Nghiên cứu, đánh giá khả năng sử dụng khí cá voi xanh làm nhiên liệu cho các lò đốt, lò hơi của nhà máy lọc dầu dung quất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOALÊ HỒNG NGUYÊN NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG KHÍ CÁ VOI XANH LÀM NHIÊN LIỆU CHO CÁC LÒ ĐỐT, LÒ HƠI CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ HỒNG NGUYÊN

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG KHÍ

CÁ VOI XANH LÀM NHIÊN LIỆU CHO CÁC LÒ ĐỐT,

LÒ HƠI CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Đà Nẵng, năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ HỒNG NGUYÊN

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG KHÍ

CÁ VOI XANH LÀM NHIÊN LIỆU CHO CÁC LÒ ĐỐT,

LÒ HƠI CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC

Như chúng ta đều biết, sự tập trung, cố gắng và độc lập nghiên cứu luôn là yêucầu quan trọng khi thực hiện luận văn thạc sĩ Bản thân tôi cũng đã rất nghiêm túc và

cố gắng trong học tập theo chương trình đào tạo cao học và sau đó là quá trình nghiêncứu để thực hiện luận văn này Trong thời gian qua, tôi luôn nhận được những sự hỗtrợ, góp ý, giúp đỡ rất nhiệt tình và nhân đây tôi xin chân thành gửi lời tri ân đếnnhững người bênh cạnh tôi, những người luôn sát cánh với tôi trong suốt thời gian họctập và nghiên cứu luận văn này

Lời cảm ơn trân trọng đầu tiên tôi muốn gửi đến PGS TS Nguyễn Đình Lâm,người đã luôn rất tận tình dìu dắt và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn

Sự chỉ bảo và định hướng của Thầy đã giúp tôi thêm vững vàng và tự tin hơn trongviệc nghiên cứu những điều mới và giải quyết các vấn đề một cách khoa học

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, Bộ phận sau Đại học, Phòng đào tạo,Phòng Khảo thí của Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng và Đại Học PhạmVăn Đồng đã luôn tạo điều kiện cho chúng tôi được học tập và thực hiện luận văn mộtcách thuận lợi

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy giáo, cô giáo đã dạy dỗ, truyềnđạt, hướng dẫn chúng tôi những kiến thức mới, cách thức đào sâu khám phá, phươngpháp tiếp cận mới đối với chuyên ngành chúng tôi đã lựa chọn

Tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể lớp CH35.KHH.QNg đã cùngtôi trải qua những tháng ngày miệt mài học tập, cùng chia sẻ những niềm vui nỗi buồn,những khó khăn để hoàn thành khóa học và luận văn này

Tôi xin trân trọng cảm ơn những người thân trong gia đình đã luôn quan tâm,động viên, tạo điều kiện để tôi có thể tham gia khóa học và hoàn tất luận văn

Tôi cam đoan đề tài” Nghiên cứu, đánh giá khả năng sử dụng khí Cá Voi Xanh làm nhiên liệu cho các lò đốt, lò hơi của nhà máy lọc dầu Dung Quất” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Lê Hồng Nguyên

CHO CÁC LÒ ĐỐT, LÒ HƠI CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Học viên: Lê Hồng

Nguyên Chuyên ngành: Công nghệ hóa học Mã số: 8520301 Khóa: KHH.K35.QNg, Trường Đại học

Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt – Mỏ khí Cá Voi Xanh (CVX) nằm ngoài khơi các tỉnh Quảng Nam/Đà Nẵng –

Việt Nam, dự án khai tác với sự hợp tác giữa PetroVietnam và Tập đoàn Exxon Mobil Theo

số liệu cung cấp, mỏ CVX có trữ lượng thu hồi được đánh giá sơ bộ khoảng 10÷17 Tcf (280÷450 tỷ m3), dự kiến bắt đầu đưa vào khai thác từ năm 2023 với sản lượng trung bình giai đoạn đầu khoảng 4 tỷ m3/năm sau đó tăng lên đến hơn 8 tỷ m3/năm Khí CVX là nguồn khí chua và khô, chứa khoảng 60 %tt Hydrocarbon, 30 %tt CO 2 , 10 %tt N 2 , 2.100÷2.800 ppmtt H 2 S và rất ít C2 (<2 %tt) Sau khi qua nhà máy xử lý và tách loại CO 2 , hàm lượng

CO 2 trong khí CVX giảm xuống còn 1%tt Đây là nguồn khí tiềm năng để sử dụng làm nhiên liệu cho các thiết bị đốt Dự án nâng cấp mở rộng (NCMR) nhà máy lọc dầu (NMLD) Dung Quất đã và đang triển khai, dự kiến sẽ vận hành vào 2021-2022 Việc xem xét khả năng sử dụng khí CVX làm nhiên liệu cho NMLD Dung Quất sau NCMR, trong đó tập trung vào các thiết bị có tiêu thụ nhiên liệu lớn nhất là lò đốt, lò hơi dần thay thế cho dầu đốt

là một hướng đi chiến lược nhằm đa dạng hóa nguồn nhiên liệu, linh hoạt hơn trong vận hành, giảm phát thải khí ô nhiễm và gia tăng hiệu quả kinh tế cho Nhà máy.

Từ khóa – Khí Cá Voi Xanh; Dự án NCMR; NMLD Dung Quất; lò đốt; lò hơi.

RESEARCH AND EVALUATE THE FEASIBILITY TO USE BLUE WHALE GAS AS FUEL

FOR THE FURNACES AND BOILERS OF DUNG QUAT OIL REFINERY

Abstract - Blue Whale Gas Mine (BWG) is located off the Quang Nam/Da Nang, Vietnam.

