Pyrobitumen - Pyrobitumen

Pyrobitumen
Obrázek 1 Abraham Bitumen Classification System.jpg
Klasifikační systém pro bitumeny podle adaptace od Abrahama a Curialeho
Všeobecné
KategorieOrganická hmota
BarvaVariabilní

Pyrobitumen je druh pevné látky, amorfní organická hmota. Pyrobitumen je většinou nerozpustný v sirouhlík a další organická rozpouštědla v důsledku molekulární zesíťování, která poskytuje dříve rozpustnou organickou hmotu (tj. živice ) nerozpustný.[1][2] Ne všechny pevné bitumeny jsou pyrobitumeny, protože některé pevné bitumeny (např. gilsonit ) jsou rozpustné v běžných organických rozpouštědlech, včetně CS
2, dichlormethan, a benzen -methanolu směsi.

Ostatní související uhlovodíky

Zatímco primárním rozdílem mezi bitumenem a pyrobitumenem je rozpustnost, tepelné procesy vedoucí k zesíťování molekul také snižují atomový poměr vodíku na uhlík z více než jedné na méně než jednu a nakonec přibližně na polovinu. Mělo by také být zřejmé, že jak rozpustnost, tak atomové poměry H / C tvoří kontinuum a většina pevných bitumenů má rozpustné i nerozpustné složky. Rozdíl mezi pyrobitumenem a zbytkem kerogen ve vyspělém zdroji je hornina založena na mikroskopických důkazech proudění tekutin ve struktuře horniny a obvykle není stanovena.

Pojmy bitumen a pyrobitumen mají související definice v zemské kůře a v laboratoři. V geologii je bitumen produktem depozice a zrání organické hmoty. The extrahovatelný organický materiál (EOM) v ropné zdroje a rezervoáry jsou definovány jako bitumen. Při vystavení vysokým regionálním teplotám nad geologický čas se bitumen převádí na pyrobitumen v důsledku tepelně aktivovaných reakcí, které vedou k vypalování lehčích ropných a plynných produktů a zanechávají nerozpustný zbytek bohatý na uhlík. Pyrobitumen představuje významnou část konečného osudu ropných kapalin vytvořených z kerogenu během katageneze. V laboratoři byly při experimentech na organicky bohatých horninách (ropné břidlice a ropné zdroje) rozkladu původně nerozpustné organické hmoty (definované jako kerogen) produkovány plynné a kapalné produkty. Rozpustná tekutina, která zůstává ve vyhřívané hornině, je definována jako bitumen. Při další tepelné expozici se bitumen nadále vyvíjí a neúměrně se mění na pyrobitumen a více ropy a plynu.

Pojmy bitumen a asfalt jsou často zaměnitelně používány k popisu vysoce viskózních až pevných forem ropy, které se používají ve stavebnictví od pátého tisíciletí př. n. l.[3] Asfalt se liší od dehet, který správně popisuje produkt tvořený pyrolýza (destruktivní destilace) uhlí nebo dřeva. Rozteč získaný z ropy destilací se také někdy nazývá bitumen nebo asfalt.[4]

Etymologie

Výraz "bitumen" pochází z Sanskrt, kde najdeme slova jatu, což znamená „hřiště“, a jatu-krit, což znamená „vytváření hřiště“, „vytváření hřiště“ (s odkazem na jehličnatý nebo pryskyřičné stromy). The latinský ekvivalent je prohlašován některými být původně gwitu-muži (vztahující se k hřišti), a jinými, pixtumeny (vyzařující nebo bublající hřiště), které byly následně zkráceny na bitumen.[3]

Definice

Lov[5] definuje bitumen jako nativní látku proměnlivé barvy, viskozita, a volatilita složený převážně z uhlíku a vodíku. Dále definuje ropu jako formu bitumenu, který je v zásobníku plynný nebo kapalný a může být vyráběn potrubím. Jiné bitumeny se pohybují od velmi viskózních (např. Athabasca a venezuelské těžké oleje, Dehtové jámy La Brea ) na pevnou látku (např. gilsonit, ozocerit, grahamit, impsonite ). Pyrobitumen vzniká tepelným rozkladem a molekulárním zesíťováním bitumenu. Pyrobitumen se odlišuje od ostatních pevných bitumenů extrudovaných z časně zralých kerogen - bohaté zdrojové horniny (např. gilsonit) a polotuhé bitumeny s vysokou viskozitou ropné písky vznikající promýváním vodou a biodegradací konvenčního oleje (např. Athabasca asfaltové písky ), které jsou všechny rozpustné v sirouhlíku.

Obrázek 2. Klasifikační systém pro pevné bitumeny adaptovaný z Curiale pomocí moderních organických geochemických technik.

