国内外油页岩开发利用前景及对策
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发布时间：2022-04-21 10:57
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时间：2023-07-12 10:25
张家强 王德杰
（中国地质调查局发展研究中心，北京，100037）
一、油页岩特征
油页岩（oil shale）是一种富含有机质、具有微细层理、可以燃烧的细粒沉积岩。油页岩中有机质的绝大部分是不溶于普通有机溶剂的成油物质，俗称“油母”。因此，油页岩又称“油母页岩”。
油页岩是一种能源矿产，属于低热值固态化石燃料。一般地，国际上常以每吨能产出0.25桶（即0.034吨）以上页岩油的油页岩称为“油页岩矿”，或者将产油率高于4%的油页岩称为矿。过去，我国将含油率在5%以上的油页岩定为富矿，并计算储量；含油率在5%以下的油页岩定为贫矿，不计算储量；也有将油页岩产油率低于6%者定为贫矿，高于10%者定为富矿。
（一）油页岩地质特征
油页岩外观呈浅灰至深褐色，多呈褐色；具微细层理；相对密度为1.4～2.7吨/立方米。
油页岩主要成分是有机质、矿物质和水分。油页岩中油母含量约10%～50%。油母是由复杂的高分子有机化合物组成，富含脂肪烃结构，而较少芳烃结构。有机化合物主要由碳、氢及少量的氧、氮、硫元素组成；其氢碳原子比（H:C）为1.25～1.75，要高于煤炭的有机物质H:C比。油母含量高，氢碳原子比大，则油页岩产油率高。油页岩中矿物质有石英、高岭土、粘土、云母、碳酸盐岩以及硫铁矿等，但主要是粘土矿物。油页岩中矿物质常与有机质均匀细密地混合，而且矿物质含量通常高于有机质。当油页岩含有大量粘土矿物时，往往形成明显的片理。水分含量与矿物质颗粒间的微孔结构有关，油页岩中含有4%～25%不等的水分。
用于商业开采的油页岩其有机质：矿物质之比约为0.75:5～1.5:5，低于煤炭中的有机质：矿物质比值。煤炭中该比值常大于4.75:5。
（二）油页岩成因类型
根据沉积环境，油页岩可分成陆相、湖相和海相3种基本成因类型。陆相油页岩中的有机质是由富含脂质的有机物组成，主要有树脂、孢子、蜡质表皮和那些常见于成煤湿地或沼泽的陆源植物根茎的软组织，它们埋藏后经过煤化作用，形成油页岩中的有机质，因此，这种油页岩也是一种含有较高矿物质的腐泥煤。湖相油页岩中的有机质母质主要是指生活于淡水、咸水和盐湖的低等浮游生物藻类，藻类埋藏后经腐化和煤化作用后形成油页岩中的有机质。海相油页岩中的有机质母质主要是海藻、未知单细胞微生物和海生鞭毛虫。油页岩的沉积环境范围很广，因此，油页岩具有多种有机质和矿物质。
二、油页岩用途
油页岩不但可提炼出各种燃料油类，而且还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。归纳起来，油页岩有3种主要用途。
1.干馏制取页岩油及相关产品
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38～378升（相当于0.3～3.2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。
2.作为燃料用来发电、取暖和运输
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温干馏，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。
3.生产建筑材料、水泥和化肥
作为副产品，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。如我国陕西铜川市汇源实业开发总公司就拟投资1000万元，利用印台地区现有的油页岩资源，在原有5万吨磷肥生产线的基础上进行技术改造，建设年产5万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。
三、全球油页岩分布及开发利用现状
（一）全球油页岩分布
