油页岩

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November 29, 2021

油页岩是一种富含有机质并含有大量干酪根的细粒沉积岩,可以提取液态烃。地质学家不将其归类为页岩,其干酪根含量也与原油不同。干酪根需要比原油更多的加工才能使用,加工过程在经济和环境影响方面比使用原油成本更高。油页岩堆积发生在世界各地,主要在美国。据估计,全球可采储量在 2.8 至 3.3 万亿桶(450×109 至 520×109 立方米)之间。化学热解可以将页岩油中的干酪根转化为合成原油。在足够高的温度下加热油页岩会产生蒸汽,这个过程可以通过蒸馏生产类似石油的页岩油和可燃油页岩气(页岩气也用于指页岩中天然存在的气体)。工业也可以直接燃烧油页岩作为发电和取暖的低品位燃料来源,也可以作为化学和建筑材料生产的原料。石油价格飙升,也是依赖外部能源供应的地区的一种选择。油页岩开采和处理涉及环境问题,例如:土地利用、废物、水利用、废水管理、温室气体排放和空气污染。爱沙尼亚和中国发展了强大的油页岩产业,此外,巴西、德国、以色列和俄罗斯也使用油页岩。

地质特征

油页岩是一种富含有机质的沉积岩,属于腐殖质燃料组(沉积物富含有机质,颜色较深,有机化合物的百分比超过 2%)。它没有明确的地质定义或明确的化学式,也不总是有明确的界限。油页岩的矿物成分、年龄、干酪根类型和沉积环境各不相同。油页岩不同于沥青质(油砂和含油岩)、腐殖质煤和碳酸盐页岩。虽然油砂是由油的生物降解产生的,但热量和压力尚未将油页岩中的干酪根转化为煤油,油页岩的有机质含量低于煤。在商业油页岩中,有机质与其他矿物的比例在 0.75:5 到 1.5:5 之间。同时,油页岩中有机质的氢/碳 (H/C) 比比原油低约 1.2 至 1.8 倍,比煤高约 1.5 至 3 倍。油页岩的有机组成是根据藻类、孢子、花粉、角质层和草本、木本植物残体等生物体与陆生和水生植物细胞的组合来划分的。一些矿床包含重要的化石,例如现在是世界遗产的德国梅塞尔煤矿。油页岩矿物成分主要由细粒二氧化硅和碳酸盐组成,地质学家根据构成油页岩的基本成分,可将其分为富碳酸盐页岩、页岩、页岩、富硅粘土或富煤渣。页岩。根据 Krevelen 图的另一种分类,指的是干酪根的类型,是基于氢成分,油页岩的碳和氧。使用最广泛的分类是由卧龙岗大学的 Adrian C. Hutton 于 1987-1991 年左右开发的,与源自煤词源的岩相学术语一致。该分类根据油页岩的主要生物质积累环境进行划分,包括陆地、湖泊(湖床沉积物)或海洋(海床沉积物)。 Hutton 的分类图已证明其在评估提取油的成分和产量方面非常有用。或海(海底沉积物)。 Hutton 的分类图已证明其在评估提取油的成分和产量方面非常有用。或海(海底沉积物)。 Hutton 的分类图已证明其在评估提取油的成分和产量方面非常有用。

储备

分析人士指出油页岩资源与油页岩储量的区别。 “资源”可以指所有油页岩矿床,而“储量”的含义更窄,指的是可以利用现有技术进行有利开采的油页岩矿床。随着采矿技术的不断发展,规划者只能估计可以回收的干酪根数量。尽管一些国家存在油页岩资源,但只有 33 个国家可以利用这些资源产生经济价值。勘探良好的可能储量包括美国西部的格林河组、澳大利亚昆士兰的第三纪矿床、瑞典和爱沙尼亚的矿山、约旦的 El-Lajjun 油田以及法国、德国的矿山、巴西、中国、蒙古南部和俄罗斯。Fischer 实验评估这些油田至少可以从 1 吨油页岩中生产 40 升石油。根据 2005 年的评估,世界油页岩资源总量约为 4110 亿吨 - 足以生产 2.8 至 3.3 万亿桶 (520 km³) 石油。该储量远远超过全球常规石油储量,截至 2007 年 1 月 1 日估计为 1.317 万亿桶(209.4 平方公里)石油。世界上最大的油田集中在美国。在绿河组中,这些储量的约 70%由美国联邦政府管理地下。美国的矿山占世界资源的62%,如果算上美国、俄罗斯和巴西,这个数字就达到了86%。这些数字仍然是基于对已调查矿山储量的勘探和分析结果的指示性数据。艾伦 R 教授威斯康星大学麦迪逊分校的卡罗尔表示,中国西北部上二叠统的湖源油页岩储量尚未纳入全球油页岩储量评估范围,其规模与绿河组相当。

