Tài liệu Lựa chọn và xây dựng mô hình công nghệ nhà máy sản xuất lng từ nguồn khí miền trung

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA HÓA HỌC & CNTP ------o0o------ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Huy Hoàng MSSV: 1052010085 Ngày, tháng, năm sinh: 10/10/1992 Nơi sinh: Nghệ An Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học I. TÊN ĐỀ TÀI: Lựa chọn và xây dựng mô hình công nghệ nhà máy sản xuất LNG từ nguồn khí miền Trung II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Nghiên cứu lựa chọn công nghệ phù hợp để tiến hành mô phỏng và xem xét hiệu quả kinh tế của dự án.  Nghiên cứu phương án sản xuất LNG phù hợp với nguồn khí.  Tiến hành mô phỏng công nghệ. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 10/02/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2014 V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Nguyễn Hồng Châu Bà Rịa –Vũng Tàu, Ngày…..tháng…..năm 2014 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đồ án này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Hồng Châu. Các số liệu và những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là trung thực và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Sinh Viên Lê Huy Hoàng -i- LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Hồng Châu, người trực tiếp giao đề tài và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp. Thầy đã tận tình giúp đỡ, chỉ ra hướng giải quyết cũng như cung cấp tài liệu để tôi có thể hoàn thành được bản báo cáo này, cũng nhờ đó mà tôi biết thêm được nhiều điều bổ ích, cũng như hiểu rõ hơn những kiến thức đã học trên ghế nhà trường. Qua đây tôi cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu đã trang bị cho tôi kiến thức trong những năm tháng học tập tại trường để hôm nay tôi có thể hoàn thành bản báo cáo đề tài tốt nghiệp của mình. Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài này, chắc chắn không tránh được những sai sót và khuyết điểm, rất mong sự góp ý của thầy cô để bản báo cáo này của tôi được hoàn thiện hơn. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Vũng Tàu, ngày 30 tháng 06 năm 2014 Sinh Viên Lê Huy Hoàng -ii- MỤC LỤC TRANG DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................. v DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................... vi DANH MỤC HÌNH ............................................................................................................ x LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ LNG VÀ NGUỒN KHÍ TẠI VIỆT NAM ................. 3 1.1. Tổng quan về Liquefied Natural Gas (LNG) ............................................................ 3 1.1.1. Khái niệm và tính chất của LNG ......................................................................... 3 1.1.2. Lịch sử phát triển của LNG.................................................................................. 4 1.1.3. Thị trường LNG trên thế giới............................................................................... 5 1.2. Tổng quan nguồn khí Việt Nam ................................................................................. 8 1.2.1. Cơ sở hạ tầng ....................................................................................................... 8 1.2.2. Nguồn cung ........................................................................................................ 14 1.2.3. Nhu cầu tiêu thụ khí ........................................................................................... 17 1.2.4. Khả năng cung cấp khí cho dự án sản xuất LNG .............................................. 19 CHƯƠNG II. LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LNG ..................................... 24 2.1. Các loại công nghệ sản xuất LNG ............................................................................ 24 2.2. Công nghệ một chu trình làm lạnh .......................................................................... 25 2.2.1. Chu trình Nitrogen Expander ............................................................................. 25 2.2.2. Công nghệ SMR ................................................................................................. 26 2.3. Công nghệ hai chu trình làm lạnh ........................................................................... 