Κεφάλαιο 3: Ορυκτοί Υδρογονάνθρακες 7/3/2016. Ποιοι είναι οι ορυκτοί HC. Ποιοι θαλάσσιοι οργανισμοί. Τι είναι ορυκτός υδρογονάνθρακας (HC)

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Κεφάλαιο 3: Ορυκτοί Υδρογονάνθρακες 7/3/2016. Ποιοι είναι οι ορυκτοί HC. Ποιοι θαλάσσιοι οργανισμοί. Τι είναι ορυκτός υδρογονάνθρακας (HC)"

Μαία Ελευθεριάδης
7 χρόνια πριν
Προβολές:

Ενεργειακές Πηγές & Ενεργειακές Πρώτες Ύλες Ποιοι είναι οι ορυκτοί HC Οι συνηθέστεροι είναι: Κεφάλαιο 3: Το αργό πετρέλαιο Το φυσικό αέριο Ορυκτοί Υδρογονάνθρακες ΑΛΛΑ στη φύση απαντάται και μια

1 Ενεργειακές Πηγές & Ενεργειακές Πρώτες Ύλες Ποιοι είναι οι ορυκτοί HC Οι συνηθέστεροι είναι: Κεφάλαιο 3: Το αργό πετρέλαιο Το φυσικό αέριο Ορυκτοί Υδρογονάνθρακες ΑΛΛΑ στη φύση απαντάται και μια σειρά από ορυκτούς HC, που Κίμων Χρηστάνης Τομέας Ορυκτών Πρώτων Υλών Τμήμα Γεωλογίας Πανεπιστήμιο Πατρών είτε υφίστανται περιορισμένη εξόρυξη είτε προς το παρόν δεν υφίστανται εκμετάλλευση (μη συμβατικοί HC). Τι είναι ορυκτός υδρογονάνθρακας (HC) Ποιοι θαλάσσιοι οργανισμοί Ρευστό (υγρό ή αέριο), σπάνια «σχεδόν στερεό» Καύσιμο Σκούρου καστανού έως μαύρου χρώματος Οργανογενές (προέλευση από έμβιους οργανισμούς) Οργανικό (χημική σύσταση) Προέλευση κυρίως από θαλάσσιους ζωικούς οργανισμούς Κυρίως: Ζωοπλαγκτόν Φυτοπλαγκτόν Φύκη Δευτερευόντως: Υπολείμματα χερσαίων φυτών (π.χ. σπόροι και γυρεόκοκκοι, που παρασύρονται από επιφανειακά νερά ή τον αέρα) Πού σχηματίζονται οι ορυκτοί HC Διεργασίες γένεσης HC Οι ζωντανοί οργανισμοί Σε κλειστούς κόλπους Σε αβαθείς, ήσυχες θάλασσες χωρίς ρεύματα ΑΛΛΑ ΚΑΙ Σε λίμνες (ζώνη ανάπτυξης υδρόβιων φυτών) μετά τον θάνατό τους καταλήγουν στον πυθμένα της θάλασσας, συνιστούν το οργανικό μητρικό υλικό των ορυκτών HC, αποτίθενται πάνω στα λεπτόκοκκα ιζήματα (άργιλοι, ιλύες, μάργες κ.ά.) του πυθμένα, θάβονται μέσα σε λεπτόκοκκα ιζήματα κάτω από αναερόβιες συνθήκες θάβονται σε όλο και μεγαλύτερα βάθη κάτω από νεώτερα ιζήματα, καθώς η ιζηματογένεση συνεχίζεται μέσα στον γεωλογικό χρόνο, από τη στιγμή του θανάτου τους αποσυντίθενται από μικροοργανισμούς. Προϊόντα αποσύνθεσης είναι αέριοι (φυσαλίδες) και υγροί HC (σταγόνες), που δημιουργούνται στη μάζα του μητρικού υλικού 1

