Fossile brensel er ikke-fornybare energikilder som dannes av sedimentering av planter og dyr som døde for hundrevis av millioner år siden. Disse drivstoffene kan deles inn i to kategorier som petroleum og ikke-petroleums energikilder. Petroleum er den mest brukte energikilden, og det finnes vanligvis i flytende tilstand. Råolje er et eksempel på petroleum, som består av blandinger av hydrokarboner og variable mengder svovel-, nitrogen- og oksygenholdige forbindelser. I motsetning til råolje er skiferolje et ikke-petroleumstoff, som naturlig finnes i fast form som en oljeskiferstein eller kerogen. Dette organiske sedimentet bør termisk dekomponeres for å oppnå flytende skiferolje. Derfor kalles skiferolje også som en syntetisk råolje. De hovedforskjell mellom råolje og skiferolje er det råolje eksisterer naturlig i flytende tilstand mens skiferolje naturlig finnes i fast tilstand.Figur 1. illustrerer klassifiseringen av jordens organiske sedimenter i henhold til dens fysiske tilstand, hydrokarbon forekomst og produksjon.
Råolje er en mørkfarget, høyt viskøs, kompleks blanding av hydrokarboner og heteroatomiske forbindelser som kan separeres i fraksjoner ved destillasjon. Råolje indikerer den naturlige tilstanden til drivstoff som det finnes i reservoarene. Så det bør bli raffinert for å oppfylle de nødvendige spesifikasjonene for sluttbruk. De fleste transportbrenslene som bensin, diesel og flybrensel er fraksjonelle destillater av råolje. Dette har en lav økonomisk verdi sammenlignet med raffinert olje. Den kjemiske sammensetning og fysiske egenskaper av råolje som farge, lukt, volatilitet, spesifikk tyngdekraft, viskositet etc. varierer med trykk, volum og temperatur av opprinnelsen til råoljen. Følgende tabell viser fraksjonen av typisk destillasjon av råolje.
Kokeområde / oC | Antall karbonatomer | Karbonprodukter |
<30 | C1-C4 | Naturgass, metan. Etan, LPG |
30-200 | C4-C12 | Petroleumeter (C5, C6), rett rom bensin |
200-300 | C12- C15 | Kerosin, Oppvarmingsolje |
300-400 | C15-C25 | Gassolje, diesel, smøreolje, voks |
> 400 | > C25 | Restolje, Tar |
Tabell 1. Fraksjoner av typisk destillasjon av råolje
Videre er råolje delt inn i to typer basert på deres svovelinnhold. Hvis svovelinnholdet er høyere enn 0,5% (vekt / vekt), kalles de surt råolje, og hvis det er mindre enn 0,5% (vekt / vekt), kalles de søte råolje. Denne råoljen med lavt svovel er mer miljøvennlig fordi den reduserer motorkorrosjon og gir lave mengder SOx under brenselforbrenning.
Skiferolje er et ukonvensjonelt drivstoff som naturlig oppstår som et fast stoff i en spesiell klasse av bituminøse bergarter, kalt oljeskifer. Disse oljeskalene er argillaceøse, laminerte sedimenter, generelt med høyt organisk innhold som kan termisk dekomponeres for å produsere olje som er kjent som skiferolje. De organiske materialene (kerogen) i sedimenter kan ikke omdannes til skiferolje uten å levere høytemperaturbehandlinger som pyrolyse, hydrogenering eller termisk oppløsning. Derfor kalles det Syntetisk råolje. Mineralsammensetningen varierer med sin opprinnelse, og inneholder generelt leiremineraler, dolomitt, kalsitt og karbonater, etc. De kommersielt viktige oljeskiferreservoarene er lokalisert i Wyoming, Utah og Colorado i Nordvest-USA. Denne skiferoljen, også kalt "stram olje", kan brukes direkte eller etter raffinering, akkurat som råolje. Den typiske oljen har imidlertid en høy andel flyktige forbindelser og lavt svovelinnhold. Produksjonen av olje ved varmebehandling gir en betydelig mengde flyktige gasser som propan, butan og lavkokende væsker som pentan, naturgassin, nafta etc. Tilstedeværelsen av lavkokende bestanddeler gjør skiferoljen ekstremt eksplosiv og høyt brannfarlig.
Oljeskala
Råolje forekommer i undergrunnen ved forhøyet trykk og temperatur. Denne temperaturen og trykket varierer med reservoarets dybde.
Skiferolje har ikke å utsette for tilstrekkelig trykk og temperatur for å konvertere fanget hydrokarboner til råolje. Kerogenavsetningene på skiferoljebergene omdannes forsiktig til råolje av naturlige prosesser.
Kjemisk sammensetning av råolje og skiferolje
Element | % rekkevidde i Råolje | % rekkevidde i Skiferolje |
Karbon | 83-85 | - |
hydrogen | 10-14 | - |
nitrogen | 0,1-2 | 1,5-2 |
Oksygen | 0,05-1,5 | 0,5-1 |
Svovel | 0,05-6,0 | 0,15-1 |
Metall | <0.1 | - |
Tabell 2. Kjemisk sammensetning av typisk råolje og skiferolje etter vekt
I følge statistiske vurderinger inneholder typisk skiferolje mer nitrogenholdige forbindelser, mer oksygenholdige forbindelser og lavt svovelinnhold sammenlignet med konvensjonell råolje. Høyt oksygeninnhold i skiferoljen fører til dannelse av fri radikal og letter brennstoffforbrenningen.
Konvensjonell Råolje forekommer naturlig i reservoarer i flytende tilstand. Den har høy fluiditet, og den kan helles i et høytemperaturområde. dvs. -60 til 30 oC.
Skiferolje er en syntetisk råolje, som dannes ved termisk dekomponering av solid kerogen i oljeskiferstein. Dette er mindre væske enn råolje, og det kan helles ved temperaturer mellom 24 og 27 oC.
Fraksjonell destillasjon av råolje produserer mange transportbrensler som bensin, jetbrensel, diesel, parafin, etc. Dessuten kan den brukes som råmateriale for mange kjemiske produkter som plast, legemidler, gjødsel, plantevernmidler, løsningsmidler osv..
Skiferolje brukes hovedsakelig som oppvarmingsolje, marine drivstoff eller kjemikalie for jernholdig trebeskyttelsesmiddel, etc. Til forskjell fra råolje brukes dette ikke ofte som råmateriale for kjemiske produkter. Imidlertid kan høykokende forbindelser i skiferolje brukes til å produsere mellomdestillater som petroleum, diesel, jetbrensel etc. Ytterligere termisk krakning krever produksjon av lavtkokende bensin. Transportbrensel produsert av skiferolje er av lav kvalitet i forhold til høyere grad av konvensjonelle drivstoff.
Henvisning:
Speight, J. G., Handbook of Petroleum Product Analysis. John Wiley & Sons: 2015.
Speight, J., Syntetisk brenselhåndbok: egenskaper, prosess og ytelse. 2008
Speight, J. G., Kjemi og teknologi av petroleum. CRC press: 2014.
Olah, G. A .; Molnar, A., Hydrocarbon Chemistry. John Wiley & Sons: 2003.
Bilde Courtesy:
"Råolje destillasjon-fr.svg" Bilde originale: Psarianos, Theresa knott; image vectorielle: Rogilbert derivat arbeid: (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
"Oil Shale" Av Georgialh - Eget arbeid, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia