世界頁巖油的勘探與工業(yè)發(fā)展

世界頁巖油的勘探與工業(yè)發(fā)展

0聚合物型聚酯纖維將作為燃料油的原料巖墻巖也稱為油土巖，是一種含有有機質(zhì)（通常約15%）的沉積巖。通常屬于高礦物的腐渣巖，為低熱值固體化石燃料，顏色為淺灰和深棕色。油頁巖含兩種有機質(zhì):一為瀝青,可溶于有機溶劑,其相對含量很少,約占有機質(zhì)的百分之幾;另一種為不溶于有機溶劑的高分子聚合物,稱為油母(kerogen)。油頁巖的無機礦物質(zhì)主要有石英、高嶺土、粘土、云母、碳酸鹽巖以及硫鐵礦等;油頁巖中無機礦物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占50%~85%,高于其有機質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。油頁巖是“人造石油”,亦即“合成液體燃料”(synfuel)的一種重要原料,其經(jīng)加熱干餾(約500℃)后,所含油母分解生成頁巖油及干餾氣和頁巖半焦;頁巖油可作為燃料油,亦可進一步加工制取汽、柴油和化學(xué)品。油頁巖也可作為鍋爐燃料,在爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生蒸汽發(fā)電。1油頁巖的相對重要性世界油頁巖資源豐富,其礦藏遍及各地,但其分布并不均衡。根據(jù)截至2005年底已發(fā)表的統(tǒng)計數(shù)據(jù),共計37個國家的探明油頁巖儲量總和換算成頁巖油約410Gt,數(shù)倍于世界石油探明可采儲量160Gt。經(jīng)詳細勘查,美國油頁巖資源探明儲量居世界首位,換算成頁巖油高達300Gt。其次則為俄羅斯(頁巖油39Gt)、扎伊爾(14Gt)、巴西(12Gt)、加拿大(6.3Gt)、約旦(4.8Gt)、澳大利亞(2.9Gt)和中國(2.4Gt)。應(yīng)該指出的是,中國的油頁巖探明儲量換算成頁巖油為2.4Gt,相當(dāng)于中國石油的探明可采儲量2.3Gt。中國頁巖油資源為47.6Gt,其中查明資源2.7Gt1。2干餾爐的分類油頁巖干餾分為地下干餾(undergroundretorting)和地上干餾(upgroundretorting)。地下干餾是指埋藏于地下的油頁巖不經(jīng)開采,直接在地下設(shè)法加熱干餾,生成頁巖油導(dǎo)至地面。地下干餾亦稱就地干餾(in-situretorting)。地下干餾生成的油氣易向地下巖層泄漏,故油收率不高,且易導(dǎo)致地下油氣污染。雖然美國等做過不少半工業(yè)試驗,但始終未工業(yè)生產(chǎn)。地上干餾則是指油頁巖經(jīng)露天開采或井下開采,送至地面,經(jīng)破碎篩分至所需的粒度或塊度,進入干餾爐內(nèi)加熱干餾,生成頁巖油氣及頁巖半焦或頁巖灰。油頁巖干餾爐可分成外熱式爐和內(nèi)熱式爐。外熱式爐系指熱氣體通過爐壁加熱在爐內(nèi)的油頁巖而進行干餾;內(nèi)熱式爐系指氣體熱載體或固體熱載體在爐內(nèi)直接與油頁巖接觸、進行干餾。外熱式爐的傳熱效率低,且不易放大,在工業(yè)生產(chǎn)上已被淘汰;當(dāng)前世界上用于工業(yè)生產(chǎn)的爐子都屬于內(nèi)熱式爐。內(nèi)熱式爐又可分為塊狀頁巖干餾爐和顆粒頁巖干餾爐。塊狀頁巖干餾通常使用熱燃燒氣或熱干餾氣,作為氣體熱載體進行加熱干餾;顆粒頁巖干餾通常使用燒熱的頁巖灰作為固體熱載體進行加熱干餾。