油頁(yè)巖開(kāi)采技術(shù)發(fā)展方向及趨勢(shì)

劉榮斌

摘要： 隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和人類(lèi)對(duì)于資源認(rèn)識(shí)的不斷深入，油頁(yè)巖近年來(lái)普遍為各個(gè)國(guó)家和地區(qū)所重視。油頁(yè)巖本質(zhì)上是有機(jī)質(zhì)的沉積巖，經(jīng)過(guò)一系列處理之后可以獲取類(lèi)似原油的頁(yè)巖油與頁(yè)巖氣，是助力經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)重要油氣資源。非常規(guī)油氣資源是國(guó)家安全與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，資源開(kāi)發(fā)在帶來(lái)發(fā)展的同時(shí)，還存在破壞環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。如何解決資源開(kāi)采和環(huán)境保護(hù)的矛盾，從中尋求平衡點(diǎn)，值得深思。本文中介紹了油頁(yè)巖開(kāi)采技術(shù)以及其發(fā)展趨勢(shì)。

Abstract： With the continuous development of the economy and the continuous deepening of human understanding of resources， oil shale has been widely appreciated by various countries and regions in recent years. Oil shale is essentially an organic sedimentary rock. After a series of treatments， shale oil and shale gas similar to crude oil can be obtained， which is an important oil and gas resource for economic development. Unconventional oil and gas resources are an important material basis for national security and economic development. While resource development brings about development， there is also the risk of damaging the environment. How to solve the contradiction between resource exploitation and environmental protection and find a balance point is worth considering. This article describes the oil shale mining technology and its development trend.

關(guān)鍵詞： 油頁(yè)巖；開(kāi)采技術(shù)；環(huán)境影響

Key words： oil shale；mining technology；environmental impact

中圖分類(lèi)號(hào)：TD83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）18-0240-02

0 引言

油頁(yè)巖采礦技術(shù)可分為傳統(tǒng)的地面干餾技術(shù)和地下原位采礦技術(shù)。地面干餾技術(shù)是指通過(guò)露天礦坑或地下采礦隧道到地面的油頁(yè)巖，在粉碎篩選到所需的尺寸、區(qū)塊或轉(zhuǎn)移后，通過(guò)加熱碳化頁(yè)巖油、頁(yè)巖氣和頁(yè)巖炭來(lái)產(chǎn)生。原位采礦技術(shù)意味著埋藏在地下的油頁(yè)巖沒(méi)有開(kāi)采，并直接在地下進(jìn)行加熱，轉(zhuǎn)化為頁(yè)巖油或頁(yè)巖氣，并將其輸送到地面。地表干餾技術(shù)特點(diǎn)是一次性投資大、工藝簡(jiǎn)單化、技術(shù)綜合化、成本較高。原位開(kāi)采技術(shù)要求高，還沒(méi)有取得廣泛的應(yīng)用，仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

1 油頁(yè)巖勘探開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀

1.1 油頁(yè)巖的基本特征

油頁(yè)巖巖性特征。油頁(yè)巖是一種沉積巖，層理是密實(shí)的，顆粒勻稱(chēng)稱(chēng)為“油頁(yè)巖”。其次，油頁(yè)巖類(lèi)型。頁(yè)巖由于母質(zhì)和周?chē)h(huán)境的差異，分為陸相頁(yè)巖、湖泊頁(yè)巖和海洋頁(yè)巖三種類(lèi)型。三種主要的區(qū)別是：在有機(jī)質(zhì)含量上，大陸頁(yè)巖的脂質(zhì)含量較高。湖相油頁(yè)巖主要由湖泊藻類(lèi)和浮游生物形成。海洋頁(yè)巖主要來(lái)自早期微生物沉積埋藏后形成。就我國(guó)而言，目前我國(guó)的油頁(yè)巖多是屬于陸相的。

