油页岩综合开发利用现状

周红霞，王志成，陆海玲，张 帆

(黑龙江省能源环境研究院，哈尔滨 150040)

油页岩是一种高灰分的有机岩石，国际上把每吨含油率大于3.5%的页岩称为油页岩。作为常规能源一种重要的补充能源，油页岩资源以其巨大的储量和丰富的利用层次，引起了全世界的广泛关注。

油页岩资源在全世界许多地区都有分布，但其分布不均，主要分布在美国、俄罗斯、加拿大、中国、扎伊尔、巴西、爱沙尼亚、澳大利亚等国家［1］，中国居第四位［2］。我国油页岩资源比较丰富，据国土资源部、国家发展和改革委员会及财政部联合组织全国油页岩资源评价，预测资源高达7 199亿吨，折算成页岩油资源为476亿吨［3］。

1 油页岩的干馏和燃烧发电

在2003年，国家发改委下发了《关于印发〈资源综合利用目录(2003年修订)〉的通知》，文件规定:“凡生产加工提取油页岩的企业免税，利用页岩灰生产水泥、陶粒、构件等企业免税”［4］。这表明油页岩资源具有巨大的综合开发利用价值，并受到了国家的高度重视。

从世界油页岩开发利用现状来看，油页岩主要有两种利用方式:一是干馏炼油，二是作为燃料直接燃烧发电［5］。至今为止，全世界产页岩油的国家主要有爱沙尼亚、中国和巴西，其中爱沙尼亚历史最为悠久，技术也最为先进。当前，世界上利用油页岩发电的国家有爱沙尼亚、中国、以色列等。其中，爱沙尼亚油页岩电站生产规模最大，所发电量占其所需电量的94%，其他国家规模很小。

1.1 油页岩干馏炼油

爱沙尼亚

爱沙尼亚采用数十台基维特炉装置进行干馏，每台日加工油页岩300～1 000吨，年加工油页岩1.7公吨，年产页岩油22×104吨。产品除页岩油、燃料油外，还有沥青、油焦、酚类树脂等化学品。

巴西

巴西采用两台佩特罗瑟克斯块状页岩圆筒形干馏炉进行干馏加工油页岩，油页岩日加工量大约为7 500吨，年产页岩油约为18×104吨［6］。佩特罗瑟克斯块状页岩圆筒形干馏炉生产成熟，装置无污染泄漏，周围环境无异味。而且油收率可高达实验室铝甄油收率的90%。

俄罗斯

俄罗斯采用基维特炉型进行干馏生产页岩油，加工库克瑟特油页岩和伏尔加含硫页岩。但因为俄罗斯原油资源丰富，所以加工油页岩的规模都很小，页岩油产量不高，现已停产。

美国

根据美国壳牌公司于2010年第30届美囯油页岩会议宣读的有关模拟热模型的报告［7］可知，该公司在科罗拉多州里奥勃兰克(Rio Blanco)，对绿河页岩进行了地下干馏现场中试［8］。

中国

辽宁省抚顺油页岩矿是国内目前最大的油页岩生产基地，页岩油工业始于1928年，在1930—1980年的50年中，共加工油页岩约4.25亿吨，制取页岩油约1 408万吨［9］。1959年年产页岩油约 78万吨，为历史最高水平［10］。近年来，由于石油价格猛涨，且生产页岩油的经济效益良好，2002年又扩建80台抚顺式干馏炉，年产页岩油约 10 万吨［11］。

当前中国关于油页岩干馏制取页岩油的炉型，大多都采用了抚顺式炉或改良的抚顺式炉。页岩油年产量每年都有所增加，2010年共计生产55×104吨。

1.2 油页岩作为燃料直接燃烧发电

作为燃料，油页岩直接用于发电经历了漫长的研究和开发过程，从油页岩的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，污染不断减少，效益不断提高。

