THIẾT KẾ BỒN CHỨA LPG DUNG TÍCH CHỨA 800 m3

Trang 1

Trường DDH Bà Rịa - Vũng Tàu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TRẦN MẠNH HÙNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Người hướng dẫn

ThS VÕ THANH TIỀN

BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TRẦN MẠNH HÙNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Người hướng dẫn

ThS VÕ THANH TIỀN

BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012

Trang 3

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-o0o -

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: TRẦN MẠNH HÙNG

Ngày, tháng, năm sinh: 18/08/1989

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Hóa học

MSSV: 0852010064

Nơi sinh: Kim Bảng – Hà Nam

I TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế bồn chứa LPG dung tích chứa 800 m 3

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Tổng quan về lý thuyết

 Tính toán thiết kế bồn chứa LPG dung tích chứa 800 m3

 Tính chọn thiết bị phụ trợ cho bồn chứa

 Tính kinh tế

 Chống ăn mòn và bảo dưỡng bồn chứa

 An toàn lao động và phòng chống cháy nổ

 Bản vẽ chi tiết bồn chứa và các thiết bị phụ trợ của bồn

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 26/03/2012

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2012

V HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Võ Thanh Tiền

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Bà Rịa – Vũng tàu, Ngày 05 tháng 07 năm 2012

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)

KHOA HÓA HỌC & CNTP

Trang 4

MỞ ĐẦU

Dầu khí là một nguồn tài nguyên quý giá mà từ lâu con người đã được biết đến

Tuy nhiên mãi đến đầu thế kỷ 20, khi nền khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ cộng với nhu cầu năng lượng đang là vấn đề lớn thì dầu mỏ mới được đánh giá và sử dụng đúng tầm quan trọng của nó Nó trở thành một nguồn nguyên liệu chủ yếu trong rất nhiều ngành công nghiệp hoá học, năng lượng và trong hầu hết các lĩnh vực hoạt động của nền kinh tế quốc dân Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp dầu khí không ngừng phát triển và là ngành công nghiệp chủ chốt của những quốc gia sẵn có tiềm năng về loại khoáng sản này

Ở Việt Nam, dầu khí tuy còn là một ngành công nghiệp non trẻ nhưng đầy triển vọng và đã sớm khẳng định được vị trí quan trọng Đó là một ngành công nghiệp mũi nhọn góp phần thúc đẩy nền kinh tế nước ta trong công cuộc công nghiệp hoá – hiện đại hoá đất nước và hội nhập với quốc tế

Hiện nay, công nghiệp dầu khí phát triển mạnh mẽ đòi hỏi phải có nguồn nguyên liệu sạch và khai thác có hiệu quả, đảm bảo an toàn trong vận chuyển, bảo quản Do đó cần phải có hệ thống tàng trữ, phân phối sản phẩm khí nói chung cũng như khí hóa lỏng (LPG) nói riêng một cách hiệu quả nhất Đây là vấn đề quan trọng nhất khi thiết kế xây dựng các nhà máy lọc – hóa dầu Ở nước ta lượng khí thu được trong quá trình khai thác dầu mỏ là rất lớn, theo luật khai thác dầu khí năm 2009 cấm đốt bỏ khí đồng hành trong quá trình khai thác dầu do đó lượng khí đưa về bờ ngày càng nhiều dẫn đến nhu cầu về bồn chứa là rất lớn Đặc biệt từ 31/10/1998 nhà máy xử

lý khí Dinh Cố đi vào hoạt động và mới đây nhất là năm 2009 khi mà nhà máy lọc dầu Dung Quất di vào hoạt động thì lượng LPG sản xuất ra là rất lớn do vậy yêu cầu đặt ra

là phải có hệ thống tồn trữ sản phẩm này càng trở nên cần thiết Ngoài ra, việc thiết kế bồn chứa còn tiết kiệm một lượng lớn nội tệ cho quốc gia so với việc phải nhập khẩu bồn chứa từ nước ngoài

Được sự hướng dẫn tận tình của Thạc sĩ Võ Thanh Tiền đang công tác tại xí nghiệp Khai thác dầu khí Vietsovpetro cùng với sự chỉ bảo của các giảng viên bộ môn trong Khoa Hóa học và công nghệ thực phẩm và sự giúp đỡ của các bạn, sau một thời

gian làm việc tích cực đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế bồn chứa LPG dung tích chứa 800 m 3”

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu nói chung và các thầy cô trong Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm nói riêng đã không quản ngại khó khăn truyền đạt kiến thức cho em trong những năm tháng đã qua

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ Võ Thanh Tiền đang công tác tại xí nghiệp Khai thác dầu khí Vietsovpetro đã cung cấp nguồn tài liệu chi tiết và chỉ dẫn tận tình để em có thể hoàn thành tốt đồ án này

Xin kính chúc các quý thầy cô và các bạn sức khoẻ, thành công

Trang 6

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

1 Kết cấu, phương pháp trình bày

-

2 Cơ sở lý luận -

-

3 Tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án -

-

4 Các hướng nghiên cứu của đề tài có thể tiếp tục phát triển cao hơn -

-

5 Kết quả -

-

Giảng viên hướng dẫn

(Ký ghi rõ họ tên)

Trang 7

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

-

(Ký ghi rõ họ tên)

Trang 8

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦU - i

LỜI CẢM ƠN -ii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN -iii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN - iv

MỤC LỤC -v

DANH MỤC BẢNG -x

DANH MỤC SƠ ĐỒ - xii

DANH MỤC HÌNH - xiii

KÍ HIỆU CỤM TỪ VIẾT TẮT - xiv

Chương I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ Ở VIỆT NAM -1

1.1 Giới thiệu chung -1

1.1.1 Nguồn gốc dầu mỏ và khí -1

1.1.1.1 Nguồn gốc khoáng -1

1.1.1.2 Nguồn gốc hữu cơ -2

1.1.2 Khái niệm, thành phần và phân loại khí thiên nhiên -4

1.1.2.1 Khái niệm -4

1.1.2.2 Thành phần - 5

1.1.2.3 Phân loại -7

1.1.3 Ứng dụng của khí -7

1.1.3.1 Khí làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu -7

1.1.3.2 Khí làm nhiên liệu đốt - 9

1.1.4 Tổng quan về thị trường khí Việt Nam - 10

1.1.4.1 Chế biến và sử dụng khí tự nhiên và khí đồng hành ở Việt Nam - 10

1.1.4.2 Nhu cầu sử dụng khí ở Việt Nam - 12

1.2 Giới thiệu về LPG - 13

1.2.1 Khái niệm về LPG - 14

1.2.2 Thành phần của LPG - 14

1.2.3 Các tính chất hoá lý của LPG - 14

1.2.3.1 Áp suất hơi - 14

1.2.3.2 Tỷ trọng - 15

Trang 9

1.2.3.3 Tỷ lệ không khí khi đốt cháy LPG - 16

1.2.3.4 Hệ số giản nở khối - 16

1.2.3.5 Điểm bắt lửa - 16

1.2.3.6 Ẩn nhiệt hoá hơi - 17

1.2.3.7 Nhiệt lượng cháy - 17

1.2.3.8 Giới hạn cháy nổ - 18

1.2.3.9 Trị số octan và độ nhớt - 18

1.2.3.10 Chỉ tiêu chất lượng LPG thương phẩm - 18

1.2.4 Các ứng dụng quan trọng của LPG - 19

1.2.5 So sánh tính năng của LPG với các loại nhiên liệu khác - 21

1.2.6 Thị trường LPG Việt Nam - 22

1.2.6.1 Nguồn cung LPG - 22

1.2.6.2 Nhu cầu LPG - 23

1.2.7 Công nghệ sản xuất LPG - 25

1.2.8 Công nghệ sản xuất LPG tại nhà máy xử lý khí Dinh Cố - 26

1.2.8.1 Sơ đồ công nghệ chế độ MGPP - 26

1.2.8.2 Quy trình hoạt động của chế độ MGPP - 27

Chương II TỔNG QUAN VỀ BỒN CHỨA DẦU KHÍ - 29

2.1 Giới thiệu - 29

2.2 Khái niệm và phân loại bồn chứa - 29

2.2.1 Khái niệm về bồn chứa - 29

2.2.2 Phân loại bồn chứa - 29

2.2.2.1 Bồn chứa trụ đứng áp lực thấp - 30

2.2.2.2 Bồn chứa áp lực cao - 32

2.3 Tình hình xây dựng bồn bể chứa ở nước ta - 34

2.4 Cấu tạo bồn chứa - 35

Chương III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỒN CHỨA LPG DUNG TÍCH CHỨA 800 m 3 - 37

