16.2: Madini, Usindikaji, na Kuzalisha Umeme
- Page ID
- 166306
Fueli za kisukuku zinapaswa kuondolewa au kuchimbwa kabla ya matumizi, na njia maalum inategemea aina ya mafuta ya kisukuku. Makaa ya mawe na gesi asilia na hasa kutumika kwa ajili ya uzalishaji wa umeme, wakati mafuta ya petroli ni iliyosafishwa kuzalisha mafuta kwa magari, ndege, na inapokanzwa pamoja na bidhaa nyingine.
Makaa ya mawe
Madini
Makaa ya mawe hutolewa na mbinu mbili kuu, ambazo kuna aina nyingi: madini ya uso au madini ya subsurface. Uchimbaji wa uso unatumia mashine kubwa kuondoa udongo na tabaka za mwamba unaojulikana kama overburden kufichua seams za makaa ya mawe zilizo karibu na uso wa Dunia (takwimu\(\PageIndex{a}\)). Ukanda madini ni aina ya uso madini ambayo overburden ni sequentially kuondolewa kutoka kila kunyoosha (strip) ya ardhi. Mara baada ya mzigo mkubwa umeondolewa kwenye mstari wa kwanza, makaa ya mawe huondolewa. Overburden kutoka strip pili ni kisha zilizoingia katika strip kwanza, na makaa ya mawe ni kuondolewa kutoka strip pili. Overburden kutoka strip tatu ni kisha kuwekwa katika strip kwanza, na kadhalika. Kuondolewa kwa mlima ni aina ya uharibifu zaidi ya madini ya uso ambayo mzigo wote huondolewa kwa mabomu, akifunua mshono wote wa makaa ya mawe mara moja (takwimu\(\PageIndex{b}\)). Masi kubwa ya mzigo mkubwa (mlima wa juu) hutupwa ndani ya bonde la karibu, na makaa ya mawe huondolewa.



Subsurface madini (kina madini) inaajiri vichuguu chini ya ardhi kupata amana zaidi (takwimu\(\PageIndex{c}\)). Baadhi ya migodi ya chini ya ardhi ni maelfu ya miguu kirefu, na kupanua kwa maili. Wachimbaji hupanda elevators chini ya shafts mgodi wa kina na kusafiri kwenye treni ndogo katika vichuguu ndefu ili kufikia makaa ya mawe Wachimbaji hutumia mashine kubwa zinazochimba makaa ya mawe. Katika migodi ya drift, handaki inachimbwa kwa usawa upande wa mlima. Katika migodi ya mteremko, handaki hii ni diagonal. Katika migodi ya shaft, elevators hutumiwa kuhamisha makaa ya mawe kupitia vichuguu vya wima

Usindikaji wa Makaa ya mawe
Mara baada ya kuchimbwa, makaa ya mawe yanaweza kwenda kwenye mmea wa maandalizi uliopo karibu na tovuti ya madini ambapo husafishwa na kusindika ili kuondoa uchafu kama vile miamba na uchafu, majivu, sulfuri, na vifaa vingine visivyohitajika. Utaratibu huu huongeza kiasi cha nishati ambacho kinaweza kupatikana kutoka kitengo cha makaa ya mawe, kinachojulikana kama thamani yake ya joto.
Usafiri wa Makaa ya mawe
Hatimaye, makaa ya mawe yaliyochimbwa na kusindika yanapaswa kusafirishwa. Usafiri unaweza kuwa ghali zaidi kuliko madini ya makaa ya mawe. Karibu 70% ya makaa ya mawe yanayotolewa nchini Marekani husafirishwa, kwa angalau sehemu ya safari yake, kwa treni (takwimu\(\PageIndex{e}\)). Makaa ya mawe yanaweza pia kusafirishwa kwa majahazi, meli, au lori. Makaa ya mawe yanaweza pia kusagwa, kuchanganywa na maji, na kutumwa kupitia bomba la slurry. Wakati mwingine, mitambo ya umeme ya makaa ya mawe hujengwa karibu na migodi ya makaa ya mawe ili kupunguza gharama za usafiri.

