油页岩作为一种非常规能源,储量巨大,其开发利用对于发展替代油气战略新兴产业、缓解我国油气资源短缺问题将具有重要的支撑作用。但是,与石油化工行业相比,我国油页岩加工利用技术仍然相当落后,存在油收率低、油品质量差、干馏气利用效率低、经济性能不佳、环境污染严重等问题。而在现有的工程研究中,还几乎未考虑炼制工艺过程集成、油气产品高值化利用、过程污染物控制以及能量梯级匹配等问题。上述问题严重制约着我国油页岩资源的大规模开发利用和可持续发展。为此,本文建立了油页岩炼制过程关键单元及整体工艺的基础分析模型,并采集工业数据对模型进行校验。在模型可靠的基础之上,采用常规和先进?分析方法,弄清了油页岩炼制过程物质、能量利用情况及瓶颈。结果表明,油页岩炼制过程?效率只有34.17%,具有较大的改进空间。在众多设备中,干馏炉具有最大的改进空间。通过对干馏炉进行优化,使得干馏炉的可避免?损失降低了28%。针对传统热力学和经济学分析方法的不足,提出了一种基于先进?经济的系统分析与优化框架,并论证了新方法在量化系统可避免费用,分析各单元在技术经济性能上的相互关系,以及确定系统改进空间等方面的优势。利用该方法对传统油页岩炼制过程进行系统分析与优化,发现油页岩炼制过程真正的改进空间为35.75%,而提高过程技术经济性能的重点在于降低?损费用。以总可避免费用和总生产成本最小化为目标,通过系统优化,使得各个单元及系统的?经济成本降低了6.93%-11.28%,可避免费用节省了17.03%。针对传统油页岩炼制过程中干馏气利用效率低、油品质量差的问题,提出了一种化学链增强的油页岩炼制油气提质增效(OSR-HPHD)新工艺。该过程更为灵巧地将干馏气中有效成分转化为高纯度、高经济价值的氢气,部分氢气作为页岩油加氢提质的氢源,降低生产成本,进一步提高整个新工艺的经济效益。在全流程建模及参数优化结果的基础之上,对其进行技术经济分析。与传统油页岩炼制(FSOSR)过程、集成干馏气制氢的油页岩炼制(OSR-HP)过程及集成页岩油加氢提质的油页岩炼制(OSR-HD)过程相比,发现OSR-HPHD和OSR-HP过程都具有最佳的经济效益。尤其是在低油价下,OSR-HPHD和OSR-HP过程可以扭转FSOSR和OSR-HD过程亏损的局面,取得良好的经济效益。以高含油率油页岩为原料的炼厂,建议采用OSR-HPHD过程可以更具竞争优势;相反,以低含油率的炼厂,则建议采用OSR-HP过程。此外,为了高效利用油页岩开发利用过程中碎屑油页岩、伴生煤以及半焦等资源,分别提出了一种耦合气体和固体热载体的油页岩综合利用(OSRGS)新过程、一种集成煤超临界水气化的油页岩综合利用(OSR-CGH)新过程以及一种集成半焦燃烧发电的油页岩综合利用(OSR-SCE)新过程,并对三个新工艺进行了详细的技术经济分析。结果表明,与传统油页岩炼制过程相比,OSRGS过程可生产更多的页岩油和电力产品,既提高了过程的资源和能源利用效率,也使得传统过程的内部收益率提高了6.55%;OSR-CGH过程可以生产高经济价值的氢气和清洁燃料,使得传统过程的内部收益率提高了7.39%;OSR-SCE过程将半焦燃烧发电、灰渣制备建筑材料,变废为宝的同时,也显著提高了过程的经济效益。综上所述,本文提出的新工艺可有效地提高传统过程的技术-经济-环境性能,为未来油页岩高效、大规模化发展奠定了坚实的理论和技术基础。