氣體或固體熱載體的熱源通常來自頁巖干餾氣或頁巖半焦燃燒所發(fā)出的熱量。塊狀頁巖由于傳熱系數(shù)小、升溫速率慢,故干餾所需時間約數(shù)小時;顆粒頁巖由于粒度小、升溫快,干餾所需時間僅幾分鐘或十幾分鐘。干餾溫度一般約500℃。美國、俄羅斯、愛沙尼亞、中國等曾開發(fā)多種油頁巖干餾爐型。美國一些大石油公司在20世紀(jì)50~70年代曾研發(fā)了不少干餾爐型,如聯(lián)合石油公司的巖石泵型干餾爐日處理量高達1萬t油頁巖,雖曾成功地投入試運,但都未長期生產(chǎn)而停頓。2.1巖干餾爐當(dāng)前世界上工業(yè)運轉(zhuǎn)的氣體熱載體塊狀頁巖干餾爐有:中國撫順式爐、愛沙尼亞基維特(Kiviter)爐、巴西佩特洛瑟克斯(Petrosix)爐等。2.1.1順邊熱爐油頁巖干餾所需的熱量撫順式干餾爐亦稱撫順發(fā)生式干餾爐,在中國撫順已有長達70多年的工業(yè)應(yīng)用歷史。爐子為直立圓筒形,外壁為鋼板,內(nèi)襯耐火磚,內(nèi)徑約5m,高10m以上(圖1)。油頁巖(塊徑為10~75mm)自爐頂加入,自上而下地在爐子上半段(干餾段)被自下而上的氣體熱載體加熱升溫進行干燥、干餾(至溫度約500℃);產(chǎn)生頁巖油氣自爐上部逸出,油頁巖轉(zhuǎn)化成頁巖半焦進入爐子下半段(發(fā)生段),與自爐底進入的空氣、水蒸汽相遇而汽化燃燒、生成頁巖灰,自爐底的灰皿排出;空氣水蒸汽與頁巖半焦中的碳反應(yīng)生成熱的發(fā)生氣,作為氣體熱載體進入爐上部加熱頁巖。此外,在爐中部還引入熱的循環(huán)氣作為補充熱載體進入爐上部加熱頁巖,該熱循環(huán)氣乃是干餾爐頂出來的油氣經(jīng)冷卻冷凝下來頁巖油后余下的氣體,在一另設(shè)的蓄熱式加熱爐內(nèi)被加熱至500~700℃,然后進入干餾爐中部而循環(huán)使用。因而撫順爐的特點是油頁巖干餾所需的熱量有兩個熱源:一為頁巖半焦所含的部分固定碳與空氣燃燒,并與水蒸汽氣化,生成熱的發(fā)生氣,作為氣體熱載體;另一熱源則來自冷卻冷凝后的干餾氣在蓄熱式爐中燃燒、加熱循環(huán)的冷卻的干餾氣,作為補充熱載體。由于利用了頁巖半焦的潛熱,故撫順爐的熱效率較高。其缺點是入爐空氣中的氮氣沖稀了爐出口的干餾氣,故爐出口氣的熱值低(約4000kJ/Nm3),且發(fā)生段多余的氧進入干餾段會燒掉一部分頁巖油,故油收率較低,約為實驗室用鋁甄測定的油收率的65%。撫順爐構(gòu)造簡單、投資低、操作方便、生產(chǎn)成熟,單爐的日處理量為100~200t油頁巖,適用于小規(guī)模頁巖油廠。撫順爐既能適用于處理撫順、茂名等低品位油頁巖(鋁甄油收率6%~7%),也能加工高品位油頁巖。2.1.2半焦?fàn)t內(nèi)油氣、余熱利用技術(shù)愛沙尼亞基維特爐為直立圓筒型氣燃式干餾爐(圖2)。爐上部中間和爐中部兩側(cè)有長方形燃燒室,有燒嘴通入空氣和干餾循環(huán)氣進行燃燒,生成熱煙氣橫向進入爐上部的兩個干餾室,加熱自上而下的油頁巖(形成薄層干餾),生成的油氣徑向?qū)С?頁巖半焦被爐下部進入的冷循環(huán)干餾氣冷卻后經(jīng)水封排出,半焦?jié)摕嵛幢焕?熱效率不高(約70%);爐出口油氣為燃燒的煙氣沖稀、熱值不高。頁巖塊徑25~100mm。頁巖油收率為實驗室鋁甄干餾油收率的75%。單爐日處理頁巖1000t。該爐型結(jié)構(gòu)簡單、投資不高,還能加工粘結(jié)性頁巖,且適用于中型廠。