Khí tự nhiên là gì?

12/10/2022

Khí tự nhiên hay khí thiên nhiên là một nguồn cung cấp năng lượng không thể thiếu của thế giới. Đây là dạng năng lượng sạch, an toàn và hữu ích. Từ các hoạt động sinh hoạt hàng ngày tới hầu hết các ngành công nghiệp đều cần sử dụng khí thiên nhiên. Chính vì thế, khi thiên nhiên có vai trò cực kỳ quan trọng. Hãy cùng Khí công nghiệp Hỷ Vân đi tìm hiểu về loại khí này qua bài viết dưới đây.

Tóm tắt nội dung

1. Khí tự nhiên là gì?
2. Lịch sử phát hiện khí thiên nhiên
3. Nguyên liệu thô
4. Quy trình sản xuất
5. Cảnh báo nguy hiểm
6. Ứng dụng của khí tự nhiên
7. Khí công nghiệp Hỷ Vân chuyên cung cấp Khí metan (CH4) – thành phần chính của khí tự nhiên.

1. Khí tự nhiên là gì?

Khí tự nhiên là một nguồn nguyên liệu hóa thạch, là hỗn hợp các khí dễ cháy được hình thành dưới lòng đất do sự phân hủy các vật chất hữu cơ trong động thực vật. Nó thường được tìm thấy ở những khu vực có dầu, tuy nhiên cũng tồn tại những mỏ khí tự nhiên lớn ở những nơi không có hoặc có rất ít dầu. Khí tự nhiên được sử dụng rộng rãi để sưởi ấm và nấu nướng, cũng như cho nhiều ứng dụng công nghiệp.

2. Lịch sử phát hiện khí thiên nhiên

- Theo wiki khí tự nhiên đã được con người sớm biết đến dưới dạng thấm ra từ đá và suối. Đôi khi, sét hoặc các nguồn đánh lửa khác có thể làm cháy các vết rò rỉ khí này, làm phát sinh các câu chuyện phát ra lửa từ mặt đất.
- Vào khoảng 900 năm trước Công nguyên, người Trung Quốc đã biết rút khí tự nhiên từ các giếng khoan và sử dụng để đốt cháy làm bay hơi nước biển tạo ra muối. Tới thế kỷ thứ nhất, họ đã phát triển các kỹ thuật tiên tiến hơn để khai thác các hồ chứa khí tự nhiên dưới lòng đất, cho phép họ khoan giếng sâu tới 1.460 m trong đất yếu. Họ sử dụng các mũi khoan kim loại luồn qua các đoạn ống tre rỗng để tiếp cận khí và đưa nó lên bề mặt.
- Người La Mã cũng biết về khí đốt tự nhiên, Julius Caesar được cho là đã chứng kiến một “mùa xuân rực cháy” gần Grenoble, Pháp. Những ngôi đền tôn giáo vào thời kỳ đầu của nước Nga được xây dựng xung quanh những nơi mà khí đốt tự nhiên cháy tạo thành “ngọn lửa vĩnh cửu“.
- Tại Hoa Kỳ, khí tự nhiên được sử dụng có chủ đích lần đầu tiên vào năm 1821. William Hart đã khoan giếng để khai thác một túi khí nông dọc theo bờ Canadaway Creek gần Fredonia, New York. Anh ta dẫn khí qua các khúc gỗ rỗng đến một tòa nhà gần đó để đốt lửa chiếu sáng. Năm 1865, Fredonia Gas, Light và Waterworks Company trở thành công ty khí đốt tự nhiên đầu tiên ở Hoa Kỳ. Năm 1872, đường ống dẫn khí đốt đường dài đầu tiên được xây dựng, dài 40 km từ một mỏ khí đốt đến Rochester, New York. Nó cũng sử dụng các khúc gỗ rỗng làm đường ống. Ngoài việc sử dụng để thắp sáng, khí đốt tự nhiên được sử dụng để sưởi ấm và nấu ăn nhờ sự phát triển của lò đốt Bunsun vào năm 1885. Năm 1891, một mỏ khí áp suất cao đã được khai thác ở trung tâm Indiana.
- Dù đã được phát hiện và sử dụng nhưng ứng dụng của khí tự nhiên vẫn rất hạn chế trong một thời gian dài sau đó. Nguyên nhân do thiếu các hệ thống đường ống phân phối khí tự nhiên. Hầu hết lượng khí bốc lên bề mặt trong quá trình khoan dầu ở những khu vực xa xôi chỉ đơn giản là thoát ra khí quyển hoặc được đốt cháy, chiếu sáng các mỏ dầu cả ngày lẫn đêm. Đến những năm 1910, các công ty dầu mỏ nhận ra đây là nguồn lợi nhuận khổng lồ bị lãng phí và họ bắt đầu tích cực lắp đặt các đường ống dẫn khí đốt đến các khu vực đô thị lớn trên khắp Hoa Kỳ. Mãi cho đến sau Thế chiến thứ hai, chương trình đường ống này đã đến đủ các thành phố và thị trấn để biến khí đốt tự nhiên trở thành một giải pháp thay thế hấp dẫn cho điện và than.
- Trên thế giới, những nơi có trữ lượng khí tự nhiên lớn là Mỹ, Nga, Canada, Trung Quốc và các nước vùng Vịnh Ả Rập ở Trung Đông.

