中国具有丰富的油页岩资源,油页岩储量按油折算约为476亿吨,是我国可开采石油储量233亿吨的2倍以上。油页岩作为一种非常规的化石能源,其开发与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。目前,中国油页岩的开发利用已经进入商业化阶段。油页岩开采采用近地表面露天开采,主要开采为埋藏深度100-400 m的浅层油页岩。油页岩加工炼制技术主要以抚顺炉技术为主,但抚顺炉技术存在原料利用率低,油收率低,以及页岩油重质组分含量高等问题。中国科学院过程工程研究所开发的两套内构件移动床技术可解决抚顺炉技术的瓶颈,并且这两套技术已经完成了中试。本研究建立了油页岩热解动力学模型,对两套内构件移动床炉子进行热力学平衡计算,分别确定了间接加热内构件移动床油页岩热解所需干馏气的循环供热量,以及内构件移动床固体热载体油页岩热解所需灰渣的循环供热量。另外,建立了两套新技术的油页岩炼制过程。对两套新技术的炼制过程进行单元过程的建模与模拟。在模拟的基础上,对两套新技术的炼制过程进行经济性能分析,并与传统的抚顺式炼制过程进行比较。发现间接加热内构件移动床炼制过程和内构件移动床固体热载体炼制过程具有竞争力的原油价格分别为51$/bbl和53$/bbl,而抚顺式炼制过程的竞争力原油价格为58$/bbl。2017年国际原油价在50$/bbl左右波动,两套新技术的炼制过程的经济优势较明显。本研究对两套新技术的油页岩炼制过程进行系统集成,主要解决油页岩热解产生的页岩油品质差的问题。分别针对间接加热内构件移动床油页岩炼制过程和内构件移动床固体热载体油页岩炼制过程提出了煤辅助油页岩制液体燃料过程和化学链增强的油页岩制液体燃料过程。首先分别对提出的两种集成过程进行工艺参数分析和模拟计算。在模拟基础上,分别对两种集成过程进行经济性能的评价分析。发现煤辅助油页岩制液体燃料过程和化学链增强的油页岩制液体燃料过程的轻组分加氢提质情景下的成本最低,收益最高。另外,特别是在低油价50$/bbl时,这两种集成系统的投资利润率分别为7%和5%,表现出较强的经济竞争力。本研究建立了油页岩/煤制液体燃料过程生命周期环境影响和成本评价模型。环境性能方面,传统抚顺油页岩制液体燃料和煤制液体燃料的空气污染物排放较严重,特别是CO₂和PM2.5的排放。新油页岩制液体燃料创新路线的空气污染物排放较抚顺油页岩制液体燃料有明显降低,特别是化学链增强的油页岩制液体燃料路线的空气污染物排放与石油路线的基本相当。内部成本分析发现传统抚顺油页岩制液体燃料和煤制液体燃料产品成本相当,其与常规石油炼制的竞争点原油价格在70$/bbl左右。而煤辅助油页岩制液体燃料过程和化学链增强的油页岩制液体燃料过程的竞争力原油价格为58$/bbl和55$/bbl。生命周期成本分析发现油页岩制液体燃料过程的生命周期成本较其内部成本增加幅度小,而煤制液体燃料过程的增加幅度较大,导致生命周期成本接近于100$/bbl,主要是因为CO₂排放大造成外部成本较高。