(一)问题
目前,全国油页岩产业规模小,2008年全国页岩油产量仅40×104t,对解决我国石油紧缺问题作用不大。
我国页岩炼油产业整体装备水平、管理水平低,对资源综合利用、环境保护方面做得不够页岩炼油产业多停留在初级产品,没有深加工安全、环保水平低。
图7-1 全国油页岩地质勘查优选目标区
我国油页岩产业发展既存在重大机遇,也存在重大挑战。我国节能减排任务相当艰巨,政府对节能减排的要求越来越严格。政府把控制温室气体排放和适应全球气候变化目标作为制订中长期发展战略和规划的重要依据,纳入国民经济和社会发展规划中。这对油页岩产业发展是重大挑战。
(二)建议
1.统一全国油页岩产业行业规范和标准
国土资源部、国家发展与改革委员会组织有关单位和企业,研究并制定出全国统一的油页岩资源开发利用行业规范,包括工艺指标、技术经济指标、环保指标,尤其要明晰油页岩产业三废排放规范,规范油页岩产业向循环经济发展,走可持续清洁发展道路,促进页岩油产业有序健康地快速发展。在制定规范和标准时,要针对油页岩资源的不同利用方式(如页岩炼油、发电、综合利用)、不同工艺要求(如地面干馏、地下原位干馏),研究并制定出全国统一的油页岩资源开发利用(包括副产品)的行业规范和标准,包括资源合理开采、加工工艺的选择和环境保护等规定。
收取一定的矿山环境恢复和污染治理保证金鼓励企业利用清洁发展机制(CDM),考虑二氧化碳气体的收集和埋藏。
2.规模性综合利用矿产资源
提高油页岩开发的经济、技术、环保门槛,规模性综合开发利用油页岩资源(生产页岩油、发电、建材副产品),实现油页岩资源最大利用化、油页岩生产最大效益化和清洁化,提高油页岩开发利用生产效率。此外,我国油页岩及其灰渣中还伴生有多种金属元素,如吉林农安和桦甸的油页岩中富集Na、K、Ca、Mn、Zn、Sr、Ba和Th等8种元素,可以进行稀有、稀土、稀散金属的回收。
3.建立若干示范基地
建立若干个循环经济型清洁化生产的油页岩资源综合开发利用示范基地,引导全国油页岩资源开发利用。
4.适当降低油页岩发电的技术标准
油页岩发电比煤矸石发电好,应该鼓励油页岩发电,尤其是在油页岩作为煤炭资源副产的资源利用的情况下。发改委规定煤炭发热量低于1200千卡/kg就不准发电,该标准对油页岩来说太高,不能把油页岩发电归于煤炭行业。
页岩油是怎样开采的
我们都知道,世界上几乎每一个国家都离不开石油,尤其是中东的一些石油国家,他们甚至靠开采石油维持国家经济。石油作为现代社会必不可少的资源,它可以提炼成汽油、柴油、煤油等油种,而这些油都是现代机械设备不可或缺的,可以这么说,如果我们人类没有石油,也就不可能发展到现在这样的地步。我们中国也是石油需求较多的国家,但是由于我们国家石油储备不多,所以大多依靠进口,并且我们国家还发现储量不少的页岩油,很多人可能会问,什么是页岩油?有什么用?看完长见识了。
其实页岩油也是石油的一种,它的用处和石油差不多,属于石油的一种,只不过它的存在方式和普通石油有所区别,它主要分布在岩层系中,是以页岩为主的石油,通俗点来说页岩油就是岩石层里面的石油,另外除了页岩层内有石油外,页岩层附近的石块和碎屑内部都含有石油,这种石油和常规石油提炼方式不同,所以它也是一种人造石油,并且这种石油在全世界范围内主要分布在四个国家,它们主要是美国、中国、巴西、刚果,目前探明的储量在13万亿吨左右。对此有人好奇,既然储量这么多,那我们中国现在开采了吗?