1.2 油頁(yè)巖的勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

雖然經(jīng)過(guò)一系列的工藝處理過(guò)程，可以獲得類(lèi)似的油頁(yè)巖油和天然氣，而且早在1821年就發(fā)現(xiàn)了，但由于人類(lèi)認(rèn)知水平和技術(shù)的局限，大規(guī)模開(kāi)采和使用油頁(yè)巖還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。僅在近年來(lái)美國(guó)對(duì)油頁(yè)巖資源開(kāi)發(fā)利用領(lǐng)域，介紹了相應(yīng)的鼓勵(lì)政策，油頁(yè)巖開(kāi)采與進(jìn)展有關(guān)，頁(yè)巖也逐漸獲得了大規(guī)模的開(kāi)采。

到目前為止，美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量占天然氣總產(chǎn)量的35%以上，成為世界上最大的天然氣生產(chǎn)國(guó)。美國(guó)的這一倡議是值得世界其他國(guó)家特別是我國(guó)參考和考慮的一個(gè)主題。2011年以來(lái)，中國(guó)有關(guān)部門(mén)開(kāi)始實(shí)施頁(yè)巖氣投資管理，這被稱(chēng)為中國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)利用的勘探階段。2012年11月，中國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)采正式進(jìn)入高速發(fā)展階段，在1HF井中生產(chǎn)高產(chǎn)量頁(yè)巖氣。自2017年以來(lái)，中國(guó)油頁(yè)巖資源開(kāi)發(fā)一直處于世界前列。

1.3 國(guó)內(nèi)油頁(yè)巖資源現(xiàn)狀

我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，歷來(lái)被認(rèn)為是資源豐富的國(guó)家。特別是油頁(yè)巖資源豐富，蘊(yùn)藏著豐富的自然資源。根據(jù)目前的統(tǒng)計(jì)，中國(guó)的油頁(yè)巖資源約為7199.37×108t。大部分油頁(yè)巖集中在我國(guó)東部和中部和西北地區(qū)。從地層的角度來(lái)看，油頁(yè)巖主要分布在中生代和新生代。在地理環(huán)境方面，我國(guó)油頁(yè)巖儲(chǔ)量占總油頁(yè)巖儲(chǔ)量的80%以上。

2 油頁(yè)巖開(kāi)采技術(shù)

2.1 油頁(yè)巖地面干餾

地面干餾，即通過(guò)露天開(kāi)采或地下開(kāi)采，將油頁(yè)巖轉(zhuǎn)移到表面，經(jīng)過(guò)粉碎篩選到所需的尺寸，然后進(jìn)入干餾過(guò)程，在蒸餾過(guò)程中獲得頁(yè)巖油。根據(jù)干餾的不同方法，可以進(jìn)一步將油頁(yè)巖干餾分為外熱和內(nèi)熱蒸餾。外部熱蒸餾是指將油頁(yè)巖通過(guò)爐壁輸送到爐內(nèi)，從而加熱干餾。與放熱干餾相反，內(nèi)部熱蒸餾是在爐內(nèi)與油頁(yè)巖直接接觸，然后實(shí)現(xiàn)油頁(yè)巖的熱解。同時(shí)避免外部加熱干餾的上述缺點(diǎn)，但內(nèi)部加熱干餾，以充分利用不同大?。▔K狀、顆粒、粉末），油頁(yè)巖，經(jīng)常需要配備各種反駁，同時(shí)在工藝技術(shù)和設(shè)備比較復(fù)雜，增加了成本。

2.1.1 撫順爐技術(shù)

本文首先對(duì)撫順爐干餾工藝流程進(jìn)行了分解，對(duì)油頁(yè)巖進(jìn)行了篩選，用10mm顆粒大小的顆粒作為尾礦，用10～75mm顆粒大小的顆粒作為完成的頁(yè)巖，進(jìn)入還原爐。在干餾段熱解過(guò)程后，可以在大量的頁(yè)巖油中產(chǎn)生頁(yè)巖油。在這一點(diǎn)上，干餾段的剩余部分稱(chēng)為頁(yè)巖半焦，然后進(jìn)入氣化段和上升的飽和主風(fēng)，在蒸餾過(guò)程中進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。反應(yīng)后，爐內(nèi)殘留的材料為頁(yè)巖渣，其中一些與尾礦一起運(yùn)輸?shù)蕉褕?chǎng)。另一部分被回收利用。在出口冷凝系統(tǒng)后，干餾分回收頁(yè)巖油和干氣。作為干餾氣體的副產(chǎn)物，可以通過(guò)以下方式合理使用：它可以作為一種循環(huán)氣體在加熱爐中加熱；可作為蓄熱爐燃燒的燃料；它也可以用作燃?xì)忮仩t的燃料。撫順爐炭化技術(shù)，操作簡(jiǎn)單，工期長(zhǎng)，但單爐容量?。?00t/d），資源利用率低（80%），產(chǎn)油率低（<70%），低能耗，環(huán)保，適用于低含油量低油頁(yè)巖的小型加工廠。

