能源概览1页岩油与油页岩

 

页岩油是油母页岩经过低温干馏而得，常温下为褐色膏状物，有刺激性臭味，属于含氮量较高的石蜡基油。页岩油经过加工提炼可制成汽油、煤油、柴油等液体燃料，是重要的非常规油气资源。

日本首次在国内岩层提取页岩油，储量可达1亿桶，参考美国的页岩气主流开采技术，从2013年度开始试开采。——这应该就是10月3日晚国际原油大跌的原因吧。页岩油气开始冲击原油价格体系，中东石油国家的黄金时代恐怕快终结了。
页岩油

页岩油是油页岩经热加工后，其有机质受热分解生成的产物，类似天然石油，但又比天然石油含有更多的不饱和烃，并含氮、硫、氧等非烃类有机化合物，而这些不饱和烃类及非烃类有机化合物又是造成油品胶质增多、沉渣形成而导致安定性变差、颜色变黑的主要原因[1] 。

页岩油工业是能源工业的一个重要组成部分，也是天然石油的一种补充能源[1] 。 　

据美国《油气》公布的统计数字，全世界页岩油储量约11万亿～13万亿吨，远远超过石油储量。全球油页岩产于寒武系至第三系，主要分布于美国、扎伊尔、巴西、意大利、摩洛哥、约旦、澳大利亚、中国和加拿大等9个国家。 

中国油页岩资源储量也很丰富，根据2004-2006年新一轮中国油气资源评价结果，中国油页岩资源7199.4亿吨，油页岩可采资源2432.4亿吨；页岩油资源476.4亿吨，页岩油可采资源159.7亿吨，页岩油可回收资源119.8亿吨，遍布20个省和自治区、47个盆地和80个含矿区，主要分布在松辽、鄂尔多斯、准噶尔、柴达木、伦坡拉、羌塘、茂名、大杨树、抚顺等9个盆地。其中，松辽、鄂尔多斯、准噶尔等3个盆地油页岩资源占全国的74.24%，可回收页岩油占全国的64.25%。吉林、辽宁和广东三个省份的储量最大。

组成
燃烧的油页岩

组成页岩油的化合物主要有以下几类：烃类、含硫化合物、含氮化合物、含氧化合物。

油页岩热解后得到的页岩油富含烷烃和芳烃，但烯烃含量较天然石油中的高很多，并含氮、硫、氧等非烃类有机化合物。

页岩油与天然石油不同之处就是页岩油中不饱和烃的含量极高；另一不同之处是页岩油中非烃化合物含量高。在天然石油中不含烯烃，含氮化合物含量也不高，含氧化合物则更少。

性质

页岩油常温下为褐色膏状物，带有刺激性气味。页岩油中的轻馏分较少，汽油馏分一般仅为2.5%～2.7%；360℃以下馏分约占40%～50%；含蜡重油馏分约占25 %～30%；渣油约占20%～30%。页岩油中含有大量石蜡，凝固点较高，含沥青质较低，含氮量高，属于含氮较高石蜡基油。

世界各地所产的页岩油由于组成和性质不同，在密度、含蜡量、凝固点、沥青质、元素组成方面有很大差别，但各地页岩油的碳氢重量比均在7～8左右，是最接近天然石油，最适于代替天然石油的液体燃料组成。[1]

影响页岩油柴油颜色及安定性的主要因素是其中含有大量的不饱和烃及氮、硫、氧等杂原子化合物，要解决页岩油柴油质量合格问题，关键在于如何脱除页岩油中的氮、硫、氧等杂原子化合物。

天然石油的加工技术一般都适用于页岩油的加工。目前（截止2011年）页岩油的加工方法主要分为加氢处理和非加氢处理二种。加氢处理页岩油可得到液体燃料，包括柴油、石脑油和汽油，生产的柴油稳定性好，产品收率高，没有“三废”排放，但一次性投资大，所需设备费用及操作费用也很高，适合于大型炼油厂；而非加氢处理过程设备投资小，工艺操作简单，费用较低，适合中小型炼油厂，非加氢处理一般包括酸碱精制、溶剂精制、吸附精制和加入稳定剂等。[1]