The project launched in cooperation between PetroVietnam and Exxon Mobil Group According to the information, BWG has a large reserve, preliminarily evaluated at about 10

÷ 17 Tcf (280 ÷ 450 billion m3) The BWG project is expected to start operation from 2023 with the average output in the first phase about 4 billion m3/year then increased to more than

8 billion m3/year BWG is a sour and dry gas source, contains about 60%vol of Hydrocarbon, 30%vol of CO 2 , 10%vol of N 2 , 2,100 ÷ 2,800 ppmv H 2 S and a little composition of C2 (<2% vol) After going through the CO 2 treating plant , the CO 2 content

in BWG decreased to 1% vol This is a potential gas source to use as fuel for industrial combustion equipments The expansion project of Dung Quat oil refinery (DQRE) has been implemented and is expected to be operational by 2021-2022 It is really necessary to consider the possibility of integrating BWG as repalcing fuel gas for fuel oil in the refinery after expansion project, especially the largest fuel consumption equipments such as boilers and furnaces The benefits of the solution are more flexible in operation, diversificating the fuel, reducing pollutant emissions and increasing the economic efficiency for the refinery.

Key words – Blue Whale Gas; DQRE; Dung Quat oil refinery; Furnace, Boiler.

LỜI CÁM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

M ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 3

3 Đối tượng nghiên cứu 3

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

5 Phương pháp luận thực hiện 3

6 Cấu trúc của luận văn 4

CHƯƠNG 1 - T NG QUAN 5

1.1 Tổng quan về nguồn khí Cá Voi Xanh (CVX) 5

1.1.1 Kịch bản khai thác và sản lượng 5

1.1.2 Tính chất khí CVX 6

1.1.3 Một số hạng mục và tiến độ dự kiến của dự án CVX 7

1.2 Tổng quan về NMLD Dung Quất 8

1.2.1 Nguyên liệu 8

1.2.2 Sản phẩm 9

1.2.3 Công nghệ 9

1.3 Tổng quan về dự án NCMR NMLD Dung Quất 11

1.3.1 Nguyên liệu 11

1.3.2 Sản phẩm 11

1.3.3 Công nghệ 12

1.4 Tổng quan và lựa chọn sơ bộ công nghệ xử lý CO2 15

1.4.1 Công nghệ màng 15

1.4.2 Công nghệ amine 17

1.4.3 Đề xuất sơ bộ công nghệ 18

1.4.4 Mô tả công nghệ lọc màng áp dụng để tách loại CO2 của khí CVX 19

1.4.5 Kết luận phương án xử lý khí CO2 20

2.1 Thông tin và số liệu của các phân xưởng và hệ thống thiết bị của NMLD Dung

Quất có liên quan đến phạm vi nghiên cứu 21

2.1.1 Nguồn cấp Hydro của Nhà máy 21

2.1.2 Hệ thống cung cấp khí đốt và dầu đốt 21

2.1.3 Thiết bị sử dụng khí nhiên liệu khí đốt và dầu đốt 24

2.2 Thông tin, số liệu của một số phân xưởng, hệ thống mới sau NCMR có liên quan đến nội dung nghiên cứu 25

2.2.1 Phân xưởng sản xuất Hydro (HGU) 25

2.2.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu khí, dầu đốt và cân bằng nhiên liệu 28

CHƯƠNG 3 - XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG CÁC THIẾT BỊ LÒ ĐỐT, LÒ HƠI ĐIỂN HÌNH 36

3.1 Mô tả sơ bộ về các lò đốt, lò hơi phụ trợ của NMLD Dung Quất 36

3.1.1 Lò đốt H-1101 của phân xưởng CDU 36

3.1.2 Lò đốt H-1201 của phân xưởng NHT 36

3.1.3 Lò đốt H-1202 của phân xưởng NHT 36

3.1.4 Các lò đốt H-1301/02/03/04 của phân xưởng CCR 37

3.1.5 Lò đốt H-2401 phân xưởng LCO-HDT 37

3.1.6 Hệ thống lò hơi thuộc phân xưởng điện hơi (U040) 37

3.2 Tính toán cân bằng nhiệt và hiệu suất của lò đốt, lò hơi 38

3.2.1 Tính toán nhiệt trị thấp của hỗn hợp nhiên liệu [7] 39

3.2.2 Tính toán lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1kg hỗn hợp nhiên liệu 39

3.2.3 Tính toán lượng không khí thừa và hàm ẩm không khí 39

3.2.4 Tính toán nhiệt thất thoát theo dòng khói thải 40

3.2.5 Tính toán nhiệt do các cấu tử mang vào lò 42

3.2.6 Nhiệt mất mát ở khu vực bức xạ 42

3.2.7 Hiệu suất lò 43

3.3 Các phần mềm sử dụng để mô phỏng, tính toán 43

3.3.1 Phần mềm Pro/II 43

3.3.2 Phần mềm Dynsim 44

3.3.3 Phần mềm Aspen Exchanger Design and Rating (EDR) 45

CHƯƠNG 4 - PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ VIỆC SỬ DỤNG KHÍ CVX TÍCH HỢP LÀM NHIÊN LIỆU CHO NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT 46

4.1 Phương pháp đánh giá 46

4.1.1 Đánh giá dựa theo nhiệt trị và chỉ số Wobbe Index (WI) 46

nguồn khí CVX làm nhiên liệu cho NMLD Dung Quất sau NCMR 48

4.2.1 Phân tích, đánh giá phương án nhiên liệu theo nhiệt trị và chỉ số Wobbe Index 49

4.2.2 Tính toán định hướng phối trộn khí CVX với khí FG-NCMR theo chỉ số Wobbe Index 50

4.3 Tính toán kiểm tra lò hơi A-4001A/B/C/D (U040) và lò đốt H-1201 theo phương án phối trộn khí CVX-CTU vào mạng khí FG-NCMR 51

