Aceite de esquisto bituminoso - Shale oil
El aceite de esquisto es un aceite no convencional producido a partir de fragmentos de roca de esquisto bituminoso mediante pirólisis , hidrogenación o disolución térmica . Estos procesos convierten la materia orgánica dentro de la roca ( kerógeno ) en petróleo y gas sintéticos . El aceite resultante puede usarse inmediatamente como combustible o mejorarse para cumplir con las especificaciones de materia prima de la refinería mediante la adición de hidrógeno y la eliminación de impurezas como azufre y nitrógeno . Los productos refinados se pueden utilizar para los mismos fines que los derivados del petróleo crudo .
El término "aceite de esquisto" también se utiliza para el petróleo crudo producido a partir de esquisto de otras formaciones de muy baja permeabilidad. Sin embargo, para reducir el riesgo de confusión del petróleo de esquisto producido a partir de esquisto bituminoso con el petróleo crudo en esquisto bituminoso, se prefiere el término " petróleo compacto " para este último. La Agencia Internacional de Energía recomienda utilizar el término " petróleo estanco ligero " y el informe de World Energy Resources 2013 del Consejo Mundial de Energía utiliza el término " petróleo estanco " para el petróleo crudo en las lutitas petrolíferas.
Historia
El esquisto bituminoso fue una de las primeras fuentes de aceite mineral utilizadas por los seres humanos. En el siglo X, el médico árabe Masawaih al-Mardini (Mesue el Joven) describió por primera vez un método para extraer petróleo de "una especie de pizarra bituminosa". También se informó que se usó en Suiza y Austria a principios del siglo XIV. En 1596, el médico personal de Federico I, duque de Württemberg, escribió sobre sus propiedades curativas. El aceite de esquisto se utilizó para iluminar las calles de Módena , Italia , a principios del siglo XVIII. La Corona Británica otorgó una patente en 1694 a tres personas que habían "encontrado una manera de extraer y hacer grandes cantidades de brea, tar y aceite de una especie de piedra". Más tarde, vendido como Betton's British Oil, se decía que el producto destilado había sido "probado por diversas personas en Aches and Pains con mucho beneficio". Las industrias modernas de extracción de aceite de esquisto se establecieron en Francia durante la década de 1830 y en Escocia durante la de 1840. El aceite se utilizó como combustible, como lubricante y aceite para lámparas; la Revolución Industrial había creado una demanda adicional de iluminación. Sirvió como sustituto del cada vez más escaso y caro aceite de ballena .
A fines del siglo XIX, se construyeron plantas de extracción de petróleo de esquisto en Australia , Brasil y Estados Unidos . China , Estonia , Nueva Zelanda , Sudáfrica , España , Suecia y Suiza produjeron petróleo de esquisto a principios del siglo XX. El descubrimiento de petróleo crudo en el Medio Oriente a mediados de siglo detuvo la mayoría de estas industrias, aunque Estonia y el noreste de China mantuvieron sus industrias de extracción hasta principios del siglo XXI. En respuesta al aumento de los precios del petróleo a principios del siglo XXI, las operaciones de extracción han comenzado, se han explorado o se han renovado en los Estados Unidos, China, Australia y Jordania .
Proceso de extracción
El aceite de lutita se extrae mediante pirólisis, hidrogenación o disolución térmica de la lutita bituminosa. La pirólisis de la roca se realiza en una retorta , situada sobre el suelo o dentro de la propia formación rocosa. A partir de 2008, la mayoría de las industrias de esquisto bituminoso realizan el proceso de extracción de aceite de esquisto después de que la roca se extrae, se tritura y se transporta a una instalación de retorta, aunque varias tecnologías experimentales realizan el proceso en el lugar ( in situ ). La temperatura a la que el kerógeno se descompone en hidrocarburos utilizables varía con la escala de tiempo del proceso; en el proceso de retorta por encima del suelo, la descomposición comienza a 300 ° C (570 ° F), pero avanza más rápida y completamente a temperaturas más altas. La descomposición ocurre más rápidamente a una temperatura entre 480 y 520 ° C (900 y 970 ° F).
