油页岩资源特点、开发利用现状及趋势
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作者: 高栋臣 孙兵华 史鹏 许小强
【摘要】本文通过对国内外油页岩研究和开发利用方面进行调研，综述了油页岩资源特点，开发利用现状及发展趋势。油页岩是典型的非常规油气资源，分布广，资源丰富，成因复杂，常有伴生矿产发育，其开发利用存在一定的环境问题。目前主要的技术是地面干馏技术，新技术有待探索。先进的干馏技术能够节能降耗、降低成本，保护环境。矿产综合利用与先进技术的采用是油页岩工业的发展方向。
【关键词】油页岩 资源量 干馏技术
油页岩是细粒含有机质的沉积岩，经过低温干馏可以提取页岩油，是典型的非常规油气资源之一。同时，油页岩又因其特殊的组成和结构，决定了它在能源、化工、医药、建材、农业、环保等各个领域具有许多可供综合利用的潜在用途。目前主要用于主要用于干馏页岩油、燃烧发电以及生产副产品作为建筑材料。页岩油加氢精炼后，可以获得汽油、煤油、柴油、石蜡等多种燃料油及化工产品，是石油的理想替代资源。本文综述油页岩资源特点，开发利用现状及未来发展趋势。
1 油页岩资源特点
1.1 属典型的非常规油气资源，分布广，资源潜力大
油页岩（又称油母页岩）是一种富含有机质、发育页理构造的含可燃有机质的沉积岩，属低热值固态能源矿产。油页岩中的有机质是不溶于有机溶剂和非氧化性酸的干酪根，其内部的潜在的油气资源用常规方法难以提取，一般要加热到500℃以上，通过干馏技术获得，为典型的非常规油气资源。从分布范围看，全球各大洲均有分布，但分布不均，其中以北美油页岩资源最为丰富，占全球资源的77%。世界油页岩资源丰富的国家主要有美国、俄罗斯、刚果、巴西、意大利、摩洛哥、约旦、澳大利亚、爱沙尼亚、中国等。分布层位从前寒武系到新生代新近系。根据2005年世界油页岩资源量统计的结果，范围覆盖了全球油页岩相对丰富的各个国家，世界油页岩总资源量达到4086.02×108t，超过了世界石油资源总量4054.3×108t。世界剩余探明石油可采储量1596.44×108t。
截止2008年底全国含油率大于3.5%的油页岩资源量7391×108t，查明油页岩资源储量1100×108t，折算成页岩油，全国剩余页岩油技术可采资源量163.85×108t，折算成经济可采储量2.78×108t。
1.2 油页岩成因复杂，常有伴生矿产发育
按照沉积环境分类，可以将油页岩分为海相油页岩、湖成油页岩和陆相油页岩。海相油页岩有机质主要是海洋藻类及微生物，湖成油页岩有机质主要是淡水、咸水的藻类植物，陆相油页岩大多形成于沼泽相，与煤共生，其有机质主要是陆生植物。油页岩可以油页岩的形成一般受构造、沉积环境和气候等因素控制。构造运动控制了地形，控制了海（湖）平面变化，进而控制油页岩发育的可容纳空间，从而影响了油页岩发育的层位厚度。沉积环境决定了油页岩中有机质的含量及有机质的主要成分，不同沉积环境的水动力条件决定了油页岩中无机矿物的含量。同时沉积环境和气候共同决定了水体中植物的类型、繁盛程度，进而影响了有机质的组成和含量。油页岩的氧化还原环境影响有机质的保存。
中国油页岩中富含大量的稀土、稀有和微量元素。以中国东北地区典型的桦甸和农安油页岩含矿区为例，桦甸油页岩中La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu等轻稀土元素相对富集，Sb、Nb、Cs、Zn、Bi、W等微量元素的平均含量较地壳中同类岩石中该元素明显富集。
1.3 资源开发利用存在一定的环境问题
油页岩的开采分为地下开采与露天开采两种方式，无论哪种均需排水，将地下水位降低到油页岩层位以下。采排水将使地下水位下降，对森林、农田等构成严重威胁，此外采出水排到地表会增加地表及河湖中硫酸盐的含量，使得水质变差。油页岩在燃烧发电过程中，燃烧不充分时排放有毒气体和微尘，造成空气污染。页岩油生产过程中的废水、废渣也带来一定的环境问题。
2 油页岩开发利用现状
目前世界上进行油页岩工业化开采的国家有爱沙尼亚、中国、德国、巴西、俄罗斯等。主要利用油页岩发电、干馏提取页岩油。目前世界每年的油页岩开采量达到28102.78×104t，年产页岩油100×104t，生产电力2452MW。爱沙尼亚、德国、中国等正在尝试进行油页岩的综合利用，如发电的页岩灰可以制造水泥及建筑材料，也可以用于改良土壤。开发利用中德国、澳大利亚、爱沙尼亚等国家环保工作做的好，污染物排放符合国家和地区标准。
3 产业发展趋势
3.1 先进的干馏技术推动产业发展
油页岩的主要用途是干馏炼油和燃烧发电，这两种技术也相对成熟。但是油页岩产业的发展仍面临着成本高、能耗大、高污染等劣势。工艺技术的进步能够改善上述问题，德国、爱沙尼亚等环保和综合利用等都做的较好。油页岩的干馏技术分为地面干馏和地下原位干馏两种。地面干馏需要采矿、处理尾矿，过程复杂，成本高，但工业体系相对成熟，是目前的主要工艺。地下干馏技术工艺简单，目前壳牌公司正在尝试推进该项技术的工业化应用。然而地下干馏技术对地质条件要求高，油页岩地下加热技术有待攻关，耗水量大，开发后破坏地下水系统，治理难度大。
目前，仍需完善地面干馏技术，引进国外先进的干馏炉装置，突破环境友好型干馏炉的自主研发，积极关注并尝试地层原位干馏开采技术。
3.2 矿产综合评价，优化开发
油页岩中伴生的稀土、稀有元素的综合评价、开发利用是一项重要工作，可以提高油页岩的综合利用率，从而降低成本，同时也是对资源的节约。重视对油页岩的综合利用，利用干馏炉提炼页岩油气后的半焦可以粉碎燃烧，产生的热量既可以供暖，又可以发电，剩余灰渣可以用于建筑材料或改良土壤。
总之，利用先进的技术，综合评价，开发利用，进行节能降耗、保护环境、降低成本的集约型开发是未来的发展方向。
参考文献
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