油砂的開(kāi)發(fā)利用

□ 高峰

社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步離不開(kāi)能源供應(yīng)，可是我們真要等到以石油、天然氣為代表的常規(guī)能源被基本用完或全部采干用盡之時(shí)，才開(kāi)始尋找和開(kāi)發(fā)新的能源資源嗎？

對(duì)于這一問(wèn)題，科學(xué)家們已經(jīng)積極行動(dòng)起來(lái)，天然氣水合物、油頁(yè)巖、油砂和煤層氣，被認(rèn)為是今后較有可能成為過(guò)渡性或替代型能源的資源。然而，由于受開(kāi)采技術(shù)水平、開(kāi)采經(jīng)濟(jì)成本及環(huán)境影響程度等幾項(xiàng)核心因素的制約，目前對(duì)天然氣水合物、油頁(yè)巖的開(kāi)發(fā)尚處于探索和認(rèn)識(shí)階段。而在利用油砂合成石油的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)技術(shù)方面，加拿大已取得了開(kāi)拓性成就，正在悄然揭開(kāi)全球“能源革命序幕”的一角。

揭開(kāi)油砂的面紗

油砂，是一種非常規(guī)性含原油的砂狀礦藏，形成的地質(zhì)年代為白堊紀(jì)。世界上有70多個(gè)國(guó)家蘊(yùn)藏油砂資源，但目前探明的油砂資源有95%集中在加拿大；如果加拿大這些油砂資源全部被開(kāi)采利用，按照現(xiàn)在世界能源的需求水平，可供全世界消費(fèi)100年。

油砂由砂、瀝青、礦物質(zhì)、黏土和水以相互結(jié)合的方式構(gòu)成，瀝青是其主要成分，含量可占到1%～20%。瀝青主要由富碳、貧氫的長(zhǎng)鏈分子組成，其他成分還包括氮、硫和一些重金屬等。由于瀝青的API值（反映油質(zhì)好壞的指標(biāo)，高值對(duì)應(yīng)優(yōu)質(zhì)原油）低于10，所以它的黏度極大，不能在油藏中流動(dòng)。不過(guò)，人們發(fā)現(xiàn)可以采用萃取工藝從混合物中分離出瀝青，經(jīng)預(yù)處理生產(chǎn)出類似天然石油的“合成原油”。按照目前的平均開(kāi)發(fā)生產(chǎn)技術(shù)水平，生產(chǎn)1桶合成石油需要1.16桶瀝青。

瀝青經(jīng)過(guò)焦化、蒸餾、催化轉(zhuǎn)換、加氫處理等復(fù)雜的工藝環(huán)節(jié)被從油砂中提取出來(lái)后，可產(chǎn)生合成石油。利用油砂合成石油的規(guī)模化開(kāi)發(fā)生產(chǎn)源自加拿大。根據(jù)最新資料統(tǒng)計(jì)，加拿大的證實(shí)石油儲(chǔ)量可達(dá)1788億桶，僅次于沙特，位居世界第二位。而在加拿大的現(xiàn)有石油儲(chǔ)量中，有超過(guò)95%的儲(chǔ)量（即1745億桶）蘊(yùn)藏在艾伯塔省的油砂中。

油砂生產(chǎn)合成石油已經(jīng)顯示出多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)

用油砂生產(chǎn)合成石油的第一步，是將其中的瀝青與砂、礦物質(zhì)、黏土以及水分進(jìn)行分離。然后在分選廠，通過(guò)加熱過(guò)程，將漂浮在大型分離池表面的瀝青加工成各種石油產(chǎn)品。

油砂中瀝青的分離與加工是一系列技術(shù)化程度極高的工藝過(guò)程，目前仍需要不斷加大投入以更新加工處理設(shè)備，這與常規(guī)石油的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)有所不同，所以油砂合成石油的生產(chǎn)成本高于常規(guī)石油。然而，“油砂石油”生產(chǎn)的發(fā)展已經(jīng)顯示出多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。

首先，幾乎不需要開(kāi)展勘探工作，油砂的分布、規(guī)模甚至質(zhì)量品位幾乎都是直接顯露在開(kāi)發(fā)者面前的。在加拿大艾伯塔省油砂分布的區(qū)塊內(nèi)，甚至可以用穿著靴子的腳“踢開(kāi)”隨處可見(jiàn)的油砂。

