国外油页岩研究历史与现状

一、国外油页岩勘查

世界上大多数油页岩区地质勘探程度不够，研究程度很低，也没有统一估算资源量的标准，不同国家对油页岩资源量估算所用的工业指标不同，因此不同学者估算的资源量难以对比，故也很难对全球油页岩资源量进行正确估算。目前只有美国、澳洲、瑞典、爱沙尼亚、约旦、法国、德国、巴西和俄罗斯等国的部分油页岩矿床做了详细勘探和评价工作，其他许多矿床的资源潜力有待进一步探明。

油页岩资源在世界许多地区都有分布，但分布并不均匀，主要分布于美国、俄罗斯、加拿大、中国、扎伊尔、巴西、爱沙尼亚、澳大利亚等国家(表2－4)，其中，美国、俄罗斯和巴西三个国家的油页岩资源量就占了整个世界页岩油资源的86%。据美国能源部能源信息署最新统计，根据目前全球33个国家油页岩资源统计，若将它折算成页岩油，可以达到4110亿t，超过了常规石油资源量(2710亿t)。但从世界石油资源的评价现状来看，这只是一个很保守的数据，探明的油页岩储量还只占整个资源量的一小部分。

(一)美国

2002～2003年美国政府对油页岩的资源评价进行了专项基金研究，其油页岩资源量占世界的69%，资源量约33400亿t，折算成页岩油3035.66亿t。美国的油页岩主要形成于古近纪和新近纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪。美国主要有两个油页岩矿床:位于科罗拉多州、怀俄明州、犹他州的始新世绿河矿床和美国东部的泥盆纪密西西比纪黑色页岩矿。此外，美国东部分布有宾夕法尼亚纪煤矿床伴生的油页岩矿床，内华达州、蒙大纳州、阿拉斯加州、堪萨斯州等地方也陆续发现了一些油页岩矿床。但目前人们研究的重点仍是绿河油页岩矿床和晚泥盆纪—早密西西比纪的黑色页岩。

美国绿河油页岩矿是世界上最大的油页岩矿，沉积时代为早始新世—中始新世。主要沉积在皮申斯、尤英塔、绿河、瓦沙基4个盆地内，前两个盆地分别位于科罗拉多州和犹他州，后两个则位于怀俄明州。绿河油页岩矿为湖相沉积，其分布面积大约有65000km²，但最厚和最富的油页岩集中在南部盆地的中央，页岩最深可达1200m。油页岩层一般较厚，含油量平均约11.44%，局部高达38.12%。除绿河油页岩矿外，分布在美国东部的晚泥盆纪—早密西西比纪之间的黑色油页岩的资源储量也相当丰富，仅次于绿河油页岩矿。美国东部的油页岩为内陆海沉积环境，内陆海覆盖了密西西比河以东的美国的中部和东部的大部分地区。泥盆纪—密西西比纪油页岩分布范围为650000km²，从纽约州至得克萨斯州，它们的埋深可达到3000m以上，含油量为9.53%。页岩油地质储量估计高达1500亿t，其中5%的油页岩可以通过露天矿开采(Doncan和Swanson，1968)。

表2－4 世界主要国家油页岩换算成页岩油的储量表

(二)澳大利亚

澳大利亚油页岩沉积跨越时代很广，从寒武纪—第三纪都有分布。根据澳大利亚国家能源咨询委员会的资料(Smith等，1959;Lishmund，1971;Cane，1976)，澳大利亚油页岩总资源储量为580亿t，折算为页岩油45.31亿t。推断的次经济价值的页岩油地质储量为4500亿t。澳大利亚油页岩主要分布在东部，东部三分之一的领土(昆士兰州、新南威尔士、南澳大利亚、维多利亚以及塔斯马尼亚州)油页岩都较发育，其中昆士兰州油页岩最有经济开发价值。昆士兰州第三纪油页岩主要包括湖相朗德勒(Rundle)、tuart和康多尔(Condor)油页岩，以及JuliaCreek海相油页岩。JuliaCreek海相油页岩分布很广，而且埋藏很浅，但是品位较低，平均只有 3. 53% (Ozimic andSaxby，1983)。昆士兰东部主要产出二叠纪油页岩，分布在罗克汉普顿附近的朗德勒(Bundle)，在沿海地区有油页岩资源 4 亿 t，其中 2 /3 的含油量都大于 3. 81% 。

