Giải thích các bước giải:

Nguồn gốc 

Nguồn gốc hình thành khí thiên nhiên là các sinh vật phù du và vi sinh vật sống dưới nước (tảo, động vật nguyên sinh). Khi những sinh vật này chết đi, xác của chúng sẽ tích tụ trên đáy đại dương rồi bị chôn lấp dần dần và dòn nén dưới các lớp trầm tích. Trải qua hàng triệu năm, dưới tác dụng của áp suất, nhiệt độ, xác của những sinh vật này sẽ chuyển hóa thành khí thiên nhiên.

Sau khi được hình thành trong lòng vỏ Trái Đất, khí thiên nhiên dần chui vào các lỗ nhỏ của các tầng đá xốp xung quanh và những tầng đá này có vai trò như các bể chứa tự nhiên. Tuy nhiên, vì các lớp đá xốp này thường có nước, dầu mỏ chui vào, kết hợp với việc nó vốn nhẹ hơn nước và kém dày đặc hơn các tầng đá xung quanh nên chúng bị đẩy lên trên qua lớp vỏ, thậm chí cách xa nơi được tạo ra và bị giữ lại bởi các lớp đá không thấm hay còn gọi là đá "mũ chụp". Vì nhẹ hơn dầu mỏ nên khí thiên nhiên nằm trên dầu mỏ, tạo thành lớp "mũ chụp khí".

Ứng dụng

Khí thiên nhiên sau khi được khai thác và tinh lọc thành các khí khác sẽ được sử dụng làm nhiên liệu và nguyên liệu đầu vào cho ngành công nghiệp sản xuất hóa chất và nhiên liệu đốt cháy:

- Dùng làm nhiên liệu đốt của bếp gas, lò gas trong chế biến thực phẩm, sấy khô.

- Làm nhiên liệu đốt trong các lò gạch, lò gốm, lò sản xuất xi măng, lò luyện kim, lò nấu thủy tinh, lò đốt các tua bin nhiệt điện để phát điện.

- Dùng làm nguyên liệu đầu vào cho ngành hóa dầu để tạo ra các chất hóa dầu, được sử dụng trong sản xuất phân đạm, bột giặt, dược phẩm, các loại chất dẻo,… 

- Sử dụng để sản xuất khí H2 bằng phương pháp hydro reformer. Khí hydro sau đó được ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác như làm nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp hóa chất, là tác nhân hydro hóa, là một mặt hàng quan trọng trong các nhà máy lọc dầu và là nguồn nhiên liệu cần thiết để vận hành các phương tiện sử dụng khí hydro.

- Thêm khí thiên nhiên vào vi khuẩn Methylococcus capsulatus để sản xuất thức ăn giàu đạm và thức ăn cho cá.
Hiện nay, khí thiên nhiên chủ yếu được sử dụng ở các nước thuộc Bắc Bán cầu, trong đó Bắc Mỹ và Châu Âu là những nơi tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới.

Tính chất

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 H₂S 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 H₂S 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.