什么是油页岩？

(一)油页岩的定义

油页岩油，顾名思义，就是从油页岩中提取的油。所以，要了解油页岩，首先需要了解油页岩。油页岩属于非常规油气资源，与石油、天然气、煤炭一样是不可再生的化石能源。油页岩资源储量仅次于煤，通过热解可以获得油页岩油气，因其资源丰富，开发利用可行性高，被列为21世纪重要的替代能源。

油页岩又称油页岩，是一种固体可燃有机质沉积岩。含油率和热值是评价油页岩工业用途的重要工业指标。因此，灰分超过40%、含油量超过3.5%、热值不低于4.18kJ/g的沉积岩一般称为油页岩(Kevin Z，1997；刘兆军，2006)。油页岩提取的油呈暗褐色，略带绿色荧光，成分与石油相似。常被称为人造油，类似于原油。经过提炼，可以得到汽油、煤油、柴油、润滑油和石蜡。油页岩除了提炼油页岩，还可以作为发电、取暖、运输的燃料。炼油和发电后留下的废渣用于生产建材、水泥和化肥，或提炼化工产品和提炼金属。

从广义上讲，页岩油的概念涵盖了从油页岩中提炼出来的油页岩。因此，为了区分广义上的页岩油概念，将油页岩定义为油页岩干馏提取的油，即加工开采的油页岩或原位地下油页岩(如低温干馏)得到的原油(易然，2015)。由于油页岩概念的特殊性，目前对油页岩的评价主要集中在油页岩矿山。

(2)油页岩的性质

1.颜色

油页岩的颜色与其中的有机物和无机物的成分有关。美国绿河盆地油页岩为灰绿色，吉林桦甸油页岩为褐色，准噶尔盆地南缘(博格达山前油页岩带)油页岩为灰褐色-深灰色。通常油页岩颜色越浅，含油量越高。

2.密度

油页岩的密度主要取决于其中无机矿物的含量和密度。一般来说，油页岩密度越高，含油量越低。

3.硬度和强度

油页岩的硬度和强度与所含矿物的性质和形成时代有关。老油页岩硬度更高。强度和硬度也会影响干馏过程。

4.灰分熔点

油页岩的灰熔点又称熔融性，是油页岩受热时逐渐由固体转变为液体的特性，与油页岩的成分和加工工艺有关。工业上常用软化温度作为熔融指数，称为灰分熔点。灰熔点低的油页岩在热加工过程中容易在炉内结渣，影响生产。我国油页岩灰中氧化钙较少，所以灰熔点普遍较高，软化温度大多在1200 ~ 1450℃以上。

二、油页岩资源、利用及发展趋势

世界上蕴藏着丰富的油页岩资源，世界上已知的油页岩可采储量转化为原油的总量超过了世界石油的总可采储量。油页岩已经被开发了200多年。从1839年法国Autun油页岩矿床开采到20世纪30年代，世界油页岩年产量达到5×106t；。20世纪40年代，受二战影响，油页岩年产量明显下降。从1945-1980，油页岩利用率呈快速增长趋势。但自1980以来，由于石油的大量发现和开发，廉价石油在世界范围内被大规模开采，直接影响了油页岩的开发利用。然而，到了80年代后期，世界能源消费猛增，油页岩产业再度崛起。随着国际油价的波动，全球能源需求的增加和世界范围内石油的消耗，石油及其替代品的开发是各国能源开发和研究的主要课题，因此人造油页岩的地位越来越重要，再次引起了世界各国的重视。

(一)油页岩资源的分布

全球油页岩资源非常丰富。据不完全统计，油页岩资源约10×1012t，比煤炭资源多40%，分布广泛。根据2006年全球33个国家和地区油页岩资源综合统计结果(图2-3)，折算成油页岩，总储量超过4000×108t，远远超过世界石油资源储量1500×108t和资源总量3000×108t。世界油页岩储量超过10×108t，包括美国、俄罗斯、刚果民主共和国、巴西、摩洛哥、约旦、澳大利亚、爱沙尼亚和中国。美国油页岩储量为3035.66×108t，约占世界总储量的66%。美国约75%的油页岩集中在科罗拉多州、犹他州和怀俄明州。

中国也有丰富的油页岩资源，最著名的是抚顺矿区，与煤伴生。已探明油页岩储量36×108t，平均产油率约5.5%。茂名油页岩矿可采储量为40×108t，平均产油率为6.0%。根据国土资源部新一轮油气资源评价(2005年)，我国油页岩资源主要分布在22个省区、47个盆地，有80个含矿区。全国油页岩资源量为7199.37×108t，油页岩资源量为476.44×108t，可采油页岩资源量为119.79×108t(表2-4)。

图2-3世界主要国家油页岩的估计份额(根据刘兆军，2009)