4.3.1 Thành phần khí nhiên liệu phối trộn khí CVX-CTU vào hệ thống khí khí đốt FG-NCMR (U037) 51

4.3.2 Tính toán, kiểm tra lò hơi A-4001A và lò đốt H-1201 hiện hữu khi sử dụng nhiên liệu khí Mixed Gas 55

4.4 Tính toán hiệu suất nhiệt của lò đốt, lò hơi hiện hữu khi sử dụng nhiên liệu khí Mixed gas 56

4.4.1 Tính toán hiệu suất nhiệt các lò đốt 56

4.4.2 Tính toán hiệu suất nhiệt lò hơi A-4001A 57

4.5 Phương án kỹ thuật công nghệ tích hợp khí CVX-CTU vào hệ thống khí nhiên liệu của NMLD sau khi nâng cấp mở rộng. 57

4.6 Đánh giá hiệu quả kinh tế việc sử dụng khí CVX làm nhiên liệu cho NMLD Dung Quất sau NCMR 57

4.7 Lợi ích về mặt môi trường 59

4.8 Kết luận 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO Đ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

Bộ Công thươngNước cấp lò hơi (Boiler Feed Water)British Petroleum

Thùng trên ngàyCông ty Cổ phần Lọc Hóa dầu Bình SơnReforming xúc tác liên tục (Continuous Catalytic Reforming)Phân xưởng chưng cất dầu thô (Crude Distillation Unit)Phân xưởng xử lý CO2

Cá Voi XanhKhí Cá Voi Xanh sau khi xử lý tại GTP (30% CO2)Khí Cá Voi Xanh sau khi xử lý tại CTU (1% CO2)Diesel Hydrotreating Unit

Front-End Engineering DesignKhí nhiên liệu (Fuel Gas)Khí nhiên liệu của NMLD sau NCMRDầu đốt (Fuel Oil)

Gasoline Hydrotreating UnitNhà máy xử lý khí (Gas Treating Plant)Hydrocarbon

Hydrotreating UnitPhân xưởng sản xuất Hydro (Hydrogen Generation Unit)Siêu áp (High High Pressure)

Cao áp (High Pressure)Hiệu quả kinh tế

Ngàn thùng trên ngàyKhu công nghiệp

Khí hóa lỏng (Liquefied Petroleum Gas)Phân xưởng xử lý LPG (LPG Treating Unit)Công suất hoạt động liên tục lớn nhất (Maximum continuous rating)Triệu BTU

Triệu feet khốiTriệu feet khối trên ngàyTrung áp (Medium Pressure)Triệu tấn trên năm

Nâng cấp mở rộngNaphtha Hydrotreating UnitNhà máy lọc dầu

Nhà máy lọc hóa dầu

Kế hoạch phát triển mỏPhân xưởng thu hồi Propylene (Propylene Recovery Unit)Pressure Swing Adsorption

Production Sharing ContractTập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt NamResidual Fluid Catalytic CrackingSolvent Deasphalting

Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (Sulfur Recovery Unit)Sour Water Stripping

Nghìn tỷ feet khốiTổng cục năng lượngTấn trên ngày

Thể tíchPhân xưởng Cracking xúc tác tầng sôiPhân xưởng điện hơi

Phân xưởng chưng cất chân không (Vacuum Distillation Unit)Nhà cung cấp thiết bị

Số hiệu

bảng

trong việc tách loại CO

CCR

LPG, Light Naphtha và khí CVX

xuất của AFW 27

2.11 Cân bằng FG trong NMLD Dung Quất sau NCMR

giới

liệu của NMLD sau NCMR

khí Mixed Gas so với thông số thiết kế ban đầu

thế FO

lò sử dụng nhiên liệu dầu FO và nhiên liệu khí FG sau NCMR

Số hiệu

hình

NMLD Dung Quất

NMLD Dung Quất

M ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngành dầu khí Việt Nam đã mở ra một giai đoạn mới trong công nghiệp khaithác và chế biến khí thiên nhiên với sự tham dò và phát hiện ra mỏ khí Cá Voi Xanh(CVX) ngoài khơi vùng biển Quảng Nam/Đà Nẵng Dự án khí CVX có sự hợp tácgiữa PVN và Tập đoàn Exxon Mobil Theo số liệu cung cấp, mỏ CVX có trữ lượng thuhồi được đánh giá sơ bộ khoảng 10÷17 Tcf (280÷450 tỷ m3), dự kiến bắt đầu đưa vàokhai thác từ năm 2023 với sản lượng trung bình giai đoạn đầu khoảng 4 tỷ m3/năm sau

đó tăng lên đến hơn 8 tỷ m3/năm Khí CVX là nguồn khí chua và khô, chứa khoảng 60

%tt Hydrocarbon, 30 %tt CO2, 10 %tt N2, 2.100÷2.800 ppmtt H2S và rất ít C2 (<2

%tt) Khí CVX được định hướng tách nước ngoài giàn trước khi đưa vào bờ Giàn táchnước có khả năng mở rộng để kết nối với các giếng khoan khai thác thêm ở giai đoạnsau Khí khô (sau khi được tách nước) sẽ được dẫn vào bờ bằng đường ống thépcarbon chuyên dụng và được xử lý tại Nhà máy xử lý khí (GPP) nhằm tách condensate

và giảm H2S về dưới nồng độ cho phép (30 ppmtt) Nhà máy xử lý khí GPP được xâydựng sao cho có khả năng mở rộng phù hợp với phương án phát triển mỏ sau này.Phương án xử lý H2S tại GPP dự kiến là phương pháp hấp thụ sử dụng dung môi vật

lý Công nghệ Selexol của nhà bản quyền UOP được định hướng lựa chọn để tách loạichọn lọc H2S về 30 ppmv, trong khi thành phần CO2 gần như không đổi (khoảng30%) Khí CVX sau khi xử lý tại GPP được cung cấp cho các nhà máy điện và các hộtiêu thụ khác

