La extracción de aceite de lutita es un proceso industrial para la producción de petróleo no convencional. Este proceso convierte el querógeno en la lutita bituminosa en aceite de esquisto mediante pirólisis, hidrogenación o disolución térmica. El aceite de esquisto resultante se utiliza como aceite combustible o se actualiza para cumplir con las especificaciones de materia prima de refinería mediante la adición de hidrógeno y la eliminación de impurezas de azufre y nitrógeno.alt= |izquierda|miniaturadeimagen|Instalación experimental de petróleo de lutita in situ de Shell, Piceance Basin, Colorado, Estados UnidosLa extracción de aceite de esquisto generalmente se realiza sobre el suelo (procesamiento ex situ) extrayendo la lutita bituminosa y luego tratándola en instalaciones de procesamiento . Otras tecnologías modernas realizan el procesamiento subterráneo (procesamiento in situ) aplicando calor y extrayendo el aceite a través de pozos de petróleo .
La descripción más antigua del proceso data del siglo X. En 1684, Gran Bretaña otorgó la primera patente formal de proceso de extracción. Las industrias de extracción y las innovaciones se generalizaron durante el siglo XIX. La industria se redujo a mediados del siglo 20 después del descubrimiento de grandes reservas de petróleo convencional, pero los altos precios del petróleo a principios del siglo XXI han llevado a un renovado interés, acompañado por el desarrollo y prueba de nuevas tecnologías.
A partir de 2010, las principales industrias de extracción de larga data están operando en Estonia , Brasil y China. Su viabilidad económica generalmente requiere una falta de petróleo crudo disponible localmente. Los problemas nacionales de seguridad energética también han desempeñado un papel en su desarrollo. Los críticos de la extracción de petróleo de esquisto plantean cuestiones sobre la gestión ambiental , como la eliminación de residuos, el uso extensivo del agua, la gestión del agua residual y la contaminación del aire.
Historia alt=In this vertical retort, oil shale is processed in a cast iron vessel which is broader at the bottom and narrow at the top. Lines on the left point to and describe its major components. From bottom to top, they consist of a water seal, coal-fired furnaces flanking a cast iron retort, a hopper receiving the shale, and a valve system. Arrows and text on the right show process inputs and outputs: steam is injected near the bottom of the retort; near its top, oil vapors and gases are drawn off and collected; a wheeled container delivers oil shale to the hopper.|derecha|miniaturadeimagen|250x250px|La réplica de Alexander C. Kirk , utilizada a mediados y finales del siglo XIX, fue una de las primeras réplicas verticales de pizarra bituminosa. Su diseño es típico de las réplicas utilizadas a fines del siglo XIX y principios del XX. En esta réplica vertical, la lutita bituminosa se procesa en un recipiente de hierro fundido que es más ancho en la parte inferior y angosto en la parte superior. Las líneas a la izquierda señalan y describen sus principales componentes. De abajo hacia arriba, consisten en un sello de agua, hornos de carbón que flanquean una réplica de hierro fundido, una tolva que recibe la lutita y un sistema de válvulas. Las flechas y el texto a la derecha muestran las entradas y salidas del proceso: se inyecta vapor cerca de la parte inferior de la retorta; cerca de su parte superior, los vapores de petróleo y los gases se extraen y se recogen; un contenedor con ruedas entrega pizarra bituminosa a la tolva. La réplica de Alexander C. Kirk , utilizada a mediados y finales del siglo XIX, fue una de las primeras réplicas verticales de pizarra bituminosa. Su diseño es típico de las réplicas utilizadas a fines del siglo XIX y principios del XX. En el siglo X, el médico árabe Masawaih al-Mardini (Mesue el Joven) escribió sobre sus experimentos para extraer petróleo de "algún tipo de lutita bituminosa". La primera patente de extracción de petróleo de esquisto fue otorgada por la Corona británica en 1684 a tres personas que habían "encontrado una forma de extraer y hacer grandes cantidades de brea y aceite de una especie de piedra". La moderna extracción industrial de petróleo de esquisto se originó en Francia con la implementación de un proceso inventado por Alexander Selligue en 1838, mejorado una década después en Escocia utilizando un proceso inventado por James Young. Durante el siglo XIX, se construyeron plantas en Australia, Brasil, Canadá y los Estados Unidos. La invención de 1894 de la réplica de Pumpherston , que era mucho menos dependiente del calor del carbón que sus predecesores, marcó la separación de la industria de la pizarra bituminosa de la industria del carbón.
China (Manchuria), Estonia, Nueva Zelanda , Sudáfrica, España , Suecia y Suiza comenzaron a extraer petróleo de esquisto a principios del siglo XX. Sin embargo, los descubrimientos de petróleo crudo en Texas durante la década de 1920 y en el Medio Oriente a mediados del siglo 20 detuvo la mayoría de las industrias de esquisto bituminoso. En 1944, los EE. UU. Recomenzaron la extracción de petróleo de lutita como parte de su Programa de Combustibles Líquidos Sintéticos . Estas industrias continuaron hasta que los precios del petróleo cayeron bruscamente en la década de 1980. La última réplica de pizarra bituminosa en los Estados Unidos, operada por Unocal Corporation , se cerró en 1991. El programa de EE. UU. Se reinició en 2003, seguido por un programa de arrendamiento comercial en 2005 que permite la extracción de lutita bituminosas y arenas petrolíferas tierras federales de acuerdo con la Ley de Política Energética de 2005.
