2.1.1: Khái niệm:
Khí thiên nhiên, hỗn hợp chất khí này cháy được,bao gốm phấn lòn lá càc hydrôcarbon.Cúng vời than đá , dầu mỏ và các khí khác, khí thiên nhiên là nhiên liệu hoá thạch.
2.1.2: Thành phần
Khí thiên thiên có thể chứa đến 85% metal và 10% etal và cũng có chứa số lượng nhỏ hơn propan, butan, pentan, và các ankan khác. Khí thiên nhiên thường tìm thấy cùng với cá mỏ dầu ở trong vỏ trái đất, được khai thác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn năng lượng thế giới.
Khí thiên nhiên chứa lượng nhỏ các tạp chất bao gồm: điocid cacbon, hydrosulfil và nito. Do các tạo chất này có thể làm giảm nhiệt trị và đặc tính của khí thiên nhiên, chúng thường được táh ra khỏi khí thiên nhiên trong quá trình tinh lọc khí và được sử dụng làm sản phảm phụ.
2.1.3: Phân loại:
Khí thiên nhiên là loại khí không màu sắc và được phan loại tuỳ theo thành phần của nó. Khí khô có chứa tỷ lệ mettal cao còn khí ướt có chứa đáng kể khối lượng hydro cacnon có phân tử lượng cao hơn thuộc tính của nhóm ankan, bao gồm etal propan và butan. Phần cặn lắng của khí là phần còn lại sau khi các ankan đã được rút khỏi khí ướt. Khí chua là khí chứa nồng độ hydrosunfit cao (đây là một chất khí không màu, độc có mùi trứng thối ). Khí ngọt là khí có chứa ít chất hydrosunfit.
Các chất không phải là hydro cacbon trong khí thiên nhiên được là các chất làm loãng và chất gây ôi nhiễm. Các chất làm loãng bao gồm các loại khí và hơi như: nito, dioxit cacbon và hơi nước. Các chất gây ôi nhiễm bao gồm các hydrosunfit và các hợp chất lưu huỳnh khác. Các chất gây ôi nhiễm có thể phá hoại các thiết bị sản
xuất và vận chuyển. Nếu được đốt, các chất gâu ôi nhiễm có thể gây ra các vấn đề ôi nhiễm như ôi nhiễm không khí và mưa acid. Mưa acid được tạo thành khi các hợp chất lưu huỳnh trong khí thiên nhiên và các nhiên liệu hoá thạch khác như than đá bị đốt và phản ứng với hơi ẩm trong không khí để tạo nên acid sunphuric ( H2SO4 ). Hỗn hơpự hơi ẩm acid này rơi xuống đất khi trời mưa gây hư hại cho mùa màng và rừng hồ, suối, sông.
2.1.4: Sử dụng:
Khí thiên nhiên được sử dụng làm nhiên liệu và nguyên liệu đầu vào cho ngành chế biến hoá chất. Là một nhiên liệu gia dụng, nó được đốt trong các bếp ga, lò ga để nấu nướng sấy khô. Là một nhiên liệu công nghiệp, khí thiên nhiên được đôt trong các lò gạch, gốm và các lò cao sản xuất xi măng. Khí thiên nhiên còn được dùng để đốt các lò đốt tubin nhiệt điện để phát điện cũng như các lò nấu thuỷ tinh, lò luyện kim, kim loại và chế biến thực phẩm.
Khí thiên nhiên được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào cho các ngành hoá dầu để tạo ra các chất hoá đầu. Các chất hoá đầu này được sử dụng làm sản phảm sơ sở cho việc sản xuất phân đạm, bột giặt, dược phẩm, chất dẻo và nhiều loại hàng hoá khác.
2.1.5: Lịch sử
Con người đã sử dụng khí thiên nhiên trong nhiều thế kỷ .Các ghi chép lịch sử đã cho thấy khí thiên nhiên đã được đốt ở Trung quốc năm 250. Vào thế kỷ 17, khí thiên nhiên đã được sử dụng để sưởi ấm và chiếu sáng ở miền Bắc Ý. Ở Hoa Kỳ, khí thiên nhiên lần đầu được phát hiện ở FredoniaNewYork, năm 1821.
