Tìm hiểu và tính toán thiết kế bồn chứa LPG

Lời mở đầu
Đã từ lâu, ở các quốc gia có trữ lượng khí tự nhiên và khí dầu mỏ đáng
kể, việc khai thác và đưa vào sử dụng khí đã đem lại một nguồn lợi ích
kinh tế rất lớn.
Sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp hoá học trong vài thập kỉ
gần đây, kèm theo đó là sự phát triển của ngành dầu khí và công nghệ các
sản phẩm hoá dầu, nguồn nguyên liệu từ khí thiên nhiên, khí đồng hành và
dầu mỏ đã chuyển ngành tổng hợp hoá học sang tổng hợp hoá dầu.
Hiện nay ở Việt Nam, qua nhiều năm thăm dò và tìm kiếm đã tìm ra
được rất nhiều mỏ dầu khí, trong đó tiêu biểu phải kể đến các mỏ như mỏ
Bạch Hổ, Đại Hùng, Rồng, Lan Tây, Lan Đỏ… và rất nhiều mỏ dầu khí
khác. Trong những năm qua việc khai thác tài nguyên từ các mỏ này đã
đem lại lợi ích không nhỏ cho nền kinh tế Việt Nam. Dầu thô được khai
thác ở quy mô công nghiệp từ năm 1986 nhưng một lượng lớn khí đồng
hành vẫn bị đốt bỏ ngay tại mỏ cho đến năm 1997. Hình ảnh những ngọn
lửa rực sáng trên các giàn khoan trong đêm đã một thời là hình ảnh nổi
tiếng và có phần tự hào về nền công nghiệp dầu khí non trẻ của Việt Nam.
Việc xử lý khí đồng hành với khối lượng lớn cần lượng máy móc đồ sộ mà
điều kiện khai thác trên biển không cho phép thực hiện. Đến nay, ngành
công nghiệp chế biến khí đã phát triển mạnh mẽ do nhu cầu của con người
là sử dụng nguồn nguyên liệu sạch và kinh tế khai thác từ các mỏ khí tự
nhiên và khí đồng hành. Do đó cần phải có một hệ thống tàng trữ và phân
phối sản phẩm khí nói chung và khí hoá lỏng ( LPG ) nói riêng một cách
hoàn chỉnh và đảm bảo an toàn phòng chống cháy nổ. Đây cũng là vấn đề
rất cần được quan tâm khi thiết kế, xây dựng các nhà máy lọc – hoá dầu
nhất là trong thời gian tới đây dự án xây dựng khu liên hợp lọc – hoá dầu
Nghi Sơn sẽ được tiến hành. Sau khi tìm hiểu, thu thập tài liệu và được sự
đồng ý của bộ môn Lọc Hoá Dầu khoa Dầu Khí trường đại học Mỏ - Địa
1
1
chất em đã lựa chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là “ Tìm hiểu và

tính toán thiết kế bồn chứa LPG dung tích 420 m
3
”. Nội dung của đồ án
bao gồm các vấn đề chính là:
- Tổng quan về công nghiệp dầu khí ở Việt Nam
- Giới thiệu chung về LPG và bồn chứa .
- Tính toán thiết kế một bể chứa propan dung tích 420 m
3
.
- An toàn phòng chống cháy nổ đối với khu bồn bể chứa LPG và trong
các nhà máy lọc hóa dầu.
Trong quá trình làm đồ án, do thời gian có hạn và nhũng hiểu biết của
em còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy em rất mong
nhận được sư giúp đỡ của quý thầy cô và ý kiến đóng góp của các bạn cùng
lớp để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Thông qua đồ án này em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô
giáo trường đại học Mỏ - Địa chất, các thầy cô giáo trong bộ môn Lọc Hóa
Dầu khoa Dầu khí, đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến giáo viên hướng dẫn
– TS Nguyễn Thị Bình đã tận tình giúp đỡ em tiến hành thực hiện và thu
thập số liệu cần thiết để em hoàn thành bản đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày tháng 06 năm 2009
Sinh viên thực hiện
Lê Trọng Hùng
2
2
Chương I : Tổng quan về công nghiệp dầu khí ở Việt
Nam
1.1 Khái niệm về khí tự nhiên
Khí tự nhiên là tập hợp những hydrocacbon khí CH