Kuzalisha umeme kutoka Makaa ya mawe
Mara moja kwenye mmea wa nguvu, makaa ya mawe hupigwa kwanza kuwa poda nzuri na kisha huchanganywa na hewa ya moto na kupigwa ndani ya tanuru (takwimu\(\PageIndex{f}\)). Hii inaruhusu mwako kamili zaidi (kuchoma) na kutolewa kwa joto la juu. Maji yaliyotakaswa, yamepigwa kupitia mabomba ndani ya boiler, hugeuka kuwa mvuke na joto kutokana na mwako wa makaa ya mawe. Shinikizo la juu la mvuke linalopiga dhidi ya mfululizo wa vile vya turbine kubwa hugeuka shimoni la turbine. Shimoni la turbine linaunganishwa na shimoni la jenereta, ambapo sumaku huzunguka ndani ya coils za waya ili kuzalisha umeme. Baada ya kufanya kazi yake katika turbine, mvuke hutolewa kwenye condenser, chumba kikubwa katika sakafu ya mmea wa nguvu. Katika hatua hii muhimu, mamilioni ya galoni za maji baridi kutoka chanzo cha karibu (kama vile mto au ziwa) hupigwa kupitia mtandao wa zilizopo kupitia condenser. Maji baridi katika zilizopo hubadilisha mvuke tena ndani ya maji ambayo yanaweza kutumika tena na tena katika mmea. Maji ya baridi yanarudishwa chanzo chake bila uchafuzi wowote isipokuwa kwa joto la juu kuliko wakati wa kwanza kutolewa mto au ziwa.


Video hii inaonyesha jinsi nishati ya joto inaweza kutumika kuzalisha umeme.
Mafuta na gesi asilia
Uchimbaji wa Mafuta ya kawaida na gesi asilia
Mafuta ya kawaida na gesi asilia zinazomo chini ya mtego (cap rock). Kwa sababu gesi asilia ina molekuli nyepesi zilizo katika hali ya gesi kwa joto la wastani, hupatikana juu ya mafuta, ambayo inaweza kuwa yaliyo juu ya maji ya chini. Ili kufikia mafuta ya kawaida na gesi asilia, mtego hupigwa kwanza. Awali, wao ni chini ya shinikizo la kutosha, na hii huwafukuza nje ya kisima (kupona msingi). Halafu, maji (au gesi) huingizwa ili kulazimisha mafuta zaidi (kufufua sekondari). Hatimaye, kuimarishwa mafuta ahueni (elimu ya juu ahueni) inaweza kutumika kwa dondoo mafuta zaidi kwa kutumia joto (injecting mvuke) au injecting dioksidi kaboni, gesi nyingine, au molekuli kubwa. Kwa mfano, dioksidi kaboni husababisha mafuta kuwa nyembamba na kupanua, na iwe rahisi kuondoa kutoka kwenye miamba. Kumbuka kuwa ahueni ya sekondari huongeza tu shinikizo ndani ya hifadhi wakati ahueni ya juu hubadilisha mali ya mafuta, na iwe rahisi kuondoa (takwimu\(\PageIndex{g}\)). Kila hatua ya kupona inazidi kuwa ghali, na uchimbaji kutoka kisima unaendelea kwa muda mrefu kama inabakia faida.

Mafuta hupatikana hasa kwa kuchimba visima ama kwenye ardhi (onshore) au katika bahari (pwani). Kuchimba visima mapema pwani kwa ujumla ilikuwa mdogo kwa maeneo ambapo maji yalikuwa chini ya 300 futi kirefu. Mafuta ya kuchimba visima mafuta na gesi asilia sasa yanafanya kazi katika maji kama kina kama maili mbili. Majukwaa yaliyomo hutumiwa kuchimba visima katika maji ya kina (takwimu\(\PageIndex{h}\)). Vyombo hivi vya kujitegemea vinaunganishwa kwenye sakafu ya bahari kwa kutumia nyaya kubwa na nanga. Wells ni drilled kutoka majukwaa haya ambayo pia hutumiwa kupunguza vifaa vya uzalishaji kwa sakafu ya bahari. Baadhi ya majukwaa ya kuchimba visima husimama kwenye miguu ya stilt-kama ambayo imeingizwa kwenye sakafu ya bahari. Majukwaa haya yanashikilia vifaa vyote vinavyohitajika vya kuchimba visima pamoja na maeneo ya makazi na kuhifadhi kwa wafanyakazi wa kazi. Uzalishaji wa offshore ni ghali zaidi kuliko uzalishaji wa ardhi.

Uchimbaji wa mafuta yasiyo ya kawaida na gesi asilia
Tight mafuta na gesi asilia trapped katika shale na gesi asilia katika mchanga tight ni kuondolewa kupitia fracturing hydraulic, rasmi inajulikana kama “fracking”. Utaratibu huu unatumia mabomu kuunda fractures mpya katika miamba hii ya chini ya upenyezaji pamoja na kuongeza ukubwa, kiwango, na kuunganishwa kwa fractures zilizopo na kisha hutumia maji ya shinikizo la juu. Kwanza, drill inakabiliwa na tabaka za mwamba na kisha huendelea kwa usawa. Mabomu kisha fracture miamba, kumkomboa mafuta na gesi asilia. Hatimaye, maji, mchanga, na kemikali na injected, ambayo flush nje mafuta na gesi asilia (takwimu\(\PageIndex{i}\)).


Kama ilivyoelezwa hapo awali, lami katika mchanga wa tar inaweza kuondolewa kwa mvuke ya sindano, au inaweza kuchimbwa kwa usindikaji baadaye. Mchanga wa Tar unaweza kuchimbwa kwa njia ya uchimbaji wa madini au uchimbaji madini ya wazi, aina ya madini ya uso ambayo inahusisha kutengeneza shimo la kuendelea zaidi. Ukuta wa shimo ni mwinuko kama unaweza kusimamiwa salama. ukuta mwinuko ina maana kuna chini ya taka overburded kuondoa na ni uhandisi usawa kati ya ufanisi madini na kupoteza wingi. Shale ya mafuta hutolewa na uchimbaji wa madini, kuunda migodi ya subsurface, au madini ya shimo. Shale ya mafuta yanaweza kuchomwa moja kwa moja kama makaa ya mawe au kuoka mbele ya hidrojeni ili kuondoa mafuta ya petroli kioevu (takwimu\(\PageIndex{j}\)).

Kusafisha mafuta ghafi
Matokeo ya kupona mafuta ni mafuta yasiyosafishwa (petroli), ambayo ina aina nyingi za hidrokaboni pamoja na baadhi ya vitu visivyohitajika kama vile sulfuri, nitrojeni, oksijeni, metali iliyoyeyushwa, na maji yote yanayochanganywa pamoja. Unprocessed mafuta ghafi kwa hiyo, si kwa ujumla muhimu katika maombi ya viwanda na lazima kwanza kutengwa katika bidhaa mbalimbali useable (petrochemicals) katika kusafishia. Petroli (petroli), dizeli, tar, na lami ni mifano ya petrochemicals.
Kunyoosha kwa sehemu ni mchakato muhimu unaotumiwa katika vituo vya kusafisha mafuta ili kutenganisha vipengele vya mafuta yasiyosafishwa. Wakati wa kunereka kwa sehemu, mafuta yasiyosafishwa yanawaka na kisha kuruhusiwa kupendeza. Misombo nzito zaidi huzama chini kama mabaki. Vipengele vya mafuta yasiyosafishwa ya mvuke hupungua kwa viwango tofauti katika safu ya kunereka kulingana na pointi zao za kuchemsha, ambazo ni hasa kutokana na ukubwa wao wa Masi. Misombo ya nzito zaidi (condense karibu na chini ya safu, ambapo joto bado ni kubwa. Misombo nyepesi hupunguza joto la baridi juu kwenye safu. Baadhi ya misombo hubakia kama gesi juu ya safu (takwimu\(\PageIndex{k}\)).

Video hapa chini inaelezea mchakato wa kunereka kwa sehemu. Safu ya kunereka iliyoandikwa saa 3:00 inaonyesha mafuta yasiyosafishwa yenye joto (400 °C) ikitenganisha katika petrochemicals mbalimbali. Kutoka chini hadi juu, ni bitumini (> 350 °C), dizeli (250-350 °C), mafuta ya petroli (160-250 °C), naftha (70-160 °C), petroli (20-70 °C), na gesi (<20 °C).
Uongofu ni usindikaji wa kemikali ambapo baadhi ya sehemu ndogo (zinazozalishwa kutoka kwa kunereka kwa sehemu) hubadilishwa kwa bidhaa nyingine. Kwa mfano, kiwanda cha kusafishia kinaweza kugeuza mafuta ya dizeli kuwa petroli kulingana na mahitaji ya petroli. Uongofu unaweza kuhusisha kuvunja minyororo mikubwa ya hidrokaboni kuwa ndogo (kupasuka), kuchanganya minyororo midogo kuwa mikubwa (unification), au kupanga upya molekuli ili kuunda bidhaa zinazohitajika (mabadiliko).
Matibabu hufanywa kwa sehemu ndogo ili kuondoa uchafu kama vile sulfuri, nitrojeni na maji kati ya wengine. Refineries pia kuchanganya sehemu mbalimbali (kusindika na unprocessed) katika mchanganyiko wa kufanya bidhaa taka. Kwa mfano, mchanganyiko tofauti wa minyororo ya hydrocarbon inaweza kuunda petroli na ratings tofauti octane, pamoja na bila livsmedelstillsatser, mafuta ya kulainisha ya uzito mbalimbali na darasa (WD-40, 10W-40, 5W-30, nk), mafuta ya joto, na wengine wengi. Bidhaa hizo zimehifadhiwa kwenye tovuti mpaka ziweze kupelekwa kwenye masoko mbalimbali kama vile vituo vya gesi, viwanja vya ndege na mimea ya kemikali.
42 Marekani gallon pipa ya mafuta ghafi mavuno kuhusu 45 galoni ya mafuta ya petroli kwa sababu ya usindikaji wa kusafishia faida (takwimu\(\PageIndex{l}\)). Ongezeko hili la kiasi ni sawa na kile kinachotokea kwa popcorn wakati unapopuka. Petroli hufanya sehemu kubwa ya bidhaa zote za mafuta ya petroli zilizopatikana. Bidhaa nyingine ni pamoja na mafuta ya dizeli na mafuta ya kupokanzwa, mafuta ya ndege, feedstocks za petrochemical (kutengeneza plastiki, mpira wa sintetiki, au kemikali nyingine), waxes, mafuta ya kulainisha, na lami.

