CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LNG

Hỗn hợp các hydrocacbon tồn tại ở trạng thái lỏng, không màu, có thành phầnchủ yếu là khí metan và có thể gồm một lượng nhỏ etan, propan, nitơ hoặc cácthành phần khác thường tìm thấy trong khí thiên nhiên.Hỗn hợp các hydrocacbon tồn tại ở trạng thái lỏng, không màu, có thành phầnchủ yếu là khí metan và có thể gồm một lượng nhỏ etan, propan, nitơ hoặc cácthành phần khác thường tìm thấy trong khí thiên nhiên.

1

MỤC LỤC

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LNG

1 Giới thiệu LNG 2

1.1 Đặc điểm 2

1.2 Phân loại 2

1.3 Tính chất 3

1.4 Ưu nhược điểm 3

1.5 Thị trường 3

2 Chu trình làm lạnh giản nở ba tác nhân lạnh 5

2.1 Chu trình Propan 5

2.2 Chu trình Etylen 5

2.3 Chu trình Metan 6

2.4 Ưu nhược điểm 7

3 Chu trình làm lạnh sử dụng một tác nhân lạnh 7

3.1 Tác nhân lạnh 7

3.2 Ưu điểm 7

3.3 Nhược điểm 8

3.4 Khắc phục 8

3.5 Công nghệ 8

4 Chu trình làm lạnh có gia nhiệt trước khi giãn nở tuabin 10

5 Chu trình làm lạnh tổ hợp Liquefin 12

6 Sơ đồ dùng hai chu trình giãn nở làm lạnh độc lập 14

2

Hỗn hợp các hydrocacbon tồn tại ở trạng thái lỏng, không màu, có thành phần chủ yếu là khí metan và có thể gồm một lượng nhỏ etan, propan, nitơ hoặc các thành phần khác thường tìm thấy trong khí thiên nhiên

Chuổi quy trình LNG:

Tùy vào tỷ lệ thành phần hỗn hợp trong chất khí, giúp dễ dàng bảo quản và vận chuyển

3

Ví dụ các mẫu LNG điển hình

- LNG vô cùng lạnh Tại áp suất khí quyển, tùy thuộc vào thành phần, LNG sôi ở khoảng -160 °C Tại nhiệt độ này, hơi sản phẩm nặng hơn so với không khí xung quanh

- Một lượng rất nhỏ chất lỏng có thể chuyển hóa thành một thể tích khí Một thể tích lỏng LNG có thể sinh ra xấp xỉ 600 thể tích khí

- Tương tự các hydrocarbon thể khí khác, khí thiên nhiên dễ bắt cháy Tại điều kiện môi trường,giới hạn hỗn hợp có thể bắt cháy với không khí xấp

xỉ từ 5 % đến 15 % thể tích

Ưu điểm

- Mật độ năng lượng cao

- Giảm số lần tiếp nhiên liệu

- Giảm ô nhiễm môi trường

Nhược điểm

- Chi phí rất cao trong việc đầu tư vào phương tiện cất giữ và vận chuyển,

cơ sở hạ tầng, thiết bị, máy móc chế biến

- LNG vẫn chưa được áp dụng rộng rãi tại các nước đang phát triển, chỉ

được sử dụng tại các nước có nền công nghiệp phát triển mạnh mẽ như

Mỹ, Anh, Nhật và các nước châu Âu

Thị trường Việt Nam

4

- Hiện nay ở Việt Nam LNG được sử dụng chủ yếu làm nhiên liệu cho các

nhà máy điện và các hộ tiêu thụ công nghiệp

- Theo dự báo cân đối cung cầu khí, thị trường khí Việt Nam sẽ nằm trong

tình trạng cung thấp hơn cầu

- Triển khai dự án, phát triển sản xuất và nhập khẩu, phổ biến giới thiệu cho

khách hàng làm quen sản phẩm mới LNG

Thị trường thế giới

- Hiện nay, LNG được mua bán rất phổ biến trên thị trường quốc tế và trở

thành nguồn năng lượng quan trọng của nhiều quốc gia trên thế giới như: Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc, các nước châu Âu và bắc Mỹ… Các nước xuất khẩu LNG nhiều nhất thế giới thuộc khu vực Trung Đông, Australia, Nga

- Hiện nay, ở nhiều nước trên thế giới LNG còn được sử dụng làm nhiên

liệu cho các phương tiện giao thông vận tải: tàu biển, tàu hỏa và xe vận tải nặng để giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Hình ảnh vận chuyển và tồn trữ LNG

