El pirobitumen es un tipo de materia orgánica sólida y amorfa . El pirobitumen es principalmente insoluble en disulfuro de carbono y otros disolventes orgánicos como resultado de la reticulación molecular , que hace que la materia orgánica previamente soluble (es decir, el betún ) sea insoluble. [1] [2] No todos los betunes sólidos son pirobitumenos, ya que algunos betunes sólidos (p. Ej., Gilsonita ) son solubles en disolventes orgánicos comunes, incluido el CS
2, diclorometano y mezclas de benceno - metanol .
Pirobitumen | |
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![]() Sistema de clasificación de betunes adaptado de Abraham y Curiale | |
General | |
Categoría | Materia orgánica |
Color | Variable |
Si bien la distinción principal entre betún y pirobitumen es la solubilidad, los procesos térmicos que impulsan la reticulación molecular también disminuyen la relación atómica de hidrógeno a carbono de más de uno a menos de uno y, en última instancia, a aproximadamente la mitad. También debe entenderse que tanto la solubilidad como las relaciones atómicas H / C forman un continuo, y la mayoría de los betunes sólidos tienen componentes tanto solubles como insolubles. La distinción entre pirobitumen y kerógeno residual en una roca madre madura se basa en la evidencia microscópica del flujo de fluido dentro de la estructura de la roca y, por lo general, no se determina.
Los términos betún y pirobitumen tienen definiciones relacionadas en la corteza terrestre y en el laboratorio. En geología, el betún es producto de la deposición y maduración de materia orgánica. El material orgánico extraíble (MOE) en las rocas generadoras de petróleo y las rocas de yacimiento se define como betún. Tras la exposición a altas temperaturas regionales durante el tiempo geológico , el betún se convierte en pirobitumen como resultado de las reacciones activadas térmicamente que eliminan los productos de petróleo y gas más livianos y dejan un residuo insoluble rico en carbono. El pirobitumen representa una fracción significativa del destino final de los líquidos derivados del petróleo que se forman a partir del kerógeno durante la catagénesis. En el laboratorio, experimentos en rocas ricas en orgánicos (lutitas bituminosas y rocas generadoras de petróleo), la descomposición de la materia orgánica inicialmente insoluble (definida como kerógeno) produce productos gaseosos y líquidos. El fluido soluble que permanece en la roca calentada se define como betún. Tras una mayor exposición térmica, el betún continúa evolucionando y se desproporciona en pirobitumen y más petróleo y gas.
Los términos betún y asfalto a menudo se usan indistintamente para describir formas de petróleo altamente viscosas a sólidas que se han utilizado en la construcción desde el quinto milenio antes de Cristo. El betún es distinto del alquitrán , que describe correctamente un producto formado por pirólisis (destilación destructiva) de carbón o madera. La brea recuperada del petróleo por destilación también se denomina a veces betún o asfalto.
Etimología
La expresión "betún" se originó en sánscrito , donde encontramos las palabras jatu, que significa "brea", y jatu-krit, que significa "crear brea", "producir brea" (refiriéndose a árboles coníferos o resinosos). El América equivalente Algunos afirman que es originaria gwitu-hombres (perteneciente a paso), y por otros, pixtumens (exudado o el burbujeo de tono), que fue acortado posteriormente a betún.
Definición
Hunt [3] define el betún como una sustancia nativa de color, viscosidad y volatilidad variables compuesta principalmente de carbono e hidrógeno. Además, define el petróleo como una forma de betún que es gaseoso o líquido en el depósito y se puede producir a través de una tubería. Otros bitúmenes van desde muy viscoso (por ejemplo, Athabasca y aceites venezolanos pesados, La Brea pozos de alquitrán ) a sólido (por ejemplo, gilsonita , ozoquerita , grahamita , impsonite ). El pirobitumen se forma por descomposición térmica y reticulación molecular del betún. El pirobitumen se distingue de otros betunes sólidos extruidos de rocas generadoras ricas en kerógeno de maduración temprana (p. Ej., Gilsonita) y betunes semisólidos en arenas petrolíferas de alta viscosidad formadas por lavado con agua y biodegradación de petróleo convencional (p. Ej., Arenas bituminosas de Athabasca ), todos de los cuales son solubles en disulfuro de carbono.
Clasificación
Los sistemas de clasificación arcaicos para clasificar los betunes se construyeron sin el amplio conocimiento de la geoquímica orgánica desarrollado durante los últimos 50 años. El pirobitumen se definió originalmente como un betún sólido que es insoluble e infusible. El sistema de clasificación original para el betún sólido de Abraham, [4] adaptado de Curiale, [5] se muestra en la Figura 1. Curiale dice que si bien el esquema de clasificación histórica es útil para clasificar colecciones de museos, no es útil para establecer relaciones genéticas , y propuso la clasificación alternativa que se muestra en la Figura 2.
