世界油页岩资源的开发利用现状

侯吉礼，马跃，李术元，藤锦生

（1中国石油大学(北京)理学院，北京102249；2山东能源龙口矿业集团有限公司，山东 龙口265700）

国际油价从2014年6月份持续下跌，目前已从110美元/桶跌至60美元/桶左右，降幅超过40%。油价下降会拉低运输成本，公共运输、机械、施工车辆等用油成本下降，会使整个工业、制造业都受益，但是如果成本的降幅低于产品的售价，利润空间就会被压缩，导致竞争力减弱。国际油价下跌使中国非常规能源的发展承担了巨大的压力。

非常规能源油页岩是一种沉积岩，含固体有机物于其无机矿物质的骨架内。其有机物质主要为油母质（kerogen），不溶于石油溶剂，还含有少量的沥青质（bitumen）。油页岩隔绝空气加热至500℃左右，其油母质热解（pyrolysis）生成页岩油、水、半焦和干馏气。热解产物页岩油类似天然石油，但不相同，页岩油具有特殊的臭味，由于富含烯烃、二烯烃，较原油不稳定。页岩油经过调和以后，可以作为船用燃料油使用，经过加氢精制等工艺，可以得到汽油柴油等轻质油品[1]。油页岩作为一种燃料来使用，可以追溯到17世纪，瑞典最早于1637年使用油页岩作为燃料，从法国1838年开始发展油页岩工业至今油页岩的开发利用已有近200年的历史[2]。油页岩的发展经历了3个重要时期[3-4]。“二战”的爆发掀起了油页岩开发的序幕，“二战”结束后20世纪70年代能源危机的出现，使油页岩的利用又一次得到了重视，1980年以后石油工业的突飞猛进，造成了油页岩开采与利用的衰落，时至今日，油价的涨跌也会直接或间接的对油页岩资源的加工利用产生影响。

1 油页岩资源量及分布特点

油页岩作为一种重要的非常规能源，储量巨大，据不完全统计世界油页岩资源量约有10万亿吨，比煤炭资源量多40%。折算成页岩油约5000亿吨[5]，超过全球石油资源量（约2700亿吨）的2倍。其中美国页岩油储量约3000亿吨，占世界总资源量的60%，中国油页岩资源储量约7199亿吨，折算成页岩油约476亿吨，但受含油率、埋深等因素限制，技术可采储量仅为30亿吨。其他一些国家也藏有丰富的油页岩资源，折算成页岩油量依次约为：俄罗斯400亿吨，巴西120亿吨，加拿大65亿吨，约旦55亿吨，摩洛哥50亿吨，澳大利亚45亿吨，爱沙尼亚25亿吨。

目前全球油页岩干馏炼油工业化的国家有中国、爱沙尼亚和巴西。年产页岩油总量约150万吨[6-8]，分别为：中国78万吨、爱沙尼亚50万吨、巴西18万吨。另外美国、约旦、摩洛哥、加拿大等国家已经对油页岩进行了较长时期的研究，在未来几年有可能实现页岩油的工业化生产。

油页岩除了用来干馏炼油之外，还可以用来燃烧发电，目前实现工业化利用的国家有爱沙尼亚、中国、以色列以及德国，其中爱沙尼亚规模最大，中国其次。

2 世界油页岩开发利用进展

2.1 中国油页岩开发利用进展

中国油页岩资源丰富，地质年代主要集中在中生界、新生界，含油率中等偏好，主要分布在东部、中部的平原和黄土地区，覆盖了20个省、自治区和47个盆地，但受多方面因素限制，可利用资源量较少，中国主要油页岩矿区概况见表1[9]。

中国页岩油产量逐年增加，2012年页岩油产量约70万吨，2013年75万吨，2014年达到80万吨（约1.54万桶/天），产油量居世界第一位[10]。目前中国有近10座油页岩干馏厂正在运行，不同地区油页岩干馏炼油情况如下表2。