3.1 Tính toán bồn chứa LPG - 37

3.1.1 Lý thuyết tính toán - 37

3.1.1.1 Nhiệt độ làm việc, nhiệt độ tính toán - 37

3.1.1.2 Áp suất làm việc, áp suất tính toán - 37

Trang 10

3.1.1.3 Ứng suất cho phép - 37

3.1.1.4 Hệ số hiệu chỉnh - 38

3.1.1.5 Hệ số bền mối hàn - 38

3.1.1.6 Hệ số bổ sung bề dày tính toán - 38

3.1.2 Lựa chọn bồn và thông số tính toán - 39

3.1.2.1 Dung tích bồn chứa - 39

3.1.2.2 Lựa chọn phương án thiết kế bồn áp lực - 39

3.1.2.3 Các thông số thiết kế của bồn - 41

3.1.2.4 Chọn vật liệu chế tạo - 42

3.1.2.5 Tính bề dày thành bồn chịu áp lực trong - 42

3.1.2.6 Lựa chọn phương án hàn đối với bồn - 43

3.1.2.7 Tính ứng suất cho phép và áp suất khi bồn chứa nhiên liệu - 43

3.1.2.8 Tính chiều dày thực của thân bồn - 44

3.1.2.9 Tính chiều dày đáy bồn chịu áp suất trong - 45

3.1.2.10 Tính điều kiện khoét lỗ trên thân bồn chứa - 45

3.1.3 Chọn mặt bích - 48

3.1.4 Cửa người - 49

3.1.5 Khối lượng bồn chứa - 50

3.1.6 Khối lượng phần LPG chứa trong bình - 51

3.1.7 Khối lượng toàn bộ bồn chứa - 51

3.1.8 Chân đỡ thiết bị - 51

3.2 Chọn thiết bị phụ - 51

3.2.1 Lựa chọn bơm - 52

3.2.2 Lựa chọn máy nén - 52

3.2.3 Lựa chọn van - 52

3.2.3.1 Van cầu - 53

3.2.3.2 Van bi - 54

3.2.3.3 Van kim - 55

3.2.3.4 Van an toàn - 55

3.2.4 Thiết bị đo mức chất lỏng - 56

3.2.4.1 Phao nổi - 56

3.2.4.2 Phao chiếm chỗ - 56

Trang 11

3.2.4.3 Đầu tiếp xúc trực tiếp - 57

3.2.4.4 Dụng cụ đo dùng áp suất thủy tĩnh - 57

3.2.5 Thiết bị đo áp suất - 57

3.2.6 Các thiết bị hỗ trợ khác - 58

3.2.6.1 Đê chắn lửa - 58

3.2.6.2 Hệ thống làm mát - 58

3.2.6.3 Hệ thống chống tĩnh điện - 59

3.2.6.4 Thiết bị phát hiện rò rỉ - 59

3.2.6.5 Hệ thống phòng cháy chữa cháy - 59

Chương IV NHU CẦU ĐIỆN - NƯỚC - 60

Chương V TÍNH KINH TẾ - 62

5.1 Mục đích và ý nghĩa của tính toán kinh tế - 62

5.2 Tính toán - 62

5.2.1 Chi phí trực tiếp - 63

5.2.1.1 Chi phí nguyên vật liệu (A1) - 63

5.2.1.2 Chi phí các phụ kiện (B1) - 64

5.2.1.3 Các chi phí khác (C1) - 64

5.2.2 Chi phí chung (C) - 65

5.2.3 Thu nhập chịu thuế tính trước (TL) - 66

5.2.4 Thuế giá trị gia tăng đầu ra (VAT) - 66

Chương VI CHỐNG ĂN MÒN VÀ BẢO DƯỠNG BỒN CHỨA - 67

6.1 Chống ăn mòn - 67

6.1.1 Khảo sát điện trở suất của đất - 67

6.1.2 Lớp bọc chống ăn mòn - 67

6.1.3 Bảo vệ đường ống bằng dòng áp ngoài - 68

6.1.4 Bảo vệ đường ống bồn chứa bằng anot hy sinh (protector) - 68

6.1.4.1 Nguyên tắc bảo vệ của phương pháp - 69

6.1.4.2 Vật liệu chế tạo anot hi sinh (protector) - 69

6.2 Bảo dưỡng cấu kiện thiết bị - 70

6.2.1 Giới thiệu chung - 70

6.2.2 Các loại hình bảo dưỡng cấu kiện thiết bị - 71

6.2.3 Các phương pháp kiểm tra áp dụng - 71

Trang 12

Chương VII AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ - 72

7.1 Đặc điểm chung của hệ thống bồn chứa - 72

7.2 Các sự cố nguy hiểm trong khu vực bồn chứa - 72

7.2.1 Các sự cố nguy hiểm trong tàng trữ và vận chuyển dẫn đến sự cháy nổ - 72

7.2.2 Sự cố đối với bồn bể chứa - 73

7.3 Yêu cầu an toàn trong tàng chứa và vận chuyển - 73

7.3.1 Phương pháp chống cháy cho các thiết bị và bồn chứa - 74

7.3.2 Hoạt động trong trường hợp khẩn cấp - 74

7.3.3 Các biện pháp đảm bảo an toàn - 74

7.3.3.1 Hệ thống phải được thiết kế một cách phù hợp - 74

7.3.3.2 Thường xuyên kiểm tra - 75

7.4 Kĩ thuật chữa cháy LPG - 76

7.5 Các hệ thống chữa cháy - 77

7.5.1 Hệ thống chữa cháy bằng nước - 77

7.5.2 Hệ thống chữa cháy bằng CO2 - 77

KẾT LUẬN - 78

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO - 79

Trang 13

DANH MỤC BẢNG

Trang

BẢNG 1.1.Thành phần khí ở bể Cửu Long (% theo thể tích) -5

BẢNG 1.2 Thành phần khí ở bể Nam Côn Sơn (% theo thể tích) -6

BẢNG 1.3 Thành phần khí ở bể Malay – Thổ Chu (% theo thể tích) -6

BẢNG 1.4 Thành phần sản phẩm khi oxy hóa metan -8

BẢNG 1.5 Đặc điểm của sản phẩm điezel thu được từ quá trình oligome hóa etylen 9

BẢNG 1.6 Nhu cầu sử dụng khí thiên nhiên (đơn vị: triệu m3) - 12

BẢNG 1.7 Nhu cầu khí cho các lĩnh vực (tỉ m3) - 13

BẢNG 1.8 Các thông số vật lý cơ bản của LPG - 15

BẢNG 1.9 Nhiệt độ tự bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất khí quyển (oC) - 16

BẢNG 1.10 Nhiệt độ ngọn lửa của một số loại nhiên liệu - 17

BẢNG 1.11 Nhiệt trị của LPG và một số loại nhiên liệu - 17

BẢNG 1.12 Giới hạn cháy nổ của LPG ở nhiệt độ 15,6oC và áp suất 1 bar - 18

BẢNG 1.13 Trị số octan của propan và butan - 18

BẢNG 1.14 Tiêu chuẩn chất lượng LPG - 19

BẢNG 1.15 Nhu cầu tiêu thụ LPG tại VN giai đoạn từ 1991 – 2008 - 24

BẢNG 3.1 Các thông số của bồn chứa - 41

BẢNG 3.2 Kích thước của mặt bích và thông số về bulong của các đường nối với bồn - 49