Ngọn lừa từ khí tự nhiên tại các mỏ khoan cháy cả ngày lẫn đêm

3. Nguyên liệu thô

- Khí tự nhiên thô bao gồm một số loại khí, thành phần chính là mêtan (CH₄). Các thành phần khác bao gồm etan (C₂H₆), propan (C₃H₈), butan (C₄H₁₀), và nhiều hydrocacbon dễ cháy khác. Khí tự nhiên thô cũng có thể chứa hơi nước, hydro sulfua (H₂S), carbon dioxide (CO₂), nitơ và heli.
- Trong quá trình xử lý, nhiều thành phần trong số này có thể bị loại bỏ.
- Khí tự nhiên đã qua xử lý chủ yếu gồm metan và etan. Một số thành phần khác có thể được thêm vào khí đã xử lý để tạo cho nó những phẩm chất đặc biệt. Ví dụ, mecaptan (CH₃SH) được thêm vào để tạo cho khí có mùi đặc biệt nhằm cảnh báo mọi người về sự rò rỉ.

4. Quy trình sản xuất

Có nhiều phương pháp được sử dụng để chiết xuất, xử lý, vận chuyển, lưu trữ và phân phối khí tự nhiên phụ thuộc vào vị trí và thành phần của khí thô, cũng như vị trí và ứng dụng của khí thành phẩm. Dưới đây là một trình tự điển hình được sử dụng để sản xuất khí đốt tự nhiên dùng cho sưởi ấm và đun nấu trong gia đình.

Trích xuất khí thiên nhiên

- Một số hồ chứa khí tự nhiên dưới lòng đất chịu áp suất bên trong đủ để khí có thể chảy lên giếng và đến bề mặt Trái đất mà không cần tác động thêm. Tuy nhiên, hầu hết các giếng đều cần một máy bơm để đưa khí và dầu lên bề mặt.
- Khi khí tự nhiên thô sau khi được đưa lên mặt đất, nó được tách khỏi dầu và được dẫn đến một nhà máy xử lý khí trung tâm gần đó. Một nhà máy có thể xử lý vài trăm giếng.