(三)巴西

巴西页岩油资源量约 117. 34 亿 t。油页岩主要形成于二叠纪和早古近纪。早古近纪油页岩位于圣保罗东北沿帕拉伊巴河的特列门贝—陶巴特盆地。帕拉伊巴河流域主要有两个油页岩矿区，面积约 86km2，页岩油总资源量约 3 亿 t。油页岩为湖相成因，含页岩油3 亿 t，其中50%位于25m 厚的覆盖层下面，可用露天方法开采。二叠纪伊拉蒂组油页岩品级高，是巴西经济效益最好的油页岩矿。

(四)加拿大

加拿大油页岩主要形成于奥陶纪—白垩纪，油页岩类型分为湖相和海相。现已发现 19 个沉积矿床 (Macauley，1981; Davies and Nassichuk，1988)。其中，最有开采价值的是位于 Fundy 盆地的 Moncton 次级盆地，介于 St. Johns 和 Moncton 之间的新不伦瑞克南部的石炭纪 Albert 组的湖相层状油页岩，厚度介于 15 ～360m。下石炭统湖相油页岩主要发育于 Grinnell 半岛的德文郡岛—加拿大北极圈群岛的一个岛屿，油页岩厚度最厚可达 100m。目前，加拿大油页岩资源的探明储量还比较少。发育在加拿大西北部上白垩统的油页岩，主要为安德森平原及 Mackenzie 三角洲沉积。现已部分开采，具有一定的经济价值。

此外，法国、德国、英国、意大利、俄罗斯的油页岩资源也较丰富，约旦、土耳其等国家也有一定的油页岩储量。

因此，从世界石油资源来看，很多国家的油页岩资源并未做过详细的普查，探明的油页岩储量还只占整个资源量的一小部分。随着全球能源消耗的快速增长，开展全球油页岩资源量的评估已迫在眉睫。油页岩巨大的储量将对全球的能源战略起到重要的作用。从所统计的油页岩资源量分布看，低含油率的油页岩占了绝大多数。目前，油页岩的综合开发技术普遍较低，根本不能对低含油率的油页岩进行开发，如果不断研制开发先进的科学技术手段及设备，将极大得提高油页岩的综合开发能力，对全球能源资源走可持续发展道路具有举足轻重的地位。

二、国外油页岩开发利用

(一)油页岩开发利用技术

油页岩用途广泛，油页岩开发利用涉及的关键技术比较多，主要体现在油页岩的开采技术、油页岩燃烧发电工艺、页岩油提取技术、油页岩生产过程中的废物利用技术以及油页岩综合开发利用等技术。

1. 油页岩开采技术

油页岩开采方法有采矿法和地下干馏法二类。目前世界上采用的多为采矿法，地下干馏技术还处于试验阶段，尚存在具体技术难题。采矿法又分为露天开采和矿井开采两种方法，世界上适合露天开采的油页岩比例很小。开采出来的油页岩在地面干馏釜中干馏，油收率很高，但在采矿、运输、矿石粉碎、废页岩处理、恢复植被、控制污染和水等的方面投资大，经营费用高。实际上，许多油页岩都是通过地下开采回收的。但各种地下开采法的油回收率低于地面干馏法。运用较成功的是由西方油页岩有限公司 Ralph M. Parsons 公司共同研制的垂向型就地干馏，并由西方公司在科罗拉多州实现了工业和商业规模的生产。目前，荷兰壳牌公司正在研究油页岩地下裂解技术，使油页岩直接在地下液化、气化。这不但提高了油页岩资源开发利用效率，而且减少了开采过程中对环境和生态的破坏。但壳牌公司提供的 ICP 技术也有自身的条件，必须满足油页岩有效厚度与含油率两者乘积满足 274，含油率最低应≥3. 04%。依据目前我国油页岩的分布特征，很难有满足 ICP 技术开发的地区。并且，此技术也有自身的一些弊端。例如，在美国，针对在美国科罗拉多州西部高原上建立的 ICP 实验基地进行了可行性分析，报告证实了科罗拉多州丰富的油页岩储量，但表示 “初期商业运作有可能要等到 10 多年以后”，并且 “有很大的技术、经济以及环保方面的不确定性”。美国丹佛荒野协会的史蒂夫·史密斯认为，壳牌石油公司开采行为是一种 “错误的愿望、夸张的需要和无法实现的承诺”。有数据表明，每生产一桶石油，需要消耗三桶水。史密斯表示，新技术有可能消耗大量的地下水资源，从而影响数十万居民的生活用水。壳牌石油公司前项目经理罗伯特·卢克斯认为，水将是限制油页岩开发的重要因素。20 世纪 80 年代他所负责的项目以失败告终，已退休 28 年的他目前是一名顾问，并撰写了一本关于油页岩的书。虽然他对于油页岩开采的前景表示乐观，但他认为目前该行业面临的形势紧迫，可靠的科学信息也不够充分，而且现有的技术不够经济，如果不适当放缓开发的步伐，势必重蹈当年的覆辙。

