DE2758470C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des
geologischen Entwicklungsgrades einer Vielzahl von geologischen
Sedimentproben, bei dem jede Probe in nicht-oxidierende
Atmosphäre eingebracht und diese Probe auf eine Temperatur von
höchstens gleich 600°C erwärmt wird, bei welcher das organische
Material der Probe pyrolisiert wird, bei dem die aus der
Pyrolyse resultierenden Produkte nach ihrer Oxidation oder
Verbrennung einem Detektor zugeführt werden, dessen
kontinuierliches Ausgangssignal als Funktion der Temperatur der
Probe integriert wird.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens mit einer Kammer, einem Probenträger
und einem Positionierorgan des Trägers in der Kammer, einem
Heizorgan für diese Kammer, Steuerungs- und Regelelementen
für dieses Heizorgan, zur Steuerung und Regelung der Temperatur
im Inneren der Kammer auf einen Wert, bei dem die Pyrolyse
des organischen Materials der Probe möglich ist, wobei
diese Temperatur höchstens bei 600°C liegt, mit einer
Einlaßleitung für ein nicht-oxidierendes Gas unter Druck zum
Mitreißen der durch die Pyrolyse des organischen Materials
gebildeten Produkte, mit einer Verbrennungseinrichtung für die
durch die Pyrolyse gebildeten Produkte, einem Detektor für
die aus der Verbrennung resultierenden Produkte sowie mit
einer Einrichtung zur Integration des vom Detektor erzeugten
Signals als Funktion der Temperatur.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bekannt aus
"Erdöl und Kohle-Erdgas-Petrochemie", 23. Jahrgang, Nr. 10,
1970, Seiten 655-661. Dort wird eine flüssige Probe über
eine Spritze in ein Eintrittsorgan bei 550°C eingeführt.
Eine Behandlung fester Proben ist nicht möglich. Das Trägergas
bespült einmal die erwärmte Probe und bringt sie dann in
eine Verbrennungszone bei 800°C, wo sie in SO₂ umgeformt und
analysiert wird. Es kann natürlich nur der lösliche Schwefel
bestimmt werden. Dies ist aber in einer großen Vielzahl der
Fälle, insbesondere bei der Bestimmung des Gehalts organischen
Schwefels in einer geologischen Sedimentprobe völlig
uninteressant.
Eine Vorrichtung der obengenannten Art ist aus der
DE-OS 24 20 146 bekannt, wobei die Messung der
kohlenwasserstoffhaltigen Sedimentverbindungen als Funktion der
Heiztemperatur erfolgt, und zwar sehr genau (Typ des organischen
Materials und seine Entwicklung). Hier findet sich aber
kein Hinweis, daß die diese Kohlenwasserstoffe begleitenden
Schwefelverbindungen es etwa ermöglichen würden, das gleiche
Ziel zu erreichen und das gleiche Problem zu lösen. Ähnlichkeiten
sind für den Analytiker nicht gegeben, da der Schwefel
einen anderen biogenetischen Ursprung in den Sedimenten
wie die kohlenwasserstoffhaltigen Verbindungen hat und der
Schwefel zum größten Teil sekundären Ursprungs ist (Einbau
anorganischen Schwefels, der Sulphate, im organischen Material).
Die Möglichkeit, sauerstoffhaltige Verbindungen mit der
bekannten Maßnahme zu messen, ist uninteressant.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gehalt an
organischem Schwefel in Erdölsedimenten auf der Basis geringer
Entnahmen zu bestimmen und hieraus Entwicklungstyp und -zustand
des organischen Materials dieser mit dem der Sedimente abzuleiten.
Erreicht wird dies erfindungsgemäß überraschend dadurch,
daß
die in den Verbrennungsprodukten enthaltenden schwefelhaltigen
Verbindungen mit dem Detektor ermittelt werden,
die durch Integration des Detektor-Ausgangssignals
ermittelte Gesamtmenge an in den Oxidationsprodukten
enthaltenem Schwefel einer charakteristischen Größe der
Psrobe zugeordnet wird und
mit Hilfe dieses Wertepaares der Entwicklungsgrad des
organischen Materials der Probe bestimmt wird.
Bei der vorzugsweisen Verwendung der obengenannten
Vorrichtung wird erfindungsgemäß so vorgegangen, daß der
Detektor auf die in den Verbrennungsprodukten enthaltenden
schwefelhaltigen Verbindungen anspricht und die durch
Integration des Detektorausgangssignals erzeugte Meßgröße die
Gesamtmenge des in den aus der Verbrennung resultierenden
Produkten enthaltenden Schwefels bestimmt.
