国外油页岩研究的历史和现状
在世界上大多数油页岩地区，地质勘探程度不够，研究程度很低，对油页岩资源量的估算也没有统一的标准。不同的国家使用不同的工业指标来估算油页岩资源，因此很难比较不同学者估算的资源量，因此很难正确估算全球油页岩资源量。目前只有美国、澳大利亚、瑞典、爱沙尼亚、约旦、法国、德国、巴西和俄罗斯的部分油页岩矿床进行了详细勘探和评价，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方都有分布，但分布不均匀，主要分布在美国、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、俄罗斯和巴西的油页岩资源占世界页岩油资源的86%。美国能源部能源信息署最新统计，根据全球33个国家的油页岩资源统计，如果换算成页岩油，可达411亿t，超过常规石油资源(271亿t)。但从世界石油资源的评价现状来看，这只是一个非常保守的数据，已探明的油页岩储量只占总资源的一小部分。
(1)美国
2002-2003年，美国政府对油页岩资源评价进行了专项资金研究。油页岩资源量占全球的69%，资源量约33400亿吨，折合页岩油3035.66亿吨。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。美国有两种主要的油页岩矿床:科罗拉多州、怀俄明州和犹他州的始新统绿河矿床和美国东部的泥盆系密西西比黑色页岩矿床。此外，美国东部还有与宾夕法尼亚纪煤矿伴生的油页岩矿床，在内华达州、蒙大拿州、阿拉斯加州、堪萨斯州等地也发现了一些油页岩矿床。然而，目前人们研究的重点仍然是绿河油页岩矿床和晚泥盆世-早密西西比黑色页岩。
美国绿河油页岩矿是世界上最大的油页岩矿，其沉积时代为早始新世-中始新世。主要沉积在Pischens、Uinta、Green River、Wasaki四个盆地。前两个盆地分别位于科罗拉多州和犹他州，后两个位于怀俄明州。绿河油页岩矿床为湖相沉积，分布面积约65000km2，但最厚最富的油页岩集中在南部盆地中部，最深可达1200m。油页岩层普遍较厚，平均含油率约为11.44%，局部含油率高达38.12%。除了绿河油页岩矿，分布在美国东部泥盆纪晚期和密西西比州早期之间的黑色油页岩资源也相当丰富，仅次于绿河油页岩矿。美国东部的油页岩是内海沉积环境，内海覆盖了密西西比河以东的美国中东部大部分地区。泥盆纪-密西西比纪油页岩分布在65万平方公里。从纽约到得克萨斯，它们的埋深可达3000m以上，含油量为9.53%。页岩油地质储量估计高达654.38+0500亿t，其中5%的页岩油可以露天开采(Doncan和Swanson，654.38+0968)。
表2-4世界主要国家油页岩转化为页岩油的储量
(2)澳大利亚
澳大利亚油页岩矿床的时间跨度很大，从寒武纪到第三纪都有分布。根据澳大利亚国家能源咨询委员会的数据(Smith et al .，1959；利什蒙德，1971；Cane，1976)，澳大利亚油页岩总储量580亿吨，折合成页岩油45438+0亿吨。具有亚经济价值的页岩油地质储量估算为4500亿t，澳大利亚油页岩主要分布在东部，东部三分之一的领地(昆士兰州、新南威尔士州、南澳大利亚州、维多利亚州和塔斯马尼亚州)都有油页岩开发，其中昆士兰油页岩最具经济开发价值。昆士兰第三纪油页岩主要包括湖相Rundle、tuart和Condor油页岩以及JuliaCreek海相油页岩。JuliaCreek海相油页岩分布广，埋藏浅，但品位低，平均仅为3。53%(奥兹米奇和萨克斯比，1983)。二叠纪油页岩主要产于昆士兰州东部，在罗克汉普顿附近成束分布。沿海地区有4亿吨油页岩资源，其中三分之二含油率大于3。81%.