Προϋποθέσεις γένεσης HC Ωρίμανση του μητρικού υλικού Ύπαρξη κατάλληλου περιβάλλοντος απόθεσης Θάνατος και απόθεση μητρικού υλικού στον πυθμένα Ταφή μητρικού υλικού μέσα σε λεπτόκοκκα ιζήματα Κάλυψη

2 Προϋποθέσεις γένεσης HC Ωρίμανση του μητρικού υλικού Ύπαρξη κατάλληλου περιβάλλοντος απόθεσης Θάνατος και απόθεση μητρικού υλικού στον πυθμένα Ταφή μητρικού υλικού μέσα σε λεπτόκοκκα ιζήματα Κάλυψη από μεγάλου πάχους ιζήματα Βύθιση σε μεγάλα βάθη (>3.000 m) Ωρίμανση του μητρικού υλικού στην «κουζίνα» (kitchen) Καθώς το μητρικό υλικό σταδιακά θάβεται σε όλο και μεγαλύτερα βάθη, συνεχίζεται η αποσύνθεση-διάσπασή του και η παραγωγή φυσαλίδων και σταγόνων HC, αυξάνει η λιθοστατική πίεση, αλλά και η θερμοκρασία περιβάλλοντος (γεωθερμική βαθμίδα), τα διάφορα στοιχεία, που περιέχονται στα ορυκτά των περιβαλλόντων πετρωμάτων, λειτουργούν ως καταλύτες στις συγκεκριμένες συνθήκες, μητρικό υλικό και ορυκτά βρίσκονται μέσα στο νερό, που διευκολύνει τις αντιδράσεις, με αποτέλεσμα να επιταχύνονται οι αντιδράσεις ωρίμανσης του μητρικού υλικού, δηλαδή παραγωγής υγρών και αερίων HC. Ωρίμανση του μητρικού υλικού Προϋποθέσεις κοιτασματογένεσης HC Οι φυσαλίδες και τα σταγονίδια HC: μεταναστεύουν πρωτογενώς, εισέρχονται στον ταμιευτήρα, μεταναστεύουν δευτερογενώς, παγιδεύονται σε κατάλληλες δομές, συγκεντρώνονται σε επαρκείς ποσότητες, η συγκέντρωση προστατεύεται από διάβρωση ή διαρροή μέσω ρηγμάτων. Σχηματισμός κοιτάσματος HC Πρωτογενής μετανάστευση HC Δευτερογενής μετανάστευση HC Η γένεση φυσαλίδων και σταγόνων μέσα στα λεπτόκοκκα ιζήματα της «κουζίνας» αυξάνει την εσωτερική πίεση του ρευστού στους πόρους του πετρώματος. Μόλις οι φυσαλίδες και οι σταγόνες HC φθάσουν σε περατό σχηματισμό, αρχίζουν να συνενώνονται σε μεγαλύτερες φυσαλίδες και σταγόνες. Η υψηλή πίεση που αναπτύσσεται, δημιουργεί αστάθεια στο ίζημα με αποτέλεσμα ν ανοίγουν ρωγμές, στις οποίες διεισδύουν οι υγροί και αέριοι ΗC, που οδεύουν προς περιβάλλοντα χαμηλότερης πίεσης. Λόγω της υψηλής λιθοστατικής πίεσης οι ρωγμές κλείνουν μόλις οι HC διέλθουν. Λόγω του ενεργού πορώδους οι φυσαλίδες και οι σταγόνες κινούνται εύκολα προς περιβάλλοντα χαμηλότερης λιθοστατικής πίεσης. Η κίνηση συνεχίζεται μέχρι οι υγροί και οι αέριοι HC να συναντήσουν εμπόδιο, δηλ. κάποια γεωλογική δομή, την παγίδα, και να συγκεντρωθούν εκεί (= κοίτασμα HC). Η κίνηση των ΗC μέσα στο λεπτόκοκκο μητρικό πέτρωμα μέχρι το ταμιευτήριο πέτρωμα ονομάζεται πρωτογενής μετανάστευση. Η μετακίνηση των HC διαμέσου του περατού (ταμιευτήριου) πετρώματος μέχρι την παγίδα καλείται δευτερογενής μετανάστευση. 2