28 2.3.1. Công nghệ C3MR ............................................................................................... 28 2.3.2. Công nghệ DMR ................................................................................................ 31 2.4. Công nghệ ba chu trình làm lạnh ............................................................................. 33 2.4.1. Công nghệ AP-XTM ............................................................................................ 33 2.4.2. Công nghệ CPOC ............................................................................................... 35 -iii- 2.5. Ðánh giá, lựa chọn công nghệ ................................................................................... 37 2.5.1. Nguyên tắc lựa chọn công nghệ ......................................................................... 37 2.5.2. Đề xuất công nghệ sản xuất LNG từ nguồn khí miền Trung ............................. 41 CHƯƠNG III. MÔ PHỎNG MÔ HÌNH CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY SẢN XUẤT LNG.................................................................................................................................... 43 3.1. Các quá trình chính trong mô hình công nghệ ....................................................... 44 3.1.1. Quá trình xử lý khí đầu vào ............................................................................... 44 3.1.2. Quá trình hóa lỏng khí ....................................................................................... 49 3.1.3. Xử lý các sản phẩm lỏng .................................................................................... 50 3.2. Mô hình nhà máy ....................................................................................................... 52 3.2.1. Mô hình công nghệ chung của nhà máy ............................................................ 52 3.2.2. Cụm xử lý sơ bộ khí nguyên liệu ....................................................................... 55 3.2.3. Hệ thống hóa lỏng khí ........................................................................................ 63 3.2.4. Hệ thống xử lý các sản phẩm ............................................................................. 71 3.3. Thuyết minh mô hình công nghệ nhà máy LNG .................................................... 75 CHƯƠNG IV. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ MÔ HÌNH KINH TẾ NHÀ MÁY ......................................................................................................................... 81 4.1. Cân bằng vật chất ...................................................................................................... 81 4.2. Tính toán mô hình kinh tế của nhà máy ................................................................. 82 4.2.1. Tính toán sơ bộ chi phí phân phối khí miền Trung vào thị trường miền Nam .. 82 4.2.2. Kết quả tính toán ................................................................................................ 83 CHƯƠNG V. TÍNH TOÁN CHU TRÌNH PROPAN ................................................... 85 5.1. Giới thiệu chu trình làm lạnh .................................................................................. 85 5.2. Tính toán chu trình propan ..................................................................................... 89 5.2.1. Tính toán lưu lượng propan .............................................................................. 89 5.2.2. Tính toán năng lượng cho chu trình .................................................................. 91 CHƯƠNG VI. KẾT LUẬN ............................................................................................. 94 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 96 -iv- DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT C3MR Propane precooled Mixed Refrigerant CAPEX Capital Expenditure Tổng vốn đầu tư CNG Compressed Natural Gas Khí tự nhiên nén CPOC ConocoPhillips Optimized Cascade CPP Compression Platform Plant DMR Dual Mixed Refrigerant GDC Gas Distriubation Center Trung tâm phân phối khí GPP Gas Processing Plant Nhà máy xử lý khí IRR Internal Rate Of Return Tỷ suất hoàn vốn nội bộ KCN Khu công nghiệp KV Khu vực LPG Liquefied Petroleum Gas Khí dầu mỏ hóa lỏng LNG Liquefied Natural Gas Khí tự nhiên hóa lỏng MR Mixed Refrigerant Dung môi làm lạnh hỗn hợp NGL Natural Gas Liquids OPEX Operational Expenses SMR Single Mixed Refrigerant Chi phí vận hành Phần trăm khối lượng % wt MMBtu Giàn nén trung tâm Million British Thermal Unit -v- Triệu BTU DANH MỤC BẢNG TRANG Bảng 1.1. Tiêu chuẩn cho LNG thương phẩm ..................................................................... 