㈢巴西
巴西页岩油资源约为11734万t，油页岩主要形成于二叠纪和古近纪早期。早第三纪油页岩位于圣保罗东北部Pallai的Bahe河沿岸的Telemenbei-Taubat盆地。帕莱巴河流域主要有两个油页岩矿区，面积约86km2，页岩油资源总量约3亿吨。油页岩源于湖相，含有3亿吨页岩油，其中50%位于25米厚的覆盖层之下，可以通过露天开采。二叠纪Elati组油页岩品位高，是巴西最好的油页岩矿。
⑷加拿大
加拿大油页岩主要形成于奥陶纪-白垩纪，其类型分为湖相和海相。目前19沉积矿床(麦考利，1981；戴维斯和纳西丘克，1988).其中最有价值的是位于芬迪盆地的蒙克顿次盆地，圣约翰和蒙克顿之间的新不伦瑞克南部石炭系艾伯特组的湖相层状油页岩，厚度为15 ~360m m，下石炭统湖相油页岩主要发育在加拿大北极群岛的岛屿格林内尔半岛德文岛，油页岩厚度可达100m m，目前加拿大油页岩资源的探明储量还比较少加拿大西北部上白垩统发育的油页岩主要沉积在安德森平原和麦肯齐三角洲。现已部分开采，有一定经济价值。
此外，法国、德国、英国、意大利和俄罗斯的油页岩资源也很丰富，约旦、土耳其等国也有一定的油页岩储量。
因此，从世界石油资源来看，许多国家的油页岩资源还没有被彻底调查，已探明的油页岩储量只占总资源的一小部分。随着全球能源消耗的快速增长，迫切需要对全球油页岩资源进行评估。巨大的油页岩储量将在全球能源战略中发挥重要作用。根据油页岩资源的统计分布，含油率低的油页岩占绝大多数。目前油页岩综合开发技术普遍较低，不可能开发低含油量的油页岩。如果不断开发先进的科技手段和设备，油页岩的综合开发能力将大大提高，对全球能源资源的可持续发展具有重要作用。
二、国外油页岩的开发利用
(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很多，主要体现在油页岩开采技术、油页岩燃烧发电技术、油页岩提取技术、油页岩生产过程中的废弃物利用技术以及油页岩的综合开发利用。
1.油页岩开采技术
油页岩开采方法包括采矿法和地下干馏法。目前国际上多采用采矿法，地下干馏技术还处于试验阶段，还存在具体的技术问题。开采方式分为露天开采和矿山开采，世界上适合露天开采的油页岩比例很小。提取出来的油页岩在地面干馏炉中干馏，出油率很高，但开采、运输、矿石破碎、废页岩处理、植被恢复、污染治理、治水等方面的投资大，运行费用高。事实上，许多油页岩是通过地下开采回收的。然而，各种地下开采方法的采油率都低于地面干馏法。成功应用的是美国西部油页岩公司Ralph M. Parsons联合开发的立式原位干馏，在科罗拉多州已经由西方公司进行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，使油页岩在地下直接液化气化。这不仅提高了油页岩资源的开发利用效率，也减少了开采过程中对环境和生态的破坏。但是壳牌提供的ICP技术也有自己的条件。油页岩有效厚度与含油量的乘积必须满足274，含油量至少≥3。04%.按照目前中国油页岩的分布特征，很难有符合ICP技术发展的地区。而且，这种技术也有一些缺点。比如在美国，对在美国科罗拉多州西部高原建立的ICP实验基地进行了可行性分析。该报告证实了科罗拉多州丰富的油页岩储量，但表示“最初的商业运营可能需要等待超过10年”，“存在很大的技术、经济和环境不确定性”。美国丹佛荒野协会的史蒂夫·史密斯认为，壳牌石油公司的开采行为是一种“错误的愿望、夸大的需要和未兑现的承诺”。统计数据显示，每生产一桶石油，需要三桶水。史密斯说，新技术可能会消耗大量地下水资源，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Robert Looks认为，水将是限制油页岩开发的重要因素。20世纪80年代，他负责的项目以失败告终。退休28年后，他现在是一名顾问，写了一本关于油页岩的书。虽然他对油页岩开采的前景持乐观态度，但他认为目前行业面临的形势紧迫，可靠的科学信息不充分，现有技术不够经济。如果发展的步伐不适当放慢，势必会重蹈当年的覆辙。
