Khí thiên nhiên là gì? Thành phần, ứng dụng và cách khai thác khí thiên nhiên

Khái niệm khí thiên nhiên là gì?

Trong cuộc sống hiện nay có rất nhiều loại khí được sử dụng. Trong đó khí thiên nhiên có lẽ là cụm từ mà bạn bắt gặp thường xuyên nhất. Khi nghe đến cái tên khí thiên nhiên nhiều người đã lầm tưởng rằng đó chính là không khí mà chúng ta hít thờ hằng ngày. Tuy nhiên không phải vậy.

Khí thiên nhiên còn có nhiều tên gọi khác nhau như khí đốt, khí gas. Dựa vào tên gọi có thể thấy được rằng, khí thiên nhiên này hoàn toàn có thể cháy được. Ngoài ra, khí thiên nhiên còn là một loại nhiên liệu hóa thạch. Chính bởi vậy mà chúng được xem như là một nhiên liệu an toàn, sạch. Đây cũng là một trong những lý do khiến khí thiên nhiên được sử dụng vô cùng rộng rãi trong cuộc sống.

Thành phần chính của khí thiên nhiên là gì?

Hiện nay, khí thiên nhiên đã trở thành một trong những loại nhiên liệu vô cùng quan trọng trong cuộc sống. Trên thực tế, khi thiên thường sẽ được hình thành bởi những loại vi sinh vật, phù du sống dưới nước như động vật nguyên sinh, tảo. Những sinh vật này khi chết đi thì xác của chúng sẽ dần dần mỗi ngày tích tụ dưới đáy đại dương.

Hàng năm hàng năm xác của chúng sẽ bị dồn nén dưới những lớp trầm tích. Khi trải qua những tác dụng của nhiệt độ, áp suất thì xác của các loại sinh vật đó sẽ chuyển hóa và tạo ra khí thiên nhiên. Khí thiên nhiên này sẽ tồn tại trong những lỗ nhỏ của các tầng xốp đá xung quanh và chúng đóng vai trò như một bể chứa tự nhiên.

Trong quá trình tìm hiểu, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên chính là hidrocacbon (có chứa H2 và C). Ngoài ra, trong khí thiên nhiên còn có thể chứa tới 85% methane (CH4), khoảng 10% etan (C2H6) và một lượng nhỏ propan.

Ngoài thành phần chính này thì trong khí thiên nhiên còn có những chất làm loãng và thành phần chất gây ô nhiễm. Cụ thể trong những chất làm loãng này có chứa CO2, N2, hơi nước. Chất ô nhiễm thành phần chính là H2S và các hợp chất chứa lưu huỳnh khác. Tuy nhiên trong quá trình lọc khí thiên nhiên thì những chất này thường bị tách riêng và làm các sản phẩm phụ.

Xem thêm: Khí metan là gì? Trạng thái tự nhiên, tính chất, ứng dụng và cách điều chế

Khí thiên nhiên tập trung chủ yếu ở đâu?

Khí thiên nhiên có trong các mỏ khí nằm dưới lòng đất, thành phần chủ yếu là metan. 

Cũng có những nơi, khí thiên nhiên được tìm thấy trong các hồ chứa hidrocacbon khi chúng có sự liên kết với nhau trong những vỉa than và dưới dạng clanratmetan. Trên thế giới hiện nay khí tự nhiên xuất hiện ở mọi nơi với trữ lượng khổng lồ lên tới 150 tỷ tỷ m3, trừ Nam Cực.

Trong số nhiều quốc gia hiện nay thì Nga là nước có trữ lượng khí thiên nhiên nhiều nhất trên thế giới, chiếm khoảng 48 tỷ tỷ m3. Khu vực Trung Đông xếp thứ hai với 50 tỷ tỷ m3. Ngoài ra, tại khu vực châu Úc, châu Phi hay châu Á cũng tìm thấy trữ lượng khí thiên nhiên.

Phân loại khí thiên nhiên

Khí thiên nhiên trên thực tế hiện nay có rất nhiều loại khác nhau. Sự đa dạng này đã giúp cho chúng đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống. Theo đó, khí thiên nhiên được chia thành 4 loại chính dựa theo thành phần chính như sau:

• Khí ngọt: Là loại khí thiên nhiên có chứa khá ít H2S.

• Khí chua: Là khí thiên nhiên với thành phần có chứa nồng độ H2S cao.