3 Bảng 1.2. Tổng nhu cầu khí thiên nhiên tại miền Nam năm 2012 ..................................... 17 Bảng 3.1. Thành phần các cấu tử của dòng khí nguyên liệu .............................................. 43 Bảng 3.2. Tính chất dòng khí nguyên liệu.......................................................................... 55 Bảng 3.3. Thành phần dòng khí nguyên liệu ...................................................................... 55 Bảng 3.4. Thông số công nghệ tháp tách lỏng ................................................................... 55 Bảng 3.5. Tính chất dòng khí ra ......................................................................................... 56 Bảng 3.6. Thành phần dòng khí ra ..................................................................................... 56 Bảng 3.7. Tính chất dòng lỏng ra ....................................................................................... 56 Bảng 3.8. Thành phần dòng lỏng ra ................................................................................... 56 Bảng 3.9. Thông số công nghệ hệ thống màng .................................................................. 57 Bảng 3.10. Tính chất dòng khí tự nhiên sau khi loại CO2 .................................................. 57 Bảng 3.11. Thành phần dòng khí tự nhiên sau khi loại CO2 .............................................. 57 Bảng 3.12. Tính chất dòng CO2 được tách ra ..................................................................... 57 Bảng 3.13. Thành phần dòng CO2 được tách ra ................................................................. 57 Bảng 3.14. Thông số công nghệ tháp hấp thụ khí axit ....................................................... 59 Bảng 3.15. Tính chất dòng DEA dùng để hấp thụ ............................................................. 59 Bảng 3.16. Thành phần dòng DEA dùng để hấp thụ .......................................................... 59 Bảng 3.17. Tính chất dòng khí tự nhiên sau khi làm ngọt ................................................. 59 Bảng 3.18. Thành phần dòng khí tự nhiên sau khi làm ngọt .............................................. 59 Bảng 3.19. Tính chất dòng DEA sau khi hấp thụ CO2 ....................................................... 60 Bảng 3.20. Thành phần dòng DEA sau khi hấp thụ CO2 ................................................... 60 Bảng 3.21. Tính chất dòng khí được thu hồi do bị mất mát từ tháp hấp thụ ...................... 60 Bảng 3.22. Thành phần dòng khí được thu hồi do bị mất mát từ tháp hấp thụ .................. 60 Bảng 3.23. Thông số công nghệ tháp nhả hấp thụ ............................................................. 60 Bảng 3.24. Tính chất dòng khí axit được tách ra khỏi dòng DEA ..................................... 61 -vi- Bảng 3.25. Thành phần dòng khí axit được tách ra khỏi dòng DEA ................................. 61 Bảng 3.26. Tính chất dòng dung dịch DEA sau khi được nhả hấp .................................... 61 Bảng 3.27. Thành phần dòng dung dịch DEA sau khi được nhả hấp ................................ 61 Bảng 3.28. Tính chất dòng bổ sung thêm DEA .................................................................. 61 Bảng 3.29. Thành phần dòng bổ sung thêm DEA .............................................................. 61 Bảng 3.30. Tính chất dòng bổ sung thêm nước .................................................................. 62 Bảng 3.31. Thành phần dòng bổ sung thêm nước .............................................................. 62 Bảng 3.32. Tính chất dòng khí tự nhiên sau khi được loại nước ....................................... 62 Bảng 3.33. Thành phần dòng khí tự nhiên sau khi được loại nước .................................... 62 Bảng 3.34. Tính chất dòng nước được tách ra từ khí tự nhiên ........................................... 