页岩油和普通石油不同,所以对开采技术的要求也不同,目前只有美国能大批量的开采页岩油,而我们中国只有少数,主要还是依赖进口。另外这种石油也是最难开采的石油之一,对此有人会问为什么这种石油这么难开采?首先开采页岩油用到的技术是:水平井和分段压裂技术。这种开采技术需要大量的淡水资源,而我们中国本来就是淡水资源比较少的国家,很多地区缺水都非常严重,如果大量开采页岩油,就会造成国内淡水资源更加匮乏,到时候后果会更严重。
其次开采页岩油需要先进的技术,我们中国在这方面不仅缺乏技术更缺乏经验,相比起美国用的发达技术,我们中国目前都还不具备。如果我们一味的和发达国家买技术和设备来开采,只会大大的增加开采成本,与其花大价钱买技术设备,那还不如直接跟国外买。总的来说就是中国目前开采技术还不够先进,无法大量开采出页岩油。
最后就是页岩油里面含有一些有毒物质,而开采石油又必须用到淡水,如果对水资源回收利用不到位,就很有可能造成水资源的污染,到时候后果是非常严重的。也就是说开采页岩油不仅仅只是简单的技术和人力那么简单,还需要考虑水资源以及防止污染等问题。我们只能期待将来中国技术发达了能大批量开采这种石油。
油页岩的开采利用
页岩油是由压裂开采的。页岩油是非常规油气资源,低渗透、流动性差,是最难开采的油之一。压裂是页岩油开采的一项有效手段,人们常形象地称这种开采方式为从石头缝里“挤”出油。肩负着建设国家级首个陆相页岩油示范区的吉庆油田,不仅要从石头缝里“挤”出油,还要将石头缝里的油“榨”干,其背后所采用的开发模式和生产组织方式将陆续刷新国内纪录,迈入世界先进水平。
页岩油基本特征:与源储分离的常规石油和近源聚集的致密油不同,页岩油在聚集机理、储集空间、流体特征、分布特征等方面具有明显的特征,与页岩气有更多相似之处。主要有六个特征:源储一体,滞留聚集;较高成熟度富有机质页岩,含油性较好;发育纳米级孔、裂缝系统,利于页岩油聚集;储层脆性指数较高,宜于压裂改造;地层压力高、油质轻,易于流动和开采;大面积连续分布,资源潜力大。
油页岩开发利用约束因素分析
直接开采
直接开采包括露天和井下两种开采方式。露天开采适合于埋藏较浅的矿床开采,成本低,安全系数高,辽宁抚顺和广东茂名就是典型的例子。井下开采有竖井、水平坑道采矿两种方式,适合于埋藏较深的矿床。直接开采是较原始的开采方式,局限性比较大,对生态环境的破坏也十分严重,主要表现在三个方面:
一是生态及水质破坏严重。无论是露天采矿还是井下采矿,都需要把地下水位降低到含油页岩层的层位以下,开采1立方米油页岩,一般需要抽出25立方米的地下水;采矿水极大地增加了地表水、地下水中硫酸盐的含量。在巴西,油页岩采矿长期破坏着矿山及其附近的生态平衡和水位水质的稳定。
二是灰渣污染严重。通过直接开采得到的油页岩用于提炼页岩油或直接燃烧,产生大量灰渣,如果不回收利用则不仅会造成空气污染,且废弃灰渣占地面积大,其中金属元素和微量元素渗入地下水体,危害人们生产生活。
三是直接开采占地较多,一旦开垦就无法完全修复。
地下转化工艺
地下转化工艺(ICP)是壳牌公司投入巨资研发出的开采油页岩及其他非常规资源的专利技术,对开发深部油页岩尤其有利。ICP开采油页岩的基本原理是在地下对油页岩矿层进行加热和裂解,促使其转化为高品质的油或气,再通过相关通道将油、气分别提取出来;将这些高品质的油(气)采集到地面进行加工后,可生产出石脑油、煤油等成品油。该技术的突出优点是:提高了资源开发利用效率;减少了开采过程中对生态环境的破坏,即少占地、无尾渣废料、无空气污染、少地下水污染及最大限度地减少有害副产品的产生。尽管该项技术现在还未完全商业化,但关键的工艺、设备等技术问题都已解决,并在美国科罗拉多州和加拿大阿尔伯特省进行了商业示范。按照2005年5月每桶原油开发成本计算,传统的干馏技术为20美元/桶,使用ICP技术生产成本为12美元/桶,ICP技术成本低于传统的干馏技术,该技术在油价高于25 美元/桶时可以盈利。中国吉林省油页岩资源丰富,但大部分埋藏于平原耕地之下,或者埋藏较深,吉林省地质矿产勘查开发局与壳牌勘探有限公司于2004年12月8日签署合作框架协议书,根据壳牌公司在北美ICP技术的研发及对吉林省油页岩资源的勘察情况,合资公司预计于2006年开始ICP技术商业示范,2010年后将开始全面商业运行。
