世界頁(yè)巖油的勘探現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

世界頁(yè)巖油的勘探現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

1油頁(yè)巖的組成油頁(yè)巖也被稱(chēng)為油母巖，是一種含有有機(jī)質(zhì)（通常約1.5%）的沉積巖。通常屬于高礦物的腐泥巖，為低熱值固體化石燃料，顏色為淺灰和深棕色。油頁(yè)巖含有兩種有機(jī)質(zhì):一為瀝青、可溶于有機(jī)溶劑,其相對(duì)含量很少,約占有機(jī)質(zhì)的百分之幾;另一種為不溶于有機(jī)溶劑的高分子聚合物、稱(chēng)為油母(kerogen)。油頁(yè)巖的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)主要有石英、高嶺土、粘土、云母、碳酸鹽巖以及硫鐵礦等;油頁(yè)巖中無(wú)機(jī)礦物質(zhì)的含量通常約占50%～85%,高于其有機(jī)質(zhì)的含量。油頁(yè)巖是“人造石油”、亦即“合成液體燃料(synfuel)”的一種重要原料,經(jīng)加熱干餾(約500℃)后,所含油母分解生成頁(yè)巖油、干餾氣和頁(yè)巖半焦;頁(yè)巖油可作為燃料油,亦可進(jìn)一步加工制取汽、柴油和化學(xué)品。油頁(yè)巖也可作為鍋爐燃料在爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生蒸汽發(fā)電。2油頁(yè)巖的相對(duì)重要性世界油頁(yè)巖資源很豐富,其礦藏遍于各地,但其分布并不均衡;根據(jù)截至2005年底己發(fā)表的統(tǒng)計(jì),共計(jì)37個(gè)國(guó)家的探明油頁(yè)巖儲(chǔ)量總和換算成頁(yè)巖油約410Gt,數(shù)倍于世界石油探明可采儲(chǔ)量的160Gt。經(jīng)詳細(xì)勘查,美國(guó)油頁(yè)巖資源探明儲(chǔ)量居世界首位,換算成頁(yè)巖油高達(dá)300Gt。其次則為俄羅斯(頁(yè)巖油39Gt)、扎伊爾(14Gt)、巴西(12Gt)、加拿大(6.3Gt)、約旦(4.8Gt)、澳大利亞(2.9Gt)和中國(guó)(2.4Gt)。應(yīng)該指出的是,中國(guó)的油頁(yè)巖探明儲(chǔ)量換算成頁(yè)巖油的2.4Gt,相當(dāng)于中國(guó)石油的探明可采儲(chǔ)量2.3Gt;但中國(guó)油頁(yè)巖資源未經(jīng)充分勘查,故預(yù)計(jì)其實(shí)際儲(chǔ)量應(yīng)該會(huì)更高。3油頁(yè)巖干餾爐油頁(yè)巖干餾分地下干餾(undergroundretorting)和地上干餾(upgroundretorting)。地下干餾是指埋藏于地下的油頁(yè)巖不經(jīng)開(kāi)采、直接在地下設(shè)法加熱干餾,生成頁(yè)巖油,然后導(dǎo)至地面,地下干餾亦稱(chēng)就地干餾(in-situretorting)。地下干餾生成的油氣易向地下巖層泄漏,故油收率不高,且易導(dǎo)致地下油氣污染。雖然美國(guó)等做過(guò)不少半工業(yè)試驗(yàn),但始終未工業(yè)生產(chǎn)。地上干餾則是指油頁(yè)巖經(jīng)露天開(kāi)采或井下開(kāi)采,送至地面,經(jīng)破碎篩分至所需的粒度或塊度,進(jìn)入干餾爐內(nèi)加熱干餾,生成頁(yè)巖油氣及頁(yè)巖半焦或頁(yè)巖灰。油頁(yè)巖干餾爐可分成外熱式爐和內(nèi)熱式爐:外熱式爐系指熱氣體通過(guò)爐壁加熱在爐內(nèi)的油頁(yè)巖而進(jìn)行干餾;內(nèi)熱式爐系指氣體熱載體或固體熱載體在爐內(nèi)直接與油頁(yè)巖接觸、進(jìn)行干餾。