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页岩油

四月 08, 2024

頁岩油（英語：Shale oil）是種非常規石油，由油頁岩的碎片透過熱裂解、氫化或是熱溶解（英语：thermal dissolution）方式提煉而得。這些加工過程可把岩石中的有機物（油母質）轉化為合成燃料（油與氣）。產生的油可以立即當燃料使用，或是透過添加氫，和去除硫和氮等雜質來升級，以符合煉油廠的原料規格要求。頁岩油的精煉產品與常規原油的衍生產品相似。

“頁岩油”這個名詞也用於描述從其他非常規、滲透率極低的地層頁岩中生產的原油。但為減少把從油頁岩提煉的頁岩油與含油頁岩中的原油混淆的風險，使用“緻密油”稱呼後者會更適合。 [1]國際能源署建議以“輕質緻密油（light tight oil）”稱呼後者，世界能源理事會（英语：World Energy Council）的2013年世界能源資源報告，也稱含油岩石中的原油為“緻密油”。[2][3]

歷史 编辑

主条目：[[:油頁岩產業史]]
 
位於蘇格蘭西洛錫安的三個油頁岩碎片堆積而成的小山，顯示當地在19世紀曾有過煤油產業的存在。

油頁岩是人類最早利用的礦物油之一。[4]在公元10世紀，亞述人醫生馬里迪尼（英语：Masawaih al-Mardini）首度描述一種從“某種瀝青頁岩”中提煉石油的方法。[5]在14世紀初於瑞士和奧地利也有使用頁岩油的報導。[6]18世紀符騰堡王朝腓特烈一世 (符騰堡公爵)的私人醫生在1596年將其治療特性記錄下。[7]在18世紀之交，頁岩油在義大利摩德納用於街道的夜間照明之用。 [7]英國王室於1694年授予三人一項專利，因為這些人“找到一種方法，可從一種石頭中提取和製造大量的瀝青、焦油和石油。”[7][8][9]提煉出產品後來冠以Betton's British Oil之名銷售，據說這種乾餾物“經罹患各種疼痛的人嘗試之後，獲益良多。”[10]現代的頁岩油開採業於1830年代在法國和1840年代在蘇格蘭建立。[11]提煉而得的油被用作燃料，潤滑劑和燈油。第一次工業革命開始後，也產生對於照明的需求。這種油品成為當時日益稀缺和價格昂貴鯨油的替代品。[7][12][13]

頁岩油開採作業於19世紀後期在澳大利亞、巴西和美國建立。中國、愛沙尼亞、紐西蘭、南非、西班牙、瑞典和瑞士則在20世紀初開始生產頁岩油。由於20世紀中葉在中東發現常規油田，導致油頁岩產業中的大部分進入停滯狀態，但愛沙尼亞和中國東北部仍持續開採，直到21世紀初。[11][14][15]為應對世界在21世紀之交不斷上漲的石油價格，美國、中國、澳大利亞和約旦又重新啟動、探勘或是更新開採的作業。[15]

開採和提煉過程 编辑

主条目：頁岩油開採

頁岩油是把油頁岩透過熱裂解、氫化或熱溶解而提煉出的產物。[16][17]熱裂解是透過裝置於地上或岩層內的乾餾器進行。迄2008年，大多數油頁岩產業的做法是開採岩石，將之破碎，再運輸到乾餾廠提煉，但曾有過幾種在礦藏現場（In situ）執行的實驗生產過程。讓油母質分解成可用的碳氫化合物的溫度隨過程的時間尺度而變化；在地面乾餾過程中，油母質到300°C (570°F) 時就開始分解，溫度越高，會進行更快、更完全。在480至520°C（900至970°F）之間的溫度時的分解速度最快。[16]

氫化和熱溶解（反應流體工藝）使用轉移氫化、溶劑或是兩者的組合來提煉。熱溶解的做法是在升高的溫度和壓力下加入溶劑，把溶解的有機物裂化，來增加油產量。不同的生產方法，產出具有不同特性的頁岩油。[17][18][19][20]

衡量開採可行性的一個關鍵指標，是油頁岩產生的能量與其開採和加工過程中所需能量的比率，這種比率稱為“能源投資回報率（英语：Energy return on investment）”(EROEI)。 當EROEI為2（即2:1比率）時，表示要生產2桶石油，必須燃燒/消耗1桶油的等量能量。在1984年所做的一項研究，估計各種已知油頁岩礦藏的EROEI落在0.7–13.3之間。[21]最近的研究估計油頁岩的EROEI為1-2:1或是2-16:1，取決於內部能源是否被計為成本，或僅將購買的能源計為輸入，而把內部能源排除在外。[22]殼牌公司在2006年報告其在“Mahogny研究項目（參見殼牌原位開採頁岩油工藝（英语：Shell in situ conversion process））”中，in situ開採的EROEI可達到3到4之間。 [23][24]

