Khí thiên nhiên - tính chất, thành phần, phân loại pot

Khí thiên nhiên - tính chất, thành phần,
phân loại
Công nghiệp khí – một trong những ngành kinh tế quan trọng của nước ta,
có ảnh hưởng đến nhịp độ phát triển cao, giúp tăng trưởng nhanh chóng nhu
cầu tài nguyên điện năng, trong đó khí thiên nhiên đóng vai trò quan trọng.
Ngành công nghiệp khí – một ngành kinh tế tương đối còn trẻ của nước ta.
Sự gia tăng sản lượng khai thác và sử dụng khí thiên nhiên có liên quan tới
sự phát triển của nền công nghiệp dầu mỏ. Sự gia tăng khai thác dầu mỏ sẽ
làm tăng tiềm năng khí dầu (đồng hành).
Khí thiên nhiên là một thành phần cung cấp năng lượng không thể thiếu của
thế giới. Nó là một trong những nguồn năng lượng sạch nhất, linh động nhất
và hữu dụng nhất. Tuy nhiên, ngoài tính quan trọng của nó vẫn còn nhiều
quan niệm sai về khí thiên nhiên. Ví dụ như bản thân khí gas trên thế giới có
nhiều công dụng và giá trị khác nhau. Khi nạp nhiên liệu cho xe hơi, tức là
chúng ta đã đưa khí gas vào đó. Khí gas dùng trong các cuộc liên hoan ngoài
trời thông thường thực chất là propan, khí này thường hay gặp nhiều trong
khí thiên nhiên, nhưng bản thân nó lại không phải là khí thiên nhiên. Măc dù
được phân vào cùng nhóm với các nhiên liệu hoá thạch và các nguồn năng
lượng khác nhưng khí gas vẫn có những đặc điểm khiến chúng trở nên đặc
biệt. Dưới đây là một số kiến thức cơ bản về khí thiên nhiên, bản chất, thành
phần, phân loại.
Khí thiên nhiên, bản thân nó, có thể được xem như một loại khí gas rất bình
thường – không màu, không hình dạng và không mùi ở dạng nguyên chất.
Tuy nhiên, không giống các nhiên liệu hoá thạch khác, khí thiên nhiên rất
sạch khi đốt cháy và cho ra các sản phẩm thứ cấp ít khả năng gây ô nhiễm
hơn vào trong không khí. Chúng ta cần năng lượng ổn định, để sưởi ấm
những ngôi nhà, để nấu nướng, và để sản xuất ra điện năng. Chính nhu cầu
sử dụng năng lượng này đã đưa khí thiên nhiên lên một vị trí rất quan trọng
trong xã hội và đời sống của chúng ta.
Tính chất nguy hiểm của khí thiên nhiên
Đặc điểm gây nguy hiểm của khí hydrocacbon là độc tính nó, phụ thuộc vào

thành phần khí và khả năng tạo hỗn hợp gây nổ với không khí, dễ bốc cháy
do ngọn lửa điện và các nguồn gây cháy khác.
Khối lượng nguyên tử của hydrocacbon giới hạn tăng lên thì độc tính của nó
tăng lên. Nồng độ giới hạn cho phép đối với metan là 10 mg/L còn đối với
geptan chỉ là 2 mg/L.
Tiêu chuẩn vệ sinh khi thiết kế các xí nghiệp công nghiệp trong các phân
xưởng làm việc của công nhân, thì nồng độ giới hạn cho phép hydrocacbon
(hơi xăng) là 0,3 mg/L.
Trong các thành phần khí của khí thiên nhiên và khí đồng hành thì H
2
S rất
độc, đó là chất khí không màu. Mật độ so với không khí 1,19. Con người đã
có thể có cảm nhận khí H
2
S khi chỉ với hàm lượng trong không khí 0,0014-
0,0023 mg/L .
Khí cacbonic – không màu và hoàn toàn không mùi. Đặc tính gây hại của nó
tới con người là gây ngạt khi hít thở phải ở nồng độ cao (nguy hiểm do nó
gắn liền với rủi ro ngạt thở) và cảm giác nhói ở mũi và cổ họng.
Tinh thể hydrat
Một trong những tính chất lý thú nhất của khí là trong những điều kiện nhiệt
độ và áp suất nhất định nó có khả năng liên kết với nước tạo thành một dung
dịch rắn – hydrat.
Hydrat khi là hỗn hợp tinh thể (clatrat) cấu trúc nhất định. Gọi là clarat vì
hợp chất này có thành phần thay đổi và ở trong trạng thái này nó tạo thành
cái lồng.
Mạng tinh thể “chủ” được cấu tạo từ các phân tử nước, được giữ chặt bởi
các hydro liên kết. Lần đầu tiên hydrat được các nhà khoa học phát hiện từ
thế kỷ 18. Năm 40 của thế kỷ trước các nhà khoa học Liên xô-viết giả thiết
các tầng hydrat khí năm trong các điều kiện băng vĩnh cứu. Năm 1960 ở