62 Bảng 3.35. Thành phần dòng nước được tách ra từ khí tự nhiên ....................................... 62 Bảng 3.36. Tính chất dòng khí tự nhiên cần làm lạnh ........................................................ 63 Bảng 3.37. Thành phần dòng khí tự nhiên cần làm lạnh .................................................... 63 Bảng 3.38. Tính chất dòng khí tự nhiên cần làm lạnh ........................................................ 64 Bảng 3.39. Thành phần dòng khí tự nhiên cần làm lạnh .................................................... 64 Bảng 3.40. Tính chất dòng khí khô .................................................................................... 64 Bảng 3.41. Thành phần dòng khí khô................................................................................. 64 Bảng 3.42. Tính chất dòng MR Cool ................................................................................. 65 Bảng 3.43. Thành phần dòng MR Cool .............................................................................. 65 Bảng 3.44. Tính chất dòng MR Cold ................................................................................. 65 Bảng 3.45. Tính chất dòng khí tự nhiên đi vào hệ thống làm lạnh bằng MR .................... 66 Bảng 3.46. Thành phần dòng khí tự nhiên đi vào hệ thống làm lạnh bằng MR ................ 66 Bảng 3.47. Tính chất dòng khí tự nhiên sau khi trao đổi nhiệt giai đoạn đầu tiên ............. 67 Bảng 3.48. Tính chất dòng LNG sau khi trao đổi nhiệt giai đoạn thứ 2 ............................ 67 Bảng 3.49. Tính chất dòng LNG sau khi trao đổi nhiệt giai đoạn thứ 3 ............................ 67 Bảng 3.50. Tính chất dòng LNG sau khi giảm áp xuống áp suất khí quyển ...................... 68 Bảng 3.51. Tính chất dòng MR nóng đi vào thiết bị trao đổi nhiệt .................................... 68 Bảng 3.52. Tính chất dòng MR sau khi qua giai đoạn làm lạnh đầu tiên .......................... 68 Bảng 3.53. Tính chất dòng MR sau khi qua giai đoạn làm lạnh thứ 2 ............................... 68 -vii- Bảng 3.54. Tính chất dòng MR sau khi qua giai đoạn làm lạnh thứ 3 ............................... 69 Bảng 3.55. Tính chất dòng MR làm lạnh cho giai đoan thứ 3 ........................................... 69 Bảng 3.56. Tính chất dòng MR làm lạnh cho giai đoan thứ 2 ........................................... 69 Bảng 3.57. Tính chất dòng MR làm lạnh cho giai đoan đầu tiên ....................................... 69 Bảng 3.58. Tính chất dòng MR sau khi làm lạnh cho khí tự nhiên .................................... 70 Bảng 3.59. Tính chất dòng bổ sung dung môi làm lạnh hỗn hợp....................................... 70 Bảng 3.60. Thành phần dòng bổ sung dung môi làm lạnh hỗn hợp ................................... 70 Bảng 3.61. Thông số công nghệ máy nén cấp 1 để nén dòng MR ..................................... 70 Bảng 3.62. Thông số công nghệ máy nén cấp 2 để nén dòng MR ..................................... 70 Bảng 3.63. Tính chất sản phẩm LNG thương phẩm........................................................... 71 Bảng 3.64. Thành phần sản phẩm LNG thương phẩm ....................................................... 71 Bảng 3.65. Tính chất dòng khí giàu N2 .............................................................................. 71 Bảng 3.66. Thành phần dòng khí giàu N2 .......................................................................... 71 Bảng 3.67. Tính chất dòng khí Nitơ sau khi thu hồi lượng metan ..................................... 72 Bảng 3.68. Thành phần dòng khí Nitơ sau khi thu hồi lượng metan ................................. 72 Bảng 3.69. Tính chất dòng Metan được thu hồi từ dòng giàu Nitơ ................................... 72 Bảng 3.70. Thành phần dòng Metan được thu hồi từ dòng giàu Nitơ................................ 72 Bảng 3.71. Thông số công nghệ tháp DeButhane .............................................................. 73 Bảng 3.72. Tính chất dòng nạp liệu vào đỉnh tháp ............................................................. 73 Bảng 3.73. Thành phần dòng nạp liệu vào đỉnh tháp ......................................................... 73 Bảng 3.74. Tính chất dòng đỉnh tháp DeButhane .............................................................. 74 Bảng 3.75. Thành phần dòng đỉnh tháp DeButhane........................................................... 74 Bảng 3.76. Tính chất dòng đáy tháp DeButhane ................................................................ 74 Bảng 3.77. Thành phần dòng đáy tháp DeButhane ............................................................ 74 Bảng 4.1. Cân bằng lượng khí đầu vào và đầu ra của nhà máy ......................................... 81 Bảng 4.2. Các thông số giả định của nhà máy sản xuất LNG ............................................ 82 Bảng 4.3. Các chỉ tiêu của mô hình .................................................................................... 83 Bảng 4.4. Tổng chi phí phân phối khí miền trung vào miền Nam theo phương án sản xuất LNG .................................................................................................................................... 84 -viii- Bảng 5.1. So sánh các thông số của chu trình propan giữa kết quả tính toán và kết quả trong mô hình hysys .......................................................................................................... 93 Bảng 5.2. Các thông số của chu trình propan theo tính toán ............................................. 93 -ix- DANH MỤC HÌNH TRANG Hình 1.1. Kim ngạch xuất nhập khẩu LNG của các nước từ năm 1980 đến 2011 ............... 5 Hình 1.2. Lượng LNG xuất khẩu của các nước năm 2011................................................... 6 Hình 1.3. Lượng LNG nhập khẩu của các nước trong năm 2011 ........................................ 7 Hình 1.4. Giá LNG trung bình tháng 1 từ năm 2007 – 2013 ............................................... 7 Hình 1.5. Bể Sông Hồng....................................................................................................... 8 Hình 1.6. Các bể KV Nam Trung bộ .................................................................................. 10 Hình 1.7. Sản lượng cung cấp khí Cửu Long giai đoạn 2012 – 2025 ................................ 14 Hình 1.8. Sản lượng cung khí tiềm năng từ KV bể Cửu Long và Phú Khánh ................... 15 Hình 1.9. Sản lượng cung cấp khí Nam Côn Sơn giai đoạn 2012 – 2025.......................... 15 Hình 1.10. Sản lượng cung cấp khí Malay – Thổ Chu giai đoạn 2012 – 2025 .................. 16 Hình 1.11. Sản lượng cung cấp khí cho KV Bắc Bộ giai đoạn 2012 – 2025 ..................... 17 Hình 1.12. Nhu cầu tiêu thụ khí KV Đông Nam Bộ (2012-2025) ..................................... 18 Hình 1.13. Nhu cầu tiêu thụ khí KV Tây Nam Bộ (2012 – 2025) ..................................... 18 Hình 1.14. Cân đối cung cầu khí cho KV Đông Nam Bộ theo kịch bản cơ sở (2012 – 2025) ................................................................................................................................... 20 Hình 1.15. Cân đối cung cầu khí cho KV Đông Nam Bộ theo kịch bản tiềm năng ( 2012 – 2025) ................................................................................................................................... 20 Hình 1.16. Cân đối cung cầu khí cho KV Tây Nam Bộ theo kịch bản cơ sở, (2012-2025) ............................................................................................................................................ 21 Hình 1.17. Cân đối cung cầu khí cho KV Tây Nam Bộ theo kịch bản tiềm năng, (20122025) ................................................................................................................................... 22 Hình 2.1. Mô hình công nghệ một chu trình làm lạnh ....................................................... 25 Hình 2.2. Chu trình Nitrogen Expander ............................................................................. 26 Hình 2.3. Mô hình đơn giản của quá trình SMR ................................................................ 27 Hình 2.4. Mô hình công nghệ hai chu trình làm lạnh ......................................................... 28 Hình 2.5. Mô hình đơn giản của chu trình C3MR .............................................................. 29 Hình 2.6. Mô hình cơ bản của quá trình DMR ................................................................... 32 -x- Hình 2.7. Mô hình công nghệ ba chu trình làm lạnh .......................................................... 33 Hình 2.8. Mô hình AP-XTM đơn giản ................................................................................. 