Die Maßnahme nach der Erfindung ist auch der bisher
angewandten Flammenfotometrie überlegen, bei der es nicht
möglich ist, Messungen direkt ausgehend von einer rohen
Gesteinsprobe durchzuführen. Im übrigen war die Analyse
auf Gase mit Temperaturwerten unterhalb 200°C begrenzt.
Kurz gesagt, erhitzt man nach dem Verfahren der Erfindung
eine Probe eines zu untersuchenden Sediments bis auf eine
Temperatur, bei der sich die Pyrolyse des organischen in
der Probe von gegebenenfalls kleiner Abmessung enthaltenen
Materials einstellen kann. Diese Pyrolyse wird
vorgenommen in einer Atmosphäre inerten Gases, wie Stickstoff,
Helium, Argon etc. oder unter Wasserstoffatmosphäre.
Man sorgt dann für die Verbrennung der aus der Pyrolyse
stammenden Produkte, was die schwefelhaltigen organischen
Verbindungen in Schwefeldioxid, im Gemisch mit einem geringen
Anteil an Schwefeltrioxid (SO₃) umformt; man bestimmt dann
mittels des Detektors die Schwefelmenge, die im organischen
pyrolysierten Material der Probe enthalten war.
Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnungen
näher erläutert werden. Diese zeigt in
Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung
nach der Erfindung; die
Fig. 2 und 2a zeigen im Detail das Element 10;
Fig. 3 läßt die durch die Vorrichtung erzeugten Signale
S₁ und S₂ erkennen;
Fig. 4 zeigt die Signale S₁, die aus der Analyse der
aus unterschiedlichen Tiefen entnommenen Proben,
die zu ein und der gleichen Sedimentschichtenfolge
gehören, entnommen wurden;
Fig. 5 zeigt die Entwicklung des organischen Materials
einer Sedimentschichtenfolge und
Fig. 6 zeigt für organische Materialien unterschiedlichen
Ursprungs die Kurven des Wasserstoffindex als
Funktion des Schwefelindex.
Eine besondere Ausführungsform des Geräts oder der
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung
ist schematisch in Fig. 1 dargestellt.
Die Vorrichtung umfaßt eine Heizkammer 1 oder eine
Kammer, die beheizt werden kann. Im dargestellten Fall
umfaßt die Vorrichtung ein Heizorgan 2 für die Gesamtheit
der Kammer. Dieses Heizorgan 2 kann von an sich
bekannter Art sein und beispielsweise die Kammer 1 umgeben.
Es ist jedoch auch möglich, die Kammer 1 aus einem elektrisch
leitfähigen Material herzustellen, in welchem
man einen elektrischen Strom zirkulieren läßt, um die
Erwärmung durch Joule-Effekt sicherzustellen. Das
Heizorgan 2 wird mit Energie, ausgehend von einer nicht
dargestellten Quelle gespeist.
Die Arbeitsweise des Heizorgans 2 wird durch ein geeignetes
Steuerelement 3 geregelt, damit die Temperatur im
Innern der Kammer 1 einen bestimmten Wert hat oder
entsprechend einem gewünschten Variationsgesetz variiert.
Dieses Steuerelement ist beispielsweise eine
Heizprogrammiereinrichtung an sich bekannter, im Handel
erhältlicher Art und wird deswegen hier nicht genauer beschrieben.
Die Vorrichtung umfaßt auch eine Kapsel oder ein Schiffchen
4, in welches die zu analysierende Probe gegeben
wird. Dieses Schiffchen kann verschoben werden und in
die Kammer 1 durch eine geeignete Einrichtung,
beispielsweise einen Kolben 5, eingeführt werden, der
Verschiebungseinrichtungen 6, die selbsttätig sein können oder von
Hand betätigt werden können, zugeordnet sind und die aus
einem Zylinder bestehen können, der mit dem Kolben 5 einen
doppelt wirkenden Stempel bildet, der mit einer Fluidquelle
verbunden ist. Es kann aber auch ein Zahnrad oder
Ritzel vorgesehen sein, welches sich in Drehung versetzen
läßt und welches mit einer fest mit dem Kolben 5 verbundenen
Zahnstange zusammenwirkt. Vorzugsweise ist der Kolben
5 hohl ausgebildet; sein der Kapsel 4 abgelegenes Ende
ist an eine Leitung 7 angeschlossen. Diese liefert
ein nicht oxydierendes Gas, zum Beispiel ein neutrales
Gas (Stickstoff, Helium etc.) oder Wasserstoff.
