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【摘 要】面对惊人的石油消耗量和我国石油资源储量有限的矛盾，各国都加大对油页岩等非常规油气资源的研究和开发力度，本文将综述油页岩基础研究进展，并对多类型的油页岩利用方式进行了介绍。
【关键词】油页岩；提炼；前景
1.引言
能源是社会进步和经济增长的重要保证，利用能源的同时也给人类的生活方式带来了革命性改变，使人们能够更加便利和舒适的生活和生产。中国作为世界上最大的发展中国家，年一次能源消耗量更是由2000年的14.55亿吨标准煤增长至2012年的36.17亿吨标准煤，增加了148.59%。尤其需指出的是，我国能源资源储量存在“多煤少气贫油”的特点，石油资源储量少但消耗惊人，我国的石油资源的储产比仅为9.9。至2012年中国的石油对外依存度已达到56.4%，按照目前发展趋势预测，我国在2020年和2030年的原油需求量分别为6.5亿吨和7.亿吨，对外依存度将分别跃升至69%和75%[1]。
2.油页岩及其利用方式介绍
油页岩是一种富含有机质、具有微细层理、可燃烧的细粒沉积岩[2]。油页岩呈浅灰至深褐色，相对密度一般为1.4～1.7t/m3。油页岩的主要成分包括有机质、矿物质及水分。油页岩中有机质含量较低，主要由不溶于普通有机溶剂的生油物质（油母质）和少量沥青组成，而无机矿物质的含量一般约占总重量的50～80℅。按照原始物质的种类划分，世界上大多数的油页岩属于腐泥煤类。
油页岩是一种低热值固态化石燃料，主要有两大利用途径：一是将油页岩作为燃料，直接在锅炉中进行燃烧发电和供热，简称燃烧发电；二是将油页岩作为原料，在隔绝空气的条件下，将油页岩加热到450～550℃以制取页岩油，简称干馏炼油，页岩油可直接作为船用轮机燃料油，还可经过进一步深加工提取汽油、柴油等。世界油页岩资源储量极为丰富，矿藏遍布世界各国，如美国、巴西、爱沙尼亚、俄罗斯、中国、约旦、澳大利亚、加拿大和扎伊尔等[3]。
3.油页岩热解特性研究进展及加工工艺
近年来各国研究人员利用先进的实验技术对油页岩的基础物性、油页岩的热解及燃烧特性进行了深入研究。其中王擎和柏静儒等[4]分别研究了桦甸油页岩和半焦的基础物性。同时Campbell等对美国Green River油页岩在25～900℃区间进行了非等温热解实验，给出了部分气体和碳氢化合物的析出速率；K?k等利用TG/DTG热分析方法对土耳其的三个矿区油页岩样品的热解与燃烧特性进行了研究，并利用多组模型方法求得频率因子及活化能等动力学参数；Jaber等通过非等温热重分析方法对约旦的Ellujjun和Sultani两个矿区油页岩样品进行实验研究，并采用积分法来对数据进行分析；Li等利用热重分析仪研究了我国抚顺、茂名、桦甸和美国Colorado 油页岩的热解特性，建立了包含11个平行一级反应的动力学模型。
油页岩干馏炼油作为油页岩的一种重要利用方式，根据干馏地点的不同，干馏工艺主要包括地上干馏和地下干馏两种。其中地下干馏，通常也称为原位干馏，直接对采埋藏于地下的油页岩设法进行加热干馏，油页岩在地下干馏分解后生成页岩油气被导至地面的干馏方法。
