世界页岩油的勘探现状与发展趋势

世界页岩油的勘探现状与发展趋势

1油页岩的组成油页岩也被称为油母岩，是一种含有有机质（通常约1.5%）的沉积岩。通常属于高矿物的腐泥岩，为低热值固体化石燃料，颜色为浅灰和深棕色。油页岩含有两种有机质:一为沥青、可溶于有机溶剂,其相对含量很少,约占有机质的百分之几;另一种为不溶于有机溶剂的高分子聚合物、称为油母(kerogen)。油页岩的无机矿物质主要有石英、高岭土、粘土、云母、碳酸盐岩以及硫铁矿等;油页岩中无机矿物质的含量通常约占50%～85%,高于其有机质的含量。油页岩是“人造石油”、亦即“合成液体燃料(synfuel)”的一种重要原料,经加热干馏(约500℃)后,所含油母分解生成页岩油、干馏气和页岩半焦;页岩油可作为燃料油,亦可进一步加工制取汽、柴油和化学品。油页岩也可作为锅炉燃料在炉内燃烧产生蒸汽发电。2油页岩的相对重要性世界油页岩资源很丰富,其矿藏遍于各地,但其分布并不均衡;根据截至2005年底己发表的统计,共计37个国家的探明油页岩储量总和换算成页岩油约410Gt,数倍于世界石油探明可采储量的160Gt。经详细勘查,美国油页岩资源探明储量居世界首位,换算成页岩油高达300Gt。其次则为俄罗斯(页岩油39Gt)、扎伊尔(14Gt)、巴西(12Gt)、加拿大(6.3Gt)、约旦(4.8Gt)、澳大利亚(2.9Gt)和中国(2.4Gt)。应该指出的是,中国的油页岩探明储量换算成页岩油的2.4Gt,相当于中国石油的探明可采储量2.3Gt;但中国油页岩资源未经充分勘查,故预计其实际储量应该会更高。3油页岩干馏炉油页岩干馏分地下干馏(undergroundretorting)和地上干馏(upgroundretorting)。地下干馏是指埋藏于地下的油页岩不经开采、直接在地下设法加热干馏,生成页岩油,然后导至地面,地下干馏亦称就地干馏(in-situretorting)。地下干馏生成的油气易向地下岩层泄漏,故油收率不高,且易导致地下油气污染。虽然美国等做过不少半工业试验,但始终未工业生产。地上干馏则是指油页岩经露天开采或井下开采,送至地面,经破碎筛分至所需的粒度或块度,进入干馏炉内加热干馏,生成页岩油气及页岩半焦或页岩灰。油页岩干馏炉可分成外热式炉和内热式炉:外热式炉系指热气体通过炉壁加热在炉内的油页岩而进行干馏;内热式炉系指气体热载体或固体热载体在炉内直接与油页岩接触、进行干馏。外热式炉的传热效率低,且不易放大,在工业生产上巳被淘汰;当前世界上用于工业生产的炉子都属于内热式炉。内热式炉又可分为块状页岩干馏炉和颗粒页岩干馏炉。块状页岩干馏通常使用热燃烧气或热干馏气作为气体热载体进行加热干馏;颗粒页岩干馏通常使用烧热的页岩灰作为固体热载体进行加热干馏。气体或固体热载体的热源通常来自页岩干馏气或页岩半焦燃烧所发出的热量。块状页岩由于传热系数小、升温速率慢、每分钟约几度、故干馏所需时间约数小时;颗粒页岩由于粒度小、升温快、干馏所需时间仅几分钟或十几分钟。干馏温度一般约500℃。世界上美国、俄罗斯、爱沙尼亚、巴西、中国等曾开发多种油页岩干馏炉型。美国一些大石油公司在20世纪50到70年代曾研发了不少干馏炉型,如联合油公司的岩石泵型干馏炉日处理量高达1万t油页岩,虽曾成功地投入试运,但都未长期生产而停顿。当前,世界油页岩干馏生产页岩油的主要工艺见表1。由此可见:(1)中国、爱沙尼亚发生式炉处理量小,相对于实验室铝甄的油收率较低,处理块页岩工艺不先进,但投资少,适用于小型厂。(2)爱沙尼亚基维特炉处理量较大,油收率不算高,处理块页岩,投资中等,适用于中型厂。(3)巴西佩特洛瑟克斯炉处理量大及很大,处理块页岩,油收率高,产高热值气,投资高,适用于大中型厂。(4)爱沙尼亚葛洛特炉处理量大,可处理颗粒页岩,油收率高,产高热值气,但结构较复杂,维修费用高,年运行6200h,可用于大中型厂。(5)澳大利亚塔瑟克炉处理量很大,可处理颗粒页岩,油收率较高,产高热值气,页岩油还经加氢,质量好,投资高,但尚不太成熟,2004年停运前运转率仅50%,大中型厂可考虑。4浮燃烧电站油页岩燃烧产蒸汽发电有两种形式:一为粉末页岩悬浮燃烧(爱沙尼亚有4座电站,其中2座能力达160万kW,但烟气带出粉尘严重);另一为颗粒页岩沸腾燃烧(德国、以色列和中国都有,但规模不大)。5世界石油页岩工业世界上将油页岩干馏制取页岩油的工业始建于19世纪上半叶的欧洲;一百多年来,油页岩工业的发展几经波折,至今又再度兴起。5.1页岩悬浮燃烧锅炉爱沙尼亚油页岩干馏炼油己有80年历史,其油页岩是富矿,页岩油生产成本较低,约30美元/桶;在油价高达70美元/桶的情况下,获利颇丰;于2005年在原有干馏炉生产的基础上,增建了4台基维特炉,总计可年产160万t页岩油。