Eine Vorrichtung 8 sorgt für die Isolierung und
Abdichtung um den Kolben 5 herum. Diese Vorrichtung kann
gegebenenfalls verschiebbar sein und das Einführen
der Probe in die Kapsel 4 erleichtern.
Die Kammer 1 ist über eine Leitung 9 mit einem Element 10
verbunden, das so ausgelegt ist, daß es die Verbrennung
der aus der Kammer 1 stammenden Produkte durchführt.
Das Element 10 steht über eine Leitung 11 mit einem
Detektor (12) für Schwefeldioxydgas und Schwefeltrioxydgas
in Verbindung; der Detektor ist so ausgelegt, daß er ein
Signal S₁ erzeugt, das repräsentativ für die in den
schwefelhaltigen Produkten enthaltenen Schwefelmengen
ist.
Der Detektor kann von an sich bekannter Art sein,
beispielsweise ein Infrarot-Detektor hoher Sensibilität, ein
Mikro-Coulombmeter, ein selbsttätig steuerndes PH-Meßgerät,
ein Conduktometer, ein UV-Fluoreszenz-Detektor, ein
selbsttätiges Colorimeter, ein Flammenphotometer, spezifische
feste Detektoren (elektrochemische Geber, dotierte
Transistoren etc.).
Mit bestimmten Arten von Detektoren, insbesondere Infrarot-
Detektoren, wird es notwendig, vor dem Detektor 12 einen
Auffang vorzusehen, der dazu bestimmt ist, das in dem aus
dem Ionisationsflammendetektor austretendes Gas enthaltene
Wasser zurückzuhalten. Diese Auffangeinrichtung kann von
der Art "festes Adsorbens" sein (Molekularsieb, Calciumchlorid,
Sica-Gel etc.) oder vom Typ mit konzentrierter
Schwefelsäure sein. Im Falle eines festen Adsorbens kann
eine Heizeinrichtung mit verstellbaren Schiebern die
Regeneration der Auffangeinrichtung zwischen zwei Analysen
ermöglichen.
Das Signal S₁ kann auf einen Aufzeichner 13 übertragen
werden, der auf der anderen Eingangsklemme ein Signal T
emfpängt, das repräsentativ für die Temperatur im Innern
der Kammer 1 ist. Gegebenenfalls kann das Signal S₁ an
ein Zählwerk 14 vom integrierenden Typ übertragen werden,
welches die Gesamtmenge an vom Detektor 12 gemessenem
Schwefel anzeigen kann.
Das Element 10 kann von an sich bekannter Art sein und
beispielsweise eine mit einem Brenner ausgestattete
Brennkammer aufweisen.
Vorzugsweise ist das Element 10 so ausgelegt, daß es
ein Signal S₂ erzeugt, welches repräsentativ für die
Menge an aus der Kammer 1 stammenden Kohlenwasserstoffprodukten
erzeugt. In diesem Fall kann das Element 10
vom Typ Flammendetektor sein, wie es üblicherweise bei
den Analysen mittels Chromatographie in gasförmiger Phase
Verwendung findet. Dieser Detektor kann jedoch vorzugsweise
in der in Fig. 2 dargestellten Art realisiert sein.
Das Signal S₂ wird auf einer Eingangsklemme eines
Aufzeichnungsgeräts 13′ übertragen, das gestrichelt in Fig. 1
dargestellt ist und welches auf einer zweiten Eingangsklemme
ein Signal T empfängt, welches repräsentativ für
die Temperatur im Innern der Kammer ist. Das Signal S₂
wird auch an ein Zählwerk 14′ übertragen, welches ebenfalls
strichpunktiert dargestellt ist und das in der Lage
ist, die Gesamtmenge der aus der Kammer 1 stammenden
Kohlenwasserstoffprodukte anzuzeigen.
In Fig. 1 sind die Aufzeichnungsvorrichtung 13′ sowie
das Zählwerk 14′ unterschiedlich zum Aufzeichnungsgerät
13 und zum Zählwerk 14 dargestellt. Im Rahmen der Erfindung
ist es aber auch möglich, ein einziges Aufzeichnungsgerät
und ein einziges Zählwerk mit mehreren Eingängen zu
verwenden, die in der Lage sind, gleichzeitig mehrere Signale
zu erzeugen.