抚顺矿业集团（原抚顺矿务局）在2013年生产页岩油35万吨（约6800桶/天），居全国首位，拥有220台抚顺炉，单炉油页岩处理量为100t/d，每年加工利用油页岩约1000万吨。抚顺矿业集团引进的小颗粒油页岩干馏装置（ATP）[11-12]，油页岩日处理量6000t，是由德国KruppPolysius制造、加拿大UMATAC公司开发的工艺，经过几年的建造、冷运转、调试、改进，装置于2014年2月运行7天，4月运行15天，处理量为140～170t/h；5月运行15天，处理量为160～180t/h；7～8月连续运行40天，处理量160～180t/h；目前正投入运行，处理量约为180t/h，计划连续运行30天以及在未来连续运行90天并逐渐增加进料量。

表1 中国主要油页岩矿区概况

表2 不同地区油页岩干馏炼油情况

山东能源龙口矿业集团有限公司（以下简称龙矿集团）拥有40台抚顺炉，分为两部分且分别于2009年和2011年投入运行，年产页岩油12万吨。近日，在山东能源集团与吉林桦甸市人民政府战略合作协议签约仪式上，龙矿集团与桦甸市丰泰油页岩综合开发有限公司（以下简称丰泰公司）签订股权并购协议，龙矿集团以80%的股份控股经营。丰泰公司拥有4000万吨的油页岩资源量，目前建有20台抚顺炉，已经对其进行加工利用，为扩大资源储备，丰泰公司还将积极整合桦甸庙岭和矿西南区域油页岩资源，在摸清资源后，再在该区域内新建页岩矿井，进一步扩大公司生产规模。龙矿集团计划在未来引进三江方炉，由于龙口油页岩属于炭质页岩，半焦热值约800～900大卡，利用方炉处理后，半焦可以用于循环硫化床燃烧，减少污染和浪费。还计划引进葛洛特技术，用来加工小颗粒（0～25mm）油页岩，具有油收率高（达到铝甑含油率的90%）、处理量大（UTT3000日处理量达3360t）、工艺成熟的优点[13]。

吉林成大弘盛能源有限公司拥有30台抚顺炉年产页岩油5万吨，并由两家私企组成，分别为辽宁成大股份有限公司（以下简称辽宁成大）和阜新矿务局；辽宁成大采用自己设计的全循环干馏炉，于2010年7月建成24台投入运行，油页岩处理量为240万吨/年，年产页岩油约8万吨。新疆吉木萨尔采用辽宁成大设计的全循环干馏工艺，一期工程于2013年建成32台干馏炉，每年加工油页岩350万吨，目前已产页岩油4万吨[14]；二期工程于2014年年底再建32台干馏炉。两期工程计划未来总产油达35万吨。

吉林省汪清县龙腾能源开发有限公司于2003年7月落户于汪清县罗子沟油页岩工业园区，主要从事对罗子沟油页岩开采、炼油、发电、残渣综合利用，是国内第一家综合开发利用油页岩资源的民营股份制企业公司，享有国家相关东北老工业基地政策。龙腾能源开发有限公司注册资本2.46亿元，目前已完成项目投资8亿元。拥有年产油页岩200余万吨的7对矿井，建有40台抚顺炉的炼油厂一座，用来加工罗子沟油页岩，年产页岩油5万吨；2009年建成油页岩发电厂，2台循环流化床燃烧锅炉，蒸气发电能力约6MW；年产烧结砖6000万块的砖厂以及在建30万吨页岩灰生产线一条，并计划将来投产。罗子沟油页岩平均含油率5.4%，其中10mm以下的油页岩用来发电，10～75mm的块状油页岩用来干馏炼油[15]。

由神木三江煤化工有限责任公司开发的三江气燃式方炉（以下简称三江方炉），经过改进以后成功用于油页岩的干馏加工。甘肃窑街煤电集团有限公司于2010年建成8台三江方炉[16]，用来加工窑街油页岩，油页岩（8～60mm）单炉处理量400t/d，年产页岩油5万吨。窑街油页岩平均含油率7.0%，油收率75%，但油页岩资源储量较少。

