石油

油頁岩(oil shale)(上)

油頁岩(oil shale)(上)
臺北市立第一女子高級中學二年級王因琪

前言:全球能源背景

中國經濟數據顯示,世界上最大能源消費國中國的油量需求在去年的經濟放緩之後開始恢復,因此提高了對2013年全球石油需求的預期。國際能源署(the International Energy Agency)對今年全球石油日均需求預測提高至90,800,000桶,比去年多1%。

而國際能源署在10月份發布的報告中指出,到2020年,美國的石油產量將超過石油輸出國組織(Organization of Petroleum Exporting Countries)最大產油國沙烏地阿拉伯。該組織並預測美國石油產量的快速上升將迫使石油輸出國組織成員國適應快速變化的石油貿易,而且在石油出口市場與北美展開競爭。預計今年非石油輸出國組織國家每日供應量將增加940,000桶,達到53,900,000桶,主要來自美國、加拿大、拉丁美洲和俄羅斯。

美國頁岩油產量大增,將推動今年美國石油產量增加520,000桶,使得美國因此成為非石油輸出國組織中產量增加最快的國家。但石油輸出國組織在2月13日發布的警告稱,今年對非石油輸出國組織的國家產量預期的增長面臨較高風險,特別是美國的油產量,有很多不利條件,包括政治、經濟、氣候、環境和地質因素將使得美國的油產量在近期無法達到預期的水平。

油頁岩簡介

受技術水平進步導致大量頁岩氣儲藏釋放推動,近年來美國石油產量強勁增長。並開始改變全球能源市場貿易格局,將導致石油輸出國家在原油市場的主導地位受到威脅。

雖然稱為油頁岩(又稱油母頁岩),但是地質學家並不全然將之歸類為頁岩。油頁岩是一種高灰分的含可燃有機質的沉積岩,它和煤的主要區別是灰分超過40%。主要成分是油母質(Kerogen),可自其提煉出許多種類的液態烴類,和水分、礦物質以及其他岩類主要有石英、高嶺土、粘土、雲母、碳酸鹽岩以及硫鐵礦,成分通常高於有機質。

油母質一般認為是石油的前身,生物遺骸中的有機碳氫化合物、蛋白質、碳水化合物、類酯體等等,會在厭氧細菌的作用下,進行「低溫化學反應」:先是被分解成單分子體,再聚合成油母質。據估計,大約只有千分之一或更少的生物體經快速掩埋與氧隔絕避免腐爛,才有機會轉化成石油的前身「油母質」。

石油的脫硫化(Desulfurization of Petroleum)

石油的脫硫化(Desulfurization of Petroleum)
國立臺灣大學化學系學士生陳佳翰/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

石油的脫硫化,是在天然氣、汽油、燃油或石化原料(例如:異丙苯)已分餾出之後、要加工或燃燒之前,將其中的含硫化合物去除之的前處理。

石油是由古生物動物遺骸,在高溫高壓下長時間轉化形成,而動物體組成多為蛋白質,故石油含硫量大,其重量百分比有0.5~6%。若未經處理而直接作為燃料使用,則會排放出大量酸性氣體,如二氧化硫等,造成酸雨危害環境。

圖一、含硫燃油的燃燒。

除造成酸雨危害之外,未經脫硫處理的石化原料,在後續的加工過程中易使催化劑失活、變質。例如以沸石(zeolite)裂解重油時,硫醇與硫醚會放出硫分子;硫分子會附著在沸石表面,阻擋反應物與催化劑接觸,造成沸石失活、裂解效率驟降。

圖二、含硫燃油的裂解。

為什麼石油(Oil)與天然氣不會從地底下逸出?

