Skip to main content
Query

16.1: Aina ya mafuta ya mafuta na Uundaji

  • Page ID
    166255
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Fueli za kisukuku ni vyanzo visivyoweza kubadilishwa vya nishati vilivyotengenezwa kutokana na jambo la kikaboni la mimea na vijiumbe vilivyoishi mamilioni ya miaka iliyopita. Nishati hii awali ilitekwa kupitia usanisinuru na viumbe hai kama mimea, mwani, na bakteria ya usanisinuru. Wakati mwingine hii inajulikana kama nishati ya jua ya kisukuku tangu nishati ya jua zamani imebadilishwa kuwa nishati ya kemikali ndani ya fueli ya kisukuku. Kama ilivyojadiliwa katika Chakula Chakula na Mtandao wa Chakula na Matter, molekuli za kikaboni huhifadhi nishati ya kemikali, ambayo hutolewa wakati vifungo vya juu vya nishati (visivyo imara) katika molekuli hizi vimevunjika ili kuunda vifungo vya chini vya nishati (imara zaidi). Fueli za kisukuku hazipatikani kwa sababu malezi yao yalichukua mamilioni ya miaka. Zaidi ya hayo, uzalishaji wa juu katika mazingira ya kale kuruhusiwa kwa mkusanyiko zaidi mafuta ya mafuta, maana yake ni kwamba akiba ya mafuta ya mafuta inapatikana sasa haikuweza kuwa upya mamilioni ya miaka katika siku zijazo.

    Fueli za kisukuku zinajumuisha hasa hidrokaboni (molekuli za kaboni na hidrojeni tu), lakini zina kiasi kidogo cha nitrojeni, sulfuri, oksijeni, na elementi nyingine pia. Miundo sahihi ya kemikali inatofautiana kulingana na aina ya mafuta ya mafuta (makaa ya mawe, mafuta, au gesi asilia). Molekuli katika makaa ya mawe huwa kubwa kuliko zile za mafuta na gesi asilia. Makaa ya mawe ni imara kwa joto la kawaida, mafuta ni kioevu, na gesi asilia iko katika awamu ya gesi. Hasa, makaa ya mawe ni mafuta nyeusi au kahawia yenye nguvu ya kisukuku inayopatikana kama seams za makaa ya mawe katika tabaka za mwamba zilizoundwa kutoka uoto wa kale wa mvua Wote mafuta na gesi asilia ni fueli za kisukuku zinazopatikana chini ya ardhi zilizoundwa kutoka vijiumbe baharini Mafuta (petroli) ni mafuta ya kisukuku kiowevu na ina aina mbalimbali za hidrokaboni ilhali gesi asilia ni mafuta ya kisukuku ya gesi ambayo yana zaidi methane na hidrokaboni nyingine ndogo.

    Makaa ya mawe

    Makaa ya mawe ni bidhaa ya mabwawa ya fossilized, ingawa baadhi ya amana za makaa ya mawe ya zamani ambazo zinatangulia mimea ya duniani zinachukuliwa kuwa zinatokana na ujenzi wa algal. Makaa ya mawe iliundwa wakati nyenzo za mmea zimezikwa, hasira, na kusisitizwa katika hali mbaya ya oksijeni kwa muda mrefu (takwimu\(\PageIndex{a}\)). Mamilioni ya miaka iliyopita, mabara yalikuwa katika maeneo tofauti na hali ya hewa tofauti, na mimea kama ya mvua ilifunika mikoa mingi. Wakati mimea ilikufa, haikuweza kuharibika kikamilifu kutokana na hali mbaya ya oksijeni. Badala yake, iliunda peat (dutu ya kahawia ya juu katika maudhui ya kikaboni). Peat ilizikwa na kuunda makaa ya mawe baada ya mamilioni ya miaka ya shinikizo na joto. Shinikizo lilitokana na uzito wa sediments na pia kutoka migongano ya bara.

    Mchakato wa malezi ya makaa ya mawe katika hatua tatu, kuonyesha mazishi ya mimea ya mvua
    Kielelezo\(\PageIndex{a}\): Makaa ya mawe iliundwa wakati mimea mikubwa katika mabwawa ilikufa miaka milioni 300 iliyopita (kabla ya dinosaurs). Zaidi ya mamilioni ya miaka, mimea hii ilizikwa chini ya maji na uchafu (miaka milioni 100 iliyopita). Hatimaye, joto na shinikizo liligeuza mimea iliyokufa kuwa makaa ya mawe, ambayo hupatikana chini ya tabaka za mwamba na uchafu. Picha kutoka Utawala wa Habari za Nishati ya Marekani/Mradi wa Maendeleo ya Elimu ya Nishati ya Taifa

    Kuna aina mbalimbali za makaa ya mawe yanayotokana na ubora (takwimu\(\PageIndex{b}\)). Joto zaidi na shinikizo ambalo makaa ya mawe hupata wakati wa malezi, zaidi ni thamani yake ya mafuta na zaidi ya kuhitajika ni makaa ya mawe. Mlolongo wa jumla wa bwawa kugeuka katika hatua mbalimbali za makaa ya mawe ni kama ifuatavyo:

    Mvua → Peat → Lignite → Makaa ya mawe ya chini ya makaa ya mawe → Makaa ya mawe ya bituminous → makaa ya mawe ya Anthracitic → Grafiti

    Grafu inayoonyesha aina ya makaa ya mawe kama kazi ya maudhui ya nishati na maudhui ya kaboni
    Kielelezo\(\PageIndex{b}\): Rankings ya makaa ya mawe hutegemea maudhui ya nishati, kipimo kama thamani ya jumla ya kalori (kiasi gani cha nishati hutolewa kutokana na mwako) na maudhui ya kaboni ambayo yanaweza kuchomwa moto (asilimia ya kaboni iliyowekwa). Makaa ya mawe ya anthracitic (machungwa) ni makaa ya mawe ya juu zaidi, yenye nishati ya juu na maudhui ya kaboni. Halafu katika ubora ni makaa ya mawe ya bituminous (kijivu), makaa ya mawe ya chini (kijani), na lignite (njano). Wote watatu wana maudhui ya chini ya kaboni kuliko makaa ya mawe ya anthracitic. Makaa ya mawe ya bituminous yanaendelea maudhui ya juu ya nishati, lakini makaa ya mawe na lignite yana maudhui ya chini ya nishati. Picha na USGS (uwanja wa umma).

    Hasa, peat huchanganya kuunda mwamba imara kupitia mchakato unaoitwa lithification, huzalisha lignite (makaa ya mawe ya kahawia, aina ya chini ya makaa ya mawe). Kwa kuongezeka kwa joto na shinikizo, lignite inarudi kwa makaa ya mawe ya chini na makaa ya mawe ya bituminous. Lignite, makaa ya mawe ya chini, na makaa ya mawe ya bituminous huchukuliwa kama miamba ya sedimentary kwa sababu hutoka kwenye sediments zilizounganishwa. Katika joto la juu sana na shinikizo, makaa ya mawe ya bituminous hubadilishwa kuwa anthracite, makaa ya mawe ya juu ambayo ni makaa ya mawe yenye kuhitajika zaidi, kwani hutoa pato la juu zaidi la nishati (takwimu\(\PageIndex{c}\)). Anthracite huhesabiwa kuwa mwamba wa metamorphic kwa sababu umeunganishwa na kubadilishwa kwa kiasi kwamba ni denser kuliko aina nyingine za makaa ya mawe na hauna tena tabaka za karatasi za sediments. Kwa joto zaidi na shinikizo la kuendesha nje vipengele vyote vinavyoenea kwa urahisi na kuacha kaboni safi, anthracite inaweza kugeuka kwenye grafiti.

    Mwamba mweusi, mweusi
    Kielelezo\(\PageIndex{c}\): Makaa ya mawe ya Anthracitic, daraja la juu la makaa ya mawe.

    Mafuta na Gesi

    Mafuta na gesi asilia inayotokana na microorganism ya kale ya baharini (plankton). Wakati plankton ilipokufa, walizikwa katika sediments. Kama ilivyo kwa makaa ya mawe, hali ya oksijeni-maskini imepungua uharibifu. Kadiri sediments ziliendelea kujilimbikiza, viumbe wafu vilizikwa zaidi. Joto la juu na shinikizo zaidi ya mamilioni ya miaka hatimaye zilitoa mafuta na gesi asilia kutoka kwa viumbe hawa wafu.

    Kuundwa kwa mafuta ya petroli na gesi asilia katika hatua tatu. Microorganisms za baharini zilizikwa na wazi kwa joto kubwa na shinikizo.
    Kielelezo\(\PageIndex{d}\): Petroli (mafuta) na gesi asilia ziliundwa kutoka kwa microorganisms za baharini. (Nakala ya picha inataja mimea ndogo ya baharini, lakini walikuwa hasa mwani na photosynthetic bakteria badala ya mimea.) Hizi zilifunikwa na tabaka za silt na mchanga miaka milioni 300-400 iliyopita. Zaidi ya mamilioni ya miaka, mabaki yalizikwa zaidi na zaidi. Wao ni picha ya miaka milioni 100 iliyopita. Joto kubwa na shinikizo lilibadilisha mabaki kuwa mafuta na gesi asilia. Sasa, amana za mafuta na gesi asilia hupatikana chini ya ardhi na zinaweza kutolewa kupitia kuchimba visima kupitia tabaka za mchanga, silt, na mwamba. Picha kutoka Utawala wa Habari za Nishati ya Marekani/Mradi wa Maendeleo ya Elimu ya Nishati ya Taifa

    Kama mwamba huunda kutoka kwenye sediments ambazo awali zilichukua planktoni, mafuta na gesi huvuja nje ya mwamba wa chanzo kutokana na kuongezeka kwa shinikizo na halijoto, na kuhamia kwenye kitengo tofauti cha mwamba kilicho juu katika safu ya mwamba. Ikiwa mwamba ni mwamba wa porous na unaoweza kupunguzwa, basi mwamba huo unaweza kutenda kama hifadhi ya mafuta na gesi. Kwa kawaida mafuta ya petroli hupatikana maili moja hadi mbili (km 1.6 — 3.2) chini ya uso wa Dunia, iwe iko kwenye ardhi au bahari.