油页岩的开采方式经过近两个世纪的发展,已取得许多成功的经验,并在不断改进,成熟的开采技术是油页岩工业崛起的有力保障。 国内主要采用的抚顺干馏工艺,其他工艺大多处于试验阶段。技术水平整体较低,跟行业内技术研究多山公司、地方政府支持、研究周期和规模不大有关。07年国家发改委公布《产业结构调整指导目录(2007年木)》,表示在今后几年将从信贷、税收等方而大力支持油页岩、油砂等非常规能源的发展,产业技术发展有望突破。
随着技术进步和环保意识的增强,油页岩资源从单纯的能源利用发展到综合利用,极大地提高了资源利用率,降低了成本,减少了环境污染,为资源的可持续利用提供了保障。油页岩矿石采出之后,最先是作为能源而被使用的,即干馏炼油和作为燃料。油页岩干馏后的页岩油可作为燃料油出售,也可以通过加氢精制和非加氢精制的方法生产轻柴油,提高页岩油附加值,精制后的重油作燃料使用。油页岩做燃料主要是用来发电,即直接用作锅炉燃料或进行低温干馏产生气体燃料而发电,还可用于供暖和长途运输。干馏和直接燃烧产生的灰渣和废气有不同的用途,灰渣可以用来充填矿井、制取水泥或陶粒、制砖等,现在有很多成功利用页岩废渣的技术;废气可以作为燃料燃烧产生蒸汽后供生产、生活使用,也可以循环利用,为油页岩的干馏提供热源。
油页岩的使用主要集中在提炼页岩油和发电上,因此干馏工艺和燃烧锅炉的发展直接影响着使用效果,降低成本、注重环保和充分利用资源的要求促进了油页岩利用技术的革新,主要表现在干馏工艺和燃烧锅炉的改进上。
干馏技术
目前,世界上许多国家都对油页岩干馏方法进行了研究,有的已形成工业化生产规模,中国、俄罗斯、爱沙尼亚的发生式炉及德国LR炉处理量小,油收率较低,工艺不先进,但投资少,适用于小规模的页岩炼油厂;爱沙尼亚Kiviter炉和美国TOSCO-Ⅱ炉处理量较大,投资中等,适用于中等规模的油页岩炼油厂;爱沙尼亚Galoter 、巴西Petrosix及澳大利亚Alberta-Taciuk炉处理量大,油收率高,产高热值煤气,投资高,适用于大、中型油页岩炼油厂。
油页岩悬浮燃烧与气化技术
油页岩作为燃料用于发电经历了漫长的研究开发过程,从油页岩悬浮燃烧与气化到油页岩流化床燃烧再到油页岩循环流化床燃烧,技术不断进步,效益不断提高,污染不断减少。
前苏联采用悬浮燃烧方式直接利用油页岩燃烧发电,20世纪50至70年代先后在爱沙尼亚和波罗的海建立3座电厂,总装机容量为2415MW,所配锅炉出力为65~320吨/小时。但出现了很多问题:锅炉实际出力减小,炉膛结焦,受热面高温腐蚀,尾部受热面堵灰;SO2和NOX 排放量大,严重污染环境;制粉系统耗电量大,锅炉维修费用高,运行不经济;机组可靠性差,经常被迫停机,且停炉检修时很长等。
油页岩流化床燃烧技术
前苏联首次开发燃油页岩流化床锅炉,于20世纪80年代对爱沙尼亚、波罗的海电站锅炉进行了改造,广东茂名、辽宁抚顺也先后应用了油页岩流化床锅炉,其突出优点是减少了炉膛结焦的可能性,对流受热面上也没有严重积灰,烟气中NO及NO2含量小,燃烧过程中可以吸收大量硫,锅炉实际输出功率增大,飞灰不会粘污锅炉过热器和省煤器管束,锅炉热效率达70%以上。实践证明油页岩流化床燃烧发电在技术上是可行的,但效率较低、经济效益较差。
油页岩循环流化床燃烧技术