Với công nghệ tách CO2 như hiện nay vẫn có thể cho phép loại CO2 về mứckhoảng 1%mol trong khí nhiên liệu CVX Qua đó góp phần nâng cao nhiệt trị và chấtlượng nhiên liệu Cho đến thời điểm này, mỏ khí CVX được đánh giá là có trữ lượngvào loại lớn nhất Việt Nam, do đó việc sử dụng có hiệu quả nguồn khí CVX là vấn đềcấp thiết đã được đặt ra ngay từ đầu Định hướng sử dụng khí CVX để sản xuất điệnđược triển khai ngay trong giai đoạn đầu của dự án Theo chủ trương của các Bộ ngànhliên quan thì sản lượng khí dành cho mục đích ngoài việc cung ứng cho sản xuất điện

là 1,7 tỷ m3 khí CVX/năm từ năm 2023 – 2035 và có thể cao hơn sau 2035

Khí CVX được đánh giá là khí có trữ lượng khá lớn, với một số tính chất đặctrưng như: nhiều CO2, ít C2,…Ngoài ra, vị trí của mỏ khí CVX là ngoài khơi tỉnhQuảng Nam/Đà Nẵng, thuộc Miền Trung Việt Nam Điểm tiếp bờ dự kiến của đườngống dẫn khí là ở huyện Núi Thành tỉnh Quảng Nam Địa điểm này rất gần với khu kinh

tế (KKT) Chu Lai và KKT Dung Quất, đặc biệt là gần với Nhà máy lọc dầu (NMLD)Dung Quất Do đó, việc nghiên cứu, đánh giá phương án sử dụng nguồn khí này đối

với NMLD là vấn đề cần phải xem xét.

Nhà máy lọc dầu Dung Quất được bắt đầu xây dựng vào năm 2005 và đưa vàovận hành vào năm 2009 Đây là NMLD đầu tiên của Việt Nam được Chính phủ giaocho Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam triển khai xây dựng tại KKT Dung Quất,thuộc 2 xã Bình Thuận và Bình Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi với công suấtthiết kế 6,5 triệu tấn dầu thô/năm (tương đương 148.000 thùng/ngày) và nguyên liệu là100% dầu thô Bạch Hổ hoặc hỗn hợp 85% dầu thô Bạch Hổ và 15% dầu thô Dubai.PVN và BSR đã và đang triển khai dự án Nâng cấp mở rộng (NCMR) NMLDDung Quất nhằm nâng cao công suất (từ 148.000 thùng/ngày lên 192.000 thùng/ngày),

đa dạng hóa sản phẩm và bên cạnh đó còn đảm bảo chất lượng sản phẩm đạt tiêuchuẩn tương đương Euro 5 với việc bổ sung thêm một số phân xưởng cần thiết, đặcbiệt là các phân xưởng xử lý bằng Hydro Việc bổ sung các phân xưởng mới sẽ làm giatăng nhu cầu về nhiên liệu đốt cũng như nhu cầu Hydro của Nhà máy Trong thiết kếcủa dự án NCMR NMLD Dung Quất có bổ sung thêm phân xưởng HGU (HydrogenGeneration Unit) để sản xuất Hydro có thể sử dụng nguyên liệu từ LPG/Naphtha/khíCVX đã qua xử lý tách CO2 Nhiên liệu sử dụng trong vận hành bình thường của Nhàmáy là dầu đốt (FO) và khí đốt nhiên liệu (FG) Trong đó khí đốt FG chỉ sử dụng nội

bộ trong Nhà máy Dầu đốt FO vừa sử dụng làm nhiên liệu nội bộ và vừa là sản phẩm

có thể xuất bán ra thị trường Các thiết bị tiêu thụ lượng lớn nhiên liệu FG và FO trongnhà máy là các lò đốt, lò hơi

Theo số liệu dự báo, đến năm 2025, cán cân cung cầu đối FO vẫn trong tình trạngthiếu hụt Do đó, sản phẩm FO của dự án hoàn toàn có thể tiêu thụ trong nước để đápứng nhu cầu nội địa và vẫn có thể xuất khẩu Việc bán nhiên liệu FO ở thị trường trongnước sẽ được hoàn thuế giá trị gia tăng căn cứ tỉ lệ dầu thô nguyên liệu nội địa được sửdụng

Như vậy nếu xem xét phương án sử dụng nguồn khí CVX để làm nhiên liệu bổsung/thay thế cho FO trong Nhà máy là vấn đề rất đáng để xem xét áp dụng với một sốnguyên nhân sau :

 Sử dụng nhiên liệu khí đốt sẽ giảm bớt chi phí phải trả cho thuế môi

trường;

 Với cơ chế giá khí hợp lý, khi sử dụng khí CVX thay cho FO, xem xét kếthợp với việc sử dụng khí CVX vào mục đích làm nguyên liệu cho phân xưởngHGU (sản xuất Hydro) thay thế cho LPG/Light Naphtha và sử dụng khí CVXthay thế cho Ethylene trong FG để tách lấy Ethylene làm nguyên liệu hóa dầuthì có thể cho hiệu quả kinh tế khả quan;

máy

không đủ nguồn nhiên liệu do có sự cố hoặc như cầu nhiên liệu tăng thêm;

 Việc sử dụng khí CVX làm nhiên liệu thay thế cho dầu đốt sẽ cải thiện cácchỉ số đánh giá về phát thải cho Nhà máy Đặc biệt trong trường hợp khi Nhàmáy sử dụng nguyên liệu dầu thô có hàm lượng lưu huỳnh cao sẽ kéo theo lưuhuỳnh trong dầu FO cũng sẽ tăng lên điều này dẫn tới việc phát thải SOx lớn vàkhông đạt tiêu chuẩn môi trường nếu không có biện pháp tiền xử lý trước khiphát thải