Fig. 2 zeigt eine besondere Ausführungsform des Elementes 10,
welches in der Lage ist, das Signal S₂ zu liefern. Dieses
Element ist vom Typ Ionisationsflammen-Detektor. Es umfaßt
einen Brenner 15, der in eine Brennkammer 16 mündet, in
deren Innerem eine Vorspann- oder Polarisationselektrode 17
angeordnet ist, die, wie weiter unten beschrieben, durch einen
isolierenden Träger 18 an ihrem Ort gehalten ist; hierin
weiterhin vorgesehen ist eine Sammelelektrode 19, die durch
einen isolierenden Träger 20 an ihrem Ort gehalten ist,
sowie eine Flammenzündeinrichtung 21, beispielsweise ein Draht.
Im unteren Teil der Kammer 16 ermöglicht ein Kanal 22 die
Einführung eines gasförmigen Sauerstoffträgers, beispielsweise
Luft, wobei ein zwischen dem Lufteintritt und dem
Brenner 15 angeordnetes Gitter 23 für eine günstige
Verteilung dieser Luft sorgt. Im oberen Teil steht die Brennkammer
16 in Verbindung mit der Leitung 11, über die sie
mittels einer Anschlußeinrichtung 24 befestigt ist.
Der Kopf des Brenners 15 und die Brennkammer 16 sind fest
mit einem Trägerblock 25 verbunden, der erstere mittels
eines Gewindes 26, die zweite mittels Befestigungsschrauben
27. Dieser Träger 25 ist an der Heizkammer 1 befestigt
und auf einer bestimmten Temperatur gehalten, die im wesentlichen
der maximal durch die Kammer 1 durch irgendeine
geeignete Einrichtung erreichten ist, indem beispielsweise
eine nicht dargestellte Wärmeisolierung ausgenutzt wird.
Sie umfaßt Leitungen 28 und 29, wobei die erste die Kammer
1 mit dem Brenner 15 in Verbindung setzt und die zweite
gleichzeitig den Brenner 15 mit einer nicht dargestellten,
einen gasförmigen Brennstoff, wie Wasserstoff (H₂) liefernden
Quelle verbindet.
Das entwickelte Element 10 unterscheidet sich von den
allgemein verwendeten Ionisationsflammen der Detektoren
dadurch, daß der Brenner 15 aus einem einzigen metallischen
leitfähigen Teil hergestellt ist, welches mit dem elektrischen
Potential der Masse verbunden ist, während die aus
einem feinen Blatt leitfähigen Materials hergestellte
Vorspannelektrode in der Nähe des Brennerendes 15 dort,
wo die Flamme ihren Ausgang nimmt, und unter einer Entfernung
"d" in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 mm angeordnet
ist, wie die schematische Darstellung der Fig. 2A
zeigt, bei der es sich um eine Stirnansicht des Brenners
entsprechend dem Pfeil F in Fig. 2 handelt. Darüber hinaus
wird die Brennkammer, deren beide sie bildenden Teile 16 a
und 16 b mit dem Potential der Masse verbunden sind, dicht
durch Verwendung geeigneter Dichtungen, beispielsweise die
Dichtung 30 aus Teflon abgeschlossen, die zwischen den
beiden Teilen 16 a und 16 b angeordnet ist oder die derart
sind, daß die metallische Dichtung 31 für die Abdichtung
zwischen der Brennkammer 16 und dem Träger 25 sorgt.
Auf diese Weise kann die Verbrennung im Innern der Kammer
16 unbedingt kontrolliert werden und die Verbrennungsprodukte
können insgesamt zum Detektor 12 überführt werden.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist die folgende:
Man ordnet in der Kapsel 4 eine zu untersuchende geologische
Sedimentprobe an. Diese Probe hat im allgemeinen
geringe Abmessung und ihr Gewicht kann etliche Milligramm
nicht überschreiten. Diese Probe kann gegebenenfalls
vorherige Behandlungen wie Trocknung, Brechung, Extraktion,
durch andere Verfahren der in der Probe enthaltenen
Kohlenwasserstoffe etc. erfahren haben.
Allgemein kann diese Probe jegliche Behandlung erfahren
haben, wenn nur ihre Temperatur nicht über 250°C erreichte.
Im folgenden wird beispielsweise die Messung an einer aus
Bohrklein- (oder Bohrschneidabfällen) stammenden Probe, die
während eines Bohrvorgangs entnommen wurden, betrachtet, wobei
die Probe keinerlei vorherige Behandlung erfahren hat.