2.1.3油頁巖的干餾爐巴西佩特洛瑟克斯?fàn)t亦為直立圓筒型,其爐型及流程見圖3、圖4。巴西石油公司于1972年投資3500萬美元建有5.5m直徑、日加工1600t油頁巖的爐子一臺,又于1991年投資9300萬美元建有11m直徑、日加工6000t油頁巖的爐子一臺。爐子有干餾段及冷卻段,干餾溫度約500℃,爐出口油氣150℃,干餾出口油氣經(jīng)旋分器、電氣捕油器及噴淋塔冷凝回收頁巖油。部分冷干餾氣作為燃料氣在管式加熱爐的爐膛內(nèi)燃燒放出熱量,另一部分冷干餾氣經(jīng)過管式加熱爐的爐管被加熱后作為熱干餾循環(huán)氣即氣體熱載體進入干餾爐中部加熱并干餾頁巖。一部分冷循環(huán)干餾氣則進入干餾爐底部,回收頁巖半焦顯熱,自身則被加熱進入干餾爐上部作為頁巖干餾所需的補充熱源,頁巖半焦被冷卻后自爐底水封排出。該爐缺點是未利用半焦中固定碳的潛熱,影響爐子熱效率;優(yōu)點是爐子處理量大,適宜于大中型頁巖油廠,而且爐子不進空氣,爐出口油氣不被氮氣沖稀,只是干餾油氣,故干餾氣熱值高,且油收率高達實驗室鋁甄干餾油收率的90%。2.2巖干餾爐的試運當(dāng)前世界上工業(yè)運轉(zhuǎn)的固體熱載體顆粒頁巖干餾爐有愛沙尼亞的葛洛特(Galoter)爐,還有澳大利亞曾建有的塔瑟克(Taciuk)爐,進行了工業(yè)試運。2.2.1頁巖灰旋分器工藝流程葛洛特爐由前蘇聯(lián)動力研究所開發(fā),愛沙尼亞納爾瓦油頁巖電廠于1980年建起了兩臺日處理3000t的裝置。由于規(guī)模大、流程復(fù)雜、設(shè)備多,操作不易掌握。當(dāng)前年操作時間已達6200h(圖5)。原料頁巖(0~25mm)經(jīng)螺旋進料器,入氣流式干燥器,自上落下,有高速高溫(590~650℃)的煙道氣在干燥器內(nèi)自下而上對頁巖進行氣升式加熱干燥,并將其帶出干燥器頂部(165~180℃)到旋分器,旋分器底部分出干頁巖進入干頁巖螺旋進料器,將溫度為110~140℃的干頁巖送入混合器。與此同時,有740~800℃的高溫頁巖灰自熱載體(頁巖灰)旋分器底部分出,進入混合器,頁巖灰與干頁巖混合,其質(zhì)量比為3∶1?；旌衔锪线M入水平、傾斜、回轉(zhuǎn)式反應(yīng)器,頁巖灰、干頁巖及廢油等在轉(zhuǎn)動的情況下,在反應(yīng)器內(nèi)停留時間約16min;離開反應(yīng)器的物料為降了溫的頁巖灰、頁巖熱解后生成的固體半焦、頁巖油、氣等。物料溫度為490℃,進入除塵室,靠重力初步分出固體物料,包括頁巖灰和半焦,進入除塵室底部;含粉塵的油氣則進入串聯(lián)的兩級除塵凈化旋分器,旋分器底部落下粉塵亦至除塵室底部。自除塵凈化旋分器頂部逸出的油氣進入濕式凈化系統(tǒng),再進入精餾塔,產(chǎn)出中、重頁巖油,再進入冷凝器,冷凝出汽油和水蒸汽。干餾氣則經(jīng)鼓風(fēng)機壓縮,作為氣體燃料送到電站鍋爐。混有頁巖灰的半焦自除塵室底部經(jīng)半焦螺旋輸送器去氣噴流式燃燒器;高線速的空氣自下而上進入噴流式燃燒器,使半焦燃燒成頁巖灰(溫度約760~810℃),與熱煙氣一起去頁巖灰旋分器,器頂出來的煙氣先進入廢熱鍋爐,進入氣流式干燥器,用于干燥油頁巖。該裝置油收率為實驗室鋁甄油收率的86%,干餾氣熱值高達46000kJ/Nm3,含烯烴30%,可作化工原料或家用煤氣。裝置除了油頁巖為進料外,還可混用一部分廢橡膠(30mm×30mm)。2.2.2塔注的油氣運移塔瑟克爐以加拿大發(fā)明人命名,開發(fā)于1977年,原用于對焦油砂熱解制油,有中型裝置。