Łupek naftowy jest bogaty w substancje organiczne skały osadowe które zawierają kerogen (nierozpuszczalną materię organiczną w skała osadowa. Łupki te poddawane działaniu intensywnego ciepła wytwarzają ropę naftową. Łupki bitumiczne mają kolor od brązowego do czarnego. Są łatwopalne i palą się płomieniem sadzy. Niektóre łupki naftowe to prawdziwe łupki, w których minerały ilaste są dominujące. Inni rzeczywiście są wapienie i dolomity. Duża część pierwotnego materiału organicznego w łupkach bitumicznych jest nie do poznania, ale uważa się, że pochodzi on z planktonu, alg i mikroorganizmów żyjących w świeżych osadach. W poprzednich stuleciach z łupków bitumicznych z powodzeniem wydobywano niewielkie ilości ropy. W ciągu ostatniego stulecia z łupków bitumicznych wydobywano różne rodzaje skał, w zależności od rodzaju łupków margiel i inny węglan skały. Zbudowano różne instalacje pilotażowe do wydobywania ropy z łupków, ale jak dotąd wyniki komercyjne były skromne.
Spis treści
Klasyfikacja łupków bitumicznych
Klasyfikacja jest ogólnie klasyfikowana według zawartości minerałów i historii osadzania. Historia depozycji skał osadowych to rodzaj środowiska, w którym rozwinęły się skały. Historia depozycji łupków bitumicznych obejmuje organizmy i osady, które się zdeponowały, a także sposób, w jaki depozyty oddziałuje z ciśnieniem i ciepłem.
Diagram van Krevelena
Diagram van Krevelena to metoda klasyfikacji łupków bitumicznych na podstawie historii ich osadzania. Diagram dzieli łupki bitumiczne ze względu na miejsce ich zalegania: w jeziorach (jeziorne), w oceanie (morskie) lub na lądzie (lądowe).
Łupki bitumiczne ze środowisk jeziornych powstają głównie z alg żyjących w wodach słodkich, słonych lub słonawych. Lamozyt i torbanit to rodzaje łupków bitumicznych związanych ze środowiskami jeziornymi. Złoża Lamosite tworzą jedne z największych formacji łupków bitumicznych na świecie. Złoża torbanitu występują głównie w Szkocji, Australii, Kanadzie i Republice Południowej Afryki.
Łupki bitumiczne ze środowisk morskich powstają głównie ze złóż alg i planktonu. Kukersyt, tasmanit i marinit to rodzaje łupków morskich. Kukersite występuje w Bałtyckim Basenie Łupków Naftowych w Estonii i Rosji. Nazwa tasmanitu pochodzi od regionu, w którym został odkryty – wyspy Tasmania w Australii. Marynit, najobficiej występujący ze wszystkich łupków bitumicznych, występuje w środowiskach, w których niegdyś znajdowały się szerokie, płytkie morza. Chociaż marynit występuje w dużych ilościach, często jest to cienka warstwa, której wydobycie jest nieekonomiczne. Największe złoża morskie na świecie znajdują się w Stanach Zjednoczonych, rozciągając się od stanów Indiana i Ohio, po Kentucky i Tennessee.
Łupki bitumiczne ze środowisk lądowych powstają na płytkich torfowiskach i bagnach z niewielką ilością tlenu. Osady składały się głównie z woskowych lub korkowych łodyg odpornych roślin. Łupki Cannel, zwane także Cannel węgiel lub „węgiel świecowy” to prawdopodobnie najbardziej znany rodzaj lądowych łupków bitumicznych. Węgiel z Cannel był w XIX wieku używany głównie jako paliwo do latarni ulicznych i innego oświetlenia.
Klasyfikacja łupków bitumicznych według zawartości minerałów
Ze względu na zawartość minerałów dzieli się je na trzy główne typy: łupki bogate w węglany, łupki krzemionkowe i łupki kanałowe.
Bogate w węglany złoża łupków zawierają duże ilości węglanów minerały. Minerały węglanowe składają się z różnych form jonu węglanowego (unikalnego związku węgla i tlenu). Kalcytna przykład jest minerałem węglanowym występującym powszechnie w łupkach bogatych w węglany. Kalcyt jest głównym składnikiem wielu organizmów morskich. Kalcyt pomaga w tworzeniu muszli i twardych powierzchni ostryg, gwiazd morskich i dolarów piaskowych. Plankton, krasnorosty i gąbki są również ważnymi źródłami kalcytu.
