油頁巖綜合開發利用現狀

周紅霞，王志成，陸海玲，張 帆

(黑龍江省能源環境研究院，哈爾濱 150040)

油頁巖是一種高灰分的有機巖石，國際上把每噸含油率大于3.5%的頁巖稱為油頁巖。作為常規能源一種重要的補充能源，油頁巖資源以其巨大的儲量和豐富的利用層次，引起了全世界的廣泛關注。

油頁巖資源在全世界許多地區都有分布，但其分布不均，主要分布在美國、俄羅斯、加拿大、中國、扎伊爾、巴西、愛沙尼亞、澳大利亞等國家［1］，中國居第四位［2］。我國油頁巖資源比較豐富，據國土資源部、國家發展和改革委員會及財政部聯合組織全國油頁巖資源評價，預測資源高達7 199億噸，折算成頁巖油資源為476億噸［3］。

1 油頁巖的干餾和燃燒發電

在2003年，國家發改委下發了《關于印發〈資源綜合利用目錄(2003年修訂)〉的通知》，文件規定:“凡生產加工提取油頁巖的企業免稅，利用頁巖灰生產水泥、陶粒、構件等企業免稅”［4］。這表明油頁巖資源具有巨大的綜合開發利用價值，并受到了國家的高度重視。

從世界油頁巖開發利用現狀來看，油頁巖主要有兩種利用方式:一是干餾煉油，二是作為燃料直接燃燒發電［5］。至今為止，全世界產頁巖油的國家主要有愛沙尼亞、中國和巴西，其中愛沙尼亞歷史最為悠久，技術也最為先進。當前，世界上利用油頁巖發電的國家有愛沙尼亞、中國、以色列等。其中，愛沙尼亞油頁巖電站生產規模最大，所發電量占其所需電量的94%，其他國家規模很小。

1.1 油頁巖干餾煉油

愛沙尼亞

愛沙尼亞采用數十臺基維特爐裝置進行干餾，每臺日加工油頁巖300～1 000噸，年加工油頁巖1.7公噸，年產頁巖油22×104噸。產品除頁巖油、燃料油外，還有瀝青、油焦、酚類樹脂等化學品。

巴西

巴西采用兩臺佩特羅瑟克斯塊狀頁巖圓筒形干餾爐進行干餾加工油頁巖，油頁巖日加工量大約為7 500噸，年產頁巖油約為18×104噸［6］。佩特羅瑟克斯塊狀頁巖圓筒形干餾爐生產成熟，裝置無污染泄漏，周圍環境無異味。而且油收率可高達實驗室鋁甄油收率的90%。

俄羅斯

俄羅斯采用基維特爐型進行干餾生產頁巖油，加工庫克瑟特油頁巖和伏爾加含硫頁巖。但因為俄羅斯原油資源豐富，所以加工油頁巖的規模都很小，頁巖油產量不高，現已停產。

美國

根據美國殼牌公司于2010年第30屆美囯油頁巖會議宣讀的有關模擬熱模型的報告［7］可知，該公司在科羅拉多州里奧勃蘭克(Rio Blanco)，對綠河頁巖進行了地下干餾現場中試［8］。

中國

遼寧省撫順油頁巖礦是國內目前最大的油頁巖生產基地，頁巖油工業始于1928年，在1930—1980年的50年中，共加工油頁巖約4.25億噸，制取頁巖油約1 408萬噸［9］。1959年年產頁巖油約 78萬噸，為歷史最高水平［10］。近年來，由于石油價格猛漲，且生產頁巖油的經濟效益良好，2002年又擴建80臺撫順式干餾爐，年產頁巖油約 10 萬噸［11］。

當前中國關于油頁巖干餾制取頁巖油的爐型，大多都采用了撫順式爐或改良的撫順式爐。頁巖油年產量每年都有所增加，2010年共計生產55×104噸。

1.2 油頁巖作為燃料直接燃燒發電

作為燃料，油頁巖直接用于發電經歷了漫長的研究和開發過程，從油頁巖的懸浮燃燒與氣化到油頁巖流化床燃燒再到油頁巖循環流化床燃燒，技術不斷進步，污染不斷減少，效益不斷提高。

愛沙尼亞

愛沙尼亞擁有全世界最大的油頁巖燃燒發電企業——愛沙尼亞能源集團公司。該公司年開采油頁巖150×104噸，其總發電能力達238×104千瓦，占愛沙尼亞全國所有電力的94%。

