油砂：新能源的探索

社會的發(fā)展和進步離不開能源供應(yīng)，可是我們真得等到以石油、天然氣為代表的常規(guī)能源被基本用完或全部采干用盡之際，才開始尋找和開發(fā)新的能源資源嗎?

對于這一問題，科學(xué)家們已經(jīng)積極行動起來，天然氣水合物，油頁巖、油砂和煤層氣，被認為是今后較有可能成為過渡性或替代型能源的資源。然而，由于受開采技術(shù)水平，開采經(jīng)濟成本及環(huán)境影響程度等幾項核心因素的制約，目前對天然氣水合物、油頁巖的開發(fā)尚處于探索和認識階段。而在利用油砂合成石油的開發(fā)生產(chǎn)技術(shù)方面，加拿大已取得了開拓性成就，正在悄然揭開全球“能源革命序幕”承前啟后的一角。

揭開油砂的面紗

油砂，是一種非常規(guī)性含原油的砂狀礦藏，由砂、瀝青、礦物質(zhì)、黏土和水以相互結(jié)合的方式構(gòu)成，瀝青是其主要成分，含量可占到l％～20％。油砂形成的地質(zhì)年代為白堊紀(jì)，世界上有70多個國家蘊藏油砂資源，但目前探明的油砂資源有95％集中在加拿大；如果加拿大這些油砂資源全部被開釆利用，按照現(xiàn)在世界能源的需求水平，可供全世界消費100年。

瀝青主要由富碳、貧氫的長鏈分子組成，其他成分還包括氮、硫和一些重金屬等。由于瀝青的API值(反映油質(zhì)好壞的指標(biāo)，高值對應(yīng)優(yōu)質(zhì)原油)低于10，所以它的粘度極大，不能在油藏中流動。不過，人們發(fā)現(xiàn)可以采用萃取工藝從混合物中分離出瀝青，經(jīng)預(yù)處理生產(chǎn)出類似天然石油的“合成原油”。按照目前的平均開發(fā)生產(chǎn)技術(shù)水平，生產(chǎn)一桶合成石油需要1．16桶瀝青。

瀝青經(jīng)過焦化、蒸餾、催化轉(zhuǎn)換、加氫處理等復(fù)雜的工藝環(huán)節(jié)被從油砂中提取出來后，可產(chǎn)生合成石油。利用油砂合成石油的規(guī)模化開發(fā)生產(chǎn)源自加拿大。根據(jù)最新資料統(tǒng)計，加拿大的證實石油儲量可達1788億桶(1桶=0．159立方米)，僅次于沙特阿拉伯，位居世界第二位。而在加拿大的現(xiàn)有石油儲量中，有超過95％的儲量(即1745億桶)是蘊藏在艾伯塔省的油砂!

合成石油的優(yōu)勢

用油砂生產(chǎn)合成石油的第一步，是將其中的瀝青與砂、礦物質(zhì)、黏土以及水分進行分離。然后在分選廠，通過加熱過程，將漂浮在大型分離池表面的瀝青加工成各種石油產(chǎn)品。

油砂中瀝青的分離與加工是一系列技術(shù)化程度極高的工藝過程，目前仍需要不斷加大投入以更新加工處理設(shè)備，這與常規(guī)石油的開發(fā)生產(chǎn)有所不同，所以油砂合成石油的生產(chǎn)成本高于常規(guī)石油。然而，“油砂石油”生產(chǎn)的發(fā)展已經(jīng)顯示出多項優(yōu)勢。

首先，幾乎不需要開展勘探工作，油砂的分布、規(guī)模甚至質(zhì)量品位幾乎都是直接顯露在開發(fā)者面前的。在加拿大艾伯塔省油砂分布的區(qū)塊內(nèi)，甚至可以用穿著靴子的腳“踢開。隨處可見的油砂。

其次，油砂石油開發(fā)生產(chǎn)的釆收率在90％以上，總體高于常規(guī)原油開采，極低成本的開發(fā)與極高的釆收率，共同確立了油砂石油開發(fā)生產(chǎn)的長期性與穩(wěn)定性。

第三，針對油砂石油開發(fā)生產(chǎn)，加拿大聯(lián)邦政府和地方政府已經(jīng)采用了具有競爭機制的礦區(qū)使用費和財政政策，以更直接促進項目長期支出所需的大量投資。

油砂變石油

在過去的36年里，主要通過常規(guī)露天采礦技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)油砂石油。在早期，油砂開發(fā)生產(chǎn)公司利用斗輪挖掘機與傳送帶將挖掘出的油砂礦運至分選廠，再利用物理手段分選出瀝青，采收率約為95％。進入20世紀(jì)90年代后，斗輪挖掘機與傳送帶都被電動挖掘機和大型載重卡車車隊所替代。盡管設(shè)備的更新和改進為開發(fā)運送油砂帶來了明顯的效益，但其終歸還是有所局限。