地下干馏通过钻孔将空气从地面引入地下油页岩层，并设法使空气与油页岩发生燃烧，并利用产生的热烟气锋面向前推进接触到新的油页岩层以进行加热干馏，或者通过插入电热棒的方式，使得地下一定区域内的油页岩缓慢加热，生成的页岩油气从若干产出井导出。油页岩地上干馏技术需开采油页岩资源并送至特定的干馏设备，是目前常用的干馏方式，根据热载体种类的不同，油頁岩干馏技术可分为气体热载体干馏技术和固体热载体干馏技术，如表1所示。
气体热载体干馏技术主要包括Kiviter技术、Petrosix技术、SGR技术、Joseco技术、抚顺炉技术和中国最近开发投产的桦甸式干馏炉技术。固体热载体干馏技术主要用于处理颗粒页岩，通常利用热灰或高温金属球等作为加热载体与颗粒页岩进行充分混合以加热页岩。此种干馏技术规避了气体热载体干馏法中存在的炉内气流分布不均、页岩流动阻力大等问题，同时还具有干馏时间短、油收率高、干馏强度大、资源利用率高等诸多优点。
4.油页岩燃烧特性进展
作为劣质燃料送入锅炉进行燃烧是油页岩的另一种重要利用途径，油页岩因无机矿物质含量过高，燃烧时产灰量较大，无法利用常规的燃煤锅炉加以燃烧。目前主要有爱沙尼亚、中国和俄罗斯等国燃烧油页岩进行发电和供热，燃烧方式主要包括悬浮燃烧、流化燃烧和循环流化床燃烧等，悬浮燃烧技术应用在爱沙尼亚和中国的茂名地区，其中爱沙尼亚的蒸汽参数较高、单机容量较大。油页岩流化燃烧技术应用在以色列和早期中国的抚顺等地区，在此基础上发展的油页岩循环流化床技术也在各地得到了一定规模的推广应用，其中1996年在中国桦甸地区投产了3台65t/h颗粒油页岩循环流化床锅炉，电厂装机总容量达到18MW，是世界上第一次将循环流化床燃烧技术应用在油页岩燃烧领域。相对悬浮燃烧技术而言，循环流化床技术有良好的自脱硫能力，由于采用850℃的燃烧温度，能够很好地缓解炉内结渣问题。
现有的油页岩干馏和燃烧技术，都不能充分地利用油页岩资源，不仅造成了巨大的资源损失，同时还导致了严重的环境污染。针对这一问题，孙键等根据现有的油页岩利用技术水平，提出了实现油页岩集成利用、发展油页岩循环经济的理念，旨在实现油页岩资源的高效洁净利用。李少华等基于油页岩固体热载体干馏法构建了集油页岩干馏与半焦循环流化床燃烧为一体的油页岩综合利用系统，Wang等结合桦甸油页岩矿区的实际情况提出了具体的综合利用方案。通过将油页岩干馏技术、油页岩和半焦燃烧技术和灰渣深处理技术进行集成，以对油页岩资源进行梯级利用，不仅对油页岩资源“吃干榨尽”，还减少了各类污染物的排放，同时也实现了产品多元化。
5.总结
针对我国的能源储量水平和现有的石油消耗总量，不仅需要大力开发利用清洁且可再生的能源，同时还应关注油页岩等非常规油气资源。油页岩虽然作为传统的化石能源，但是为了应对即将出现的能源危机尤其是石油短缺问题，适度开发油页岩资源也具有灵活性和实用性。但同时需改进现有的干馏工艺，并结合灰渣深处理技术，实现页岩油、电能、热能和建材的多联产，真正做到资源的有效清洁利用。
参考文献：
[1] 《中国电力年鉴》编辑委员会.2011中国电力年鉴，北京：中国电力出版社，2011.719～742
[2] 钱家麟，王剑秋，李术元.世界油页岩综述.中国能源，2006，28（8）：16～19
[3] 刘招君，董清水，叶松青等.中国油页岩资源现状.吉林大学学报（地球科学版），2006
[4] 王擎，徐峰，柏静儒等.桦甸油页岩基础物化特性研究.吉林大学学报（地球科学版），2006，36（6）：1006～1011
作者简介：