循环流化床燃烧技术(CFBC)有效地提高了油页岩的利用率和锅炉的热效率,减少了污染气体的排放。它是油页岩发电最有利的燃烧方式,具有良好的煤种适应性、低温燃烧、燃用宽筛分颗粒,SO2、NO及NO2的排放量非常低,锅炉的效率在80%以上,这些突出的优点给油页岩能源利用和油页岩燃烧发电技术注入了新的活力,带来了新的机遇。中国、以色列等国在油页岩循环流化床燃烧发电的能源利用研究方面取得了成功经验,1989年以色列建成首台半商业化油页岩循环流化床燃烧示范电站,采用芬兰Ahlstrom公司的50吨/小时循环流化床锅炉。20世纪90年代以色列采用230吨/时循环流化床锅炉建造一座燃用油页岩商业化电厂,1996年吉林省桦甸油页岩示范热电厂采用3台东北电力学院研究制65吨/小时低倍率循环床油页岩电站锅炉,实现长期稳定运行。
油页岩的应用技术得到长足发展,给许多国家的经济发展做出了很大贡献。但不同国家油页岩主要用途差别较大,爱沙尼亚主要用来发电和提炼页岩油,近40年其电力生产的99%主要依赖于油页岩,巴西主要用作运输燃料,德国主要用于制造水泥和建筑材料,中国和澳大利亚主要用于提炼页岩油和用作燃料,俄罗斯和以色列主要用于发电。
油页岩开发利用约束条件主要有资源、经济、技术、环保和政策等。
(一)油页岩开发利用资源约束
资源约束包括储量基础、资源禀赋、地质条件、地理环境等各方面。
1.探明储量不足
有开采价值的油页岩探明储量是页岩油产业发展的基础。从全国宏观角度来看,我国油页岩开发利用最主要的约束因素是有一定品位(如含油率≥5%)的油页岩的储量不足问题。截至2008年底,全国评价的油页岩地质资源量高达7391×108t,然而探明的油页岩储量只有85×108t,其中含油率大于5%的剩余可回收页岩油储量只有2.78×108t,只有石油剩余探明经济可采储量的13%,如按生产周期计算至多只能形成800×104t/a的产能。这表明我国油页岩资源丰富,但勘查程度低,能开发利用的储量不足。
当前已知的较大规模的探明储量有辽宁抚顺油页岩矿、广东茂名油页岩矿和海南儋州油页岩矿,油页岩探明储量分别有二三十亿吨,合计占全国油页岩探明储量的89%,而且可露天开采。抚顺、茂名油页岩矿含油率约6%~7%,其中含油率≥5%的油页岩占到90%以上儋州油页岩矿含油率约5%,其中含油率≥5%的油页岩占到73%。抚顺矿务局每年开采抚顺西露天矿油页岩数百万吨,数年后将转为东露天矿油页岩。抚顺、茂名页岩油生产有很好的经济和社会效益,有扩大生产的良好发展前景。
我国还有十余处探明的值得开发的油页岩矿,例如吉林省桦甸、汪清罗子沟、山东黄县(龙口)有小型页岩油厂已投入生产,利用抚顺炉干馏炼油还有甘肃窑街也有公司正建气燃式干馏炼油方炉,大庆油田在柳树河盆地正建颗粒页岩干馏炼油装置,龙江哈尔滨煤化工公司在达连河正建油页岩流化干馏炼油装置,年产页岩油仅数万吨。这些油页岩矿由于探明储量不大,不可能有很大的发展。
2.资源禀赋较差
经验表明,在我国当前经济技术条件下,就页岩炼油而言,露天开采的油页岩矿要求含油率≥5%,地下开采的油页岩要求含油率≥8%。只有这样,页岩炼油才是经济的。德国页岩发电厂用的油页岩含油率在4%~4.5%,据此推测我国含油率3.5%~5%的油页岩资源可考虑用于页岩燃烧发电。发电用油页岩还要考虑其发热值的大小。
统计表明,我国油页岩资源禀赋较差。全国油页岩资源平均含油率只有6.59%,比国外大部分国家的油页岩平均含油率8%~13%要低许多全国含油率≥5%的油页岩资源只占54%。在全国81个油页岩含矿区中,平均含油率≥5%的油页岩含矿区只占75%,平均含油率≥8%的油页岩含矿区只占17%。有36%的含矿区其油页岩含油率≥5%的资源不足70%,其中又有25%的含矿区其油页岩含油率≥5%的资源不足50%。
我国资源量排在前十位的油页岩含矿区依次有吉林松南、陕西铜川—子长、黑龙江松北、西藏伦坡拉盆地和比洛错、新疆博格达山北麓、青海鱼卡、河南吴城、广东茂名盆地和内蒙古巴格毛德,油页岩地质资源量之和占到全国的93.6%。但是,油页岩资源量占到全国64.7%的松南、铜川—子长、松北、巴格毛德等4个含矿区的油页岩平均含油率<5%,而含油率≥5%的资源也不足35%。平均含油率较高的矿区有伦坡拉盆地(11.28%)、博格达山北麓(10.02%)、鱼卡(9.72%)和比洛错(9.18%),其次为吴城(6.22%)和茂名盆地6.01%等。