通過電動挖掘機和大型載重卡車車隊開發(fā)運送油砂，僅僅能夠使現(xiàn)有油砂儲量的15％～20％得到有效開發(fā)，這將會導(dǎo)致相當(dāng)部分油砂的開發(fā)成本超過經(jīng)濟收益。如果采用原地?zé)崃怛?qū)分離回集開采技術(shù)開發(fā)油砂，則可保證繼續(xù)盈利。

“原地?zé)崃怛?qū)分離回集開采技術(shù)。源自拉丁語，它不是直接挖掘出油砂礦區(qū)地表以下分布的油砂，而是通過分離油砂中的瀝青，從地表以下直接獲取瀝青。

當(dāng)油砂分布范圍在地表以下約69米以上時，即可采用“原地?zé)崃怛?qū)分離回集開采技術(shù)”開發(fā)油砂中的瀝青。該方法需要借助兩口水平井，其中一口用來向地下油砂礦帶中注入熱蒸汽，油砂經(jīng)過熱浸透分解后，熱瀝青便滲透流入位于第一口井下部約6米的另一口井中，再將其中的瀝青泵送至地表。添加凝析油、輕質(zhì)原油和天然氣都可以降低瀝青的黏度從而提高流動性，隨后即可進入石油化工產(chǎn)品生產(chǎn)加工的其他各個環(huán)節(jié)。

目前，露天采礦技術(shù)仍是開發(fā)油砂的主要手段。而在今后，由于加拿大80％左右的油砂儲量分布深度都已經(jīng)超過了現(xiàn)有露天采礦技術(shù)所能達到的深度，原地?zé)崃怛?qū)分離回集開采技術(shù)將會成為直接開發(fā)瀝青的主導(dǎo)方法。

原地?zé)崃怛?qū)分離回集開采技術(shù)，除了可以直接開發(fā)出地表下一定深度內(nèi)油砂分布的瀝青外，尚有降低開發(fā)成本的巨大潛力。而且，特別需要提到的是，該項技術(shù)在保護空氣土地和水資源方面，確實起到了非常實際的意義。

巨大的資源潛力

油砂資源的潛力和遠景已經(jīng)引起人們越來越多的重視。在加拿大艾伯塔省北部油砂分布地區(qū)，自20世紀(jì)90年代中期開始，有超過150億美元投入到油砂開發(fā)中；預(yù)計在2002～2010年間，還將再有150億美元投入到本領(lǐng)域，2010年后，投資油砂資源開發(fā)的熱潮仍將保持繼續(xù)。

1999～2003年，加拿大油砂石油生產(chǎn)的年投入為24～50億加元，合成石油的日產(chǎn)量已逐年從41．5萬桶提高到73．3萬桶，工業(yè)收入由49億加元升至110億加元；預(yù)計到2011年，油砂原油的日產(chǎn)量將可能達到130萬桶，瀝青銷售量與油砂原油產(chǎn)量的油當(dāng)量總和可能已超過200萬桶。

目前，加拿大西部沉積盆地出口的原油供應(yīng)美國25座煉廠，隨著油砂石油產(chǎn)量的增長，這些煉廠中的大多數(shù)將需要轉(zhuǎn)向以依賴油砂合成石油或混合瀝青作為主要供應(yīng)原料。由于合成石油氫含量低，易于產(chǎn)生低質(zhì)餾分的汽油及石油產(chǎn)品。為此，煉廠在處理油砂合成石油的過程中，還需要增加包括催化裂化、含氫石油分裂以及焦化等復(fù)雜的轉(zhuǎn)化處理過程，以煉制成適用于運輸市場需求的高性能燃料。

面臨的風(fēng)險和機遇

利用油砂開發(fā)生產(chǎn)合成原油所面臨的最大風(fēng)險是：以較高成本所獲得的產(chǎn)量，將可能會面對原油價格跌落的局面。20世紀(jì)80年代，油砂合成石油的變動成本約為每桶22美元，到90年代后期，約為每桶10美元；而到目前，已經(jīng)降到每桶5美元左右。不過，綜合顯示表明，通過開發(fā)油砂資源生產(chǎn)合成石油是具有回報效益的。預(yù)計2006年度全球油砂合成石油的總?cè)债a(chǎn)量可達530萬桶，到2030年時，可達850萬桶。

加拿大擁有2．5萬億桶的瀝青資源，約占世界總量的81％。在目前技術(shù)和經(jīng)濟條件下，加拿大可供開發(fā)的瀝青量約為3150億桶。近幾年來，加拿大對美國的原油供應(yīng)量已經(jīng)超過沙特阿拉伯和墨西哥，成為美國第一大供應(yīng)國。加拿大投入大量資金所開發(fā)生產(chǎn)的油砂石油主要進入了美國市場，依照美國目前的石油消費量水平，加拿大的全部瀝青資源開發(fā)后，可以滿足美國40年以上的需求。

油砂已成為世界能源資源的重要組成部分，油砂石油的開發(fā)生產(chǎn)技術(shù)、油砂與北美能源供應(yīng)的緊密聯(lián)系以及其對世界能源資源利用方向的重大戰(zhàn)略性重新調(diào)整，意義都是巨大的。

[責(zé)任編輯]王亞娜