أنواع الكيروجين
درست سابقا أن الوقود الأحفوري يتشكل من بقايا الكائنات الحية النباتية والحيوانية، وأنه يشمل أنواعا مختلفة منها:
1- الفحم الحجري والنفط والغاز الطبيعي.
وتعلمت أن المواد العضوية المكونة للوقود الأحفوري تتحول إلى مواد عضوية أكثر تعقيدا بعد تعرضها للضغط والحرارة تسمى الكيروجين.
وتوجد ثلاثة أنواع رئيسة من الكيروجين استنادا إلى أصلها الذي تكونت منه وهي:
الكيروجين 1 يتكون من بقايا الطحالب المائية في بيئة بحيرية.
الكيروجين II يتكون من بقايا العوالق النباتية والحيوانية والطحالب في بيئة بحرية.
الكير وجين III يتكون من بقايا نباتات تنمو على اليابسة في بيئة قارية.
ويضيف بعض العلماء نوعا رابعا من الكير وجين هو كيروجين IV ولكنه نوع نادر وغير قادر على إنتاج النفط أو الغاز الطبيعي.
نضج الكيروجين وتشكل النفط يمر الكير وجين بمراحل متتالية حتى يتحول إلى نفط أو غاز طبيعي، ففي البداية وعند درجات الحرارة المنخفضة التي لا تتجاوز 500C تكون البكتيريا اللاهوائية هي المسؤولة عن تحلل مادة الكيروجين، فتقل نسب الأكسجين والنيتروجين والكبريت فيه، وهذا يؤدي إلى زيادة تركيز المركبات الهيدروكربونية.
ولا تعد مادة الكير وجين في هذه المر حلة مادة ناضجة، ويقدر العلماء أن عمق الرسوبيات الحاوية على الكير وجين في هذه المرحلة تتراوح بين km(4.5— 1).
ويعد الصخر الزيتي صخرا يحتوي على مادة الكير وجين غير الناضجة.
أنظر الشكل (7) الذي يمثل عينة صخر زيتي تحتوي على مادة الكيروجين.
بعد هذا العمق، تصبح درجة الحرارة هي المسؤولة عن نضج الكيروجين اعتمادا على الممال الحراري
وهو معدل التغير في درجة الحرارة بزيادة العمق، ويقدرها العلماء بين0C/km (30— 25)، وهي متغيرة من منطقة إلى أخرى اعتمادا على الظروف الجيولوجية والطبوغرافية.
ويصبح الكيروجين ناضجا عندما ترتفع درجة الحرارة بالحد الكافي الذي يسمح بتولد النفط ترتفع درجة الحرارة بالحد الكافي الذي يسمح بتولد ثم الغاز الطبيعي، وتسمى هذه العملية النضج.
واعتمادا على نضج مادة الكير وجين العضوية وخصائص كل نوع، فإن الوقود الأحفوري يصنف إلى أنواع مختلفة منها: النفط.
البترول
البترول خليط معقد من المواد الهيدروكربونية يتشكل في الطبيعة.
يوجد البترول بالحالة السائلة أو الغازية أو الصلبة، ولكنه يطلق غالبا على الحالة السائلة من المواد الهيدروكربونية، ويتكون البترول من النفط والغاز الطبيعي والقار والأسفلت.
النفط
النفط : هو الحالة السائلة من البترول، ويتباين لونه بحسب تركيبه من اللون الأسود إلى الأسود البني أو الأسود المصفر، ويسمى أيضا النفط الخام .
التركيب الكيميائى للنفط، حيث يتشكل من مواد هيدروكربونية تختلف نسبها بحسب نوع النفط.
كذلك يحتوي على نسبة من النيتروجين والأكسجين والكبريت. ويمكن أن يحتوي على نسبة قليلة من عناصر فلزية مثل النحاس والنيكل والفانيديوم والحديد.
يتولد النفط من الكيروجين عند دفنه في أعماق كبيرة نتيجة ارتفاع درجة الحرارة، وقد توصل العلماء عن طريق الدراسات التجريبية إلى أن تولد النفط من الكير وجين يحدث بشكل كبير عند درجات حرارة تتراوح بين C (120 60).
الغاز الطبيعي
الغاز الطبيعي هو الحالة الغازية من البترول، يسمى أيضا الغاز الأحفوري.
وهو غاز عديم اللون والرائحة يتكون بشكل أساسي من الميثان (CH4)، وكميات أقل من الإيثان (C2H6) والبروبان (C3H8)، وقديحتوي على نسب قليلة من ثاني أكسيد الكربون، والأكسجين أو النيتروجين، أو كبريتيد الهيدروجين. ويمثل الجدول (2) التركيب الكيميائي للغاز الطبيعي ونسب مكوناته الرئيسة.
يتوافر الغاز الطبيعى مصاحبا للنفط في مصيدة النفط، أو منفردا، وقد توصل العلماء إلى أن الغاز الطبيعي يتولد من الكيروجين عند درجات حرارة تتراوح تقريبا بين C (225— 120).
وفي الغالب،فإن النفط والغاز الطبيعي يتولدان من الكيروجين II.
الجدول 2 : الذي يمثل أحد آبار الغاز الطبيعي.
الأسفلت
الأسفلت Asphalt ويسمى أيضا البتيو مين Bitumen. ويعد أحد أنواع الوقود الأحفوري غير التقليدية، وهو بقايا مواد هيدروكربونية عالية اللزوجة، تكون في الحالة شبه السائلة إلى الحالة الصلبة، ولونه بين البني والأسود.