我国查明资源储量规模最大的油页岩含矿区是在吉林松南(原农安、松南、登娄库、长岭等几个含矿区),查明资源储量高达766×108t。但据所掌握的有限分析资料,松南含矿区油页岩虽然埋深浅,但矿层薄,且平均含油率只有4.8%,含油率≥5%的油页岩资源仅占34%左右。松南含矿区的油页岩资源至今未能开发利用。
因此,对我国来说,油页岩资源禀赋(或资源品位,主要是指含油率和发热值)是十分重要的不利因素。品位过低,就失去开发利用价值。
只有品位高的油页岩资源,才有开发利用价值。例如,已探明的吉林桦甸和山东黄县(龙口)油页岩含油率高达10%以上,尽管埋藏深,需地下开采,开采成本较高,但由于品位好,仍有开采价值,已经有企业着手开发。但探明储量不大,仅数亿吨。
3.地质条件不理想
对油页岩开发利用有影响作用的地质条件主要有油页岩矿层厚度、埋深、资源丰度、地质复杂程度。
矿层少、厚度大的油页岩有利于开采。我国大中型油页岩矿具有层数多、矿层薄等特点。油页岩矿层数多于5层的含矿区占25%,多于2层的含矿区占60%。河南吴城油页岩矿层数达到32层。开发条件较好的抚顺油页岩矿有2层,茂名油页岩矿有2层,桦甸油页岩矿有13层,罗子沟油页岩矿有27层。我国油页岩矿矿层累计厚度最薄只有0.72m,最厚达到160m(新疆博格达山北麓)厚度大于10m的含矿区占55%,厚度大于20m的含矿区只占31%。我国资源量排在前十位的油页岩含矿区,除新疆博格达山北麓油页岩矿较厚外,其他9个含矿区油页岩矿层厚度基本在10~35m范围内,一般在15~25m范围内。
埋藏浅的油页岩矿有利于开采。对地面干馏而言,油页岩开采深度一般要求小于500m。其中,埋深小于100m的油页岩矿适合于露采,埋深在100~500m的油页岩矿适合于井工开采。我国埋深在500m以浅的油页岩资源占65%,埋深在500~1000m的油页岩资源占到35%。适合于露采开采的油页岩矿主要有广东茂名、电白和高州,辽宁抚顺和凌源,海南儋州,吉林罗子沟,黑龙江阿荣旗和林口,内蒙古的巴格毛德、敖汉旗和奈曼旗,陕西的铜川和彬县,新疆的博格达山北麓、妖魔山、芦草沟和水磨沟,西藏伦坡拉盆地和比洛错等20余个含矿区。
资源丰度较高的油页岩矿有利于集中开发利用。由于我国油页岩矿厚度普遍较薄,含油率普遍不高,导致我国油页岩资源丰度总体较低。资源丰度≥6000×104t/km2的含矿区主要有辽宁抚顺、海南儋州、新疆准噶尔盆地的博格达山北麓和妖魔山、吉林罗子沟、内蒙古奈曼旗等含矿区资源丰度处于(6000~2000)×104t/km2的含矿区主要有广东茂名、电白和高州,吉林桦甸,甘肃窑街和炭山岭,陕西铜川,山东昌乐五图,河北丰宁四岔口和大阁等含矿区。
地质复杂程度简单的油页岩矿有利于开采。我国油页岩矿地质复杂程度中等—简单。对油页岩矿地质复杂程度的认识,取决于地质勘查工作程度。
4.地理环境多样
一般来说,平原、丘陵、黄土塬环境的油页岩矿交通便利、人口密集、市场条件好,有利于开发利用高原、山地、戈壁、沙漠环境的油页岩矿交通不便、人口稀少、市场条件差,不利于开发利用。
我国油页岩矿分布的地理环境复杂多样(图5-1)。在全国油页岩资源分布中,平原环境占44.0%,丘陵环境占7.5%,黄土塬环境占21.2%,高原环境占16.4%、山地环境占7.9%、戈壁环境占3.0%。平原、丘陵、黄土塬环境的油页岩资源占到72.7%,总体来说有利于我国油页岩资源的勘探开发。但是,在我国油页岩资源量排名前十位的含矿区中,有一半矿区分布在高原、山地、戈壁环境,如西藏伦坡拉盆地和比洛错处在高原环境,新疆博格达山北麓处于山地环境,青海鱼卡和内蒙古巴格毛德处于戈壁环境,这些地区的油页岩资源不利于开发利用。