Klasifikace

Archaické klasifikační systémy pro klasifikaci bitumenů byly konstruovány bez rozsáhlých znalostí organické geochemie vyvinutých za posledních 50 let. Pyrobitumen byl původně definován jako pevný bitumen, který je nerozpustný a netavitelný. Původní klasifikační systém pro pevný bitumen Abrahama,[6] podle adaptace od Curiale,[7] je zobrazen na obrázku 1. Curiale říká, že zatímco historické klasifikační schéma je užitečné pro třídění muzejních sbírek, není užitečné pro vytváření genetických vztahů, a navrhl alternativní klasifikaci zobrazenou na obrázku 2.

Ačkoli neexistuje přímý vztah mezi klasifikačními systémy na obrázcích 1 a 2, jeden druh pyrobitumenu je podmnožinou post-ropného pevného bitumenu vytvořeného tepelnou degradací kerogenu a oleje. Z 27 vzorků vyšetřovaných Curiale, tři impsonite[8] vzorky měly nízkou rozpustnost (<3%) a nízký poměr H / C (<0,9) charakteristický pro vysoce zralé organické látky. Tyto vzorky měly také nejnižší asfaltén, nejvyšší aromatický a nejvyšší obsah těkavých látek v rozpustné frakci. Uhlíkové vklady spojené s uran uzliny také měly nízkou rozpustnost a poměry H / C menší než 1,0 a odpovídají pyrobitumům anorganického původu. Pro srovnání, uhelný dehet smola má atomový poměr H / C asi 0,8.[9]V ropě geochemie komunita, pyrobitumen je zbytky tepelně pozměněného oleje, který byl dříve generován během zrání kerogenu - velká část tohoto oleje migrovala do a hromadila se v ropné nádrži. Petrografické studie reziduí vodní pyrolýzy, která se považuje za dobrou laboratorní simulaci tvorby přírodní ropy, ukazují tvorbu kontinuální asfaltové sítě v raných fázích transformace kerogenu, z nichž některé se při vysoké tepelné expozici převádějí na pyrobitumen.[10] Tato definice je v souladu s definicí pyrobitumenu ve Slovníku glosáře Společnosti ropných inženýrů: „tvrdý, nativní asfalt v [horních] pórech. Obvykle se nepohybuje a nevstupuje do reakce. “[11] Lov[12] používá tuto definici tepelně zralého zbytku k výpočtu materiálových bilancí pro osud ropy s velmi vysokými splatnostmi, a to jak zadržených ve zdrojové hornině, tak i v nádržích. Pyrobitumen v tepelně zralých zásobnících oleje charakterizoval Hwang.[13] V poslední době se má za to, že pyrobitumen zadržený ve zdrojové hornině hraje důležitou roli při skladování a výrobě břidlicový plyn.[14] Při retortování roponosné břidlice má zbytek pyrobitumenu atomový poměr H / C asi 0,5 a je často nazýván Kola,[15] který má svůj analog ve výrobě ropných a uhelných koksů destruktivní destilací.

Některé archaické definice pyrobitumenu zahrnují rašelina a hnědé uhlí, ačkoliv u těchto materiálů došlo k malému geologickému ohřevu ve srovnání s ohřevem potřebným pro vytvoření tekutého bitumenu, natož pyrobitumenu. U humusových pevných látek v zemi by analogická poloha na cestě zrání uhlí uvedla minimum na středně těkavý bitumenový rozsah (tj. H / C <0,8, O / C <0,05 a odrazivost vitrinitu> 1,0 %).,[16][17][18] U ropných systémů Mukhopadhyay[19] uvádí, že se při tvorbě vitrinitu začíná tvořit pevný bitumen odrazivost dosahuje 0,45%, tj. počáteční fáze přeměny kerogenu na ropu a plyn. Asfalt se také stává zralejším se zralostí a dává ekvivalentní bitumenovou odrazivost 0,6% pro vitrinitovou odrazivost 1,0%, což odpovídá hranici mezi asfaltem / albertitem a epiimpsonitem. Přestože archaická definice pyrobitumenu zahrnuje pevné bitumeny s nízkou splatností, jako je albertit, definice těsněji spojená s tvorbou a destrukcí oleje z kerogenu by definovala pyrobitumen s poměrem H / C nižším než 1,0. Ve skutečnosti Průvodce biomarkery[20] definuje pyrobitumen jako mající poměr H / C menší než 0,5, což odpovídá odrazu vitrinitu asi 2,0% a málo těkavému živičnému až poloantracitovému uhlí. Hwang a kol.[13] zjistili, že rozpustnost pevných rezervoárových bitumenů klesla pod 50% pro odrazivost vitrinitu 0,7% a pod 20% pro odrazivost vitrinitu větší než 1,0%, s vitrinit odrazivost 1,1%, což odpovídá atomovému poměru H / C 0,8. Warner a kol.[21] také našel pyrobitumen v poli Tengiz s H / C 0,8. Citují také, že má vysokou odrazivost, včetně výskytu textury odrazivosti mozaiky. Pyrolýza poskytla nějaký olej podobný oleji, ze kterého byla získána. Bordenave[22] popisuje pyrobitumen jako mající odrazivost mezi 1,5 a 2,5% a výtěžek pyrolýzy nižší než 80 mg uhlovodíku / g organického uhlíku. Z těchto popisů a dalších studií pyrolýzy je zřejmé, že poměr H / C 0,5 udaný Petersem odpovídá konci takového výtěžku pyrolýzy, i když se bitumen před touto splatností stane nerozpustným, a tedy pyrobitumenem.