Aunque no existe una relación directa entre los sistemas de clasificación de las Figuras 1 y 2, un tipo de pirobitumen es un subconjunto del betún sólido post-petróleo formado por la degradación térmica del kerógeno y el petróleo. De las 27 muestras investigadas por Curiale, las tres muestras impsonitas tenían baja solubilidad (<3%) y una baja relación H / C (<0,9) característica de materia orgánica muy madura. Estas muestras también tenían el contenido más bajo de asfaltenos , aromáticos y volátiles más alto en la fracción soluble. Los depósitos de carbono asociados con los nódulos de uranio también tenían bajas solubilidades y relaciones H / C menores a 1.0 y corresponden a pirobitumenos de origen inorgánico. A modo de comparación, la brea de alquitrán de hulla tiene una relación atómica H / C de aproximadamente 0,8. [6] En la comunidad de la geoquímica del petróleo , el pirobitumen son los restos de petróleo alterado térmicamente que se generó previamente durante la maduración del kerógeno; gran parte de ese petróleo migró y se acumuló en un depósito de petróleo. Los estudios petrográficos de residuos de pirólisis hidratada, que se considera una buena simulación de laboratorio de la formación de petróleo natural, muestran la formación de una red bituminosa continua durante las primeras etapas de la transformación del kerógeno, parte de la cual se convierte en pirobitumen a alta exposición térmica. [7] Esta definición es consistente con la dada para pirobitumen en el Glosario de la Sociedad de Ingenieros de Petróleo: “un asfalto nativo duro dentro de los poros [de la roca]. Normalmente no se mueve ni entra en la reacción ". [8] Hunt [9] utiliza esta definición de residuo térmicamente maduro para calcular los balances de materiales para el destino del petróleo a vencimientos muy altos, tanto el retenido en la roca fuente como el de los yacimientos. El pirobitumen en yacimientos de petróleo térmicamente maduros ha sido caracterizado por Hwang. [10] Más recientemente, se considera que el pirobitumen retenido en la roca madre juega un papel importante en el almacenamiento y producción de gas de esquisto . [11] En la retorta de esquisto bituminoso, el residuo de pirobitumen tiene una relación atómica H / C de aproximadamente 0,5 y a menudo se denomina coque , [12] que tiene su análogo en la producción de coques de petróleo y carbón por destilación destructiva.
Algunas definiciones arcaicas de pirobitumen incluyen turba y lignito , aunque estos materiales experimentaron poco calentamiento geológico en comparación con el requerido para formar betún fluido, y mucho menos pirobitumen. Para los sólidos de origen húmico en la tierra, una posición análoga en la vía de maduración del carbón lo colocaría en un mínimo en el rango bituminoso de volátiles medios (es decir, H / C <0.8, O / C <0.05 y reflectancia de vitrinita> 1.0 %)., [13] [14] [15] Para los sistemas de petróleo, Mukhopadhyay [16] afirma que el betún sólido comienza a formarse cuando la reflectancia de la vitrinita alcanza el 0,45%, es decir, las primeras etapas de conversión del kerógeno en petróleo y gas. El betún también se vuelve más reflectante con la madurez, y da una reflectancia de betún equivalente de 0.6% para una reflectancia de vitrinita de 1.0%, que corresponde al límite entre asfalto / albertita y epi-impsonita. Aunque la definición arcaica de pirobitumen incluye betunes sólidos de baja madurez como la albertita, una definición más estrechamente vinculada a la formación y destrucción de petróleo a partir del kerógeno definiría al pirobitumen con una relación H / C inferior a 1,0. De hecho, la Guía de Biomarcadores [17] define el pirobitumen como que tiene una relación H / C inferior a 0,5, que corresponde a una reflectancia de vitrinita de aproximadamente 2,0% y rango de carbón bituminoso a semi-antracita de baja volatilidad . Hwang y col. [10] encontró que la solubilidad de los betunes de yacimiento sólido disminuyó por debajo del 50% para una reflectancia de vitrinita de 0,7% y por debajo del 20% para reflectancia de vitrinita superior a 1,0%, con una reflectancia de vitrinita de 1,1% correspondiente a una relación atómica H / C de 0.8. Warner y col. [18] también encontró pirobitumen en el campo Tengiz con H / C de 0.8. También citan que tiene una alta reflectividad, incluida la aparición de textura de reflectividad de mosaico. La pirólisis produjo un aceite similar al del que se derivó. Bordenave [19] describe que el pirobitumen tiene una reflectividad de entre 1,5 y 2,5% y un rendimiento de pirólisis de menos de 80 mg de hidrocarburo / g de carbono orgánico. A partir de estas descripciones y otros estudios de pirólisis, queda claro que la relación H / C de 0,5 dada por Peters corresponde al final de dicho rendimiento de pirólisis, aunque el betún se vuelve insoluble, y por lo tanto, pirobitumen, antes de esa madurez.
Referencias
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- ^ JM Hunt, Geoquímica y geología del petróleo, 2ª ed., Freeman, 1996, p. 437.
- ^ JM Hunt, Geoquímica y geología del petróleo, 1ª ed., Freeman, 1979, p. 28, 546.
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