油頁巖綜合開發(fā)利用現(xiàn)狀

周紅霞，王志成，陸海玲，張 帆

(黑龍江省能源環(huán)境研究院，哈爾濱 150040)

油頁巖是一種高灰分的有機(jī)巖石，國際上把每噸含油率大于3.5%的頁巖稱為油頁巖。作為常規(guī)能源一種重要的補(bǔ)充能源，油頁巖資源以其巨大的儲(chǔ)量和豐富的利用層次，引起了全世界的廣泛關(guān)注。

油頁巖資源在全世界許多地區(qū)都有分布，但其分布不均，主要分布在美國、俄羅斯、加拿大、中國、扎伊爾、巴西、愛沙尼亞、澳大利亞等國家［1］，中國居第四位［2］。我國油頁巖資源比較豐富，據(jù)國土資源部、國家發(fā)展和改革委員會(huì)及財(cái)政部聯(lián)合組織全國油頁巖資源評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)資源高達(dá)7 199億噸，折算成頁巖油資源為476億噸［3］。

1 油頁巖的干餾和燃燒發(fā)電

在2003年，國家發(fā)改委下發(fā)了《關(guān)于印發(fā)〈資源綜合利用目錄(2003年修訂)〉的通知》，文件規(guī)定:“凡生產(chǎn)加工提取油頁巖的企業(yè)免稅，利用頁巖灰生產(chǎn)水泥、陶粒、構(gòu)件等企業(yè)免稅”［4］。這表明油頁巖資源具有巨大的綜合開發(fā)利用價(jià)值，并受到了國家的高度重視。

從世界油頁巖開發(fā)利用現(xiàn)狀來看，油頁巖主要有兩種利用方式:一是干餾煉油，二是作為燃料直接燃燒發(fā)電［5］。至今為止，全世界產(chǎn)頁巖油的國家主要有愛沙尼亞、中國和巴西，其中愛沙尼亞歷史最為悠久，技術(shù)也最為先進(jìn)。當(dāng)前，世界上利用油頁巖發(fā)電的國家有愛沙尼亞、中國、以色列等。其中，愛沙尼亞油頁巖電站生產(chǎn)規(guī)模最大，所發(fā)電量占其所需電量的94%，其他國家規(guī)模很小。

1.1 油頁巖干餾煉油

愛沙尼亞

愛沙尼亞采用數(shù)十臺(tái)基維特爐裝置進(jìn)行干餾，每臺(tái)日加工油頁巖300～1 000噸，年加工油頁巖1.7公噸，年產(chǎn)頁巖油22×104噸。產(chǎn)品除頁巖油、燃料油外，還有瀝青、油焦、酚類樹脂等化學(xué)品。

巴西

巴西采用兩臺(tái)佩特羅瑟克斯塊狀頁巖圓筒形干餾爐進(jìn)行干餾加工油頁巖，油頁巖日加工量大約為7 500噸，年產(chǎn)頁巖油約為18×104噸［6］。佩特羅瑟克斯塊狀頁巖圓筒形干餾爐生產(chǎn)成熟，裝置無污染泄漏，周圍環(huán)境無異味。而且油收率可高達(dá)實(shí)驗(yàn)室鋁甄油收率的90%。

俄羅斯

俄羅斯采用基維特爐型進(jìn)行干餾生產(chǎn)頁巖油，加工庫克瑟特油頁巖和伏爾加含硫頁巖。但因?yàn)槎砹_斯原油資源豐富，所以加工油頁巖的規(guī)模都很小，頁巖油產(chǎn)量不高，現(xiàn)已停產(chǎn)。

美國

根據(jù)美國殼牌公司于2010年第30屆美囯油頁巖會(huì)議宣讀的有關(guān)模擬熱模型的報(bào)告［7］可知，該公司在科羅拉多州里奧勃蘭克(Rio Blanco)，對(duì)綠河頁巖進(jìn)行了地下干餾現(xiàn)場(chǎng)中試［8］。

中國

遼寧省撫順油頁巖礦是國內(nèi)目前最大的油頁巖生產(chǎn)基地，頁巖油工業(yè)始于1928年，在1930—1980年的50年中，共加工油頁巖約4.25億噸，制取頁巖油約1 408萬噸［9］。1959年年產(chǎn)頁巖油約 78萬噸，為歷史最高水平［10］。近年來，由于石油價(jià)格猛漲，且生產(chǎn)頁巖油的經(jīng)濟(jì)效益良好，2002年又?jǐn)U建80臺(tái)撫順式干餾爐，年產(chǎn)頁巖油約 10 萬噸［11］。

當(dāng)前中國關(guān)于油頁巖干餾制取頁巖油的爐型，大多都采用了撫順式爐或改良的撫順式爐。頁巖油年產(chǎn)量每年都有所增加，2010年共計(jì)生產(chǎn)55×104噸。

1.2 油頁巖作為燃料直接燃燒發(fā)電

作為燃料，油頁巖直接用于發(fā)電經(jīng)歷了漫長的研究和開發(fā)過程，從油頁巖的懸浮燃燒與氣化到油頁巖流化床燃燒再到油頁巖循環(huán)流化床燃燒，技術(shù)不斷進(jìn)步，污染不斷減少，效益不斷提高。