أنظر الشكل (11).
قد يتشكل الأسفلت في صخور المصدر أو في الصخور الخازنة بعد هجرة النفط.
ففي صخور المصدر قد يتشكل الأسفلت قبل تولد النفط في أثناء تطور المادة العضوية ،
بسبب التحلل البيولوجي بوساطة البكتيريا لمادة الكيروجين ويمكن أن ينتج الأسفلت أيضا بعد تولد النفط نتيجة تحرك النفط خلال الشقوق والصدوع مما يؤدي إلى تحرر المواد المتطايرة وتبخر الغازات وتركيز المواد الهيدروكربونية الثقيلة (الأسفلت)،
أما تكون الأسفلت في الصخور الخازنة، فينتج أيضا إما من تسرب النفط نحو الأعلى وتبخر المواد الهيدروكربونية الخفيفة منه أو بسبب تحلل المواد الهيدروكربونية المكونة له بواسطة البكتيريا المحلله وزيادة تركيز المواد الهيدروكربونية الصلبة.
رمال القار
تتكون رمال القار التي تسمى أيضا الر مال النفطية من صخور رملية تحتوي داخلها على مواد هيدروكربونية ثقيلة (الأسفلت).
وتكون الحبيبات المعدنية المكونة لرمال القار محاطة بغشاء رقيق الماء، وتوجد بينها مادة الأسفلت.
وتقدر نسبة مادة الأسفلت في رمال القار بحوالي %10 من كتلة الصخر الرملي.
ويفسر العلماء تشكل رمال القار نتيجة هجرة النفط إلى خزانات مكونة من الصخر الرملي توجد على أعماق ضحلة أقل Km2 ودرجات حرارة أقل من C 80 بحيث أصبح النفط عرضة
للتحلل الحيوي (البيولوجي) بوساطة البكتيريا الهوائية؛ ما أدى إلى مزيد من تحلل المواد الهيدروكربونية الخفيفة والمتوسطة وتطايرها وترسيب المواد الهيدركربونية الثقيلة بين حبيبات الرمل.
الصخر الزيتي
الصخر الزيتي هو أحد صخور المصدر التي لم تدفن بعمق كاف لتنضج، وتتكون غالبا من صخر الغضار الذي يحتوي على كمية كبيرة من الكير وجين. وعلى الرغم من أن تلك الصخور قد تحتوي على المواد الهيدروكربونية، إلا أنه يجب تسخينها على درجات حرارة تصل ما بين 00C 500- 4 ليحدث لها انحلال حراري ليتم توليد النفط والغاز الطبيعي من الكيروجين الموجود فيها.
الذي يمثل عمليات استخراج الصخر الزيتي من أماكن وجوده.
يتشكل الصخر الزيتي في بيئات مختلفة بحرية أو قارية أو بحيرية، ولا يوجد تركيب كيميائي محدد لمادة الكير وجين المكونة له؛ وذلك لأن بقايا الكائنات الحية التي تكونت منها بعضها نباتات نمت على اليابسة، وبعضها كائنات بحرية مجهرية نباتية أو حيوانية، ومع ذلك فإن جميع أنواع الكير وجين تتكون بصورة رئيسة من المواد الهيدروكربونية.
الفحم الحجري
درست سابقا أن الفحم الحجري يتشكل من تحلل بقايا نباتات دفنت بعد موتها تحت طبقات مختلفة من الصخور الرسوبية بعيدة عن الأكسجين، وأنه اعتمادا على مقدار درجة الحرارة والضغط التي تتعرض لها تلك البقايا تتشكل أنواع مختلفة من الفحم الحجري. فما مراحل تشكل الفحم الحجري؟ وما خصائص كل نوع منها؟
يقسم الفحم الحجري أربعة أقسام:
1- الخث: يتكون الخث في المرحلة الأولى من مراحل تشكل الفحم الحجري عند درجات حرارة وضغط منخفضة نسبيا، ويتكون الخث من بقايا نباتات متحللة جزئيا حيث تظهر فيه بقايا الجذور والأفرع.
2- اللغنيت : بزيادة الضغط والحرارة يتحول الخث إلى نوع آخر من الفحم الحجري يسمى اللغنيت، ويسمى أيضا الفحم البني. يحتوي اللغنيت على نسبة كربون أعلى من الحث، ويكون أكثر صلابة منه، ولكنه لا يزال يحتوي على نسبة كبيرة من بقايا النباتات المتحللة جزئيا. ويشكل فحم اللغنيت النسبة الأعلى من الاحتياطي العالمي من الفحم الحجري.
3- الفحم البتيوميني : مع زيادة درجة الحرارة والضغط، وبمرور الزمن يتكون الفحم البتيوميني، يحتوي هذا النوغ من الفحم على نسبة من الكربون تصل إلى %86، ويحرق الفحم البتيوميني في مراجل صناعية لصنع فحم الكوك Coke وهو فحم معالج يستخدم في صناعة الحديد الصلب.
4- الأنثراسيت : يعد فحم الأنثراسيت المرحلة الأخيرة من مراحل تشكل الفحم الحجري؛ لذلك يستغر ق تشكله مدة زمنية طويلة نسبة إلى الأنواع الأخرى من الفحم الحجري. ويحتاج الأنثراسيت إلى درجات حرارة وضغط عاليين.
ونتيجة لذلك فهو يعد أقسى أنواع الفحم الحجري، ويتكون معظمه من الكربون. وعند حرق فحم الأنثر اسيت ينتج كمية كبيرة من الحرارة. أنظر الشكل (17/ ب).
