Pirobitum
| pirobitumenów | |
|---|---|
 dla asfaltów zaadaptowany z Abrahama i Curiale
| |
| General | |
| Kategoria | Materia organiczna |
| Kolor | Zmienny |
Pirobitumen jest rodzajem stałej, amorficznej materii organicznej. Pirobitum jest w większości nierozpuszczalny w dwusiarczku węgla i innych rozpuszczalnikach organicznych w wyniku sieciowania cząsteczkowego , co sprawia, że wcześniej rozpuszczalna materia organiczna (tj. bitum ) jest nierozpuszczalna. Nie wszystkie stałe bitumy są pirobitumami, ponieważ niektóre stałe bitumy (np. gilsonit ) są rozpuszczalne w typowych rozpuszczalnikach organicznych, w tym CS
2 , dichlorometanie i benzenie - metanolu mieszanki.
Podczas gdy podstawową różnicą między bitumem a pirobitumem jest rozpuszczalność, procesy termiczne napędzające sieciowanie molekularne również zmniejszają stosunek atomowy wodoru do węgla z większego niż jeden do mniej niż jeden, a ostatecznie do około połowy. Należy również rozumieć, że zarówno rozpuszczalność, jak i stosunki atomowe H/C tworzą kontinuum, a większość stałych asfaltów zawiera zarówno składniki rozpuszczalne, jak i nierozpuszczalne. Rozróżnienie między pirobitumem a resztkowym kerogenem w dojrzałej skale macierzystej opiera się na mikroskopowych dowodach przepływu płynu w strukturze skalnej i zwykle nie jest określone.
Terminy bitum i pirobitum mają pokrewne definicje w skorupie ziemskiej iw laboratorium. W geologii bitum jest produktem osadzania się i dojrzewania materii organicznej. Wydobywalny materiał organiczny (EOM) w skałach ropopochodnych i skałach zbiornikowych określa się jako bitum. Po wystawieniu na działanie wysokich temperatur regionalnych w czasie geologicznym , bitum jest przekształcany w pirobitum w wyniku reakcji aktywowanych termicznie, które usuwają lżejsze produkty ropopochodne i gazowe i pozostawiają nierozpuszczalną, bogatą w węgiel pozostałość. Pirobitumen stanowi znaczną część ostatecznego losu cieczy naftowych powstałych z kerogenu podczas katagenezy. W laboratorium, eksperymenty na skałach bogatych w substancje organiczne (łupki naftowe i skały ropopochodne), rozkład początkowo nierozpuszczalnej materii organicznej (określanej jako kerogen) daje produkty gazowe i płynne. Rozpuszczalny płyn, który pozostaje w ogrzanej skale, określa się jako bitum. Po dalszej ekspozycji termicznej bitum nadal ewoluuje i dysproporcjonalnie przekształca się w pirobitum oraz więcej ropy i gazu.
Terminy bitum i asfalt są często używane zamiennie do opisania bardzo lepkich i stałych form ropy naftowej, które były używane w budownictwie od piątego tysiąclecia pne. Bitum różni się od smoły, która właściwie opisuje produkt powstały w wyniku pirolizy (destylacji drewno. Pak odzyskany z ropy naftowej przez destylację jest czasami nazywany bitumem lub asfaltem.
Etymologia
Wyrażenie „bitum” pochodzi z sanskrytu , gdzie znajdujemy słowa jatu oznaczające „smołę” i jatu-krit oznaczające „tworzenie smoły”, „wytwarzanie smoły” (odnoszące się do drzew iglastych lub żywicznych). Niektórzy twierdzą, że łaciński odpowiednik to pierwotnie gwitu-men (odnoszący się do smoły), a przez innych pixtumens (smoła wydzielająca się lub bulgocząca), który został następnie skrócony do bitumu .
Definicja
Hunt definiuje bitum jako natywną substancję o zmiennym kolorze, lepkości i lotności składającą się głównie z węgla i wodoru. Dalej definiuje ropę naftową jako formę bitumu, która jest gazowa lub ciekła w zbiorniku i może być produkowana przez rurę. Inne bitumy wahają się od bardzo lepkich (np. Athabasca i wenezuelskie oleje ciężkie, doły smołowe z La Brea ) do stałych (np. gilsonit , ozokeryt , grahamit , impsonit ). Pirobitum powstaje w wyniku rozkładu termicznego i molekularnego sieciowania bitumu. stałych bitumów wytłaczanych z wcześnie dojrzałych skał źródłowych bogatych w kerogen (np . z nich rozpuszcza się w dwusiarczku węgla.
Klasyfikacja
Archaiczne systemy klasyfikacji asfaltów zostały skonstruowane bez rozległej wiedzy z zakresu geochemii organicznej opracowanej w ciągu ostatnich 50 lat. Pirobitum był pierwotnie zdefiniowany jako stały bitum, który jest nierozpuszczalny i nietopliwy. Oryginalny system klasyfikacji bitumu stałego Abrahama, zaadaptowany z Curiale, pokazano na rycinie 1. Curiale mówi, że chociaż historyczny schemat klasyfikacji jest przydatny do sortowania kolekcji muzealnych, nie jest przydatny do ustalania powiązań genetycznych, i zaproponował alternatywę klasyfikacja pokazana na rysunku 2.