BẢNG 3.3 Kích thước chiều dài các đoạn ống nối - 49

BẢNG 3.4 Các kích thước của mặt bích và thông số về bulong của cửa người - 50

BẢNG 4.1 Điện năng sử dụng cho các động cơ - 60

BẢNG 4.2 Điện năng sử dụng cho thắp sang - 60

BẢNG 4.3 Chi phí nguyên vật liệu, nhiên liệu và năng lượng - 61

BẢNG 5.1 Bảng tổng hợp các chi phí - 62

BẢNG 5.2 Chi phí nguyên vật liệu (A1) - 63

BẢNG 5.3 Chi phí các phụ kiện - 64

BẢNG 5.4 Lương công nhân và nhân viên - 65

BẢNG 6.1 Tương quan giữa điện trở riêng và tính xâm thực của đất - 67

BẢNG 6.2 Đánh giá một số vật liệu anot - 68

Trang 14

BẢNG 6.3 Tính chất hóa lý kim loại làm vật liệu chế tạo ra anot hi sinh - 70

Trang 15

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Trang

SƠ ĐỒ 1 Sơ đồ khối quá trình sản xuất LPG tại GPP Dinh Cố - 26

Trang 16

DANH MỤC HÌNH

Trang

HÌNH 1.1.Tỷ lệ ôtô sử dụng LPG tại một số nước trên thế giới - 21

HÌNH 1.2 Biểu đồ so sánh khí thải của các xe chạy bằng xăng, diesel và LPG - 22

HÌNH 1.3 Nhà máy xử lý khí Dinh Cố - 23

HÌNH 1.4 Biểu đồ thể hiện sản lượng tiêu thụ LPG tại Việt Nam và mức tăng trưởng

tiêu thụ LPG hàng năm ở Việt Nam từ năm 1991 đến năm 2008 - 24

HÌNH 2.1 Bồn trụ đứng mái tĩnh - 30

HÌNH 2.2 Mái nón, mái treo, mái trụ cầu, mái vòm - 30

HÌNH 2.3 Bồn chứa trụ đứng mái phao - 31

HÌNH 2.4 Bồn chứa trụ ngang - 32

HÌNH 2.5 Bồn chứa trụ đứng mái cầu - 33

HÌNH 2.6 Bồn chứa cầu - 34

HÌNH 3.1 Cấu tạo bồn chứa cầu - 40

HÌNH 3.2 Cấu tạo bồn chứa trụ ngang - 40

HÌNH 3.3 Bích dùng cho cửa người - 49

HÌNH 3.4 Một kiểu của chân đỡ thiết bị hình trụ nằm ngang - 51

HÌNH 3.5 Bơm li tâm đa cấp mã hiệu SC kiểu 50 - 52

HÌNH 3.6 Van cầu khi mở và khi đóng - 53

HÌNH 3.7 Dòng chảy trong van cầu - 53

HÌNH 3.8 Van cầu cỡ lớn điển hình ghép bích và van cầu góc với mép bắt bulong - 54 HÌNH 3.9 Cấu tạo của van bi - 54

HÌNH 3.10 Trạng thái mở và đóng của van kim - 55

HÌNH 3.11 Sơ đồ cấu tạo của van an toàn - 56

HÌNH 3.12 Ống Bourdon - 58

Trang 17

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

API: American Petroleum Institute

ASME SECT VIII DIV.1: American Society of Mechanical Engineers, Section VIII, Division 1.

MTBE: Metyl tert butyl ete

P: Propan

Trang 18

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ Ở VIỆT NAM

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1.1 Nguồn gốc dầu mỏ và khí

Dầu mỏ và khí là những khoáng vật phong phú nhất trong tự nhiên, chúng có mặt ở nhiều nơi trong lòng đất Để giúp cho việc tìm kiếm các khu vực chứa dầu khí, thì nghiên cứu nguồn gốc, xuất xứ của dầu khí là rất quan trọng

Có rất nhiều ý kiến tranh luận về quá trình hình thành các chất hydrocacbon trong dầu khí, nhưng chủ yếu là hai giả thuyết: giả thuyết về nguồn gốc vô cơ (gọi là nguồn gốc khoáng) và nguồn gốc hữu cơ của dầu mỏ

Để chứng minh điều đó, năm 1866, Berthelot đã tổng hợp được các hydrocacbon thơm từ axetylen ở nhiệt độ cao với sự có mặt của xúc tác Năm 1901, Sabatier và Sendereus thực hiện phản ứng hydro hóa axetylen trên xúc tác niken và sắt ở nhiệt độ trong khoảng 200 đến 300oC, đã thu được một loạt các hydrocacbon tương ứng như trong thành phần của dầu Cùng với hàng loạt các thí nghiệm như trên, giả thuyết

về nguồn gốc vô cơ của dầu mỏ đã được chấp nhận trong một thời gian khá dài

Sau này, khi trình độ khoa học và kỹ thuật ngày càng phát triển thì người ta bắt đầu hoài nghi về luận điểm trên vì:

- Đã phân tích được (bằng các phương pháp hiện đại) trong dầu thô có chứa các clorofin có nguồn gốc từ động vật

- Trong vỏ quả đất, hàm lượng cacbua kim loại là không đáng kể

- Các hydrocacbon thường gặp trong các lớp trầm tích, tại đó nhiệt độ ít khi vượt quá 150 ÷ 200oC (vì áp suất rất cao), nên không đủ nhiệt độ cần thiết cho phản ứng tổng hợp xảy ra

Trang 19

Chính vì vậy mà giả thuyết nguồn gốc vô cơ ngày càng phai mờ do có ít căn cứ

1.1.1.2 Nguồn gốc hữu cơ

Đó là giả thuyết về sự hình thành dầu mỏ từ các vật liệu hữu cơ ban đầu Những vật liệu đó chính là xác động thực vật biển, hoặc trên cạn nhưng bị các dòng song cuốn trôi ra biển, qua thời gian dài (hàng triệu năm) được lắng đọng xuống đáy biển Ở trong nước biển có rất nhiều các loại vi khuẩn hiếu khí và yếm khí, cho nên khi các động thực vật bị chết, lập tức chúng bị phân hủy Những phần nào dễ bị phân hủy (như các chất albumin, các hydratcacbon) thì bị vi khuẩn tấn công trước tạo thành các chất

dễ tan trong nước hoặc khí bay đi, các chất này sẽ không tạo nên dầu khí Ngược lại, các chất khó bị pân hủy (như các protein, chất béo, rượu cao, sáp, dầu, nhựa) sẽ dần lắng đọng tạo nên lớp trầm tích dưới đáy biển; đây chính là các vật liệu hữu cơ đầu tiên của dầu khí Các chất này qua hàng triệu năm biến đổi sẽ tạo thành các hydrocacbon ban đầu:

RCOOR’ + H2O RCOOH + R’OH

RCOOH RH + CO2 RCH2OH R’– CH=CH2 R’– CH=CH2 R’– CH2 – CH3 Theo tác giả Petrov, các axit béo của thực vật thường là các axit béo không no,

sẽ biến đổi tạo ra γ-lacton, sau đó tạo thành naphten hoặc aromat:

Trang 20

Ngoài các yếu tố vi khuẩn, nhiều nhà nghiên cứu còn cho rằng có hàng loạt các yếu tố khác nữa như: nhiệt độ, áp suất, thời gian, sự có mặt của các chất xúc tác (các kim loại như Ni, V, Mo, kháng sét…) trong các lớp trầm tích sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng xảy ra

Thuyết nguồn gốc hữu cơ của dầu mỏ cho phép giải thích được nhiều hiện tượng trong thực tế Chẳng hạn như: dầu mỏ ở các nơi hầu như đều khác nhau, sự khác nhau đó có thể là do vật liệu hữu cơ ban đầu Ví dụ, nếu vật liệu hữu cơ ban đầu giàu chất béo thì có thể tạo ra dầu loại paraffinic…

Dầu được sinh ra rải rác trong các lớp trầm tích, được gọi là “đá mẹ” Do áp suất ở đây cao nên chúng bị đẩy ra ngoài và buộc phải di cư đến nơi ở mới qua các tầng “đá chứa” thường có cấu trúc rỗng xốp Sự di chuyển tiếp tục xảy ra đến khi chúng gặp điều kiện địa hình thuận lợi để có thể ở lại đấy và tích tụ thành mỏ dầu; đó

là những cái “bẫy”, dầu có thể vào được mà không ra được, có nghĩa là nơi đó phải có tầng đá chắn hoặc nút muối

