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油頁巖由少量的有機質和大量的無機礦物質組成，且無機礦物質骨架包覆著有機物質。有機質含量通常小于總質量的35%，無機礦物質含量通常占總質量的50%~85%。油頁巖的利用途徑主要包括直接燃燒發電和熱解制取頁巖油。直接燃燒是將油頁巖中儲存的化學能轉化為熱能，該利用方式較為簡單，但過程中的能源回收率較低，難以充分利用油頁巖的價值；油頁巖熱解是指在隔絕空氣（或惰性氣氛）條件下將油頁巖加熱到450~550℃，其中的有機質分解產生頁巖油、可燃氣和半焦的過程。油頁巖熱解生成的頁巖油在品質上與天然石油類似，因此油頁巖也被稱為“人造石油”。熱解產生的頁巖油可以不經加工而直接用作燃料，也可通過加氫精煉過程制備多種化工產品。與燃燒發電相比，熱解制油可更有效地利用油頁巖的資源價值。
如前所述，在隔絕空氣（或惰性氣氛）條件下將油頁巖有機質加熱到450~550℃而發生物理化學反應的過程稱為油頁巖有機質的熱解過程。熱解是油頁巖轉化過程的必要步驟，也是目前油頁巖有機質轉化為頁巖油的主要方法。
油頁巖熱解過程：油頁巖有機質的熱解過程根據溫度不同可大概分為三個階段：第一個階段為室溫至200℃，該階段主要發生吸附水和氣體的脫除；第二個階段為200~350℃，該溫度段內羥基和羧基逐漸脫除生成H2O和CO2等氣體，另外有機質發生解聚產生瀝青中間體和一些有機小分子氣體；第三個階段（350~550℃）為有機質熱解的主要階段，該階段內瀝青中間體以及有機質殘渣將發生分解產生油、氣和半焦。
油頁巖生產頁巖油的工藝核心是熱解，而油頁巖熱解產生的揮發分則是頁巖油氣形成的來源。通常有機質的熱分解機制可以分為兩步：首先有機質發生分子層次的共價鍵斷裂，生成初始自由基碎片；隨著溫度的升高這些自由基碎片之間相互發生一系列的二次反應（裂解、交聯、縮聚），最終形成宏觀上的揮發物與半焦產物。