不完全统计表明，全球油页岩蕴藏资源量巨大，估计有10万亿吨，比煤资源量7万亿吨还多40%。表1统计了世界各国主要油页岩矿床所蕴藏的页岩油资源量。从中可以看出，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。目前，只有美国、澳洲、瑞典、爱沙尼亚、约旦、法国、德国、巴西和俄罗斯等国的部分油页岩矿床做了详细勘探和评价工作。其他很多矿床的资源潜力有待进一步探明。如果考虑到有些国家的数据没有收集全，有些矿床的资源量没有做充分的调查和评价，那么全世界油页岩蕴藏的页岩油资源总量大体有2.6万亿桶或3662亿吨。也有估计为4110亿吨或4225亿吨。无论如何，全球油页岩含油量约比传统石油资源量2710亿吨（IEA，2002年《世界能源展望》）多50%以上。
表1 世界油页岩中的页岩油资源（Matthews 1983）
续表
注：表中中国的数据是探明储量，探明和预测储量有205800百万桶。
需要指出的是，全球油页岩可采资源量中页岩油总量可能要比估计小得多。有人估计只有282亿吨。这是因为，实际可以获得的资源量要受一些因素影响。例如，一些矿床埋藏太深以至于不能经济开采；地面上的土地利用也在很大程度上*了有些油页岩矿床的开发，尤其是那些工业化程度高的城市。
（二）全球油页岩开发利用现状
油页岩的开发利用可以追溯到17世纪。到19世纪时，油页岩的年产规模达百万吨，已经可以从油页岩中生产一些诸如煤油、灯油、石蜡、燃料油、润滑油、油脂、石脑油、照明气和化学肥料、硫酸氨等产品。到20世纪早期，由于汽车、卡车的出现，油页岩作为运输燃料被大量开采。直到1966年，由于原油的大量开采利用，油页岩作为主要矿物能源才退出历史舞台。但是，现在油页岩的利用更加广泛，爱沙尼亚、巴西、中国、以色列、澳大利亚、德国等国对油页岩的利用已经扩展到发电、取暖、提炼页岩油、制造水泥、生产化学药品、合成建筑材料以及研制土壤增肥剂等各个方面。
油页岩产量高的国家主要有爱沙尼亚、俄罗斯、巴西、中国和德国。有数据表明，世界油页岩的产量经历了两个高峰期（见图1）。第二个高峰期是在1980年，产量达到4540万吨的历史高峰。此后产量基本上一路下滑，到2000年，产量只有1600万吨。
目前，全球油页岩主要用于发电和供暖。据统计，2000年全球开采的油页岩中有69%用于发电和供暖，25%用于提炼高收益的页岩油及相关产品，6%用于生产水泥以及其他用途。
爱沙尼亚是世界油页岩开发利用程度最高的国家。2002年，爱沙尼亚油页岩的产量达1230万吨，约占世界产量的75%。2000年，全球页岩油年产量约50万吨，爱沙尼亚就生产了23.8万吨，约占世界产量的47%。爱沙尼亚有4个装机容量为2967MW的油页岩发电厂，它们也是世界上装机容量最大的油页岩发电厂。
图1 1888～2000年爱沙尼亚、俄罗斯、巴西、中国和德国的油页岩产量（百万吨）
利用油页岩生产页岩油的国家还有巴西、中国和澳大利亚。巴西1999年生产了19.5万吨页岩油；中国2001年生产了8万吨页岩油；澳大利亚2001年生产了2.8万吨页岩油，2002年上升到6万吨。
利用油页岩发电的国家还有中国、以色列和德国。中国的油页岩发电厂装机总容量为24百万瓦；以色列的油页岩发电厂规模为12.5MW；德国的油页岩发电厂规模为9.9MW。
随着开发利用技术的进步和环保意识的增强，全球趋向于充分利用油页岩资源。目前，油页岩的利用已经更趋复合化、多元化。例如，在德国一个名叫DRZ的工厂中，油页岩既用来发电作为工厂的动力，又用作炼渣砖的燃料和原材料，生产水泥、土壤或岩石的稳固剂、填充剂和密封材料。多余的电能还可以卖给公众电网。
四、我国油页岩分布及开发利用现状
（一）我国油页岩分布
我国油页岩资源较丰富，石炭系—第三系都有产出，但主要产于第三系。我国油页岩资源未进行全面调查，还没有能反映资源全貌的较为准确的数据，各种数据差别悬殊。从表2的数据看，地质部1980年公布的截至1979年底含油率大于5%的表内油页岩储量311.7亿吨是可信的，抚顺石油研究所的预测油页岩储量4520亿吨的依据较充分，两项合计为4831.7亿吨，居世界第4位。
表2 中国油页岩资源预测总表