王雷（1983-），男，工程师，新疆电力设计院机务室 主要从事发电厂设计工作。
祁俊杰（1985-），男，助理工程师，广西贺州市华润电力有限公司发电部 主要从事发电厂运行工作。
【关键词】油页岩；提炼；前景
1.引言
能源是社会进步和经济增长的重要保证，利用能源的同时也给人类的生活方式带来了革命性改变，使人们能够更加便利和舒适的生活和生产。中国作为世界上最大的发展中国家，年一次能源消耗量更是由2000年的14.55亿吨标准煤增长至2012年的36.17亿吨标准煤，增加了148.59%。尤其需指出的是，我国能源资源储量存在“多煤少气贫油”的特点，石油资源储量少但消耗惊人，我国的石油资源的储产比仅为9.9。至2012年中国的石油对外依存度已达到56.4%，按照目前发展趋势预测，我国在2020年和2030年的原油需求量分别为6.5亿吨和7.亿吨，对外依存度将分别跃升至69%和75%[1]。
2.油页岩及其利用方式介绍
油页岩是一种富含有机质、具有微细层理、可燃烧的细粒沉积岩[2]。油页岩呈浅灰至深褐色，相对密度一般为1.4～1.7t/m3。油页岩的主要成分包括有机质、矿物质及水分。油页岩中有机质含量较低，主要由不溶于普通有机溶剂的生油物质（油母质）和少量沥青组成，而无机矿物质的含量一般约占总重量的50～80℅。按照原始物质的种类划分，世界上大多数的油页岩属于腐泥煤类。
油页岩是一种低热值固态化石燃料，主要有两大利用途径：一是将油页岩作为燃料，直接在锅炉中进行燃烧发电和供热，简称燃烧发电；二是将油页岩作为原料，在隔绝空气的条件下，将油页岩加热到450～550℃以制取页岩油，简称干馏炼油，页岩油可直接作为船用轮机燃料油，还可经过进一步深加工提取汽油、柴油等。世界油页岩资源储量极为丰富，矿藏遍布世界各国，如美国、巴西、爱沙尼亚、俄罗斯、中国、约旦、澳大利亚、加拿大和扎伊尔等[3]。
3.油页岩热解特性研究进展及加工工艺
近年来各国研究人员利用先进的实验技术对油页岩的基础物性、油页岩的热解及燃烧特性进行了深入研究。其中王擎和柏静儒等[4]分别研究了桦甸油页岩和半焦的基础物性。同时Campbell等对美国Green River油页岩在25～900℃区间进行了非等温热解实验，给出了部分气体和碳氢化合物的析出速率；K?k等利用TG/DTG热分析方法对土耳其的三个矿区油页岩样品的热解与燃烧特性进行了研究，并利用多组模型方法求得频率因子及活化能等动力学参数；Jaber等通过非等温热重分析方法对约旦的Ellujjun和Sultani两个矿区油页岩样品进行实验研究，并采用积分法来对数据进行分析；Li等利用热重分析仪研究了我国抚顺、茂名、桦甸和美国Colorado 油页岩的热解特性，建立了包含11个平行一级反应的动力学模型。
油页岩干馏炼油作为油页岩的一种重要利用方式，根据干馏地点的不同，干馏工艺主要包括地上干馏和地下干馏两种。其中地下干馏，通常也称为原位干馏，直接对采埋藏于地下的油页岩设法进行加热干馏，油页岩在地下干馏分解后生成页岩油气被导至地面的干馏方法。
地下干馏通过钻孔将空气从地面引入地下油页岩层，并设法使空气与油页岩发生燃烧，并利用产生的热烟气锋面向前推进接触到新的油页岩层以进行加热干馏，或者通过插入电热棒的方式，使得地下一定区域内的油页岩缓慢加热，生成的页岩油气从若干产出井导出。油页岩地上干馏技术需开采油页岩资源并送至特定的干馏设备，是目前常用的干馏方式，根据热载体种类的不同，油頁岩干馏技术可分为气体热载体干馏技术和固体热载体干馏技术，如表1所示。