图5-1 全国油页岩资源在不同地理环境中的分布
(二)油页岩开发利用经济约束
原油价格对油页岩的开发利用起到决定性的制约作用。如果国际原油油价太低,页岩油生产成本无法与原油竞争,则油页岩炼油产业就无法生存。例如,20世纪90年代初国际原油价格下降到10美元/桶左右,有近30a生产历史的茂名页岩炼油厂因严重亏损不得不在1992年停产。
当前国际上一般认为当原油价格高于40~50美元/桶时,油页岩炼油就可以盈利(Dammer,2007)。美国能源部于2007年9月公布的美国发展非常规能源规划的研究报告认为,在美国,当油价达到35美元/桶时,地下干馏生产页岩油已经有利当油价达到54美元/桶时,地上干馏生产页岩油成为有利。
最近几年国际原油价格高涨,至2008年7月高达147美元/桶(张抗,2009),促进了世界和我国的页岩油产业的发展之后,油价跌至2008年12月34美元/桶,但至2009年6月以来又有所回升,至80美元/桶左右波动。
近年我国主要有辽宁抚顺、吉林桦甸和罗子沟三处生产页岩油。抚顺用的油页岩是煤炭副产品,采矿成本不计于页岩油成本中,每吨生产成本约1000元人民币(折合21美元/桶)左右桦甸油页岩矿采取井工开采,页岩油每吨生产成本不到2500元人民币(折合52.5美元/桶)罗子沟油页岩矿采取露天开采,页岩油每吨生产成本约1800元人民币(折合38美元/桶)。2007年我国页岩油的平均价格在3000元人民币/t(折合63美元/桶),2008年则达到5000元人民币/t(折合105美元/桶),2009年10月以来页岩油售价约4500元人民币/t(折合95美元/桶)。这表明当前情况下我国页岩油生产是有利的。
但是,在金融危机的冲击下,2008年年底左右国际原油价格下降到40美元/桶以下,国内页岩油价格“跳水”,降到2000元人民币/t(折合42美元/桶),不少企业利润下滑,甚至亏损,而且页岩油销路不畅。有的企业刚建成投产页岩炼油装置,产品无销路,陷入了进退两难的尴尬局面。吉林几家民营页岩炼油厂由于页岩油库存爆满,不得不暂时停产或半停产。抚顺页岩炼油厂有油品储备罐,没有停产。这说明,低原油价格对我国页岩炼油产业有较大冲击。
以上说明,页岩油的售价对于发展页岩油产业起到了关键的作用。经济因素,尤其是原油的价格,是页岩油产业发展的决定性因素。在我国,页岩油通常作为燃料油出售,燃料油的价格和世界原油价格是密切相关的。经验表明,在我国当前的条件下,一般而言,对于可露天开采的油页岩,含油率下限定在5%以上,对于地下开采的油页岩,含油率下限定在8%以上,才是值得开发利用的。
国际业内专家普遍估计,世界经济恢复以后,到2010年底,国际原油价格将会重新升到80美元/桶以上(胡国松学,2009)。这对页岩油产业的发展是非常有利的。
如果油页岩矿有其他价值较高的伴生矿产资源,将有利于矿产资源综合利用和降低成本。
此外,融资困难也对油页岩产业发展形成制约。油页岩产业投资大,生产规模达到10×104t以上的油页岩炼油项目需要投资2~3亿元人民币以上,小企业没有这样的经济能力,银行贷款也困难。油页岩综合利用项目在建设资金上得不到保证。
(三)开发利用的技术约束条件
油页岩主要用于干馏炼油,也可用于直接燃烧产汽发电,以及页岩灰制取水泥等建材。
油页岩干馏炼油分为地下干馏和地上干馏。
地下干馏是指油页岩不经开采,直接设法在地下加热,使页岩分解生成页岩油气导出地面。地下干馏工艺适用于埋藏很深(位于地下500m、600m以下)、且油页岩层厚达数十米的油页岩矿藏。美国绿河油页岩矿藏有相当一部分适用于此类工艺我国油页岩矿普遍较薄,基本没有适合地下干馏工艺的油页岩矿区。尽管个别地区如新疆博格达山油页岩含油率高,矿层厚达160m,但地层产状陡,也不适合地下干馏工艺。而且地下干馏工艺尚不成熟,在美国也正处于现场中试阶段,在我国也未起步试验。