2.油页岩循环流化床技术
油页岩的第二个潜在用途是燃烧和生热。世界上有三种燃烧技术，分别是粉状页岩悬浮燃烧(爱沙尼亚)、颗粒页岩流化燃烧(德国)和颗粒页岩循环流化燃烧(以色列和中国)。循环流化床技术是近年来发展起来的一种新型洁净煤燃烧技术。特别是在燃用劣质煤和煤质多变的情况下，显示出燃料适应性广、负荷调节灵活等明显优势。与同容量的链条锅炉和煤粉锅炉相比，不仅热效率可以大大提高，而且在燃料制备上不需要煤粉锅炉所需的庞大复杂的制粉系统。这一特性更适合油页岩的燃烧。德国鲁奇公司和芬兰奥斯陆公司是较早研究和开发循环流化床燃烧技术的公司。20世纪90年代，循环流化床燃烧技术有了很大发展。截至目前鲁奇炉型(最大容量锅炉为700t/h亚临界压力循环流化床锅炉，于1996投入商业运行)、奥斯龙炉型和福斯特-惠勒炉型(最大容量锅炉为783t/h亚临界压力循环流化床锅炉，1997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)、德国巴戈克炉型(最大同时，采用传统燃烧技术的锅炉设计和制造公司在循环流化床燃烧技术的研发上投入了大量的资金和人力。代表有法国阿尔斯通斯坦公司采用的鲁奇CFB技术，美国ABB-CE公司采用的LuriCFB技术，德国LLB公司采用的Luri和Circofluid CFB技术，美国福斯特惠勒公司采用的F-W和Pyroflow CFB技术。
3.油页岩干馏技术
油页岩最大的利用潜力是干馏制取页岩油。拥有先进油页岩干馏技术的国家包括爱沙尼亚、巴西、澳大利亚、中国和俄罗斯。到目前为止，世界上成熟且长期生产的有:爱沙尼亚的Kivioli块状页岩干馏炉和Galoter粒状页岩干馏炉；巴西Petrosix页岩干馏炉；中国抚顺式块状页岩干馏炉；澳大利亚的Taciuk颗粒页岩干馏炉。
爱沙尼亚Galoter颗粒页岩干馏炉容量大，出油率高，气体热值高，可处理颗粒页岩，适合有条件的大中型油页岩炼油厂。巴西Petrosix块状油页岩干馏炉产能大、出油率高、产气热值高、投资高，适用于大中型油页岩炼油厂。澳大利亚Taciuk颗粒页岩干馏炉具有产能大、出油率高、煤气热值高等特点。处理后的颗粒页岩加氢提质，质量好，投资高，适用于大中型油页岩炼油厂。中国抚顺式块状页岩干馏炉容量小。目前华电采用巴西甑。
(2)油页岩的综合利用
由于自身的特点，油页岩的开发利用已经渗透到提炼页岩油、发电、供热、制造水泥、生产化学品、合成建材、开发土壤肥料等各个领域。目前，全球油页岩主要用于发电和供热。据统计，2000年全球开采的油页岩69%用于发电和供热，25%用于提炼高产页岩油及相关产品，6%用于生产水泥、化学品和其他用途(图2-1)。
图2-1 2000年世界油页岩利用百分比(根据K. Brendow博士，2003)