页岩油中丰富的烷烃和烯烃可生产相关的高附加值化学品。C6～10馏分被利用来生产增塑剂；C10～13馏分中通过生物降解线形十二烷基苯所得的产品作为清洁剂原材料；C14～18馏分作为脂肪醇和烷基硫化盐产品的原材料；重质烷烃馏分通过裂化以生产各种低分子质量的烯烃，也可以获得沥青和碳纤维。

页岩油硫化物主要为硫化氢、硫醇类、噻吩类及硫茚等有机硫及二硫化物。硫的资源广而廉价，工业上、农业上、医药上、染织上和合成材料上的硫和硫化物的用途是非常多的。硫的用途主要是制酸（主要是硫酸）。

页岩油中的含氮化合物可分为3类：碱性的、弱碱性的和中性的。碱性含氮化合物主要是叔胺类的吡啶系、喹啉系和异喹啉系化合物，弱碱性含氮化合物主要属于吡啶系化合物，中性含氮化合物则主要是腈类R-CN。

而页岩油中存在的含氮化合物主要为吡啶系氮化物。吡啶碱是多用途的化工原料，它能溶解一般溶剂所难溶解的有机物，尤其是轻质吡啶，广泛用于制药工业。重质吡啶除了氧化制取菸碱酸外，又是有色金属矿的浮选剂，尤其对硫化物矿具有优良的富集性能。

吡啶碱及硫酸吡啶络合物对稀酸侵蚀钢铁有一定的抑制作用，可用做钢铁腐蚀抑制剂。

页岩油中的含氧化合物有：酸性含氧化合物和酚类，以及中性含氧化合物。而页岩油中含氧化合物的利用主要以酚类化合物为主。酚类化合物是塑料、染料、合成纤维、电气绝缘、防腐蚀和药品等的主要化学原料。其中重质酚类可以作为铜、铅、锌磁铁等矿物的浮选剂，也是制造木材粘合剂、农药杀虫剂等原料。[1]

2012年10月3日，日本石油和天然气开采企业石油资源开发公司宣布从地下1800米深处的页岩层中提取出页岩油。这是日本首次从本国地层中成功提取页岩油。据该公司预测，鲇川油气田及其附近油气田的页岩油储量约有500万桶，而整个秋田县的储量可在1亿桶，相当于日本每年石油消耗量的10%。日本业内人士希望，国产页岩油有助于能源的多样化以及减轻日本对海外能源的依赖。[2]

2012年11月12日，国际能源署在伦敦发布《世界能源展望》，报告预计到2017年美国将超越沙特成为全球最大产油国。报告指出，美国正处在油气生产革命的最前沿，这将影响到全球其他国家，并可能改变全球能源版图。支撑国际能源署论断的最主要论据是美国页岩油气产量增长迅猛，而其背后推手主要是技术进步和价格杠杆。[

 

油页岩属于非常规油气资源，以资源丰富和开发利用的可行性而被列为21世纪非常重要的接替能源，它与石油、天然气、煤一样都是不可再生的化石能源，在近200年的开发利用中，其资源状况、主要性质、开采技术以及应用研究方面都积累了不少经验。

油页岩

油页岩（又称油母页岩）是一种高灰分的含可燃有机质的沉积岩，它和煤的主要区别是灰分超过40%，与碳质页岩的主要区别是含油率大于3.5%。油页岩经低温干馏可以得到页岩油，页岩油类似原油，可以制成汽油、柴油或作为燃料油。除单独成藏外，油页岩还经常与煤形成伴生矿藏，一起被开采出来。
世界大部分油页岩分布区地质勘探程度低，很难对全球的油页岩资源量正确预测，只有部分国家对本国油页岩矿床进行了详细的勘探和评价工作。就目前的勘探情况而言，美国是世界上油页岩资源最丰富的国家，查明地质资源量为33400亿吨，折合页岩油为3036亿吨。
2004～2006年，我国对油页岩资源进行了国内首次评价，查明地质资源量为7199亿吨，折合成页岩油为476亿吨。我国在煤炭开采过程中产生的油页岩达到近千万吨，仅抚顺西露天矿油母页岩每年排弃量就达800万吨，排弃占用大量耕地，严重影响了矿区周围的生态环境。