我国油页岩矿的含油率一般大于5%，多在6%左右。若按含油率6%折算，我国页岩油的远景地质储量达289.9亿吨。已探明的储量折算成页岩油，至少有18.7亿吨。若按抚顺石油一厂、二厂的经验数据，每33～35吨油页岩生产1吨页岩油折算，探明的油页岩储量311.7亿吨，可生产9.17亿吨油；预测储量4520亿吨，可生产132.9亿吨油，两项合计为142亿吨。我国油页岩的分布比较广泛，但分布不均匀，主要分布于内蒙古、山东、山西、吉林、黑龙江、陕西、辽宁、广东、新疆等9省。由于勘探程度较低，目前仅在14个省（区）计算了探明储量，其中吉林、辽宁和广东的储量较多，合计约占全国探明储量的90%以上。有21个省（区）做了储量预测，内蒙古、山东、山西、吉林和黑龙江等省的预测储量大（见表3）。
表3 我国部分省油页岩资源量 单位：亿吨
1.吉林省
吉林省油页岩资源量丰富，相当于100亿吨石油，分布于二叠系—第三系。其中第三系、白垩系油页岩远景资源量就达209.05亿吨。
吉林省油页岩总地质储量有499亿吨。已列入储量表的有7处矿床，总保有储量174.5亿吨，占全国油页岩储量的55%，居第一位。油页岩产地比较集中，主要分布在农安、桦甸、罗子沟3个地区。
农安油页岩资源十分丰富。从农安至登娄库7000余平方公里范围的普查获知，5个矿床的保有储量就有168.9亿吨，占全省储量的97%，占全国探明储量的一半以上，具有较大的资源优势。桦甸市油页岩保有储量30.6亿吨。汪清县罗子沟油页岩储量范围为60平方公里，远景储量4.5亿吨；已经探明储量面积为19平方公里，储量1.5亿吨，平均含油品位大于或等于8%。
2.广东省
广东省的油页岩资源也相当丰富，总地质储量约132亿吨。探明储量75.7亿吨，位居全国第二。油页岩主要集中在茂名，探明储量51亿吨。
3.辽宁省
辽宁省油页岩分布较广，主要分布于抚顺、锦州、阜新、葫芦岛、秦皇岛等市，总地质储量有109亿吨。探明储量有37亿吨。锦州凌源市五家子矿区按含油率4%以上或4%～25%计算，油页岩储量为1098万吨。
4.山西省
山西省有工业价值的油页岩，主要形成于石炭纪和二叠纪，分布于蒲县东河至洪洞三交河、保德县腰庄一带的古生代煤系地层中。山西省油页岩推测储量有430亿吨，探明储量有1.47亿吨。蒲县东河矿区D级油页岩储量为270.1万吨，含油率6%～8%；底部伴有0.4～0.6米固体石油的腐泥煤，含油率为18%～24%。洪洞县三交河矿区油页岩和含油煤的储量共有8462万吨，含油率在6%左右。此外，大同、浑源等地，也探明有腐煤泥的储藏。
5.陕西省
陕西省油页岩分布较广，铜川市宜君县、咸阳市永寿县、延河流域都有分布。其中以铜川居多，位居全省首位。
（二）我国油页岩开发利用现状
我国油页岩综合开发利用时间比较早，主要有吉林省、辽宁省和广东省。早在20世纪50年代初，我国就在广东茂名建造了油页岩制油厂，我国石油主要以人造页岩油为主。由于石油短缺，当时还出现了“是发展人造油还是发展石油”的争论，后来“发展石油”，发现了大庆油田，“人造油”才渐渐退出主要地位。
广东省茂名市石油公司油页岩矿业公司经历了半个世纪后，目前已经具备750立方米/年的采掘能力，有着丰富的干馏技术，并在油页岩综合利用方面取得可喜成果。例如，利用页岩灰渣制砖和生产水泥；从排弃沙土中回收生产优质高岭土，形成了年产高岭土精粉3万吨能力；利用页岩灰渣做陶粒、陶织、塑胶制品掺和料、填充料。1996年，广东省进行了油页岩开发利用科技攻关，对油页岩发电燃烧技术进行了应用研究，对茂名地区的油页岩开发利用做了总体规划。2001年，广东省开始重视茂名地区油页岩开发与环境保护，由环保局资助了项目《油页岩废渣场退化生态系统的生态恢复研究》。
吉林省油页岩开发利用始于1958年，在国家支持下，由延边州石油公司筹建了汪清县罗子沟炼油厂，总投资约300万元，生产页岩油40吨，由于当时设备落后及其他原因，于1960年停产。1993年，辽宁省葫芦岛龙腾投资咨询有限公司计划投资8亿元人民币，在罗子沟建设油页岩综合开发利用工程。该项工程分三期建设完成，时间跨度为2004～2007年，工程完成后可形成年产300万吨矿石、20万吨页岩油、5000公斤稀贵金属的生产规模，并建成一个5000千瓦/时余热发电厂、油页岩综合开发利用研究所、水泥厂、砖厂和稀贵金属提炼厂等相关工程。