辽宁北票有3家公司投资152台抚顺炉进行油页岩的加工利用。北塔油页岩综合利用公司拥有88台抚顺炉，其中48台单炉处理量是150t/d，40台是100t/d；李克公司拥有40台抚顺炉，20台处理量为200t/d，剩余20台为100t/d；盘锦盛泽集团建有24台抚顺炉，单炉处理量100t/d，并计划于2015年再投建40台抚顺炉（处理量120t/d）。

在新疆巴里坤，太姆公司建有40台抚顺炉已投入运行；陕西铜川在2014年年底计划建成40台抚顺炉；大庆石油公司采用大连理工大学开发的固体热载体干馏装置，已建成日处理0～8mm的颗粒油页岩2000t的示范性装置，目前冷运转已经完成，正在后期调试中，其中矿石利用率98%，油页岩平均含油率10.8%。

目前中国有不少于10家科研院所和高等院校开展了油页岩的研究工作。中国石油大学（北京）继续对国内外的油页岩进行了分析评价，包括缅甸、蒙古、摩洛哥等国家以及国内的辽宁朝阳等地区，并对山东龙口油页岩进行了流化干馏的研究[17]，利用实验室微型反应装置，考察了反应温度、反应压力、氢油比、液时空速对龙口页岩油加氢精制的影响，寻找出最优化反应工艺[18]。中国地质大学模拟和优化了油页岩地下干馏加热器[19]，与中国石化勘探院合作对地下油页岩中矿物质的浓度进行了检测[20]，与美国威斯康辛大学合作进行了油页岩灰吸附水溶液中次甲基蓝的研究[21]。吉林大学也开展了较多研究，从页岩灰中提取白炭黑用来制备红、绿荧光粉，从页岩灰中提取氧化铝和二氧化硅技术[22-23]，Na-A沸石的制备和应用[24]，油页岩飞灰用于路堤的实验室研究[25]，油页岩块中干酪根的亚临界水萃取的质量传递特性的研究[26]，注入氮气的水力压裂技术对油页岩原位干馏技术的数字模拟的研究[27]，中生代断层盆地群的油页岩成矿特性的研究[28]，以及油页岩中稀土元素和主要元素的研 究[29]，冻融状态下油页岩弹塑性变化的模拟[30]。东北电力大学研究了酸处理后油页岩的热解特性和产物的性质，并对油页岩干馏过程中生成的干馏气和半焦中硫的释放与分布进行了研究[31]。

2.2 世界其他国家油页岩资源与利用进展

美国油页岩储量世界居首，科罗拉多州皮申思盆地油页岩储量最多，折算成页岩油约250亿吨，犹他州犹因他盆地约150亿吨页岩油[32]。尽管油页岩储量丰富，美国尚未建造油页岩干馏炼油厂，页岩油没有进行工业化生产，但由于在几年前油价一直居高不下，也有一些公司、高校或研究所对油页岩进行了研究。科罗拉多矿业学院研究了绿河油页岩中的矿物组成[33]；利用高温固体氧化物燃料电池（SOFCs）对油页岩进行地下干馏实验[34]；麻省理工大学利用油页岩制取液体燃料，对更加经济环保的工艺进行了研究[35]；斯坦福大学利用X射线计算机断层扫描观察油页岩的热解过程[36]。另外埃克森美孚公司、爱耐菲特美国油公司、雷德里弗公司也分别对油页岩进行了绿河油页岩的导电度模拟、寻找可以进行油页岩开采的盆地以及开发Ecoshale工艺。除此以外，美国页岩油公司、油页岩工艺国际公司、雪弗龙鲁姆斯公司、福斯特惠勒公司、犹他大学等也对油页岩的地下干馏工艺、页岩油加氢技术、油页岩循环流化床燃烧等进行了研究[37-41]。