Chociaż nie ma bezpośredniego związku między systemami klasyfikacji na rysunkach 1 i 2, jeden rodzaj pirobitumenu jest podzbiorem stałego bitumu poolejowego utworzonego w wyniku termicznej degradacji kerogenu i oleju. Spośród 27 próbek zbadanych przez Curiale trzy próbki imsonitu miały niską rozpuszczalność (<3%) i niski stosunek H/C (<0,9) charakterystyczny dla wysoce dojrzałej materii organicznej. Próbki te miały również najniższą zawartość asfaltenów , najwyższą zawartość związków aromatycznych i najwyższą zawartość substancji lotnych we frakcji rozpuszczalnej. Złoża węgla związane z uranem guzki miały również niską rozpuszczalność i stosunki H / C mniejsze niż 1, 0 i odpowiadają pirobitumenom pochodzenia nieorganicznego. Dla porównania, smoły węglowej ma stosunek atomowy H/C około 0,8. W geochemii naftowej pirobitumen to pozostałości termicznie zmienionego oleju, który został wcześniej wygenerowany podczas dojrzewania kerogenu - większość tego oleju migrowała do złoża ropy i gromadziła się w nim. petrograficzny badania pozostałości uwodnionej pirolizy, która jest uważana za dobrą symulację laboratoryjną naturalnego tworzenia się ropy naftowej, pokazują tworzenie ciągłej sieci bitumicznej podczas wczesnych etapów transformacji kerogenu, z których część jest przekształcana w pirobitumen przy wysokiej ekspozycji termicznej. Ta definicja jest zgodna z definicją pirobitumenu podaną w Słowniku Towarzystwa Inżynierów Naftowych: „twardy, rodzimy asfalt w porach [skały]. Zwykle nie porusza się ani nie wchodzi w reakcję”. Hunt wykorzystuje tę definicję termicznie dojrzałej pozostałości do obliczania bilansów materiałowych dla losu ropy o bardzo wysokiej dojrzałości, zarówno tej zatrzymanej w skale macierzystej, jak i tej ze zbiorników. Pirobitumen w termicznie dojrzałych zbiornikach ropy został scharakteryzowany przez Hwanga. Niedawno uważa się, że pirobitumen zatrzymany w skale macierzystej odgrywa ważną rolę w przechowywaniu i produkcji gaz łupkowy . W retorcie łupków naftowych pozostałość pirobitumenu ma stosunek atomowy H / C około 0,5 i jest często nazywana koksem , który ma swój odpowiednik w produkcji koksu naftowego i węglowego przez destrukcyjną destylację.
Niektóre archaiczne definicje pirobitumenu obejmują torf i węgiel brunatny , chociaż materiały te doświadczyły niewielkiego ogrzewania geologicznego w porównaniu z tym wymaganym do utworzenia płynnego bitumu, nie mówiąc już o pirobitumie. W przypadku ciał stałych pochodzenia humusowego w ziemi analogiczna pozycja na ścieżce dojrzewania węgla umieściłaby je na poziomie minimalnym w zakresie średnio lotnych bitumów (tj. H/C <0,8, O/C <0,05 i współczynnik odbicia witrynitu > 1,0) %). W przypadku systemów naftowych Mukhopadhyay stwierdza, że stały bitum zaczyna się tworzyć, gdy współczynnik odbicia witrynitu osiąga 0,45%, czyli wczesne etapy konwersji kerogenu do ropy i gazu. Asfalt staje się również bardziej odblaskowy wraz z dojrzałością i daje równoważny współczynnik odbicia bitumu wynoszący 0,6% dla współczynnika odbicia witrynitu wynoszącego 1,0%, co odpowiada granicy między asfaltem / albertytem a epi-impsonitem. Chociaż archaiczna definicja pirobitumenu obejmuje bitumy stałe o niskiej dojrzałości, takie jak albertyt, definicja ściślej związana z tworzeniem i niszczeniem ropy z kerogenu definiowałaby pirobitum jako posiadający stosunek H / C mniejszy niż 1,0. W rzeczywistości przewodnik Biomarker Guide definiuje pyrobitum jako mające stosunek H/C mniejszy niż 0,5, co odpowiada współczynnikowi odbicia witrynitu około 2,0% i niskolotnemu bitumowi do półantracytu ranga węgla . Hwanga i in. stwierdzili, że rozpuszczalność stałych bitumów zbiornikowych spada poniżej 50% dla współczynnika odbicia witrynitu 0,7% i poniżej 20% dla współczynnika odbicia witrynitu większego niż 1,0%, przy współczynniku odbicia witrynitu współczynnik odbicia 1,1% odpowiadający atomowemu stosunkowi H/C 0,8. Warnera i in. znaleziono również pirobitumen na polu Tengiz o H / C 0,8. Cytują również, że ma wysoki współczynnik odbicia, w tym występowanie mozaikowej tekstury odbicia. Piroliza dała trochę oleju podobnego do tego, z którego pochodzi. Bordenave opisuje pirobitumen jako mający współczynnik odbicia między 1,5 a 2,5% i wydajność pirolizy mniejszą niż 80 mg węglowodoru/g węgla organicznego. Z tych opisów i innych badań pirolizy jasno wynika, że stosunek H/C wynoszący 0,5 podany przez Petersa odpowiada końcowej wydajności takiej pirolizy, nawet jeśli bitum staje się nierozpuszczalny, a zatem pirobitum, przed tą dojrzałością.