2. 油页岩循环流化床技术

油页岩的第二大使用潜力是燃烧发热发电。世界上工业应用的有三种燃烧工艺，粉末页岩悬浮燃烧 (爱沙尼亚)、颗粒页岩流化燃烧 (德国)及颗粒页岩循环流化燃烧 (以色列及中国)。循环流化床技术是近年来研制的一种新型洁净煤燃烧技术。它显示了其燃料适应性广、负荷调节灵活等明显优点，特别是在燃用低质煤种和煤质多变的场合，和相同容量的链条炉、煤粉炉相比，不仅热效率可有相当大的提高，在燃料制备方面，不需要煤粉炉所要求的庞大而复杂的制粉系统。这种特点比较适合于油页岩的燃烧。德国鲁奇公司和芬兰奥斯龙公司是研究开发循环流化床燃烧技术较早的公司。进入 90 年代，循环流化床燃烧技术得到更大的发展，至今已经形成了鲁奇炉型 (最大容量锅炉为 700t/h 级亚临界压力循环流化床锅炉，1996 年投入商业运行)、奥斯龙炉型、福斯特—惠勒炉型 (最大容量锅炉为 783t/h 级亚临界压力循环流化床锅炉，1997 年投入商业运行)、巴特利炉型 (最大容量为日本三井 300t/h 多固体循环流化床锅炉)、德国巴高克炉型 (最大容量为 350t/h 高压电站锅炉)和美国巴威的内循环炉型 (最大容量为 210t/h 高压循环流化床锅炉)等几个各具特色的主要炉型。与此同时，传统燃烧技术的锅炉设计制造公司纷纷投入大量的资金及人力进行循环流化床燃烧技术的研究开发，其中的代表包括法国通用电气阿尔斯通 Stein 公司采用 Lurgi CFB 技术、美国ABB － CE 公司采用 LuriCFB 技术、德国 LLB 公司采用的 Luri 和 Circofluid CFB 技术、美国 Foster wheeler 公司采用的 F － W 和 Pyroflow CFB 技术。

3. 油页岩干馏技术

油页岩的最大使用潜力是干馏制取页岩油。油页岩干馏技术比较先进的国家有爱沙尼亚、巴西、澳大利亚、中国和俄罗斯等国。迄今世界上较成熟且经长期生产的有:爱沙尼亚的 Kivioli 块页岩干馏炉和 Galoter 颗粒页岩干馏炉; 巴西的 Petrosix 块页岩干馏炉; 中国抚顺式块页岩干馏炉; 澳大利亚的 Taciuk 颗粒页岩干馏炉。

爱沙尼亚的 Galoter 颗粒页岩干馏炉处理量大，油收率高，产高热值气，可处理颗粒页岩，适合有条件的大中型油页岩炼油厂; 巴西的 Petrosix 块页岩干馏炉处理量很大，油收率高，产高热值气，处理块页岩，投资高，适合大中型油页岩炼油厂; 澳大利亚的 Taciuk 颗粒页岩干馏炉处理量很大，油收率高，产高热值气，处理颗粒页岩，油页岩经加氢改质，质量好，投资高，适合于大中型油页岩炼油厂。中国抚顺式块页岩干馏炉处理量较小，目前，桦甸采用的是巴西的干馏炉型。

(二)油页岩综合利用

油页岩由于其自身的特点，开发利用已经渗透到提炼页岩油、发电、取暖、制造水泥、生产化学药品、合成建筑材料以及研制土壤增肥剂等各个领域。目前，全球油页岩主要用于发电和供暖。据统计，2000 年全球开采的油页岩中有 69% 用于发电和供暖，25%用于提炼高收益的页岩油及相关产品，6% 用于生产水泥、化工以及其他用途(图 2 －1)。

图 2 －1 2000 年世界油页岩利用百分率 (据 Dr. K. Brendow，2003)