其次，油砂石油開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的采收率在90%以上，總體高于常規(guī)原油開(kāi)采，極低成本的開(kāi)發(fā)與極高的采收率，共同確立了油砂石油開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的長(zhǎng)期性與穩(wěn)定性。

再其次，針對(duì)油砂石油開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，加拿大聯(lián)邦政府和地方政府已經(jīng)采用了具有競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的礦區(qū)使用費(fèi)和財(cái)政政策，以更直接促進(jìn)項(xiàng)目長(zhǎng)期支出所需的大量投資。

直接開(kāi)發(fā)油砂中的瀝青將成為主導(dǎo)方法

在過(guò)去的36年里，主要通過(guò)常規(guī)露天采礦技術(shù)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)油砂石油。在早期，油砂開(kāi)發(fā)生產(chǎn)公司利用斗輪挖掘機(jī)與傳送帶將挖掘出的油砂礦運(yùn)至分選廠，再利用物理手段分選出瀝青，采收率約為95%。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，斗輪挖掘機(jī)與傳送帶都被電動(dòng)挖掘機(jī)和大型載重卡車車隊(duì)所替代。盡管設(shè)備的更新和改進(jìn)為開(kāi)發(fā)運(yùn)送油砂帶來(lái)了明顯的效益，但其終歸還是有所局限。

通過(guò)電動(dòng)挖掘機(jī)和大型載重卡車車隊(duì)開(kāi)發(fā)運(yùn)送油砂，僅僅能夠使現(xiàn)有油砂儲(chǔ)量的15%～20%得到有效開(kāi)發(fā)，這將會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)部分油砂的開(kāi)發(fā)成本超過(guò)經(jīng)濟(jì)收益。如果采用原地?zé)崃怛?qū)分離回集開(kāi)采技術(shù)開(kāi)發(fā)油砂，則可保證繼續(xù)贏利。

目前，露天采礦技術(shù)仍是開(kāi)發(fā)油砂的主要手段。而在今后，由于加拿大80%左右的油砂儲(chǔ)量分布深度都已經(jīng)超過(guò)了現(xiàn)有露天采礦技術(shù)所能達(dá)到的深度，原地?zé)崃怛?qū)分離回集開(kāi)采技術(shù)將會(huì)成為直接開(kāi)發(fā)瀝青的主導(dǎo)方法。

原地?zé)崃怛?qū)分離回集開(kāi)采技術(shù)，除了可以直接開(kāi)發(fā)出地表下一定深度內(nèi)油砂分布的瀝青外，尚有降低開(kāi)發(fā)成本的巨大潛力。特別需要提到的是，該項(xiàng)技術(shù)在保護(hù)空氣、土地和水資源方面，確實(shí)具有非常實(shí)際的意義。

資源潛力巨大

油砂資源的潛力和遠(yuǎn)景已經(jīng)引起人們?cè)絹?lái)越多的重視。在加拿大艾伯塔省北部油砂分布地區(qū)，自20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，有超過(guò)150億美元投入到油砂開(kāi)發(fā)中，在2002～2010年間，還將有150億美元投入到本領(lǐng)域，2010年后，投資油砂資源開(kāi)發(fā)的熱潮仍將持續(xù)。

目前，加拿大西部沉積盆地出口的原油供應(yīng)美國(guó)25座煉廠，隨著油砂石油產(chǎn)量的增長(zhǎng)，這些煉廠中的大多數(shù)將需要轉(zhuǎn)向以依賴油砂合成石油或混合瀝青作為主要供應(yīng)原料。由于合成石油氫含量低，易于產(chǎn)生低質(zhì)餾分的汽油及石油產(chǎn)品。為此，煉廠在處理油砂合成石油的過(guò)程中，還需要增加包括催化裂化、含氫石油分裂以及焦化等復(fù)雜的轉(zhuǎn)化處理過(guò)程，以便煉制成適用于運(yùn)輸市場(chǎng)需求的高性能燃料。

（圖片由王宜提供）