為什麼石油(Oil)與天然氣不會從地底下逸出?
國立臺灣師範大學地球科學所科學教育組任欣怡碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

副標題: 演示位於地下的岩層如何保存石油與天然氣。
主旨: 地底岩層儲集石油與天然氣的原理。

學生年齡: 14-18 歲

活動時間: 10 分鐘

學生目標: 學生可以:
• 解釋石油與天然氣浮在水面上的原因是因為其密度較小。
• 解釋地底岩層有能力儲集石油與天然氣。
• 知道要適當的控制地表鑽油管的設置。

製作您自己的石油(Oil)和天然氣(gas)儲集層-演示石油和水如何滲透過岩石孔隙間

製作您自己的石油(Oil)和天然氣(gas)儲集層-演示石油和水如何滲透過岩石孔隙間
國立臺灣師範大學地球科學系研究所科學教育組周子宇碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

首先,向學生提問:
1石油與天然氣是儲存在何處?
2他們是儲存在巨大的地下湖泊或是海床中,或是在岩石的孔隙間呢?(解答:岩石的孔隙間)

給學生們觀察裝有油、水、空氣的密封罐。
詢問他們:
*當我們將瓶子上下顛倒的時候會發生甚麼事情呢?
*而當瓶子上下顛倒的時候油、空氣、水會呈現怎樣的次序呢?

預知油事?能源因果解碼 – 石油探勘(Oil Drilling)

預知油事?能源因果解碼 – 石油探勘(Oil Drilling)
台灣師範大學地球科學所科學教育組林蓓伶碩士生

 
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向學生展示上面的圖表, 並向學生說明,此圖為地表的橫斷面或是地表的切片。
圖上方的石油探堪源頭將有助於學生了解整張圖的比例。
圖中並呈現石油及天然氣是如何形成的以及它們是如何被圈閉於地底。
此圖同時也呈現了石油及天然氣將如何被提取出,以做對於我們有益的用途。

要求學生完成:
.按照正確順序,從最早發生的事件開始,排列出所有事件的先後順序。給與學生許多寫有不
同描述事件的句子,並將句子寫在長紙條上,讓學生去排列其先後順序。(句子如右表)
• 石油及天然氣如何從右方的地層圈閉中流出的?
• 如果斷層使得右方的石灰石與左方的砂岩相互接觸,會發生什麼事?
• 如果你想要探堪石油及天然氣,你會尋找什麼種類的岩石?

石油的化學組成

石油的化學組成 (Consistence)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

石油的組成很複雜,它的主要成份是碳氫化合物的混合體,碳氫化合物又稱為「烴」,其中較常見的是烷類(包含直鏈或分支)、環烷、芳香烴等。烷類就是石臘烴,飽和的碳氫化合物,通式為CnH2n+2,n值一般約在5〜40左右。

由原油提煉出的汽油(gasoline),主要成份是戊烷pentane(C5H12)到辛烷octane(C8H18),柴油(diesel fuel)和煤油(kerosene)是壬烷nonane(C9H20)到十六烷hexadecane(C16H34),十六烷以上就是
燃料油(fuel oil)和潤滑油(lubricating oil),石臘(paraffin wax)的碳數更高,約有25個碳,瀝青(asphalt)則高達35個碳以上,這些物質也常常再經由裂煉(crack)重組成更有實用價值的產品。

石油(Petroleum)

石油(Petroleum)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

石油的原義是岩油(Rock Oil),petroleum這個名稱第一次被使用,是在1556年由著名的德國礦物學家Georg Bauer在一篇公開的論文中提起。石油是地球上在岩層間上自然行成的一種可燃燒的液體,它是混合著不同分子量的有機物,主要成份是碳與氫。我們通常將這種未加提煉前的液態石油,泛稱為「原油」(Crude Oil)。

原油中,主要的碳氫化合物是烷類、環烷類和芳香類,同時也有其他含氮、氧、硫和少量金屬元素-如鐵、鎳、銅、釩的有機物。組成比例大約如下:
元素 碳 氫 氮 氧 硫 金屬元素
比例 83-87% 10-14% 0.1-2% 0.1-1.5% 0.5-6% <1000ppm