而且正设计建设一台新型的颗粒页岩迥转式干馏炉(葛洛特炉和塔瑟克炉的结合型,更多地接近葛洛特炉型)。爱沙尼亚的油页岩电站总发电能力为10.7GW,每年需用页岩约llMt;历年来应用粉末页岩悬浮燃烧锅炉(共约20台)的效率低,且烟气的粉尘和二氧化硫对大气造成严重的污染。2004年建成的2台颗粒页岩循环流化燃烧锅炉(福斯特辉勒公司制造)代替了2台悬浮燃烧锅炉,提高了效率,且大大减少了烟气的污染,现正拟逐步采用流化燃烧代替悬浮燃烧。5.2中国5.2.1页岩油生产基地的建设中国页岩油工业已有80年的历史。日本在侵占中国东北期间,曾在抚顺经营页岩油厂,利用抚顺煤矿副产的油页岩干馏制取页岩油;1930～1945年抚顺建成了200台炉(单炉日处理100t页岩),最高页岩油年产量达25万t。中华人民共和国成立后,逐步恢复并新建了抚顺式炉,至1959年抚顺石油一厂二厂共有266台。还改建了页岩油加工装置,包括石油三厂加氢装置,生产汽油、煤油、柴油、石蜡和润滑油。在吉林桦甸曾建成内外并热式干馏炉。在广东茂名建立了页岩油生产基地。1959年抚顺页岩油产量达60万t,是历史上最高的。1960年以后,由于大庆油田的开发,页岩油生产成本远高于天然原油,页岩油的生产逐年下降。至20世纪90年代,抚顺石油一厂、二厂和茂名石油公司的页岩油生产先后停顿。1989年,经国家计委批准在抚顺矿务局建立页岩油厂(60台抚顺炉),于2000年产页岩油9万t;至2005年抚顺矿务局页岩油厂扩建拥有了抚顺式炉120台,产页岩油18万t。抚顺页岩赋存于煤田之上,系露天采煤的副产品,开采费用低,页岩油生产成本仅约1000元/t,而售价达3000元/t。2005年抚矿还与德国克虏伯公司签约,引进塔瑟克技术及关键设备,筹建一套ATP颗粒页岩固体热载体干馏装置,年加工2Mt油页岩。吉林省招商国家级电力公司为主投资筹建桦甸油页岩干馏炼油、半焦发电、页岩灰制建材的综合利用企业,规模为年产20万t页岩油,正进入可研报告阶段,拟采用巴西彼得洛瑟克斯干馏炉型。山东龙口矿务局拟利用褐煤的副产——油页岩进行干馏炼油、半焦发电的综合利用,规模为年产20万t页岩油,拟采用彼得洛瑟克斯炉型,已通过省发改委和环保局审核,正报国家发改委,有待审批。5.2.2循环流化燃烧锅炉广东茂名石油公司先于1965年建设一台茂名页岩流化燃烧锅炉(产汽14.5t/h),并于1985年建起2台循环流化燃烧锅炉(35t/h),嗣后停产。吉林省桦甸市则于1996年建设了3台颗粒页岩循环流化燃烧锅炉,利用桦甸页岩(热值8300～12500kJ/kg)燃烧产汽发电(每台锅炉产汽65t/h),发电能力12MW,年处理页岩30万t,烟气排放符合环保标准。5.3页岩油页岩系统巴西石油公司现有2台佩特洛瑟克斯炉:一台直径5.5m,日加工油页岩1500t;另一台直径1lm,日加工6000t。合计日产页岩油550t、干馏气14万m3、液化气45t、硫磺75t。巴西油页岩系露天开采,实验室铝甄油收率8.8%。当前页岩油生产有盈利。5.4瑞士油页岩生产水泥德国道顿豪逊市鲁尔巴赫水泥厂于2005年并入瑞士大型水泥生产商——霍尔瑟姆(Holcim)集团,仍利用油页岩燃烧提供该厂电力及页岩灰生产水泥。5.5页岩地下干馏试验美国当前仅有壳牌公司在马霍甘尼(Mahogany)进行油页岩地下干馏试验。美国能源部于2004年开展研究美国油页岩资源的战略重要性;美国国会于2005年通过了油页岩发展法案,据此,美国政府于2006年开展油页岩矿产土地招租。6油页岩能源环境。在世界油页岩工业的发展主要由三个因素决定:经济、环保和资源。首先是经济问题,世界油页岩工业的发展史表明,当在低油价的时代,页岩油的生产成本无法与天然石油相竞争,因而各国页岩油的生产进入低潮,甚至停顿;同样,当在低能源价格时代,油页岩燃烧发电的成本难与燃煤或燃油的电站相竞争,除非对某些特定的地区或国家,如爱沙尼亚,有丰富的高品位的较便宜的油页岩而缺乏其他的化石能源,才能维持其生存。然而世界进入21世纪,由于政治、经济、资源、供求等种种原因,低油价时代己一去不复返,世界油价己高涨至70美元一桶,甚至有关人士预测可能涨至80～100美元一桶;而页岩油的生产在有条件的一些国家仅约30-40美元一桶(如中国和巴西等),由于有经济效益,这就为今后油页岩工业的发展提供了良好的前景。其次是关于环保,过去页岩干馏炼油和燃烧发电不太注意环保,造成炼油污水和废气排放、以及燃烧烟气排放等对环境的污染;当前各国对环保更为重视,对排放规范更为严格,促使油页岩企业拨出更多的投资、改进革新工艺,采