爱沙尼亚

爱沙尼亚拥有全世界最大的油页岩燃烧发电企业——爱沙尼亚能源集团公司。该公司年开采油页岩150×104吨，其总发电能力达238×104千瓦，占爱沙尼亚全国所有电力的94%。

以色列

以色列的列鹿特姆公司建有一个小型电站，利用低品位的油页岩流化床燃烧产气发电，容量为12.5兆瓦［6］。

中国

中国利用油页岩作为燃料发电总的生产能力很小。在2010年，全国利用油页岩发电79 000千瓦，其中抚顺油页岩发电厂发电量最大，为41 000千瓦，其他地区像桦甸、遂溪等地发电量都很小。

2 油页岩残渣的综合利用

油页岩渣是油页岩在干馏提炼页岩油时产生的废渣，累积堆积占用了大量的土地。与此同时，因为油页岩渣中含有大量的重金属元素，雨水淋溶以及扩散后会破坏农业生产，严重污染周围的水源、生物及土地，使土地毒化、酸化，破坏土壤生产能力，从而危害居民的健康。油页岩渣的应用主要集中在制备陶粒支撑剂、覆膜支撑剂、轻质砖和水泥等建筑材料、吸附剂和泡沫玻璃等领域。

2.1 油页岩渣制备陶粒支撑剂和覆膜支撑剂

陶粒支撑剂作为水力压裂技术的重要填充介质，其应用已经极为广泛。目前陶粒制备主要局限在中密度高强度和高密度高强度支撑剂这两部分(即体积密度 ＞1.85克/立方厘米)，而低密度(即体积密度 ＜1.60克/立方厘米)支撑剂的研究较少。与陶粒支撑剂相比，树脂包覆支撑剂的抗压性能更佳，导流能力和耐酸能力更强。所以利用油页岩渣来制备陶粒支撑剂和覆膜支撑剂，不仅成本低廉，而且可以解决油页岩渣的危害问题，使油页岩渣得到更有效的利用［12］。

2.2 制备水泥

油页岩灰渣的主要矿物成分为高岭土、石英、方解石，可以代替黏土配制生料烧成水泥，这就降低了水泥制造费、减少了对黏土矿的开采、消除了黏土矿开发过程中所造成的环境破坏，同时油页岩灰渣还可以作为混合材料配制高标号水泥。目前，制造水泥已成为我国油页岩灰渣资源化利用的主要用途之一。波兰有研究者报道了将油页岩灰渣应用于水泥生产，取得了良好的效果［13］，爱沙尼亚［14］，约旦［15］也有利用油页岩灰渣的报道。

2.3 制备吸附剂

油页岩废渣本身为固体废弃物，如果能用废弃物来处理废气和废渣，不但可以大大地降低处理成本，而且可以解决油页岩的灰渣堆放引起的问题。油页岩灰渣在烧结过程中，颗粒间会形成孔隙，因此会有一定的吸附性能。有研究者将油页岩灰渣应用于废气处理，还有研究者将油页岩废渣应用于处理染料、重金属离子［16－18］、农药［19］、磷［20］，都收到了良好的效果。

2.4 制备泡沫玻璃

微晶泡沫玻璃是一种在玻璃相中均匀分布着大量气孔的微晶体，是一种新型环保建筑材料。它具有密度小、隔热好、强度高、耐火、能吸声、防腐蚀和便于加工等性能，因此被广泛用于建筑承重墙、隔音材料、热油储釜以及石油化工生产领域。用废弃物制备泡沫玻璃不但可以大大地降低成本，而且可以变相处理废弃物，这是目前的一种趋势。采用油页岩废渣制备泡沫玻璃有着得天独厚的条件，这是因为油页岩废渣含量最高的氧化物是二氧化硅，这就降低了在制备泡沫玻璃时的技术难度。目前，已经陆续有报道将油页岩灰渣制备成泡沫玻璃，并讨论了相关实验参数［21］。

3 结论

油页岩的开发利用已引起了国家的高度重视，我国油页岩的开发利用也必将进入新的增长时期。目前，油页岩的综合利用已经取得了一些成功经验，但降低成本和减少污染仍然是技术发展的关键，应加大地质研究，了解资源分布规律，借鉴国的外先进技术，在能源利用的基础上，进行综合利用，以最大地提高资源综合利用率。

［1］张海龙.东北北部地区油页岩资源及评价方法研究［D］.吉林:吉林大学，2008:36.