Xử lý

- Khí tự nhiên ở các mỏ có ít hoặc không có dầu dễ chế biến hơn khí từ các giếng dầu.
- Tuy vậy, dù ở bất kể nguồn nào, hầu hết khí tự nhiên thô đều chứa bụi bẩn, cát và hơi nước, chúng phải được loại bỏ trước khi xử lý tiếp để tránh nhiễm bẩn, ăn mòn thiết bị và đường ống. Các chất bẩn và cát được loại bỏ bằng các bộ lọc. Hơi nước thường được loại bỏ bằng cách cho khí đi qua một tháp chứa đầy các hạt chất hút ẩm rắn, chẳng hạn như alumin hoặc silica gel, hoặc qua chất hút ẩm lỏng, chẳng hạn như glycol. Sau khi đã được làm sạch và làm khô, khí thô có thể được xử lý tiếp hoặc có thể được đưa thẳng đến trạm nén và bơm vào đường ống vận chuyển chính.
- Nếu khí tự nhiên thô chứa một lượng lớn khí hydrocacbon nặng hơn, chẳng hạn như propan và butan, thì những nguyên liệu này được tách ra để bán riêng. Phương pháp phổ biến nhất là sử dụng dầu hấp thụ lạnh. Khi khí tiếp xúc với dầu lạnh, các khí hydrocacbon nặng hơn sẽ ngưng tụ thành chất lỏng và bị giữ lại trong dầu. Các khí hydrocacbon nhẹ hơn, chẳng hạn như metan và etan, không ngưng tụ thành chất lỏng và chảy ra đỉnh tháp. Khoảng 85% propan và gần như tất cả butan và hydrocacbon nặng hơn bị giữ lại theo cách này. Dầu hấp thụ sau đó được chưng cất để loại bỏ các hydrocacbon bị mắc kẹt, chúng được tách thành các thành phần riêng lẻ trong tháp chưng cất phân đoạn.
- Tại giai đoạn này, khí thiên nhiên chứa metan, etan và một lượng nhỏ propan không bị giữ lại. Nó cũng có thể chứa một lượng carbon dioxide, hydro sunfua, nitơ và các vật liệu khác. Một phần etan đôi khi được tách ra để sử dụng làm nguyên liệu trong các quá trình hóa học khác. Để làm điều đó, cần giảm bớt lượng hơi nước trong khí, sau đó qua các chu trình nén và giãn nở lặp đi lặp lại để làm mát etan và giữ nó ở dạng lỏng.
- Một số khí tự nhiên có chứa tỷ lệ cao carbon dioxide và hydro sulfua. Những hóa chất này có thể phản ứng với hơi nước còn lại trong khí để tạo thành axit, có thể gây ăn mòn. Chúng được loại bỏ bằng cách cho khí đi qua một tháp được phun nước trộn với dung môi (chẳng hạn như monoethanolamine) ở phía trên. Dung môi phản ứng với hóa chất tạo thành dung dịch được thoát ra khỏi đáy tháp để xử lý tiếp.
- Một số khí tự nhiên chứa tỷ lệ nitơ cao. Vì nitơ không cháy nên sẽ làm giảm nhiệt độ đốt nóng của khí thiên nhiên. Sau khi loại bỏ khí cacbonic và hydro sulfua, khí sẽ đi qua quá trình chưng cất ở nhiệt độ thấp để hóa lỏng và tách nitơ. Sau quá trình này, khí tự nhiên đã trở nên sạch và sẽ cháy nóng hơn.
- Nếu cần tách khí heli, nó được thực hiện sau khi loại bỏ nitơ. Đây là một quá trình chưng cất và tinh chế phức tạp. Khí tự nhiên cũng là nguồn cung cấp helium công nghiệp chính ở Hoa Kỳ.

Sơ đồ quá trình sản xuất và cung cấp khí tự nhiên

Vận chuyển

- Sau khi bơm Mecaptan (CH₃SH) vào khí tự nhiên đã qua xử lý để tạo cho nó một mùi cảnh báo đặc biệt, khí được dẫn đến một trạm nén để tăng áp suất lên khoảng 200-1.500 psi (1.380-10.350 kPa). Sau đó, khí được vận chuyển xuyên quốc gia thông qua các đường ống được lắp đặt dưới lòng đất. Các đường ống này có đường kính từ 20 đến 42 in (51 đến 107 cm). Cứ sau 160 km, một máy nén khác được sử dụng để tăng áp suất khí bù đắp những tổn thất áp suất nhỏ do ma sát giữa khí và thành ống gây ra. Điều này giữ cho khí được lưu thông liên tục.
- Đôi khi khí được bơm ngược trở lại lòng đất để lưu trữ. Các bể chứa khí và dầu cạn kiệt dưới lòng đất, các lớp đá xốp hoặc các hang muối dưới lòng đất có thể được sử dụng để lưu trữ khí.