1999年澳大利亞南太平洋石油公司/中太平洋礦業(yè)公司(SPP/CPM)利用該技術(shù)放大設(shè)計用于干餾澳大利亞昆士蘭油頁巖,建成一套日加工6000t的塔瑟克爐,亦稱ATP(AlbertaTaciukProcess)爐(圖6)。該爐為水平傾斜,回轉(zhuǎn)窯式,直徑8m,長60m。油頁巖(0~16mm)入爐一端,經(jīng)干燥段由熱煙氣進行加熱干燥,再入熱解(干餾)段,與熱頁巖灰相混而加熱至約500℃,頁巖熱解生成頁巖油、氣和半焦;油氣導(dǎo)出冷凝生成頁巖油和高熱值干餾氣;半焦(與頁巖灰)則入燃燒段,遇空氣燃燒亦成為頁巖灰,約800℃;部分頁巖灰去干餾段作為固體熱載體加熱干餾油頁巖,為此形成循環(huán)。頁巖油收率可達實驗室鋁甄油收率的85%。該裝置還配有輕油加氫精制設(shè)施,生產(chǎn)超低硫汽油組分。該爐試運了幾年,年開工率達50%,但于2004年停運。2.3主要處理設(shè)備由世界油頁巖干餾生產(chǎn)頁巖油的主要工藝對比結(jié)果(表1)可見:中國和愛沙尼亞發(fā)生式爐處理量小,相對于實驗室鋁甄的油收率較低,處理塊頁巖,工藝不先進,但投資少,適用于小型廠。愛沙尼亞基維特爐處理量較大,油收率不高,處理塊頁巖,投資中等,適用于中型廠。巴西佩特洛瑟克斯?fàn)t處理量大,處理塊頁巖,油收率高,產(chǎn)高熱值氣,投資高,適用于大中型廠。愛沙尼亞葛洛特爐處理量大,可處理顆粒頁巖,油收率高,產(chǎn)高熱值氣,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,維修費用高,年運行6200h,可用于大中型廠。澳大利亞塔瑟克爐處理量很大,可處理顆粒頁巖,油收率較高,產(chǎn)高熱值氣,頁巖油經(jīng)過加氫,質(zhì)量好,投資高,但尚不太成熟,2004年停運前運轉(zhuǎn)小時率僅50%,大中型廠可考慮利用這種技術(shù)。3油頁巖燃燒產(chǎn)生蒸汽發(fā)電油頁巖燃燒產(chǎn)蒸汽發(fā)電有兩種形式:一為粉末頁巖懸浮燃燒(愛沙尼亞),另一為顆粒頁巖沸騰燃燒(德國、以色列和中國)。3.1w、q、n-沙門氏電站愛沙尼亞庫克西特(Kykersite)油頁巖屬富礦,發(fā)熱值達8500kJ/kg,其粉末頁巖(0~200目)懸浮式噴粉燃燒時能在爐膛內(nèi)形成穩(wěn)定的火焰,故可以在類似的煤粉鍋爐中燃燒。愛沙尼亞有4座粉末頁巖電站:愛沙尼亞(Estonia)電站(1.6GW)、波羅的海(Baltic)電站(1.28GW)、庫哈特拉(Kohtla)電站(39MW)及阿哈特瑪(Ahtma)電站(20MW)。愛沙尼亞電站有粉末頁巖鍋爐兩臺,產(chǎn)汽640t/h(13MPa、520℃),耗頁巖240t/h,鍋爐效率83.8%。粉末油頁巖懸浮燃燒工藝流程見圖7。由于愛沙尼亞頁巖灰分的組成,其在鍋爐中懸浮燃燒時產(chǎn)生較嚴(yán)重的問題:受熱面被頁巖灰(硫酸鹽、碳酸鹽、氯化鉀等)結(jié)垢,并產(chǎn)生腐蝕,鍋爐負荷降低;受熱面溫度降至520℃;受熱面的清理及撤換費工費錢;雖然油頁巖含硫的80%存在于灰中、但煙氣中仍有大量SO2(濃度大于1500mg/Nm3),且煙氣雖經(jīng)旋分器、電氣沉降器除塵,但煙囪仍排放大量灰塵,嚴(yán)重污染環(huán)境。