MỞ ĐẦU Việt nam là một trong những nƣớc có nguồn tài nguyên dầu khí phong phú, việc khai thác nguồn tài nguyên này đã góp phần lớn cho GDP nƣớc nhà. Mặc dù nền công nghiệp khai thác và chế biến khí còn khá non trẻ nhƣng cũng đã đi vào hoạt động và từng bƣớc ổn định. Sản phẩm của các nhà máy chế biến khí Việt Nam hiện nay chủ yếu là khí khô thƣơng phẩm, LPG, Condensate…Việc phân loại thành các sản phẩm khí để cung cấp ra thị trƣờng rất quan trong và đem lại hiệu quả kinh tế cao. Condensate do có nhiệt độ bay hơi thấp nên đƣợc sử dụng làm dung môi pha sơn, là phần nhẹ pha vào xăng để tăng trị số Octan.
Trong khi đó LPG dùng làm chất đốt trong sinh hoạt và các quá trình công nghiệp khác, không những thế LPG ngày nay đang đƣợc sử dụng làm nhiên liệu sạch trong lĩnh vực giao thông vận tải. Khí khô thành phần chủ yếu gồm etan và metan dùng làm nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện và nguyên liệu đầu vào cho quá trình reforming hơi nƣớc sản xuất khí tổng hợp tại các nhà máy đạm. Trong năm 2014, PV GAS đã cung cấp 9969 triệu m3 khí ra thị trƣờng, trong đó khách hàng điện chiếm tỷ trọng 83,24% sản lƣợng khí tiêu thụ, đạm 10,37%, khí áp thấp 6,37%, JVPC 0,02%. Sản lượng khí khô tiêu thụ theo nhóm khách hàng năm 2014 Cùng với sự phát triển khoa học kĩ thuật, từ khí tự nhiên và khí đồng hành ngƣời ta đã sản xuất ra nhiều sản phẩm khác nhau nhƣ: Rƣợu, axeton, NH3, phân bón, chất tẩy rửa tổng hợp… đƣợc ứng dụng trong nhiều ngành nhƣ: Mỹ phẩm, dệt may, đồ gia dụng… phục vụ cho công nghiệp và đời sống hàng ngày.
Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 10 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng nhà máy xử lý khí Dinh Cố GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Trên thế giới việc sử dụng etan là nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp etylen ngày càng gia tăng, theo thống kê của tập đoàn dầu khí Việt Nam năm 2010 tổng sản lƣợng etylen trên thế giới lên tới 150 triệu tấn, trong tƣơng lai do sự phát triển của các ngành công nghiệp khác nhau nên nhu cầu etylen còn gia tăng. Ở Việt Nam nhu cầu etylen cho năm 2014 là 1200 nghìn tấn. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về lƣợng etylen tập đoàn dầu khí quốc gia Việt Nam cũng Thái Lan đang có chủ trƣơng triển khai dự án Lọc – Hóa dầu Long sơn tại xã Long Sơn tỉnh bà Rịa Vũng tàu, xét về mặt địa lý đây là nơi gần biển và giao thông đi lại thuận lợi cũng nhƣ gân nguồn nguyên liệu. Quá trình sản xuất etylen dự kiến của dự án là 150.000 tấn/ năm và nguyên liệu của quá trình là etan.
Trong số các nguồn khí hiện nay Nam Côn Sơn, PM 3, Cửu Long, thì nguồn khí Cửu long có hàm lƣợng etan cao 12-13,6 % rất thích hợp cho việc tách etan tại GPP Dinh Cố. Sản phẩm khí khô của PV gas qua các năm, đơn vị triệu m 3 Năm 2012 2013 2014 Tổng sản lƣợng 9175 9469 9969 Điện 7580 7845 8298 Đạm 982 1011 1034 Khí áp thấp 613 613 635 JVPC 0 0 2 Nhà máy xử lý khí Dinh Cố tiếp nhận khí đồng hành từ mỏ Bạch Hổ và một số mỏ khác với nhiệm vụ sản xuất condensate, LPG, butan, propan, khí khô thƣơng phẩm. Vì vậy luận văn sẽ tập trung mô phỏng quy trình công nghệ hiện tại của nhà máy, tối ƣu hóa một số quá trình, đề xuất một số phƣơng án làm tăng doanh thu cho nhà máy. Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 11 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng nhà máy xử lý khí Dinh Cố GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền CHƢƠNG 1.