5

Đây là công nghệ của công ty Philips Petroleum – Mỹ Khí tự nhiên sau khi được tách tạp chất cơ học, tách nước, làm ngọt đi vào thiết bị trao đổi nhiệt 11 theo ống 10

Propan được nén tại bộ phân nén cao áp 23 của máy nén 14 với áp suất là 10.3 bar qua ống 15 và qua thiết bị làm lạnh số 16

Tại đây, propan được ngưng tụ với nhiệt độ 20°C và sau đó đi vào chứa tại thùng

17 ( tại thùng 17 propan lỏng sẽ được chia ra 3 đường để đi vào 3 thiết bị chứa với điều kiện khác nhau là thùng 21 , 28 và 37 ) theo ống 18 qua van 19 vào thùng 21 Tại thùng 21 nhiệt độ sẽ được duy trì ở 5C°và áp suất không đổi ( khoảng 5.5 bar ) Propan lỏng ở 5C° đi từ thùng 21 theo ống 22 đi vào thiết bị trao đổi nhiệt 11 Từ thiết bị 11, khí đi vào bộ phận nén cao áp 23 của máy nén 14 bằng đường ống 24 Lượng khí còn lại trong thùng 21 được thoát ra qua ống 25 vào máy nén cao áp qua ống 24

Propan lỏng ở thùng 11 đi vào ống 26 qua van 27 rồi vào thùng 28 ở nhiệt độ -14°C và áp suất 3.1 bar Propan lỏng thoát ra từ thùng 28, qua ống 29 và đi vào thiết bị 11 với nhiệt độ -14°C Khí thoát ra từ thiết bị trao đổi nhiệt 11 qua ống 32 vào bộ phận nén trung gian 34 của máy nén 14 Khí từ thùng 28 qua ống 31 vào ống 33 Propan lỏng từ thùng chứa 17 qua ống 35 qua van 36 đến thùng chứa 37 và được duy trì ở nhiệt độ -34°C và áp suất 1.3 bar

Chất lỏng từ thùng chứa 37 đến ống 47 qua thiết bị trao đổi nhiệt 48 ( trao đổi nhiệt nhờ etylen ) vào đường ống 39 và sang ống 44 Một phần chất lỏng từ thùng

6

chứa 37 theo đường ống 38 vào thiết bị trao đổi nhiệt 11 và khí thoát ra theo khỏi thiết bị 11 đến nén cuối cùng ở máy nén 14 theo đường ống 44

Etylen được nén tại máy nén 144 với P = 20.7 bar , qua ống 49 dẫn vào TBTĐN 48

và được ngưng tụ nhờ trao đổi nhiệt với dòng propan lỏng, rồi chứa tại thùng 117 tại nhiệt độ -34°C và áp suất 21 bar

Tại thùng 117 etylen lỏng sẽ được chia ra 3 đường để đi vào 3 thiết bị chứa với điều kiện khác nhau ( thùng 121 , 128 và 137 )

Etylen lỏng thoát ra từ thùng 117, vào ống 118, được giản nở ở van 119, đi vào thùng 112 tại nhiệt độ duy trì -65°C và áp suất 5.5 bar

Phần lỏng từ 121 đi vào ống 122 rồi đi vào thiết bị trao đổi nhiệt 111 Tại 111, nhiệt độ khoảng -65°C và khí có áp suất 5.5 bar thoát ra theo ống 124, sang nén ở

bộ phận nén cao áp 123 của máy nén etylen 114 Khí từ 121 đưa qua đường ống

125 vào đường ống 124

Etylen lỏng thoát ra từ thùng 117, vào ống 126, được giản nở ở van 127, đi vào thùng 128 Sau đó chuyển qua ống 129 rồi đi vào thiết bị trao đổi nhiệt 111 Tại 111, nhiệt độ - 90C° và khí có áp suất 20.4 thoát ra theo ống 132, sang nén ở

bộ phận nén etylen trung bình 134 của máy nén etylen 114 Khí từ 128 đưa qua đường ống 131 vào đường ống 132

Etylen lỏng thoát ra từ thùng 117, vào ống 135, được qua van tiết lưu 136, đi vào thùng chứa 137 tại nhiệt độ duy trì -95°C và áp suất 1.7 bar

Phần lỏng từ 137 đi vào ống 138 rồi đi vào thiết bị trao đổi nhiệt 111 làm lạnh lần cuối Tại 111, dòng khí có áp suất 1.7 bar thoát ra theo ống 144, sang nén ở bộ phận nén áp suất thấp 145 của máy nén etylen 114