表2-4全国油页岩/油页岩资源评价结果(根据刘兆军，2009)单位:104t。

中国油页岩资源主要分布在东部和中部地区，东部地区(主要包括松辽盆地和渤海湾盆地)为3442.48×108t，中部地区(主要包括鄂尔多斯盆地和四川盆地)为1609.64× 100t，青藏地区(主要是羌塘盆地)为65438+。西部地区(主要包括柴达木盆地、塔里木盆地和准噶尔盆地)为749.43×108t，南部地区(除前四地区外的华南大部分地区)为194.61×108t，分别占中国油页岩资源的48%和22%。其中含油率5% ~ 10%的油页岩为182×108t，含油率大于10%的页岩油为140× 100t，远远超过我国已发现的天然石油储量。与美国油页岩地质特征相比，我国油页岩资源埋藏深，油页岩平均厚度约20 ~ 30m，且多为砂岩和泥岩，有相当一部分为含油率小于5%的贫矿物，而含油率大于10%的富矿物较少，主要为含油率5% ~ 10%的油页岩资源。

按盆地划分，中国油页岩主要分布在松辽盆地、鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、羌塘盆地、柴达木盆地、抚顺盆地、茂名盆地、民和盆地、敦密盆地等。，其中松辽盆地油页岩资源量最大，达3000多亿吨；按成矿时代划分，我国油页岩分布广泛，包括石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪、白垩纪、古近纪和新近纪。根据成矿环境，主要的油页岩成矿环境包括湖泊相、湖沼相、海陆交互相、浅湖相、半深湖相、浅海泻湖相。

(二)油页岩资源的开发利用

1.油页岩开采模式

因为油页岩中的有机质是固体，不能像石油一样在岩石孔隙中流动。油页岩开采分为露天开采和地下开采，与煤炭开采非常相似。当地下油页岩层倾角较缓，埋深较浅，通常小于500米，油页岩层厚度达到几十米时，可采用露天开采方式，即将覆盖在油页岩层上的岩土剥离，使油页岩露出地表进行开采。露天开采除了考虑油页岩埋深外，还应考虑剥采比，即油页岩层上需剥离的岩土量与油页岩产量的比值，这是油页岩露天开采经济性的一个重要因素。如果油页岩层薄，覆盖其上的岩土厚，即剥采比大，即使油页岩层埋藏浅，开采成本也会高，从而增加油页岩的利用成本。当油页岩层埋深大于500m时，通常采用地下开采方法，地下开采方法主要有壁式开采和房柱式开采。

2.油页岩的利用途径

油页岩具有广泛的沉积环境，因此它具有多种有机质和矿物质。油页岩不仅可以提取各种燃料油，还可以提取各种合成燃气和化工原料，副产品还可以用于制砖、水泥等建筑材料。总结起来，油页岩主要有三种用途:干馏制取油页岩油及相关产品；用作发电、取暖和运输的燃料；建筑材料、水泥和化肥生产。

1)干馏生产油页岩油及相关产品。

油页岩可以被加热和裂解，产生类似于天然油的油页岩，通常被称为人造油。一般来说，1t页岩可提取38 ~ 378L(相当于0.3~3.2bbl)油页岩。油页岩经加氢裂化精制后，可得到汽油、煤油、柴油、石蜡、石焦油等化工产品。

目前，世界上只有中国、爱沙尼亚和巴西三个国家通过干馏油页岩来生产油页岩。2000年世界油页岩产量为50×104t，到2011，世界油页岩产量达到146×104t(表2-5)。近年来，油价下跌在一定程度上影响了油页岩产量，但2015年，全球油页岩蒸馏精炼产能达到151×104t，其中中国83×104t，爱沙尼亚50×104t，巴西6544t。

表2-5 2011年世界页岩油产量(据李淑媛，2012)

2)用作发电、供热和运输的燃料。

首先，它被用来发电。利用油页岩发电有两种形式。一是油页岩直接作为锅炉燃料产生蒸汽发电；另一种是低温干馏油页岩生产气体燃料，然后输送到内燃机燃烧发电。目前，前一种形式被广泛使用。其次，油页岩可以用来取暖。此外，油页岩燃烧可用于驱动发动机进行长途运输。

爱沙尼亚拥有世界上最大的油页岩电厂装机容量，是利用油页岩发电的最佳国家。全国94%的电力依靠油页岩发电。目前国内有三个小型油页岩电站，分别是吉林华电热电厂，容量15MW；；吉林汪清页岩油厂热电站，容量9兆瓦；广东濉溪热电厂，容量为6MW(表2-6)。

表2-6 2011年世界油页岩电厂(据李淑媛2012)

3)建筑材料、水泥、化肥生产。

油页岩渣是油页岩蒸馏提取页岩油时产生的废渣，日积月累占用大量土地。同时，由于油页岩渣中含有大量的重金属元素，雨水的淋溶和扩散会破坏农业生产，严重污染周围的水源、生物和土地，毒害和酸化土地，破坏土壤生产力，进而危害居民健康。油页岩渣的应用主要是制备陶粒支撑剂、覆膜支撑剂、轻质砖和水泥等建筑材料，以及吸附剂和泡沫玻璃(周等，2013)。