爱沙尼亚油页岩资源较为丰富，具有八十多年的开采和使用历史，开采、提炼和环保技术世界一流。目前已累计开采约10亿吨，剩余可采储量约16亿吨[42]。爱沙尼亚油页岩用途广泛，主要用于燃烧发电，爱耐菲特公司（Enefit）是世界上最大的发电公司，总发电能力达2360MW，供应爱沙尼亚国家90%的电力需求。爱沙尼亚电站还拥有两台Galoter固体热载体干馏装置，命名为Enefit140，颗粒油页岩（0～25mm）日处理量3000t，年产页岩油约20万吨。另外，该公司采用德国Outotec公司的循环硫化床燃烧方式，取代了之前的半焦提升管燃烧，Enefit280技术将改进前的Enefit140日处理量提高至6000t[43]，装置自2012年建成至今，陆续运转，几经检修、调试，目前已累计产油7000t，日处理量为设计量的80%，计划于2015年实现满负荷运转。以爱耐菲特公司为代表的油页岩企业具备较强的领域内竞争优势。爱沙尼亚VKG公司的Galoter工艺，油页岩处理量为3000t/d，目前已建成两套装置，年产页岩油25万吨，第三套装置计划于2015年建成运行[44]。爱沙尼亚一些公司和大学也对油页岩中的微量元素和页岩灰的利用等进行了检测和研究[45-47]。

澳大利亚昆士兰能源公司（Queenslandenergy resources）建成了派拉霍工艺（Paraho）干馏中试装置，停运了塔瑟克装置（ATP），利用昆士兰工艺示范装置加工Staurt地区的块状油页岩，日处理油页岩60t，页岩油产量为6t。该装置包括块状页岩的粉碎筛分、粉状页岩的成型处理、进样前的干燥系统以及干馏之后干馏油气的冷凝回收、瓦斯气脱硫去氨和冷凝半焦的废水处理等，计划进一步放大该装置[48]。

巴西页岩油储量约120亿吨，巴西石油公司（Petrobras）在SaoMateaudoSuel建有两台Petrosix块状页岩圆筒形干馏炉，一台直径5.5m，油页岩处理量2500t/d；一台直径11m，油页岩处理量6000t/d，日产页岩油550t，干馏气130t，LPG（液化石油气）50t，硫磺32t。Petrosix炉是目前世界上日处理量最大的块状页岩干馏炉，该炉上半段为干馏段，下半段为冷却段，生产工艺成熟，油收率为90%，环境危害小，但是半焦没有得到利用[49]，造成浪费。两台干馏炉年产页岩油约20万吨。

约旦油页岩品位较高，平均含油率约10%，折算成页岩油约60亿吨[50]。约旦努力开发利用国内油页岩资源，由于国内技术落后，已经与多家公司签订了协议，以对其国内油页岩资源开展评价研究工作。委托壳牌公司对埋藏较深的油页岩进行地下干馏的中试实验研究，计划与中国公司、爱沙尼亚Enefit公司合作，分别利用拉琼油页岩和阿特拉特油页岩建设油页岩燃烧产汽发电站。约旦的阿尔巴尔嘎大学和约旦科技大学也对油页岩进行了基础研究工作，主要是油页岩的干馏、干馏气的组成分析，页岩灰和半焦的利用等[51-52]。

另外，世界上其他一些国家也对油页岩开展了勘探和研究，加拿大HATCH公司与美国REDLEAF公司、法国达道尔公司合作，对Ecoshale工艺的传质模拟进行了研究[53]；法国一些大学和石油公司研究了油页岩的地上干馏的传热传质，地下干馏的传热动力学模拟[54]；印度国家地球物理研究所未来将对卡姆贝、考弗莱等盆地的油页岩进行了详细勘察，预计印度页岩油总资源量将达6000万吨[55]。德国奥图泰公司在法兰克福建了一套Enefit280中试装置，对不同种类的油页岩进行加工测试[56-57]。