世界油页岩工业大约从1830开始，页岩油作为照明发展起来。目前，世界油页岩产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。爱沙尼亚的油页岩主要用于发电和页岩油提炼。2002年，油页岩产量达到3000多万吨。油页岩生产的电力不仅可以满足本国的需求，还可以出口到周边国家。巴西从1935开始生产页岩油做运输燃料，可以从页岩油中提取硫和放射性铀。美国主要采用露天开采和蒸馏提取页岩油。2000年，美国和爱沙尼亚签署了油页岩开发利用技术合作协议。德国油页岩主要用于水泥和建筑材料，每年有50万吨油页岩用作燃料，其灰分用于生产水泥。澳大利亚除了发电和页岩油提取，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将大量油页岩加工成肥料或土壤稳定剂，用于中和酸性土壤。此外，以色列、约旦、泰国和加拿大也非常重视油页岩的开发利用。然而，在油价市场的竞争下，一些国家，如加拿大、瑞士、约旦、摩洛哥和南非，被迫停止了油页岩的工业生产。
三。案例研究-爱沙尼亚
(一)油页岩资源现状
爱沙尼亚油页岩主要是库克油页岩，从爱沙尼亚北部延伸到俄罗斯圣彼得堡东部，油页岩分布面积约50000km2，已探明页岩油储量24.94亿吨。爱沙尼亚有21个油页岩矿，主要分布在库克油页岩矿区，一个在爱沙尼亚，另一个在塔帕油页岩矿区。
(二)油页岩的发展历史
爱沙尼亚是目前世界上使用油页岩较多的国家之一。爱沙尼亚81%油页岩用于发电供应全国92%的电力，16%用于石化工业，其余用于水泥制造和其他产品的加工利用(图2-2)。
爱沙尼亚油页岩产业始于1916，在J？rve和convery镇是露天采矿。每年总共开采56万吨油页岩。后来由于独立战争的爆发，被迫停产。
从1918到1945，爱沙尼亚油页岩产业稳步发展。1918独立战争后，油页岩产量17000t，建成第一座国有油页岩厂。与此同时，私人油页岩工厂不断涌现，国内投资和外国私人投资来自德国、英国、瑞典和丹麦。随着对油页岩兴趣的增加，1933颁布了20项油页岩开发优惠政策，鼓励油页岩勘探开发。总勘探开发面积1250km2。
到1940，爱沙尼亚已开采油页岩11万吨，年均产量1.7万吨。起初，油页岩是沿着露天油页岩地层开采的。后来露天开采油页岩上覆岩层厚度达8m，再开始地下开采油页岩。
二战后，爱沙尼亚对1945 ~ 1946小型露天矿进行了详细的研究，并在部分矿田进行了钻探。从1947到1965，在东部逐步开发了50个油页岩矿。1950年油页岩产量350万吨，1955年油页岩产量达到700万吨。油页岩主要用在塔林和Kohtla-J？Kohtla-J的rve和Ahtme发电厂？Rve和基维？李氏化工厂和昆达水泥厂。1946和1960两次评价油页岩储量，分别为100亿t和33亿t(图2-2)。
图2-2爱沙尼亚油页岩产量变化图(根据V.Kattai，U.Lokk，1998)
1965年，爱沙尼亚新建了一座电站(波罗的海火电站)，年产量为1400MW，随后又建立了爱沙尼亚火电站，年产量为2000MW，因此油页岩需求大增。为了满足对油页岩的持续需求，维鲁(1965)；爱沙尼亚，先后建立了三个露天矿山(1973)、Sirgala(1963)、Narva(1970)、Oktoobri(现更名为Aidu)(1974)等油页岩矿山。油页岩产量从1960年的920万t增加到1970年的1750 t。从1976到1987，爱沙尼亚开始开采西部和西北部的油页岩。1981年，索斯诺夫在列宁格勒成立。有了iBor核电站，油页岩发电需求相应减少。1985的开采能力为2570万吨，1990的开采能力为21200万吨，1995的开采能力为121000万吨，其中一半以上为露天开采(图2-2)。
近年来，由于社会对电力的需求越来越大，政府决定启动“油页岩地区重建计划”，以提高油页岩的利用率。2006年，爱沙尼亚的发电厂和炼油厂将分别需要994万吨和644万吨油页岩。其他用途可能持平稳定在74万t左右，因此爱沙尼亚油页岩产量将从1230万t增长到170万t，到2020年计划新建400万t油页岩工厂。如果爱沙尼亚能够采用沸腾炉技术发电，这些项目将得以实施。届时，油页岩产量将达到21万吨以上。