Trong quá trình di chuyển, dầu mỏ phải đi qua các tầng đá xốp, có thể sẽ xảy ra

sự hấp phụ (giống như sắc ký), các chất có cực (như nhựa, asphanten…) bị hấp phụ và

ở lại các lớp đá, kết quả là dầu sẽ nhẹ hơn và sạch hơn Nhưng nếu trong quá trình di

- 2H2O

- H2O

Trang 21

chuyển dầu bị tiếp xúc với oxy không khí, chúng có thể bị oxy hóa dẫn đến tạo các hợp chất chứa các nguyên tố dị thể, làm xấu đi chất lượng dầu

Khi dầu tích tụ và nằm trong các mỏ dầu, quá trình biến đổi hầu như ít xảy ra nếu mỏ dầu kín Trong trường hợp có các khe hở, oxy, nước khí quyển có thể lọt vào,

xẽ xảy ra sự biến chất theo chiều hướng xấu đi do phản ứng hóa học (oxy hóa, trùng hợp hóa…)

Các hydrocacbon ban đầu của dầu khí thường có phân tử lượng rất lớn (C30 ÷ C40), thậm chí cao hơn Các chất hữu cơ này nằm trong lớp trầm tích sẽ chịu nhiều biến đổi hóa học dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất, xúc tác (là khoáng sét) Người ta thấy rằng, cứ lún chìm sâu xuống 30 mét thì nhiệt độ trong lớp trầm tích tăng

từ 0,54 đến 1,2oC; còn áp suất tăng từ 3 đến 7,5 at Như vậy, ở độ sâu càng lớn, nhiệt

độ, áp suất càng tăng và trong các lớp trầm tích tạo dầu khí, nhiệt độ có thể lên tới 100 đến 200oC và áp suất từ 200 đến 1000 at Ở điều kiện như vậy, các hydrocacbon có phân tử lượng lớn, mạch dài, cấu trúc phức tạp sẽ bị phân hủy nhiệt, tạo thành các chất

có phân tử lượng nhỏ hơn, cấu trúc đơn giản hơn, số lượng vòng thơm ít hơn…

Thời gian dài cũng là yếu tố thúc đẩy quá trình cracking xảy ra mạnh hơn Chính vì vậy, tuổi dầu càng cao, độ lún chìm càng sâu, dầu dược tạo thành càng chứa nhiều hydrocacbon với trọng lượng phân tử càng nhỏ Sâu hơn nữa có khả năng chuyển hoàn toàn thành khí, trong đó khí metan là bền vững nhất nên hàm lượng của

nó rất cao Cũng chính vì vậy, khi tăng chiều sâu của các giếng khoan thăm dò dầu khí thì xác suất tìm thấy khí thường cao hơn

Tóm lại, về bản chất, dầu và khí đều có cùng một nguồn gốc, và chính là nguồn gốc hữu cơ Ở đâu có dầu thì thường tìm thấy khí Cũng có khi các mỏ khí nằm riêng biệt, có lẽ là do sự “di cư”

1.1.2 Khái niệm, thành phần và phân loại khí thiên nhiên

Trang 22

Khí ngưng tụ (condensate): thực chất là dạng trung gian giữa dầu mỏ và khí (phần cuối của khí và phần đầu của dầu), bao gồm các hydrocacbon như propan, butan

và một số hydrocacbon lỏng khác như pentan, hexan, thậm chí hydrocacbon naphtenic

và aromatic đơn giản Ở điều kiện thường, khí ngưng tụ ở dạng lỏng Khí ngưng tụ là nguyên liệu quý để sản xuất LPG và sử dụng trong tổng hợp hóa dầu

Khí từ nhà máy lọc dầu: là khí hình thành trong quá trình ổn định dầu, cracking, luyện cốc…

1.1.2.2 Thành phần

Đặc trưng chủ yếu của khí thiên nhiên và khí dầu mỏ bao gồm hai phần: phần hydrocacbon và phi hydrocacbon:

a Các hợp chất hydrocacbon

Hàm lượng các cấu tử chủ yếu là khí metan và đồng đẳng của nó như: C2H6,

C3H8, n-C4H10, izo-C4H10, ngoài ra còn có một ít hàm lượng các hợp chất C5, C6 Hàm lượng các cấu tử trên thay đổi tùy theo nguồn gốc của khí Ví dụ, trong khí tự nhiên chứa chủ yếu CH4, các khí nặng C3 ÷ C4 rất ít; còn trong khí đồng hành, hàm lượng các khí C3 ÷ C4 cao hơn

Bảng 1.1 Thành phần khí ở bể Cửu Long (% theo thể tích)

Rồng (lô 09)

Mỏ

Thành phần

Bạch Hổ (lô 09) Khí tự do Đồng hành

Rạng đông (lô 09)

Ruby (lô 01)

84,77 7,22 3,46 1,70 1,30 _ _ _

76,54 6,89 8,25 0,78 0,50 _ _ _

77,62 10,04 5,94 2,83 0,97 0,33 0,42 _

78,02 10,67 6,70 1,74 0,38 0,60 0,07 _

Trang 23

Bảng 1.2 Thành phần khí ở bể Nam Côn Sơn (% theo thể tích)

Mỏ

Thành phần

Đại Hùng (05-1a)

Lan Tây (06-1)

Lan Đỏ (06-1)

Rồng Đôi (11-2)

Hải Thạch (05-2)

Mộc Tinh (05-3)

88,5 4,3 2,4 0,6 1,4 0,3 1,9 10,0

93,9 2,3 0,5 0,1 0,2 1,6 1,2 Chưa đo

81,41 5,25 3,06 1,47 0,55 0,08 5,64 0,00

81,00 5,20 2,80 1,50 4,70 0,11 4,40 _

89,44 3,80 1,48 0,71 0,54 0,15 3,88 _

Bảng 1.3 Thành phần khí ở bể Malay – Thổ Chu (% theo thể tích)

89,65 2,74 0,40 0,17 0,05 2,14 4,38

89,42 4,26 2,38 1,12 0,32 0,34 1,88

24 ppm

b Các hợp chất phi hydrocacbon

Ngoài thành phần chính là hydrocacbon, trong khí tự nhiên và khí đồng hành còn chứa các hợp chất phi hydrocacbon như: CO2, N2, H2S, He, Ar, Ne Trong các loại khí kể trên, thường N2 chiếm phần lớn Đặc biệt, có những mỏ khí chứa He với hàm lượng khá cao như các mỏ khí tự nhiên ở Mỹ: mỏ Kandas chứa 1,28 % He, mỏ Texas chứa 0,9 % He Có những mỏ khí chứa nhiều H2S: mỏ Lag của Pháp chứa H2

với hàm lượng 5%

Người ta có thể sử dụng các mỏ khí đó làm nguồn nguyên liệu để sản xuất các khí trơ, thu hồi H2S để phục vụ cho công nghiệp

Trang 24

b Theo hàm lượng khí axit có trong khí

- Khí chua là khí có hàm lượng H2S > 1% thể tích và hàm lượng CO2 > 2 % thể tích

- Khí ngọt là khí có hàm lượng các khí axit ít: H2S < 1% thể tích và hàm lượng

CO2 < 2 % thể tích

c Theo thành phần khí C 3+

- Khí béo là khí giàu propan, butan và các hydrocacbon nặng (ρ > 150 g/m3) Từ khí này người ta chế được xăng khí (LNG), khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) và các hidrocacbon riêng biệt dùng cho công nghệ tổng hợp hữu cơ

- Khí gầy (khí khô) là khí chưa ít hydrocacbon nặng (từ propan trở lên, ρ < 50 g/m3), được sử dụng làm nhiên liệu cho công nghiệp và đời sống, làm nguyên liệu cho công nghệ tổng hợp hữu cơ, nguyên liệu cho sản xuất phân đạm, sản xuất etylen, axetylen, etanol…