Những phân tích trên đây đã thể hiện được tính cần thiết và cũng chính là cơ sở để

đề xuất đề tài: “Nghiên cứu, đánh giá khả năng sử dụng khí Cá Voi Xanh làm nhiênliệu cho các lò đốt, lò hơi của NMLD Dung Quất”

Việc tích hợp khí CVX vào NMLD Dung Quất sau NCMR có thể sử dụng vớinhiều mục đích: làm nhiên liệu, làm nguyên liệu cho HGU,…Trong phạm vi côngviệc, đề tài sẽ chủ yếu tập trung vào vấn đề đánh giá về mặt kỹ thuật khi sử dụng khí

CVX làm nhiên liệu cung cấp cho các lò đốt, lò hơi điển hình của NMLD Dung Quất.

2 M c tiêu nghiên cứu

 Xem xét sự phù hợp và những ảnh hưởng về vấn đề kỹ thuật khi sử dụng khí CVX làm nhiên liệu cho các lò đốt, lò hơi của NMLD Dung Quất;

 Từ kết quả tính toán, đưa ra những nhận định về phương án sử dụng khí CVX

để thay thế cho dầu đốt FO làm nhiên liệu nội bộ;

 Đánh giá về vấn đề kinh tế và môi trường khi sử dụng khí CVX làm nhiên liệu cho các lò đốt, lò hơi của NMLD Dung Quất

3 Đối tượng nghiên cứu

 Dòng khí CVX và các lò đốt, lò hơi điển hình của NMLD Dung Quất;

 Công cụ sử dụng: Các mô hình tính toán, phần mềm mô phỏng chuyên dụng

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Làm tài liệu tham khảo hữu ích cho các phương án tích hợp nguồn khí CVX vào NMLD Dung Quất;

 Làm cơ sở cho việc đánh giá sự phù hợp về mặt thiết kế và vận hành các lòđốt, lò hơi của NMLD Dung Quất khi sử dụng khí CVX làm nhiên liệu Qua đó

có thể sử dụng vào việc xem xét có cần/không cần cải hoán thiết bị, hoặc sửdụng nhiên liệu như thế nào cho phù hợp khi bổ sung từ nguồn khí CVX;

 Làm cơ sở cho việc xem xét thay đổi cơ cấu nhiên liệu nội bộ giữa FO và

FG khi có nguồn khí CVX

Sơ đồ phương pháp luận thực hiện đề tài

6 Cấu trúc của luận văn

Căn cứ các kết quả cần đạt được như được đưa ra trên sơ đồ phương pháp luận, nội dung luận văn sẽ được phân bổ vào các chương chính như sau:

CHƯƠNG 1 - T NG QUAN

1.1 Tổng quan về nguồn khí Cá Voi Xanh (CVX)

Mỏ khí CVX nằm trong lô 118 ở ngoài khơi thềm lục địa Việt Nam khu vựcQuảng Nam–Đà Nẵng, cách bờ khoảng 85 km như được mô tả trên Hình I.1 Khu vựcnày được khoan tìm kiếm dầu khí từ những năm 1980 bởi BP và Staoil Năm 1991, BP

có phát hiện khí ở giếng CVX-1X nhưng hàm lượng CO2 lên đến 76 %tt Năm 2009,

BP đã chuyển cho ExxonMobil qua hợp đồng PSC và đến 2012 kết quả khoan haigiếng CVX-2X và CVX-3X như sau:

 118–CVX–2X khoan vào ngày 25/7–18/10 năm 2011 phát hiện có khí, với

 118–CVX–3X khoan vào ngày 8/5–11/7 năm 2012 xác nhận có khí ở giếng2X

với GWC (gas ater contact) nằm ở độ sâu thực là -1.576,5 m

Nguồn: ExxonMobil, Ca Voi Xanh Project, Outline Development Plan, 2016

ình 1.1 V trí m khí Cá Voi Xanh

1.1.1 Kịch n h i thác à n lư ng

Sản lượng khí CVX được xem xét trên phương án cơ sở đã được Bộ Công

Thương phê duyệt tại QĐ 460/QĐ-BCT ngày 07/09/2016 [1] Phương án này cho công

suất dòng khí thô theo ngày là 737 MMSCFD (xấp xỉ 7,2 tỷ m3 khí thô/năm) dự kiếnvào năm 2023 Sau đó nâng lên 900 MMSCFD (xấp xỉ 8,8 tỷ m3 khí thô/năm) tronggiai đoạn 2025-2030.

Theo Công văn số 5031/DKVN-CBDK của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam về việc

“Tích hợp khí CVX vào Dự án NCMR của NMLD Dung Quất”, sản lượng khí CVX

dự kiến dành cho hóa dầu được chia làm hai kịch bản cụ thể trong Bảng 1.1 Thời giancấp khí cho hóa dầu dự kiến vào năm 2025

CO2

N2

H2S

HgCondensate

Nguồn: ExxonMobil, Ca Voi Xanh Project, Outline Development Plan, REV A, 2015

dụng đến nhà máy xử lý khí (GTP – Gas Treating Plant) Tại GTP, khí CVX sẽ được

tách condensate và làm giảm H2S về dưới nồng độ 24÷50 ppmtt GTP được xây dựngvới khả năng mở rộng phù hợp với phương án phát triển mỏ cho giai đoạn sau Phương

án xử lý H2S tại GTP dự kiến là phương pháp hấp thụ sử dụng dung môi vật lý Côngnghệ Selexol của nhà bản quyền UOP được định hướng lựa chọn để tách loại chọn lọc