2.1.2 Kiviter和Galoter干餾器

Kiviter和Galoter干餾器愛(ài)沙尼亞油頁(yè)巖工業(yè)中應(yīng)用兩種地面干餾器，早期開(kāi)發(fā)的Kiviter干餾器是立式的，適合于處理塊狀頁(yè)巖以及燃燒天然氣，日處理油頁(yè)巖能力為1000t。新的Galoter干餾設(shè)計(jì)是一種臥式流化床干餾器，日生產(chǎn)能力大約為3000t，為降低能源投入，實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)能，在其干餾處理中，用頁(yè)巖碎屑作為固體加熱的載體。雖然其處理過(guò)程比Kiviter干餾器復(fù)雜許多，但穩(wěn)定性得到提高，最近實(shí)現(xiàn)了一年6200h連續(xù)作業(yè)。

2.1.3 Petrosix技術(shù)

Petrosix該技術(shù)是由巴西國(guó)家石油公司開(kāi)發(fā)的一種利用氣體熱載體法進(jìn)行油頁(yè)巖干餾的技術(shù)。油頁(yè)巖破碎、篩后，顆粒尺寸為6.4～76mm，首先由餾出物干餾段熱解得到，所需的熱量由爐中間的熱氣體提供。另一部分由爐底的回收氣體提供。這兩種氣體都是在過(guò)程中產(chǎn)生的。由油頁(yè)巖吸收的上游氣流，在干熱地區(qū)凝結(jié)成油或霧。頁(yè)巖油和副產(chǎn)物被旋風(fēng)和靜電捕集器回收，而頁(yè)巖尾礦和垃圾則被丟棄。Petrosix碳化技術(shù)單爐處理大型（2200t/d），高輸出（110t/d），高利用率的頁(yè)巖和石油產(chǎn)量（可以達(dá)到超過(guò)90%），環(huán)境保護(hù)，和熱可以自給自足，但頁(yè)巖未充分利用的大小小于6.4mm，反駁的大型設(shè)備，維護(hù)和操作困難，適合大型石油頁(yè)巖。

2.2 油頁(yè)巖原位干餾

油頁(yè)巖的原位分餾，也稱(chēng)為地下干餾，是指地下油頁(yè)巖層未被開(kāi)采，而熱煙氣是由燃燒產(chǎn)生的，因此直接加熱，并在原地分餾。與地面干餾相比，該技術(shù)不需要從油頁(yè)巖中提取石油和天然氣，大大降低了開(kāi)采成本。根據(jù)熱解過(guò)程，油頁(yè)巖的原位熱解可分為原位回火和原位回火。①真地下干餾，指的是通過(guò)洞地下頁(yè)巖地層被摧毀，然后到空氣中燃燒，熱煙氣在前進(jìn)之前，接觸新的頁(yè)巖加熱干餾，頁(yè)巖油氣生成出口集合使用地面，其余的油頁(yè)巖半焦炭當(dāng)時(shí)空氣燃燒頁(yè)巖灰，繼續(xù)轉(zhuǎn)移熱量燃燒產(chǎn)生的煙氣，加熱油頁(yè)巖地下碳化進(jìn)程。②改良的地下干餾，指的是少量的頁(yè)巖到地表，首先使地下的頁(yè)巖層形成在一定的空間內(nèi)，再通過(guò)爆破頁(yè)巖大面積的破碎，溝道形成縫隙，然后進(jìn)入空氣燃燒，進(jìn)行地下干餾。