Đầu tiên chuyển hóa thành khí tổng hợp (quá trình reforming hơi nước):

CH4 + O 1 2 CO + 2H2

2

Trang 25

Metanol là một trong những nguyên liệu và dung môi quan trọng trong công

nghiệp hóa học Metanol còn được coi là nguồn nhiên liệu lý tưởng vì nó có khả năng

cháy hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường, ngoài ra nó còn là một trong những

phụ gia chứa oxy rất tốt để pha vào xăng nâng cao trị số octan

Có thể tổng hợp metanol bằng cách oxy hóa không hoàn toàn metan Phản ứng

xảy ra theo cơ chế chuỗi:

CH4 CH3● + H●

CH3● + [O] CH3O●

CH3O● HCHO + H●

CH3O● + CH4 CH3OH + CH3●

Thành phần sản phẩm thu được khi oxy hóa metan có thể tham khảo ở bảng 1.4

Bảng 1.4 Thành phần sản phẩm khi oxy hóa metan

(Các điều kiện tối ưu: xúc tác V2O5/SiO2; NO: 0,3 ÷ 0,5%; He: 16,2%; CH4/O2:

2 ÷ 3%; metan: 55,6%; oxy: 33,7%; nhiệt độ: 800oK)

Độ chọn lọc sản phẩm, % * Tác nhân

phản ứng

Độ chyển hóa CH4,%

0,5 0,5 0,5 0,5

45,3 24,1 24,5 23,8

8,9 22,1 27,3 23,8

2,4 9,0 9,1 9,0

* % còn lại là các khí CO, CO2

c Oligome hóa etylen thành nhiên liệu điezen

Etylen, propylene và các olefin nhẹ dễ dàng tham gia phản ứng oligome hóa

dưới tác dụng của xúc tác mang tính axit Đặc biệt là etylen có thể chuyển hóa thành

các sản phẩm có khối lượng phân tử trong một khoảng rộng, phụ thuộc vào điều kiện

phản ứng và các phương pháp xử lý xúc tác khác nhau Chất lượng của sản phẩm

điezen thu được có thể xem ở bảng 1.5

Trang 26

Bảng 1.5 Đặc điểm của sản phẩm điezel thu được từ quá trình oligome hóa etylen

Tính chất Phân đoạn C10 trở lên Tiêu chuẩn SABS 342 Thành phần cất

_ _ _

362 max

45 min _

- 4 max 0,2 max 2,2 ÷ 5,3 _ _

Số liệu ở bảng 1.5 chỉ rõ những đặc tính tốt của điezel tổng hợp bằng phương pháp oligome hóa, đặc biệt là trị số xetan rất cao cho thấy tính ưu việt của hệ xúc tác

sử dụng

Ngoài các sản phẩm như metanol, formaldehyt, khí tổng hợp, nhiên liệu điezen… từ các khí khác nhau có thể tổng hợp được vô vàn các sản phẩm hóa học khác nhau như: các loại chất dẻo PVC, PE, sợi tổng hợp PA, PES, sơn tổng hợp, chất tẩy rửa tổng hợp có nhiều ứng dụng trong đời sống, trong công nghiệp

Trong giao thông vận tải LPG/CNG (khí tự nhiên nén) có thể thay thế các loại nhiên liệu được sử dụng trước đây là xăng, điezel cho các loại xe ô tô Nó là loại nhiên liệu sạch, ít gây ô nhiễm môi trường

Trang 27

Ngoài ra khí còn làm chất đốt lý tưởng dùng cho đun nấu trong gia đình và các dịch vụ (khách sạn, nhà hàng), khí còn dùng cho các hệ thống sưởi ấm hoặc điều hòa nhiệt độ ở những trung tâm lớn

1.1.4 Tổng quan về thị trường khí Việt Nam

1.1.4.1 Chế biến và sử dụng khí tự nhiên và khí đồng hành ở Việt Nam

Trữ lượng khí của VN đã được phát hiện khoảng 659 tỷ m3 (số liệu đã được chứng minh năm 2011) Trữ lượng khí của VN phân bố trên toàn lãnh thổ nhưng chủ yếu là ở các bể Nam Côn Sơn, Sông Hồng, Mê kông, Malay – Thổ Chu

Cho đến nay Việt Nam đang khai thác 6 mỏ dầu và 1 mỏ khí, hình thành 4 cụm khai thác dầu khí quan trọng:

● Cụm mỏ thứ nhất nằm ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, gồm nhiều mỏ khí nhỏ, trong đó có Tiền Hải – “C”, trữ lượng khoảng 250 tỷ m3 khí, đã bắt đầu khai thác từ tháng 12 năm 1981 với trên 450 triệu m3 khí phục vụ công nghiệp địa phương Với các phát hiện mới trong khu vực này, đây là cơ sở nguyên liệu cho công nghiệp khí ở các tỉnh phía Bắc

● Cụm mỏ thứ 2 thuộc vùng biển Cửu Long, gồm chuỗi 4 mỏ dầu: Bạch Hổ, Rồng, Rạng Đông, Ru Bi, là cụm quan trọng nhất hiện nay, cung cấp trên 96% sản lượng dầu toàn quốc

Hiện nay ở mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng đã có 21 giàn khai thác lớn nhỏ đang hoạt động với hơn 100 giếng khoan khai thác và bơm ép Khí đồng hành từ đó được thu gom và đưa vào bờ bằng đường ống dẫn dài 110 km

- Tháng 4 năm 1995 cung cấp 1 triệu m3 khí/ngày cho nhà máy điện Bà Rịa

- Năm 1997 tăng lên 2 triệu, rồi 3 triệu m3 khí/ngày cung cấp cho nhà máy điện Phú Mỹ 2.1 và Phú Mỹ 2.1 mở rộng

- Tháng 10 năm 1998 nhà máy xử lý khí Dinh Cố đạt mức thiết kế 4,2 triệu m3

khí / ngày

- Tháng 12 năm 1998 bắt đầu sản xuất LPG Hiện nay mỗi ngày nhà máy Dinh

Cố gom, nén, xử lý khí đạt mức 4,6 ÷ 4,7 triệu m3 khí/ngày (khoảng 1,5 tỷ m3

khí/năm) để sản xuất 800 tấn LPG, 350 tấn condensate

Đồng thời ở khu vực này cũng đã và đang nghiên cứu tăng công suất chung của

hệ thống lên trên 2 tỷ m3 khí/năm

Trang 28

● Cụm mỏ thứ 3 ở vùng biển Nam Côn Sơn gồm mỏ dầu Đại Hùng đang khai thác và các mỏ khí đã phát hiện ở khu vực xung quanh là Lan Tây, Lan Đỏ, Hải Thạch, Mộc Tinh và mỏ dầu khí Rồng Đôi Tây … đang chuẩn bị đưa vào khai thác

Riêng mỏ khí Lan Tây – Lan Đỏ với trữ lượng xác minh là 58 tỷ m3 sẽ cung cấp

ổn định lâu dài ở mức 2,7 tỷ m3 khí/năm

Trong vài năm tới đây khu vực này sẽ là cụm khai thác và cung cấp khí lớn nhất Việt Nam, đảm bảo cung cấp 5 đến 6 tỷ m3/năm

Theo PetroVietnam, trong khoảng thời gian từ năm 2003 đến năm 2010, cụm

mỏ dầu khí ở vùng biển Cửu Long và Nam Côn Sơn đã cung cấp 6 đến 8 tỷ m3

khí/năm sẽ là cơ sở nguyên liệu cho cụm công nghiệp dầu khí ở Bà Rịa – Phú Mỹ và Dung Quất

● Cụm mỏ thứ 4 tại thềm lục địa Tây Nam bao gồm mỏ Bunga Kekwa – Cái Nước đang khai thác dầu, mỏ Bunga Orkid, Bunga Parkma, Bunga Raya tại khu vực thỏa thuận thương mại Việt Nam – Malaysia sẽ là khu khai thác và cung cấp khí lớn thứ hai và sẽ là cơ sở đảm bảo sự phát triển khu công nghiệp dầu khí ở Cà Mau – Cần Thơ