历史

从史前时代起,人们就将油页岩用作燃料,因为它未经任何处理直接燃烧,铁器时代的英国人将其打磨成首饰。现代油页岩工业始于 1837 年的法国奥顿,随后是 1850 年的苏格兰、1865 年的澳大利亚和其他一些国家。十九世纪的采矿活动主要集中在煤油、油灯和石蜡的生产上;这些产品有助于满足工业革命期间不断增长的照明需求。还生产原油、润滑油和润滑油以及硫酸铵。第一次世界大战前,由于常规石油资源的获取有限以及用于摩托车和卡车的大量产品的生产,油页岩工业迅速发展。是与汽油一起使用的产品。 1912 年,海军石油和油页岩资源办公室成立,现在隶属于美国能源部。油页岩能源被视为军队,尤其是海军的备用能源。 1900年新西兰开始建设油页岩工厂,1915年瑞典,1921年瑞士,1921年爱沙尼亚,1922年西班牙,1929年中国,1935年南非,1924年,能源项目,塔林在世界上第一个集中从页岩中提取石油。虽然二战后中国和爱沙尼亚的油页岩工业继续增长,但在 1950 年代和 60 年代的某个时候,大多数其他国家(法国、澳大利亚、新西兰、西班牙、苏格兰和南非)已经由于高加工成本和廉价石油的供应,他们停止了他们的项目。仅德国仍然保持着 Holcim 公司生产的用于水泥、能源和其他发热产品的油页岩,1973 年石油危机后,世界油页岩产量在 1980 年达到 4600 万吨的峰值,2000 年下降到 1600 万吨,原因是1980 年代传统的低成本石油计划的竞争。1982 年 5 月 2 日,“黑色星期天”事件。由于低油价和生产成本上升,埃克森美孚取消了科罗拉多州降落伞附近价值 50 亿美元的殖民地油页岩项目,这使得2,000 多名工人失业并抵押房屋以偿还债务。小企业破产。 1986 年,罗纳德·里根总统于1985年签署了《综合综合预算和解法案》,废除了美国的液体燃料合成计划,全球油页岩工业在21世纪初开始复苏。 2003 年,美国重新启动了油页岩开采计划。当局于 2005 年推出了一项商业租赁计划,允许从联邦土地上的油页岩和油砂中提取石油,这与 2005 年能源政策法案(能源政策法案)一致。当局于 2005 年推出了一项商业租赁计划,允许从联邦土地上的油页岩和油砂中提取石油,这与 2005 年能源政策法案(能源政策法案)一致。当局于 2005 年推出了一项商业租赁计划,允许从联邦土地上的油页岩和油砂中提取石油,这与 2005 年能源政策法案(能源政策法案)一致。

行业

2008 年,该行业在巴西、中国、爱沙尼亚以及德国、以色列和俄罗斯的部分地区使用了油页岩。此后,其他一些国家也开始加工油页岩和建设中试设施,而其他一些国家则进入了油页岩产业的末期。爱沙尼亚、巴西和中国用于原油生产的油页岩储量;用于爱沙尼亚、中国、以色列和德国的发电;用于爱沙尼亚、德国和中国的水泥生产;并用于中国、爱沙尼亚和俄罗斯的化学工业。 2005年,仅爱沙尼亚就占世界油页岩产量的70%左右,罗马尼亚和俄罗斯过去曾燃烧油页岩来运行发电厂,但后来停止使用这种燃料来源,取而代之的是天然气等其他燃料来源.约旦和埃及计划建设油页岩发电厂,而加拿大和土耳其计划与煤炭一起建设油页岩发电厂。 2005 年,爱沙尼亚的纳尔瓦发电站使用油页岩作为主要发电燃料,生产了该国 95% 的电力。