1993～1996年，在国家、省和地方*的共同努力下，吉林省桦甸市建立了油页岩示范电厂。1999年实现了年发电量9500万千瓦/时，供热面积达到53万平方米。目前又在筹建二期工程，总体目标是：生产能力达到年耗油页岩36万吨，年发电量18000千瓦/时，年供电14400千瓦/时，年供热310万吉焦，年产建材30万立方米。到2005年，总装机达到4.3万千瓦，年发电2.75亿千瓦/时，年供热310万吉焦，总供热面积达到150万平方米，灰渣砖达到30万立方米（据吉林*网）。
此外，桦甸热电厂也在积极招商引资，筹划项目总经费达42169万美元的工程。工程预计建设年产250万吨油页岩的矿区；利用采出的油页岩建设年产20万吨原油的炼油厂；利用炼油残渣建设10万千瓦的半焦发电厂；利用电厂半焦灰渣建设砌块、水泥、陶粒等建材产品项目。
辽宁省油页岩综合开发利用也较早。目前，抚顺是我国以油页岩为原料的大型石油加工基地之一。2003年，辽宁省科技基金资助了《油页岩高效合理利用研究》项目，目的是针对油页岩制油新方法、页岩油性质与深加工、油页岩与废旧高分子材料共炼等进行研究。
五、全球油页岩开发利用前景
（一）目前油页岩开发利用的局限性
全球油页岩资源丰富，用途广，开发利用时间也较早，但并不被大多数国家所重视。这主要有两个方面的原因。
1.生产页岩油和油页岩发电成本高
油页岩的最大使用潜力是提炼页岩油。在传统石油供给不足时，页岩油可望成为石油的替代品；或者是在那些缺少石油资源或石油资源量不足的国家，为了降低对外依存度，可以用页岩油替代石油，满足本国建设的需要。然而，就目前技术看，油页岩提炼页岩油的成本要比生产或购买石油和其他燃料产品要高。爱沙尼亚2000年的经验显示，只有当原油的进口价高于25美元/桶、重油的进口价高于95美元/吨时，生产页岩油才有经济意义，页岩油才有可能替代传统的石油，满足世界对化石能源的需求。
油页岩的第二大使用潜力是发电。爱沙尼亚2000年的经验显示，只有当煤的进口价高于40美元/吨、天然气的进口价高于3.5美元/兆英国热单位（MBTU）时，用油页岩发电才是经济的。
2.对环境的污染较大
油页岩的开采方式分地下开采和露天开采两种。无论是地下采矿还是露天采矿，都需要把地下水位降低到含油页岩层的层位以下，这样做会危害到矿山附近的耕地和森林。根据粗略估算，为了得到1立方米油页岩，一般需要抽出25立方米的地下水。抽出的地下水在沉淀水中的固体颗粒后才能排到河里。系统监测显示，采矿水在很大程度上增加了地面、地下水和湖泊中硫酸盐的含量。在巴西，地下水水位和质量就长期被油页岩采矿所扰乱。
用油页岩发电，除了采用燃烧较充分的沸腾炉外（德国、以色列掌握这种技术），还有一些采用研磨后燃烧的传统方式。研磨燃烧具有利用率低、高污染和高健康危害等不利特点，排除的气体中还有细的、可吸入的扬尘。这些扬尘中含有有毒物质，它们不仅危及电厂附近的环境，而且也影响到远离电厂的地区。另外，页岩油生产过程中放出的热、废水和半焦炭物质也可能引起环境问题。
总而言之，在目前技术条件下，对油页岩的利用存在很大的阻力。在未来若干年内，页岩油还不能代替原油、煤炭在化石燃料市场上的地位。
（二）全球油页岩开发利用前景
虽然目前油页岩的开发利用还有局限性，但是，倘若今后技术能跟上环境的要求，能满足经济条件，那么油页岩开发利用前景将是十分光明。澳大利亚、爱沙尼亚对油页岩开发利用前景十分看好，都制定出了宏伟计划。德国、以色列对充分利用油页岩资源和保护环境非常重视，开展了大量有关油页岩综合利用的研究，并掌握了先进技术。
在2002年11月爱沙尼亚首都塔林召开的《全球油页岩的利用与展望》会议上，来自13个国家的230位专家讨论认为，自1980年油页岩的产量开始减少以后，油页岩的开发利用前景在目前看来一片大好。当传统油资源变得紧缺时，当污染小和效率更高的技术得到广泛应用后，短期（2006年）、中期（2020年）及2020年以后，油页岩的产量会逐渐增大。
1.2006年
在爱沙尼亚，由于社会对电的需求量有所增大，*决定启动“重建油页岩地区计划”。在2006年，爱沙尼亚发电厂和炼油厂将分别需要994万吨和644万吨的油页岩，其他方面的用途可能持平，稳定在74万吨左右。因此，爱沙尼亚的油页岩产量将从1230万吨增加到1700万吨。在澳大利亚，2002年页岩油的产量快速上升至6万吨，耗油页岩79万吨；预计在2006年，这两个数字将分别为55.6万吨和700万吨。受两国产量增长影响，世界油页岩的产量将由2000年的1600万吨增加到2006年的2300万吨。