Etylen lỏng thoát ra từ thùng 137, vào ống 147 vào thiết bị trao đổi nhiệt 148 ( trao đổi nhiệt gián tiếp với metan ) Khí etylen từ thiết bị trao đổi nhiệt 148 đưa qua đường ống 150 cùng với khí từ thùng 137 vào ống 139 và vào ống 144

Metan được nén trong máy nen 124 đến áp suất 37 bar được đẩy vào ống 135 rồi đi vào thiết bị trao đổi nhiệt 148, tại đây metan ngưng tụ, sau đó vào thùng chứa 217 tại thùng 217 với nhiệt độ -90°C và áp suất 36.5 bar

Metan lỏng thoát ra từ thùng 217, vào ống 218, được qua van 219, đi vào thùng chứa 221 tại nhiệt độ duy trì -115°C và áp suất 14.6 bar

Phần lỏng từ 221 đi vào ống 222 rồi đi vào thiết bị trao đổi nhiệt 211 với nhiệt độ khoảng -115°C Tại thiết bị 211, dòng khí có áp suất 14.6 bar thoát ra theo ống

224, sang nén ở bộ phận nén cao áp 223 của máy nén metan 214

Dòng khí từ thùng 221, vào ống 225 tới ống 224

7

Metan lỏng thoát ra từ thùng 217, vào ống 226, được qua van tiết lưu 227, đi vào thùng chứa 228 theo ống 229 rồi đi vào thiết bị trao đổi nhiệt 211 làm

Tại đây, dòng khí có áp suất 5.8 bar thoát ra theo ống 232, sang nén ở bộ phận nén trung gian 234 của máy nén metan 214

Dòng khí từ thùng 338, vào ống 231 tới ống 232

Metan lỏng thoát ra từ thùng 217, vào ống 235, được qua van tiết lưu 236, đi vào thùng chứa 237 tại nhiệt độ duy trì -151°C và áp suất 2.1 bar

Metan lỏng từ thùng 237 đi vào ống 238 vào bậc làm lạnh cuối cùng của thiết bị trao đổi nhiệt 211 Tại thiết bị 211, dòng khí có áp suất 2.1 bar thoát ra theo ống

244, sang cao cấp nén thấp 223 của máy nén metan 214 Dòng khí từ thùng 237, vào ống 239 tới ống 244

Dòng khí tự nhiên trong ống 10 đi đến giai đoạn làm lạnh cuối cùng được giãn nở

ở van 300 và chảy vào thùng chứa 301 tới áp suất khoảng 1 bar và nhiêt độ khoảng -161°C

Dòng khí ra khỏi thùng chứa sau phẩm 301 theo ống 302 vào các thiết bị trao đổi nhiệt 211, 111, 11 tạo thành khí nhiên liệu Sản phẩm khí tự nhiên hóa lỏng theo đường ống 302 vào thùng chứa

Ưu điểm

- Hiệu suất làm lạnh rất cao, khí tự nhiên có thể hóa lỏng hoàn toàn

- Tận dụng được hệ thống lạnh, tác nhân lạnh ở quá trình sau được làm lạnh

ở phần trước

- Phù hợp với các khí giàu metan, rất ít hydrocacbon nặng

- Dễ tháo lắp và sữ c

- hữa từng phần

Nhược điểm

- Hệ thống phải dùng nhiều máy nén, nhiều thiết bị làm lạnh và hệ thống đường ống phức tạp

- Sử dụng nhiều van tiết lưu, đây là bộ phận dễ hỏng và phải thay thế

- Sử dụng tác nhân lạnh là hỗn hợp của N2, CH4, C2H6, C3H8, C5H10

- Ngưng tụ hỗn hợp trên ở áp suất cao ta thu được tác nhân lạnh ngày càng

nhẹ Dòng lỏng này khi giãn nở ở áp suất thấ thì nhiệt độ ngày càng thấp

- Số lượng thiết bị ít, thiết bị đơn giản

8

- Có khả năng làm lạnh sâu LNG( điều chỉnh được nồng độ Nitơ để điều chỉnh nhiệt độ quá trình làm lạnh LNG, cho phép hóa lỏng khí tự nhiên và làm lạnh xuống nhiệt độ -162̊C từ 30̊C)

- Chi phí thấp hơn các chu trình làm lạnh khác

- Tác nhân lạnh được cung cấp kịp thời, không cần tinh khiết nên có thể dùng ngay khí tự nhiên làm tác nhân lạnh