H2S về 24÷50 ppmtt, trong khi thành phần CO2 gần như không đổi (khoảng 30%mol).Khí CVX sau khi xử lý tại GTP được cung cấp cho các nhà máy điện và các hộ tiêuthụ khác Thành phần chi tiết của khí CVX sau khi xử lý tại GTP (CVX-GTP) đượcthể hiện trong Bảng 1.3

Nguồn: ExxonMobil, Ca Voi Xanh Project, Outline Development Plan, REV C, 2016

1.1.3 Một số hạng mục và tiến độ dự kiến của dự án CVX

Đến năm 2019, dự án CVX đang tiển khai hợp đồng nghiên cứu Front-End Engineering Design - FEED, với các hạng mục sau

Gói FEED cho khâu thượng nguồn:

Giàn trung tâm CPP, bao gồm khối thượng tầng (Topside) khoảng 14.000 tấn vàchân đế (Jacket) khoảng 20.000 tấn Trên khối thượng tầng có sân bay, đuốc, khu nhà

ở, thiết bị nén & tách thô khí và condensate Có hệ thống ống đứng đấu nối thiết bịtrên giàn với công trình ngầm (thiết bị đầu giếng, ống ngầm, hệ thống thu gom khí),đến đầu chờ (tạm gọi là KP0) của 1 đường ống ngầm có đường kính 36'' đưa khí vàcondensate về bờ (có thể có thêm 1 đường ống 6'' song song dẫn condensate) [17]

Gói FEED cho khâu trung và hạ nguồn:

Bao gồm gồm 90 km đường ống có đường kính 36'' (có thể có thêm đường ống6'') ngoài khơi chạy từ KP0 về nhà máy tách & xử lý khí (GTP) ở huyện Núi Thành,Quảng Nam; đặt sát cầu cảng Phạm vi trên bờ gồm thiết kế tổng thể GTP và các đoạnống ngầm: đoạn 1 khoảng 2-4 km, âm đất từ GTP đến 2 nhà máy điện có tổng côngsuất 1.500MW ở Núi Thành; đoạn 2 khoảng 12 km, âm đất từ GTP đến 2 nhà máy điện

có công suất 1.500MW ở khu kinh tế Dung Quất, Quảng Ngãi Do Saipem trúng thầu

cả 2 gói FEED nên sẽ chỉ ký 1 hợp đồng bao gồm 2 phạm vi công việc, cả ngoài khơi

và trên bờ ExxonMobil sẽ phát hành thư xác nhận trúng thầu LOI) vào tháng 1/2019

và chính thức trao hợp đồng FEED cho Saipem trong quý 1/2019

Thi công: quý 3/2021-quý 3/2023

Đấu nối, chảy thử: quý 3/2023

Bàn giao, vận hành thương mại: quý 4/2023

Với tiến độ như trên thì có thể thấy dự án khí CVX sẽ đi vào hoạt động sau khi

dự án NCMR của Nhà máy Lọc dầu Dung quất hoàn thành (theo tiến độ dự kiến) Do

đó khi xem xét sử dụng khí CVX làm nhiên liệu cần tính đến trường hợp sau NCMRcủa Nhà máy Lọc dầu Dung quất là hợp lý

1.2 Tổng quan về NMLD Dung Quất

1.2.1 Nguyên liệu

NMLD Dung Quất hiện đang hoạt động ở mức công suất 148.000 BPSD (tươngđương 6,5 triệu tấn dầu thô trên năm) Nguồn dầu thô sử dụng chủ yếu sử dụng trong thời

gian qua gồm các loại dầu thô trong nước như: Bạch Hổ, Tê Giác Trắng, Sư Tử Đen, ĐạiHùng, Ngoài ra, NMLD Dung Quất còn sử dụng một lượng dầu thô nước ngoài như:

A eri (nhập khẩu từ A erbai an), một số loại dầu từ khu vực Đông Nam ,…

Các phân xưởng chính của nhà máy được thể hiện trong Bảng I.5

Bảng 1.5 Các h n xư ng hiện h u của NM D Dung Quất [11]

Tên ph n xư ng

(Số liệu của JGC, 2014

Sơ đồ công nghệ tổng quát của Nhà máy hiện hữu được thể hiện trong Hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ NM D Dung Quất theo thiết kế ban đầu

1.3 Tổng quan về dự án NCMR NMLD Dung Quất

Dự án đầu tư nâng cấp mở rộng (NCMR) NMLD Dung Quất là dự án nằm trongQuy hoạch phát triển Ngành Dầu khí Việt Nam giai đoạn đến 2015, định hướng đến

2025 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 223/QĐ-TT ngày18/02/2009 Ngày 20/07/2010, Thủ tướng Chính phủ cho phép PVN lập dự án đầu tưNCMR NMLD Dung Quất theo công văn số 5054/VPCP-KTN Dự kiến, NMLD DungQuất sẽ hoàn thành việc NCMR vào cuối năm 2021

1.3.1 Nguyên liệu

Sau khi NCMR, công suất NMLD Dung Quất tăng lên 192.000 BPSD Thiết kế

dự kiến sử dụng nguồn dầu thô hỗn hợp gồm 30% dầu Murban và 70% dầu ESPO 346(Base Crude Blend Case)

 Dầu Murban: Là một trong những loại dầu có sản lượng và trữ lượng lớnnhất thế giới Sản lượng hiện nay khoảng hơn 1,4 triệu thùng/ngày và có thểtăng lên gần 2 triệu thùng/ngày vào năm 2017-2018 Hàm lượng lưu huỳnhkhoảng 0,74% kl và API vào khoảng 40,5

 Dầu ESPO: Tổng khối lượng xuất khẩu qua đường ống Kozmino là450.000 thùng/ngày năm 2013-2015, năm 2016 tăng lên 500.000 thùng/ngày vàđạt được 600.000 thùng/ngày từ năm 2018 trở đi Hàm lượng lưu huỳnh khoảng0,52% kl và API vào khoảng 34,4

Ngoài ra, NMLD sau NCMR cũng có thể hoạt động được với hai kịch bảnnguyên liệu khác gồm: 50% dầu ESPO 360 và 50% dầu Arab nhẹ (Light Blend Case);30% dầu Arab nhẹ và 70% dầu ESPO 346 (Heavy Blend Case)

Như vậy, ngoài việc tăng sản lượng của các sản phẩm cũ, NMLD sau NCMR cònsản xuất sản phẩm mới là Asphalt và xăng RON 97.