提取加工

大多数油页岩开采涉及采矿,然后将产品运输到某个地方进行焚烧以发电或进行加工。最常见的方法是露天开采。这些步骤包括去除覆盖物(土壤、植被)以暴露油页岩,以防油田靠近地面。如果是深部矿山,则必须采用地下开采方法,只去除一小部分表面涂层,然后以腔室和墩式挖掘隧道和开采。在地面(异地)进行,但是一些现代技术允许在现场(原位)地下进行处理。在这两种情况下,将油页岩中的干酪根转化为原油和合成气的化学热解。最常见的转化技术是在缺氧条件下加热油页岩,在压力下,干酪根分解成气体、油精矿和固体油渣。该过程发生在 450 °C (842 °F) 至 500 °C (932 °F) 的温度范围内。分解在相对较低的温度 (300 °C / 570 °F) 下开始,但在较高温度下会变得更快、更完全。利用热量加热地下油页岩。与现场处理相比,这些技术能够从给定的现场提取更多的石油,因为它们可以在比现场更深的深度处理材料,在工作面。一些公司拥有现场处理的独家专利。然而,这些方法中的大多数仍处于试验阶段。可以在纯原位 (TIS) 和改进的原位 (MIS) 处理之间进行比较。纯现场处理不涉及油页岩开采,而改进的现场处理涉及去除部分油页岩并将其带到地表进行处理。渗透性用于在鹅卵石窑中逸出的气体。它们破碎成油页岩碎片,获得数百项油页岩蒸馏技术专利;然而,只有几十个通过了测试。 2006 年,只有四种技术在商业上使用:Kivite、Galter、抚顺和 Petrosix。可以在纯原位 (TIS) 和改进的原位 (MIS) 处理之间进行比较。纯现场处理不涉及油页岩开采,而改进的现场处理涉及去除部分油页岩并将其带到地表进行处理。渗透性用于在鹅卵石窑中逸出的气体。它们破碎成油页岩碎片,获得数百项油页岩蒸馏技术专利;然而,只有几十个通过了测试。 2006 年,只有四种技术在商业上使用:Kivite、Galter、抚顺和 Petrosix。可以在纯原位 (TIS) 和改进的原位 (MIS) 处理之间进行比较。纯现场处理不涉及油页岩开采,而改进的现场处理涉及去除部分油页岩并将其带到地表进行处理。渗透性用于在鹅卵石窑中逸出的气体。它们破碎成油页岩碎片,获得数百项油页岩蒸馏技术专利;然而,只有几十个通过了测试。 2006 年,只有四种技术在商业上使用:Kivite、Galter、抚顺和 Petrosix。而改进的现场方法包括去除部分油页岩并将它们带到地表对鹅卵石窑中释放的气体进行渗透处理。它们破碎成油页岩碎片,获得数百项油页岩蒸馏技术专利;然而,只有几十个通过了测试。 2006 年,只有四种技术在商业上使用:Kivite、Galter、抚顺和 Petrosix。而改进的现场方法包括去除部分油页岩并将它们带到地表对鹅卵石窑中释放的气体进行渗透处理。它们破碎成油页岩碎片,获得数百项油页岩蒸馏技术专利;然而,只有几十个通过了测试。 2006 年,只有四种技术在商业上使用:Kivite、Galter、抚顺和 Petrosix。和彼得罗西克斯。和彼得罗西克斯。