A partir de 2010 , la extracción de petróleo de esquisto está en operación en Estonia, Brasil y China. En 2008, sus industrias produjeron alrededor de 930,000 toneladas métricas (17,700 barriles por día) de aceite de esquisto bituminoso. Australia, EE. UU. Y Canadá han probado las técnicas de extracción de petróleo de esquisto bituminoso a través de proyectos de demostración y están planificando la implementación comercial; Marruecos y Jordania han anunciado su intención de hacer lo mismo. Solo cuatro procesos están en uso comercial: Kiviter , Galoter ,Fushun y Petrosix.
Principios de procesamiento alt=A vertical flowchart begins with an oil shale deposit and follows two major branches. Conventional ex situ processes, shown on the right, proceed through mining, crushing, and retorting. Spent shale output is noted. In situ process flows are shown in the left branch of the flowchart. The deposit may or may not be fractured; in either case, the deposit is retorted and the oil is recovered. The two major branches converge at the bottom of the chart, indicating that extraction is followed by refining, which involves thermal and chemical treatment and hydrogenation, yielding liquid fuels and useful byproducts.|derecha|miniaturadeimagen|300x300px|Descripción de la extracción de aceite de esquisto El proceso de extracción de aceite de esquisto bituminoso descompone la lutita bituminosa y convierte su querógeno en aceite de esquisto bituminoso, un petróleo crudo sintético similar al petróleo. El proceso se realiza por pirólisis, hidrogenación o disolución térmica. Las eficiencias de los procesos de extracción a menudo se evalúan comparando sus rendimientos con los resultados de un ensayo Fischer realizado en una muestra de la lutita.
El método de extracción más antiguo y más común involucra la pirólisis (también conocida como retorta o destilación destructiva). En este proceso, la pizarra bituminosa se calienta en ausencia de oxígeno hasta que su kerógeno se descompone en vapores de petróleo de lutita condensables y gas de esquisto bituminoso combustible no condensable . Luego se recogen y enfrían los vapores de petróleo y el gas de esquisto bituminoso, lo que provoca que el aceite de esquisto bituminoso se condense . Además, el procesamiento de pizarra bituminosa produce lutita bituminosa, que es un residuo sólido. La pizarra gastada consiste en compuestos inorgánicos (minerales) y carbón-un residuo carbonoso formado a partir de querógeno. Quemar el carbón de la lutita gastada produce ceniza de esquisto bituminoso. La lutita bituminosa gastada y la ceniza de esquisto se pueden usar como ingredientes en la fabricación de cemento o ladrillos. La composición de la lutita bituminosa puede aportar un valor añadido al proceso de extracción mediante la recuperación de subproductos, incluidos el amoníaco , azufre , compuestos aromáticos , brea , asfalto y ceras.
Calentar la lutita bituminosa a la temperatura de pirólisis y completar las reacciones de descomposición de querógeno endotérmico requiere una fuente de energía. Algunas tecnologías queman otros combustibles fósiles como el gas natural, el petróleo o el carbón para generar este calor y los métodos experimentales han utilizado electricidad, ondas de radio , microondas o fluidos reactivos para este fin. Se utilizan dos estrategias para reducir, e incluso eliminar, los requisitos de energía térmica externa: el gas de esquisto bituminoso y los subproductos de carbón generados por la pirólisis pueden quemarse como fuente de energía, y el calor contenido en el esquisto bituminoso la ceniza de esquisto bituminoso se puede usar para precalentar la lutita de petróleo crudo.
Para el procesamiento ex situ , la pizarra bituminosa se tritura en trozos más pequeños, aumentando el área de la superficie para una mejor extracción. La temperatura a la que se produce la descomposición de la lutita bituminosa depende de la escala de tiempo del proceso. En los procesos de retorta ex situ , comienza a 300 °C (570 °F) y avanza más rápidamente y por completo a temperaturas más altas. La cantidad de aceite producido es la más alta cuando la temperatura oscila entre 480 y 520 °C (900 y 970 °F). La relación de gas de esquisto bituminoso a aceite de esquisto generalmente aumenta junto con las temperaturas de retorta. Para un proceso moderno in situ, que puede tomar varios meses de calentamiento, la descomposición se puede realizar a temperaturas tan bajas como 250 °C (480 °F). Las temperaturas por debajo de 600 °C (1,110 °F) son preferibles, ya que esto evita la descomposición de piedra de cal y dolomita en la roca y, por lo tanto, limita las emisiones de dióxido de carbono y el consumo de energía.
La hidrogenación y la disolución térmica (procesos de fluidos reactivos) extraen el aceite utilizando donantes de hidrógeno , solventes o una combinación de estos. La disolución térmica implica la aplicación de disolventes a temperaturas y presiones elevadas, aumentando la producción de petróleo mediante el craqueo de la materia orgánica disuelta. Diferentes métodos producen aceite de esquisto con diferentes propiedades.
Clasificación de tecnologías de extracción Los analistas de la industria han creado varias clasificaciones de las tecnologías utilizadas para extraer el aceite de esquisto bituminoso de la lutita bituminosa.
Por principios del proceso : basados en el tratamiento de la lutita bituminosa en bruto por calor y disolventes, los métodos se clasifican como pirólisis, hidrogenación o disolución térmica.