Die die Probe enthaltene Kapsel 4 (Fig. 1) wird in die
Kammer 1 durch Verschiebung des Kolbens 5 eingeführt.
Ein nicht oxydierendes Gas wird in die Kammer 1 über
die Leitung 7 geleitet. Dieses Gas, das sog. Trägergas,
durchspült die Kammer 1 und nimmt gasförmige Produkte,
die sich von der Probe haben lösen können, gegen die
Meßvorrichtung(en) mit.
Das Steuerelement 3 sorgt dann für das Arbeiten des
Heizorgans 2, damit die Temperatur im Innern der Kammer sich
allmählich bis auf einen Maximalwert erhöht, der höchstens
gleich 600°C ist und im allgemeinen zwischen 500 und
550°C beträgt, damit die Zersetzung des Pyrit (FeS₂)
in den Ergebnissen nicht auftritt. Diese Temperaturänderung
erfolgt bei einer Geschwindigkeit zwischen
1°C pro Minute und 50°C pro Minute, vorzugsweise
zwischen 5 und 25°C pro Minute.
Steigt die Temperatur im Innern der Heizkammer 1, so
erfolgt zunächst bei Temperaturen unter 350°C die
Verdampfung der in der Probe vorhandenen Kohlenwasserstoffe.
Diese vom Trägergas mitgerissenen Kohlenwasserstoffe werden
in der Brennkammer des Elementes 10 verbrannt. Die
Verbrennungsgase, die hauptsächlich gasförmiges Schwefeldioxyd
oder mit ganz geringem Anteil gasförmiges Schwefeltrioxyd
aus der Verbrennung der schwefelhaltigen in den
Kohlenwasserstoffen enthaltenen Produkte enthalten, werden
auf den Detektor 12 übertragen. Letzterer mißt kontinuierlich
die in den Verbrennungsgasen enthaltenen Schwefelmengen
und liefert ein Signal S₁, das bei 13 als Funktion
der Temperatur T im Innern der Kammer 1 aufgezeichnet wurde.
Das in durchgezogenen Linien in Fig. 3 dargestellte Signal
S₁ weist dann für die Temperatur T₁ eine erste
Spitzenamplitude P₁ auf. Wenn die Temperatur im Innern der Kammer 1
auf über 350°C steigt, wird das organische Material
der Probe pyrolysiert. Die aus dieser Pyrolyse stammenden
Produkte werden im Element 10 verbrannt und die schwefelhaltigen
Verbindungen des organischen Materials bilden
hauptsächlich Schwefeldioxyd mit einem sehr geringen Anteil
an gasförmigem Schwefeltrioxyd (SO₂ bzw. SO₃). Die
Verbrennungsprodukte werden an den Detektor 12 überführt,
und das von letzterem gelieferte Signal S₁ weist für die
Temperatur T₂ eine Amplitudenspitze P₂ auf. Diese Spitze P₂
ist repräsentativ für den in der Probe enthaltenen
organischen Schwefel. Das Signal S₁ kann eine Spitzenamplitude
P₃ für eine Temperatur T₃, die größer als die Temperatur
T₂ ist, aufweisen. Diese Spitze entspricht der aus
der Zersetzung des Eisenpyrits (FeS₂) stammenden Schwefelmenge,
die in der Probe enthalten sein kann.
Für den Fall, daß ein Element 10, wie in Fig. 2 dargestellt,
verwendet wird, kann die Vorrichtung gleichzeitig
kontinuierlich ein Signal S₂ liefern, das repräsentativ
für die Menge der aus der Heizkammer 1 stammenden
kohlenwasserstoffhaltigen Produkte ist. Das Signal S₂ ist in
Fig. 3 strichkpunktiert dargestellt.
Das als Funktion der Temperatur T vom Aufzeichner 13′
aufgezeichnete Signal S₂ weist eine erste Spitzenamplitude
P₁′ auf, die dem in der Probe enthaltenen Kohlenwasserstoff
entspricht sowie eine Spitzenamplitude P₂, die den
Kohlenwasserstoffprodukten entspricht, die aus der
Pyrolyse des organischen unlöslichen Materials der Probe
stammen.
Gegebenenfalls werden die Signale S₁ und S₂ auf die
summierenden Organe 14 und 14′ übertragen, die jeweils
Signale liefern, die repräsentativ für die Gesamtmengen
an Schwefel und Kohlenwasserstoffprodukten aufgrund der
Behandlung der Probe sind.
Selbstverständlich lassen sich diese Angaben als
Absolutwerte oder Relativwerte, d. h. als Gehalt oder Konzentrationsanteil
liefern.
