Kiến thức về Khí tự nhiên (Khí đốt tự nhiên)

Khí tự 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. Mặc 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.

Trong bối cảnh toàn cầu hóa và phát triển không ngừng của công nghệ hiện nay, khí tự nhiên nổi bật như một lựa chọn ưu việt, với khả năng cung cấp năng lượng sạch và hiệu quả. Đây là nguồn năng lượng không chỉ hỗ trợ đáng kể cho các hoạt động công nghiệp, mà còn góp phần vào việc giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường - một vấn đề cấp thiết hiện nay.

Khí tự nhiên đang được khai thác và chếbiến với hai hình thức chính là Khí Thiên Nhiên Nén (CNG) và Khí Thiên Nhiên Hóa Lỏng (LNG), đang dần trở thành nguồn nhiên liệu chủ đạo, thay thế cho các loại nhiên liệu hóa thạch truyền thống như than đá, dầu mỏ. Khả năng đốt cháy sạch, ít phát thải hơn và hiệu suất năng lượng cao là những đặc tính nổi bật của khí tự nhiên, làm cho nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn trong thời đại ngày nay.

Tuy nhiên, để hiểu sâu hơn về tầm quan trọng của khí tự nhiên và cách thức nó đang thay đổi ngành năng lượng, chúng ta cần xem xét các khía cạnh khác nhau của nguồn năng lượng này. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu thêm về những điều sau:

• Tại sao khí tự nhiên lại trở thành nguồn năng lượng ưu tiên?
• Làm thế nào khí tự nhiên đang được khai thác và sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau?
• Những thách thức và cơ hội nào đang đợi chúng ta trong tương lai của ngành năng lượng với khí tự nhiên như một nguồn nhiên liệu chính?

Thông qua việc khám phá những câu hỏi này, chúng ta sẽ hiểu rõ hơn về vai trò của khí tự nhiên trong việc hình thành tương lai bền vững cho ngành năng lượng.

1. Khí tự nhiên là gì?

Khí tự nhiên là một trong những dạng năng lượng sạch, an toàn và hữu ích trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta.

Khí tự nhiên, một nguồn năng lượng quan trọng và sạch, là hỗn hợp khí hydrocarbon được tìm thấy trong các tầng địa chất dưới lòng đất. Khí này hình thành từ sự phân hủy của vật liệu hữu cơ trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao qua hàng triệu năm. Đặc trưng bởi khả năng đốt cháy sạch và hiệu quả cao, khí tự nhiên ngày càng trở thành lựa chọn phổ biến trong các ngành công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày.

Thành phần chính của khí tự nhiên và các Hydrocarbon liên quan

• Methane (CH4): Methane (Mêtan) là thành phần chính và quan trọng nhất, chiếm khoảng 70-90% thể tích của khí tự nhiên. Methane nổi bật với tính chất không màu, không mùi và là hydrocarbon đơn giản nhất.
• Ethane (C2H6): Chiếm một phần nhỏ trong khí tự nhiên, thường từ 5-15%. Ethane cũng là hydrocarbon không màu và không mùi, và thường được sử dụng làm nguồn nguyên liệu trong sản xuất etylen.
• Propane (C3H8) và Butane (C4H10): Những hydrocarbon này thường chiếm tỷ lệ nhỏ hơn trong khí tự nhiên nhưng đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG).
• Các Hydrocarbon Nặng Hơn: Bao gồm pentanes và các hydrocarbon có chuỗi carbon dài hơn. Những thành phần này thường được tách ra do có điểm sôi cao hơn và được sử dụng trong các ngành công nghiệp hóa chất.
• Khí Không Hydrocarbon: Khí tự nhiên cũng chứa một lượng nhỏ các khí không hydrocarbon như nitơ (N2), carbon dioxide (CO2), hydrogen sulfide (H2S), và trong một số trường hợp, heli (He). Sự hiện diện của hydrogen sulfide đòi hỏi quá trình tinh lọc khí tự nhiên cần phải loại bỏ nó để đảm bảo an toàn và chất lượng.
• Tạp chất: Bụi, nước và các tạp chất khác cũng có thể tồn tại trong khí tự nhiên nguyên sinh và cần được loại bỏ trong quá trình xử lý.

Nói chung, khí tự nhiên là nguồn năng lượng sạch và hiệu quả, đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu và đặc biệt hữu ích trong nỗ lực chuyển đổi sang các nguồn năng lượng sạch và bền vững.

Thực tế khí tự nhiên dễ bay hơi. Nó dễ cháy hơn các nguồn năng lượng khác. Điều đó giúp củng cố vị trí của nó. Coi như là một trong những nguồn năng lượng được sử dụng nhiều nhất.

Khí tự nhiên có thể được đo bằng nhiều cách. Mặc dù đơn vị đo phổ biến nhất là Gigajoule (GJ), tức là một tỷ joules, thước đo nhiệt hoặc năng lượng. Các biện pháp khác là Mcf (nghìn feet khối) và Btu (Đơn vị nhiệt Anh).

2. Nguồn gốc và sự hình thành của khí tự nhiên

Khí tự nhiên là một trong những nguồn năng lượng quý giá, có vai trò quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu. Nguồn gốc và quá trình hình thành của khí tự nhiên là một chuỗi sự kiện địa chất và sinh học kéo dài hàng triệu năm.