愛沙尼亞

愛沙尼亞擁有全世界最大的油頁巖燃燒發(fā)電企業(yè)——愛沙尼亞能源集團(tuán)公司。該公司年開采油頁巖150×104噸，其總發(fā)電能力達(dá)238×104千瓦，占愛沙尼亞全國所有電力的94%。

以色列

以色列的列鹿特姆公司建有一個(gè)小型電站，利用低品位的油頁巖流化床燃燒產(chǎn)氣發(fā)電，容量為12.5兆瓦［6］。

中國

中國利用油頁巖作為燃料發(fā)電總的生產(chǎn)能力很小。在2010年，全國利用油頁巖發(fā)電79 000千瓦，其中撫順油頁巖發(fā)電廠發(fā)電量最大，為41 000千瓦，其他地區(qū)像樺甸、遂溪等地發(fā)電量都很小。

2 油頁巖殘?jiān)木C合利用

油頁巖渣是油頁巖在干餾提煉頁巖油時(shí)產(chǎn)生的廢渣，累積堆積占用了大量的土地。與此同時(shí)，因?yàn)橛晚搸r渣中含有大量的重金屬元素，雨水淋溶以及擴(kuò)散后會(huì)破壞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，嚴(yán)重污染周圍的水源、生物及土地，使土地毒化、酸化，破壞土壤生產(chǎn)能力，從而危害居民的健康。油頁巖渣的應(yīng)用主要集中在制備陶粒支撐劑、覆膜支撐劑、輕質(zhì)磚和水泥等建筑材料、吸附劑和泡沫玻璃等領(lǐng)域。

2.1 油頁巖渣制備陶粒支撐劑和覆膜支撐劑

陶粒支撐劑作為水力壓裂技術(shù)的重要填充介質(zhì)，其應(yīng)用已經(jīng)極為廣泛。目前陶粒制備主要局限在中密度高強(qiáng)度和高密度高強(qiáng)度支撐劑這兩部分(即體積密度 ＞1.85克/立方厘米)，而低密度(即體積密度 ＜1.60克/立方厘米)支撐劑的研究較少。與陶粒支撐劑相比，樹脂包覆支撐劑的抗壓性能更佳，導(dǎo)流能力和耐酸能力更強(qiáng)。所以利用油頁巖渣來制備陶粒支撐劑和覆膜支撐劑，不僅成本低廉，而且可以解決油頁巖渣的危害問題，使油頁巖渣得到更有效的利用［12］。

2.2 制備水泥

油頁巖灰渣的主要礦物成分為高嶺土、石英、方解石，可以代替黏土配制生料燒成水泥，這就降低了水泥制造費(fèi)、減少了對(duì)黏土礦的開采、消除了黏土礦開發(fā)過程中所造成的環(huán)境破壞，同時(shí)油頁巖灰渣還可以作為混合材料配制高標(biāo)號(hào)水泥。目前，制造水泥已成為我國油頁巖灰渣資源化利用的主要用途之一。波蘭有研究者報(bào)道了將油頁巖灰渣應(yīng)用于水泥生產(chǎn)，取得了良好的效果［13］，愛沙尼亞［14］，約旦［15］也有利用油頁巖灰渣的報(bào)道。

2.3 制備吸附劑

油頁巖廢渣本身為固體廢棄物，如果能用廢棄物來處理廢氣和廢渣，不但可以大大地降低處理成本，而且可以解決油頁巖的灰渣堆放引起的問題。油頁巖灰渣在燒結(jié)過程中，顆粒間會(huì)形成孔隙，因此會(huì)有一定的吸附性能。有研究者將油頁巖灰渣應(yīng)用于廢氣處理，還有研究者將油頁巖廢渣應(yīng)用于處理染料、重金屬離子［16－18］、農(nóng)藥［19］、磷［20］，都收到了良好的效果。

2.4 制備泡沫玻璃

微晶泡沫玻璃是一種在玻璃相中均勻分布著大量氣孔的微晶體，是一種新型環(huán)保建筑材料。它具有密度小、隔熱好、強(qiáng)度高、耐火、能吸聲、防腐蝕和便于加工等性能，因此被廣泛用于建筑承重墻、隔音材料、熱油儲(chǔ)釜以及石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域。用廢棄物制備泡沫玻璃不但可以大大地降低成本，而且可以變相處理廢棄物，這是目前的一種趨勢(shì)。采用油頁巖廢渣制備泡沫玻璃有著得天獨(dú)厚的條件，這是因?yàn)橛晚搸r廢渣含量最高的氧化物是二氧化硅，這就降低了在制備泡沫玻璃時(shí)的技術(shù)難度。目前，已經(jīng)陸續(xù)有報(bào)道將油頁巖灰渣制備成泡沫玻璃，并討論了相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)［21］。

3 結(jié)論

油頁巖的開發(fā)利用已引起了國家的高度重視，我國油頁巖的開發(fā)利用也必將進(jìn)入新的增長時(shí)期。目前，油頁巖的綜合利用已經(jīng)取得了一些成功經(jīng)驗(yàn)，但降低成本和減少污染仍然是技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，應(yīng)加大地質(zhì)研究，了解資源分布規(guī)律，借鑒國的外先進(jìn)技術(shù)，在能源利用的基礎(chǔ)上，進(jìn)行綜合利用，以最大地提高資源綜合利用率。

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