世界油页岩工业约始于 1830 年，页岩油作为照明用而发展起来。目前，世界上油页岩工业主要分布在爱沙尼亚、巴西、美国、德国、澳大利亚、俄罗斯和以色列等国。爱沙尼亚的油页岩主要用于发电和提炼页岩油，2002 年油页岩开采量达到3 000 多万 t，用油页岩生产出来的电力除了可以满足本国的需要，还可以向邻国出口; 巴西从 1935年就开始生产页岩油用于运输燃料，并在油页岩中可提取硫和放射性铀; 美国主要是利用露天开采和蒸馏方法提取页岩油，2000年美国和爱沙尼亚签署了两国在油页岩开发利用技术及工艺方面进行了合作的协议;德国的油页岩主要用于水泥和建筑材料，每年利用50万t油页岩作为燃料，其灰分用于生产水泥;澳大利亚除了发电和提取页岩油外，还提取镍化学添加剂;俄罗斯、匈牙利、乌克兰、奥地利、保加利亚和南斯拉夫等国将大量油页岩加工成肥料，或加工成土壤稳定剂，用于酸性土壤的中性化。另外，以色列、约旦、泰国和加拿大等也非常重视油页岩的开发和利用。但是，还有一些国家，如加拿大、瑞士、约旦、摩洛哥、南非等国在油价市场的竞争下被迫停止了油页岩工业生产。

三、实例分析———爱沙尼亚

(一)油页岩资源现状

爱沙尼亚油页岩主要为库克油页岩，从爱沙尼亚北部向东至俄罗斯圣彼得堡，油页岩分布面积约50000km²，页岩油探明储量24.94亿t。爱沙尼亚有21个油页岩矿，主要分布在库克油页岩矿区，一个是爱沙尼亚矿区，另一个是较新的Tapa油页岩矿区。

(二)油页岩开发历史

爱沙尼亚是目前世界上利用油页岩比较多的国家之一。爱沙尼亚81%的油页岩都用来发电供应全国92%的电力，16%用于石油化工，剩余的部分用于水泥制造以及其他一些产品的加工利用(图2－2)。

爱沙尼亚油页岩工业开始于1916年，在Jrve和Pervade两个城镇进行露天开采。每年共开采56万t油页岩。后来因独立战争的爆发而被迫停产。

1918～1945年，爱沙尼亚油页岩工业持续稳定发展。1918年独立战争后，油页岩开采量为1.7万t，并且建设了第一个国有油页岩工厂。同时，私有油页岩工厂也不断出现，有本国人投资的，也有德国、英国、瑞典、丹麦等国外私人投资。随着人们对油页岩的兴趣不断增加，到1933年20项油页岩开发优惠政策出台，鼓励油页岩勘探开发。总勘探开发面积达1250km²。

到1940年，爱沙尼亚共计开采油页岩1100万t，平均年产量达170万t。刚开始油页岩开采是顺着露天油页岩地层开采，后来油页岩的露天开采上覆地层厚度为8m，继而开始油页岩地下开采。

第二次世界大战后，爱沙尼亚在1945～1946年对14个小型露天矿开展了详细的研究，并在一些矿田中实施钻井开采。1947～1965年，逐步在东部开发了50个油页岩矿。1950年，油页岩产量为350万t，到1955年，油页岩产量达到700万t。油页岩主要用于Tallinn、Kohtla－Jrve和Ahtme的发电厂，Kohtla－Jrve和Kivili的化工厂，以及Kunda水泥厂。1946年和1960年先后两次进行了油页岩储量评价，分别为10亿t和33亿t(图2－2)。

图2－2 爱沙尼亚油页岩产产量变化图(据V.Kattai，U.Lokk，1998)

1965年，爱沙尼亚建立了新的发电所(波罗的海热发电所)，年输出电1400MW，而后又建立了爱沙尼亚热发电所，年输出电2000MW，因此对油页岩的需求巨增。为了满足对油页岩的不断需求，Viru(1965年);Estonia，三个露天矿(1973年)，Sirgala(1963年)，Narva(1970年)，Oktoobri(现今改名为Aidu)(1974年)等油页岩矿先后建立。油页岩产量从1960年的920万t上升到1970年的1750万t。1976～1987年，爱沙尼亚开始在西部和西北部进行油页岩开采。1981年，由于列宁格勒地区建立了SosnoviBor核电站，相应的对油页岩发电的需求减少。1985年开采量为2570万t，1990年开采量为2120万t，1995年开采量为1210万t，其中一半以上都为露天开采(图2－2)。

近年来，由于社会对电的需求量有所增大，政府决定启动“重建油页岩地区计划”，加大对油页岩的利用。在2006年，爱沙尼亚发电厂和炼油厂将分别需要994万t和644万t的油页岩;其他方面的用途可能持平，稳定在74万t左右。因此，爱沙尼亚的油页岩产量将从1230万t增加到1700万t。到2020年，规划新建一座400万t规模的油页岩工厂。倘若爱沙尼亚发电能采用沸腾炉技术，这些项目将能够实施。届时，油页岩产量将达到 2 100 万 t 以上。