Quá trình hình thành của khí tự nhiên

• Bắt đầu từ thời kỳ cổ đại: Khí tự nhiên hình thành từ các sinh vật sống như thực vật, vi khuẩn và động vật nhỏ, chủ yếu là các sinh vật phù du sống trong môi trường nước. Khi chúng chết, chúng lắng xuống đáy biển hoặc hồ nước.
• Quá trình phân hủy: Trong điều kiện không có oxy, các vật chất hữu cơ này bắt đầu quá trình phân hủy. Quá trình này diễn ra trong môi trường yếm khí, dưới áp suất cao và nhiệt độ thấp, kéo dài hàng triệu năm.
• Chuyển hóa sinh học và nhiệt hóa học: Trong quá trình này, vật chất hữu cơ chuyển hóa thành các hydrocarbon hóa thạch. Sự chuyển hóa sinh hóa và nhiệt hóa học dưới sự tác động của nhiệt độ và áp suất tạo ra khí tự nhiên cùng với dầu mỏ.
• Di chuyển và tập trung: Khí tự nhiên di chuyển qua các lớp đá và cuối cùng bị mắc kẹt trong các bẫy địa chất như lớp đá chứa và các cấu trúc đá như dạng anticline, dạng đứt gãy hoặc lớp đá không thấm nước.

Nguồn gốc và cách khí tự nhiên được tìm thấy

• Nguồn gốc: Khí tự nhiên chủ yếu được hình thành từ việc chuyển hóa chất hữu cơ thành methane (CH4) và hydrocarbon khác. Quá trình hình thành này phụ thuộc vào nhiều yếu tố địa chất và địa lý khác nhau.
• Cách thức tìm thấy: Khí tự nhiên thường được tìm thấy trong các lớp đá chứa hydrocarbon. Các phương pháp địa chất và địa vật lý được sử dụng để xác định vị trí của các mỏ khí tự nhiên. Công nghệ khoan và dò tìm tiên tiến giúp xác định và khai thác các mỏ khí tự nhiên dưới lòng đất và dưới đáy biển.
• Phân loại: Khí tự nhiên được phân loại dựa trên thành phần hóa học và nguồn gốc. Có hai loại chính là khí tự nhiên thông thường và khí tự nhiên không thông thường, như khí shale, khí coalbed methane và khí hydrate.

Khí tự nhiên do quá trình hình thành lâu dài và phức tạp, được coi là một nguồn tài nguyên không tái tạo. Việc sử dụng bền vững và hiệu quả nguồn năng lượng này là quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh năng lượng toàn cầu đang dần chuyển hướng sang các nguồn năng lượng sạch và bền vững.

3. Khai thác và chế biến khí tự nhiên

Các nhà địa chất, sử dụng công nghệ tinh vi. Giúp xác định vị trí tiềm năng của khí tự nhiên. Vì vậy họ biết nơi khoan giếng lấy khí. Tuy nhiên, do sự phức tạp của việc định vị khí tự nhiên bị mắc kẹt ở độ sâu nhiều mét, và đôi khi hàng km, dưới bề mặt. Quá trình thăm dò không phải lúc nào cũng thành công.

Mô tả quy trình khai thác khí tự nhiên

• Khai thác khí tự nhiên: Khí tự nhiên được khai thác từ các mỏ khí tự nhiên hoặc như là sản phẩm phụ (khí đồng hành) trong quá trình khai thác dầu mỏ.
• Xử lý khí thô: Sau khi được khai thác, khí thô được đưa tới nhà máy xử lý để loại bỏ các tạp chất và các cấu tử nặng, đảm bảo khí đạt tiêu chuẩn về chất lượng và an toàn trước khi đưa vào sử dụng hoặc chế biến tiếp.

Các bước chế biến khí từ khi khai thác đến khi cung cấp cho người tiêu dùng

• Vận chuyển khí thô: Khí sau khi được xử lý sẽ được vận chuyển bằng đường ống tới nhà máy nén khí.
• Nén/ hóa lỏng khí thiên nhiên: Tại nhà máy, khí thiên nhiên được nén lên áp suất 200 - 250 barg tạo ra khí CNG (Compressed Natural Gas) hoặc hóa lỏng ở nhiệt độ -162 độ C để tạo ra LNG (Liquid Natural Gas). Hóa lỏng khí tự nhiên giúp tăng khả năng tồn chứa và giảm chi phí vận chuyển lên đáng kể, nhưng cần công nghệ và chi phí cao hơn so với việc tạo ra CNG.
• Phân phối tới nơi tiêu thụ: Khi đến nơi tiêu thụ, khí sẽ được giảm áp qua cụm thiết bị PRU (Pressure Reducing Unit) để đạt đến áp suất yêu cầu của người tiêu dùng hoặc các nhà máy công nghiệp​​.
• Sử dụng cuối cùng: Cuối cùng, khí thiên nhiên sau khi đã được điều chỉnh áp suất sẽ được phân phối tới các hộ gia đình, các nhà máy công nghiệp hoặc các trạm nạp nhiên liệu, nơi nó sẽ được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như nấu ăn, sưởi ấm, trong ngành công nghiệp, hoặc làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông.

Quy trình từ khai thác đến cung cấp khí thiên nhiên cho người tiêu dùng đảm bảo rằng khí được xử lý và vận chuyển một cách an toàn và hiệu quả, giữ cho khí ở trạng thái sạch và tinh khiết nhất có thể, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường và tối ưu hóa chi phí.