物理性质

油页岩外观多呈褐色泥岩状，其相对密度为1.4～2.7。油页岩中的矿物质常与有机质均匀细密地混合，难以用一般选煤的方法进行选矿。含有大量粘土矿物的油页岩，往往形成明显的片理。

化学性质

成分主要包括油母、水分和矿物质。

①油母。含量约10%～50%（干基），是复杂的高分子有机化合物，富含脂肪烃结构，而较少芳烃结构。油母的元素组成主要为碳、氢，以及少量的氧、氮、硫；其氢碳原子比为1.25～1.75。油母含量高，氢碳原子比大，则油页岩产油率高。
②水分。为4%～25%不等,与矿物质颗粒间的微孔结构有关。茂名油页岩的水分含量较高，热加工过程中消耗较多的热量，且在干燥时易崩碎。
③矿物质。主要有石英、高岭土、粘土、云母、碳酸盐岩以及硫铁矿等。含量通常高于有机质。

油页岩----分布特点

世界上已发现的非常规油气资源大多位于地缘政治相对稳定的西半球，即美国、加拿大和拉丁美洲，美国是全球油页岩资源最丰富的国家，储量约占全球储量的70%以上；加拿大是全球沥青砂资源最丰富的国家，储量约占全球储量的90%以上。

全球油页岩资源十分丰富，据不完全统计其蕴藏资源量约有10万亿吨，比煤炭资源量多40%。2000年初统计，世界页岩油储量超过10亿吨的国家有美国、俄罗斯、扎伊尔、巴西、摩洛哥、约旦、澳大利亚、爱沙尼亚和中国等，页岩油总量为3741亿吨，预计全世界页岩油资源总量约为4750亿吨，比传统石油资源量（2710亿吨）多50%以上。

油页岩不仅资源丰富，而且分布相对集中。在美国，大约75%的油页岩集中在科罗拉多州、犹他州和怀俄明州。按探明资源量排位，中国继美国、巴西、前苏联之后位居世界第四。中国油页岩探明资源量315亿吨，预测资源量4520亿吨，约85%以上分布在吉林、辽宁和广东省，其中吉林省已探明可采储量为174.5亿吨，约占全国油页岩探明总量的55.3%；广东已探明可采储量超过55.15亿吨，居全国第2位；辽宁省截至2004年累计探明储量为41.3亿吨。

油页岩资源量十分丰富且储量分布集中，具有作为接替能源的巨大潜力和有利条件。

油页岩里富含石油

从1838年法国页岩油工业开始至今，油页岩的开发和应用有近200年历史。相对油页岩来说，天然石油质优价廉，伴随着第二次世界大战的爆发、能源危机的出现和石油工业的兴起，油页岩工业曾几度兴衰。

油页岩的生产出现过三个高峰期。二战期间石油需求量剧增，油价猛涨，不少国家兴起了油页岩开发热潮。20世纪60年代初油页岩开发的低谷与中国大庆油田投产密切相关，20世纪70年代出现世界能源危机，各国都在为寻求新的能源而努力，油页岩的开发与利用又重新得到了重视。

美国、日本、德国、巴西、前苏联等国家研究了各种油页岩干馏炼制页岩油的方法，部分国家形成工业化生产规模，油页岩利用快速增长，所以1980年出现第3个高峰期，产量达到历史上的最高水平（4540万吨）。自1980年以后，由于石油被大量发现和开发，油价大幅下降，油页岩的产量也一路下滑，到2000年，只有1600万吨。预计随着国际油价的不断上涨，以及剩余油、低渗透油气藏开发难度的增加、天然气水合物开发的瓶颈技术暂时无重大突破等原因，对油页岩的重视会不断加强。

直接开采

直接开采包括露天和井下两种开采方式。露天开采适合于埋藏较浅的矿床开采，成本低，安全系数高，辽宁抚顺和广东茂名就是典型的例子。井下开采有竖井、水平坑道采矿两种方式，适合于埋藏较深的矿床。