外熱式爐的傳熱效率低,且不易放大,在工業(yè)生產(chǎn)上巳被淘汰;當(dāng)前世界上用于工業(yè)生產(chǎn)的爐子都屬于內(nèi)熱式爐。內(nèi)熱式爐又可分為塊狀頁(yè)巖干餾爐和顆粒頁(yè)巖干餾爐。塊狀頁(yè)巖干餾通常使用熱燃燒氣或熱干餾氣作為氣體熱載體進(jìn)行加熱干餾;顆粒頁(yè)巖干餾通常使用燒熱的頁(yè)巖灰作為固體熱載體進(jìn)行加熱干餾。氣體或固體熱載體的熱源通常來(lái)自頁(yè)巖干餾氣或頁(yè)巖半焦燃燒所發(fā)出的熱量。塊狀頁(yè)巖由于傳熱系數(shù)小、升溫速率慢、每分鐘約幾度、故干餾所需時(shí)間約數(shù)小時(shí);顆粒頁(yè)巖由于粒度小、升溫快、干餾所需時(shí)間僅幾分鐘或十幾分鐘。干餾溫度一般約500℃。世界上美國(guó)、俄羅斯、愛(ài)沙尼亞、巴西、中國(guó)等曾開(kāi)發(fā)多種油頁(yè)巖干餾爐型。美國(guó)一些大石油公司在20世紀(jì)50到70年代曾研發(fā)了不少干餾爐型,如聯(lián)合油公司的巖石泵型干餾爐日處理量高達(dá)1萬(wàn)t油頁(yè)巖,雖曾成功地投入試運(yùn),但都未長(zhǎng)期生產(chǎn)而停頓。當(dāng)前,世界油頁(yè)巖干餾生產(chǎn)頁(yè)巖油的主要工藝見(jiàn)表1。由此可見(jiàn):(1)中國(guó)、愛(ài)沙尼亞發(fā)生式爐處理量小,相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室鋁甄的油收率較低,處理塊頁(yè)巖工藝不先進(jìn),但投資少,適用于小型廠。(2)愛(ài)沙尼亞基維特爐處理量較大,油收率不算高,處理塊頁(yè)巖,投資中等,適用于中型廠。(3)巴西佩特洛瑟克斯?fàn)t處理量大及很大,處理塊頁(yè)巖,油收率高,產(chǎn)高熱值氣,投資高,適用于大中型廠。(4)愛(ài)沙尼亞葛洛特爐處理量大,可處理顆粒頁(yè)巖,油收率高,產(chǎn)高熱值氣,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,維修費(fèi)用高,年運(yùn)行6200h,可用于大中型廠。(5)澳大利亞塔瑟克爐處理量很大,可處理顆粒頁(yè)巖,油收率較高,產(chǎn)高熱值氣,頁(yè)巖油還經(jīng)加氫,質(zhì)量好,投資高,但尚不太成熟,2004年停運(yùn)前運(yùn)轉(zhuǎn)率僅50%,大中型廠可考慮。4浮燃燒電站油頁(yè)巖燃燒產(chǎn)蒸汽發(fā)電有兩種形式:一為粉末頁(yè)巖懸浮燃燒(愛(ài)沙尼亞有4座電站,其中2座能力達(dá)160萬(wàn)kW,但煙氣帶出粉塵嚴(yán)重);另一為顆粒頁(yè)巖沸騰燃燒(德國(guó)、以色列和中國(guó)都有,但規(guī)模不大)。5世界石油頁(yè)巖工業(yè)世界上將油頁(yè)巖干餾制取頁(yè)巖油的工業(yè)始建于19世紀(jì)上半葉的歐洲;一百多年來(lái),油頁(yè)巖工業(yè)的發(fā)展幾經(jīng)波折,至今又再度興起。5.1頁(yè)巖懸浮燃燒鍋爐愛(ài)沙尼亞油頁(yè)巖干餾煉油己有80年歷史,其油頁(yè)巖是富礦,頁(yè)巖油生產(chǎn)成本較低,約30美元/桶;在油價(jià)高達(dá)70美元/桶的情況下,獲利頗豐;于2005年在原有干餾爐生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,增建了4臺(tái)基維特爐,總計(jì)可年產(chǎn)160萬(wàn)t頁(yè)巖油。而且正設(shè)計(jì)建設(shè)一臺(tái)新型的顆粒頁(yè)巖迥轉(zhuǎn)式干餾爐(葛洛特爐和塔瑟克爐的結(jié)合型,更多地接近葛洛特爐型)。