乾餾過程中可提煉出的油量因油頁岩種類和使用的技術而異。[15]位於美國科羅拉多州、懷俄明州及猶他州的格林河地層（英语：Green River Formation）中約6分之1的油頁岩具有相對較高的產量，每噸油頁岩可產出25至100美制加侖（95至379升，或21至83英制加侖）頁岩油；約3分之1的油頁岩，每噸可產出約10至25美制加侖（38至95升，8.3至20.8英制加侖），10美製加侖/噸相當於每100噸頁岩約產3.4噸石油。格林河地層中大約一半的油頁岩產量低於10美制加侖/噸。[25]

全球主要頁岩油生產者均會公佈其商業運作產量。撫順礦業集團（英语：Fushun Mining Group）報告其每年從660萬噸頁岩中產出30萬噸頁岩油，按重量計，產量比為4.5%。[26]愛沙尼亞頁岩油控股公司VKG Oil（英语：Viru Keemia Grupp）聲稱每年從200萬噸頁岩中生產250,000噸石油，產量比為13%。[27]巴西石油在南聖馬特烏斯的Petrosix（英语：Petrosix）工廠每天可從6,200噸頁岩中生產550噸石油，產量比為9%。[28]

屬性 编辑

提煉出的頁岩油特性會因母體油頁岩的成分和提煉技術而異。[29]頁岩油是種複雜的碳氫化合物，具有傳統石油的整體特性。頁岩油通常含有大量的烯烴和芳香烴。頁岩油也含有大量的雜原子。典型的頁岩油成分含有0.5-1%的氧、1.5-2%的氮和0.15-1%的硫，有些含有更多的雜原子，也經常包含礦物顆粒和金屬。[30][31]通常其流動性低於常規原油，傾點溫度在24至27°C（75至81°F），而傳統原油的傾點在-60至30°C（-76至86°F）），這種屬性影響到頁岩油在一般管道中的輸送能力。[30][32][33]

頁岩油含有會致癌的多環芳香烴。頁岩油原油被描述為具有輕微的致癌潛力，與某些中間煉油產品相似，而經升級的頁岩油，致癌潛力會被降低，因為大多數多環芳烴被認為會經氫化而分解。[34]世界衛生組織（WHO）把頁岩油列為第一類致癌物（參見致癌物質#International Agency for Research on Cancer）。[35]

升級 编辑

頁岩油原油可立即作燃料油使用，但許多其他應用須經升級後方可。這類原油有不同特性，在送往傳統煉油廠精煉之前需做相應的預（升級）處理。 [36]

原油中顆粒物會堵塞管道；所含的硫和氮會造成空氣污染。硫和氮，以及可能存在的砷和鐵，也會破壞精煉時所用的催化劑。[37][38]烯烴會形成不溶性的沉澱物，導致不穩定。油中的氧含量高於常規原油，有助於形成具有破壞性的自由基。[31]可利用加氫脫硫和加氫脫氮（hydrodenitrogenation）來解決這類問題，並產生可與基準原油相媲美的產品。[30][31][39][40]酚類可通過水萃法去除。[40]通過添加氫（加氫裂解）或去除碳（焦化）來調整氫碳比率，可把頁岩油原油升級為運輸用的燃料（重油）。 [39][40]

通過某些技術（例如Kiviter工藝（英语：Kiviter process））所生產的頁岩油無需進一步升級，即可當作油和酚類化合物原料使用。經由Kiviter工藝的餾出油也可用作石油衍生重油的稀釋劑，以及瀝青等材料的增粘添加劑。[40]

用途 编辑

第二次世界大戰之前，大多數頁岩油都經升級，而用作運輸燃料使用。之後則用作化工中間體、純化學品和工業樹脂的原料，並用作鐵路枕木的防腐劑。截至2008年，頁岩油主要用作取暖油和船舶用燃料，有少數會用於各式化學品的生產。[36]

頁岩油富含高沸點化合物，適合生產煤油、噴氣機燃料和柴油等中間餾分物。 [31][41][42]進一步裂解可產生較輕的碳氫化合物（如汽油）。 [31][43]

“淺硫化頁岩油”(PSSO)是種硫化和氨中和的變體，稱為“Ichthammol”（化學物質：鱼石脂（英语：Ammonium bituminosulfonate），在醫學上用作治療各種皮膚疾病的藥物）至今仍為人們使用。 [44]