Πρωτογενής μετανάστευση Πρωτογενής (με δυσκολία λόγω μεγάλου πάχους μητρικού πετρώματος) Πρωτογενής (με ευκολία λόγω μικρού πάχους μητρικού πετρώματος) Δευτερογενής Μετανάστευση Μετανάστευση των HC

3 Πρωτογενής μετανάστευση Πρωτογενής (με δυσκολία λόγω μεγάλου πάχους μητρικού πετρώματος) Πρωτογενής (με ευκολία λόγω μικρού πάχους μητρικού πετρώματος) Δευτερογενής Μετανάστευση Μετανάστευση των HC Πρωτογενής Μετανάστευση Δευτερογενής Μετανάστευση Δομές παγίδευσης HC Στοιχειακή χημική σύσταση Το πετρέλαιο στοιχειακά αποτελείται: Κύρια στοιχεία: C (80-87%), H (8-15%) Δευτερεύοντα στοιχεία: O (<2%), N (1,7%), S (<8%) Ιχνοστοιχεία: Ca, Mg, Ba, Sr, Si, Al, Fe, Ti, V, Mn, κ.ά. Το φυσικό αέριο αποτελείται κυρίως από μεθάνιο (CH 4 ), που συνίσταται από C και H. Συστατικά του αργού πετρελαίου Το αργό πετρέλαιο αποτελείται από δεκάδες οργανικές ενώσεις, η πλειοψηφία των οποίων ανήκει στις: Παραφίνες ή αλκάνια (κορεσμένοι HC του τύπου C n H 2n+2, δηλ. ). Το απλούστερο αλκάνιο είναι το μεθάνιο (n=1). Ναφθένια ή κυκλοπαραφίνες ή κυκλοαλκάνια (κορεσμένοι κυκλικοί HC του τύπου C n H 2(n+1-r), όπου r ο αριθμός των δακτυλίων ). Το απλούστερο ναφθένιο είναι το κυκλοπροπάνιο C 3 H 6 (r=1). Αρωματικοί HC (ακόρεστοι κυκλικοί του τύπου ). Ο απλούστερος αρωματικός HC είναι το βενζένιο (C 6 H 6 ) με έναν δακτύλιο. Ανάλογα με την επικρατούσα ομάδα χαρακτηρίζεται το αργό πετρέλαιο παραφινικό, παραφινικό-ναφθενικό, ναφθενικό, ναφθενικό-αρωματικό κ.ά. Συστατικά του φυσικού αερίου Αποτελείται κυρίως (> 90% κ.ό.) από μεθάνιο. Συμμετέχουν: αέριες ή και κάποιες υγρές οργανικές ενώσεις, όπως παραφίνες, βενζένιο, ναφθένια αέριες ανόργανες ενώσεις, όπως CO 2, N 2, H 2 S, He κ.ά. 3

Χαρακτηριστικές ιδιότητες πετρελαίου Κοιτασματολογική έρευνα Ιξώδες (= ευκολία με την οποία ρέει κάποιο ρευστό) κυμαίνεται από 0,25 έως 1.000.