愛(ài)沙尼亞的油頁(yè)巖電站總發(fā)電能力為10.7GW,每年需用頁(yè)巖約llMt;歷年來(lái)應(yīng)用粉末頁(yè)巖懸浮燃燒鍋爐(共約20臺(tái))的效率低,且煙氣的粉塵和二氧化硫?qū)Υ髿庠斐蓢?yán)重的污染。2004年建成的2臺(tái)顆粒頁(yè)巖循環(huán)流化燃燒鍋爐(福斯特輝勒公司制造)代替了2臺(tái)懸浮燃燒鍋爐,提高了效率,且大大減少了煙氣的污染,現(xiàn)正擬逐步采用流化燃燒代替懸浮燃燒。5.2中國(guó)5.2.1頁(yè)巖油生產(chǎn)基地的建設(shè)中國(guó)頁(yè)巖油工業(yè)已有80年的歷史。日本在侵占中國(guó)東北期間,曾在撫順經(jīng)營(yíng)頁(yè)巖油廠,利用撫順煤礦副產(chǎn)的油頁(yè)巖干餾制取頁(yè)巖油;1930～1945年撫順建成了200臺(tái)爐(單爐日處理100t頁(yè)巖),最高頁(yè)巖油年產(chǎn)量達(dá)25萬(wàn)t。中華人民共和國(guó)成立后,逐步恢復(fù)并新建了撫順式爐,至1959年撫順石油一廠二廠共有266臺(tái)。還改建了頁(yè)巖油加工裝置,包括石油三廠加氫裝置,生產(chǎn)汽油、煤油、柴油、石蠟和潤(rùn)滑油。在吉林樺甸曾建成內(nèi)外并熱式干餾爐。在廣東茂名建立了頁(yè)巖油生產(chǎn)基地。1959年撫順頁(yè)巖油產(chǎn)量達(dá)60萬(wàn)t,是歷史上最高的。1960年以后,由于大慶油田的開(kāi)發(fā),頁(yè)巖油生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于天然原油,頁(yè)巖油的生產(chǎn)逐年下降。至20世紀(jì)90年代,撫順石油一廠、二廠和茂名石油公司的頁(yè)巖油生產(chǎn)先后停頓。1989年,經(jīng)國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)在撫順礦務(wù)局建立頁(yè)巖油廠(60臺(tái)撫順爐),于2000年產(chǎn)頁(yè)巖油9萬(wàn)t;至2005年撫順礦務(wù)局頁(yè)巖油廠擴(kuò)建擁有了撫順式爐120臺(tái),產(chǎn)頁(yè)巖油18萬(wàn)t。撫順頁(yè)巖賦存于煤田之上,系露天采煤的副產(chǎn)品,開(kāi)采費(fèi)用低,頁(yè)巖油生產(chǎn)成本僅約1000元/t,而售價(jià)達(dá)3000元/t。2005年撫礦還與德國(guó)克虜伯公司簽約,引進(jìn)塔瑟克技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備,籌建一套ATP顆粒頁(yè)巖固體熱載體干餾裝置,年加工2Mt油頁(yè)巖。吉林省招商國(guó)家級(jí)電力公司為主投資籌建樺甸油頁(yè)巖干餾煉油、半焦發(fā)電、頁(yè)巖灰制建材的綜合利用企業(yè),規(guī)模為年產(chǎn)20萬(wàn)t頁(yè)巖油,正進(jìn)入可研報(bào)告階段,擬采用巴西彼得洛瑟克斯干餾爐型。山東龍口礦務(wù)局?jǐn)M利用褐煤的副產(chǎn)——油頁(yè)巖進(jìn)行干餾煉油、半焦發(fā)電的綜合利用,規(guī)模為年產(chǎn)20萬(wàn)t頁(yè)巖油,擬采用彼得洛瑟克斯?fàn)t型,已通過(guò)省發(fā)改委和環(huán)保局審核,正報(bào)國(guó)家發(fā)改委,有待審批。5.2.2循環(huán)流化燃燒鍋爐廣東茂名石油公司先于1965年建設(shè)一臺(tái)茂名頁(yè)巖流化燃燒鍋爐(產(chǎn)汽14.5t/h),并于1985年建起2臺(tái)循環(huán)流化燃燒鍋爐(35t/h),嗣后停產(chǎn)。吉林省樺甸市則于1996年建設(shè)了3臺(tái)顆粒頁(yè)巖循環(huán)流化燃燒鍋爐,利用樺甸頁(yè)巖(熱值8300～12500kJ/kg)燃燒產(chǎn)汽發(fā)電(每臺(tái)鍋爐產(chǎn)汽65t/h),發(fā)電能力12MW,年處理頁(yè)巖30萬(wàn)t,煙氣排放符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。5.3頁(yè)巖油頁(yè)巖系統(tǒng)巴西石油公司現(xiàn)有2臺(tái)佩特洛瑟克斯?fàn)t:一臺(tái)直徑5.5m,日加工油頁(yè)巖1500t;另一臺(tái)直徑1lm,日加工6000t。合計(jì)日產(chǎn)頁(yè)巖油550t、干餾氣14萬(wàn)m3、液化氣45t、硫磺75t。巴西油頁(yè)巖系露天開(kāi)采,實(shí)驗(yàn)室鋁甄油收率8.8%。當(dāng)前頁(yè)巖油生產(chǎn)有盈利。5.4瑞士油頁(yè)巖生產(chǎn)水泥德國(guó)道頓豪遜市魯爾巴赫水泥廠于2005年并入瑞士大型水泥生產(chǎn)商——霍爾瑟姆(Holcim)集團(tuán),仍利用油頁(yè)巖燃燒提供該廠電力及頁(yè)巖灰生產(chǎn)水泥。5.5頁(yè)巖地下干餾試驗(yàn)美國(guó)當(dāng)前僅有殼牌公司在馬霍甘尼(Mahogany)進(jìn)行油頁(yè)巖地下干餾試驗(yàn)。美國(guó)能源部于2004年開(kāi)展研究美國(guó)油頁(yè)巖資源的戰(zhàn)略重要性;美國(guó)國(guó)會(huì)于2005年通過(guò)了油頁(yè)巖發(fā)展法案,據(jù)此,美國(guó)政府于2006年開(kāi)展油頁(yè)巖礦產(chǎn)土地招租。6油頁(yè)巖能源環(huán)境。在世界油頁(yè)巖工業(yè)的發(fā)展主要由三個(gè)因素決定:經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和資源。首先是經(jīng)濟(jì)問(wèn)題,世界油頁(yè)巖工業(yè)的發(fā)展史表明,當(dāng)在低油價(jià)的時(shí)代,頁(yè)巖油的生產(chǎn)成本無(wú)法與天然石油相競(jìng)爭(zhēng),因而各國(guó)頁(yè)巖油的生產(chǎn)進(jìn)入低潮,甚至停頓;同樣,當(dāng)在低能源價(jià)格時(shí)代,油頁(yè)巖燃燒發(fā)電的成本難與燃煤或燃油的電站相競(jìng)爭(zhēng),除非對(duì)某些特定的地區(qū)或國(guó)家,如愛(ài)沙尼亞,有豐富的高品位的較便宜的油頁(yè)巖而缺乏其他的化石能源,才能維持其生存。然而世界進(jìn)入21世紀(jì),由于政治、經(jīng)濟(jì)、資源、供求等種種原因,低油價(jià)時(shí)代己一去不復(fù)返,世界油價(jià)己高漲至70美元一桶,甚至有關(guān)人士預(yù)測(cè)可能漲至80～100美元一桶;而頁(yè)巖油的生產(chǎn)在有條件的一些國(guó)家僅約30-40美元一桶(如中國(guó)和巴西等),由于有經(jīng)濟(jì)效益,這就為今后油頁(yè)巖工業(yè)的發(fā)展提供了良好的前景。其次是關(guān)于環(huán)保,過(guò)去頁(yè)巖干餾煉油和燃燒發(fā)電不太注意環(huán)保,造成煉油污水和廢氣排放、以及燃燒煙氣排放等對(duì)環(huán)境的污染;當(dāng)前各國(guó)對(duì)環(huán)保更為重視,對(duì)排放規(guī)范更為嚴(yán)格,促使油頁(yè)巖企業(yè)撥出更多的投資、改進(jìn)革新工藝,采