- Hiệu suất động học thấp

- Dùng cho nhà máy hóa lỏng năng suất thấp

- Phát triển quá trình hóa lỏng sử dụng một tác nhân lạnh nhưng hai

mức áp suất bay hơi tác nhân lạnh

- Một tác nhân lạnh, hai hệ thống trao đổi nhiệt:

+ Trao đổi nhiệt ở áp suất trung bình: Chuẩn bị tác nhân lạnh và làm lạnh sơ bộ khí thiên nhiên xuống nhiệt độ phân đoạn khí và condensate + Trao đổi nhiệt ở áp suất thấp: Ngưng tụ khí tự nhiên và làm quá lạnh LNG bằng dòng lỏng chuẩn bị ở thiết bị trao đổi nhiệt mức áp suất trung bình

Thuyết minh sơ đồ công nghệ

- Các tác nhân lạnh được đưa vào máy nén:

+ Đầu ra của máy nén: tác nhân lạnh được ngưng tụ một phần bằng nước làm lạnh( hay làm lạnh bằng không khí)

+ Phần ngưng của thiết bị B-01 gồm các cấu tử nặng của tác nhân lạnh được làm quá lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt E-01 Sau đó được giãn

nở đến áp suất thấp bằng van và quay trở lại E-01

+ Dòng lỏng ở áp suất thấp được bay hơi ở E-01 và quay trở lại máy nén

+ Sự bay hơi của dòng quá lạnh cung cấp chu trình lạnh bằng quá trình trao đổi nhiệt ngược dòng để làm quá lạnh bản thân nó, ngưng tụ một phần khí tự nhiên( tách hydrocacbon nặng) và ngưng tự một phần tác nhân lạnh ở pha hơi được tách ra từ B-01

- Dòng lỏng nhận được từ quá trình ngưng tụ phần pha hơi B-01 chứa cấu tử nặng đầu tiên như etan được phân tách ở B-02

- Sau đó được làm quá lạnh ở E-02 qua van giãn nở đến áp suất thấp

và quay lại E-02 Tại đây, nó được bay hơi cung cấp nhiệt lạnh để làm

9

quá lạnh chính dòng lỏng đó Ngưng tụ khí tự nhiên và ngưng tụ pha hơi

từ B-02

- Phần ngưng chứa cấu tử nhẹ nhất của tác nhân lạnh như N2, CH4, được làm quá lạnh ở E-03 sau đó qua van giãn nở đến áp suất thấp và quay lại E-03 Tại đây nó bay hơi để cung cấp nhiệt lạnh làm quá lạnh chính nó và LNG

- Đi từ trên xuống thì khí tự nhiên được ngưng tụ một phần ở E-01, ngưng tụ ở E-02 và làm lạnh ở nhiệt độ E-03 nhiệt độ ngày càng thấp tương tự trong quá trình làm lạnh nhiều bậc khí lần lượt đi qua chu trình propan, etylen, metan

- Trong chu trình làm lạnh ử dụng một tác nhân lạnh là hỗn hợp thì nhiệt độ của khí giảm liên tục, khác với quá trình làm lạnh sử dụng ba tác nhân lạnh thì khi qua các thiết bị trao đổi nhiệt sẽ giảm từng bậc

Sơ đồ công nghệ

10

Thuyết minh sơ đồ công nghệ

- Dòng khí tự nhiên áp suất cao dẫn theo ống 21 được chia thành hai dòng: + Dòng 23 bao gồm khí tự nhiên đã được làm lạnh hoặc hóa lỏng Dòng này được dẫn vào thiết bị phân tách 25 đến thiết bị làm sạch 27, ở đây nước và CO2 được xử lí loại khỏi dòng khí Dòng khí sau khi làm sạch được nén trong máy

11

nén 29 Sau đó qua thiết bị làm lạnh sơ bộ 31 rồi đến thiết bị làm lạnh 33, ở đây

nó được làm lạnh hoặc hóa lỏng bằng cách trao đổi nhiệt với tác nhân lạnh theo đường ống 35 đi ra thùng chứa

+ Dòng khí thứ 2 từ đường ống 21 qua đường ống 37 đến thiết bị gia nhiệt sơ bộ

39, nhiệt độ dòng khí được tăng lên Thiết bị gia nhiệt sơ bộ hoạt động như thiết

bị trao đổi nhiệt đun nóng dòng khí ban đầu, khí từ tuôcbin và tác nhân lạnh từ máy nén Sau đó từ thiết bị gia nhiệt sơ bộ, khí được đưa trực tiếp vào thiết bị đột nóng 41 Thiết bị gia nhiệt 11 được đốt nóng trực tiếp bằng một dòng khí nhỏ dẫn theo đường ống 42, tại đây nhiệt độ của khí tăng lên Từ thiết bị đốt nóng 41, khí được giãn nở qua tuôbin 43

