化作用而生成胶质, 使得页岩油颜色变深,生成沉淀。页岩油的组成及性质因各地油页岩的性质和热加工条件的差异而不同, 我国抚顺、茂名和美国绿河页岩油的氢碳原子比较高, 适宜于加工成油品, 但其氮、硫等有机化合物含量较多, 炼油时须加以脱除,以免影响油品的安定性。爱沙尼亚页岩油中的酚类等含氧化合物较多, 适宜于制取化学品。2 页岩油的利用可利用页岩油分

25、子质量高、各种官能团浓度高等特性来生产石蜡、润滑油、硫酸盐以及特殊的有机中间体2 。有些油页岩经低温干馏所得的页岩油中含有较多的各种酚类化合物, 其中重质酚类可以作为铜、铅、锌、磁铁等矿物的浮选剂, 也是制造木材粘合剂、农药、杀虫剂等的原料。馏程为230 300 e 的重质酚馏分, 用相同质量的98% （ 质量分数） 硫酸在40 e 下磺化所得的重质酚磺酸, 可作为磁铁矿的浮选剂, 所得的铁品位为52% , 尾矿为14% 1 。爱沙尼亚页岩油和俄罗斯彼得格勒地区生产的页岩油含有50% （ 质量分数） 的含氧化合物, 其中酚类、二元酚类质量分数达20% 。因此, 页岩油主要用于生产化工产品, 包

26、括缓蚀剂、酸醛树脂、间苯二酚、环氧树脂、鞣革剂、玛蹄脂、粘合剂、浸枕木油和杀虫剂等, 共计50 60 种。俄罗斯也用油页岩干馏炼油和生产化工产品, 当前油页岩处理量为150万t/ a, 页岩油生产量为20 万t/ a。俄罗斯油页岩炼油厂规模较小, 含硫油页岩加工量为2 万t/ a。以色列油页岩中硫含量高, Fainberg 等从含硫量高（ 硫质量分数615% ） 的页岩油中获得一种页岩油增塑剂。把这种增塑剂（ 质量分数为15%） 添加到橡胶化合物中, 含页岩油橡胶与含邻苯二甲酸二甲酯橡胶相比具有硬度低、张力和剪切力小等特性 3 。一些地区的页岩油中含有较多的氮化合物, 大多数以吡啶碱的形式存在

27、, 吡啶碱是多用途的化工原料, 它能溶解一般溶剂所难溶解的有机物, 尤其是轻质吡啶, 广泛用于制药工业。重质吡啶除了氧化制取菸碱酸外, 又是有色金属矿的浮选剂, 尤其对硫化物矿具有优良的富集性能。吡啶碱及硫酸吡啶络合物对稀酸侵蚀钢铁有一定的抑制作用, 可用作钢铁腐蚀抑制剂。值得注意的是, 低温干馏一般是在500 e 左右下进行的。油页岩中含氮化合物干馏时主要分解转化为重质吡啶, 如将干馏温度提高, 重质吡啶可分解为轻质吡啶, 则可提高其经济价值。Adar 和Ekinci4 提出利用页岩油中丰富的烷烃和烯烃生产相关的高附加值化学品。C6 10 馏分被用来生产增塑剂; C10 13馏分中通过生物降

28、解线形十二烷基苯所得的产品作为清洁剂原材料; C14 18馏分作为脂肪醇和烷基硫化盐产品的原材料; 重质烷烃馏分通过裂化以生产各种低分子质量的烯烃, 也可获得沥青和碳纤维。抚顺页岩油生产中的副产品是炭黑。从油页岩生产化学品的潜力非常大, Korth 等在管式加热炉和氮气条件下, 通过气相色谱- 质谱联用（GC- MS） 技术从Duaringa 页岩油中获得了700 种化合物。澳大利亚的Sergeant 等5 通过2 段蒸馏页岩油（ 常压和减压） , 然后经过2 次溶剂萃取, 即用N- 甲基吡咯烷酮脱芳烃和甲基异丁基酮脱蜡, 得到一种低黏度和高黏度指数的润滑油3 页岩油的加工精制影响页岩油柴油颜

29、色及安定性的主要因素是其中含有大量的不饱和烃及氧、氮、硫等杂原子化合物, 这些物质所占比例高达28% 。因此, 要成功地解决页岩油轻柴油质量合格的问题, 关键在于如何脱除页岩油中的氧、氮、硫等杂原子化合物。天然石油柴油的加工精制方法一般都适用于页岩油柴油的加工。目前, 工业上柴油的精制方法主要分为加氢精制和非加氢精制2 种。加氢精制页岩油可得到液体燃料、喷气式飞机推进器燃料、柴油、石脑油和汽油等。以生产柴油为例, 加氢精制生产的柴油稳定性好, 产品收率高, 没有/ 三废0 排放, 但其一次性投资大, 所需设备费用及操作费用也很高,仅适合于大型炼油厂。而非加氢精制过程设备投资小, 工艺操作简单,

30、 精制费用较低, 特别适合于像抚顺页岩油厂这样的中小型炼厂, 目前在国内外中小型炼厂中非加氢精制仍被广泛地应用。柴油的非加氢精制一般包括酸碱精制、溶剂精制、吸附精制、加入稳定剂和催速老化法等。有时单一的方法往往不能满足对柴油质量的要求, 常常将上述2 种或3 种方法联合起来进行操作, 而在页岩油柴油精制中大多借鉴催化裂化柴油精制的实验方法。美国曾对绿河页岩油加工进行了大量研究, 主要采用加氢预处理法加以改质, 以脱除砷、氮、硫等,然后可在炼厂作为合成原油按常规的炼油加工工艺加工成各种油品。澳大利亚SPP 公司年产22 万t页岩油, 采用加拿大研制的回转式干馏炉型进行加氢改质。页岩油经加氢精制生产超低硫轻油,