地上干馏是指油页岩经露天或井下开采,再经破碎筛分至所需的粒度,在所选用的合适的干馏炉内,加热至500℃左右干馏炼油。
当前,我国的抚顺块状页岩干馏炉是成熟的炉型,但处理量小,每台炉每天加工100t油页岩,油收率也低,只有实验室铝甑油收率的65%,而且开采出来经破碎筛分后留下来的小颗粒页岩大约占到15%~20%,这部分资源不能用于抚顺炉内加工而舍弃,因此不是理想的炉型。我国还有一种气燃式块状页岩方炉,每台炉每天加工可达300t油页岩,油收率较抚顺炉要高,但产出的页岩半焦的热量没有充分利用,也是缺点。再者,这两种炉型环保较差,三废较多,需要认真处理。
国外的干馏炉型,如巴西Petrosix块状页岩干馏炉,每台炉每天加工6000t油页岩,较抚顺炉的处理规模大60倍,油收率可达实验室铝甑油收率的90%,也是成熟的炉型,但其缺点是产出的半焦污染较大,需加以填埋、植被处理。
爱沙尼亚Galoter颗粒页岩干馏炉,采用热页岩灰做固体热载体,在回转炉中加热页岩干馏炼油,每台炉每天加工3000t油页岩,较抚顺炉的处理规模大30倍,油收率可达实验室铝甑油收率的85%,而且可将自矿藏开采出来的经破碎筛分的全部的颗粒油页岩用于炉子的干馏,且三废处理较易,污水量少,可直接送至电站锅炉烧掉,可以认为此种炉型是环境友好的炉型,是比较理想的,其缺点是工艺复杂,设备较多,操作较难。从工艺技术来看,选用Galoter炉有利于扩大生产规模,有利于提高生产效益,但是如选用Galoter装置,需要和生产或设计单位进行商务谈判,花费大量外汇才能加以引进。
当前抚顺矿务局引进了Taciuk颗粒页岩干馏炉(ATP)。Taciuk干馏炉系加拿大开发、澳大利亚放大、德国制造。由澳大利亚SPP/CPM在澳大利亚建设一台日加工6000t油页岩的示范型干馏炉,经几年的试运,开工率达60%,后SPP公司将该装置售予美国一能源公司,该公司认为Taciuk工艺不太成熟而停产。抚顺矿务局引进的Taciuk炉,规模也是6000t油页岩每天,可以将抚顺炉不能加工的颗粒页岩进行处理,该装置将于2010年年底以前试运。估计需要花费一定的时间才能达到正常运转。
除了引进先进的干馏工艺技术以外,中国当前还自主开发新的较先进的干馏炉型。中石油支持大庆油田采用大连理工大学开发的颗粒页岩干馏新工艺,拟建设一套日加工2000t油页岩的工业试验装置,年产5×104t页岩油。还有中煤集团支持黑龙江龙化公司在上海博申公司开发的粉末页岩流化干馏工艺的基础上、开展中试研究(50t油页岩/d),拟建设一套日加工2000t油页岩的工业试验装置,年产5×104t页岩油。这两项都是中国当前自主开发的干馏炼油项目,自中试放大到工业试验规模,是属于风险投资,但是值得鼓励的。
以上说明,我国现有油页岩干馏工艺成熟,但不适合发展大规模页岩油产业我国自主开发出的较先进干馏工艺处于中试阶段,需要相当长时间才能进入成熟技术。国外先进的油页岩地下干馏工艺尚不成熟,也不适合我国油页岩矿国外先进的油页岩地上干馏工艺比较成熟,适合发展大规模页岩油产业,但工艺复杂,技术引进需要花费大量外汇、资本投资回收期长,中小规模的企业承受不了。也就是说,目前的油页岩干馏工艺技术水平不支持页岩油产业大规模发展,未来几年油页岩干馏工艺技术水平有待提高,才能支持页岩油产业大规模发展。
(四)环境保护约束条件
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1m3油页岩,一般需要抽出25m3的地下水。抽出的地下水在沉淀固体颗粒后才能排到河里。国外系统监测显示,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、废水和半焦物质也可能引起环境问题。
环境保护是政府环保部门约束油页岩产业的主要条件。凡是页岩油生产的新建项目,其可研报告在各级发改委审批前,首先要通过环保部门的评审,对页岩油生产中废水、废料和废气所含的污染物及其处理和排放,都有严格的规定。