1.3.3 Công nghệ

Theo nghiên cứu của AFW, nhà thầu FEED cho dự án NCMR, cấu hình NMLD Dung Quất sau NCMR được thể hiện trong Hình 1.3 [3]

Nguồn: AFW, P Model Mass Balance, 24-02-2017 Hình 1.3 Sơ đồ NM D Dung Quất sau NCMR

Trong quá trình NCMR, một số phân xưởng mới được xây dựng để phù hợp vớidòng nguyên liệu mới và đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng về sản phẩm Quy mô côngsuất của các phân xưởng công nghệ bổ sung mới sau NCMR như Bảng 1.7.

Bảng 1.7 Quy mô công suất các

STT

123456

7

891011

Nguồn: AFW, Descri tion of Process Units, REV B, 2017 Ngoài ra, một số phân xưởng hiện hữucũng được nâng công suất để phù hợp với sự tăng nguyên liệu đầu vào của nhà máy Danh

sách các phân xưởng cùng với côngsuất sau khi nâng cấp được thể hiện trong Bảng 1.8

Bảng 1.8 Quy mô công suất các h n xư ng hiện h

STT

1234567

Nguồn: AFW, Basic Enginering Data Design, REV A1, 2016

1.4 Tổng quan và lựa chọn sơ bộ c ng nghệ xử lý CO 2

Mục tiêu của phần lựa chọn sơ bộ công nghệ xử lý CO2 là tìm ra các công nghệ

hiện có trên thế giới cho nhà máy xử lý CO2 trong khí CVX, đáp ứng được yêu cầu về

tính chất khí CVX cho quá trình tích hợp vào NMLD sau NCMR căn cứ đề xuất thiết

kế của AFW với thành phần CO2 trong khí CVX sau xử lý là 1%tt Công nghệ phải

thỏa mãn được các yêu cầu sau:

Đáp ứng được công suất thiết kế;

Đã được thương mại hóa

Các thông số cơ bản của nhà máy xử lý CO2 được thể hiện trong Bảng

1.9 Bảng 1.9 Các thông số cơ bản của nhà máy xử lý CO 2 (CTU)

Công nghệ được lựa chọn phải thỏa mãn các yêu cầu về quy mô công suất, thành

phần CO2 trong nguyên liệu và sản phẩm như Bảng 1.9 Ngoài ra, lượng khí

hydrocarbon thất thoát là một vấn đề lớn cần quan tâm khi xử lý khí Do đó, công nghệ

phải khả thi trong việc thu hồi hydrocarbon, bảo đảm lượng hydrocarbon mất mát

không quá 3% Các công nghệ sau khi đáp ứng các yêu cầu về mặt kỹ thuật sẽ được

xem xét về mặt kinh tế để lựa chọn công nghệ phù hợp nhất Hai loại công nghệ

thường gặp để tách loại CO2 trong khí thiên nhiên là Công nghệ màng và Công nghệ

Amine

1.4.1 Công nghệ màng

Màng, được làm bằng polymer, được sử dụng để tách lọc có hiệu quả khí CO2 từ

các dòng khí Vật liệu màng được thiết kế đặc biệt để phân tách các phân tử trong hỗn

hợp một cách ưu tiên Sự phân tách khí hoạt động dựa trên nguyên tắc một số loại khí

hòa tan trong và đi qua dễ dàng hơn qua màng polymer so với các loại khí khác Cấu

trúc và các thành phần cấu tại nên một đơn vị màng được mô tả trên Hình I.4

Nguồn: UOP, 2009

Hình 1.4 Cấu t o màng và hướng di chuyển của khí

Trong các loại khí tự nhiên, CO2 khuếch tán nhanh qua màng vì cấu trúc khônggian thẳng hàng và độ hòa tan cao trong một số màng polymer đặc biệt là màngpolysulfone Sơ đồ quy trình tách loại CO2 công nghệ màng 2 giai đoạn được thể hiệntrong Hình 1.5

Nguồn: UOP, 2009

Hình 1.5 Sơ đồ qui trình công nghệ màng 2 giai đo n

Những ưu điểm của công nghệ màng:

 Có khả năng đáp ứng với nguồn khí có hàm lượng CO2 biến đổi;

 Dễ dàng trong vận hành và bảo trì bảo dưỡng do không có/ít có bộ phận chuyển động có thể gây nguy hiểm cho vận hành;

 Có khối lượng và diện tích nhỏ;

 Dễ dàng mở rộng công suất do được thiết kế theo module;

 Có khả năng điều khiển điểm sương của khí

Tuy nhiên, sử dụng công nghệ màng cũng gặp phải một số bất lợi sau:

 Mất mát hydrocacbon cao, lên đến hơn 10% khi sử dụng màng 1 giai đoạn và khoảng dưới 3% đối với công nghệ màng 2 giai đoạn;

 Phải lắp đặt cụm làm sạch nguyên liệu trước khi vào thiết bị màng;

 Chi phí đầu tư cao;

 Chi phí đầu tư/vận hành tăng đáng kể khi sử dụng màng 2 giai đoạn khi phải lắp đặt thêm 1 máy nén khí để giảm lượng hydrocacbon mất mát