气体热载体干馏技术主要包括Kiviter技术、Petrosix技术、SGR技术、Joseco技术、抚顺炉技术和中国最近开发投产的桦甸式干馏炉技术。固体热载体干馏技术主要用于处理颗粒页岩，通常利用热灰或高温金属球等作为加热载体与颗粒页岩进行充分混合以加热页岩。此种干馏技术规避了气体热载体干馏法中存在的炉内气流分布不均、页岩流动阻力大等问题，同时还具有干馏时间短、油收率高、干馏强度大、资源利用率高等诸多优点。
4.油页岩燃烧特性进展
作为劣质燃料送入锅炉进行燃烧是油页岩的另一种重要利用途径，油页岩因无机矿物质含量过高，燃烧时产灰量较大，无法利用常规的燃煤锅炉加以燃烧。目前主要有爱沙尼亚、中国和俄罗斯等国燃烧油页岩进行发电和供热，燃烧方式主要包括悬浮燃烧、流化燃烧和循环流化床燃烧等，悬浮燃烧技术应用在爱沙尼亚和中国的茂名地区，其中爱沙尼亚的蒸汽参数较高、单机容量较大。油页岩流化燃烧技术应用在以色列和早期中国的抚顺等地区，在此基础上发展的油页岩循环流化床技术也在各地得到了一定规模的推广应用，其中1996年在中国桦甸地区投产了3台65t/h颗粒油页岩循环流化床锅炉，电厂装机总容量达到18MW，是世界上第一次将循环流化床燃烧技术应用在油页岩燃烧领域。相对悬浮燃烧技术而言，循环流化床技术有良好的自脱硫能力，由于采用850℃的燃烧温度，能够很好地缓解炉内结渣问题。
现有的油页岩干馏和燃烧技术，都不能充分地利用油页岩资源，不仅造成了巨大的资源损失，同时还导致了严重的环境污染。针对这一问题，孙键等根据现有的油页岩利用技术水平，提出了实现油页岩集成利用、发展油页岩循环经济的理念，旨在实现油页岩资源的高效洁净利用。李少华等基于油页岩固体热载体干馏法构建了集油页岩干馏与半焦循环流化床燃烧为一体的油页岩综合利用系统，Wang等结合桦甸油页岩矿区的实际情况提出了具体的综合利用方案。通过将油页岩干馏技术、油页岩和半焦燃烧技术和灰渣深处理技术进行集成，以对油页岩资源进行梯级利用，不仅对油页岩资源“吃干榨尽”，还减少了各类污染物的排放，同时也实现了产品多元化。
5.总结
针对我国的能源储量水平和现有的石油消耗总量，不仅需要大力开发利用清洁且可再生的能源，同时还应关注油页岩等非常规油气资源。油页岩虽然作为传统的化石能源，但是为了应对即将出现的能源危机尤其是石油短缺问题，适度开发油页岩资源也具有灵活性和实用性。但同时需改进现有的干馏工艺，并结合灰渣深处理技术，实现页岩油、电能、热能和建材的多联产，真正做到资源的有效清洁利用。
参考文献：
[1] 《中国电力年鉴》编辑委员会.2011中国电力年鉴，北京：中国电力出版社，2011.719～742
[2] 钱家麟，王剑秋，李术元.世界油页岩综述.中国能源，2006，28（8）：16～19
[3] 刘招君，董清水，叶松青等.中国油页岩资源现状.吉林大学学报（地球科学版），2006
[4] 王擎，徐峰，柏静儒等.桦甸油页岩基础物化特性研究.吉林大学学报（地球科学版），2006，36（6）：1006～1011
作者简介：
王雷（1983-），男，工程师，新疆电力设计院机务室 主要从事发电厂设计工作。
祁俊杰（1985-），男，助理工程师，广西贺州市华润电力有限公司发电部 主要从事发电厂运行工作。