34 Hình 2.9. Mô hình công nghệ CPOC ................................................................................. 36 Hình 2.10. So sánh hiệu suất năng lượng giữa các công nghệ ........................................... 38 Hình 2.11. So sánh công suất nhà máy của các công nghệ ................................................ 39 Hình 2.12. Tỷ lệ theo công suất của các công nghệ sản xuất LNG (2011) ........................ 40 Hình 3.1. Sơ đồ khối các quá trình chính của mô hình ...................................................... 44 Hình 3.2. Mô hình thiết bị màng ........................................................................................ 47 Hình 3.3. Mô hình làm lạnh bằng Propan .......................................................................... 49 Hình 3.4. Sơ đồ công nghệ chung ...................................................................................... 54 Hình 3.5. Sơ đồ hệ thống loại khí axit bằng DEA .............................................................. 58 Hình 3.6. Sơ đồ hệ thống làm lạnh bằng Propan ................................................................ 63 Hình 3.7. Sơ đồ hệ thống làm lạnh và hóa lỏng khí tự nhiên ............................................. 66 Hình 5.1. Sơ đồ quy trình làm lạnh và giản đồ P-H .......................................................... 85 Hình 5.2. Mô hình hệ thống làm lạnh với ba giai đoạn ..................................................... 89 Hình 5.3. Mô hình dòng vào-ra tháp tách thứ 2 và 3......................................................... 91 -xi- Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2010 - 2014 Trường ĐHBRVT LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, các quốc gia trên thế giới đang tìm kiếm cho mình những nguồn lực để phát triển đất nước như nhân lực, tài chính, năng lượng, tài nguyên, ,… Trong số đó, năng lượng là một trong những nguồn lực cực kỳ quan trọng không thể thiếu. Cuộc chạy đua kinh tế giữa các quốc gia hiện nay càng làm tăng nhanh nhu cầu về năng lượng, nhất là nhu cầu năng lượng từ dầu mỏ tại các quốc gia đang phát triển. Tuy nhiên, trữ lượng dầu mỏ trên thế giới ngày càng suy giảm và cạn kiệt, do vậy trong những năm gần đây, việc sử dụng nguồn khí tự nhiên làm năng lượng bổ sung để đáp ứng nhu cầu năng lượng của con người ngày càng được quan tâm. Không giống như dầu mỏ ở dạng lỏng, khí tự nhiên ở dạng khí nên gây khó khăn, tốn kém trong việc vận chuyển và bảo quản. Hiện nay, có nhiều cách để vận chuyển khí tự nhiên từ nơi khai thác đến nơi tiêu thụ như sử dụng đường ống dẫn khí, nén hay hóa lỏng khí tự nhiên. Việc vận chuyển khí thiên nhiên giữa các vùng hoặc giữa các quốc gia gần nhau có thể được thực hiện bằng đường ống hay dưới dạng khí tự nhiên nén (CNG). Tuy nhiên, việc vận chuyển khí giữa các quốc gia, khu vực có khoảng cách địa lý xa thì hóa lỏng khí tự nhiên là giải pháp đem lại hiệu quả kinh tế hơn so với các phương pháp khác. Khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) có thể được vận chuyển dễ dàng bằng tàu như các sản phẩm lỏng khác (xăng, dầu,…), tiết kiệm được chi phí so với việc làm đường ống hoặc vận chuyển khí dưới dạng CNG khi thị trường tiêu thụ nằm xa nguồn khí. Ngày nay, LNG được xem là nguồn năng lượng sạch, có nguồn cung dồi dào từ các quốc gia giàu tài nguyền khí tự nhiên như Qatar, Úc,… Việc phát triển ngành công nghiệp LNG giúp kìm hãm sự leo thang giá cả của các sản phẩm từ dầu mỏ, giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ và giải quyết được phần nào vấn đề an ninh năng lượng của các quốc gia. Ngoài ra, LNG cũng là lựa chọn tốt tại những khu vực có yêu cầu nghiêm ngặt về khói thải như Châu Âu, Bắc Mỹ[20]. Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 1 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2010 - 2014 Trường ĐHBRVT Tại Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ khí tại khu vực Đông Nam Bô ngày càng tăng cao, trong khi đó lượng khí khai thác tại khu vực này đang trên đà giảm sút. Theo chiến lược phát triển của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, đến năm 2017 Việt Nam sẽ nhập khẩu LNG để bổ sung nguồn khí cung cấp cho thị trường miền Nam nhằm đảm bảo nhu cầu về năng lượng. Còn đối với khu vực miền Trung, hiện nay đã phát hiện được những mỏ khí mới tiềm năng và sớm đưa vào khai thác trong thời gian tới. Tuy nhiên, thị trường tiêu thụ khí tại khu vực miền Trung vẫn chưa được phát triển. Do đó, việc xem xét phương án tiêu thụ lượng khí khai thác được tại miền Trung cần phải được quan tâm ngay từ bây giờ. Trong số các phương án, việc vận chuyển khí từ miền Trung cung cấp bổ sung cho thị trường miền Nam là một phương án hay cần được xem xét. Trong báo cáo này sẽ tập trung nghiên cứu phương án sản xuất LNG từ nguồn khí tự nhiên tại miền Trung, LNG này sẽ được vận chuyển vào miền Nam và cung cấp bổ sung cho thị trường miền Nam [2]. Báo cáo này được chia làm 6 chương: - Chương I: Tổng quan về LNG và nguồn khí tại Việt Nam. - Chương II: Lựa chọn công nghệ để sản xuất LNG. - Chương III: Mô phỏng mô hình công nghệ nhà máy sản xuất LNG. - Chương IV: Tính toán cân bằng vật chất và Mô hình kinh tế nhà máy. - Chương V: Tính toán chu trình Propan. - Chương VI: Kết luận. Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 2 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2010 - 2014 Trường ĐHBRVT CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LNG VÀ NGUỒN KHÍ TẠI VIỆT NAM 1.1. Tổng quan về Liquefied Natural Gas (LNG) 1.1.1. Khái niệm và tính chất của LNG [1],[21],[22] a) Khái niệm: Liquefied Natural Gas (được viết tắt là LNG) là khí tự nhiên với thành phần metan lên đến trên 99%, được hóa lỏng bằng cách làm lạnh dòng khí xuống nhiệt độ dưới -162oC ở áp suất khí quyển để dễ dàng tồn chứa và vận chuyển. b) Tính chất: Những sản phẩm LNG đầu tiên được tạo thành vào cuối thế kỷ XIX, đầu thế kỷ XX có hàm lượng metan chiếm khoảng 80%, còn lại là các hydrocacbon nặng hơn và các hợp chất phi hydrocacbon. Ngày nay, với các công nghệ hiện đại LNG được sản xuất với hàm lượng metan đạt trên 99%, các hydrocacbon nặng và phi hydrocacbon có hàm lượng rất thấp. Dưới đây là một số chỉ tiêu và tính chất của LNG thương phẩm: * Tiêu chuẩn: Bảng 1.1. Tiêu chuẩn cho LNG thương phẩm [21] CHỈ TIÊU GIÁ TRỊ 94 (min) 2,73 (max) 0,9 0,1 0,1 0,5 50 1 3 – 3,5 30 Metan, % Etan, % Propan , % Butan, % C5+, % Nitơ, % CO2, ppm Hơi nước, ppm H2S, ppm Lưu huỳnh tổng, mg/Sm3 Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 3 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2010 - 2014 Trường ĐHBRVT Thủy ngân, mg/ Sm3 Benzen, ppm Nhiệt trị ở 0oC và 101,325 kPa(tối thiểu), MJ/m3(kcal/kg) 0,01 1 32,5 (11500) * Tỷ trọng: (tại áp suất khí quyển) + d = 422 kg/m3 (97% methane, trọng lượng phân tử là 16,7 kg/kg.mol) + d = 495 kg/m3 (80% methane, trọng lượng phân tử là 20,9 kg/kg.mol) * Nhiệt độ sôi: (tại áp suất khí quyển) + T = -162oC (97% methane, trọng lượng phân tử là 16,7 kg/kg.mol) + T = -160oC (80% methane, trọng lượng phân tử là 20,9 kg/kg mol) * Giới hạn nổ với không khí: 4 – 16% wt. * Nhiệt độ hóa lỏng hoàn toàn tại áp suất khí quyển: -162oC Sau khi được hóa lỏng thì LNG giảm được khoảng 600-625 lần về thể tích so với khí tự nhiên ở điều kiện tiêu chuẩn. 1.1.2. Lịch sử phát triển của LNG [23] Khí tự nhiên hóa lỏng xuất hiện lần đầu vào thế kỷ 19 khi nhà hóa học và vật lý người Anh Michael Faraday đã tiến hành thí nghiệm hóa lỏng các loại khí khác nhau, trong đó có khí tự nhiên. Năm 1873, kỹ sư người Đức Karl Von Linde đã chế tạo ra máy nén và được ứng dụng lần đầu tiên để làm lạnh khí tại Munich. Nhà máy LNG đầu tiên được xây dựng tại miền tây Virginia vào năm 1912 và bắt đầu hoạt động vào năm 1917. LNG được thương mại hóa lần đầu tiên tại Cleveland bang Ohio vào năm 1941 và nó được chứa trong các bồn ở áp suất khí quyển. Vào tháng 01 năm 1959, tàu chở LNG đầu tiên The Methane Pioneer đã vận chuyển 7000 thùng LNG từ Lake Charles, Louisiana, Mỹ đến đảo Canvey, Vương Quốc Anh. Sự kiện này đã chứng minh rằng một lượng lớn khí tự nhiên hóa lỏng có thể được vận chuyển một cách an toàn trên biển. Trong vòng 14 tháng sau đó, 7 chuyến Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 4 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2010 - 2014 Trường ĐHBRVT vận chuyển LNG bổ sung đã được thực hiện mà chỉ có một vài lỗi nhỏ. Với sự thành công đó của The Methane Pioneer, Hội đồng British Gas đã tiếp tục xem xét kế hoạch thực hiện một dự án thương mại nhập khẩu LNG từ Venezuela đến Đảo Canvey. Tiếp sau đó, một mỏ khí khổng lồ đã được phát hiện