一塊油頁巖躺在地上，插著電極。通電后，它將被擊穿，再通過加熱，就能提取出頁巖油，也就是頁巖層系中所含的石油資源。
這是5月末記者在吉林大學(xué)的油頁巖項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)基地里看到的。這一幕或許意味著，在尋找替代資源的路上，我們又前進(jìn)了一小步。
自從1911年丘吉爾下令將英國(guó)皇家海軍的燃料從煤替換成石油以來，石油，就對(duì)構(gòu)筑世界政治版圖起著巨大作用。而隨著石油資源的逐步使用，人類對(duì)替代資源的研發(fā)也一直在進(jìn)行。
油頁巖，蘊(yùn)藏著干酪根物質(zhì)，石油和天然氣都是由此生成。油頁巖未來可作為石油和天然氣的替代資源。但目前，人類對(duì)油頁巖的勘探、開發(fā)和利用的能力還有限。
2009年，以吉林大學(xué)為主的項(xiàng)目組啟動(dòng)了國(guó)家潛在油氣資源(油頁巖勘探開發(fā)利用)產(chǎn)學(xué)研用合作創(chuàng)新項(xiàng)目，吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院院長(zhǎng)孫友宏擔(dān)任項(xiàng)目執(zhí)行總負(fù)責(zé)人。經(jīng)過近4年鉆研，如今，項(xiàng)目取得突破性成果。
5月31日，記者走進(jìn)了項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)基地，探尋油頁巖背后的那些“石破天驚”的秘密。
儲(chǔ)量
我省探明油頁巖儲(chǔ)量占全國(guó)比例超八成
孫友宏介紹，油頁巖通過低溫干餾可獲得頁巖油，含油率大于3.5%，屬于非常規(guī)油氣資源。
全球油頁巖蘊(yùn)藏的頁巖油資源量大約4110億噸，相當(dāng)于目前世界已探明的原油和凝析油剩余可采儲(chǔ)量的3倍。“油頁巖除了可以提取出頁巖油和天然氣，還可用于發(fā)電和供暖，廢渣還可提取化工產(chǎn)品、制備多功能材料和生產(chǎn)建筑材料等。”孫友宏說。
他手中一份新一輪全國(guó)油頁巖資源評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：全國(guó)預(yù)測(cè)油頁巖資源7256億噸，頁巖油資源476億噸，相當(dāng)于傳統(tǒng)石油資源量的1.5倍，居世界第4位。我省油頁巖探明資源儲(chǔ)量844.5億噸，約占全國(guó)探明油頁巖資源的81%。“我省巨大的儲(chǔ)量，也是項(xiàng)目由吉林大學(xué)為主導(dǎo)的原因之一。”孫友宏說，這些資源主要分布在松遼盆地南部，包括扶余、農(nóng)安、長(zhǎng)嶺等礦區(qū)，以及樺甸盆地、梅河盆地、延吉羅子溝盆地。
開發(fā)
必須在缺氧情況下進(jìn)行超過500℃高溫干餾
人類對(duì)油頁巖的開發(fā)利用已有一百多年，但主要以地面干餾技術(shù)為主。通過傳統(tǒng)露天開采，將油頁巖礦石開采到地表后，再經(jīng)過低溫干餾，制取頁巖油或燃燒發(fā)電。這種技術(shù)屬于粗放型，每次只能提煉出5% ~7%的頁巖油，卻產(chǎn)生超過90%的廢渣，廢氣、廢水和廢渣污染環(huán)境。這成了世界性難題要把油頁巖變成油，必須要在缺氧的情況下，進(jìn)行超過500攝氏度的高溫干餾。
隨著石油資源日漸減少，國(guó)際大石油公司開始研發(fā)油頁巖地下原位轉(zhuǎn)化開采技術(shù)，直接給地下的油頁巖層加熱，使它在地下裂解，生產(chǎn)出頁巖油和天然氣，最后通過生產(chǎn)井把油氣開采出來。
荷蘭殼牌集團(tuán)研發(fā)了這種技術(shù)，并成功進(jìn)行了野外示范工程，但沒有進(jìn)行商業(yè)化開采。2005年，殼牌公司帶著這項(xiàng)技術(shù)來到油頁巖儲(chǔ)量巨大的吉林省開采，但由于我省油頁巖埋藏深、層位薄、含油率低，最后無果而終。
突破
快速原地提取石油通過室內(nèi)試驗(yàn)
吉林大學(xué)校內(nèi)有一棟“油頁巖綜合樓”，油頁巖項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)基地就在這里。該校的油頁巖項(xiàng)目在2009年正式啟動(dòng)，油頁巖地下原位開采技術(shù)和油頁巖綜合利用技術(shù)是項(xiàng)目重點(diǎn)。“我們開展了三種地下原位開采技術(shù)，都順利通過室內(nèi)試驗(yàn)。”孫友宏說，項(xiàng)目使頁巖油回收率提高12.4%。
在基地副主任郭威的帶領(lǐng)下，記者走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。幾塊油頁巖躺在地上，其中一塊插著兩個(gè)“針頭”，“這是一個(gè)電極，我們假設(shè)這是油頁巖地層，在上面鉆兩個(gè)孔，分別下入電極的正極和負(fù)極，通過地下高壓電，把巖層擊穿，產(chǎn)生石墨化裂隙，然后再通過工頻電對(duì)它進(jìn)行加熱，這樣就能提取頁巖油。”這個(gè)過程，是通過實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的高壓-工頻油頁巖地下裂解試驗(yàn)裝置進(jìn)行的。“我們研制的這個(gè)設(shè)備，可以快速開采出石油。”郭威說，他們已經(jīng)通過室內(nèi)試驗(yàn)總結(jié)出了工藝和方法，“今年要帶著這幾項(xiàng)技術(shù)到農(nóng)安、松原等地，開展先導(dǎo)性試驗(yàn)。”
未來
我省計(jì)劃2020年實(shí)現(xiàn)頁巖油年產(chǎn)千萬噸
郭威的筆記本里記載著多次試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，通常，一噸吉林省的油頁巖，可提取出50~80kg頁巖油、1500~2000立方米的天然氣。“不僅如此，油頁巖經(jīng)干餾提取后的廢渣，還可制備滿足4~5噸水泥的熟料填料、200~300塊建筑空心磚。”郭威介紹，這些廢渣還可制備高附加值的化工材料，比如 100~200kg的三氧化二鋁、300~400kg的白炭黑、100kg左右的發(fā)光粉材料。
孫友宏說，實(shí)現(xiàn)油頁巖地下原位開采技術(shù)，不僅能緩解我國(guó)油氣資源緊缺的局面，更能實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)保，形成技術(shù)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、學(xué)術(shù)體系鏈，以及專門的新興學(xué)科領(lǐng)域，“我省的油頁巖地下原位開采技術(shù)如果實(shí)現(xiàn)了，世界其他地區(qū)的油頁巖地下原地開采問題也會(huì)迎刃而解。”
孫友宏透露，我省計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)千萬噸頁巖油。初步預(yù)測(cè)，地面干餾提取的頁巖油約50美元一桶，地下原位開采出來的頁巖油40美元一桶。
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