应用和产品

工业可以使用油页岩为热电厂提供燃料,燃烧它(如燃烧煤)以转动蒸汽轮机;其中一些工厂使用热量为住宅和商业区供暖。爱沙尼亚的大型油页岩电厂装机容量为 2,967 兆瓦 (MW),以色列为 12.5 兆瓦,中国为 12 兆瓦,德国为 9.9 兆瓦。吸附碳、炭黑、酚类、树脂、胶水、鞣剂、胶粘剂、沥青、水泥、砖、装饰和建筑中使用的石块、土壤添加剂、肥料、纤维绝缘材料(隔音)、玻璃、药品。然而,利用油页岩生产这些产品非常有限,或仅处于试验阶段。一些油页岩矿床含有硫、氨、铝、纯碱、Na2CO3、铀和碳酸锂 (NaHCO3),它们是从油页岩中提取的产品。 1946 年至 1952 年间,用于铀分离的 Dictyonema 海相页岩在爱沙尼亚的 Sillamäe 出产,而 1950 年至 1989 年间,瑞典合成油页岩的天然气为此目的使用了明矾页岩。合成气是用来替代天然气的,但到2008年由于经济原因,已经不可能生产这种气体和天然气一样的​​用途了。从油页岩中提取的油不能直接替代原油的应用性能与传统原油相比,它含有更高水平的烯烃、氧气和氮气。某些类型的油页岩可能含有较高水平的硫或砷。与原油期货市场的基准德克萨斯轻质低硫原油(西德克萨斯中质原油)相比,格林河油页岩的硫含量范围从近 0% 到 4.9%(平均 0.76%),而这一浓度在西德克萨斯州中级最高,为 0.42%。约旦油页岩的硫含量可高达 9.5%。例如,砷含量将成为绿河油页岩的障碍,因为更高的含量也意味着石油在进入炼油厂之前必须经过质量改进(氢处理)。地面蒸馏工艺往往针对 API 比现场工艺低的油页岩矿床。油页岩最适合用于蒸馏煤油、发动机燃料和柴油等中间产品。1990 年代和 2000 年代,世界对这些馏分油,尤其是柴油燃料的需求迅速增加。然而,类似于氢裂化的合适蒸馏工艺可以将页岩油转化为轻质碳氢化合物,如汽油。

经济

20世纪初,原油工业蓬勃发展,此后油页岩油田的开发工作只有在特定地区的油页岩价格低于原油价格或与其他替代产品相比才能取得巨大成功。根据兰德公司的一项调查,在美国的一个地上蒸馏设施(包括矿山、酿酒厂、质量改进厂、运输援助和页岩复垦)生产一桶石油的成本在 70 美元 - 95(440-600 美元/立方米,根据 2005 年价格调整)。该估计价格考虑了干酪根质量水平的变化和提取过程的影响。为了盈利,原油价格需要保持在上述预测水平不变。分析还考虑了综合体建成后可以降低处理成本的可能性。假设组合可以在最初生产 5 亿桶石油后实现约 35-70% 的成本降低,并在开始后的几年内增加 25,000 桶石油的产出成本。对于商业生产,兰德预测12 年后成本将降至 35-48 美元/桶(220-300 美元/立方米)。达到 10 亿桶大关后,成本可降至 30-40 美元/桶(190-250 美元/立方米)。有评论人士将美国油页岩行业与阿萨巴斯卡油砂行业进行比较,指出“第一阶段是最困难的,无论是技术还是经济领域”。荷兰皇家壳牌公司宣布其在科罗拉多州的油田开采技术可能会争夺超过每桶 30 美元(190 美元/立方米),而其他产量最大的技术只有在售价不低于 20 美元/桶(130 美元/立方米)时才有利可图。为了提高油页岩采收率,研究人员提出并测试了几种共热解工艺。 1972 年发表在《石油信息》杂志上的一篇文章将油页岩的石油生产与煤的液体产品进行了比较,发现煤液化产品比从油页岩中提取更便宜、生产更多石油并且对环境的影响更小。该文章还指出,1 吨煤可以生产 650 升(170 美加仑;140 英加仑)石油,而 1 吨石油只能生产 150 升(40 美加仑;33 英加仑)石油页岩..因此,人们根据油页岩产生的能量与采矿工程及其处理过程中使用的能量的比率来计算临界油页岩开采能力,这个比率被称为“能源投资的能源回报”EROEI (能源投资的能源回报)。 1984 年的一项研究估计,油页岩油田的 EROEI 介于 0.7-13.3 之间,尽管油页岩项目的数据表明该比率在 3 到 10 之间波动。荷兰皇家壳牌公司宣布其拥有的油田的 EROEI 比率为 3 到 4已在桃花心木项目中进行实地开发。此外,油页岩精炼所需的水也产生了经济吸引力:这对于缺水地区来说可能是一个问题。1984 年的一项研究估计,油页岩油田的 EROEI 介于 0.7-13.3 之间,尽管油页岩项目的数据表明该比率在 3 到 10 之间波动。荷兰皇家壳牌公司宣布其拥有的油田的 EROEI 比率为 3 到 4已在桃花心木项目中进行实地开发。此外,油页岩精炼所需的水也产生了经济吸引力:这对于缺水地区来说可能是一个问题。1984 年的一项研究估计,油页岩油田的 EROEI 介于 0.7-13.3 之间,尽管油页岩项目的数据表明该比率在 3 到 10 之间波动。荷兰皇家壳牌公司宣布其拥有的油田的 EROEI 比率为 3 到 4已在桃花心木项目中进行实地开发。此外,油页岩精炼所需的水也产生了经济吸引力:这对于缺水地区来说可能是一个问题。这对于缺水地区来说可能是一个问题。这对于缺水地区来说可能是一个问题。