3.2低熱值頁巖燃燒廢氣沸騰燃燒(流化燃燒)優(yōu)于懸浮燃燒,在于爐膛內(nèi)有一層頁巖沸騰層(流化層),頁巖在爐內(nèi)停留時間較長,有利于用碳酸鹽吸收頁巖燃燒時放出的SO2,且有利于頁巖燃燒的完全,故低熱值頁巖也可用于沸騰燃燒,而且顆粒頁巖沸騰燃燒煙氣帶出的SO2及粉塵較粉末頁巖懸浮燃燒煙氣帶出的為少。3.2.1生物處理及調(diào)濕風(fēng)場發(fā)電系統(tǒng)德國用于流化燃燒的頁巖熱值很低,僅3400kJ/kg,有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅9%,鋁甄油收率4.0%~4.5%,灰含量高達71%。德國道頓毫遜(Dtternhausen)的魯拔赫(Rohrbach)水泥廠的顆粒頁巖沸騰燃燒裝置及流程見圖8、圖9。油頁巖露天開采,破碎篩分至0~10mm入爐,沸騰燃燒產(chǎn)生水蒸汽,去蒸汽透平發(fā)電,產(chǎn)生7500kW電力,煙氣則經(jīng)電氣除塵器排放。頁巖灰分別自爐底沉降室底,在電氣除塵器底排出,作水泥原料。年采油頁巖36萬t、沸騰燃燒用27萬t,另有9萬t直接去水泥窯作為制取水泥熟料的原料,頁巖灰和熟料混合成波特蘭水泥。3.2.2煙氣資源燃燒特性循環(huán)流化燃燒可處理低熱值油頁巖,燃燒效率也較高,床層有利于利用碳酸鹽(油頁巖本身含有或外加的)來吸收燃燒時產(chǎn)生的SO2,使煙氣排放合格。(1)以色列循環(huán)流化燃燒半工業(yè)試驗裝置,產(chǎn)生50t/h蒸汽(4.4MPa、480℃)、透平發(fā)電40MW,由原先的芬蘭阿爾斯特朗(Ahlstrom)公司,現(xiàn)今芬蘭福斯特輝勒能源(FosterWheelerEnergia)公司建造。流化床溫800~850℃,燃燒室氣速5m/s;以色列油頁巖熱值2900kJ/kg,入爐粒度6~12mm,用量55t/h。試驗表明,熱值低至2100kJ/kg的油頁巖亦能燃燒。鍋爐有兩臺旋分器,煙氣帶出的顆粒返回爐內(nèi),燃燒效率90%,鍋爐效率84%。頁巖所含的碳酸鹽70%分解成CaO及CO2,CaO能與頁巖燃燒時生成的SO2反應(yīng),使煙氣中SO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)低至50×10-6,且NO及粉塵含量也很低。(2)中國吉林樺甸顆粒頁巖循環(huán)化燃燒裝置建有3臺。樺甸頁巖熱值8370kJ/kg,裝置年用頁巖約30萬t,發(fā)電能力12MW。單爐產(chǎn)汽65t/h(5.2MPa、450℃),床溫850℃,入爐頁巖0~10mm,空氣噴嘴氣速59m/s,床層線速5.5m/s,流化床顆粒循環(huán)比為6。油頁巖燃燒時所含硫化合物的一部分轉(zhuǎn)為SO2、SO3,能與頁巖灰分中的CaO、MgO、Na2O及K2O等反應(yīng),因而煙氣中的SO2幾乎為0,NOx約300mg/Nm3。爐子燃燒效率98.5%,熱效率87.5%。(3)愛沙尼亞的波羅的海電站和爰沙尼亞電站先后于2002年采用福斯特輝勒技術(shù),建設(shè)了215MW的油頁巖循環(huán)流化燃燒裝置各一臺,代替原有的同等規(guī)模的懸浮燃燒鍋爐,大大降低了SO2及NOx的排放,煙氣中SO2濃度為3~24mg/Nm3,NOx為150mg/Nm3。4世界石油和巖漿巖行業(yè)的建立和發(fā)展世界上將油頁巖干餾制取頁巖油的工業(yè)始建于19世紀(jì)上半葉。100余年來,油頁巖工業(yè)的發(fā)展幾經(jīng)波折,至今又再度興起。