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油页岩:石油危机的一剂解药

时间:2015年06月20日      作者      点击

无论是西方还是东方,石油的认识发现都有着悠久的历史。但是工业革命之后,人们才逐渐意识到这种矿产的重要性,将其视为“工业的黑色血液”,也是近百年来的事情。但是随着人类社会的发展,石油这种不可再生资源日渐枯竭,寻找方便好用的替代能源成为了当下之急。

石油,储存在石缝里的珍贵能源

首先要更正一个误区,石油并不是像一个巨大的地下暗湖那样,藏在地下的某一个的地方等待人们开采。它们都藏身在地下的石头里,随处可见的砂岩或者灰岩等都是石油理想的藏身之所。肉眼看来,这些石头致密无缝,但实际上其中还存在很多的空隙。

以砂岩为例,当无数的沙粒在地质过程中被堆放在一起时,它们之间夹杂的流体非常容易在这些沙石深埋向地下的过程中把它们都粘合在一起。松散的沙粒在压力和温度的双重作用下变成了砂岩。如果极为巧合的,它恰好处在生油岩(可以生成石油的特殊岩石)附近,那些源源不断生成的石油就会向周围流动并储存在砂岩的孔隙中。

  

 

图一:图中的白色颗粒为石英颗粒或长石颗粒,浅红色部分则是砂粒(更专业地说:碎屑颗粒)间的孔隙,这些孔隙就是石油储藏的地方。

石油矿藏的形成条件非常严苛,无论是在石油生成、运移或储存的过程中,极细微的条件不适都有可能破坏矿藏的形成,因此地球上可开采的石油十分有限。在人类快速发展的节奏之下,石油的储量也逐渐捉襟见肘,石油枯竭已经是可以预见的未来。于是,一种新的替代能源悄然走进了大众的视野,它很像是蕴藏在石头中的石油,但其实又有着很大的区别。

油页岩,储量高于石油的便捷能源

确定的来说,它并不简单的是蕴藏着石油的岩石,甚至严格来说页岩都不是,而是一种由极细小的泥质颗粒以及多种有机物组成的具有高灰分的固体可燃有机矿产。

本质上来说,油页岩和石油有着极其亲密的关系,因为油母质(Kerogen,又可音译做干酪根)对它们都起着至关重要的作用。石油由油母质通过排烃作用形成的碳链有机物聚集而成,而油页岩最重要的部分则直接由油母质和沥青构成。不同呢?也很明显,石油是液体,而油页岩则直接在概念中就强调了它是固体的可燃有机矿产。石油更像是藏在海绵中的水,只有挤出来了以后才能更好的加以利用,而油页岩则像是揉到面粉里去的鸡蛋,很难再分离出来,但是可以直接烘烤成美味的蛋糕。我们需要从埋藏很深的岩石缝隙中设法将石油挤出来,采集汇拢到地面上再进一步加工利用。而由于成藏较浅,油页岩可以在开采出来以后,直接参与燃烧提供热能。

而且,把油页岩挖掘出来以后再进行处理并不是唯一的方法,另一种地下干馏的技术也在试运行中。通过这种方法,我们可以不用将油页岩采出地表,而是直接将干馏设备置入地下,通过一系列特殊的处理以获取页岩油,从而有效避免在开采过程中造成的附加经济投入和环境破坏。

在油页岩方面,美国最大的优势在于储量丰富。根据2006年的对世界范围内33个国家和地区的油页岩资源的综合统计结果,折算成页岩油,总储量超过4000亿吨,远远超过了世界石油资源储量1500亿吨,总资源量3000亿吨的数据。其中美国的油页岩储量3035.66亿吨,约占世界总储量的66%,牢牢占据第一的位置。中国储量虽然排名第二,但476.44亿吨的储量与美国相比,还是有着非常大的差距。

  

 