La hidrogenación y la disolución térmica (procesos de fluidos reactivos) extraen el aceite utilizando donantes de hidrógeno , disolventes o una combinación de estos. La disolución térmica implica la aplicación de solventes a temperaturas y presiones elevadas, aumentando la producción de aceite al romper la materia orgánica disuelta. Diferentes métodos producen aceite de esquisto con diferentes propiedades.
Una medida crítica de la viabilidad de la extracción de petróleo de esquisto es la relación entre la energía producida por la pizarra bituminosa y la energía utilizada en su extracción y procesamiento, una relación conocida como "Energía devuelta sobre la energía invertida" ( EROEI ). Un EROEI de 2 (o una proporción de 2: 1) significaría que para producir 2 barriles de petróleo real, se debe quemar / consumir el equivalente en energía de 1 barril de petróleo. Un estudio de 1984 estimó que la EROEI de los diversos depósitos de esquisto bituminoso conocidos variaba entre 0,7 y 13,3. Estudios más recientes estiman que el EROEI de las lutitas bituminosas es 1–2: 1 o 2–16: 1, dependiendo de si la energía propia se cuenta como un costo o si se excluye la energía interna y solo se cuenta como entrada la energía comprada. Royal Dutch Shell informó un EROEI de tres a cuatro en 2006 en su desarrollo in situ en el " Proyecto de investigación de caoba ".
La cantidad de petróleo que se puede recuperar durante la retorta varía según la lutita bituminosa y la tecnología utilizada. Aproximadamente una sexta parte de las lutitas bituminosas en la Formación Green River tienen un rendimiento relativamente alto de 25 a 100 galones estadounidenses (95 a 379 l; 21 a 83 imp gal) de petróleo de lutita por tonelada de lutita bituminosa; aproximadamente un tercio rinde de 10 a 25 galones estadounidenses (38 a 95 l; 8,3 a 20,8 imp gal) por tonelada. (Diez galones estadounidenses / tonelada equivalen aproximadamente a 3.4 toneladas de petróleo por cada 100 toneladas de lutita). Aproximadamente la mitad de las lutitas bituminosas en la Formación Green River rinden menos de 10 galones estadounidenses / tonelada.
Los principales productores mundiales de petróleo de esquisto han publicado los rendimientos de sus operaciones comerciales. Fushun Mining Group informa que produce 300.000 toneladas por año de aceite de esquisto a partir de 6,6 millones de toneladas de esquisto, un rendimiento del 4,5% en peso. VKG Oil afirma producir 250.000 toneladas de petróleo por año a partir de 2 millones de toneladas de esquisto, un rendimiento del 13%. Petrobras produce en su planta Petrosix 550 toneladas de petróleo por día a partir de 6.200 toneladas de esquisto, un rendimiento del 9%.
Propiedades
Las propiedades del aceite de esquisto crudo varían según la composición del esquisto bituminoso principal y la tecnología de extracción utilizada. Al igual que el aceite convencional, el aceite de esquisto es una mezcla compleja de hidrocarburos y se caracteriza por las propiedades de volumen del aceite. El aceite de esquisto normalmente contiene grandes cantidades de hidrocarburos olefínicos y aromáticos . El aceite de esquisto también puede contener cantidades significativas de heteroátomos . Una composición típica de aceite de esquisto incluye 0,5 a 1% de oxígeno , 1,5 a 2% de nitrógeno y 0,15 a 1% de azufre , y algunos depósitos contienen más heteroátomos. También suelen estar presentes partículas minerales y metales. Generalmente, el petróleo es menos fluido que el crudo, volviéndose vertible a temperaturas entre 24 y 27 ° C (75 y 81 ° F), mientras que el crudo convencional es vertible a temperaturas entre −60 a 30 ° C (−76 a 86 ° F). F); esta propiedad afecta la capacidad del petróleo de esquisto para ser transportado en oleoductos existentes.