4.1頁巖油的生產(chǎn)1835年法國建成世界上第一座頁巖煉油廠,將頁巖干餾制取頁巖油,再制煤油、石蠟等用于照明;而后英國、德國、西班牙等也發(fā)展了頁巖油的生產(chǎn);20世紀(jì)初,由于汽車工業(yè)的發(fā)展及第一次世界大戰(zhàn),對汽柴油的需求大增,西歐頁巖油生產(chǎn)得到發(fā)展,1937年產(chǎn)量達50萬t;第二次世界大戰(zhàn)后,到了60年代,頁巖油生產(chǎn)成本無法與廉價的天然石油相競爭,西歐的頁巖油工業(yè)先后停產(chǎn);但德國道頓豪遜市魯爾巴赫水泥廠先后于1963年建有兩臺、于2001年又建一臺油頁巖流化燃燒產(chǎn)汽發(fā)電裝置,電力用于本廠,頁巖灰制水泥。4.2圍巖油氣利用愛沙尼亞于1924年即建成第一座油頁巖干餾廠,應(yīng)用愛沙尼亞發(fā)生式干餾爐(類似賓奇式爐)對波羅的海沿岸的庫克西特油頁巖進行干餾氣化(庫克西特油頁巖的實驗室鋁甄油收率高達23%);嗣后曾應(yīng)用過燧道爐(1928~1960年)和外熱式回轉(zhuǎn)爐(1931~1961年);1940年頁巖油年產(chǎn)達17萬t,頁巖油用于生產(chǎn)液體燃料及酚等化工產(chǎn)品。前蘇聯(lián)還曾于1948~1970年間應(yīng)用室式爐高溫干餾制頁巖氣提供列寧格勒和塔林市城市用氣,1980年開發(fā)了處理顆粒頁巖的葛洛特回轉(zhuǎn)爐兩臺(單爐每日處理3000t頁巖),1981~1987年開發(fā)了處理塊頁巖的基維特干餾爐兩臺(單爐每日處理1000t頁巖)。俄羅斯1995年頁巖油年產(chǎn)量達40萬t,2002年減為20萬t。愛沙尼亞還將庫克瑟特頁巖(熱值14MJ/kg)用于燃燒產(chǎn)汽發(fā)電。1930年于塔林建第一座粉末頁巖懸浮燃燒鍋爐電站(11MW);1949年始建庫赫特拉電站(39MW);1952年始建阿赫特瑪電站(20MW);1959年始建波羅的海電站(1600MW);1969年始建愛沙尼亞電站(1600MW);2001年建有循環(huán)流化燃燒產(chǎn)汽發(fā)電裝置兩臺(各215MW),其總效率達32%,高于懸浮燃燒的28%,且煙氣排放對環(huán)境影響較小。前蘇聯(lián)時期,愛沙尼亞頁巖電站提供了前蘇聯(lián)西北部的用電量,1980年達最高發(fā)電量18.9TW/h;愛沙尼亞獨立后則主要提供本國需電量,2001年總發(fā)電量7.5TW/h。愛沙尼亞1981年開采了31Mt油頁巖,1998年減為14Mt,其中用于干餾煉油的約3Mt,其他主要用于燃燒發(fā)電,頁巖燃燒生成的頁巖灰用于制水泥等建材及改良土壤。前蘇聯(lián)1932年于蘇斯蘭(Syzran)利用薩馬拉(Samara)地區(qū)的油頁巖干餾制取頁巖油,后于1952年始在列寧格勒區(qū)的頁巖城(Slantsy)建有發(fā)生式干餾爐36臺(單爐日加工100t油頁巖),對該地區(qū)油頁巖干餾制取頁巖油。1981年開采加工了5Mt油頁巖,1998年減為2Mt。4.3頁巖油生產(chǎn)基地的恢復(fù)中國油頁巖煉油中國頁巖油工業(yè)已有80年的歷史。日本在侵占中國期間曾在撫順經(jīng)營頁巖油廠,利用撫順煤礦副產(chǎn)的油頁巖干餾制取頁巖油(撫順油頁巖實驗室鋁甄油收率6.5%)。1920~1930年間經(jīng)多次試驗,確定采用了干餾與氣化燃燒相聯(lián)合的撫順發(fā)生式干餾爐,開始了頁巖油的生產(chǎn);1930~1945年撫順建成了200臺爐(單爐日處理100t頁巖),最高頁巖油年產(chǎn)量達25萬t。