- Lô PM-3-CAA đã bắt đầu khai thác từ đầu tháng 8 năm 1997 Kế hoạch phát triển khí và các điều kiện thương mại đã thỏa thuận cho phép việc khai thác khí bắt đầu từ cuối 2003 với sản lượng khoảng 2,5 tỷ m3/năm cho hai phía trong thời gian ít nhất 15 đến 17 năm, thậm chí có thể 25 đến 30 năm Vì ngoài phần trữ lượng đã xác minh là 47 tỷ m3 còn có phần tiềm năng (khoảng 60 tỷ m3) có thể được xác minh trong những năm tới

- Các lô 46, 50, 51 liền kề đã khoan 11 giếng thăm dò, trong đó có 8 giếng phát hiện dầu, đặc biệt là khí Nếu có các giải pháp thích hợp, giải quyết các khó khăn (mỏ nhỏ, nhiều CO2, …) lô 46 với trữ lượng 15 ÷ 20 tỷ m3 có thể cung cấp khoảng 1 tỷ

m3/năm

- Lô B + 48/95 + 52/97 đã giao thầu cho UNOCAL được đánh giá có thể có tới

160 tỷ m3, hy vọng đảm bảo cung cấp dài hạn 2 ÷ 5 tỷ m3/năm

Nói chung khí tự nhiên và khí đồng hành của Việt Nam chứa rất ít H2S (0,02 g/m3) nên là loại khí sạch, rất thuận lợi cho chế biến, sử dụng an toàn với thiết bị và không gây ô nhiễm môi trường

Trang 29

Với tiềm năng về khí khá phong phú như vậy, nước ta có điều kiện phát triển công nghiệp đầu khí trên toàn lãnh thổ Khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá này, trong tương lai ngành công nghiệp dầu khí sẽ là một ngành công nghiệp phát triển mạnh, đóng góp đáng kể vào sự phát triển của đất nước

1.1.4.2 Nhu cầu sử dụng khí ở Việt Nam

Ở Việt Nam khí được sử dụng chủ yếu vào các ngành: sản xuất điện, công nghiệp, nhiên liệu dân dụng, sản xuất phân bón hóa học

a Nhu cầu khí cho ngành điện

Nhu cầu về điện năng tiêu thụ là rất lớn, cứ bình quân khi thu nhập đầu người tăng 1 % thì cần tăng 2-3 % năng lượng Từ cuối thập niên 80 nhu cầu về điện tăng khoảng 12-15 %/năm và khi đường dây 500 KV Bắc Nam hình thành, nhu cầu tăng vọt lên 20%/năm, do đó hiện tại ngành điện phía Nam vẫn còn nhiều khó khăn đảm bảo đáp ứng đủ nhu cầu ngày càng tăng theo tốc độ phát triển kinh tế Việc xây dựng mới các nhà máy thủy điện còn nhiều hạn chế trong khi việc sử dụng khí thiên nhiên

làm nguồn nhiên liệu lại thể hiện nhiều ưu việt so với các nguồn nhiên liệu khác:

- Thứ nhất: sử dụng khí cho phát điện có các thuận lợi về mặt công nghệ và vận hành Về công nghệ, có thể đáp ứng được cho các tổ máy có công suất cao và về vận hành cho phép khởi động máy nhanh, vận hành đơn giản và có độ tin cậy cao

- Thứ hai: giảm chi phí đầu tư, chi phí vận hành và bảo dưỡng Trong khi đầu tư cho nhà máy điện nguyên tử là 3000 USD/KW thì công suất đầu tư cho nhà máy nhiệt điện tuabin khí chu trình hỗn hợp thấp hơn nhiều, chỉ khoảng 500 USD/KW

- Thứ ba: thời gian xây dựng cho nhà máy điện chạy khí ngắn hơn và không chiếm nhiều diện tích

- Thứ tư: hiệu suất nhiệt của nhiệt điện khí cao, đạt trên 60% trong khi hiệu suất nhiệt điện than và nhiệt điện nguyên tử chỉ đạt khoảng 40%

- Thứ năm: sử dụng khí cho phát điện giảm thiểu các chất thải gây ô nhiễm cho môi trường, một vấn đề đang rất được quan tâm trong giai đoạn hiện nay

Bảng 1.6 Nhu cầu sử dụng khí thiên nhiên (đơn vị: triệu m 3 )

Trang 30

Những tính ưu việt của sử dụng khí thiên nhiên làm giảm giá thành sản xuất điện sử dụng khí, tăng tính cạnh tranh của sử dụng khí so với các loại nhiên liệu khác

Do đó việc xây dựng các nhà máy điện tuabin chạy bằng khí là phương án khả thi cao hiện nay cho vấn đề đáp ứng nhu cầu về điện

Ngành công nghiệp chiếm hơn 50% nhu cầu về điện hiện nay và có khả năng tăng mạnh trong tương lai, trong khi đó ở các ngành khác nhu cầu vẫn tăng đều và nhu cầu điện cho dân dụng vẫn chưa đáp ứng hết Vì vậy nhu cầu sử dụng điện trong tương lai là rất lớn và chính là một đảm bảo lâu dài cho thị trường khí

b Nhu cầu khí cho công nghiệp và nông nghiệp

Ngoài nhu cầu về điện năng sử dụng cho các ngành công nghiệp và các khu công nghiệp tập trung tại thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bình Dương, Bà Rịa – Vũng Tàu Bên cạnh đó các dự án khí điện đạm tại Cà Mau đang triển khai cùng với nhà máy đạm Phú Mỹ triển khai vào tháng 2/2001 và hoàn thành vào tháng 6/2004 cũng tiêu thụ lượng khí rất lớn là 500 triệu m3/năm

c Nhu cầu khí cho nhiên liệu

Trong giai đoạn hiện nay, xu hướng chuyển đổi việc sử dụng khí thiên nhiên thay thế cho xăng, dầu trong phương tiện giao thông và các lò đốt sử dụng nhiên liệu nặng như FO hoặc than củi với mục tiêu giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nhiên liệu đang được nghiên cứu thực hiện rất khả thi dự báo cho nhu cầu sử dụng khí rất lớn

Bảng 1.7 Nhu cầu khí cho các lĩnh vực (tỉ m 3 )

Các giai đoạn Ngành

Trang 31

1.2.1 Khái niệm về LPG

Khí đồng hành hóa lỏng gọi tắt là LPG (Liquefied Petroleum Gas), có thành phần chủ yếu là Propan và Butan được nén lại cho tới khi hoá lỏng (áp suất hơi bão hoà) ở một nhiệt độ nhất định để tồn chứa, vận chuyển Ở điều kiện thường LPG tồn tại ở trạng thái hơi Khi chuyển pha, 1 đơn vị thể tích lỏng tạo ra 250 đơn vị thể tích hơi

1.2.2 Thành phần của LPG

Thành phần hoá học chủ yếu của LPG là các cấu tử C3 và C4 gồm có:

Propane (C3H8): 40 % mol Butan (C4H10): 60 % mol Ngoài ra còn chứa hàm lượng nhỏ cấu tử Etan (C2H6) và Pentan (C5H12), Trong LPG còn chứa chất tạo mùi Mecaptan (R-SH) với tỷ lệ phối trộn nhất định (nhà máy GPP hiện đang sử dụng 40 ppm) để khi rò rỉ có thể nhận biết bằng khứu giác Tất cả các cấu tử đều tồn tại ở dạng lỏng, dưới áp suất trung bình và nhiệt độ môi trường

Đối với LPG đóng chai (bình) thì tuỳ theo điều kiện môi trường sử dụng từng vùng, từng nước mà yêu cầu thành phần của các cấu tử C3, C4 khác nhau Ví dụ đối với những vùng có khí hậu lạnh, để đảm bảo khả năng hoá hơi khi sử dụng thì yêu cầu hàm lượng cấu tử C3 nhiều hơn C4, và những nước có khí hậu nóng thì ngược lại