GIỚI THIỆU VỀ KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH 1. Thành phần và phân loại khí Về thành phần khí tự nhiên và khí đồng hành gồm có các hydrocacbon: Metan, etan, propan, butan, H2S, CO2, He, N2…Khí tự nhiên đƣợc khai thác từ các mỏ khí, khí đồng hành đƣợc khai thác cùng với quá trình khai thác dầu do dƣới lòng đất áp suất cao nên một phần hydrocacbon dạng khí sẽ tan lẫn trong dầu. Khí tự nhiên thành phần chính khoảng 80% đến 98% thể tích là khí metan, còn trong quá trình khai thác khí đồng hành ngoài hydrocacbon nhẹ còn các các hydrocacbon nặng. Ngoài hai loại khí trên thì có phân đoạn trung gian gọi là Condensate.
Ở điều kiện môi trƣờng Condensate ở dạng lỏng có nhiệt độ sôi cuối khoảng 2000C. Khí tự nhiên, khí đồng hành, dầu mỏ có cùng nguồn gốc, quá trình hình thành trải qua các giai đoạn sau: -Tích đọng các vật liệu hữu cơ ban đầu -Biến đổi các vật liệu hữu cơ thành các hydrocacbon ban đầu của dầu khí -Di cƣ của dầu khí đến các bồn chứa thiên nhiên -Dầu biến đổi tiếp tục trong các bẫy chứa Hình 1. Cấu trúc địa tầng các mỏ khí tự nhiên, condensate, khí đồng hành và dầu mỏ Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 12 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng nhà máy xử lý khí Dinh Cố GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Phân loại khí: Phân loại khí theo nguồn gốc hình thành Theo nguồn gốc hình thành khí ngƣời ta phân thành ba loại khí: Khí tự nhiên: Là khí đƣợc khai thác từ các mỏ khí riêng biệt, thành phần khí chủ yếu là metan chiếm 93% ÷99% thể tích. Khí đồng hành : Là loại khí thu đƣợc cùng với quá trình khai thác dầu mỏ.
Khí nằm trong mỏ dầu có áp suất cao nên khí hòa tan một phần. Khi khai thác lên do áp suất giảm nên khí tách ra gọi là khí đồng hành. Thành phần chủ yếu gồm propan, butan, pentan… Condensate : Là dạng trung gian giữa dầu mỏ và khí, ở điều kiện thƣờng nó ở dạng lỏng, thành phần gồm các hydrocacbon propan, butan, pentan, hexan, heptan… Phân loại khí theo hàm lƣợng propan trở lên Khí giàu propan, butan và các hydrocacbon nặng trên 150g/m3 đƣợc gọi là khí béo. Từ khí này có thể chế tạo đƣợc khí hóa lỏng, các hydrocacbon riêng biệt cho các lĩnh vực tổng hợp của dầu hữu cơ.
Còn khí chứa ít hydrocacbon nặng, dƣới 50 g/m3 gọi là khí gầy. Khí gầy chủ yếu làm nhiên liệu trong nghiệp và đời sống. Phân loại khí theo theo hàm lƣợng khí axit Căn cứ vào hàm lƣợng khí CO2 và H2S quá trình phân loại khí nhƣ sau: Khí chua: Hàm lƣợng H2S>1% thể tích và CO2 >2% thể tích Khí ngọt: Hàm lƣợng H2S ≤ 1% thể tích và CO2 ≤ 2% thể tích Tác hại của các loại khí axit này là gây độc hại cho ngƣời sử dụng, ngộ độc xúc tác và gây khó khăn trong quá trình vận chuyển và sử dụng. H2S hàm lƣợng cao trong khí làm nhiên liệu đốt khi cháy thƣờng tạo ra axit H2SO4 gây ô nhiễm môi trƣờng.