3 国内外油页岩干馏工艺的对比

3.1 国内外不同干馏炉型投产运行现状

目前全球工业化生产页岩油的国家有中国、爱沙尼亚和巴西，年产页岩油总量约150万吨。当前世界上正在投产运行的油页岩干馏炉型见表3。

由表3可知，目前我国正在投产运行的干馏炉型以抚顺炉为主，其次为辽宁成大全循环干馏炉和三江气燃式方炉，三者均为气体热载体块状页岩干馏炉；爱沙尼亚主要运行的有基维特炉和葛洛特炉，分别为气体热载体和固体热载体干馏炉，用来干馏块状页岩和颗粒页岩；巴西主要投产运行的为佩特洛瑟克斯块状页岩气体热载体干馏炉。

表3 目前世界上正在投产运行的油页岩干馏炉

另外，目前世界上正在建造、试运的油页岩干馏炉以大型固体热载体颗粒页岩炉型为主，但是我国依然在建全循环炉、气燃式炉等，这是因为气体热载体块状干馏炉结构简单，投资少，见效快，易于操作，适合小规模的页岩油厂。

3.2 国内外干馏炉型对比

世界油页岩干馏工艺主要有3种，分别为块状页岩气体热载体干馏炉、颗粒页岩固体热载体干馏炉和粉末页岩流化干馏炉[58]。

3.2.1 块状页岩气体热载体干馏炉

块状页岩气体热载体干馏炉在中国广泛使用，包括抚顺炉、三江方炉，另外爱沙尼亚也有块状页岩基维特干馏炉49台，这些干馏炉型都具有投资少、建设快、工艺成熟的优点，但是油收率较其他干馏工艺较低。巴西佩特洛瑟克斯干馏炉块状页岩处理量世界最大，工艺较成熟，但是没有利用半焦的潜热，造成能量损失，排出的半焦污染物较多。辽宁成大开发的全循环干馏炉与佩特洛瑟克斯工艺相似，油收率较高，但半焦潜热依然未能利用，全循环工艺热效率较低，且干馏热源来自自身产生的干馏气，不适用于热解产生低干馏气的油页岩矿。

3.2.2 颗粒页岩固体热载体干馏炉

综合考虑经济、技术和环保3个方面，3种炉型中，颗粒页岩固体热载体干馏炉属于最佳炉型，具有以下优点。

（1）油页岩资源利用率高，开采后得到的油页岩经粉碎筛分后，得到的颗粒页岩几乎可以全部用于干馏炼油，利用率接近100%；块状干馏炉不能处理小颗粒油页岩，利用率较低，约为80%～85%；粉末页岩干馏炉虽然利用率高，但是干馏得到的油气中灰多，除尘困难。

（2）油收率高，约为铝甑含油率的95%，高于块状页岩干馏炉，虽然巴西佩特洛瑟克斯块状干馏炉油收率也较高，但是半焦潜热不能得到利用，造成能量损失。

（3）冷凝回收系统简单，固体热载体颗粒页岩干馏炉出口油气量少，所需冷凝回收装置小，减少了油气损失，而块状页岩干馏炉需要大量气体热载体，粉末页岩流化干馏炉也需要大量的流化剂，所以干馏炉出口所需冷凝设备复杂、能耗大。

（4）颗粒页岩干馏炉是环境友好型工艺，产生的废水较少，且半焦燃烧较完全，有害物质排放少，对环境造成的危害小。

爱沙尼亚葛洛特炉（Enefit140）页岩利用率高，油收率高，处理量大，干馏气热值高，工艺成熟，风险小，是最理想的颗粒页岩干馏炉型，但是也有结构复杂、维修时间长、投资高、建设时间长的缺点。

中国的大工新法固体热载体干馏工艺也有上述很多优点，且工艺比葛洛特炉简单，但由于是自主创新技术，风险较大，目前日处理量为150t/d扩大至2000t/d的实验装置尚处在不断调试、试运中。