儲量與產量 编辑

主条目：油頁岩儲量

根據目前技術，全球可開採的油頁岩儲量估計約可生產2.8至3.3萬兆桶（450×109至 520×109立方米）頁岩油，其中美國的儲量最大，據信有1.5-2.6兆桶(240×109–410×109立方米).[14][41][45][46]估計2008年全球頁岩油產量為每天17,700桶（2,810立方米/天）。主要生產國是中國（每天7,600桶（1,210立方米/天））、愛沙尼亞（每天6,300桶/天（1,000立方米/天））和巴西（3,800桶/天（600立方米/天））。[14]

開採頁岩油因技術困難和成本高昂而受到阻礙。[47]美國內政部土地管理局在2011年3月對科羅拉多州、猶他州和懷俄明州的商業開採提案提出質疑，稱“對於開採頁岩油，目前尚無經濟上可行的商業模式”。[47]美國能源信息署（IEA）有時使用“頁岩（緻密）油”來指緻密油，“原油……直接從緻密油地層中生產”。 美國在2021年每天生產723萬桶此類緻密油，約占美國原油總產量的64%。[48]IEA有時也稱緻密油為“頁岩油”，[49]但包括從油頁岩中提煉的任何固體燃料。[50]

參見 编辑

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參考文獻 编辑

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四月 08, 2024
页岩油, 頁岩油, 英語, shale, 是種非常規石油, 由油頁岩的碎片透過熱裂解, 氫化或是熱溶解, 英语, thermal, dissolution, 方式提煉而得, 這些加工過程可把岩石中的有機物, 油母質, 轉化為合成燃料, 油與氣, 產生的油可以立即當燃料使用, 或是透過添加氫, 和去除硫和氮等雜質來升級, 以符合煉油廠的原料規格要求, 頁岩油的精煉產品與常規原油的衍生產品相似, 頁岩油, 這個名詞也用於描述從其他非常規, 滲透率極低的地層頁岩中生產的原油, 但為減少把從油頁岩提煉的頁岩油與含油頁岩中的. 頁岩油 英語 Shale oil 是種非常規石油 由油頁岩的碎片透過熱裂解 氫化或是熱溶解 英语 thermal dissolution 方式提煉而得 這些加工過程可把岩石中的有機物 油母質 轉化為合成燃料 油與氣 產生的油可以立即當燃料使用 或是透過添加氫 和去除硫和氮等雜質來升級 以符合煉油廠的原料規格要求 頁岩油的精煉產品與常規原油的衍生產品相似 頁岩油 這個名詞也用於描述從其他非常規 滲透率極低的地層頁岩中生產的原油 但為減少把從油頁岩提煉的頁岩油與含油頁岩中的原油混淆的風險 使用 緻密油 稱呼後者會更適合 1 國際能源署建議以 輕質緻密油 light tight oil 稱呼後者 世界能源理事會 英语 World Energy Council 的2013年世界能源資源報告 也稱含油岩石中的原油為 緻密油 2 3 目录 1 歷史 2 開採和提煉過程 3 屬性 4 升級 5 用途 6 儲量與產量 7 參見 8 參考文獻歷史 编辑主条目 油頁岩產業史 nbsp 位於蘇格蘭西洛錫安的三個油頁岩碎片堆積而成的小山 顯示當地在19世紀曾有過煤油產業的存在 油頁岩是人類最早利用的礦物油之一 4 在公元10世紀 亞述人醫生馬里迪尼 英语 Masawaih al Mardini 首度描述一種從 某種瀝青頁岩 中提煉石油的方法 5 在14世紀初於瑞士和奧地利也有使用頁岩油的報導 6 18世紀符騰堡王朝腓特烈一世 符騰堡公爵 的私人醫生在1596年將其治療特性記錄下 7 在18世紀之交 頁岩油在義大利摩德納用於街道的夜間照明之用 7 英國王室於1694年授予三人一項專利 因為這些人 找到一種方法 可從一種石頭中提取和製造大量的瀝青 焦油和石油 7 8 9 提煉出產品後來冠以Betton s British Oil之名銷售 據說這種乾餾物 經罹患各種疼痛的人嘗試之後 獲益良多 10 現代的頁岩油開採業於1830年代在法國和1840年代在蘇格蘭建立 11 提煉而得的油被用作燃料 潤滑劑和燈油 第一次工業革命開始後 也產生對於照明的需求 這種油品成為當時日益稀缺和價格昂貴鯨油 的替代品 7 12 13 頁岩油開採作業於19世紀後期在澳大利亞 巴西和美國建立 中國 愛沙尼亞 紐西蘭 南非 西班牙 瑞典和瑞士則在20世紀初開始生產頁岩油 由於20世紀中葉在中東發現常規油田 