2.3 油頁(yè)巖原位轉(zhuǎn)化

油頁(yè)巖開(kāi)采技術(shù)原位轉(zhuǎn)型是近年來(lái)新興的，直接到地下油頁(yè)巖熱，使其原位復(fù)雜的物理化學(xué)，最后為頁(yè)巖熱解產(chǎn)品石油和天然氣，然后通過(guò)石油和天然氣的開(kāi)采生產(chǎn)井為二次加工。與其他采礦方法相比，它具有工藝流程低、成本低、采收率高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)利用的重要途徑。

3 露天采礦技術(shù)發(fā)展主要方向

露天采礦是指作業(yè)場(chǎng)所敞露于地表，將掩蓋在礦體上部的表土及巖石剝除，再對(duì)礦石進(jìn)行有效開(kāi)采。主要施工機(jī)械有挖掘機(jī)、礦山運(yùn)輸車(chē)、裝載機(jī)、推土機(jī)等。主要工序有礦山山體剝離及礦石開(kāi)采。礦山山體剝離首先要根據(jù)地形地貌修筑上山臨時(shí)道路，以及到排土場(chǎng)的臨時(shí)道路，再?gòu)纳巾敺謱油轮饘颖崎_(kāi)挖，控制臺(tái)階高度，每個(gè)工作流程設(shè)置2-4個(gè)工作平臺(tái)。礦石開(kāi)采主要是根據(jù)礦石分布情況進(jìn)行分層開(kāi)采，將礦石表層及周邊的土石剝離干凈后，進(jìn)行爆破開(kāi)挖，確保土石和礦體分離符合要求。露天開(kāi)采與地下開(kāi)采相比，主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力大，作業(yè)空間約束相對(duì)較小，安全系數(shù)較高。

近年來(lái)，我國(guó)露天開(kāi)采技術(shù)不斷發(fā)展，越來(lái)越多的大型采礦設(shè)備，國(guó)內(nèi)露天礦開(kāi)挖設(shè)備斗容量達(dá)到15立方米以上，大型運(yùn)輸設(shè)備，電動(dòng)輪車(chē)載重噸位154噸，大大提高了礦山生產(chǎn)能力。但隨著石油等主要原材料價(jià)格持續(xù)上漲，CPI上漲，礦業(yè)成本飆升。隨著露天礦開(kāi)采條件的惡化，礦山運(yùn)輸距離增加，運(yùn)輸效率降低，運(yùn)輸能耗增加，礦區(qū)環(huán)境惡化等污染問(wèn)題，制約了我國(guó)露天開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展。因此，有必要從開(kāi)放采礦技術(shù)的來(lái)源探索新的采礦技術(shù)方法和配套設(shè)備，解決高成本、高污染、高能耗的問(wèn)題。

密集的大型露天礦山連續(xù)開(kāi)采技術(shù)變換礦井運(yùn)輸理念，拋棄了傳統(tǒng)移動(dòng)運(yùn)輸?shù)母拍睿l(fā)展的傳播類(lèi)型煤礦物流新理念、露天開(kāi)采技術(shù)的創(chuàng)新理論和實(shí)踐建立露天采場(chǎng)采礦礦石加載-破碎輸送的集中化開(kāi)采系統(tǒng)。這將是一種新的露天采礦方法，將提高采礦技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保和節(jié)能。這是大型露天礦未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在在過(guò)去的幾年中，油頁(yè)巖的開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展和逐漸成熟，根據(jù)美國(guó)、愛(ài)沙尼亞、中國(guó)、巴西和其他國(guó)家油頁(yè)巖的開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，世界油頁(yè)巖行業(yè)克服所面臨的技術(shù)問(wèn)題，如能耗、頁(yè)巖油復(fù)蘇，油頁(yè)巖浪費(fèi)，二氧化碳排放，地下水的保護(hù)等，努力提高新技術(shù)的可操作性和穩(wěn)定性，控制開(kāi)發(fā)成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力與常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)。

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