Gemäß der Erfindung wurde gefunden, daß die Kenntnis des
Gehalts an organischem Schwefel eines Sediments den
Entwicklungsgrad dieses organischen Materials charakterisiert.
So stellt man beispielsweise für eine homogene
Sedimentschichtenfolge, beispielsweise das untere Toarcien des
Pariser Beckens, eine Verminderung im Gehalt an organischem
Schwefel als Funktion der Tiefe H der Verschüttung
des Sediments fest. Ein Beispiel für dieses Phänomen
ist in Fig. 4 gegeben, wo die Signale S 1a , S 1b , S 1c und
S 1d dargestellt sind, die durch vier Sedimentproben
a, b, c, d gleichen Gewichts erzeugt wurden, die jeweils
auf 800, 1500, 2000 und 3000 m Tiefe genommen wurden.
Auch stellte man fest, daß die Temperatur entsprechend
dem Freisetzungsmaximum der schwefelhaltigen Produkte
aufgrund der Pyrolyse des organischen Materials mit der
Höhe der Verschüttung, d. h. mit dem Entwicklungsgrad
des organischen Materials, zunimmt.
Der Entwicklungsgrad des organischen Materials bekannter
Art einer homogenen Sedimentfolge kann auch abgeschätzt
werden, indem man die Kurve der Fig. 5 zeichnet, die den
vom Signal S₁ angenommenen Wert darstellt, der repräsentativ
für den Gehalt an organischem in den Sedimenten
enthaltenem Schwefel als Funktion der Verschüttungstiefe H
der Sedimente ist. Man kann auch in äquivalenter Weise
die Kurve zeichnen, die den Gehalt an organischem Schwefel
als Funktion der Temperatur T₂ der Spitze P₂ des
Signals S₁ jeder Probe darstellt.
Auch wurde gefunden, daß das Bestimmen der Kohlenwasserstoffprodukte
aufgrund der Pyrolyse des organischen unlöslichen
Materials (Spitze P₂ - Fig. 3) und die Bestimmung
der organischen schwefelhaltigen Verbindungen in den aus
derPyrolyse stammenden Produkten eines Sedimentes, wenn
man die Menge an organischem Kohlenstoff der Probe kennt,
erlaubt, zwei charakteristische Größen zu bestimmen:
Die Wasserstoffzahl I H , ausgedrückt in mg kohlenwasserstoffhaltiger
Produkte pro Gramm organischen Kohlenstoffs und
die Schwefelzahl I S , ausgedrückt in mg Schwefel pro Gramm organischen Kohlenstoffs.
die Schwefelzahl I S , ausgedrückt in mg Schwefel pro Gramm organischen Kohlenstoffs.
Man stellt dann fest, daß für organische Materialien unterschiedlichen
Ursprungs die Kurven I H = f (I S ) sich völlig
unterscheiden. So läßt Fig. 6 folgendes erkennen:
Die organischen Materialien, deren Ursprung Algen sind
(Kurve I), werden durch eine erhöhte Wasserstoffzahl I H und
einen relativ niedrigen Schwefelindex I S charakterisiert, und
als Funktion der Verschüttungs- oder Lagerungstiefe nimmt
die Schwefelzahl ziemlich gering ab;
die organischen Materialien detritischen Ursprungs (Kurve III) haben dagegen eine kleine Wasserstoffzahl I H und eine erhöhte Schwefelzahl I S , und als Funktion der Lagerungstiefe nimmt die Schwefelzahl schnell ab;
die organischen Materialien, deren Ursprung im Meer liegt (Kurve II), haben eine Wasserstoffzahl I H und eine Schwefelzahl I S , die zwischen den Kurven I und III liegen; man stellt eine relativ schnelle Abnahme der Schwefelzahl I S im ersten Teil der Entwicklung fest und dann auf einem bestimmten Stadium stabilisiert sich die Schwefelzahl I S , während die Wasserstoffzahl I H schneller abnimmt.
die organischen Materialien detritischen Ursprungs (Kurve III) haben dagegen eine kleine Wasserstoffzahl I H und eine erhöhte Schwefelzahl I S , und als Funktion der Lagerungstiefe nimmt die Schwefelzahl schnell ab;
die organischen Materialien, deren Ursprung im Meer liegt (Kurve II), haben eine Wasserstoffzahl I H und eine Schwefelzahl I S , die zwischen den Kurven I und III liegen; man stellt eine relativ schnelle Abnahme der Schwefelzahl I S im ersten Teil der Entwicklung fest und dann auf einem bestimmten Stadium stabilisiert sich die Schwefelzahl I S , während die Wasserstoffzahl I H schneller abnimmt.