Đường ống Nord Stream cung cấp khí tự nhiên từ Nga tới châu Âu

Phân phối

- Khí được rút ra khỏi kho chứa dưới lòng đất và được vận chuyển qua các đường ống ở áp suất lên đến 1.000 psi (6.900 kPa). Các đường ống này đưa khí vào thành phố hoặc khu vực mà nó sẽ được sử dụng.
- Áp suất được giảm xuống dưới 60 psi (410 kPa), và khí được phân phối trong các đường ống ngầm chạy khắp khu vực. Trước khi khí được dẫn vào từng ngôi nhà hoặc cơ sở kinh doanh, áp suất tiếp tục được giảm xuống khoảng 0,25 psi (1,7 kPa).

5. Cảnh báo nguy hiểm

- Khí tự nhiên dễ bốc cháy trong không khí và có thể phát nổ dữ dội nếu được đánh lửa đột ngột.
- Khí tự nhiên bị rò rỉ trong phòng kín có thể gây ngạt thở. Bởi vì khí tự nhiên vốn không mùi nên mecaptan (có mùi hôi) được bổ sung vào khí để dễ dàng phát hiện khi khí bị rò rỉ.
- Để bảo vệ các đường ống dẫn khí đốt áp suất cao dưới lòng đất, một dải băng nhựa màu vàng được chôn xuống đất phía trên đường ống để cảnh báo những người có thể đang đào bới trong khu vực. Bằng cách đó, họ sẽ phát hiện ra cuốn băng trước khi thực sự chạm tới đường ống bên dưới. Các biển cảnh báo cũng được đặt trên mặt đất dọc theo toàn bộ chiều dài của đường ống như một biện pháp phòng ngừa bổ sung.

Băng vàng cảnh báo có đường ống dẫn khí bên dưới — Dải băng vàng cảnh báo có đường ống dẫn khí bên dưới

6. Ứng dụng của khí tự nhiên

- Sử dụng để làm khí đốt lò gas, bếp gas trong quá trình sấy khô, chế biến thực phẩm.
- Sử dụng để làm nhiên liệu đốt trong những lò sản xuất xi măng, lò gốm, lò gạch, lò luyện kim, lò nấu thủy tinh hay trong những lò đốt các tuabin nhiệt điện để phát điện.
- Sử dụng để làm nguyên liệu cho những ngành hóa dầu. Cụ thể, sử dụng khí thiên nhiên để tạo ra các chất hóa dầu và sử dụng để sản xuất chất dẻo, dược phẩm, bột giặt…
- Sản xuất thức ăn cho cá và những thức ăn giàu đạm bằng cách thêm khí thiên nhiên vào vi khuẩn Methylococcus capsulatus.
- Sử dụng khí thiên nhiên để sản xuất khí H₂ thông qua phương pháp hydro reformer. Theo đó, khí H₂ chính là một trong những thành phần quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất cũng như là một nguồn nhiên liệu quan trọng để vận hành những thiết bị phương tiện sử dụng khí H₂.
- Khí thiên nhiên hóa lỏng được dùng nhiều cho các phương tiện đi lại. Đặc biệt là ứng dụng trong dòng xe ô tô truyền thống, động cơ đốt trong,… Trong đó, động cơ này sẽ sử dụng hệ thống hút khí thiên nhiên và tăng áp chủ yếu. Nó là thành phần quan trọng của động cơ ô tô. Nhiệm vụ chính là lọc không khí, hạn chế tối đa bụi bẩn có hại và cung cấp không khí cho quá trình đốt cháy nhiên liệu bên trong động cơ.
- Ngoài ra, khí thiên nhiên hóa lỏng có thể được dùng độc lập hoặc có thể kết hợp với một số nhiên liệu như dầu diesel.

7. Khí công nghiệp Hỷ Vân chuyên cung cấp Khí metan (CH4) – thành phần chính của khí tự nhiên.

Hiện nay Khí công nghiệp Hỷ Vân là một trong những nhà cung cấp khí tự nhiên an toàn, uy tín hàng đầu cả nước.
Chúng tôi cung cấp khí CH4 với nhiều kích thước khối lượng da dạng, phù hợp với nhiều mục đích sử dụng của người dùng.