油页岩资源分布及工业发展历程

油页岩资源分布及工业发展历程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。一、油页岩资源及分布特点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%。2000年初统计，世界页岩油储量超过10亿吨的国家有美国、俄罗斯、扎伊尔、巴西、摩洛哥、约旦、澳大利亚、爱沙尼亚和中国等，页岩油总量为3741亿吨，预计全世界页岩油资源总量约为4750亿吨，比传统石油资源量（2710亿吨）多50%以上。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。中国油页岩探明资源量315亿吨，预测资源量4520亿吨，约85%以上分布在吉林、辽宁和广东省，其中吉林省已探明可采储量为174.5亿吨，约占全国油页岩探明总量的55.3%；广东已探明可采储量超过55.15亿吨，居全国第2位；辽宁省截至2004年累计探明储量为41.3亿吨。油页岩资源量十分丰富且储量分布集中，具有作为接替能源的巨大潜力和有利条件。二、油页岩工业发展历程从1838年法国页岩油工业开始至今，油页岩的开发和应用有近200年历史。相对油页岩来说，天然石油质优价廉，伴随着第二次世界大战的爆发、能源危机的出现和石油工业的兴起，油页岩工业曾几度兴衰。油页岩的生产出现过三个高峰期。二战期间石油需求量剧增，油价猛涨，不少国家兴起了油页岩开发热潮。20世纪60年代初油页岩开发的低谷与中国大庆油田投产密切相关，20世纪70年代出现世界能源危机，各国都在为寻求新的能源而努力，油页岩的开发与利用又重新得到了重视。美国、日本、德国、巴西、前苏联等国家研究了各种油页岩干馏炼制页岩油的方法，部分国家形成工业化生产规模，油页岩利用快速增长，所以1980年出现第3个高峰期，产量达到历史上的最高水平（4540万吨）。自1980年以后，由于石油被大量发现和开发，油价大幅下降，油页岩的产量也一路下滑，到2000年，只有1600万吨。预计随着国际油价的不断上涨，以及剩余油、低渗透油气藏开发难度的增加、天然气水合物开发的瓶颈技术暂时无重大突破等原因，对油页岩的重视会不断加强。三、油页岩开采技术进展经历了大约两个世纪，油页岩的开采方式由比较原始的直接开采方式发展到先进的地下转化工艺技术(ICP)。（一）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：一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。二是灰渣污染严重。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。三是直接开采占地较多，一旦开垦就无法完全修复。（二）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。我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。四、油页岩利用技术进展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。（一）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。（二）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。1、油页岩悬浮燃烧与气化技术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。2、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、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，德国主要用于制造水泥和建筑材料，中国和澳大利亚主要用于提炼页岩油和用作燃料，俄罗斯和以色列主要用于发电。