Die Maßnahme nach der Erfindung ermöglicht es auch,
Beziehungen zwischen Muttergesteinen und Öl herzustellen.
Es zeigt sich nämlich, daß
die Kurven vom Typ der Kurve I sich auf Muttergesteine beziehen, welche relativ gering schwefelhaltige Öle (bis zu 1%) erzeugen,
die Kurven vom Typ II Muttergesteinen entsprechen, die zu Ölen mit erhöhteren Schwefelgehalten (bis zu 3,5% oder 4%) führen, und
die Kurven vom Typ III Muttergesteinen mittleren Erdöls entsprechen; es war nicht möglich, Vergleiche mit dem Gehalt an Schwefel des entsprechenden Öls zu machen.
die Kurven vom Typ der Kurve I sich auf Muttergesteine beziehen, welche relativ gering schwefelhaltige Öle (bis zu 1%) erzeugen,
die Kurven vom Typ II Muttergesteinen entsprechen, die zu Ölen mit erhöhteren Schwefelgehalten (bis zu 3,5% oder 4%) führen, und
die Kurven vom Typ III Muttergesteinen mittleren Erdöls entsprechen; es war nicht möglich, Vergleiche mit dem Gehalt an Schwefel des entsprechenden Öls zu machen.
Auf dem Kohlegebiet ermöglicht die Kenntnis des Gehalts
an organischen schwefelhaltigen in den flüchtigen Produkten
enthaltenen Verbindungen, die aus der Pyrolyse stammen,
eine Bestimmung der Ordnungszahl. Es ist nämlich
bekannt, daß, je weiter eine Kohle entwickelt ist, desto
geringer der Schwwefelgehalt wird. Lignit weist also
einen relativ hohen Schwefelgehalt auf, während Anthrazit
praktisch keinen Schwefel enthält.
Claims (8)
1. 1. Verfahren zum Bestimmen des geologischen Entwicklungsgrades
einer Vielzahl von geologischen Sedimentproben,
bei dem jede Probe in nicht-oxidierende Atmosphäre eingebracht
und diese Probe auf eine Temperatur von höchstens
gleich 600°C erwärmt wird, bei welcher das organische
Material der Probe pyrolisiert wird, bei dem die aus der
Pyrolyse resultierenden Produkte nach ihrer Oxidation
oder Verbrennung einem Detektor zugeführt werden, dessen
kontinuierliches Ausgangssignal als Funktion der Temperatur
der Probe integriert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die in den Verbrennunngsprodukten enthaltenden schwefelhaltigen Verbindungen mit dem Detektor ermittelt werden,
- - die durch Integration des Detektor-Ausgangssignals ermittelte Gesamtmenge an in den Oxidationsprodukten enthaltenem Schwefel einer charakteristischen Größe der Probe zugeordnet wird und
- - mit Hilfe dieses Wertepaares der Entwicklungsgrad des organischen Materials der Probe bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als diese charakteristische Größe die Tiefe, aus
der die Probe genommen wurde, gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als diese charakteristische Größe der Wert der
Temperatur, für die die Pyrolyse des organischen
Materials der Probe die meisten flüchtigen Produkte
freisetzt, gewählt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur der Probe auf einem Wert zwischen
500 und 550°C gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Probe progressiv erwärmt wird, indem ihre
Temperatur von 1-50°C pro Minute, vorzugsweise von
5-25°C pro Minute, erhöht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, in Anwendung auf die Analyse
einer Vielzahl von aus einer Sedimentschichtenfolge
stammenden Proben, unter Kenntnis der Menge an organischen
in jeder Probe enthaltenem Kohlenstoff, dadurch gekennzeichnet,
daß
- - neben den in den Verbrennungsprodukten enthaltenen schwefelhaltigen Verbindungen auch die bei einer Probentemperatur von 500°C und 550°C aus der Pyrolyse stammende Gesamtmenge der kohlenwasserstoffhaltigen Produkte ermittelt werden,
- - der Wert der Quotienten der ermittelten Gesamtmenge der kohlenwasserstoffhaltigen Produkte und der bekannten Gesamtmenge an organischen Kohlenstoff in der Probe ermittelt wird,
- - der Wert des Quotienten der ermittelten Gesamtmenge des Schwefels mit der bekannten Gesamtmenge an organischem Kohlenstoff in der Probe bestimmt wird, und
- - aus diesen Quotienten und die Art des organischen Materials der Probe abgeleitet wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