vùng Bắc Liên Xô đã phát hiện các mỏ hydrat đầu tiên và được xem là
nguồn nhiên liệu quan trọng có tiềm năng mới. Các phân tử tạo hydrat khí
nằm trong khoang của mạng tinh thể. Bản thân mạng tinh thể “chủ” nếu như
không lấp đầy lượng tối thiểu phân tử chất tạo hydrat, thì nó không thể tồn
tại được ở dạng trong điều kiền giả bền nhiệt động lực. Tất cả các khí mà
kích thước các phân tử của chúng trong khoảng (4÷6,9)A tạo thành hydrat.
Khi nhiệt độ tăng lên thì hỗn hợp dễ tan thành khí và nước.
Vấn đề thành tạo hydrat khí có vị trí quan trọng trong việc nghiên cứu các
vấn đề về điều kiện tồn tại của hydrat trong môi trường rỗng, trong lớp phủ
trầm tích lục địa và trầm tích đáy đại dương.
Sự thành tạo hydrat trong môi trường rỗng của lớp trầm tích vỏ quả đất kèm
theo những tích tụ lớn khí thiên nhiên và sự thành tạo các vỉa hydrat khí trên
đất liền cũng như trong ranh giới đại dương. Đặc thù của các vỉa hydrat là
trong những điều kiện nhiệt động lực học tương ứng chúng được tích tụ
không có vỏ trầm tích. Các vỉa khí và dầu có thể hình thành do sự tích tụ của
các hydrat. Một trong những đặc thù quan trọng hình thành vỉa hydrat khí là
chúng có thể được tạo thành khi dòng khí phun trào từ dung dịch khí nước
chưa đủ bão hòa, nghĩa là khi không có pha khí tự do.
Trong quá trình hydrat đã xuất hiện những vấn đề mới về nguyên tắc liên
quan đến xác định vùng phân bố vỉa hydrat khí và các điều kiện thành tạo
chúng trong vỏ quả đất, nhằm đề xuất các phương pháp tìm kiếm và thăm
dò, thử nghiệm giếng khoan và khai thác khí.
Nghiên cứu cho thấy khí thiên nhiên trong vỏ quả đất dưới nhiệt độ và áp
suất tương ứng liên kết với nước rỗng và chuyển thành trạng thái hydrat rắn,
tạo thành tích tụ lớn – các vỉa hydrat khí.
Các điều kiện nhiệt động lực tương ứng để thành tạo các vỉa hydrat khí
thường là 25% trên đất liền và 95% trầm tích của đại dương trên thế giới.
Chiều sâu phân bố các vỉa hydrat khí dao động trong khoảng rộng và trên lục
địa đạt đến 800__MCE_ITEM__ ÷2000 m. Chiều dày của vùng vỉa hydrat
khí dưới trầm tích đáy biển đạt đến hàng trăm mét.

Một trong những đặc điểm của các vỉa hydrat khí là để hình thành chúng và
duy trì không đòi hỏi lớp phủ trầm tích không thấm, bởi vì các tinh thể
hydrat được thành tạo trong đá trầm tích không thấm khi khí di chuyển.
Đặc điểm này có ý nghĩa lớn để giải thích và phát hiện các tích tụ lớn khí
thiên nhiên trong trạng thái tự do trong vùng tiếp giáp đại dương, dưới lớp
phủ tạo thành bởi hydrat khí bít nhét đá trầm tích xốp rỗng.
Trạng thái pha của hệ hydrocacbon
Khí thiên nhiên là hỗn hợp của các khí riêng biệt. Mỗi một khí được gọi là
thành phần, có nghĩa là khí thiên nhiên được khai thác lên là hệ nhiều thành
phần.
Mỗi khí riêng biệt hoặc hệ nhiều thành phần có thể ở trong trạng thái một
pha, hai pha và ba pha. Phụ thuộc vào các đặc tính điều kiện và tính chất của
vật chất có thể ở dưới dạng khí, chất lỏng hoăc trạng thái rắn.
Trạng thái pha của vật chất với các thông số nhất định phụ thuộc vào số
thành phần trong hệ.
Phân loại và thành phần khí
Khí thiên nhiên gồm các thành phần khác nhau có các tính chất rất riêng
biệt. Thành phần nhỏ nhất đặc trưng cho vật thể là phân tử gồm một nguyên
tử của một hoặc một số nguyên tố. Đơn vị đo khối lượng nguyên tử và phân
tử bằng 1/12 khối lượng của nguyên tử đồng vị cacbon.
Hydrocacbon trong các điều kiện bình thường phụ thuộc vào số nguyên tử
và phân tử mà chúng ở trong ba trạng thái hợp thể:
khí – hydrocacbon, chứa trong phân tử dưới bốn nguyên tử cacbon (từ CH
4

đến C
4
H
10
);

Chất lỏng – hydrocacbon có từ 1 đến 17 nguyên tử cacbon (từ C
5
H
12
đến
C
17
H
36
);
Rắn – trong phân tử hydrocacbon chứa 18 và hơn các nguyên tử cacbon,
nằm trong một mạch (từ C
18
H
38
).