Phản ứng của quá trình cháy: 4CxHy + (4x+y)O2 → 4xCO2 + 2yH2O 2H2S + 3O2 → 2SO2 + 2H2O 2SO2 + O2 → 2SO3 Mỗi quốc gia quy định hàm lƣợng các hợp chất chứa lƣu huỳnh trong khí khác nhau. Ở Nga quy định hàm lƣợng H2S trong khí không quá 22 mg/m3 khí, hàm lƣợng RSH không quá 36 mg/m3. Tại Mỹ quy định hàm lƣợng H2S trong khí không Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 13 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng nhà máy xử lý khí Dinh Cố GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền quá 5,7 mg/m3, hàm lƣợng RSH không quá 5 mg/m3, hàm lƣợng CO2 không quá 2% thể tích. Vì sự gia tăng của lƣợng nhiên liệu hóa thạch dùng trên thế giới nên trong tƣơng lại các tiêu chuẩn về khí thải càng đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới đề cao thì hàm lƣợng các khí axít thải ra môi trƣờng phải thấp hơn nữa.
Khi hàm lƣợng H2S tại các mỏ khí cao quá thì thu hồi H2S làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất axit sunfuric. Phân loại khí theo thành phần C2+ Khi hàm lƣợng C2+ ≤ 10% thể tích (tt) gọi là khí khô và ngƣợc lại C2+>10% gọi là khí ẩm. Phân loại khí tự nhiên và khí đồng hành Loại 1 2 3 4 C2+ <10 % tt <10% tt >10% tt >10% tt H2S <1 % tt >1% tt <1% tt >1% tt CO2 <2% tt >2% tt <2% tt >2% tt Tên gọi Khí khô ngọt, Khí khô chua, Khí ẩm ngọt, Khí ẩm chua, khí tự nhiên khí tự nhiên khí đồng hành khí đồng hành hay condensate hay condensate Trữ lƣợng 25370. Tiềm năng khí ở Việt Nam Việt Nam đƣợc đánh giá là quốc gia có trữ lƣợng khí lớn trên thế giới, theo PetroVietNam trữ lƣợng khí ở Việt Nam chủ yếu ở các vùng trũng chính: Sông Hồng, Cửu Long, Nam Côn Sơn, Malay-Thổ chu, Miền Trung.
Với trữ lƣợng khí lớn đang trong giai đoạn nghiên cứu và có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nƣớc trong vài thập kỷ tới. Hiện nay Việt nam đang khai thác tại hai trũng lớn là Cửu Long và Nam Côn Sơn thuộc thềm lục địa phía nam Việt Nam, trong đó có mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng thuộc trũng Cửu Long đang khai thác khí đồng hành với sản lƣợng lớn đáp ứng một lƣợng lớn nhu cầu khí đốt cũng nhƣ nguyên liệu cho quá trình tổng hợp hữu cơ trong nƣớc. Theo Petro Việt Nam thì trữ lƣợng thực tế và trữ lƣợng tiềm năng khí của Việt Nam đƣợc thống kê theo bảng 1. Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 14 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng nhà máy xử lý khí Dinh Cố GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Bảng 1.
Trữ lượng khí của Việt Nam Khu vực Trữ lƣợng thực tế Trữ lƣợng tiềm năng (tỷ m3 khí) (tỷ m3 khí) Sông Hồng 20 66 Cửu Long 70 140 Nam Côn Sơn 196 700 Malay-Thổ Chu 156 240 Các khu vực khác - 700 Hình 1. Bản đồ phân bố khí tại Việt Nam Học viên: Dƣơng Khắc Hồng Trang 15 Lớp: Cao học KTL-HD 2014B Luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng nhà máy xử lý khí Dinh Cố GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Bảng 1. Thành phần khí đồng hành một số mỏ khí Việt Nam Thành phần khí Mỏ Bạch Hổ Mỏ Rồng Mỏ Đại Hùng (% thể tích) (% thể tích) (% thể tích) 71,5 76,54 77,25 CH4 C2H6 12,52 6,98 9,49 C3H8 8,61 8,25 3,83 i-C4H10 1,75 0,78 1,34 n- C4H10 2,96 0,94 1,26 C5+ 1,84 1,49 2,33 CO2+H2S 0,7 5,02 4,5 Với tiềm năng về khí khá phong phú nhƣ vậy, nƣớc ta có điều kiện phát triển ngành công nghiệp dầu khí trên toàn bộ lãnh thổ. Trong tƣơng lai Việt Nam sẽ có nhiều các nhà máy chế biến khí phục vụ cho nhu cầu trong nƣớc và xuất khẩu.