Do khí thiên nhiên ở dạng khí khó vận chuyển bằng các phương tiện thông thường, trong lịch sử khí thiên nhiên đã được sử dụng ở các khu vực gần mỏ khí. khi ngành công nghiệp dầu khí phát triển vào thế kỷ 19 và thế kỷ 20, khí thiên nhiên được phát hiện cùng dầu mỏ ( khí đồng hành ) từ các mỏ ngầm thường được xử lý
thiên nhiên được vận chuyển thông qua các mạng lưới đường ống dẫn khí rộng lớn hoặc được hoá lỏng và chở bằng tàu bồn.
Ở Việt Nam, vào đầu nhưng năm 70 của thế kỷ 20, nhân dân vùng Xuân Thuỷ, tỉnh Nam Định đã phát hiện và khai thác thủ công khí metal ở tầng nông để nung gạch, nung vôi và đun nấu. Năm 1981, tổng cục dầu khí ( nay là tập đoàn dầu khí Việt Nam ) đã khai thác khí thiên nhiên ở Tiền Hải dùng cho phát điệnvà cung cấp cho địa phương tỉnh Thái Bình. Năm 1995, dòng khí đồng hành đầu tiên của mỏ bạch hổ đã được dẫn vào bờ tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu bằng đường ống, cấp khí cho nhà máy nhiệt điên Bà Rịa. Năm 2003, khí thiên nhiên từ vùng trũng nam Côn Sơn trên thềm lục địa Việt Nam cũng được dẫn vào bờ cung cấp cho khu công nghiệp Phú Mỹ.
2.1.6: Sự hình thành khí thiên nhiên:
Khí thiên nhiên được tạo ra tử sinh vật phủ du, các vi sinh vật sống dưới nước bao gồm tảo và động vật nguyên sinh . Khi các vi sinh vật này chết đi và tích tụ trên đáy đại dương, chúng dần bị chôn di và xác của chúng được nén dưới cá trầm tích. Trải qua hàng triệu năm, áp suất và nhiệt do các lớp trầm tích chồng lên nhau tạo nên trên xác các loại sinh vật này đã chuyển hoá hoá học các chát hữu cơ này thành khí thiên nhiên.
Do dầu mỏ và khí thiên nhiên thường được tạo ra bằng quá trình tự nhiên tương tự nhau, hai loại hydro cacbon này thường được tìm thấy cùng nhau ở trong các bể chứa ngầm tự nhiên. Sau khi dần được tạo nên trong lòng vỏ trái đất dầu mỏ và khí thiên nhiên đã dần chui vào các lỗ nhỏ của tầng đá xốp xung quanh, những tầng đá xốp này có vai trò như các bể chứa tự nhiên. Do các lớp đá xốp này thường có nước chui vào, cả dầu mỏ và khí thiên nhiên, vốn nhẹ hơn nước và kém dày đặc hơn các tầm đá xung quanh nên chúng chuyển lên qua lớp vỏ, đôi khi cách xa nơi chúng được tạo ra. Cối cùng một số hydro cacbon này bị bẩy lại bới các lớp đá không thấm,
các lớp đá này gọi là các lớp đá mũ chụp. Khí thiên nhiên nhẹ hơn dầu mỏ do đó nó tạo ra một lớp nằm trên dầu mỏ. Lớp khí này gọi là mũ chụp khí.
Các lớp than đá có chứa lượng metal đáng kể, metal là thành phần chính của khí thiên nhiên. trong các trữ lượng than đá, metal thường được phân tán vào các lỗ và vết nứt của tầng than. Khí thiên nhiên này thường được gọi là khí metal trong tằng than đá ( coal – bed methanel ).
2.2: Khí dầu mỏ 2.2.1: Khái niệm:
Khí dầu mỏ hay gọi là khí đồng hành. Khí đồng hành là khí thự nhiên được tìm thấy cùng dầu thô có thể ở dạng hoà lẫn với dầu thô hoặc tạo thành không gian phía trên lớp dầu thô trong mỏ dầu.
2.2.2: Thành phần:
Khí đồng hành khí được tách khỏi dầu thô là hỗn hợp hủ yếu gồm etan, propan, butan và pentan ngoài ra còn những tạp chất không mong muốn như nước, sunphuahydro, CO2, helyum, nito và một số tạp chất khác.