Łupki krzemionkowe są bogate w krzemionkę mineralną, czyli dwutlenek krzemu. Łupki krzemionkowe powstają z organizmów takich jak glony, gąbki i mikroorganizmy zwane radiolarianami. Glony mają ścianę komórkową wykonaną z krzemionki, podczas gdy gąbki i radiolarie mają szkielety lub kolce wykonane z krzemionki. Łupki bitumiczne krzemionkowe czasami nie są tak twarde jak łupki bogate w węglany i można je łatwiej wydobywać.
Łupki Cannel mają pochodzenie lądowe i często są klasyfikowane jako węgiel. Składa się z resztek żywicy, zarodników i korkowatych materiałów roślin drzewiastych. Może zawierać minerały inertynit i witrynit. Łupki Cannel są bogate w wodór i łatwo się palą.
Skład łupków naftowych
Skład łupków bitumicznych może się różnić w zależności od mechanizmu osadzania i ustawienia. Skład pierwotnej materii organicznej może mieć wpływ na skład chemiczny osadzonego kerogenu.
Czynniki jakości
Jakość łupków bitumicznych ma znaczenie przy określaniu ich przydatności do produkcji. Do ważnych wyznaczników jakości należą:
- Bogactwo/gatunek (litry na tonę l/t))
- Zawartość materiału organicznego (jako procent masy)
- zawartość wodoru,
- Zawartość wilgoci i
- Stężenia zanieczyszczeń, w tym:
- Azot i
- Siarka i metale.
Bogactwo/klasa
Komercyjna atrakcyjność każdego złoża łupków bitumicznych zależy od bogactwa łupków. Atrakcyjne handlowo gatunki łupków bitumicznych zawierają 100 l/t lub więcej. Istnieją pewne złoża łupków bitumicznych, które zawierają 300 l/t (4). Bogactwo może w rzeczywistości skutkować większą wydajnością niż określono w teście Fischera ze względu na wydajność przetwarzania. Łupki bitumiczne różnią się znacznie pod względem bogactwa lub gatunku, który jest określany na podstawie procentowej zawartości węgla organicznego w rudzie. Uzysk jest wyrażeniem objętości oleju łupkowego, którą można wydobyć z łupków bitumicznych. Bogactwo łupków bitumicznych można ocenić za pomocą metodologii, w tym testu Fischera, który jest metodą tradycyjną, ale może nie określać całkowitej potencjalnej objętości ropy, którą można wydobyć z łupków. Nowsza metoda, znana jako ocena skał, może zapewnić lepszą miarę rzeczywistego potencjalnego plonu (5).
Możliwość odzyskania
Objętość łupków bitumicznych często wyraża się jako ilość łupków bitumicznych na miejscu. Jest to szacunkowa całkowita objętość łupków bitumicznych zawartych w rudzie, biorąc pod uwagę jakość zasobu. Niektóre złoża posiadają także szacunki zasobów wydobywalnych, które uwzględniają dodatkowe czynniki w celu określenia ilości łupków, które faktycznie można wydobyć z rudy. Istnieją różnice w stopniu, w jakim poszczególne złoża na całym świecie zostały ocenione lub scharakteryzowane; dlatego ilość ropy łupkowej nie jest w pełni znana.
Formacja łupków naftowych
Łupki bitumiczne powstają z materiału organicznego, który może mieć kilka różnych źródeł. Często dzieli się go na trzy główne kategorie w zależności od pochodzenia materiału organicznego: lądowy, jeziorny i morski (2).
- Lądowe łupki bitumiczne powstają z materiału organicznego, roślinnego i zwierzęcego, który kiedyś żył na lądzie, podobnie jak materiał, z którego powstaje węgiel.
- Łupki bitumiczne powstają z pozostałości alg słodkowodnych lub słonawych.
- Morskie złoża łupków bitumicznych powstają w wyniku obecności alg słonowodnych, akritarchów i bruzdnic.
Pochodzenie łupków bitumicznych może mieć wpływ na ich jakość i/lub inne minerały znajdujące się w złożu
Dystrybucja
Złoża łupków bitumicznych można znaleźć na różnych głębokościach pod powierzchnią. Łupki bitumiczne występują w prawie 100 głównych złożach w 27 krajach na całym świecie (3). Zwykle występuje na płytkich głębokościach mniejszych niż 900 metrów, podczas gdy do wytworzenia konwencjonalnej ropy potrzebne są głębsze i cieplejsze strefy geologiczne. Niektóre złoża znajdują się blisko powierzchni w stosunkowo cienkich pokładach łupków. Inne osady można znaleźć głębiej pod powierzchnią (ponad 300 metrów) w bardzo grubych pokładach (o miąższości 300 metrów i więcej).