導致油頁岩產業中的大部分進入停滯狀態 但愛沙尼亞和中國東北部仍持續開採 直到21世紀初 11 14 15 為應對世界在21世紀之交不斷上漲的石油價格 美國 中國 澳大利亞和約旦又重新啟動 探勘或是更新開採的作業 15 開採和提煉過程 编辑主条目 頁岩油開採 頁岩油是把油頁岩透過熱裂解 氫化或熱溶解而提煉出的產物 16 17 熱裂解是透過裝置於地上或岩層內的乾餾器進行 迄2008年 大多數油頁岩產業的做法是開採岩石 將之破碎 再運輸到乾餾廠提煉 但曾有過幾種在礦藏現場 In situ 執行的實驗生產過程 讓油母質分解成可用的碳氫化合物的溫度隨過程的時間尺度而變化 在地面乾餾過程中 油母質到300 C 570 F 時就開始分解 溫度越高 會進行更快 更完全 在480至520 C 900至970 F 之間的溫度時的分解速度最快 16 氫化和熱溶解 反應流體工藝 使用轉移氫化 溶劑或是兩者的組合來提煉 熱溶解的做法是在升高的溫度和壓力下加入溶劑 把溶解的有機物裂化 來增加油產量 不同的生產方法 產出具有不同特性的頁岩油 17 18 19 20 衡量開採可行性的一個關鍵指標 是油頁岩產生的能量與其開採和加工過程中所需能量的比率 這種比率稱為 能源投資回報率 英语 Energy return on investment EROEI 當EROEI為2 即2 1比率 時 表示要生產2桶石油 必須燃燒 消耗1桶油的等量能量 在1984年所做的一項研究 估計各種已知油頁岩礦藏的EROEI落在0 7 13 3之間 21 最近的研究估計油頁岩的EROEI為1 2 1或是2 16 1 取決於內部能源是否被計為成本 或僅將購買的能源計為輸入 而把內部能源排除在外 22 殼牌公司在2006年報告其在 Mahogny研究項目 參見殼牌原位開採頁岩油工藝 英语 Shell in situ conversion process 中 in situ開採的EROEI可達到3到4之間 23 24 乾餾過程中可提煉出的油量因油頁岩種類和使用的技術而異 15 位於美國科羅拉多州 懷俄明州及猶他州的格林河地層 英语 Green River Formation 中約6分之1的油頁岩具有相對較高的產量 每噸油頁岩可產出25至100美制加侖 95至379升 或21至83英制加侖 頁岩油 約3分之1的油頁岩 每噸可產出約10至25美制加侖 38至95升 8 3至20 8英制加侖 10美製加侖 噸相當於每100噸頁岩約產3 4噸石油 格林河地層中大約一半的油頁岩產量低於10美制加侖 噸 25 全球主要頁岩油生產者均會公佈其商業運作產量 撫順礦業集團 英语 Fushun Mining Group 報告其每年從660萬噸頁岩中產出30萬噸頁岩油 按重量計 產量比為4 5 26 愛沙尼亞頁岩油控股公司VKG Oil 英语 Viru Keemia Grupp 聲稱每年從200萬噸頁岩中生產250 000噸石油 產量比為13 27 巴西石油在南聖馬特烏斯的Petrosix 英语 Petrosix 工廠每天可從6 200噸頁岩中生產550噸石油 產量比為9 28 屬性 编辑提煉出的頁岩油特性會因母體油頁岩的成分和提煉技術而異 29 頁岩油是種複雜的碳氫化合物 具有傳統石油的整體特性 頁岩油通常含有大量的烯烴和芳香烴 頁岩油也含有大量的雜原子 典型的頁岩油成分含有0 5 1 的氧 1 5 2 的氮和0 15 1 的硫 有些含有更多的雜原子 也經常包含礦物顆粒和金屬 30 31 通常其流動性低於常規原油 傾點溫度在24至27 C 75至81 F 而傳統原油的傾點在 60至30 C 76至86 F 這種屬性影響到頁岩油在一般管道中的輸送能力 30 32 33 頁岩油含有會致癌的多環芳香烴 頁岩油原油被描述為具有輕微的致癌潛力 與某些中間煉油產品相似 而經升級的頁岩油 致癌潛力會被降低 因為大多數多環芳烴被認為會經氫化而分解 34 世界衛生組織 WHO 把頁岩油列為第一類致癌物 參見致癌物質 International Agency for Research on Cancer 35 升級 编辑頁岩油原油可立即作燃料油使用 但許多其他應用須經升級後方可 這類原油有不同特性 在送往傳統煉油廠精煉之前需做相應的預 升級 處理 36 原油中顆粒物會堵塞管道 所含的硫和氮會造成空氣污染 硫和氮 以及可能存在的砷和鐵 也會破壞精煉時所用的催化劑 37 38 烯烴會形成不溶性的沉澱物 導致不穩定 