中華人民共和國成立后,逐步恢復(fù)并新建了撫順式爐,至1959年撫順石油一廠、二廠共有266臺。同時還改建了頁巖油加工裝置,包括石油三廠加氫裝置,生產(chǎn)汽油、煤油、柴油、石蠟和潤滑油。在吉林樺甸曾建成內(nèi)外并熱式干餾爐,在廣東茂名建立了頁巖油生產(chǎn)基地。1959年撫順頁巖油產(chǎn)量達600kt,是歷史上最高的。1960年以后,由于大慶油田的開發(fā),頁巖油生產(chǎn)成本遠較便宜的天然原油為高,頁巖油的生產(chǎn)逐年下降,20世紀(jì)80年代撫順和茂名頁巖油年產(chǎn)量僅約30萬t。至20世紀(jì)90年代,撫順石油一廠、二廠和茂名石油公司的頁巖油生產(chǎn)先后停頓。1989年,經(jīng)國家計委批準(zhǔn)在撫順礦務(wù)局建立頁巖油廠(60臺撫順爐),于2000年產(chǎn)頁巖油9萬t,2002年擴建為80臺撫順爐,產(chǎn)油10萬t。此外吉林樺甸也于近年來有二、三個民營公司各建有數(shù)臺撫順式爐用于樺甸頁巖煉油。中國油頁巖燃燒產(chǎn)汽發(fā)電廣東茂名石油公司于1965年建設(shè)一臺茂名頁巖流化燃燒鍋爐(產(chǎn)汽14.5t/h),并于1985年建起兩臺循環(huán)流化燃燒鍋爐(35t/h),而后停產(chǎn)。吉林省樺甸市則于1996年建設(shè)了3臺顆粒頁巖循環(huán)流化燃燒鍋爐,利用樺甸頁巖(熱值8300~12500kJ/kg)燃燒產(chǎn)汽發(fā)電(每臺鍋爐產(chǎn)汽65t/h),發(fā)電能力12MW,年處理頁巖30萬t,煙氣排放量符合環(huán)保要求。4.4生產(chǎn)生產(chǎn)技術(shù)巴西石油公司于20世紀(jì)50年代開始致力于開發(fā)塊頁巖干餾新爐型——佩特洛瑟克斯(Petrosix)爐。該爐為直立圓筒形爐,上段為頁巖干餾,下段為半焦冷卻,歷經(jīng)實驗室模擬、小試(1kg)、中試(20t),于1972年投資3500萬美元建成1600t/d油頁巖的生產(chǎn)裝置,又于1991年投資9300萬美元建成6000t/d油頁巖的裝置。生產(chǎn)的頁巖油分餾為輕重餾分:輕餾分進入一煉廠催化成裂化制汽油,重餾分作燃料油。液化氣作工業(yè)用,干餾氣中的硫化氫經(jīng)克勞斯(Claus)法轉(zhuǎn)化為硫磺,高熱值干氣作燃料,干餾半焦填埋植被。4.5鹽藻油頁巖的加工澳大利亞南太平洋石油公司/中太平洋礦業(yè)公司(SPP/CPM)于1999年利用加拿大工程師塔瑟克(Taciuk)發(fā)明的回轉(zhuǎn)爐顆粒頁巖固體熱載體干餾技術(shù)——塔瑟克工藝(TaciukProcess),亦稱ATP(AlbertaTaciukProcess),自240t/d擴大設(shè)計用于干餾澳大利亞昆士蘭油頁巖,建成一套日加工6000t的塔瑟克爐裝置,投資1.7億美元。除爐子和冷凝回收系統(tǒng)外,還包括輕餾分加氫制取超低硫石腦油等。設(shè)計年加工2Mt油頁巖,產(chǎn)頁巖油20萬t,每噸頁巖油生產(chǎn)成本僅70美元。但是由于該裝置系從中試擴大至6000t的規(guī)模,擴大20多倍,在工藝和設(shè)備等方面產(chǎn)生很多問題。例如試車發(fā)現(xiàn),所用頁巖含水很多,爐子的干燥段設(shè)計不夠,需要另加頁巖的流化干燥設(shè)施。