4
, C
2
H
6
, C
3
H
8,
C
4
H
10
… có trong lòng đất. Chúng thường tồn tại trong các mỏ riêng rẽ hoặc
tồn tại trên các lớp dầu mỏ. Khí tự nhiên cũng chứa các khí vô cơ như N
2
,
H
2
S, CO
2
, khí trơ, mercaptan và hơi nước.
Trong nghĩa hẹp, khí tự nhiên được hiểu là khí trong các mỏ ở đó gần
như chỉ có khí mà không có dầu. Metan chiếm từ 70 – 98 % thể tích khí tự
nhiên.
Theo nghĩa rộng, khí tự nhiên được gồm cả khí đồng hành, đó là khí
hòa tan trong dầu mỏ hay lượng khí trong các mỏ khí ở trên cùng các mỏ
dầu. Metan chiếm từ 48 – 80 % thể tích khí đồng hành.
Khí tự nhiên có thể chia thành các loại sau :
* Khí không đồng hành : là khí nằm trong các mỏ khí riêng biệt,

không nằm trong mỏ dầu.
* Khí đồng hành : là các khí nằm trong các mỏ dầu và được tách ra
trong quá trình khai thác dầu.
Cũng như dầu mỏ, khí tự nhiên là nguồn nguyên liệu, nhiên liệu vô
cùng quí giá, gần như không tái sinh, đóng vai trò cực kì quan trọng, nếu
không nói là quyết định trong hoạt động kinh tế, sản xuất và trong đời sống
của con người trong thời đại văn minh hiện nay.
1.2 Nguồn gốc của dầu và khí
Hiện nay người ta chưa biết chính xác nguồn gốc dầu mỏ và khí tự
nhiên mà chỉ có thể giải thích bằng các thuyết khác nhau. Trong các thuyết
đó, thuyết nguồn gốc hữu cơ là được nhiều người chấp nhận nhất.
Theo thuyết này, có lẽ xác thực vật, động vật, mà chủ yếu là các loại
tảo phù du sống trong biển đã lắng đọng, tích tụ cùng với các lớp đất đá
3
3
trầm tích vô cơ xuống đáy biển từ hang triệu năm về trước đã biến thành
dầu mỏ, sau đó thành khí tự nhiên. Có thể quá trình lâu dài đó xảy ra theo
ba giai đoạn : biến đối sinh học bởi vi khuẩn, biến đổi hóa học dưới tác
dụng của các điều kiện địa hóa thích hợp và sự di chuyển tích tụ các sản
phẩm trong vỏ trái đất.
• Giai đoạn biến đổi sinh học : xác động thực vật bị phân hủy bởi các vi
khuẩn ưa khí, sau đó bởi các vi khuẩn kị khí trong quá trình trầm lắng dần
trong nước biển. Các albumin bị phân hủy nhanh nhất, các hydrat cacbon bị
phân hủy chậm hơn. Các khí tạo ra như H
2
S, NH
3
, N
2
, CO, CH

4
… hòa tan
trong nước rồi thoát ra ngoài, phần chất hữu cơ còn lại bị chôn vùi ngày
càng sâu trong lớp đất đá trầm tích. Không gian ở đó xảy ra quá trình phân
hủy sinh học trên gọi là vùng vi khuẩn.
• Giai đoạn biển đổi hóa học : ở giai đoạn hóa học tiếp theo, vật liệu hữu
cơ còn lại, chủ yếu là các chất lipid, nhựa, sáp, terpen, axit béo, axit humic
tham gia các phản ứng hóa học dưới tác dụng xúc tác của các chất vô cơ
trong đất đá ở điều kiện áp suất lớn hàng trăm, thậm chí hàng nghìn
atmotphe, ở một vài trăm độ bách phân. Các chất vô cơ khác nhau, đặc biệt
là các aluminosilicat, có thể đóng vai trò chất xúc tác. Quá trình biến đổi
hóa học xảy ra vô cùng chậm. Càng xuống sâu, thời gian càng lớn, sự biến
đổi đó càng xảy ra sâu xa.
Phản ứng chủ yếu xảy ra trong giai đoạn hóa học là phản ứng cracking,
trong đó mạch cacbon của phân tử chất hữu cơ bị đứt gãy dần. Kết quả là
các chất hữu cơ đơn giản hơn, chủ yếu là các hydrocacbon, sinh ra ngày
càng nhiều.
Đồng thời với việc xảy ra các phản ứng cracking phân hủy đó là quá
trình ngưng tụ, kết hợp một số chất hữu cơ tương đối đơn giản vừa tạo
thành để tạo ra các chất hữu cơ phức tạp hơn : các chất nhựa, asphalten.
Các chất nhựa, asphalten tan kém, nặng hơn, nên phần lớn bị kết tủa, sa
4
4
lắng, phần ít còn lại lơ lửng, phân tán trong khối chất lỏng hydrocacbon
sinh ra bởi quá trình cracking.
Tập hợp các phản ứng địa hóa đó đã biến dần các vật liệu hữu cơ thành
dầu mỏ và khí tự nhiên. Như vậy có thể coi khí tự nhiên là sản phẩm của
quá trình phân hủy hóa học của dầu mỏ, do đó mỏ khí tự nhiên thường ở
sâu hơn mỏ dầu, tuổi của khí tự nhiên thường cao hơn tuổi của dầu mỏ.
Dầu mỏ càng già sẽ càng nhẹ đi, càng chứa nhiều chất ít phức tạp, càng