环境问题

油页岩开采会造成一些环境影响,尤其是露天开采比地下开采的影响更大。酸性矿井水、地表和地下水径流携带的金属、侵蚀增加、硫排放、处理厂、运输和其他因素造成的空气污染等因素,以及采矿和加工中的其他辅助活动。 2002年爱沙尼亚的能源工业以油页岩为主要原料来源,气体排放造成97%的空气污染、86%的废物污染和23%的水污染。油页岩会破坏生物和娱乐价值土地和矿区的生态系统。燃烧和发热过程会产生大量固体废物并释放到大气中,如二氧化碳和温室气体。环保主义者反对油页岩的生产和使用,因为它比传统的化石燃料产生更多的温室气体。 《能源独立和安全法案》第 526 条禁止美国政府机构购买从排放比传统石油更多的温室气体的过程中生产的石油。实验性的现场石油转化过程和碳捕获和储存技术可以在未来缓解这些担忧,但同时也可能导致其他环境问题,如污染地下水污染。一些批评家强调了油页岩工业中的用水.例如,2002 年,爱沙尼亚的油页岩能源工业使用了该国总用水量的 91%。根据技术的不同,对于地面油页岩蒸馏,需要使用 1 到 5 桶水来生产 1 桶石油。 2007 年,美国地籍局发布的最新环境影响报告指出,露天采矿和炼油活动每处理一吨油页岩会产生 8-38 升的废水。根据一项评估,现场处理使用的量约为该数量的十分之一。对于美国西部和以色列南部的内盖夫沙漠等干旱地区,水问题成为一个特别敏感的问题,尽管这些地区的水资源枯竭,但现有项目仍在扩大石油开采。水资源。环保活动人士,包括绿色和平组织的成员,组织了强烈反对油页岩行业的集会。结果之一是昆士兰能源资源公司于 2004 年被迫停止其在澳大利亚的斯图尔特油页岩项目。

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参考

外部链接

油页岩(地质学) tại 大英百科全书 (tiếng Anh) 油页岩。一份科学技术期刊,Viện hàn lâm 爱沙尼亚。相关油页岩出版物和数据,Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, bản lưu。斯堪的纳维亚明矾页岩,Sveriges geologiska undersökning。 [hhttp://outreach.mines.edu/cont_ed/oilshale/index.html?CMSPAGEOutreach/cont_ed/oilshale/index.html 第 28 届油页岩研讨会,2008 年 10 月 13-17 日],科罗拉多州 Đại học Mỏ。油页岩:迈向战略性非常规燃料供应政策,Nhà xuất bản。遗产基金会。美国内政部土地管理局矿产、不动产和资源保护助理局长 Thomas Lonnie 在参议院能源和自然资源委员会面前的声明。关于油页岩开发工作的监督听证会,Bộ Nội vụ Hoa Kỳ。太阳能,不是页岩污染 - 以色列 - 耶路撒冷邮报。丽贝卡·曼斯基 27/3/2006