2.2020年
各国*出台的*和相关条例是影响油页岩竞争力的关键因素。在爱沙尼亚，规划新建一座400万吨规模的油页岩工厂。倘若爱沙尼亚发电能采用沸腾炉技术，这些项目将能够实施。届时，油页岩产量将达到2100万吨以上。在澳大利亚，先进的ATP流程（Alberta Taciuk Processor）将成功商业化，可以使页岩油的产量由2006年的55.6万吨增加到2010～2013年的717万吨/年，届时需要年开采约1.14亿吨油页岩。因此，估计到2020年，世界油页岩的消费量会有1.3亿吨。
3.2020年以后
国际能源机构在“2002年世界能源展望”中预言，2020年以后，非传统来源的石油供应量会有很大的增加，约占世界石油需求总量的8%。这部分增量很可能由部分页岩油来满足。
六、建议
我国石油供需缺口逐年加大，石油供不应求的矛盾将长期存在。幸运的是，我国还有丰富的油页岩资源。建议我国及早做好准备，迎接世界油页岩大开发的到来。通过油页岩大开发，接替部分常规油气，缓解我国能源压力。根据我国具体情况，提出以下建议。
1.开展全国新一轮油页岩资源调查和评价
自1962年抚顺石油研究所完成《中国油母页岩资源调查报告》以来，我国已多年没有对全国油页岩资源进行调查评价。现有的评价资料都比较陈旧，而且零星，计算标准也不统一。至今，我国油页岩资源家底不清，这将严重制约我国油页岩资源的开发和宏观管理。2003年启动的第三轮全国油气资源评价中，包括了油页岩评价。但是，这次评价并不投入调查工作，评价结果很难有说服力。因此，建议结合全国油气普查工作，开展我国新一轮油页岩资源调查和评价。
2.为东北危机矿山资源接替服务
油页岩矿多与煤矿共生。我国东北地区的多数煤矿及其附近存在丰富的油页岩资源。由于几十年甚至上百年的开采，东北地区的一些重要煤矿，如辽宁抚顺煤矿和阜新煤矿已经成为危机矿山和矿城；黑龙江的鹤岗、双鸭山、鸡西、七台河都存在“四矿”问题，其中鹤岗煤矿已经成为可供性危机矿山。建议加强东北危机矿山和准危机矿山及其外围油页岩资源勘查，促进油页岩资源开发利用，为东北危机矿山资源接替和转型服务。
3.在能源短缺的边缘地区开展油页岩资源勘查
在能源短缺的边缘地区，例如*地区，在开展油气勘查的同时，应兼顾油页岩资源勘查和开发。*地区多年来能源严重缺乏，已经成为阻碍社会发展的重要因素之一。*地区常规油气资源取得战略突破尚需10年甚至20年，在此期间能源短缺矛盾仍将存在。*地区有丰富的油页岩资源，在双湖东南比洛错一带、老双湖（热觉查卡）北边一带有10米厚的油页岩，丁青盆地、伦坡拉盆地有第三系油页岩。加强*地区油页岩资源勘查和开发，利用油页岩发电和生产页岩油，对缓解*能源压力和促进*经济、社会发展具有重要意义。
4.国家支持和护持油页岩开发利用技术研究
油页岩开发利用能否走向大规模生产，关键取决于降低成本技术和环保技术。目前，我国油页岩开发利用技术研究多是由公司、地方*支持，研究周期和规模不大。建议国家加大油页岩综合利用技术研究的支持和扶持力度，使技术不断更新。例如，研发新的燃烧炉，让油页岩的燃烧更充分、更环保；研发更先进的页岩油提炼系统，让油页岩得到更全面、更充分的利用；研究如何做到在得到优质主产品的同时，得到附加值更大的副产品。支持和鼓励我国科学家积极参与国际合作与交流，尽快掌握先进的油页岩开发利用技术。
5.做好油页岩开发后环境修复工作
严格执行国家有关矿山开采污染及环境修复费收取制度，力争在矿山开采过程中和关闭时，破坏的生态环境能够及时修复。建立相应的监督管理体系，做到在促生产的同时，保护好环境。
6.制定油页岩勘探、开发国家标准及规范
我国各省油页岩资源勘查缺乏规范，资源评价的标准和计算方法不统一；油页岩开发的经济指标、环保指标和管理有待规范。建议参考国外经验，组织制定出油页岩勘探、开发国家标准及规范。
作者简介
[1]张家强，中国地质调查局发展研究中心，研究员。
[2]王德杰，中国地质调查局发展研究中心，实习研究员。