Trong quá khứ loại khí này là thành phần không mong muốn và thường bị đốt bỏ. Kể cả tới năm 2003, việc đốt bỏ vẫn ở khối lượng lớn hàng ngày có đến 10 – 13 tỷ feet khối trên toàn thế giới. Tuy nhiên với tiến bộ của công nghệ giá thành giầu thô và khí thiên nhiên tăng lên và các ứng dụng cảu khí thiên nhiên trở nên phổ biến, khí đồng hành được tận dụng và trở thành nguồn nguyên liệu mang lại hiệu quả cao. Năm 1947, ở Mỹ hàng ngày khoảng 3 tỷ feet khối khí đồng hành bị đốt bỏ đến năm 2002 con số này giảm 13 lần trong khi sản lượng khai tác cao hơn năm 1947. Nigeria là quốc gia có trữ lượng khí thiên nhiên lớn, chiếm 30% trữ lượng toàn châu phi. Tuy vậy 75% khí đồng hành ở các mỏ dầu thường bị đốt bỏ một cách lãng phí. Chính phủ Nigeria đã ra một đạo luật quy đinh đến năm 2008 khí đồng hành sẽ không bị đôt bỏ nữa các hãng dầu khí có trách nhiệm lắp đặt thiết bị xử lý để tận
2.2.3: Đặc tính của khí:
Đặc trưng chủ yếu của khí thiên nhiên và khí đồng hành là bao gồm 2 phần: phần hydrocacbon và phần phi hydrocacbon.
• Các hợp chất hydrocacbon:
Hàm lượng các cấu tử chủ yếu là khí metal và đồng đẳng của nó như C2H6, C3H8, nC4H10, iC4H10 ngoài ra còn có một ít hàm lượng các hợp chất C5 C6. Hàm của các cấu tử trên thay đổi theo nguồn gốc của khí.
Đối với khí thiên nhiên thì cấu tử chủ yếu là metan còn các cấu tử nặng hơn như C3, C4 là rất ít và thành phần của khí trong một mỏ ở bất kỳ vị trí nào đều là như nhau nó không phụ thuộc vị trí khai thác.
Đối với khí đồng hành thì hàm lượng C3, C4 cao hơn thành phần của khí nó phụ thuộc vị trí khai thác và thời gian khai thác
• Các hợp chất phi hdrocacbon
Ngoài các thành phần chính là hydro cacbon trogn khí thiên nhiên và khí đồng hành còn chứa các hợp chất khác như CO2, N, H2S, Ar,Ne... trong đó cấu tử thường chiếm nhiều nhất là nitơ. Đặc biệt có những mỏ khí chứa hàm lượng He khá cao như các mỏ khí thiên nhiên ở Mỹ.
2.2.4: Phân loại:
Các phương pháp phân loại khí:
• Phân loại theo nguồn gốc hành thành dầu khí:
Người ta chia làm 3 loại: khí thiên nhiên, khí đồng hành, khí ngưng tụ
oKhí thiên nhiên: là các khí chứa trong mỏ riêng biệt trong khí thành phần chủ yếu là khí metan còn lại là các khí như etan, propan, một ít butan.
oKhí đồng hành là khí nằm lẫn trong dầu mỏ được hình thành cùng với dầu thành phần chủ yếu là các khí nặng hơn như propan, butan, pentan.
oKhí ngưng tụ: thực chất là dạng trung gian giữa dầu mỏ và khí bao gồm các hydrocacbon như propan, butan, pentan,hecxan.
• Phân loại theo mức độ chứa khí acid:
Theo cách phân loại này thì có 2 loại khí đó là khí béo và khí gầy.
oKhí béo là khí có khối lượng riêng lớn hơn 150g/cm3 có thể sản xuất ra khí tự nhiên hoá lỏng và GNL và khí dầu mỏ GPL, và sản xuất một ssố hydrocacbon cho công nghệ tổng hợp hoá dầu.
oKhí gầy là khí có khối lương nhỏ hơn 50g/cm3 làm nhiên liệu cho công nghiệp và đời sống.
• Phân loại theo hàm lượng C+ 2 :
Theo cách phân loại này thì có hai loại khí khí thô và khí ẩm oKhí khô là khí có hàm lượng C2+ nhỏ hơn 10% oKhí ẩm là khí có hàm lượng C+
Chương III: Sản Xuất NH3 và CO2 từ khí thiên nhiên và khí dầu mỏ