- Nguồn điện sinh ra trong quá trình giãn nở dùng để điều khiển máy nén làm lạnh 45 nối với tuốcbin nén tác nhân lạnh để làm lạnh hoặc hóa lỏng khí trong thiết bị làm lạnh 33 Khi giãn nở đi ra từ tuốc bin giãn nở 43 được đưa qua đường ống 47 đến thiết bị trao đổi nhiệt 39 để đốt nóng khí vào từ đường ống 21, khí tiếp tục được chuyển từ thiết bị trao đổi nhiệt đến đường ống phân phối chính 49

ở áp suất thấp Tác nhân lạnh qua đường ống 53 đến thiết bị làm lạnh 55 và đến bình chứa 57 Tác nhân lạnh được ngưng tụ trong thiết bị làm lạnh Từ bình chứa, tác nhân lạnh được đưa vào đường ống 59 đến thiết bị làm lạnh 33 để hóa lỏng hoặc làm lạnh khí Từ thiết bị làm lạnh, tác nhân lạnh được quay trở lại đường ống 61 đến máy nén làm lạnh bắt đều chu trình tiếp theo Nếu nguồn điện cung cấp bằng tuôcbin giãn nở khí không đủ để cung cấp cho quá trình làm lạnh cần thiết, có thể dùng moto 63 để hỗ trợ điều khiển máy nén 45

Sơ đồ công nghệ

12

Hình 1 Chu trình làm lạnh tổ hợp Liquefin

13

Chu trình làm lạnh tổ hợp Liquefin được công ty IFP-Axens Pháp thương mại hóa và phát triển hợp tác với các công ty dầu khí lớn

Khí tự nhiên khô theo đường ống A đi vào giai đoạn làm lạnh sơ bộ 1 của thiết bị hóa lỏng và được làm lạnh đến -50°C đến 80°C Nhiệt trao đổi với tác nhân lạnh

ở thiết bị trao đổi nhiệt có bộ phận thăng bằng đĩa (PFHE)

Sau đó được qua tháp tách 2 để tách phần ngưng tụ.Khí quay lại vùng nhiệt độ hóa lỏng và đi vào vùng nhiệt độ thấp 3 Tại đây, khí liên tục ngưng tụ thành lỏng bởi hệ thống PFHE Sản phẩm đi ra theo đường ống B là LNG

Trong một thiết bị trao đổi nhiệt dạng PFHE diễn ra hai quá trình đó là hệ thống làm lạnh sơ bộ và hệ thống làm lạnh nhiệt độ thấp ( quá trình hóa lỏng )

- Hệ thống làm lạnh sơ bộ 4: Sử dụng hỗn hợp cấc cấu tử làm lạnh để hạ nhiệt độ của khí tự nhiên xuống rất thấp so với phương pháp chỉ dùng propan Điều này cho phép quá trình làm lạnh sơ bộ được giữ cân bằng ở vùng nhiệt độ thấp

- Hệ thống làm lạnh nhiệt độ thấp 6: Tác nhân lạnh dạng khí khi qua hệ thống làm lạnh sơ bộ được ngưng tụ hoàn toàn và đi tiếp sang hệ thống làm lạnh nhiệt

độ thấp không qua thiết bị phân tách Sau khi đi ra khỏi vùng nhiệt độ thấp, tác nhân làm lạnh được giãn nở qua máy nến 7, sau đó quay trở lại thiệt bị trao đổi nhiệt thcuwj hiện bay hơi để làm háo lỏng khí tự nhiên

Ưu điểm của quá trình:

+ Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt PFHE và sử dụng tác nhân lạnh hỗn hợp cho phepos giảm chi phí đầu tư thiết bị và chi phí vận hành, phần làm lạnh sơ bộ và hóa lỏng bao gồm nhiều modun lắp song song

+Khả năng điều chỉnh cân bằng năng lượng giữa hai chu kỳ Có thể sử dụng hoàn toàn năng lượng hai tuocbin khí giống nhau cung cấp mà không cần truyền năng lượng từ chu kỳ này sáng chu kỳ khác

+ Dây chuyền trao đổi nhiệt gọn nhẹ

+ Sử dụng quy trình Liquefin chi phí chung giảm 20%

Nhược điểm của quá trình:

+ Vì đây là quy trình với thiết bị trao đổi nhiệt mới nên công nghệ phức tạp, giá thành cao