ở Hassi R' Mel, Angeria. Vào năm 1964, Vương quốc Anh chính thức trở thành nước nhập khẩu LNG đầu tiên và Algeria trở thành nước xuất khẩu LNG đầu tiên trên thế giới. Năm 1969, lần đầu tiên Mỹ xuất khẩu LNG đến Châu Á khi LNG được đưa từ Alaska đến Nhật Bản. Thị trường LNG ở cả châu Âu và châu Á tiếp tục tăng trưởng nhanh chóng từ thời điểm đó. 1.1.3. Thị trường LNG trên thế giới [12] Vào năm 2006 chỉ có 13 nước xuất khẩu LNG: Algeria, Australia, Bruney, Ai Cập, Indonesia, Libya, Malaysia, Nigeria, Oman, Qatar, Trinidad & Tobago, Các tiểu vương quốc Ả rập thống nhất, Hoa Kỳ và chỉ có 10 nước nhập khẩu LNG. Đến năm 2011 thì nhu cầu LNG tăng mạnh hơn dự đoán. Nhu cầu LNG đạt đỉnh trong năm 2011, chủ yếu do sự gia tăng mạnh nhu cầu khí từ các nước như Nhật, Anh, Trung Quốc, Ấn Độ và các thị trường mới nổi. Từ năm 2006 đến năm 2011, khối lượng LNG giao dịch đã tăng từ 159,1 triệu tấn đến 241,5 triệu tấn, phản ánh tốc độ tăng trưởng khoảng 52%. Hình 1.1. Kim ngạch xuất nhập khẩu LNG của các nước từ năm 1980 đến 2011 Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 5 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2010 - 2014 Trường ĐHBRVT a) Xuất khẩu LNG: Đến cuối năm 2011, có 18 quốc gia xuất khẩu LNG và có 5 quốc gia khác, cụ thể là Bỉ, Brazil, Mexico, Tây Ban Nha và Hoa Kỳ tái xuất khẩu LNG sau khi nhập khẩu từ các nước khác. Qatar đến nay là nước xuất khẩu LNG lớn nhất thế giới. Trong năm 2011, nước này cung cấp 75,5 triệu tấn LNG cho thị trường, chiếm 31% tổng lượng LNG xuất khẩu toàn cầu. Malaysia đã vượt qua Indonesia trở thành nước xuất khẩu LNG lớn thứ hai trong năm 2011. Cùng với Úc, 3 nước xuất khẩu thuộc khu vực Thái Bình Dương chiếm khoảng 27% nguồn cung LNG cho thế giới. Hình 1.2. Lượng LNG xuất khẩu của các nước năm 2011 b) Nhập khẩu LNG: Nhật Bản và Hàn Quốc là 2 quốc gia nhập khẩu LNG lớn nhất thế giới, tiêu thụ 48% tổng lượng LNG cung cấp cho thị trường trong năm 2011. Con số này cao hơn so với năm 2010 do việc tăng cao nhu cầu của Nhật Bản, nguyên nhân là do thảm họa động đất và sóng thần tại tỉnh Fukushima hồi tháng 3/2011 khiến điện hạt nhân của nước này phải thay thế bằng điện từ khí đốt. Một nguyên nhân nữa khiến kim ngạch nhập khẩu LNG toàn cầu tăng trong năm 2011 là do sự xuất hiện nhiều quốc gia nhập khẩu LNG với lượng nhỏ hơn. Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 6 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2010 - 2014 Trường ĐHBRVT Hình 1.3. Lượng LNG nhập khẩu của các nước trong năm 2011 c) Giá cả: Mặc dù khí tự nhiên là một mặt hàng có nhu cầu ngày càng tăng trên toàn cầu, nhưng vẫn chưa có “lĩnh vực riêng” cho thị trường khí đốt. Giá của nó được thiết lập bởi các yếu tố như vị trí địa lý, điều khoản thỏa thuận trong các bản hợp đồng và thời gian có ảnh hưởng lớn trong việc xác định giá của LNG toàn cầu. Trong thực tế, giá LNG không đồng nhất trên toàn bộ thị trường, giá nhập khẩu LNG tùy thuộc vào từng bản hợp đồng nhập khẩu nhiều hay ít, trong thời gian bao lâu mà sẽ có mức giá riêng biệt, được xác định theo giá trị của mỗi hợp đồng. Hình 1.4. Giá LNG trung bình tháng 1 từ năm 2007 – 2013 Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 7 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2010 - 2014 Trường ĐHBRVT 1.2. Tổng quan nguồn khí Việt Nam [2],[3] 1.2.1. Cơ sở hạ tầng Được hình thành và phát triển từ năm 1995, ngành công nghiệp khí Việt Nam đã đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của đất nước. Hiện nay, Tập đoàn Dầu khí Việt Nam đã và đang triển khai đồng bộ tất cả các khâu trong dây chuyền công nghiệp khí từ khai thác, vận chuyển, chế biến và từng bước đa dạng hóa các hộ tiêu thụ khí. a) Khu vực miền Bắc: Khí thiên nhiên từ bể Sông Hồng là nguồn cung cấp chính cho toàn khu vực miền Bắc. Nguồn khí này tuy có tiềm năng lớn về trữ lượng nhưng với đặc điểm chứa nhiều CO2 nên các mỏ khí tại đây vẫn chưa được phát triển, khai thác. Do đó, cơ sở hạ tầng công nghiệp khí tại khu vực miền Bắc hiện nay chỉ mới được đầu tư ở mức cơ bản phục vụ cho việc phân phối sản phẩm nhiên liệu khí (CNG, LPG) cho một số hộ tiêu thụ công nghiệp. Nguồn:VietNam Acreage Map - Korea National Oil Coporation Hình 1.5. Bể Sông Hồng Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 8 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm