Đang tải... (xem toàn văn)
Tất cả các quá trình chuyển hóa thành nhiên liệu lỏng (GTL) ngày nay đều bắt đầu từ phát minh của các nhà khóa học Đức Franz Fischer và Hans Tropsch năm 1923. Tuy nhiên việc áp dụng phát minh này để tạo ra một quá trình có tính kinh tế khác nhau rất nhiều. Trong thế kỉ 21, công nghệ chuyển hóa khí thành nhiên liệu lỏng vẫn là một trong các chủ đề được quan tâm nhiều nhất trong nền công nghiệp năng lượng vì nó cho phép sử dụng nguồn khí từ các mỏ khí khó phát triển và ít có khả năng thương mại, hoặc những mỏ khí xa với trục đường ống vận chuyển mà nếu phát triển sẽ đẩy giá thành vận chuyển vượt quá mức cho phép hoặc rủi ro cao,… Một vài dự báo cho rằng khoảng một nửa mỏ khí thiên nhiên của thế giới có thể không có thị trường trong tương lai gần do các mỏ này có vị trí không thuận lợi, xa thị trường hoặc quá nhỏ. Khí thiên nhiên được sử dụng trong các lĩnh vực: sản xuất năng lượng – đốt trực tiếp để sản xuất điện, sử dụng trong các cơ sở công nghiệp hoặc dân dụng; chuyển thành dạng lỏng cho các mục đích khác nhau. Chuyển khí thành dạng lỏng sử dụng qui trình biến đổi vật lý: nén và làm lạnh – quá trình nén khí dưới áp suất cao và làm lạnh để hóa lỏng khí. Khí hóa lỏng được hóa khí trở lại khi sử dụng hoặc biến đổi hóa học: chuyển hóa hóa học trong đó các phân tử khí biến đổi hóa học và kết hợp tạo thành dạng lỏng bền vững sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu vận tải hoặc làm nguồn nguyên liệu cho công nghiệp hóa học. Tính cấp thiết của đề tài: Trong hơn 10 năm qua, ngành công nghiệp khí Việt Nam đã phát triển một cách nhanh chóng, quy mô của ngành ngày càng được nâng cao, đóng góp một phần không nhỏ đến tổng thu ngân sách nhà nước, thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước và góp phần đảm bảo an ninh năng lượng cho toàn Việt Nam. Xuất phát từ chiến lược phát triển toàn ngành dầu khí, báo cáo trữ lượng và tiềm năng dầu khí, chiến lược phát triển công nghiệp khí đã xác định rõ 4 khu công nghiệp sử dụng khí thiên nhiên cần đầu tư xây dựng đó là: Khu vực Đông Nam Bộ (Bà RịaVũng Tàu Đồng Nai Thành phố Hồ Chí Minh) công suất 10 18 tỷ m 3năm (20002015); Khu vực Tây Nam Bộ (Cà Mau, Kiên Giang, Cần Thơ) công suất 5 9 tỷ m3năm (20062015);
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “Nghiên cứu tổng quan công nghệ chuyển hóa khí thiên nhiên thành nhiên liệu lỏng và khả năng áp dụng cho khí thiên nhiên Việt Nam, sử dụng hysys mô phỏng công nghệ GTL.” Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53 – Hà Nội Hà Nội, 06/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “Nghiên cứu tổng quan công nghệ chuyển hóa khí thiên nhiên thành nhiên liệu lỏng và khả năng áp dụng cho khí thiên nhiên Việt Nam, sử dụng hysys mô phỏng công nghệ GTL.” Hướng dẫn 1 Trưởng phòng CNKD Hồ Khải Hoàn Giáo viên hướng dẫn 2 TS. Nguyễn Anh Dũng Giáo viên phản biện Hà Nội, 06/2013 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin gửi đến thầy Nguyễn Anh Dũng lời cảm ơn chân thành nhất. Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, thầy đã quan tâm sâu sắc, tận tình hướng dẫn, gợi ý, chỉnh sửa và bổ sung nhiều kiến thức để tôi có thể hoàn thành “Đồ án tốt nghiệp” của mình. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Lọc – Hóa dầu, đã cho tôi nền tảng kiến thức cơ bản và đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian thực hiện đề tài. Và đặc biệt tôi muốn gửi lời cám ơn chân thành tới thầy Đoàn Văn Huấn và thầy Phạm Trung Kiên, cám ơn các thầy đã cho tôi những lời khuyên rất kịp thời, giúp tôi có định hướng trong quá trình mô phỏng. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến anh Hồ Khải Hoàn, Trưởng phòng Công nghệ khí điện, anh Trần Mai Khôi, phó phòng Công nghệ khí điện cùng các anh chị trong phòng Công nghệ khí điện, Trung tâm ứng dụng và chuyển giao công nghệ, Viện dầu khí Việt Nam đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực tập ở Viện. Lời cám ơn cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn tới những người thân trong gia đình và bạn bè đã thường xuyên động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án. Mặc dù tôi đã nỗ lực trong việc nghiên cứu, tham khảo nhiều tài liệu và tổng hợp các kiến thức đã học để có thể hoàn thành tốt nhất đề tài nghiên cứu này, tuy nhiên vẫn khó tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong quý thầy cô, anh chị, bạn bè đóng góp những ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn thiện hơn đề tài. Cuối cùng, tôi xin gửi lời chúc sức khỏe, thành đạt đến tất cả các thầy cô trường Đại học Mỏ - Địa chất; các anh, các chị phòng Công nghệ khí điện; cùng gia đình và các bạn của tôi! Hà Nội, Tháng 06/2013 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Duyên Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN MỎ KHÍ VIỆT NAM 5 1.1. Đặc điểm và thành phần của khí thiên nhiên 5 1.1.1. Đặc điểm 5 1.1.2. Thành phần của khí thiên nhiên 5 1.1.3. Phân loại khí thiên nhiên 5 1.2. Tiềm năng và sản lượng khí Việt Nam 7 1.2.1. Trữ lượng tiềm năng 7 1.2.2. Sản lượng khí Việt Nam 9 CHƯƠNG 2 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP CHUYỂN HÓA KHÍ THIÊN NHIÊN THÀNH NHIÊN LIỆU LỎNG (GTL) 12 2.1. Khái niệm về GTL 12 2.2. Lịch sử phát triển công nghệ GTL 12 2.3. Các bước cơ bản của công nghệ GTL 13 2.3.1. Xử lý khí tự nhiên 13 2.3.2. Sản xuất khí tổng hợp 14 2.3.3. Quá trình F – T 14 2.3.4. Nâng cấp sản phẩm của quá trình F-T 15 2.4. Các phương pháp chuyển hóa 15 2.4.1. Chuyển hóa trực tiếp metan thành hydrocacbon 15 2.4.2. Chuyển hoá gián tiếp 16 2.5. Xúc tác của quá trình 21 2.5.1. Tổng quan về xúc tác FTS 21 2.5.2. Các loại xúc tác 21 2.6. Thiết bị phản ứng Fischer – Tropsch 24 2.6.1. Thiết bị phản ứng xúc tác tầng cố định 24 2.6.2. Thiết bị phản ứng xúc tác tầng sôi hoàn lưu 25 Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53 2.6.3. Thiết bị phản ứng xúc tác dạng huyền phù (Slurry Reactor) 25 2.7. Sản phẩm của công nghệ GTL 26 2.8. Nhà máy GTL 29 2.9. Các dự án GTL đang triển khai trên thế giới 29 2.9.1. Các nhà máy GTL công suất lớn 29 2.9.2. Các nhà máy GTL công suất trung bình 29 2.9.3. Nhà máy GTL công suất nhỏ 30 2.9.4. Các nhà máy GTL ngoài khơi 31 2.10. Chi phí đầu tư, chi phí sản xuất 32 2.10.1. Chi phí đầu tư 32 2.10.2. Chi phí sản xuất 33 CHƯƠNG 3 - GIỚI THIỆU CÁC HÃNG CÔNG NGHỆ GTL 34 3.1. Công nghệ SASOLCHEVRON 34 3.1.1. Mô tả công nghệ 34 3.1.2. Nguyên liệu và sản phẩm 35 3.1.3. Công suất 35 3.1.4. Chi phí đầu tư 35 3.1.5. Ưu, nhược điểm của công nghệ 35 3.2. Công nghệ SHELL 35 3.2.1. Mô tả công nghệ 35 3.2.2. Nguyên liệu và sản phẩm 37 3.2.3. Công suất 37 3.2.4. Chi phí đầu tư 37 3.2.5. Ưu, nhược điểm của công nghệ 37 3.3. Công nghệ EXXONMOBIL 37 3.3.1. Mô tả công nghệ 37 3.3.2. Nguyên liệu và sản phẩm 38 3.3.3. Công suất 38 3.3.4. Chi phí đầu tư 38 Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53 3.3.5. Ưu, nhược điểm của công nghệ 38 3.4. Công nghệ CONOCO 38 3.4.1. Mô tả công nghệ 38 3.4.2. Nguyên liệu và sản phẩm 39 3.4.3. Công suất 39 3.4.4. Chi phí đầu tư, vận hành 39 3.4.5. Ưu, nhược điểm của công nghệ 39 3.5. Công nghệ SYNTROLEUM 39 3.5.1. Mô tả công nghệ 39 3.5.2. Nguyên liệu và sản phẩm 40 3.5.3. Công suất 40 3.5.4. Chi phí đầu tư 40 3.5.5. Ưu, nhược điểm của công nghệ 40 3.6. Công nghệ RENTECH 41 3.6.1. Mô tả công nghệ 41 3.6.2. Nguyên liệu và sản phẩm 41 3.6.3. Công suất 41 3.6.4. Chi phí đầu tư 42 3.6.5. Ưu, nhược điểm của công nghệ 42 3.7. Công nghệ SYNERGY 42 3.7.1. Mô tả công nghệ 42 3.7.2. Nguyên liệu và sản phẩm 43 3.7.3. Công suất 43 3.7.4. Chi phí đầu tư 43 3.7.5. Ưu, nhược điểm của công nghệ 43 3.8. Công nghệ SYNFUELS 43 3.8.1. Mô tả công nghệ 43 3.8.2. Nguyên liệu và sản phẩm 44 3.8.3. Công suất 44 Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53 3.8.4. Chi phí sản xuất 44 3.8.5. Ưu, nhược điểm của công nghệ 44 3.9. Công nghệ JNOC (Japan JOGMEC) 45 3.9.1. Mô tả công nghệ 45 3.9.2. Nguyên liệu và sản phẩm 45 3.9.3. Công suất 46 3.9.4. Chi phí đầu tư 46 3.9.5. Ưu, nhược điểm của công nghệ 46 3.10. Bảng tổng hợp 47 3.11. Đánh giá các công nghệ 50 3.11.1. Cơ cấu sản phẩm 50 3.11.2. Hiệu suất của công nghệ 50 3.11.3. Chi phí đầu tư 51 3.11.4. Chi phí vận hành 51 3.11.5. Khả năng áp dụng cho khí Việt Nam có hàm lượng CO 2 cao 51 3.11.6. Khả năng phù hợp giữa qui mô công suất và trữ lượng khí 52 CHƯƠNG 4 - ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ GTL TẠI VIỆT NAM 54 4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến dự án xây dựng nhà máy GTL 54 4.2. Áp dụng công nghệ GTL ở Việt Nam 54 4.2.1. Giá khí tự nhiên 54 4.2.2. Công nghệ sử dụng 54 4.2.3. Địa điểm xây dựng nhà máy GTL 55 4.2.4. Nguyên liệu và công suất nhà máy 56 4.2.5. Tác động môi trường của dự án GTL 56 4.3. Phân tích đánh giá thị trường tiêu thụ sản phẩm GTL 58 4.3.1. Thị trường xăng 58 4.3.1.1. Nhu cầu tiêu thụ 58 4.3.1.2. Khả năng cung cấp 59 Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53 4.3.1.3. Cân bằng cung – cầu 60 4.3.2. Thị trường DO 61 4.3.2.1. Nhu cầu tiêu thụ 61 4.3.2.2. Khả năng cung cấp 62 4.3.2.3. Cân bằng cung – cầu 62 4.3.3. Thị trường Jet A1/KO 63 4.3.3.1. Nhu cầu tiêu thụ 63 4.3.3.2. Khả năng cung cấp 63 4.3.3.3. Cân bằng cung – cầu 65 4.3.4. Kết luận về thị trường sản xuất và tiêu thụ sản phẩm 65 CHƯƠNG 5 - MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SASOL TRÊN HYSYS 66 5.1. Các thông số của quá trình 66 5.2. Kết quả mô phỏng 75 5.2.1. Naphta 76 5.2.2. Diesel và Parafin’s 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Số hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1 Hình 1.1 Vị trí địa lý của các bể dầu khí 8 2 Hình 2.1 Các bước cơ bản trong công nghệ GTL 13 3 Hình 2.2 Phân xưởng sản xuất khí tổng hợp 14 4 Hình 2.3 Quá trình nâng cấp các sản phẩm GTL 15 5 Hình 2.4 Chế biến của công nghệ Synfuel GTL 16 6 Hình 2.5 Công nghệ GTL chuyển hóa gián tiếp có giai đoạn tổng hợp Fischer – Tropsch 16 7 Hình 2.6 Công nghệ GTL có sử dụng phương pháp reforming hơi nước của Rentech 17 8 Hình 2.7 Sơ đồ phân xưởng sản xuất khí tổng hợp - phương pháp oxi hóa một phần 18 9 Hình 2.8 Sơ đồ phân xưởng reforming nhiệt 19 10 Hình 2.9 Công nghệ GTL có sử dụng quá trình ATR, dùng không khí của Syntroleum 19 11 Hình 2.10 Công nghệ GTL sử dụng phương pháp Plasma của TCC – Thermal Conversion 20 12 Hình 2.11 Phân bố sản phẩm trên xúc tác Fe ở 30 bars, 280 0 C 22 13 Hình 2.12 Phân bố sản phẩm trên xúc tác Co ở 30 bars, 240 0 C 23 Đồ án tốt nghiệp Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53 14 Hình 2.13 Quy trình Fischer – Tropsch sử dụng thiết bị phản ứng tầng cố định dạng ống 24 15 Hình 2.14 Quy trình Fischer – Tropsch sử dụng thiết bị phản ứng xúc tác tầng sôi 25 16 Hình 2.15 Quy trình Fischer – Tropsch sử dụng thiết bị phản ứng dạng huyền phù 26 17 Hình 2.16 Sản phẩm GTL 26 18 Hình 2.17 Hệ thống sản xuất GTL quy mô nhỏ của Alchem 30 19 Hình 2.18 Các nhà máy GTL ngoài khơi 31 20 Hình 2.19 Một số nhà máy lớn sử dụng công nghệ GTL đang vận hành hoặc đang được xây dựng 32 21 Hình 2.20 Cơ cấu chi phí đầu tư 33 22 Hình 2.21 Chi phí sản xuất trung bình 33 23 Hình 3.1 Quá trình GTL 34 24 Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ Sasol Slurry Phase Distillate của SasolChevron 34 25 Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ Shell Middle Distillate Synthesis (SMDS) 35 26 Hình 3.4 Sơ đồ công nghệ GTL của Exxonmobil 37 27 Hình 3.5 Sơ đồ công nghệ của Conoco 38 28 Hình 3.6 Công nghệ GTL của Syntroleum 39 [...]... nghiên cứu tổng quan công nghệ chuyển hóa khí thiên nhiên thành nhiên liệu lỏng và đánh giá khả năng áp dụng cho khí thiên nhiên Việt Nam, đồng thời sử dụng hysys để mô phỏng một trong các công nghệ GTL trên thế giới và có khả năng áp dụng được tại Việt Nam Đề tài đồ án gồm 05 chương: Chương 1: Tổng quan khí Việt Nam Chương 2: Tổng quan về công nghệ chuyển hóa khí thiên nhiên thành nhiên liệu lỏng Chương... tầng sẵn có trong việc vận chuyển, tàng trữ và sử dụng nhiên liệu (các nhiên liệu lỏng tương tự các sản phẩm dầu mỏ) Mục tiêu nghiên cứu: - Tìm hiểu và nghiên cứu tổng quan về công nghệ chuyển hóa khí thiên nhiên thành nhiên liệu lỏng; - Đánh giá khả năng áp dụng cho khí thiên nhiên ở Việt Nam Với mục tiêu nghiên cứu là tổng quan khả năng ứng dụng công nghệ GTL (sản xuất nhiên liệu) tại Việt Nam nhằm... Lọc hóa dầu A – K53 11 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP CHUYỂN HÓA KHÍ THIÊN NHIÊN THÀNH NHIÊN LIỆU LỎNG (GTL) 2.1 Khái niệm về GTL GTL là cụm từ viết tắt của từ Gas-To-Liquid và là công nghệ lọc hóa dầu được áp dụng để chuyển hóa khí tự nhiên thành các sản phẩm lỏng như naphta, dầu hỏa và diesel bằng các phản ứng hóa học Hiểu đơn giản, quá trình GTL phân chia phân tử khí tự nhiên. .. trường hoặc quá nhỏ Khí thiên nhiên được sử dụng trong các lĩnh vực: sản xuất năng lượng – đốt trực tiếp để sản xuất điện, sử dụng trong các cơ sở công nghiệp hoặc dân dụng; chuyển thành dạng lỏng cho các mục đích khác nhau Chuyển khí thành dạng lỏng sử dụng qui trình biến đổi vật lý: nén và làm lạnh – quá trình nén khí dưới áp suất cao và làm lạnh để hóa lỏng khí Khí hóa lỏng được hóa khí trở lại khi... Lọc hóa dầu A – K53 Đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU Tất cả các quá trình chuyển hóa thành nhiên liệu lỏng (GTL) ngày nay đều bắt đầu từ phát minh của các nhà khóa học Đức Franz Fischer và Hans Tropsch năm 1923 Tuy nhiên việc áp dụng phát minh này để tạo ra một quá trình có tính kinh tế khác nhau rất nhiều Trong thế kỉ 21, công nghệ chuyển hóa khí thành nhiên liệu lỏng vẫn là một trong các chủ đề được quan. .. hơn Công ty tiên phong theo phương pháp chuyển hóa trực tiếp này là Synfuel International với quy trình như hình 2.1 Synfuel cho rằng chi phí đầu tư có thể giảm 1/3 so với công nghệ GTL khác Khí thiên nhiên Phản ứng nối oxi hóa H2, C2H2 C2H4 Phản ứng oligome Nhiên liệu lỏng Hình 2.4: Chế biến của công nghệ Synfuel GTL 2.4.2 Chuyển hoá gián tiếp Công nghệ GTL chuyển hóa gián tiếp gồm các bước: - Chuyển. .. tách các sản phẩm Khí còn lại Khí thiên nhiên Sản xuất khí H2+CO Tổng hợp Fischer- tropsch tổng hợp Nước, hợp chất oxi Cải thiện, tách sản phẩm Hydrocacbon Hình 2.5: Công nghệ GTL chuyển hóa gián tiếp có giai đoạn tổng hợp Fischer – Tropsch Công nghệ này không những có thể sử dụng nguyên liệu thiên nhiên mà còn chuyển hóa các nguyên liệu khác như: than đá, bitum, cặn chưng cất dầu thô, khí đuốc trong... Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53 3 Đồ án tốt nghiệp Từ khí thiên nhiên qua quá trình reforming, oxi hóa một phần hoặc Plasma tạo ra khí tổng hợp Khí tổng hợp bằng chuyển hóa Fischer – Tropsch cho ra các sản phẩm từ khí metan đến butan, xăng, diesel, dầu nặng, sáp, các chất oxi hóa Hiệu suất sản phẩm tùy thuộc rất nhiều vào các công nghệ áp dụng, các điều kiện vận hành, xúc tác Các nhiên liệu (khí, xăng,... nước CO, H2 -(CH2)-, nước Nhiên liệu lỏng Hình 2.1: Các bước cơ bản trong công nghệ GTL Các bước cơ bản của công nghệ GTL gồm có: Xử lý khí thiên nhiên; Sản xuất khí tổng hợp; Quá trình F – T; Nâng cấp sản phẩm 2.3.1 Xử lý khí thiên nhiên - Xử lý khí thiên nhiên nhằm loại bỏ nước và các tạp chất bằng cách tách và làm sạch không khí Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53 13 Đồ án... đổi hóa học: chuyển hóa hóa học trong đó các phân tử khí biến đổi hóa học và kết hợp tạo thành dạng lỏng bền vững sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu vận tải hoặc làm nguồn nguyên liệu cho công nghiệp hóa học Tính cấp thiết của đề tài: Trong hơn 10 năm qua, ngành công nghiệp khí Việt Nam đã phát triển một cách nhanh chóng, quy mô của ngành ngày càng được nâng cao, đóng góp một phần không nhỏ đến tổng . gồm 05 chương: Chương 1: Tổng quan khí Việt Nam. Chương 2: Tổng quan về công nghệ chuyển hóa khí thiên nhiên thành nhiên liệu lỏng. Chương 3: Giới thiệu các hãng công nghệ GTL. Chương 4: Đánh. Đề tài: “Nghiên cứu tổng quan công nghệ chuyển hóa khí thiên nhiên thành nhiên liệu lỏng và khả năng áp dụng cho khí thiên nhiên Việt Nam, sử dụng hysys mô phỏng công nghệ GTL.” Sinh. vận chuyển, tàng trữ và sử dụng nhiên liệu (các nhiên liệu lỏng tương tự các sản phẩm dầu mỏ). Mục tiêu nghiên cứu: - Tìm hiểu và nghiên cứu tổng quan về công nghệ chuyển hóa khí thiên nhiên