Khí Thiên Nhiên là gì? Thành Phần, Ứng Dụng & So Sánh LNG, CNG

Chu Văn An

Khi thế giới đang hướng tới các giải pháp năng lượng sạch hơn, khí đốt tự nhiên nổi lên như một yếu tố không thể thiếu trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Với thành phần chính là khí mê-tan (CH4), đây được coi là nhiên liệu hóa thạch “sạch” nhất, đóng vai trò then chốt trong an ninh năng lượng của nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam.

Vậy chính xác khí đốt tự nhiên là gì, thành phần hóa học ra sao, nó được sử dụng trong những lĩnh vực nào và trữ lượng còn lại ở Việt Nam là bao nhiêu? Hãy cùng ENGCHEM tìm hiểu chi tiết hơn trong bài viết tổng hợp dưới đây.

Thành phần chính của khí tự nhiên là gì?

Về cơ bản, khí tự nhiên là hỗn hợp các loại khí hydrocarbon không màu, không mùi và không vị. Thành phần của nó có thể thay đổi tùy theo vị trí địa lý của mỏ khí nhưng luôn bao gồm các thành phần chính sau:

Mêtan (CH4) – Thành phần chính quyết định đặc tính của khí tự nhiên

Metan (CH4) là thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất, thường từ 70% đến hơn 90% thể tích hỗn hợp. Đây là phân tử hydrocarbon đơn giản nhất, xác định nhiệt trị (khả năng tạo ra năng lượng khi đốt cháy) và tính chất của khí tự nhiên. Hàm lượng metan càng cao thì khí được coi là “khô hơn” và cháy càng sạch.

Hydrocarbon nặng hơn và giá trị kinh tế của chúng

Ngoài khí mêtan, khí tự nhiên còn chứa các hydrocacbon có chuỗi cacbon dài hơn, thường được gọi là NGL (Chất lỏng khí tự nhiên). Các chất này có giá trị thương mại cao và thường được tách ra cho các mục đích sử dụng khác nhau:

• Ethane (C2H6): Là nguyên liệu quan trọng để ngành hóa dầu sản xuất ethylene, tiền chất của nhựa PE.
• Propane (C3H8) và Butane (C4H10): Sau khi hóa lỏng dưới áp suất, chúng tạo thành Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) hay còn gọi là khí, được sử dụng rộng rãi làm nhiên liệu trong các ứng dụng dân dụng và công nghiệp.

Các tạp chất không phải hydrocarbon cần được xử lý

Khí thiên nhiên thô khi khai thác từ mỏ thường chứa tạp chất cần được loại bỏ tại các nhà máy xử lý khí (GPP) trước khi sử dụng:

• Hơi nước (H2O): Gây đóng băng và ăn mòn đường ống.
• Hydrogen Sulfide (H2S): Là loại khí độc, có mùi trứng thối, gây ăn mòn thiết bị nghiêm trọng. Khí chứa nhiều H2S gọi là khí chua.
• Carbon Dioxide (CO2): Làm giảm nhiệt trị của khí.
• Nitơ (N2): Là khí trơ, không cháy, làm giảm giá trị năng lượng của hỗn hợp khí.

Để dễ hình dung, dưới đây là bảng thành phần tham khảo của khí tự nhiên đã qua xử lý:

Nguồn gốc và tình hình khai thác khí thiên nhiên hiện nay

Khí tự nhiên là nhiên liệu hóa thạch, được hình thành từ quá trình phân hủy yếm khí của các vi sinh vật biển và thực vật bị chôn vùi dưới các lớp đá và trầm tích cách đây hàng triệu năm. Dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cực cao, chất hữu cơ này dần dần chuyển hóa thành hydrocarbon.

Thông thường, dầu và khí tự nhiên được tìm thấy cùng nhau. Vì nhẹ hơn nên khí tự nhiên sẽ cư trú trong các túi khí phía trên mỏ dầu (gọi là khí liên kết) hoặc tồn tại trong các mỏ chỉ chứa khí (khí không liên kết). Quá trình khai thác bắt đầu bằng các phương pháp thăm dò địa chất phức tạp để xác định vị trí các mỏ tiềm năng, sau đó là khoan giếng sâu hàng nghìn mét để đưa khí lên bề mặt.