4 Χαρακτηριστικές ιδιότητες πετρελαίου Κοιτασματολογική έρευνα Ιξώδες (= ευκολία με την οποία ρέει κάποιο ρευστό) κυμαίνεται από 0,25 έως centipoise το νερό στους 20 ο C έχει ιξώδες 1 centipoise, βαριά κλάσματα έχουν > 100, αέρια ~ 0,25 Πέρα από τις συνήθεις γεωλογικές εργασίες (χαρτογράφηση, χρονολιθοστρωματογραφική και τεκτονική ανάλυση), η έρευνα κυρίως με σεισμικές μεθόδους 3D εστιάζει κυρίως στον εντοπισμό δομών, που μπορούν να έχουν λειτουργήσει ως παγίδες HC. ο ΑΡΙ (=, όπου ρ: ειδικό βάρος αργού πετρελαίου) o API ρ (g/cm 3 ) Χαρακτηρισμός πετρελαίου > 34 < 0,855 ελαφρύ ,855-0,934 μέσο < 20 > 0,934 βαρύ Προϊόντα απόσταξης 25-30% βενζίνη 35-40% ενδιάμεσα 25-40% βαριά υπολείμματα <10% βενζίνη 20-30% ενδιάμεσα 60-80% βαριά υπολείμματα Η γεωτρητική έρευνα στη συνέχεια θα εστιαστεί στις πλέον πιθανές θέσεις, που θα προκύψουν από την ερμηνεία των γεωφυσικών. Γεωτρύπανο στον Πρίνο. Κοπτικό άκρο & αντλία αργού πετρελαίου Εξόρυξη HC on shore off shore Εξόρυξη HC Παγκόσμια αποθέματα HC Πρωτογενής: αρτεσιανισμός ή άντληση Δευτερογενής: (α) εισπίεση σε μια γεώτρηση νερού (ψυχρού, θερμού ή ακόμη και ατμού), (β) εισπίεση σε μια γεώτρηση φυσικού αερίου, ώστε να αυξηθεί η πίεση στον ταμιευτήρα και να ωθηθεί το πετρέλαιο μέσω άλλης γεώτρησης προς την επιφάνεια. Επιπλέον η παροχή θερμότητας μειώνει το ιξώδες του αργού πετρελαίου, που ρέει ευκολότερα. Τριτογενής: (α) εισπίεση οξέων για διάλυση ορυκτών στον ταμιευτήρα και αύξηση περατότητας (β) εισπίεση τασιενεργών, που αποσπούν υμένια αργού πετρελαίου προσκολλημένα στους κόκκους του ταμιευτήριου σχηματισμού (γ) ελεγχόμενη διάρρηξη ταμιευτήρα με άσκηση υδραυλικής πίεσης ή με εκρηκτικά, για αύξηση περατότητας 4

Οι τιμές του αργού πετρελαίου 1861-2011 Οι αγωγοί φυσικού αερίου Το δίκτυο φυσικού αερίου Liquid Natural Gas (LNG) Χρήσεις ορυκτών HC Ορυκτοί HC & Περιβάλλον Παραγωγή: Ενέργειας (θερμότητα,

5 Οι τιμές του αργού πετρελαίου Οι αγωγοί φυσικού αερίου Το δίκτυο φυσικού αερίου Liquid Natural Gas (LNG) Χρήσεις ορυκτών HC Ορυκτοί HC & Περιβάλλον Παραγωγή: Ενέργειας (θερμότητα, ηλεκτρισμός) Οπτάνθρακα (pet coke) Πετροχημικών ενώσεων Εκρηκτικών υλών Πλαστικών Πετρέλαιο Χερσαία και θαλάσσια ρύπανση (πετρελαιοκηλίδες) Με την καύση: Εκπομπή CO 2 θέρμανση πλανήτη, όξινη βροχή Εκπομπές SO 2, NO x όξινη βροχή Εκπομπές πτητικών ιχνοστοιχείων Αιθαλομίχλη (νέφος) Φυσικό αέριο Εκπομπή CO 2 θέρμανση πλανήτη 5

Σχετικά έγγραφα

Κεφάλαιο 2: Γαιάνθρακες (Ορυκτοί Άνθρακες)

Ενεργειακές Πηγές & Ενεργειακές Πρώτες Ύλες Κεφάλαιο 2: Γαιάνθρακες (Ορυκτοί Άνθρακες) Κίμων Χρηστάνης Τομέας Ορυκτών Πρώτων Υλών Τμήμα Γεωλογίας Πανεπιστήμιο Πατρών christan@upatras.gr Τι είναι τύρφη