Các dung môi thường được sử dụng là dung môi bậc hai như DEA hoặc bậc banhư MDEA Ngoài ra, các dung môi amine hoạt động MDEA đã được phát triển bởicác công ty như BASF, DOW có hiệu quả cao, mất mát hydrocabon thấp và nhiệt độphân hủy cao Những ưu điểm của công nghệ amine:

 Hiệu quả cao với nguồn khí axit có áp suất riêng phần cao hoặc thấp;

 Mất mát hydrocacbon thấp

 Yêu cầu diện tích và khối lượng lớn;

 Phải lắp đặt bổ sung cụm tách ẩm do khí sau khi tách loại CO2 là khí bão hòa

 Năng lượng cần cho tái sinh amine cao

1.4.3 Đề xu t ơ ộ công nghệ

Dựa trên thông tin sơ bộ từ các nhà bản quyền như Airliquid, BASF, UOP vàkinh nghiệm của tư vấn, sự so sánh công nghệ màng và công nghệ Amine được trìnhbày trong bảng 1.10

Bảng 1.10 So sánh các thông số của công nghệ màng và công nghệ Amine trong việc

Ghi chú:

(*): Chi phí được ước tính theo giá điện lấy theo giá của EVN, các nguồn khác lấy

theo giá được đề xuất trong FEED của dự án NCMR của NMLD Dung Quất

Như vậy, qua đánh giá sơ bộ có thể thấy rằng công nghệ Amine có ưu điểm sovới công nghệ màng như vốn đầu tư (bao gồm nạp hóa chất lần đầu), mất máthydrocacbon Tuy nhiên, do sử dụng nhiều hơi để tái sinh amine dẫn đến chi phí vậnhành cao Từ đó, ước tính chi phí khấu hao, mất nhiệt lượng và hoạt động hàng nămcủa công nghệ Amine lớn hơn so với công nghệ màng Vì vậy, công nghệ màng sẽđược lựa chọn áp dụng cho báo cáo này Trong giai đoạn triển khai tiếp theo, việc lựachọn công nghệ sẽ được đánh giá chi tiết hơn từ thông tin chi tiết của các nhà cung cấpbản quyền công nghệ màng và Amine như UOP, AirLiquid, BASF, để có thể lựachọn công nghệ phù hợp.

1.4.4 Mô t công nghệ lọc màng áp dụng để tách loại CO 2 của khí CVX

Sơ đồ chi tiết của công nghệ màng được thể hiện trong Hình 1.7

Nguồn: Air Liquide, 2017

Hình 1.7 Sơ đồ màng tách hai giai đo n để tách lo i CO 2 của khí CVX

Trong giai đoạn đầu tiên, màng tách có nhiệm vụ tách khí nguyên liệu thành haidòng chính: Dòng khí sản phẩm giàu Methane ra khỏi màng chứa 1% CO2 đáp ứngyêu cầu của khí sản phẩm Dòng giàu CO2 được đưa qua màng thứ hai nhằm tăng thuhồi hydrocarbon Tại màng thứ 2, dòng giàu Methane được hồi lưu lại màng đầu tiên

Ưu điểm của công nghệ này là chi phí vận hành thấp, vận hành dễ dàng

Hiện nay ở Việt Nam cũng đã có một nhà máy xử lý CO2 ngoài giàn khai tháccủa khí PM3-Cà Mau loại bỏ CO2 từ 16÷66 %tt (trung bình khoảng 40 %tt) xuống 8

%tt trong khí thương phẩm [1]

1 Development of natural gas fields with high CO2 in Vietnam, PVN

1.4.5 Kết luận phương án xử lý khí CO 2

Công nghệ tách CO2 trong khí CVX được đề xuất theo hướng sử dụng công nghệmàng Đây là công nghệ đã được áp dụng phổ biến trên thế giới với chi phí vận hànhthấp và tốn ít diện tích xây dựng Khí CVX sau khi xử lý CO2 phù hợp với các yêu cầu

kỹ thuật theo đề xuất của cho quá trình làm nhiên liệu và làm nguyên liệu cho phânxưởng HGU

CHƯƠNG 2 - KHẢO SÁT VÀ THU THẬP D LIỆU V HIỆN TRẠNG

NMLD DUNG QUẤT VÀ KẾ HOẠCH NCMR NMLD DUNG QUẤT

2.1 Th ng tin và số liệu của các ph n xư ng và hệ thống thiết bị của NMLD

Dung Quất có liên quan đến phạm vi nghiên cứu

NMLD Dung Quất hiện hữu bao gồm những phân xưởng chính đã được trình bày

chi tiết trong Chương I Ở chương này, chúng tôi chỉ tập trung trình bày các dữ liệu thu

thập được của các phân xưởng phụ trợ và một số phân xưởng hiện hữu có liên quan

đến khả năng sử dụng khí CVX sau NCMR

2.1.1 Nguồn c p Hydro của Nhà máy

Hiện tại, CCR là phân xưởng duy nhất của NMLD Dung Quất sản xuất Hydro

với độ tinh khiết khoảng 92÷94% Sau khi được tách loại HCl, một phần Hydro được

tăng áp nhờ các thiết bị nén (multi-stage compressors) tại phân xưởng NHT (U012)

Dòng Hydro sau đó được cấp cho các phân xưởng tiêu thụ Hydro như NHT, LCO

HDT, Isomerization ) Lượng Hydro còn lại được đưa qua hệ thống FG

Thành phần dòng hydro trong chế độ chạy bình thường của CCR được cho trong

bảng 2.1 Sản lượng dòng Hydro khoảng 4.603 kg/h (tương ứng 227 triệu m3

2.1.2.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu khí U037

Nhiên liệu khí (FG) sử dụng trong NMLD được phân phối đến các phân xưởng

thông qua hệ thống cung cấp nhiên liệu khí (FG system, U037) của NMLD Hệ thống