油中的氧含量高於常規原油 有助於形成具有破壞性的自由基 31 可利用加氫脫硫和加氫脫氮 hydrodenitrogenation 來解決這類問題 並產生可與基準原油相媲美的產品 30 31 39 40 酚類可通過水萃法去除 40 通過添加氫 加氫裂解 或去除碳 焦化 來調整氫碳比率 可把頁岩油原油升級為運輸用的燃料 重油 39 40 通過某些技術 例如Kiviter工藝 英语 Kiviter process 所生產的頁岩油無需進一步升級 即可當作油和酚類化合物原料使用 經由Kiviter工藝的餾出油也可用作石油衍生重油的稀釋劑 以及瀝青等材料的增粘添加劑 40 用途 编辑第二次世界大戰之前 大多數頁岩油都經升級 而用作運輸燃料使用 之後則用作化工中間體 純化學品和工業樹脂的原料 並用作鐵路枕木的防腐劑 截至2008年 頁岩油主要用作取暖油和船舶用燃料 有少數會用於各式化學品的生產 36 頁岩油富含高沸點化合物 適合生產煤油 噴氣機燃料和柴油等中間餾分物 31 41 42 進一步裂解可產生較輕的碳氫化合物 如汽油 31 43 淺硫化頁岩油 PSSO 是種硫化和氨中和的變體 稱為 Ichthammol 化學物質 鱼石脂 英语 Ammonium bituminosulfonate 在醫學上用作治療各種皮膚疾病的藥物 至今仍為人們使用 44 儲量與產量 编辑主条目 油頁岩儲量 根據目前技術 全球可開採的油頁岩儲量估計約可生產2 8至3 3萬兆桶 450 109至 520 109立方米 頁岩油 其中美國的儲量最大 據信有1 5 2 6兆桶 240 109 410 109立方米 14 41 45 46 估計2008年全球頁岩油產量為每天17 700桶 2 810立方米 天 主要生產國是中國 每天7 600桶 1 210立方米 天 愛沙尼亞 每天6 300桶 天 1 000立方米 天 和巴西 3 800桶 天 600立方米 天 14 開採頁岩油因技術困難和成本高昂而受到阻礙 47 美國內政部土地管理局在2011年3月對科羅拉多州 猶他州和懷俄明州的商業開採提案提出質疑 稱 對於開採頁岩油 目前尚無經濟上可行的商業模式 47 美國能源信息署 IEA 有時使用 頁岩 緻密 油 來指緻密油 原油 直接從緻密油地層中生產 美國在2021年每天生產723萬桶此類緻密油 約占美國原油總產量的64 48 IEA有時也稱緻密油為 頁岩油 49 但包括從油頁岩中提煉的任何固體燃料 50 參見 编辑查看维基词典中的词条 页岩油 非常規油氣儲層 英语 Unconventional oil amp gas reservoir 油頁岩經濟學 油頁岩氣 地底煤氣化 英语 Underground coal gasification 廢油頁岩 英语 Spent shale 水力壓裂對環境的影響 美國水力壓裂參考文獻 编辑 Reinsalu Enno Aarna Indrek About technical terms of oil shale and shale oil PDF Oil Shale A Scientific Technical Journal 2015 32 4 291 292 2016 01 16 ISSN 0208 189X doi 10 3176 oil 2015 4 01 原始内容存档 PDF 于2020 07 25 World Energy Outlook 2013 IEA OECD 2013 424 ISBN 978 92 64 20130 9 World Energy Resources 2013 Survey PDF World Energy Council 2013 2 46 ISBN 9780946121298 原始内容存档 PDF 于2014 02 21 Dostrovsky I Energy and the Missing Resource A View from the Laboratory nbsp Cambridge University Press 1988 18 2009 06 02 ISBN 978 0 521 31965 2 含有內容需登入查看的頁面 link Forbes R J A Short History of the Art of Distillation from the Beginnings Up 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