自1999年試車至2004年中停運,每年有進展,最后季度的開工率達50%。2004年南太平洋石油公司將該裝置及油頁巖礦售予美國的昆士蘭能源公司,該裝置停運。5頁巖油廠項目愛沙尼亞愛沙尼亞油頁巖是富礦,頁巖油生產(chǎn)成本較低,約30美元/桶2。在油價高達60美元/桶的情況下,獲利頗豐。于2005年增建了4臺基維特干餾爐,年可增產(chǎn)25萬t頁巖油,即增產(chǎn)15%的生產(chǎn)能力。而且正設(shè)計建設(shè)一臺新型的顆粒頁巖回轉(zhuǎn)式干餾爐(葛洛特爐和塔瑟克爐的結(jié)合型,更多地接近葛洛特爐型)。愛沙尼亞的油頁巖電站總發(fā)電能力為10.7GW,每年需用頁巖約11Mt。歷年來應(yīng)用粉末頁巖懸浮燃燒鍋爐(共約20臺)的效率低,且煙氣的粉塵和二氧化硫?qū)Υ髿庠斐蓢?yán)重的污染。2004年建成的兩臺顆粒頁巖循環(huán)流化燃燒鍋爐(福斯特輝勒公司制造)代替了兩臺懸浮燃燒鍋爐,提高了效率,且大大減少了煙氣的污染?，F(xiàn)正擬逐步采用流化燃燒代替懸浮燃燒。俄羅斯俄羅斯圣彼得堡地區(qū)頁巖城的干餾爐處理量不大,頁巖油廠已停產(chǎn)。俄羅斯莫斯科動力研究所、圣彼得堡原子能設(shè)計院、圣彼得堡石油化工設(shè)計院根據(jù)圣彼得堡庫克瑟特頁巖性質(zhì),結(jié)合愛沙尼亞葛洛特裝置的生產(chǎn)經(jīng)驗,為頁巖城設(shè)計了日加工3000t顆粒頁巖回轉(zhuǎn)爐葛洛特干餾裝置,完成了頁巖煉油發(fā)電綜合利用的可研報告,經(jīng)俄羅斯燃料與動力部批準(zhǔn),有待籌資建設(shè)。中國撫順礦務(wù)局頁巖油廠擴建擁有了撫順式爐120臺,2005年產(chǎn)頁巖油18萬t。撫順頁巖賦存于煤田之上,系露天采煤的副產(chǎn)品,開采費用低,頁巖油生產(chǎn)成本僅約1000元/t,而售價達3000元/t。2005年撫順礦務(wù)局還與德國克虜伯公司簽約,引進塔瑟克技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備,籌建一套ATP顆粒頁巖固體熱載體干餾裝置,年加工2Mt油頁巖。吉林樺甸顆粒頁巖循環(huán)流化產(chǎn)汽發(fā)電裝置正常運行,民營頁巖油廠尚在生產(chǎn)。吉林省招商國家級電力公司為主投資籌建樺甸油頁巖干餾煉油、半焦發(fā)電、頁巖灰制建材的綜合利用企業(yè),規(guī)模為年產(chǎn)20萬t頁巖油,正進入可研報告階段,擬采用巴西彼得洛瑟克斯干餾爐型。山東龍口礦務(wù)局?jǐn)M利用褐煤的副產(chǎn)品——油頁巖進行干餾煉油、半焦發(fā)電的綜合利用,規(guī)模為年產(chǎn)20萬t頁巖油,擬采用彼得洛瑟克斯?fàn)t型。巴西巴西石油公司現(xiàn)有兩臺佩特洛瑟克斯?fàn)t:一臺直徑5.5m,日加工油頁巖1500t;另一臺直徑11m,日加工6000t。合計日產(chǎn)頁巖油550t、干餾氣14萬m3、液化氣45t、硫磺75t。巴西油頁巖系露天開采,實驗室鋁甄油收率8.8%。當(dāng)前頁巖油生產(chǎn)有盈利。德國德國道頓豪遜市魯爾巴赫水泥廠于2005年并入瑞士大型水泥生產(chǎn)商——霍爾瑟姆(Holcim)集團,仍利用油頁巖燃燒提供該廠電力及頁巖灰生產(chǎn)水泥3。美國美國當(dāng)前僅有殼牌公司在馬霍甘尼(Mahogany)進行油頁巖地下干餾試驗4。美國能源部于2004年開展研究美國油頁巖資源的戰(zhàn)略