Ứng dụng thực tế của khí tự nhiên trong đời sống và công nghiệp

Nhờ khả năng đốt sạch và hiệu suất sinh nhiệt cao, khí tự nhiên là nguồn năng lượng không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực:

Sản xuất điện – Nguồn năng lượng cho tương lai

Khoảng một phần ba lượng khí đốt tự nhiên trên thế giới được sử dụng để tạo ra điện. Các nhà máy điện tua bin khí chu trình hỗn hợp (CCGT) sử dụng khí tự nhiên với hiệu suất rất cao và chỉ thải ra khoảng 50% lượng CO2 so với các nhà máy điện than, góp phần giảm thiểu tác động đến môi trường.

Nhiên liệu quan trọng trong công nghiệp nặng

Khí tự nhiên là nguồn nhiệt lượng khổng lồ và ổn định cho các ngành công nghiệp tiêu tốn nhiều năng lượng như:

• Sản xuất sắt thép, xi măng, gốm sứ.
• Dùng trong công nghệ chế biến thực phẩm và sấy nông sản.
• Nguyên liệu đầu vào cho ngành hóa dầu để sản xuất phân đạm, metanol và nhiều loại hóa chất khác.

Tìm hiểu thêm: Amoniac là gì? Tính chất, ứng dụng và phân biệt NH3 khan và dung dịch

Vận tải và Phát triển CNG và LNG

Khí tự nhiên ngày càng được ưa chuộng làm nhiên liệu cho xe cộ nhờ chi phí thấp và mức độ ô nhiễm thấp.

• Khí tự nhiên hóa lỏng (LNG – Liquefied Natural Gas) là gì: Khí tự nhiên được làm lạnh sâu đến -162°C, chuyển thành thể lỏng và giảm thể tích tới 600 lần. Điều này giúp dễ dàng vận chuyển bằng tàu chuyên dụng và lưu trữ khối lượng lớn.
• Khí thiên nhiên nén (CNG – Compression Natural Gas): Là khí thiên nhiên được nén dưới áp suất cao, dùng làm nhiên liệu cho xe buýt, xe tải, ô tô.

Dự trữ khí đốt tự nhiên ở Việt Nam và tầm nhìn an ninh năng lượng

Việt Nam là quốc gia có tiềm năng khí đốt tự nhiên đáng kể. Theo thông tin từ Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (Petrovietnam), trữ lượng khí xác minh của Việt Nam tập trung chủ yếu ở các bể trầm tích lớn như Cửu Long, Nam Côn Sơn, Malay – Thổ Chu.

Các dự án khai thác khí lớn như Lan Tây – Lân Đỏ, Sao Vàng – Đại Nguyệt… không chỉ cung cấp nhiên liệu cho các nhà máy điện lớn (Phú Mỹ, Nhơn Trạch) mà còn cung cấp nguyên liệu cho các nhà máy đạm, hóa chất. Sự phát triển của ngành khí có vai trò chiến lược trong việc đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, giảm sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng nhập khẩu và góp phần phát triển kinh tế bền vững.

Câu hỏi thường gặp về khí đốt tự nhiên

Dầu mỏ và khí tự nhiên khác nhau như thế nào? Cả hai đều là nhiên liệu hóa thạch, được hình thành bởi các quá trình tương tự. Tuy nhiên, dầu mỏ tồn tại ở dạng lỏng, bao gồm các hydrocarbon chuỗi dài hơn và nặng hơn, trong khi khí tự nhiên ở dạng khí, chủ yếu là metan.

Hàm lượng metan trong khí tự nhiên có ý nghĩa gì? Hàm lượng metan càng cao thì nhiệt trị của khí càng lớn, nghĩa là quá trình đốt cháy tạo ra nhiều năng lượng hơn và ít tạp chất hơn. Đây là chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng khí.

Khí tự nhiên hóa lỏng và khí đốt (LPG) có giống nhau không? Không. LNG chủ yếu là khí metan (CH4) hóa lỏng ở nhiệt độ cực thấp. Trong khi đó, LPG là hỗn hợp của Propane (C3H8) và Butane (C4H10) được hóa lỏng bằng áp suất.

Sử dụng khí đốt tự nhiên có an toàn và tốt cho môi trường không? Nếu được sử dụng đúng cách, khí đốt tự nhiên là nguồn năng lượng an toàn. Vì nhẹ hơn không khí nên khi rò rỉ sẽ nhanh chóng bay lên cao, giảm nguy cơ cháy nổ so với LPG (nặng hơn không khí, tích tụ ở mức thấp). Về mặt môi trường, đây là nhiên liệu hóa thạch sạch nhất nhưng việc khai thác và đốt vẫn thải ra khí nhà kính. Tuy nhiên, đây vẫn được coi là giải pháp “cầu nối” quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo hoàn toàn.