(C)油页岩开发中的问题

虽然油页岩资源丰富，对缓解能源危机具有重要意义，但油页岩勘探开发仍存在一系列问题，包括资源评价、开采技术、后期环境破坏等。这严重制约了油页岩的开发。

资源方面，油页岩资源丰富，但探明程度低。以吉林省为例，该省油页岩资源丰富，总资源量超过2800×108t。但发现资源量仅占总资源量的四分之一，且除桦甸、汪清外，全省99%以上的油页岩资源未经过可行性研究和经济评价，严重制约了资源的大规模开发利用。此外，该省油页岩开发利用率低。目前全省只有桦甸和汪清油页岩资源在开发利用，且集中在中小型富矿，富矿资源浪费问题严重。

在环境方面，首先，它严重破坏了生态和水质。资料显示，开采1m3油页岩一般需要抽取25m3地下水。采矿水的排放导致地表水和地下水中硫酸盐含量大量增加，长期开采会破坏生态平衡和水位、水质的稳定性。二是灰霾污染问题突出。油页岩干馏或直接燃烧后产生大量灰渣，1t原矿干馏后产生约0.7 ~ 0.9 t半焦，燃烧发电后产生约0.6 ~ 0.7 t灰渣，需要占用大量土地，露天堆放，形成粉尘，造成水体等二次污染。第三，生产过程中产生的粉尘、废气、废水、废物污染环境。主要是破碎和筛分过程中产生的粉尘，干燥装置、加热炉、干馏炉和储运过程中产生的SO2、NO2、H2S等烟气，干馏和脱硫过程中产生的废水，干馏和燃烧过程中产生的半焦、页岩灰和炉渣。四是采空区塌陷隐患大。目前油页岩开采方式为传统的地下开采，采空区在岩层移动作用下会引起不同程度的地表沉陷，对周边居民的生产生活、城市建设和土地利用规划都会产生较大影响。

(四)油页岩的发展趋势

2007年，世界油页岩年会做了一个计算，当石油达到每桶25美元时，油页岩的地下冷却干馏可以盈利；当油价达到每桶35美元时，还可以提取油页岩并加热干馏，以达到盈利点。2012年国际油价在80 ~ 110美元/桶之间波动。虽然低于2011，但油页岩价格保持上涨。油页岩的市场价格从2005年的平均2600元/吨上涨到2012年的5500元/吨。然而，随着近年来国际原油价格的下降，世界页岩油产量预计将减少。

油页岩的利用是综合性的，其经济效益也要综合考虑。以生产页岩水泥为例:1×104t的页岩油厂可生产25×104t水泥，投资25×104t的水泥厂为2000万元，页岩水泥利润为50 ~ 100元/t，净利润。可以看出，如果投资页岩水泥厂，当年基本可以收回投资成本。如果合理充分利用油页岩废渣，其利润甚至不低于从中提取油页岩。油页岩油和页岩水泥的综合利润换算成国际市场10 ~ 15美元/桶的综合油价，即原油价格处于10 ~ 15美元/桶的盈亏平衡区间。当然，提取油页岩油后的副产品还有很多其他用途。在具体开发利用时，要整体考虑经济效益的计算。

国家在宏观政策上大力支持油页岩资源的开发和综合利用。中国政府在“十一五”发展规划中明确提出，将大力开展油页岩勘探开发，加大科技投入，降低开采成本，提高中国油气资源的安全性。2011年，国家发改委发布《国家产业结构调整指导目录》，将油页岩、油砂、页岩气、天然气水合物等非常规资源勘探开发列为鼓励类产业。因此，我们应该抓住有利时机，合理开发油页岩资源。在充分利用油页岩资源的同时，应更加注重环境与经济的可持续发展。根据实际情况，油页岩综合利用可从以下七个方面考虑:(1)引进先进的油页岩干馏工艺生产油页岩；(2)以精焦和筛分后的油页岩为燃料，建设油页岩循环流化床机组电厂；(3)利用油页岩灰渣生产油页岩烧结砖和油页岩水泥等建筑材料；(4)利用油页岩燃烧取暖，解决矿区和当地群众冬季取暖问题；(5)借鉴抚顺矿业集团的经验，引进其页岩油生产喷雾炭黑的技术和设备；(六)农业发展和生产所需的复合肥；(7)苯酚、氨、吡啶等副产物的综合利用。总之，在实现其资源价值最大化并考虑环境因素的条件下，油页岩开发利用的前景将会非常光明，特别是对于中国这样一个能源高度依赖国际市场的国家，油页岩市场将更加广阔。国际能源署预测，2020年后，非传统来源的石油供应量将大幅增加，约占世界石油总需求的8%，而这一增量很可能由部分油页岩油来满足。