Đối với nhu cầu công nghiệp, chất lỏng thường được hoá hơi nhờ thiết bị gia nhiệt bên ngoài hỗ trợ Thành phần của sản phẩm LPG chủ yếu vẫn là C3 và C4, nếu sản phẩm là Propan thì thành phần C4+ chiếm tối đa 2%, còn nếu sản phẩm là Butan thì thành phần C5+ chiếm tối đa là 2% Thành phầm LPG phải đảm bảo khả năng bay hơi 95% thể tích lỏng ở điều kiện nhiệt độ quy định

1.2.3 Các tính chất hoá lý của LPG

1.2.3.1 Áp suất hơi

LPG trong bình kín có thể tăng áp khi nhiệt độ tăng Khi nhiệt độ môi trường tăng lên làm cho áp suất hơi trong bồn tăng Vì vậy khi thiết kế bồn chứa cần phải trang bị van an toàn để bảo vệ bình chứa

Áp suất hơi của Propan lớn hơn Butan cho nên Butan có thể chứa trong bồn của Propan, nhưng ngược lai Propan không thể chứa trong bồn của Butan

Trang 32

Bảng 1.8 Các thông số vật lý cơ bản của LPG

Áp suất hơi tại 15oC, Bar

Tỷ trọng của hơi so với không khí (Kg/m3) 1,52 2,01

Khối lượng riêng của khí (1atm, 15,6oC), Kg/m3 1,83 2,46

Nhiệt dung riêng, Btu/lb oF

Khối lượng riêng của chất lỏng ở 15,6oC, Kg/lit 0,50,51 0,570,8

Trang 33

của LPG ở điều kiện nhiệt độ 15,6oC và áp suất 1 bar là 1,52 với Propan và 2,1 với Butan

Như vậy khi LPG rò rỉ thoát ra, do nặng hơn không khí nên nó tồn tại trên mặt đất đặc biệt là các vùng trũng Vì vậy, để đảm bảo an toàn khu vực tồn chứa phải thoáng mát

1.2.3.3 Tỷ lệ không khí khi đốt cháy LPG

Khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị LPG đòi hỏi lượng không khí lớn gấp 23 lần đối với Propan và 33 lần với Butan, đồng thời phản ứng sinh ra lượng CO2 lớn gấp

3 đến 4 lần thể tích khí đốt Điều này rất quan trọng vì có thể lường trước được khả năng thiếu O2 và bão hoà CO2 đột ngột khi đốt LPG trong bình kín

1.2.3.5 Điểm bắt lửa

Là nhiệt độ tại đó nồng độ hơi của nhiên liệu trong không khí có thể bắt lửa khi

có nguồn đốt, đối với LPG điểm bắt lửa rất thấp khoảng -76oC với n-Butan

Bảng 1.9 Nhiệt độ tự bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất khí quyển ( o C)

Trang 34

Nhiệt độ ngọn lửa của LPG và một số loại nhiên liệu khác như bảng 1.10

Bảng 1.10 Nhiệt độ ngọn lửa của một số loại nhiên liệu

2.000 2.000

1.960

1990

1.930

1900 2.325 2.045 1.925

2.850 2.850 3.200 2.980 2.800

2.740

3.150 2.660 2.720

1.2.3.6 Ẩn nhiệt hoá hơi

Ẩn nhiệt bay hơi của chất lỏng là lượng nhiệt cần thiết hấp thụ để bay hơi Khi chất lỏng LPG bay hơi nó lấy đi một lượng nhiệt của khối chất lỏng, làm cho nhiệt độ của khối chất lỏng giảm đi tạo ra sự chênh nhiệt so với môi trường xung quanh

Nhiệt độ giảm có thể tính được dựa vào nhiệt dung và nhiệt bay hơi cần thiết Nhiệt dung của Propan là 0,58 Kcal/Kg.oC, của Butan là 0,55 Kcal/Kg.oC nhiệt bay hơi của Propan là 102 Kcal/Kg và Butan là 92 Kcal/Kg

1.2.3.7 Nhiệt lượng cháy

Bảng 1.11 Nhiệt trị của LPG và một số loại nhiên liệu

STT

Nhiên liệu, năng lượng

Nhiệt lượng có ích, kcal/kg

Nhiệt lượng toàn phần,

kcal/ kg

11.080 10.930 11.530 28.800 9.880 10.250 10.400 10.500 7.900 5.800

12.030 11.830 11.950 34.000 10.500 10.900 11.100 11.300 8.050 5.850

Trang 35

Hổn hợp LPG/không khí khi cháy sinh ra nhiệt lượng lớn và tượng đối sạch không để lại tạp chất

Nhờ đặc tính này mà người ta có thể điều khiển năng lượng cho quá trình công nghệ sản xuất và các sản phẩm có chất lượng cao

1.2.3.8 Giới hạn cháy nổ

Khí nhiên liệu chỉ cháy nổ với không khí khi được pha trộn với không khí theo một tỷ lệ nhất định, khoảng cháy nổ được xác định bởi giới hạn trên và giới hạn dưới Giới hạn dưới ứng với lượng khí tối thiểu để tạo ra hổn hợp cháy nổ, giới hạn trên ứng với hổn hợp khí tối đa

Đối với LPG để đốt cháy và phát nổ nếu được trộn lẫn với không khí theo tỷ lệ LPG/không khí: 5-15 % tương đương với LPG/Oxy là: 0,25-0,75

Bảng 1.12 Giới hạn cháy nổ của LPG ở nhiệt độ 15,6 o C và áp suất 1 bar

(% thể tích)

Giới hạn trên (% thể tích)

LPG Phương pháp động cơ D-357 Phương pháp nghiên cứu D-908

Propan

Butan

99,5 89,1

111,4

94 LPG có độ nhớt rất thấp, ở 20oC độ nhớt của LPG là 0,3 cSt Do vậy, LPG có tính linh động rất cao, có thể rò rỉ, thẩm thấu ở những nơi mà nước và xăng dầu không

rò rỉ nên dễ làm hỏng dầu mỡ bôi trơn tại các vị trí làm kín không tốt

1.2.3.10 Chỉ tiêu chất lượng LPG thương phẩm

LPG hoàn toàn không gây độc cho con người, không gây ô nhiễm môi trường, khi bị rò rỉ ra ngoài môi trường kín sẽ chiếm chỗ của không khí và có thể gây ngạt

Trang 36

LPG còn là nhiên liệu rất sạch: hàm lượng lưu huỳnh thấp (< 0,02%), khi cháy chỉ tạo

ra khí CO2 và hơi nước, lượng khí độc SO2, H2S, CO của quá trình cháy là rất nhỏ, không gây ảnh hưởng tới môi trường

LPG ở thể lỏng và hơi đều không màu, không mùi Vì lý do an toàn nên LPG được pha thêm chất tạo mùi để dễ phát hiện rò rỉ Các nhà sản xuất trộn vào LPG những chất tạo mùi đặc trưng Theo đa số các tiêu chuẩn an toàn, chất tạo mùi và nồng

độ pha chế phải thích hợp sao cho có thể phát hiện được trước chỗ hơi rò đạt nồng độ bằng 1/5 giới hạn nổ dưới Khi trong không khí có khoảng 0,5% hơi LPG đã có thể ngửi thấy mùi LPG thương mại thường được pha thêm chất tạo mùi etyl mecaptan vì khí này có mùi đặc trưng, hòa tan tốt trong LPG, không độc, không gây ăn mòn kim loại và tốc độ bay hơi gần với LPG

Trang 37

- Propan thương phẩm: làm nhiên liệu cho động cơ hoạt động ở những điều kiện khắc nghiệt của môi trường (áp suất cao, nhiệt độ thấp)

- Butan thương phẩm: Sử dụng làm nhiên liệu đòi hỏi sự bay hơi trung bình

- Propan chuyên dùng: Là sản phẩm có chất lượng cao sử dụng trong các động

cơ đốt trong, đòi hỏi nhiên liệu có khả năng chống kích nổ cao

- Hỗn hợp propan – butan: sử dụng làm nhiên liệu đòi hỏi sự bay hơi trung bình Hỗn hợp propan – butan là thích hợp cho việc chế biến thành sản phẩm khí đốt gia dụng vì chúng có áp suất hơi bão hoà và nhiệt độ bay hơi thích hợp trong các điều kiện sinh hoạt cụ thể