油页岩里富含石油

直接开采是较原始的开采方式，局限性比较大，对生态环境的破坏也十分严重，主要表现在三个方面：

一是生态及水质破坏严重。无论是露天采矿还是井下采矿，都需要把地下水位降低到含油页岩层的层位以下，开采1立方米油页岩，一般需要抽出25立方米的地下水；采矿水极大地增加了地表水、地下水中硫酸盐的含量。在巴西，油页岩采矿长期破坏着矿山及其附近的生态平衡和水位水质的稳定。

二是灰渣污染严重。通过直接开采得到的油页岩用于提炼页岩油或直接燃烧，产生大量灰渣，如果不回收利用则不仅会造成空气污染，且废弃灰渣占地面积大，其中金属元素和微量元素渗入地下水体，危害人们生产生活。

三是直接开采占地较多，一旦开垦就无法完全修复。

油页岩粉末压球成功
地下转化

ICP是壳牌公司投入巨资研发出的开采油页岩及其他非常规资源的专利技术，对开发深部油页岩尤其有利。ICP开采油页岩的基本原理是在地下对油页岩矿层进行加热和裂解，促使其转化为高品质的油或气，再通过相关通道将油、气分别提取出来；将这些高品质的油（气）采集到地面进行加工后，可生产出石脑油、煤油等成品油。

该技术的突出优点是：提高了资源开发利用效率；减少了开采过程中对生态环境的破坏，即少占地、无尾渣废料、无空气污染、少地下水污染及最大限度地减少有害副产品的产生。尽管该项技术现在还未完全商业化，但关键的工艺、设备等技术问题都已解决，并在美国科罗拉多州和加拿大阿尔伯特省进行了商业示范。按照2005年5月每桶原油开发成本计算，传统的干馏技术为20美元／桶，使用ICP技术生产成本为12美元／桶，ICP技术成本低于传统的干馏技术，该技术在油价高于25 美元／桶时可以盈利。

在油页岩炼油过成中还能得到许许多多副产品：硫酸铵可作肥料；酚类和吡啶可用作生产合成纤维、塑料、染料、药物的化工原料；排出的气体，如同煤气一样，可作气体燃料；留下的页岩灰渣，可用来制造水泥熟料、陶瓷纤维、陶粒等建筑用材。综合来说，可提炼出各种燃料油类，也可炼制出各种合成燃料气体及化工原料，副产品还可用于制砖、水泥等建筑材料。油页岩可谓“全身是宝”。

归纳起来，油页岩有三种主要用途：

干馏制取页岩油

若将油页岩打碎并加热至500℃左右，就可以得到页岩油。我国常称页岩油为人造石油。一般来说，1吨油页岩可提炼出38至378公升(相当于0.3至3.2桶)页岩油。页岩油加氢裂解精制后，可获得汽油、煤油、柴油、石蜡、石焦油等多种化工产品。

作为燃料

首先是用来发电。利用油页岩发电的形式有两种。一是直接把油页岩用作锅炉燃料，产生蒸汽发电；另一种是把油页岩低干馏,产生气体燃料，然后输送到内燃机燃烧发电。目前普遍采用前一种形式。其次，可以利用油页岩燃烧供暖。在2001/2002年度，爱沙尼亚利用油页岩发电和向居民、工业供暖所创造的效益分别占国家税收的76%和14%，对其国民经济具有重要意义。再次，可以利用油页岩燃烧带动发动机，用于长途运输。

生产建筑材料

作为附加品，油页岩干馏和燃烧后的页岩灰主要用于生产水泥、砖等建筑材料。在德国，每年有30万吨油页岩用于水泥的生产。在我国，油页岩干馏和燃烧后的半焦灰渣用来制造砌块、砖、水泥、陶粒等建材产品。 　　

此外，油页岩还可以直接用于有机肥料的生产。如我国陕西有一企业就拟投资1000万元，利用印台地区现有的油页岩资源，在原有50000吨磷肥生产线的基础上进行技术改造，建设年产50000吨油页岩有机复合肥的生产线。 　　

不同国家对油页岩的用途不同。在爱沙尼亚，油页岩主要用来发电和提炼页岩油；在巴西，油页岩主要用作运输燃料；在德国，油页岩主要用于制造水泥和建筑材料；在中国和澳大利亚，油页岩主要用于提炼页岩油和用作燃料；在俄罗斯和以色列，油页岩主要用于发电。以色列主要用于发电。