• Khí ướt: Là loại khí thiên nhiên có chứa một lượng đáng kể hydrocacbon bao gồm những phần tử lượng cao hơn thuộc nhóm ankan như butan, propan, etan. Phần cặn lắng của khí thiên nhiên khi đó sẽ là phần còn lại khi mà các ankan được loại bỏ khỏi khí ướt.

• Khí khô: Là loại khí thiên nhiên có chứa tỷ lệ methane cao.

Xem thêm: 

• Benzen: Đặc điểm tính chất, cấu tạo và ứng dụng
• Etilen: Định nghĩa, công thức cấu tạo, tính chất, cách điều chế và ứng dụng

Khai thác khí thiên nhiên ở Việt Nam

Khí thiên nhiên cũng được tìm thấy nhiều tại Việt Nam. Sở hữu những điều kiện thuận lợi  như điều kiện tự nhiên, vị trí địa lý đặc biệt đã giúp cho việc hình thành mỏ khí thiên nhiên tại Việt Nam dễ dàng hơn. Do đó mà khí thiên nhiên tại Việt Nam có trữ lượng chiếm tỷ trọng khá lớn.

Thực trạng dầu mỏ và khí thiên nhiên ở Việt Nam

Trên thực tế hiện nay tại Việt Nam, khí thiên nhiên xuất hiện ở rất nhiều nơi. Tại nước ta đã phát hiện tới 24 mỏ khí thiên nhiên. Trong số 24 mỏ đó thì có 23 mỏ khí thiên nhiên nằm trong đất liền và 1 ở ngoài biển. Với số lượng các mỏ khí thiên nhiên này chắc chắn sẽ mang đến nhiều lợi ích trong quá trình sản xuất, sử dụng.

Tuy nhiên trên thực tế Bộ Công Thương đã nhận định rằng từ năm 2022 thì nguồn khí thiên nhiên tại Việt Nam sẽ bắt đầu bước vào thời kỳ suy giảm. Chính bởi vậy mà nhu cầu sử dụng trong nước cũng khó có thể đáp ứng được. Giải pháp khi đó được đặt ra chính là phải nhập khẩu khí hóa lỏng LNG để sử dụng vào nhiều mục đích, trong đó có phát điện.

Cách khai thác khí thiên nhiên

Để có thể khai thác được khí thiên nhiên thì phải xác định được vị trí chuẩn xác của các mỏ khí thiên nhiên. Khi đó những nhà địa chất sẽ phải tiến hành thăm dò xem nơi nào có chứa những thành phần cần thiết cho việc hình thành khí. Từ đó sẽ sử dụng những thiết bị, công nghệ hiện đại nhất nhằm xác định chuẩn xác vị trí nào có tồn tại khí thiên nhiên để thuận tiện cho việc khai thác.

Khi xác định được vị trí của những nơi tồn tại khí sẽ tiếp tục khoan để lấy khí. Trong quá trình khoan sẽ khoan đến những lớp đá xốp và bên trong sẽ chứa một lượng lớn khí thiên nhiên. Thông qua áp lực khí thiên nhiên sẽ được đẩy lên mặt đất. Sau thời gian khai thác thì áp lực sẽ giảm đi và khi đó cần sử dụng bơm để hút khí thiên nhiên lên bề mặt.

Khi khí thiên nhiên được đẩy lên mặt đất sẽ được vận chuyển đến nhà máy bằng những đường ống dẫn khí để xử lý và tinh lọc. Khi đó những hợp chất như CO2, H2S, hydrocacbon sẽ được lọc ra khỏi khí thiên nhiên bằng quá trình hấp thụ và hút bám. Cuối cùng khí thiên nhiên sẽ được vận chuyển đến những nhà máy chế biến để sử dụng cho đa dạng các mục đích khác nhau.

Những ứng dụng quan trọng của khí thiên nhiên

Khí thiên nhiên là một trong những loại khí cực kỳ  phổ biến và được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống. Ngoài được dùng làm nhiên liệu đốt cháy thì khí thiên nhiên còn được sử dụng trong rất nhiều những ứng dụng như:

• Khí thiên nhiên được 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 khí thiên nhiên 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.

Một số tác động tiêu cực của khí thiên nhiên đến con người và môi trường

Khí thiên nhiên là một trong những khí quen thuộc và được ứng dụng trong rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau của cuộc sống. Tuy nhiên trên thực tế, ngoài những lợi ích thì khí thiên nhiên cũng có một số tác động tiêu cực đến môi trường và con người. 