［2］KNUTSON C F，DANA G F.Developments in oil shale in 1989［J］.AAPG，1990，(10B):372.

［3］李术元，马跃，钱家麟.世界油页岩开发利用现状——并记2011年国内外三次油页岩会议［J］.中外能源，2012，(17):10－11.

［4］方晓.油页岩开发利用的前景和途径［J］.山东煤炭科技，2009，(2):80.

［5］李丹梅，汤达祯.油页岩资源的研究、开发与利用进展［J］.石油勘探与开发，2006，33(6):659.

［6］QIAN JIALIN，WANG JIANQIU，LI SHUYUAN，et al.Oil Shalepetroleum alternative［M］.Beijing:China Petrochemical Press，2010:43.

［7］ARBABIS，LIMing，DEEGW.Simulation model for ground freezing process:Application to Shell’s freeze wall containment system［C］//Colorado School of Mines.30thOil Shale Symposium.Colorado，2010.

［8］李术元，钱家麟.世界油页岩开发利用现状——并记2010年国内外三次油页岩会议［J］.中外能源，2011，(16):9－13.

［9］刘招君，柳蓉.中国油页岩特征及开发利用前景分析［J］.地学前缘，2005，(9):319 －320.

［10］DYNI J R.Geology and resources of some world oil－ shale deposits［J］.Oil shale，2003，20(3):193 －252.

［11］姚家伟.油页岩综合利用与循环经济之探讨［J］.露天采矿技术，2011，(5):106.

［12］海书杰.油页岩渣制备石油支撑剂的研究［D］.北京:中国地质大学，2010:37.

［13］EHINOLAOA，ZHU，Q S.Utilization of LokPanta oil shale in portlandeement manufaeturing in Nigeria［J］.AthermodynamieapProach，2008，(25):310 －327.

［14］AL－ OTOOMAY.Utilization of Oil shale in the ProduCtion of Portland clinker［J］.Cement＆concrete composites，2006，(28):3－11.

［15］AL－ OTOOMAY.A thermodynamics study on the utilization of Jordanian Oil shale in the cement industry［J］.Oil shale，2005，(22):37－39.

［16］SHAWABKEH RA，AL －HARAHSHEHA，HAMIM，KHLAIFATA.Conversion of oi1 shale ash into zeolite for cadmium and lead removal from wastewater［J］.Fuel，2004，(83):981 － 985.

［17］SHAWABKEHR，AL－HARAHSHEHA，AL－ OTOOMAY.Production of zeolite from Jordanian 0i1 shale ash and application for zinc removal from wastewater［J］.0i1 Shale，2004，(21):125 －136.

［18］SHAWABKEHR，AL－HARAHSHEHA，AL－ OTOOMAY.Copper and zinc sorption by treated 0i1 shale ash［J］.Sep.Purif.Technol，2004，(40):251 －257.

［19］AL － QODAHAZ，SHAWAQFEHBAT，LAFIAWK.Adsorption of pesticides from aqueous solutions using0i1 shale ash［J］.Desalination，2007，(208):294 －301.

［20］KAASIKA，VOHLAC，MOTLEPR，et al.Hydrated calcareous oi1 shale ash as potential filter media for phosphorus removal in constructed wetlands［J］.Water Research，2008，(42):1315 －1323.

［21］安佰超.油页岩灰渣提取氧化铝及其应用［D］.吉林:吉林大学，2010:12－14.