图二:截止2006年,美国页岩油评估储量遥遥领先

油页岩应用,爱沙尼亚已经走在了前面

虽说数据显示美国的油页岩储量大得惊人,但在开发利用中,他们并没有显示出很大的兴趣。一方面,美国老牌的石油行业依然可以从石油出口国获取丰富的石油资源,并不会像其他国家一样面临无米为炊的困境;另一方面,由于生产经验积累较少,油页岩的开发和利用也存在技术上的难题和环境污染的担忧。资金投入和产出无法实现利益最大化,这些都是此前没有大力投入的原因。

位处波罗的海之滨的爱沙尼亚共和国在利用油页岩方面倒是取得了不错的成果。目前他们拥有世界上最大的油页岩电站,并且还在增建干馏炼油炉。说到这里,不得不提到爱沙尼亚的锅炉技术革新。之前利用油页岩的发电站多采用粉末页岩悬浮式燃烧锅炉,这种锅炉带来的最大问题就是在燃烧后排放的废气,其中含有大量的二氧化硫、氮氧化物、悬浮颗粒物等污染物;而在近年,颗粒油页岩循环流化燃烧锅炉的使用很好的减少了电站排放空气污染物的量,使油页岩排放的污染物水平低于欧盟的排放标准。锅炉的进步不仅缓解了对排放物对环境造成的压力,也让油页岩的应用前景变得更加明朗。

  

 

图三:爱沙尼亚境内的油页岩电站

目前来看,爱沙尼亚和巴西确实在油页岩的实际应用上走在了这个行业的最前面。但是相信凭借美国强有力的石油化工技术积累,一旦开采石油的获利会低于开采油页岩的利润,他们将很快调转矛头将巨大的资源投放在自身就极具优势的油页岩开发上来。根据国际能源署(IEA)发布的2012年《世界能源展望》,美国已经具备了从油页岩中提炼页岩油的所有技术能力,并将能够继续提高提取效率。预计到2020年,美国的产油量将达到日产1110万桶的水平,届时将会取代沙特阿拉伯,成为世界最大产油国。

中国油页岩发展利用现状

在大庆油田被发现之前,中国一直被扣着贫油国的帽子。原因很简单,在国际研究的过程中,石油是以海相沉积为主,而中国版图上,适合生油的那几个时期所保存的沉积岩中鲜有海相沉积,或者海相的沉积条件不够好,不足以形成超大型油气田。直到后来,在黄汲清提供的地质理论支持下,在大庆发现了河流成因的超大型油气田以后,陆相成油的理论逐渐被人们所接受,并且在后来的开采中改变了中国贫油国的形象。

油页岩的勘探开发依然面临着同样的问题:虽然评估储量并不吃亏,可是极为复杂的地质条件让中国的油页岩开发有很艰巨的旅程要走。像石油一样,西方的理论研究依然是以海相生成油页岩为主导,而中国的油页岩则以陆相生成的为主,部分以海陆过渡相为补充,地质成因的巨大差距让国外的科研成果难以借鉴。中国的地学人需要在一片不算全新的土地上拓荒而行。

目前,辽宁抚顺的油页岩矿是国内最大油页岩生产基地,只是该矿西露天矿区的开采已进入晚期,东露天矿区的勘探和开发已成为重点地区,之后该矿区将逐渐转向综合利用方向。广东茂名的油页岩产业虽然一度因为投资高于回报而停产,终于在2004年后,扶持利用低值燃料发电的趋势下重新为当地发电,以缓解当地煤电供应的压力。

  

 

图四:广东茂名油页岩发电项目规划图

事实上,高投入低产出和环境污染问题也是中国利用油页岩所面临的最大的问题,想要短时间内让油页岩成为像石油一样的地位还是相当困难的。不过相信随着石油资源供给的进一步紧张,以及相关技术的进一步发展,油页岩作为一种新型传统能源,油页岩在缓解能源危机中还是起到重要作用的。

 

 

注:本文转自http://www.guokr.com

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