mit einer Kammer, einem Probenträger und einem Positionierorgan
des Trägers in der Kammer, einem Heizorgan für diese
Kammer, Steuerungs- und Regelelementen für dieses Heizorgan,
zur Steuerung und Regelung der Temperatur im Inneren
der Kammer auf einen Wert, bei dem die Pyrolyse des
organischen Materials der Probe möglich ist, wobei diese
Temperatur höchstens bei 600°C liegt, mit einer
Einlaßleitung für ein nicht-oxidierendes Gas unter Druck zum
Mitreißen der durch die Pyrolyse des organischen Materials
gebildeten Produkte, mit einer Verbrennungseinrichtung
für die durch die Pyrolyse gebildeten Produkte,
einem Detektor für die aus der Verbrennung resultierenden
Produkte sowie mit einer Einrichtung zur Integration des
vom Detektor erzeugten Signals als Funktion der Temperatur,
dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor auf die in den
Verbrennungsprodukten enthaltenden schwefelhaltigen
Verbindungen anspricht und die durch Integration des
Detektorausgangssignals erzeugte Meßgröße die Gesamtmenge
des in den aus der Verbrennung resultierenden
Produkten enthaltenden Schwefels bestimmt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch
einen zweiten durch das Verbrennungsorgan gebildeten Detektor, der als Funktion der Temperatur in der Kammer (1) ein zweites Signal (S₂) für die Menge an kohlenwasserstoffhaltigen aus der Pyrolyse des organischen in der Probe unlöslichen Materials stammenden Produktes ist;
ein zweites Summierorgan, das, ausgehend von dem zweiten Signal (S₂) die Gesamtmenge an kohlenwasserstoffhaltigen aus der Pyrolyse des organischen in der Probe unlöslichen Materials stammenden Produkte bestimmt, wobei das Verbrennungsorgan einen mit dem elektrischen Potential der Masse verbundenen Brenner (15) umfaßt, dessen erstes Ende mit einer Quelle gasförmigen Brennstoffs und mit der Kammer in Verbindung steht;
einer dicht ausgebildeten Brennkammer, in der das zweite Ende des Verbrennungsorgans angeordnet ist und deren unterer Teil mit einer Brenngaszuführungsleitung und deren oberer Teil mit einer Abzugsleitung für die Verbrennungsprodukte versehen ist, wobei diese Öffnung mit dem ersten Detektor in Verbindung steht;
einer Polarisationselektrode und einer Sammelelektrode, die jeweils mit adäquaten elektrischen Spannungsquellen verbunden sind, wobei die Polarisationselektrode bzw. Vorspannelektrode (17) benachbart dem zweiten Ende des Brenners (15), wo die Flamme ihren Ursprung hat, unter einem Abstand von im wesentlichen 0,2 mm angeordnet ist.
einen zweiten durch das Verbrennungsorgan gebildeten Detektor, der als Funktion der Temperatur in der Kammer (1) ein zweites Signal (S₂) für die Menge an kohlenwasserstoffhaltigen aus der Pyrolyse des organischen in der Probe unlöslichen Materials stammenden Produktes ist;
ein zweites Summierorgan, das, ausgehend von dem zweiten Signal (S₂) die Gesamtmenge an kohlenwasserstoffhaltigen aus der Pyrolyse des organischen in der Probe unlöslichen Materials stammenden Produkte bestimmt, wobei das Verbrennungsorgan einen mit dem elektrischen Potential der Masse verbundenen Brenner (15) umfaßt, dessen erstes Ende mit einer Quelle gasförmigen Brennstoffs und mit der Kammer in Verbindung steht;
einer dicht ausgebildeten Brennkammer, in der das zweite Ende des Verbrennungsorgans angeordnet ist und deren unterer Teil mit einer Brenngaszuführungsleitung und deren oberer Teil mit einer Abzugsleitung für die Verbrennungsprodukte versehen ist, wobei diese Öffnung mit dem ersten Detektor in Verbindung steht;
einer Polarisationselektrode und einer Sammelelektrode, die jeweils mit adäquaten elektrischen Spannungsquellen verbunden sind, wobei die Polarisationselektrode bzw. Vorspannelektrode (17) benachbart dem zweiten Ende des Brenners (15), wo die Flamme ihren Ursprung hat, unter einem Abstand von im wesentlichen 0,2 mm angeordnet ist.
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