Usafirishaji wa mafuta na gesi asilia
Baada ya kusafishia, petroli na mafuta mengine yaliyoundwa tayari kusambazwa kwa matumizi. Mfumo wa mabomba huendesha nchini Marekani kusafirisha mafuta na fueli kutoka sehemu moja hadi nyingine. Kuna mabomba ambayo husafirisha mafuta yasiyosafishwa kutoka vizuri mafuta hadi kwenye kituo cha kusafishia. Katika kusafishia, kuna mabomba ya ziada ambayo husafirisha bidhaa za kumaliza kwenye vituo mbalimbali vya kuhifadhi ambapo zinaweza kubeba kwenye malori kwa ajili ya utoaji, kama vile kituo cha gesi.
Mara gesi asilia inapozalishwa kutoka kwa miundo ya mwamba chini ya ardhi, inatumwa na mabomba kwenye vituo vya kuhifadhi na kisha kwa mtumiaji wa mwisho. Marekani ina mtandao mkubwa wa bomba ambao husafirisha gesi kwenda na kutoka karibu eneo lolote katika majimbo 48 ya chini. Kuna zaidi ya 210 mifumo ya bomba la gesi asilia, kwa kutumia zaidi ya maili 300,000 ya mabomba ya maambukizi ya interstate na intrastate (takwimu\(\PageIndex{m}\)). Vituo vya kujazia vinavyodumisha shinikizo kwa gesi asilia ili kuitunza kusonga kupitia mfumo. Kuna zaidi ya 400 chini ya ardhi ya hifadhi ya gesi asilia ambayo inaweza kushikilia gesi mpaka inahitajika nyuma katika mfumo kwa ajili ya utoaji.

Kuzalisha Umeme kutoka mafuta au gesi asilia
Gesi asilia huteketezwa kuzalisha umeme kufuatia mchakato huo wa jumla unaotumiwa katika kiwanda cha nguvu cha makaa ya mawe (takwimu\(\PageIndex{n}\)). Mafuta mara kwa mara hutumika kuzalisha umeme pia.

Attributions
Ilibadilishwa na Melissa Ha kutoka vyanzo vifuatavyo:
- Vyanzo visivyo vya Nishati Mbadala kutoka Biolojia ya Mazingira na Mathayo R. Fisher (leseni chini ya CC-
- Fossil Fueli na Madini kutoka Utangulizi wa Jiolojia na Chris Johnson et al. (leseni chini ya CC-BY-NC-SA)
- Sura ya 4: Nishati isiyo ya Mbadala kutoka Utangulizi wa Sayansi ya Mazingira: Toleo la 2 (2018) Sayansi ya Biolojia Open Vitabu na Zehnder, Caralyn; Manoylov, Kalina; Mutiti, Samuel; Mutiti, Christine; VandeVoort, Allison; na Bennett, Donna (leseni chini ya CC-BY-NC-SA) .
- Kisukuku Nishati Study Guide: gesi asilia. 2014. Idara ya Nishati ya Marekani. Imepatikana 01-12-2021.
- Kisukuku Nishati Study Guide: mafuta. 2013. Idara ya Nishati ya Marekani. Imepatikana 01-12-2021.