油頁巖開采技術發展方向及趨勢

劉榮斌

摘要： 隨著經濟的持續發展和人類對于資源認識的不斷深入，油頁巖近年來普遍為各個國家和地區所重視。油頁巖本質上是有機質的沉積巖，經過一系列處理之后可以獲取類似原油的頁巖油與頁巖氣，是助力經濟發展的一項重要油氣資源。非常規油氣資源是國家安全與經濟發展的重要物質基礎，資源開發在帶來發展的同時，還存在破壞環境的風險。如何解決資源開采和環境保護的矛盾，從中尋求平衡點，值得深思。本文中介紹了油頁巖開采技術以及其發展趨勢。

Abstract： With the continuous development of the economy and the continuous deepening of human understanding of resources， oil shale has been widely appreciated by various countries and regions in recent years. Oil shale is essentially an organic sedimentary rock. After a series of treatments， shale oil and shale gas similar to crude oil can be obtained， which is an important oil and gas resource for economic development. Unconventional oil and gas resources are an important material basis for national security and economic development. While resource development brings about development， there is also the risk of damaging the environment. How to solve the contradiction between resource exploitation and environmental protection and find a balance point is worth considering. This article describes the oil shale mining technology and its development trend.

關鍵詞： 油頁巖；開采技術；環境影響

Key words： oil shale；mining technology；environmental impact

中圖分類號：TD83 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0240-02

0 引言

油頁巖采礦技術可分為傳統的地面干餾技術和地下原位采礦技術。地面干餾技術是指通過露天礦坑或地下采礦隧道到地面的油頁巖，在粉碎篩選到所需的尺寸、區塊或轉移后，通過加熱碳化頁巖油、頁巖氣和頁巖炭來產生。原位采礦技術意味著埋藏在地下的油頁巖沒有開采，并直接在地下進行加熱，轉化為頁巖油或頁巖氣，并將其輸送到地面。地表干餾技術特點是一次性投資大、工藝簡單化、技術綜合化、成本較高。原位開采技術要求高，還沒有取得廣泛的應用，仍處于實驗室研究階段。

1 油頁巖勘探開發的現狀

1.1 油頁巖的基本特征

油頁巖巖性特征。油頁巖是一種沉積巖，層理是密實的，顆粒勻稱稱為“油頁巖”。其次，油頁巖類型。頁巖由于母質和周圍環境的差異，分為陸相頁巖、湖泊頁巖和海洋頁巖三種類型。三種主要的區別是：在有機質含量上，大陸頁巖的脂質含量較高。湖相油頁巖主要由湖泊藻類和浮游生物形成。海洋頁巖主要來自早期微生物沉積埋藏后形成。就我國而言，目前我國的油頁巖多是屬于陸相的。

1.2 油頁巖的勘探開發現狀

雖然經過一系列的工藝處理過程，可以獲得類似的油頁巖油和天然氣，而且早在1821年就發現了，但由于人類認知水平和技術的局限，大規模開采和使用油頁巖還沒有實現。僅在近年來美國對油頁巖資源開發利用領域，介紹了相應的鼓勵政策，油頁巖開采與進展有關，頁巖也逐漸獲得了大規模的開采。

到目前為止，美國頁巖氣產量占天然氣總產量的35%以上，成為世界上最大的天然氣生產國。美國的這一倡議是值得世界其他國家特別是我國參考和考慮的一個主題。2011年以來，中國有關部門開始實施頁巖氣投資管理，這被稱為中國頁巖氣開發利用的勘探階段。2012年11月，中國頁巖氣開采正式進入高速發展階段，在1HF井中生產高產量頁巖氣。自2017年以來，中國油頁巖資源開發一直處于世界前列。

1.3 國內油頁巖資源現狀

我國礦產資源豐富，歷來被認為是資源豐富的國家。特別是油頁巖資源豐富，蘊藏著豐富的自然資源。根據目前的統計，中國的油頁巖資源約為7199.37×108t。大部分油頁巖集中在我國東部和中部和西北地區。從地層的角度來看，油頁巖主要分布在中生代和新生代。在地理環境方面，我國油頁巖儲量占總油頁巖儲量的80%以上。

2 油頁巖開采技術

2.1 油頁巖地面干餾

地面干餾，即通過露天開采或地下開采，將油頁巖轉移到表面，經過粉碎篩選到所需的尺寸，然后進入干餾過程，在蒸餾過程中獲得頁巖油。根據干餾的不同方法，可以進一步將油頁巖干餾分為外熱和內熱蒸餾。外部熱蒸餾是指將油頁巖通過爐壁輸送到爐內，從而加熱干餾。與放熱干餾相反，內部熱蒸餾是在爐內與油頁巖直接接觸，然后實現油頁巖的熱解。同時避免外部加熱干餾的上述缺點，但內部加熱干餾，以充分利用不同大小（塊狀、顆粒、粉末），油頁巖，經常需要配備各種反駁，同時在工藝技術和設備比較復雜，增加了成本。

2.1.1 撫順爐技術

本文首先對撫順爐干餾工藝流程進行了分解，對油頁巖進行了篩選，用10mm顆粒大小的顆粒作為尾礦，用10～75mm顆粒大小的顆粒作為完成的頁巖，進入還原爐。在干餾段熱解過程后，可以在大量的頁巖油中產生頁巖油。在這一點上，干餾段的剩余部分稱為頁巖半焦，然后進入氣化段和上升的飽和主風，在蒸餾過程中進行氧化還原反應。反應后，爐內殘留的材料為頁巖渣，其中一些與尾礦一起運輸到堆場。另一部分被回收利用。在出口冷凝系統后，干餾分回收頁巖油和干氣。作為干餾氣體的副產物，可以通過以下方式合理使用：它可以作為一種循環氣體在加熱爐中加熱；可作為蓄熱爐燃燒的燃料；它也可以用作燃氣鍋爐的燃料。撫順爐炭化技術，操作簡單，工期長，但單爐容量小（100t/d），資源利用率低（80%），產油率低（<70%），低能耗，環保，適用于低含油量低油頁巖的小型加工廠。

2.1.2 Kiviter和Galoter干餾器

Kiviter和Galoter干餾器愛沙尼亞油頁巖工業中應用兩種地面干餾器，早期開發的Kiviter干餾器是立式的，適合于處理塊狀頁巖以及燃燒天然氣，日處理油頁巖能力為1000t。新的Galoter干餾設計是一種臥式流化床干餾器，日生產能力大約為3000t，為降低能源投入，實現較高的產能，在其干餾處理中，用頁巖碎屑作為固體加熱的載體。雖然其處理過程比Kiviter干餾器復雜許多，但穩定性得到提高，最近實現了一年6200h連續作業。

2.1.3 Petrosix技術

Petrosix該技術是由巴西國家石油公司開發的一種利用氣體熱載體法進行油頁巖干餾的技術。油頁巖破碎、篩后，顆粒尺寸為6.4～76mm，首先由餾出物干餾段熱解得到，所需的熱量由爐中間的熱氣體提供。另一部分由爐底的回收氣體提供。這兩種氣體都是在過程中產生的。由油頁巖吸收的上游氣流，在干熱地區凝結成油或霧。頁巖油和副產物被旋風和靜電捕集器回收，而頁巖尾礦和垃圾則被丟棄。Petrosix碳化技術單爐處理大型（2200t/d），高輸出（110t/d），高利用率的頁巖和石油產量（可以達到超過90%），環境保護，和熱可以自給自足，但頁巖未充分利用的大小小于6.4mm，反駁的大型設備，維護和操作困難，適合大型石油頁巖。

2.2 油頁巖原位干餾

油頁巖的原位分餾，也稱為地下干餾，是指地下油頁巖層未被開采，而熱煙氣是由燃燒產生的，因此直接加熱，并在原地分餾。與地面干餾相比，該技術不需要從油頁巖中提取石油和天然氣，大大降低了開采成本。根據熱解過程，油頁巖的原位熱解可分為原位回火和原位回火。①真地下干餾，指的是通過洞地下頁巖地層被摧毀，然后到空氣中燃燒，熱煙氣在前進之前，接觸新的頁巖加熱干餾，頁巖油氣生成出口集合使用地面，其余的油頁巖半焦炭當時空氣燃燒頁巖灰，繼續轉移熱量燃燒產生的煙氣，加熱油頁巖地下碳化進程。②改良的地下干餾，指的是少量的頁巖到地表，首先使地下的頁巖層形成在一定的空間內，再通過爆破頁巖大面積的破碎，溝道形成縫隙，然后進入空氣燃燒，進行地下干餾。

2.3 油頁巖原位轉化

油頁巖開采技術原位轉型是近年來新興的，直接到地下油頁巖熱，使其原位復雜的物理化學，最后為頁巖熱解產品石油和天然氣，然后通過石油和天然氣的開采生產井為二次加工。與其他采礦方法相比，它具有工藝流程低、成本低、采收率高、占地面積小等優點，是未來油頁巖開發利用的重要途徑。

3 露天采礦技術發展主要方向

露天采礦是指作業場所敞露于地表，將掩蓋在礦體上部的表土及巖石剝除，再對礦石進行有效開采。主要施工機械有挖掘機、礦山運輸車、裝載機、推土機等。主要工序有礦山山體剝離及礦石開采。礦山山體剝離首先要根據地形地貌修筑上山臨時道路，以及到排土場的臨時道路，再從山頂分層往下逐層爆破開挖，控制臺階高度，每個工作流程設置2-4個工作平臺。礦石開采主要是根據礦石分布情況進行分層開采，將礦石表層及周邊的土石剝離干凈后，進行爆破開挖，確保土石和礦體分離符合要求。露天開采與地下開采相比，主要優點是生產能力大，作業空間約束相對較小，安全系數較高。

近年來，我國露天開采技術不斷發展，越來越多的大型采礦設備，國內露天礦開挖設備斗容量達到15立方米以上，大型運輸設備，電動輪車載重噸位154噸，大大提高了礦山生產能力。但隨著石油等主要原材料價格持續上漲，CPI上漲，礦業成本飆升。隨著露天礦開采條件的惡化，礦山運輸距離增加，運輸效率降低，運輸能耗增加，礦區環境惡化等污染問題，制約了我國露天開采技術的發展。因此，有必要從開放采礦技術的來源探索新的采礦技術方法和配套設備，解決高成本、高污染、高能耗的問題。

密集的大型露天礦山連續開采技術變換礦井運輸理念，拋棄了傳統移動運輸的概念，發展的傳播類型煤礦物流新理念、露天開采技術的創新理論和實踐建立露天采場采礦礦石加載-破碎輸送的集中化開采系統。這將是一種新的露天采礦方法，將提高采礦技術水平，實現高效、環保和節能。這是大型露天礦未來發展的趨勢。

4 結束語

在在過去的幾年中，油頁巖的開采技術的發展和逐漸成熟，根據美國、愛沙尼亞、中國、巴西和其他國家油頁巖的開采經驗，世界油頁巖行業克服所面臨的技術問題，如能耗、頁巖油復蘇，油頁巖浪費，二氧化碳排放，地下水的保護等，努力提高新技術的可操作性和穩定性，控制開發成本，提高競爭力與常規油氣開發。

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