以色列

以色列的列鹿特姆公司建有一個小型電站，利用低品位的油頁巖流化床燃燒產氣發電，容量為12.5兆瓦［6］。

中國

中國利用油頁巖作為燃料發電總的生產能力很小。在2010年，全國利用油頁巖發電79 000千瓦，其中撫順油頁巖發電廠發電量最大，為41 000千瓦，其他地區像樺甸、遂溪等地發電量都很小。

2 油頁巖殘渣的綜合利用

油頁巖渣是油頁巖在干餾提煉頁巖油時產生的廢渣，累積堆積占用了大量的土地。與此同時，因為油頁巖渣中含有大量的重金屬元素，雨水淋溶以及擴散后會破壞農業生產，嚴重污染周圍的水源、生物及土地，使土地毒化、酸化，破壞土壤生產能力，從而危害居民的健康。油頁巖渣的應用主要集中在制備陶粒支撐劑、覆膜支撐劑、輕質磚和水泥等建筑材料、吸附劑和泡沫玻璃等領域。

2.1 油頁巖渣制備陶粒支撐劑和覆膜支撐劑

陶粒支撐劑作為水力壓裂技術的重要填充介質，其應用已經極為廣泛。目前陶粒制備主要局限在中密度高強度和高密度高強度支撐劑這兩部分(即體積密度 ＞1.85克/立方厘米)，而低密度(即體積密度 ＜1.60克/立方厘米)支撐劑的研究較少。與陶粒支撐劑相比，樹脂包覆支撐劑的抗壓性能更佳，導流能力和耐酸能力更強。所以利用油頁巖渣來制備陶粒支撐劑和覆膜支撐劑，不僅成本低廉，而且可以解決油頁巖渣的危害問題，使油頁巖渣得到更有效的利用［12］。

2.2 制備水泥

油頁巖灰渣的主要礦物成分為高嶺土、石英、方解石，可以代替黏土配制生料燒成水泥，這就降低了水泥制造費、減少了對黏土礦的開采、消除了黏土礦開發過程中所造成的環境破壞，同時油頁巖灰渣還可以作為混合材料配制高標號水泥。目前，制造水泥已成為我國油頁巖灰渣資源化利用的主要用途之一。波蘭有研究者報道了將油頁巖灰渣應用于水泥生產，取得了良好的效果［13］，愛沙尼亞［14］，約旦［15］也有利用油頁巖灰渣的報道。

2.3 制備吸附劑

油頁巖廢渣本身為固體廢棄物，如果能用廢棄物來處理廢氣和廢渣，不但可以大大地降低處理成本，而且可以解決油頁巖的灰渣堆放引起的問題。油頁巖灰渣在燒結過程中，顆粒間會形成孔隙，因此會有一定的吸附性能。有研究者將油頁巖灰渣應用于廢氣處理，還有研究者將油頁巖廢渣應用于處理染料、重金屬離子［16－18］、農藥［19］、磷［20］，都收到了良好的效果。

2.4 制備泡沫玻璃

微晶泡沫玻璃是一種在玻璃相中均勻分布著大量氣孔的微晶體，是一種新型環保建筑材料。它具有密度小、隔熱好、強度高、耐火、能吸聲、防腐蝕和便于加工等性能，因此被廣泛用于建筑承重墻、隔音材料、熱油儲釜以及石油化工生產領域。用廢棄物制備泡沫玻璃不但可以大大地降低成本，而且可以變相處理廢棄物，這是目前的一種趨勢。采用油頁巖廢渣制備泡沫玻璃有著得天獨厚的條件，這是因為油頁巖廢渣含量最高的氧化物是二氧化硅，這就降低了在制備泡沫玻璃時的技術難度。目前，已經陸續有報道將油頁巖灰渣制備成泡沫玻璃，并討論了相關實驗參數［21］。

3 結論

油頁巖的開發利用已引起了國家的高度重視，我國油頁巖的開發利用也必將進入新的增長時期。目前，油頁巖的綜合利用已經取得了一些成功經驗，但降低成本和減少污染仍然是技術發展的關鍵，應加大地質研究，了解資源分布規律，借鑒國的外先進技術，在能源利用的基礎上，進行綜合利用，以最大地提高資源綜合利用率。

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