Cụ thể:

• Hydro sulfide được tìm thấy trong một số mỏ khí thiên nhiên tạo ra khí chua. Đây là một khí vô cùng độc và nếu ngửi quá nhiều sẽ có thể gây tử vong.

• Việc khai thác khí thiên nhiên sẽ khiến hồ chứa giảm áp lực. Điều này sẽ làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến nền móng, hệ thống cấp thoát nước, đường thủy và gây ra tình trạng sụt lún hay khiến các hệ sinh thái chìm xuống mặt đất.

• Nếu trong những hệ thống sưởi có sử dụng khí thiên nhiên mà không thông hơi hoặc thông hơi kém sẽ dẫn tới thoát ra lượng lớn khí CO và có thể gây ngộ độc khí CO.

• Khí thiên nhiên là một loại khí có thể gây ngạt. Theo đó, nếu ở trong môi trường có chứa nhiều khí thiên nhiên sẽ khiến bạn cảm thấy bị ngạt, buồn nôn bởi lượng oxy trong máu sẽ nhanh chóng bị giảm xuống.

• Bạn có thể bị phồng rộp da nếu tiếp xúc với khí thiên nhiên dạng hóa lỏng. Nếu hít phải hơi LNG thì có thể dẫn tới tổn thương phổi.

• Nếu khí thiên nhiên bị rò rỉ lượng lớn có thể gây ra các vụ nổ nghiêm trọng ảnh hưởng tới tài sản và sức khỏe con người.

• Trong quá trình khai thác khí thiên nhiên có thể tạo ra những đồng vị phóng xạ.

Bài tập về khí thiên nhiên SGK Hóa học 9 kèm lời giải

Khí thiên nhiên là một phần kiến thức quan trọng trong Hóa học 9. Có nhiều bài tập thú vị về loại khí này như:

Bài tập 1 SGK Hóa học 9 trang 129

Chọn những câu đúng trong các câu sau:

a) Dầu mỏ là một đơn chất.

b) Dầu mỏ là một hợp chất phức tạp.

c) Dầu mỏ là một hỗn hợp tự nhiên của nhiều loại Hiđrocacbon.

d) Dầu mỏ sôi ở một nhiệt độ xác định.

e) Dầu mỏ sôi ở những nhiệt độ khác nhau.

Gợi ý đáp án: 

Câu đúng là câu c và câu e.

Bài tập 4 SGK Hóa học 9 trang 129

Đốt cháy V lít khí thiên nhiên chứa 96% CH4 , 2% N2 và 2% CO2 về thể tích. Toàn bộ sản phẩm cháy được dẫn qua dung dịch Ca(OH)2 dư thấy tạo ra 4,9g kết tủa.

a) Viết các phương trình hóa học (biết N2, CO2 không cháy).

b) Tính V (đktc).

Gợi ý đáp án: 

a) Phương trình hóa học:

CH4 (1 mol, 0.96V) + 2O2 (2 mol) → CO2 (1 mol) + 2H2O (2 mol).

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O (2)

b) Gọi thể tích khí thiên nhiên là V (l)

=> VCH4 = V.96/100 = 0.96V

VCO2 = V.2/100 = 0.02V.

Từ phản ứng (1) VCO2 = VCH4 = 0,96V

⇒ Thể tích CO2 thu được sau khi đốt: 0,96V + 0,02V = 0,98V

nCO2 = 0.98V/22.4(mol).

Từ phản ứng (2)

=> nCO2 = nCaCO3 = 4.9/100 = 0.049 (mol).

=> nCO2 = 0.98V/22.4 = 0.049

=> V = 1.121.

Khí thiên nhiên hiện nay xuất hiện trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống. Chính vì vậy mà bạn cũng cần phải trang bị cho mình những kiến thức cơ bản về loại khí này để có thể sử dụng hiệu quả và đảm bảo an toàn nhất. Khi đó cũng sẽ tránh được những sự cố không đáng có xảy ra. Mọi thông tin về khí thiên nhiên sẽ được tổng hợp tại chuyên mục Kiến thức cơ bản của Monkey. Bạn có thể theo dõi mỗi ngày để có thêm nhiều kiến thức về các môn Toán, Lý, Hóa.