Reference

  1. ^ B. P. Tissot a D. H. Welte (1984) Petroleum Formation and Occurrence, 2. vydání, Springer-Verlag, str. 460-463.
  2. ^ J. M. Hunt, Petroleum Geochemistry and Geology, 2. vydání, Freeman, 1996, s. 437.
  3. ^ A b Asfalt, staženo 2. ledna 2014.
  4. ^ Smola (pryskyřice), staženo 2. ledna 2014.
  5. ^ J. M. Hunt, Petroleum Geochemistry and Geology, 1. vydání, Freeman, 1979, s. 28, 546.
  6. ^ H. Abraham (1945) Asphalts and Allied Substances, Van Nostrand-Rheinhold, strana 62.
  7. ^ J. A. Curiale, Původ pevných bitumenů s důrazem na výsledky biologických markerů, Org. Geochem. Sv. 10, str. 559-580, 1986.
  8. ^ Impsonite, staženo 2. ledna 2014.
  9. ^ E. Fitzer, K.H. Dochling, H. P Boehm a H. Marsh, „Doporučená terminologie pro popis uhlíku jako pevné látky,“ Pure Appl. Chem., Sv. 67, str. 473-506, 1995.
  10. ^ M. D. Lewan, „Petrografická studie primární migrace ropy v břidlici Woodford Shale a souvisejících horninových jednotkách“, v (ed. B. Doligez) Migrace uhlovodíků v sedimentárních pánvích, Editions Technip, Paříž, str.113-130.
  11. ^ http://www.spe.org/glossary/wiki/doku.php/terms:pyrobitumen, staženo 2. ledna 2014.
  12. ^ J. M. Hunt, Petroleum Geochemistry and Geology, 2. vydání, Freeman, 1996, s. 597.
  13. ^ A b R. J. Hwang, S. C. Teerman, R. M. Carlson, „Geochemické srovnání rezervoárových pevných bitumenů různého původu,“ Org. Geochem. Sv. 29, str. 505-517, 1998.
  14. ^ R. G. Loucks, R. M. Reed, S. C. Ruppel a D. M. Jarvie, „Morfologie, geneze a distribuce nanometr -vstupní póry křemičitý mudstones z Mississippian Barnett Shale, “J. Sed. Res., Sv. 79, str. 848-861 (2009).
  15. ^ Burnham a J. A. Happe, „O mechanismu pyrolýzy kerogenu“, Fuel, sv. 63, 1353-1356, 1984.
  16. ^ J. T. McCartney a S. Ergun, „Optické vlastnosti grafitu a uhlí,“ Fuel, sv. 37, str. 272-281, 1958.
  17. ^ W. Kalkreuth, M. Steller, I. Wieschenkamper a S. Ganz, „Petrografická a chemická charakterizace kanadských a německých uhlí ve vztahu k potenciálu využití. 1. Petrografická a chemická charakterizace napájecího uhlí, ”Fuel, sv. 70, 683-694, 1991.
  18. ^ J. T. McCartney a M. Teichmuller, „Klasifikace uhlí podle stupně zuhelnění odrazem vitrinitové složky,“ Fuel, sv. 51, str. 64-68, 1972.
  19. ^ P. K. Mukhopahyay, „Zrání organické hmoty podle mikroskopických metod: Aplikace a omezení vitrinit odrazivost a kontinuální spektrální a pulzní laserová fluorescenční spektroskopie „V Diagenesis, III. Developments in Sedimentology, sv. 47, str. 435-510, 1992.
  20. ^ K.E. Peters, C. C. Walters, J. M. Moldowan, The Biomarker Guide, Cambridge University Press, 2005, str. 1155.
  21. ^ JL Warner, DK Baskin, RJ Hwang, RMK Carlson, ME Clark, geochemické důkazy o dvou fázích emise uhlovodíků a původu pevného bitumenu v oblasti Giant Tengiz v Kazachstánu, v publikacích PO Yilmaz a GH Isaksen, edice, ropa a plyn oblasti Velkého Kaspického moře: AAPG Studies in Geology 55, 2007, s. 165-169.
  22. ^ M. L. Bordenave, Applied Petroleum Geochemistry, Editions Technip, Paříž, 1993, s. 106, 159.