El aceite de esquisto contiene hidrocarburos aromáticos policíclicos que son cancerígenos . Se ha descrito que el aceite de esquisto crudo tiene un potencial carcinogénico leve que es comparable a algunos productos de refinería intermedia, mientras que el aceite de esquisto mejorado tiene un potencial carcinogénico menor ya que se cree que la mayoría de los aromáticos policíclicos se descomponen por hidrogenación. La Organización Mundial de la Salud clasifica el petróleo de esquisto como carcinógenos del Grupo 1 para los seres humanos.
Actualización
Aunque el aceite de esquisto crudo se puede quemar inmediatamente como fuel oil, muchas de sus aplicaciones requieren que se mejore. Las diferentes propiedades de los aceites crudos requieren los correspondientes pretratamientos antes de que puedan enviarse a una refinería de petróleo convencional .
Las partículas del aceite crudo obstruyen los procesos posteriores; azufre y nitrógeno crean contaminación del aire . El azufre y el nitrógeno, junto con el arsénico y el hierro que pueden estar presentes, también destruyen los catalizadores utilizados en la refinación. Las olefinas forman sedimentos insolubles y provocan inestabilidad. El oxígeno dentro del petróleo, presente en niveles más altos que en el petróleo crudo , se presta a la formación de radicales libres destructivos . Hidrodesulfuración y de hidrodesnitrogenación pueden abordar estos problemas y como resultado un producto comparable al aceite crudo de referencia . Los fenoles se pueden eliminar primero mediante extracción de agua. La conversión del petróleo de esquisto en combustibles para el transporte requiere ajustar las proporciones de hidrógeno y carbono mediante la adición de hidrógeno ( hidrocraqueo ) o la eliminación de carbono ( coquización ).
El aceite de esquisto producido por algunas tecnologías, como el proceso Kiviter , se puede utilizar sin más mejoras como constituyente del aceite y como fuente de compuestos fenólicos . Los aceites destilados del proceso Kiviter también se pueden utilizar como diluyentes para aceites pesados derivados del petróleo y como aditivo potenciador de adhesivos en materiales bituminosos como el asfalto .
Uso
Antes de la Segunda Guerra Mundial , la mayor parte del petróleo de esquisto se mejoraba para su uso como combustible de transporte. Posteriormente, se utilizó como materia prima para productos químicos intermedios, productos químicos puros y resinas industriales, y como conservante de madera de ferrocarril . A partir de 2008, se utiliza principalmente como aceite de calefacción y combustible marino y, en menor medida, en la producción de diversos productos químicos.
La concentración de compuestos de alto punto de ebullición del aceite de esquisto es adecuada para la producción de destilados medios como el queroseno , el combustible para aviones y el combustible diesel . El agrietamiento adicional puede crear los hidrocarburos más ligeros que se utilizan en la gasolina.
El "aceite de esquisto sulfonado pálido" (PSSO), una variante sulfonada y neutralizada con amoníaco denominada "Ichthammol" (sustancia química: bituminosulfonato de amonio ) todavía se aplica en la actualidad.
Reservas y producción
Las reservas mundiales de esquisto bituminoso técnicamente recuperable se han estimado recientemente en alrededor de 2,8 a 3,3 billones de barriles (450 × 10 9 a 520 × 10 9 m 3 ) de petróleo de esquisto, con las mayores reservas en los Estados Unidos , que se cree que tiene 1,5– 2,6 billones de barriles (240 × 10 9 –410 × 10 9 m 3 ). La producción mundial de petróleo de esquisto se estimó en 17.700 barriles por día (2.810 m 3 / d) en 2008. Los principales productores fueron China (7.600 barriles por día (1.210 m 3 / d)), Estonia (6.300 barriles por día (1.000 m 3 / d)) y Brasil (3.800 barriles por día (600 m 3 / d)).
La producción de petróleo de esquisto se ha visto obstaculizada debido a dificultades técnicas y costos. En marzo de 2011, la Oficina de Administración de Tierras de los Estados Unidos cuestionó propuestas en los Estados Unidos para operaciones comerciales, afirmando que "(t) aquí no se conocen formas económicamente viables para extraer y procesar esquisto bituminoso con fines comerciales".