LPG có nhiệt cháy cao mặc dù tỷ trọng butan lớn hơn tỷ trọng propan nhưng nhiệt trị tương tự nhau và nằm trong khoảng 11300 ÷ 12000 kcal/kg; tương đương nhiệt trị của 1,5 ÷ 2 kg than củi; 1,3 lít dầu mazut; 1,35 lít xăng

Với những đặc tính trên, LPG được sử dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống Một cách tương đối có thể phân chia các ứng dụng của LPG như sau:

- Sử dụng LPG trong dân dụng: nhiên liệu cho các bếp ga, lò nướng thay thế điện trong các bình đun nước nóng trong gia đình, trong các hệ thống sưởi ấm nhà ở, chiếu sáng, giặt là…

- Sử dụng LPG trong các nhà hàng: sử dụng trong các bếp công nghiệp, lò nướng, đun nước nóng…, cho các lò nướng công nghiệp với công suất lớn, cho các bình nước nóng trung tâm (cung cấp nước nóng cho hệ thống)

- LPG được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành công nghiệp: gia công kim loại, hàn cắt thép, nấu và gia công thủy tinh, lò nung sản phẩm silicat Khử trùng đồ hộp, lò đốt rác, sấy màng sơn

- Sử dụng LPG trong nông nghiệp: sử dụng để sấy nông sản, ngũ cốc, thuốc lá, sấy chè, sấy cà phê, lò ấp trứng, đốt cỏ, sưởi ấm nhà kính…

- Sử dụng LPG trong giao thông: là nhiên liệu lý tưởng thay thế cho động cơ đốt trong vì trị số octan cao, giá thành rẻ, ít gây ô nhiễm môi trường, đơn giản hóa cấu tạo động cơ Nó làm giảm đáng kể sự thoát khí ở xe tải, làm nhiên liệu đốt trong thay xăng cho các xe du lịch, xe taxi Ở một số nước tiên tiến dùng LPG hoá lỏng thay xăng pha chế vừa hạn chế độc hại trong sử dụng đối với con người, vừa kinh tế

- LPG được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ và hoá dầu như: sử dụng trong công nghệ tinh chế và sản xuất dầu nhờn, n-butan thêm vào để tăng

Trang 38

tính bay hơi và chỉ số octan của nhiên liệu Một trong những ứng dụng quan trọng khác của LPG là sử dụng làm nguyên liệu hoá học để tạo ra những polyme trung gian như: polyetylen, polyvinyl clorua, polypropylen và một số chất khác Đặc biệt để sản xuất MTBE là chất làm tăng trị số octan thay thế cho hợp chất pha chì trong xăng đã phát triển trong một vài năm gần đây

- Sử dụng cho nhà máy phát điện: dùng LPG chạy các tuabin để sản xuất ra điện phục vụ cho các ngành công nghiệp khác đem lại hiệu quả kinh tế cao và vốn đầu tư xây dựng ban đầu đối với công nghệ này là thấp hơn so với công nghiệp thuỷ điện và nhiệt điện

1.2.5 So sánh tính năng của LPG với các loại nhiên liệu khác

Sản lượng khí dầu mỏ hóa lỏng trên thế giới đạt 130 triệu tấn trong năm 1995

và trong năm 2000 con số này tăng lên đến trên 200 triệu tấn Khí dầu mỏ hóa lỏng đã được phát triển và thương mại hóa từ những năm 1950 Trước đây, chúng được dùng chủ yếu cho công nghiệp và sinh nhiệt gia dụng Việc nghiên cứu sử dụng LPG trên phương tiện giao thông vận tải mới được tiến hành trong những thập niên gần đây Để góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường không khí, một số nước đã áp dụng chính sách thuế đặc biệt để khuyến khích người dân sử dụng khí LPG chẳng hạn như Hà Lan, Ý, Hàn Quốc…Hình bên dưới giới thiệu tỉ lệ ôtô sử dụng LPG tại một số quốc gia trên thế giới

Hình 1.1 Tỷ lệ ôtô sử dụng LPG tại một số nước trên thế giới

Quá trình cháy của LPG diễn ra thuận lợi hơn nhiều so với xăng do hỗn hợp được hòa trộn tốt Mặt khác LPG ở thể khí trong điều kiện khí trời nên không có lớp

Trang 39

nhiên liệu lỏng ngưng tụ trên thành xy lanh hay thành đường ống nạp do đó giảm thành phần các chất khí chưa cháy trong khí thải động cơ Thực nghiệm cho thấy ôtô chạy bằng LPG dễ dàng thỏa mãn những tiêu chuẩn khắt khe nhất của luật môi trường hiện nay Trong điều kiện hoạt động bình thường, ôtô chạy bằng LPG có mức độ phát

ô nhiễm giảm 80% đối với CO, 55% đối với NOx so với động cơ xăng cùng cỡ Ngoài

ra sử dụng nhiên liệu LPG cũng góp phần làm đa dạng hóa nguồn năng lượng sử dụng cho giao thông vận tải

Do LPG có các đặc tính kỹ thuật như có tính chống kích nổ cao, không có chì (khi so với xăng pha chì) nên sản phẩm cháy không có muội than, không có hiện tượng đóng màng nên động cơ làm việc với LPG ít gây kích nổ hơn, ít gây mài mòn xy lanh, piston, segment, và các chi tiết kim loại khác trong động cơ

Hình 1.2 Biểu đồ so sánh khí thải của các xe chạy bằng xăng, diesel và LPG

1.2.6 Thị trường LPG Việt Nam

Trang 40

LPG của nhà máy Dinh Cố đã được Quatest 3 cấp chứng nhận phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế ASTM D 1835-03

Hình 1.3 Nhà máy xử lý khí Dinh Cố

Kể từ năm 2009, thị trường LPG Việt Nam có thêm nguồn cung LPG mới từ nhà máy lọc dầu Dung Quất Từ tháng 7/2009, nhà máy lọc dầu Dung Quất đã chính thức cung cấp LPG cho thị trường với sản lượng khoảng 130000 tấn (năm 2009), các năm tiếp theo sẽ cung ứng cho thị trường khoảng 300000 đến 450000 tấn/năm

Sản lượng LPG sản xuất nội địa trong năm 2011đạt 1.250.000 tấn Trong giai đoạn 2012 – 2015, Tổng Công ty Khí Việt Nam – CTCP – PV GAS có mục tiêu giữ vững thị phần LPG trong nước trên 70%; Hàng năm, Việt Nam vẫn phải nhập khẩu thêm LPG từ các quốc gia lân cận như Thái Lan, Malaysia, Singapore, Đài Loan, Trung Quốc Tuy nhiên trong những năm gần đây, nguồn cung LPG cho thị trường Việt Nam từ các nước trong khu vực Đông Nam Á ngày càng trở nên khan hiếm và không ổn định Dự kiến trong tương lai, nguồn cung LPG nhập khẩu cho thị trường Việt Nam sẽ chủ yếu từ các nước thuộc khu vực Trung Đông

Cả nước hiện có khoảng 80 doanh nghiệp tham gia thị trường kinh doanh LPG,

bán ra khoảng một triệu tấn gas/năm

1.2.6.2 Nhu cầu LPG

Miền Nam vẫn được xem là thị trường lớn nhất và có nhu cầu tiêu thụ cao nhất, chiếm khoảng 66% nhu cầu LPG của cả nước, miền Bắc và miền Trung chiếm khoảng 30% và 4%

Tiêu đề	Thiết kế bồn chứa LPG dung tích chứa 800 m3
Tác giả	Trần Mạnh Hùng
Người hướng dẫn	ThS. Võ Thanh Tiền
Trường học	Trường Đại Học Bà Rịa-Vũng Tàu
Chuyên ngành	Công nghệ kỹ thuật hóa học
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2012
Thành phố	Bà Rịa – Vũng Tàu

Định dạng
Số trang	97
Dung lượng	2,59 MB