Charakterystyka i właściwości
Można je znaleźć w różnych rodzajach skał macierzystych, ale większość złóż jest oparta na węglanach lub krzemionce. Rodzaj skały tworzącej łupki wpływa na metody wydobycia i ogrzewania, zawartość wilgoci oraz emisję powietrza i węgla uwalnianą podczas przetwarzania. Łupki bitumiczne na bazie krzemionki i gliny mają zwykle wyższą zawartość wilgoci. Skała węglanowa może się kruszyć podczas wydobycia, kruszenia i przenoszenia, tworząc małe cząstki zwane drobnymi cząstkami. Drobne frakcje wymagają innego podejścia do retortowania niż łupki bryłowe. Drobne cząstki mogą również zanieczyszczać olej łupkowy cząsteczkami, które są trudne do usunięcia. Skały węglanowe rozkładają się również pod wpływem wysokich temperatur, powodując powstawanie i uwalnianie emisji dwutlenku węgla.
Światowe zasoby łupków bitumicznych
Światowe zasoby łupków bitumicznych charakteryzują się różnym stopniem. Największe zasoby, czyli złoża Stanów Zjednoczonych, obejmują około 75 procent światowych zasobów łupków bitumicznych, a na temat jakości i zasięgu tych zasobów wiadomo bardzo dużo. Jednakże na świecie istnieje wiele złóż, o których niewiele wiadomo na temat jakości i zasięgu zasobów.
Zastosowania łupków naftowych
Ludzie korzystają z łupków bitumicznych od tysięcy lat. Starożytni Mezopotamie używali oleju łupkowego do brukowania dróg i uszczelniania statków. Starożytni Mongołowie podczas bitew zanurzali groty swoich strzał w ropie łupkowej, posyłając płonące strzały w kierunku swoich wrogów. Na Bliskim Wschodzie lepki olej łupkowy był nawet składnikiem dekoracyjnych mozaik.
Współczesny przemysł łupkowy rozpoczął się w XIX wieku. Przemysł ten wykorzystywał procesy przemysłowe do podgrzewania łupków w celu wydobycia ropy. Olej łupkowy był używany do różnych produktów, w tym do parafiny.
Kraje europejskie, a później Stany Zjednoczone, rozpoczęły wydobycie łupków bitumicznych i ropy łupkowej oraz spalanie ich jako źródła paliwa. Pierwsze amerykańskie kopalnie łupków powstały w dolinie rzeki Ohio w stanach Pensylwania, Ohio, Wirginia Zachodnia i Kentucky.
Wydobywanie i przetwarzanie ropy łupkowej jest procesem kosztownym i trudnym. Węgiel, ropa naftowai gaz ziemny są tańsze w wydobyciu. Australia, Brazylia, Szwajcaria, Szwecja, Hiszpania i Republika Południowej Afryki rozpoczęły wydobycie łupków bitumicznych w XIX i XX wieku, ale wszystkie zaprzestały wydobycia w latach sześćdziesiątych XX wieku. Stany Zjednoczone zaprzestały produkcji na początku lat 19.
Wiele krajów, w tym Estonia, Chiny i Brazylia, w dalszym ciągu wykorzystuje łupki bitumiczne jako paliwo. Jest spalany w celu wytworzenia energii elektrycznej, jest składnikiem przemysłu chemicznego, a produkty uboczne wykorzystuje się do produkcji cementu.
Referencje
- Bonewitz, R. (2012). Skały i minerały. wydanie 2. Londyn: Wydawnictwo DK.
- Knaus, E., Killen, J., Biglarbigi, K. i Crawford, P. (2010). Przegląd zasobów łupków bitumicznych. W serii sympozjów ACS (tom 1032, s. 3-20). Wydawnictwo Uniwersytetu Oksfordzkiego.
- Społeczeństwo, N. (2019). łupki naftowe. [online] Towarzystwo National Geographic. Dostępne na: https://www.Nationalgeographic.org/encyclopedia/oil-shale/ [dostęp: 9 maja 2019 r.].