对于已存在的页岩油厂和油页岩电站,对环保的要求则较宽松。抚顺矿业集团有两座页岩油厂,其环保几年来虽有改进,厂区绿化较好,但抚顺式炉加料斗未设中间缶,每隔一定时间进料时,炉内油气会外泄,污染大气此外,生产中发生的污水加入炉底水盆,经页岩灰吸收自水盆排出,从而避免了污水直接排入水系,工厂称为污水的“零排放”,实际上这是污水污染的转移,使得排放至舍场的页岩灰含有了更多的污染物。抚顺矿业集团现正采取措施,在露天矿坑口的页岩油厂增设污水处理装置,参照一般炼油厂的污水隔油、浮选和生化处理三道工序处理污水,将净化后的污水加入水盆,以便出水盆的页岩灰不致被污染。吉林汪清页岩炼油厂的三废污染非常严重,臭气熏天,是环保较差的典型。
近年来,我国节能减排任务相当艰巨,政府对节能减排的要求越来越严格。2009年以来,国家还积极研究制订应对全球气候变化战略措施,把控制温室气体排放和适应气候变化目标作为制订中长期发展战略和规划的重要依据,纳入国民经济和社会发展规划中。这对油页岩产业发展是重大挑战。
此外,平原地区油页岩资源多分布有基本农田或耕地。例如,吉林扶余、前郭、农安、长春岭等地的油页岩资源分布区,多是国家生态粮食基地,老百姓吃水主要依靠地下水,油页岩开发可能破坏地下水和粮食基地生态环境。因此,吉林省国土资源厅建议把这些地区的油页岩资源作为战略资源储备起来。海南省把建设生态环境、发展旅游业作为本省的发展战略,儋州油页岩矿的开发将受到重大挑战。
以上表明,环保对油页岩产业的发展越来越严格了。油页岩开发利用的环境保护问题将对未来油页岩产业的发展起很大制约作用。
(五)政策约束条件
对油页岩开发利用来说,尽管重大影响因素主要是石油价格,但适宜的政策对其发展亦十分重要。油页岩产业发展主要涉及财税优惠政策、环境保护政策和资源政策。
有合理的财税优惠政策护持,可以保障页岩油产业可持续发展,在低油价下保证页岩油生产可以赢利或减少损失。我国曾有针对油页岩作为煤矿副产综合利用的财税优惠政策。国家发改委、财政部、国家税务总局于2004年在关于印发《资源综合利用目录》(2003年修订)的通知中,将煤的伴生油页岩及所生产的页岩油列为综合利用的产品给予税收优惠的政策。历年来优惠政策包括增值税即征即退,及对企业所得税实行税收优惠。这对煤矿充分利用其副产———油页岩资源、促进我国页岩油产业的发展起了很好的促进作用。但在《资源综合利用企业所得税优惠目录》(2008年版)中,却未明确列入煤系伴生矿油页岩及其所生产的页岩油产品。经抚顺矿业集团询问,国家发改委有关人士说遗漏了。抚顺矿业集团希望考虑如2004年那样将页岩油列入综合利用产品给予税收优惠的政策。
但是,我国没有针对独立油页岩矿、油页岩主矿开发利用的财税优惠政策。尽管国家发改委于2007年提出的产业结构调整指导目录中,将油页岩列为第一类鼓励类的项目(“六、石油、天然气”中的“2.油页岩等新能源勘探及开发”),这应该会对我国油页岩产业的发展起到鼓励和促进作用,但效果不如力度大的财税优惠政策。
我国没有针对油页岩产业的专门环保政策。制定油页岩开发利用环境保护的规范和合适政策,既可以促进油页岩产业可持续发展,也可以避免油页岩开发利用造成环境破坏。
我国现行资源政策对油页岩资源没有特殊规定,对油页岩资源的管理重视不够。一些地区和单位存在地方保护主义,影响了油页岩资源的开发利用。例如,有雄厚经济、技术实力的能源公司,可能无法得到好的油页岩矿有油页岩资源的地方或单位,可能不具备油页岩开发的经济和技术实力,或不准备进行开发利用。因此,需要研究资源管理政策对油页岩开发利用的约束。
综上表明,未来有关优惠政策、环保政策、资源管理政策等方面的合理制定将促进我国油页岩产业健康发展。
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