抚顺引进的日处理颗粒油页岩量6000t的ATP干馏工艺，目前已经在调试中阶段性运转，并逐渐延长连续运转时间。

3.2.3 粉末页岩流化干馏炉

中煤龙江煤化公司自主开发的粉末页岩流化干馏工艺，日处理量为50t/d的干馏炉已经成功试运，并与中国石化洛阳工程院合作，以进一步扩大规模至处理量为2000t/d的大型工业试验装置。该工艺页岩利用率高，油收率高，干馏时间短，粉末页岩流化干馏以及半焦燃烧的体积强度大，并很好地解决了干馏炉出口油气的除尘问题，属于世界领先技术。但是比较遗憾，由于某些原因该工业试验装置工作已经中止。

4 油页岩开发的影响因素

影响油页岩开发利用的因素主要有以下3个。

（1）世界原油的价格 低油价时代页岩油的生产成本高于天然石油开采，低能源价格时代油页岩燃烧发电的成本高于煤炭等燃料，阻碍油页岩的发展；前几年石油需求的增长使得油价长期居高不下。根据相关企业的经验，页岩油勘探开发完全成本为40～60美元/桶，国际油价若超出此价，页岩油就有盈利空间，一般情况下十多吨油页岩可以干馏出1t页岩油，经济效益明显，这就为近几年油页岩工业的发展提供了良好的环境。然而由于近期油价骤跌，油页岩的加工利用成本优势不再明显，势必会影响油页岩的发展进程。

（2）环保问题 露天或钻井采矿均需要把地下水位降低到岩层以下，每开采1m3油页岩，一般需抽出25m3的地下水，这将导致地表水和地下水中硫酸盐含量增加，长期开采会破坏生态环境及水质。油页岩干馏过程中会产生干馏气、半焦、灰渣、废水等，一般产生干馏气约7%，半焦70%～80%，干馏气需要进行脱硫处理再加以利用，半焦大量堆放会形成粉尘，污染环境；油页岩直接燃烧后会产生固体颗粒物、二氧化硫和氮氧化物，排放到大气中也会产生污染。由于环境问题日益加剧，各国对环保更为重视，对排放规范更为严格，促使油页岩企业加大投资力度，革新工艺，提高环保技术，达到国家污染物排放标准。

（3）资源问题 要想实现油页岩的加工利用，首先需要具有一定的可采储量，一般情况下，在中国油页岩如果是用于干馏生产页岩油，必须满足实验室铝甑含油率大于6%～8%（露天开采）或8%～10%（钻井开采）；如果用于燃烧发电，油页岩的热值应高于3400kJ/kg[59]。

5 油页岩工业的发展前景

2014年下半年国际原油价格持续下跌，对非常规能源的发展造成了不利冲击。中国油页岩工业正处于起步阶段，油价走低会减缓油页岩的研究开发进程。但据相关报道，若国际油价低于60美元/桶，只有沙特等10个左右产油国可以盈利，而且低油价将严重损害国际石油公司在深海油气等高难度油气资源的勘探开发积极性，从而抑制原油经济可采储量的增长。预计未来不久，国际油价将重回80美元/桶左右，届时将促进非常规能源的发展，油页岩的开发利用前景仍然很诱人。

未来石油资源的短缺将制约经济的发展，非常规能源的开发和利用可以缓解能源需求压力。油页岩资源储量丰富，可以替代部分原油，是各国能源开发研究的重要方向。世界各国工业的发展和油价不断的上涨，对页岩油的需求量将日益增大，油页岩作为石油的补充能源，已经引起世界范围的关注，拥有油页岩资源的国家长期开展了油页岩相关的研究工作，各国油页岩的勘探、开采和干馏炼油技术迅速提高，有些国家已经掌握了先进的技术，并制定了未来的开发计划。

我国石油供需缺口逐年增加，石油供不应求的矛盾长期存在。开发利用油页岩资源，替代部分常规能源，缓解我国能源压力，是今后国家政策鼓励的方向。但是当前国内新技术开发不够成熟，引进国外技术投资较高，旧工艺虽较成熟但是存在处理量小、油收率低等问题。因此，中国油页岩工业需要进一步研究开发新型技术，降低开采和加工成本，提高油页岩的综合利用水平，在提高产油量的同时不破坏生态环境，走新型工业化道路。

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