    Mtego ni mchanganyiko wa muundo wa kijiolojia subsurface na safu impervious ambayo husaidia kuzuia harakati ya mafuta na gesi na huzingatia kwa ajili ya uchimbaji baadaye binadamu. Mitego huwasha mafuta ya mafuta ya maji katika usanidi ambao uchimbaji una uwezekano mkubwa wa kuwa na faida, na vile mafuta ya mafuta huitwa mafuta ya kawaida na gesi asilia (takwimu\(\PageIndex{e}\)). Uchimbaji wa mafuta au gesi nje ya mtego (mafuta yasiyo ya kawaida na gesi asilia) ni chini ya ufanisi na ghali zaidi; wakati mwingine sio faida ya kiuchumi wakati wote (haitoi faida). Mifano ya fueli zisizo za kawaida ni pamoja na shale ya mafuta, mafuta na gesi tight, mchanga wa tar (mchanga wa mafuta), na methane ya makaa ya mawe.

    Sehemu ya Dunia kuonyesha akiba mbalimbali ya mafuta na gesi asilia, baadhi ya kawaida na baadhi unconventional.
    Kielelezo\(\PageIndex{e}\): Kawaida mafuta na gesi asilia amana ni trapped chini ya mwamba impervious (kijivu). Gesi ya kawaida ya asili inaweza kuhusishwa na mafuta au yasiyo ya kuhusishwa. Methane yenye makaa na gesi tight inayopatikana katika shale na mchanga ni mifano ya fueli zisizo za kawaida. Picha kutoka USGS/EIA (uwanja wa umma)

    Mafuta Shale

    Shale ya mafuta ni mwamba mzuri wa mchanga ambao wakati mwingine una kerogen, nyenzo imara ambayo mafuta ya petroli yanaweza kufanywa. Ili kuondoa mafuta ya mafuta, nyenzo hiyo inapaswa kuchimbwa na kuchomwa moto, ambayo ni ghali na kwa kawaida ina athari mbaya kwa mazingira.

    Tight mafuta na gesi asilia

    Tight mafuta na gesi asilia pia trapped katika mwamba shale, faini grained miamba sedimentary na porosity ya juu na upenyezaji chini. Wanatofautiana na shale ya mafuta kwa kuwa wanaweza kuondolewa kupitia mchakato unaoitwa fracturing hydraulic (fracking).

    Vile vile, fracking inaweza kutumika kuondoa gesi asilia kutoka mchanga tight, ambayo ni gesi kuzaa, sandstones faini-grained au kabonati (miamba ya madini yenye carbonate, CO 3 2 -) na upenyezaji chini.

    tar Sands

    Mchanga wa Tar, au mchanga wa mafuta, ni mchanga ambao una mafuta ya petroli ambayo ni yenye viscous (kama lami), na hivyo, haiwezi kuchimbwa na kupigwa nje ya ardhi, tofauti na mafuta ya kawaida (takwimu\(\PageIndex{f}\)). Mafuta ya mafuta katika swali ni bitumini, ambayo inaweza kupigwa kama maji tu kwa viwango vya chini sana vya kupona na tu wakati inapokanzwa au vikichanganywa na vimumunyisho. Hivyo, sindano za mvuke na kutengenezea au madini ya mchanga wa tar kwa ajili ya usindikaji baadaye zinaweza kutumiwa kuondoa tar kutoka mchanga. (Angalia taarifa kuhusiana kuhusu strip madini kuhusiana na makaa ya mawe katika Madini, Processing, na Kuzalisha Umeme.) Alberta, Kanada inajulikana kuwa na akiba kubwa ya mchanga wa lami duniani.

    Mchanga una muonekano wa grainy na ni mweusi na tar.
    Kielelezo\(\PageIndex{f}\): Tar mchanga kutoka Miocene Monterrey Formation ya California.

    Methane yenye makaa

    Baadhi ya gesi asilia pia hupatikana kuhusishwa na amana za makaa ya mawe (methane ya makaa ya mawe), yenye methane zinazozalishwa wakati wa malezi ya makaa ya mawe.

    Attributions

    Ilibadilishwa na Melissa Ha kutoka vyanzo vifuatavyo: