NC tổng quan công nghệ chuyển hóa khí tự nhiên thành nhiên liệu lỏng

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
Đồ án tốt nghiệp
Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53

29
Hình 3.7
Công nghệ GTL sử dụng quá trình Fischer –
Tropsch của Rentech
41
30
Hình 3.8
Công nghệ GTL của Synergy
42
31
Hình 3.9
Công nghệ GTL của Synfuels
43
32
Hình 3.10
Công nghệ GTL của JNOC
45
33
Hình 4.1
Nhu cầu tiêu thụ xăng tại Việt Nam giai đoạn

2001– 2010
58
34
Hình 4.2
Khả năng sản xuất xăng của Việt Nam giai đoạn
2001 – 2010
59
35
Hình 4.3
Khả năng sản xuất xăng của Việt Nam giai đoạn
2011 – 2025
60
36
Hình 4.4
Cân bằng cung cầu xăng của Việt Nam giai đoạn
2011 – 2025
60
37
Hình 4.5
Nhu cầu tiêu thụ DO của Việt Nam giai đoạn 2001
– 2010
61
38
Hình 4.6
Khả năng sản xuất DO của Việt Nam giai đoạn
2011 – 2025
62
39
Hình 4.7
Cân bằng cung cầu xăng của Việt Nam giai đoạn

2011 – 2025
62
40
Hình 4.8
Nhu cầu tiêu thụ Jet A1/KO của Việt Nam giai
đoạn 2001 – 2010
63
41
Hình 4.9
Khả năng sản xuất Jet A1/KO của Việt Nam giai
đoạn 2001 – 2010
64
Đồ án tốt nghiệp
Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53

42
Hình 4.10
Khả năng sản xuất Jet A1/KO của Việt Nam giai
đoạn 2011 – 2025
64
43
Hình 4.11
Cân bằng cung cầu Jet A1/KO của Việt Nam giai
đoạn 2011 – 2025
65
44
Hình 5.1
Sơ đồ công nghệ Sasol
66

Đồ án tốt nghiệp
Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
STT
Số bảng
Tên bảng
Trang
1
Bảng 1.1
Sản lượng khí, metan từ các bể dầu khí
9
2
Bảng 1.2
Sản lượng khí bể Cửu Long giai đoạn 2005 – 2025
9
3
Bảng 1.3
Sản lượng khí bể Nam Côn Sơn
10
4
Bảng 1.4
Sản lượng khí bể Malay – Thổ Chu
10
5
Bảng 2.1
So sánh giữa xúc tác sắt và coban
23
6
Bảng 2.2

Đặc tính của các sản phẩm GTL phân đoạn nhẹ và
trung bình
27
7
Bảng 2.3
Chất lượng của các sản phẩm GTL
28
8
Bảng 2.4
Các ứng dụng khác nhau của các sản phẩm GTL
28
9
Bảng 3.1
Sản phẩm của quá trình
36
10
Bảng 3.2
Chi phí sản xuất cho công nghệ Syntroleum
40
11
Bảng 3.3
Cơ cấu sản phẩm quá trình Fischer – Tropsch
41
12
Bảng 3.4
Chi phí đầu tư cho công nghệ GTL của Synfuels
44
13
Bảng 3.5
Các nét chính của các công nghệ

47
14
Bảng 3.6
Cơ cấu sản phẩm
49
15
Bảng 3.7
Đánh giá công nghệ theo cơ cấu sản phẩm
50
Đồ án tốt nghiệp
Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53

16
Bảng 3.8
Đánh giá công nghệ theo hiệu suất
50
17
Bảng 3.9
Đánh giá công nghệ theo chi phí đầu tư
51
18
Bảng 3.10
Đánh giá công nghệ theo chi phí vận hành
51
19
Bảng 3.11
Đánh giá công nghệ theo khả năng áp dụng cho khí
Việt Nam
51
20

Bảng 3.12
Đánh giá công nghệ theo qui mô công suất và trữ
lượng khí
52
21
Bảng 4.1
So sánh các tính chất của diesel GTL với diesel
thông thường tại Việt Nam
57
22
Bảng 4.2

So sánh các tính chất của dầu hỏa GTL với dầu hỏa
thông thường tại Việt Nam
57
Đồ án tốt nghiệp
Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
GTL
Gas to Liquid - Chuyển hóa khí thiên nhiên thành nhiên liệu lỏng
DME
Dimetyl Ete
LAB
Linear Alkyl Benzen
FT
Fischer Tropsch
SR
Steam Reforming - Quá trình reforming hơi nước
POX

Patial Oxidation - Quá trình oxi hóa một phần
ATR
Auto Themal Reforming - Quá trình reforming tự cấp nhiệt
SSPD
Công nghệ Sasol Slurry Phase Distillate
SSP
Sasol Slurry Phase - Thiết bị phản ứng pha huyền phù của Sasol
SGP
Shell Gasification Process - Quá trình sản xuất khí tổng hợp
HPS
Heavy Parafin Synthesic - Tổng hợp các parafin nặng
HPC
Heavy Parafin Conversion - Chuyển hóa các parafin nặng
HGU
Hydrogenation Unit - Phân xưởng hydro hóa
FBSG
Fluid Beg Syngas Generation - Tạo khí tổng hợp xúc tác tầng sôi
HCS
Hydrocacbon Synthesis - Tổng hợp hydrocacbon
HGO
Hydrogenation Unit - Phân xưởng hydro hóa
AGC – 21
Công nghệ Advanced Gas Conversion for the 21 Century
JOGMEC
Japan Oil, Gas and Metals National Corporation
DO
Diesel oil
FO
Fuel oil
Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53
1
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 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 Rịa-Vũng Tàu - Đồng Nai - Thành phố Hồ Chí
Minh) công suất 10  18 tỷ m
3
/năm (2000-2015);
- Khu vực Tây Nam Bộ (Cà Mau, Kiên Giang, Cần Thơ) công suất 5  9 tỷ
m
3
/năm (2006-2015);
- Khu vực Đồng bằng Bắc Bộ (Thái Bình, 2010-2015) công suất 1  2 tỷ m
3
/năm;
Đồ án tốt nghiệp
Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53
2
- Khu vực miền Trung (2010-2015) công suất 1  2 tỷ m
3
/năm.
Trên cơ sở chiến lược phát triển của Tập đoàn dầu khí quốc gia VN và nhu cầu
sử dụng các sản phẩm khí, các bể dầu và khí trong thềm lục địa của Việt Nam đang
được khai thác tối đa để đảm bảo cung cấp đủ khí cho các hộ tiêu thụ tiềm năng
(điện, đạm) trong nước. Bên cạnh việc nâng cao công suất của các nhà máy chế biến
khí hiện hữu và xây thêm các nhà máy mới, việc thăm dò, khai thác các nguồn khí
mới, chế biến khí theo hướng đa dạng hóa sản phẩm, gia tăng giá trị khí, thu hồi tối
đa sản phẩm lỏng: LPG, condensate, đầu tư phát triển, chế biến sâu, đa dạng hóa sản
phẩm: CNG, DME, Ethylene, Methanol,…cũng đóng vai trò quan trọng với ngành
dầu khí Việt Nam.
Bối cảnh hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam, giá dầu thô ngày càng leo
thang cùng với nguy cơ cạn kiệt của nguồn năng lượng hoá thạch này sắp cận kề,
gây ra những quan ngại to lớn về an ninh năng lượng. Điều này đặt ra cho mỗi quốc
gia phải có những toán tính chiến lược của riêng mình.

Chính vì vậy, việc chuyển hóa nguồn khí thiên nhiên này thành nhiên liệu lỏng
(GTL) bằng cách sử dụng công nghệ Fischer-Tropsch. Với công nghệ này, người ta
cũng có thể sản xuất ra các sản phẩm lỏng từ than đá, sinh khối hoặc bất kỳ vật liệu
có chứa hydrocacbon nào khác. Các sản phẩm lỏng được tạo thành bao gồm naphta,
dầu hỏa, dầu diesel và các nguyên liệu cho hóa dầu. Các nhiên liệu GTL hầu như
không có lưu huỳnh, hydrocacbon thơm và các chất độc hại khác. Kết quả là GTL
diesel này được coi là premium diesel và nó có thể được sử dụng trực tiếp cho
những động cơ diesel hiện hữu hoặc dùng để pha trộn với nhiên liệu diesel chưa
tương thích hiện nay nhằm để tạo ra loại nhiên liệu sạch hơn và như vậy nó sẽ đáp
ứng được với các tiêu chuẩn mới về dầu diesel. Sự có mặt của nhiên liệu GTL làm
giảm bớt sự phụ thuộc vào các nhiên liệu dầu mỏ truyền thống đồng thời giải quyết
được vấn đề ô nhiễm môi trường không khí do nhiên liệu lỏng sạch tổng hợp từ khí
thiên nhiên hầu như không chứa hydrocacbon thơm, các hợp chất lưu huỳnh, nitơ,…
là tác nhân chính gây phát thải chất độc hại (benzen, SOx, Nox,…) vào không khí.
Trong suốt quá trình hơn 70 năm, sự quan tâm về mặt thương mại của công nghệ
GTL bị giới hạn ở một số quốc gia với mục đích chính trị nhiều hơn là các động lực
kinh tế. Các tiến bộ về mặt kỹ thuật đã làm cho công nghệ GTL phát triển nhảy vọt
trong khoảng hơn một thập kỷ vừa qua và nó đã cho phép công nghệ GTL trở thành
công nghệ cạnh tranh với các loại công nghệ khác xét trên phương diện giá khí đốt
và giá dầu hiện tại. Từ cuối những năm 90 của thế kỷ trước, các công ty dầu mỏ lớn
có kinh nghiệm về GTL như Sasol, Shell, ExxonMobil, Conoco Phillips đã công bố
Đồ án tốt nghiệp
Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53
3
các kế hoạch xây dựng các nhà máy GTL để sản xuất nhiên liệu GTL. Một số nhà
nước như Quatar, Iran và Ai Cập hiện đang đứng ở vị trí hàng đầu trong việc áp
dụng công nghệ GTL và coi đây như một phần của chiến lược lâu dài đáp ứng nhu
cầu nhiên liệu cũng như bảo vệ môi trường.
 Vai trò và sự cần thiết khi nghiên cứu công nghệ GTL
 Ngoài mỏ, thượng nguồn:

- Là một lựa chọn khả thi cho những mỏ khí có hàm lượng CO
2
cao và chi phí vận
chuyển khí vào khu vực tiêu thụ quá lớn;
- Giải pháp thu hồi khí cho các mỏ nhỏ, mỏ cận biên;
- Giảm thiểu việc đốt bỏ khí ngoài giàn khai thác.
 Trung nguồn/hạ nguồn:
- Đa dạng hóa các nguồn cung cấp nhiên liệu lỏng (các nguồn như khí tự nhiên,
khí đồng hành, khí mỏ than);
- Đảm bảo an ninh năng lượng;
- Đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các nhiêu liệu lỏng;
- Do công nghệ phát triển, các sản phẩm GTL ngày càng có giá thành cạnh tranh
với các sản phẩm truyền thống.
 Hộ tiêu thụ:
- Sản phẩm rất thân thiện về mặt môi trường (không chứa lưu huỳnh và
hidrocacbon thơm);
- Sản phẩm có chỉ số xetan rất cao;
- Tận dụng được cơ sở hạ 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 góp phần nâng cao giá trị tài nguyên khí, và
phục vụ cho đề án hợp tác với ASCOPE về lĩnh vực khí thiên nhiên của Việt Nam,
đề tài này tập trung vào các công nghệ chuyển hóa hóa học khí thành nhiên liệu sạch
nhằm góp phần lầm giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường và thay thế các sản phẩm từ
dầu thô khi trữ lượng dầu thô giảm. Các lĩnh vực khác như sản xuất Dimetyl Ete
(DME), sản xuất methanol, các hóa chất, dung môi,…không được đề cập nhiều

trong đề tài này.
Đồ án tốt nghiệp
Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53
4
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, diesel,…) thường chiếm hơn 60% trở lên.
 Bố cục của đề tài:
Đề tài này là 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 3: Giới thiệu các hãng công nghệ GTL.
Chương 4: Đánh giá khả năng áp dụng công nghệ GTL tại Việt Nam.
Chương 5: Mô phỏng công nghệ Sasol trên hysys.


Đồ án tốt nghiệp
Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53
5
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN MỎ KHÍ VIỆT NAM
1.1. Đặc điểm và thành phần của khí thiên nhiên
1.1.1. Đặc điểm
- Khí thiên nhiên được khai thác từ giếng khí hay dầu.

- Tùy thuộc vào đặc tính của từng giếng mà khi khai thác có những tạp chất và
thành phần khác nhau.
- Khí thiên nhiên là khí không màu, không mùi (có mùi là do mecaptan cho vào).
- Khí thiên nhiên có tính cháy sạch.
- Thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên là metan (CH
4
).
- Tỷ trọng đối với không khí dao động trong khoảng rộng từ 0,55 - 1,1.
- Nhiệt cháy cao.
1.1.2. Thành phần của khí thiên nhiên
 Gồm 2 thành phần chính: hydrocacbon và không hydrocacbon:
- Hydrocacbon: chủ yếu từ C
1
- C
4
, C
4
- C
7
ít hơn.
- Không hydrocacbon: H
2
O (hơi, lỏng), N
2
, CO
2
, H
2
S, COS, CS
2

, RSH, H
2
, He…
Phần không hydrocacbon có một số là tạp chất mà trong quá trình chế biến cần
phải tách chúng nếu không sẽ ảnh hưởng trong quá trình làm việc.
 Ví dụ: H
2
O
 Làm tăng quá trình ăn mòn khi có mặt CO
2

 Ảnh hưởng đến hệ thống làm việc như tạo hyđrat, đóng băng gây tắc nghẽn
đường ống làm giảm công suất vận chuyển.
 Vì vậy, ta phải tách nước.
 Ngoài ra ta còn có:
 Nitơ: trơ, không ăn mòn.
 CO
2
: có tính axit gây ăn mòn.
 H
2
S: có tính axit gây ăn mòn.
 H
2
: không là tạp chất.
 He: trơ, thu hồi vì có giá trị.
 Thường loại CO
2
, H
2

O, H
2
S.
1.1.3. Phân loại khí thiên nhiên
- Có nhiều cách phân loại khác nhau:
1.1.3.1. Theo nguồn gốc: có 2 loại:
a) Khí tự nhiên
- Là khí được khai thác từ giếng khí hoặc giếng khí - condensate hay giếng khí -
dầu (trong đó dầu chiếm tỷ lệ thấp). Khi khai thác chỉ thu được khí.
Đồ án tốt nghiệp
Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53
6
 Mỏ khí (gas well):
 Mỏ khí thuần tuý (không có liên hệ gì với dầu).
 Mỏ khí - dầu: trong đó khí nhiều hơn dầu, hàm lượng metan thấp hơn giếng khí
thuần tuý.
 Đặc điểm của gas well là tồn tại ở dạng khí ở điều kiện vỉa, trong quá trình khai
thác không có sự tạo thành lỏng (nếu P, T giảm chuyển khí thành lỏng), thường thì
hàm lượng CH
4
cao có thể 98%.
 Mỏ khí – condensate:
 Mỏ này dùng để sản xuất cả condensate và khí thiên nhiên. Đặc điểm của mỏ
này là nhiệt độ cao (80 – 100
0
C) và áp suất cao (P 3.10
7
Pa). Trong điều kiện này
condensate hòa tan vào khí nên hỗn hợp nằm ở dạng khí.
 Trong quá trình khai thác, khí đến đầu miệng giếng sẽ giảm áp suất và nhiệt độ

khiến phần dầu bị ngưng tụ gọi là condensate, tách ra khỏi khí thiên nhiên.
 Condensate còn gọi là khí ngưng tụ là phân đoạn nằm giữa khí và dầu thường là
C
5
+
.
 Đặc điểm của khí tự nhiên:
 Thành phần mêtan là chủ yếu 70 - 95%, C
2
– C
5
chiếm tỉ lệ rất thấp.
 Thành phần khí tương đối ổn định, ít thay đổi theo điều kiện lấy mẫu.
 Tỷ khối so với không khí thấp: 0,55 – 0,65.
b) Khí đồng hành
- Là khí hòa tan trong dầu, lôi cuốn theo dầu trong quá trình khai thác và được
tách ra khỏi dầu sau đó. Khí đồng hành thường được khai thác từ các mỏ dầu hoặc
các mỏ dầu – khí trong đó dầu nhiều hơn khí. Tại giếng có áp suất cao và nhiệt độ
thấp, khí hòa tan trong dầu, khi khai thác áp suất giảm dầu thô có bọt khí.
 Đặc điểm của khí đồng hành:
 Hàm lượng metan thấp hơn khí không đồng hành, hàm lượng C
3
, C
4
và
condensate chiếm tỷ lệ đáng kể.
 Thành phần khí thay đổi nhiều tùy theo điều kiện lấy mẫu.
 Tỷ khối so với không khí cao: 1
1.1.3.2. Theo thành phần C
3

+

a) Khí khô (dry gas)
- Thành phần khí chủ yếu là metan, không chứa hoặc chứa rất ít các hydrocacbon
C
3
+
.

Khí khô còn được gọi là khí nghèo hay khí gầy (lean gas). Khí thiên nhiên được
khai thác từ các mỏ khí thuộc loại khí khô.

Đồ án tốt nghiệp
Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53
7
b) Khí ướt (wet gas)
- Ngoài thành phần chủ yếu là mêtan còn có chứa một lượng đáng kể C
3
+
. Khí ướt
còn được gọi là khí béo hay khí giàu. Khí khai thác từ các mỏ khí - condensate và
khí đồng hành có chứa một lượng đáng kể C
3
+
nên thuộc loại khí béo.
 Hàm lượng C
3
+



50 g/m
3
: khí khô, khí gầy.
 50 g/m
3
< hàm lượng C
3+
< 400 g/m
3
: khí trung bình.
 Hàm lượng C
3
+

 400g/m
3
: khí béo, khí ướt.
1.1.3.3. Theo hàm lượng khí axit
a) Khí ngọt (sweet gas)
- Hàm lượng H
2
S  1/4 grains/100sft
3
hay hàm lượng H
2
S  5,8 mg H
2
S/m
3

.
b) Khí chua (Sour gas)

- Hàm lượng H
2
S > 1/4 grains/100sft
3
hay hàm lượng H
2
S > 5,8 mg H
2
S/m
3
.

Trong khí chua có chứa các khí axit H
2
S và CO
2
ngoài ra còn có chứa các hợp
chất khác COS, CS
2
, RSH.
1.2. Tiềm năng và sản lượng khí Việt Nam
Nguồn khí Việt Nam được tập trung chủ yếu tại các mỏ khí của các bể song
Hồng, bể Cửu Long, bể Nam Côn Sơn và bể Malay-Thổ Chu (thềm lục địa Tây
Nam). Hiện nay, tiềm năng khí tại chỗ được đánh giá đạt 3000 tỷ m
3
[1]. Tuy nhiên
cho đến nay các mỏ khí đã được phát hiện nhìn chung không lớn, phân bố rải rác và

chất lượng khí không đồng đều. Điều này ảnh hưởng đến việc đầu tư phát triển mỏ.
1.2.1. Trữ lượng tiềm năng
- Ước tính có khoảng 1500 tỷ m
3
khí gồm:
 160 tỷ m
3
khí đồng hành
 1130 tỷ m
3
khí không đồng hành
 200 triệu m
3
khí Condensate
- Trữ lượng khí xác minh: là 500 tỷ m
3
khí
(trong đó khí không đồng hành chiếm khoảng 90%)
a) Bể Cửu Long
- Tiềm năng chủ yếu là dầu, là nguồn cung cấp khí đồng hành và khí ngưng tụ
(Condensate). Khả năng tìm ra mỏ khí thiên nhiên tại bể này thấp.
b) Bể Nam Côn Sơn
- Trữ lượng khí thiên nhiên lớn nhất (chiếm khoảng 40% tổng sản lượng khí Việt
Nam), khả năng cung cấp khá ổn định, lâu dài, chủ động và được đánh giá là nguồn
khí thiên nhiên chủ yếu cung cấp cho thị trường miền Nam Việt Nam.

Đồ án tốt nghiệp
Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53
8
c) Bể Sông Hồng

- Tiềm năng trữ lượng khá lớn (chiếm khoảng 30% tổng sản lượng khí Việt Nam),
nhưng hiện nay việc khai thác và đưa vào sử dụng các mỏ này có tính khả thi thấp
vì thành phần khí của chúng có hàm lượng CO
2
cao do đó phải có công nghệ chế
biến hợp lý khi khai thác sử dụng.
d) Bể Malay – Thổ Chu
- Có trữ lượng xác minh khoảng 45 tỷ m
3
. Tuy nhiên còn tới khoảng 80% tiềm
năng dự báo cần được tìm kiếm thăm dò và thẩm lượng. [1]

Hình 1.1: Vị trí địa lý của các bể dầu khí
Đồ án tốt nghiệp
Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53
9
1.2.2. Sản lượng khí Việt Nam [2]
Nhìn chung, khí ở các bể thuộc khu vực phía Nam đều có thành phần metan khá
cao, hàm lượng CO
2
thấp (trừ các bể thuộc khu vực Malay – Thổ Chu). Các bể khí ở
khu vực phía Nam bể Sông Hồng (ngoài khơi các tỉnh Đà Nẵng, Quảng Nam,
Quảng Ngãi) có thành phần CO
2
cao và metan thấp.
Bảng 1.1: Sản lượng khí, metan từ các bể dầu khí
Năm
2005
2010
2015

2020
2025
Bể Cửu Long
Khí (tỷ m
3
)
2,64
2,17
0,89
0,03
0
Metan (tỷ m
3
)
2,04
1,72
0,71
0,02
0
Bể Nam Côn Sơn
Khí (tỷ m
3
)
3,73
8,41
8,51
6,32
2,38
Metan (tỷ m
3

)
3,20
7,12
7,21
5,28
1,94
Bể Malay – Thổ Chu
Khí (tỷ m
3
)
1,40
2,42
3,91
3,41
0
Metan (tỷ m
3
)
0,88
1,46
2,29
2,01
0
Tổng khí (tỷ m
3
)
7,77
13,00
13,31
9,76

2,38
Tổng Metan (tỷ m
3
)
6,12
10,29
10,22
7,31
1,94
1.2.2.1. Bể Cửu Long:
Tại đây tập trung các mỏ dầu đang khai thác và cung cấp khí đồng hành qua
đường ống Bạch Hổ. Tuy nhiên, để tận dụng tài nguyên dầu khí, công suất đường
ống Bạch Hổ được nâng cao nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ, ngoài ra Petro Vietnam
đã có kế hoạch bổ sung khí đồng hành từ mỏ Rạng Đông, Emerald và các mỏ khác
để đảm bảo cung cấp ổn định khoảng 2 tỷ m
3
/năm.
Bảng 1.2: Sản lượng khí bể Cửu Long giai đoạn 2005 – 2025
Năm
2005
2010
2015
2020
2025
Mỏ
Sản lượng khí, tỷ m
3
Bạch Hổ
1,01
0,13

0
0
0
Rạng Đông
0,55
0,65
0,27
0
0
Ruby
0,20
0,12
0,04
0
0
Sư tử đen/ Sư tử vàng
0,19
0,29
0,12
0,03
0
Emerald
0,69
0,98
0,46
0
0
Tổng khí (tỷ m
3
)

2,64
2,17
0,89
0,03
0
Metan (tỷ m
3
)
2,04
1,72
0,71
0,02
0
Đồ án tốt nghiệp
Sinh viên: Nguyễn Thị Duyên Lớp: Lọc hóa dầu A – K53
10
1.2.2.2. Bể Nam Côn Sơn
Bể được đánh giá là nguồn cung cấp khí thiên nhiên chủ yếu cho thị trường khí
Việt Nam. Đường ống khí Nam Côn Sơn đã đưa vào vận hành cuối năm 2002. Mỏ
Lan Tây – Lan Đỏ được khai thác vào cuối năm 2002 và sau 2 năm đã cung cấp khí
ổn định 2,7 tỷ m
3
/ năm.
Bảng 1.3: Sản lượng khí bể Nam Côn Sơn
Năm
2005
2010
2015
2020
2025

Mỏ
Sản lượng khí, tỷ m
3
Lan Tây
2,70
2,70
1,87
1,87
0,33
Lan Đỏ
0
0,83
0,83
0,42
0
Hải Thạch
1,03
2,58
2,58
2,43
1,28
Mộc Tinh
0
0,86
1,79
0,16
0
Rồng Đôi
0
1,44

1,44
1,44
0,77
Tổng khí (tỷ m
3
)
3,73
8,41
8,51
6,32
2,38
Metan (tỷ m
3
)
3,20
7,12
7,21
5,28
1,94
1.2.2.3. Bể Malay – Thổ Chu
Các mỏ khai thác của khu vực này như lô 46, 48, 50, 51 và lô B được đánh giá
có tiềm năng lớn, có thể cung cấp tới 3 tỷ m
3
/năm. Tuy nhiên các mỏ này nằm rải
rác cách xa nhau nên việc thu gom và khai thác sẽ phức tạp và tốn kém. Hơn nữa,
nguồn khí này nằm cách xa thị trường tiêu thụ chình (TPHCM, Đồng Nai, Bà Rịa –
Vũng Tàu), cơ sở hạ tầng khu vực Nam Việt Nam còn chưa phát triển nên việc triển
khai dự án khí tại khu vực này đang được nghiên cứu nhằm sử dụng hiệu quả.
Bảng 1.4: Sản lượng khí bể Malay – Thổ Chu
Năm

2005
2010
2015
2020
2025
Mỏ
Sản lượng khí, tỷ m
3
PM3
1,40
1,39
1,33
1,29
0,49
Lô 46 – 51
0
0
1,55
1,08
0,27
Lô 50 – Cấu tạo J
0
1,03
1,03
1,04
0,93
Tổng khí (tỷ m
3
)
1,40

2,42
3,91
3,41
1,69
Metan (tỷ m
3
)
0,88
1,46
2,29
2,01
0,10
1.2.2.4. Bể Sông Hồng
Tại khu vực này, mỏ khí Tiền Hải C (Thái Bình) được khai thác từ năm 1981
cho đến nay với sản lượng khai thác khoảng 530 triệu m
3
khí. Năm 1992 phát hiện