biến nhiều thành khí.
• Giai đoạn di chuyển tích tụ tạo thành mỏ : dầu mỏ đang được tạo thành
ở dạng hỗn hợp lỏng có thể bị di cư từ chỗ này sang chỗ khác dưới tác
dụng vận động của vỏ trái đất. Chúng thẩm thấu, chui qua các lớp đất đá
xốp, chúng chảy theo các khe nứt và có thể bị tập trung, bị giữ trong những
tầng đá đặc khít, tạo ra các túi dầu mà ta thường gọi là các mỏ dầu. Trong
các mỏ dầu các quá trình hóa học vẫn tiếp tục xảy ra, dầu vẫn liên tục biến
thành khí, tạo ra các mỏ khí.
Quá trình hình thành dầu và khí xảy ra rất chậm, kéo dài hàng chục,
thậm chí hàng trăm triệu năm rồi và vẫn đang xảy ra, do đó tuổi của dầu
mỏ, của khí tự nhiên là rất lớn.
1.3 Thành phần của khí tự nhiên
Người ta phân thành phần của khí thiên nhiên và khí đồng hành ra làm
hai nhóm : nhóm các hợp chất hydrocacbon và nhóm các hợp chất phi
hydrocacbon.
1.3.1 Các hợp chất hydrocacbon
Hàm lượng các cấu tử chủ yếu là khí metan và đồng đẳng của nó
như : C
2
H
6
, C
3
H
8,
C
4
H
10
, iC

4
H
10
, ngoài ra còn có một ít hàm lượng các hợp
chất C
5
, C
6
. Hàm lượng các cấu tử trên thay đổi theo nguồn gốc của khí.
Đối với khí thiên nhiên thì cấu tử chủ yếu là metan còn các cấu tử
nặng hơn như C
3
, C
4
là rất ít và thành phần của khí trong một mỏ ở bất kì vị
trí nào đều như nhau, nó không phụ thuộc vào vị trí khai thác.
5
5
Đối với khí đồng hành thì hàm lượng các cấu tử C
3
, C
4
cao hơn và
thành phần của nó phụ thuộc vào vị trí khai thác và thời gian khai thác.
1.3.2 Các hợp chất phi hydrocacbon
Ngoài các thành phần chính là hydrocacbon, trong khí thiên nhiên và
khí đồng hành còn chứa các hợp chất phi hydrocacbon như : CO
2
, N
2

, H
2
S,
He, Ar, Ne...Trong đó cấu tử thường chiếm nhiều nhất là N
2
. Đặc biệt, có
những mỏ khí chứa hàm lượng He khá cao, như các mỏ khí thiên nhiên ở
Mỹ. Ví dụ mỏ Kandas chứa 1,28 % He, mỏ Texas chứa 0,9 % He.
1.4 Phân loại khí tự nhiên
1.4.1 Phân loại theo nguồn gốc hình thành : người ta chia thành ba
loại:
* Khí thiên nhiên : là các khí chứa trong các mỏ riêng biệt mà thành
phần chủ yếu là metan ( 80 – 95 %, có mỏ lên đến 99 %), còn lại là các khí
khác như etan, propan, butan...
* Khí đồng hành : là khí nằm trong dầu. Khi khai thác dầu, có sự
giảm áp ta sẽ thu được khí này. Thành phần chủ yếu vẫn là metan nhưng
hàm lượng cấu tử nặng hơn ( C
2
+
) tăng lên đáng kể .
* Khí ngưng tụ : thực chất là dạng trung gian giữa dầu và khí, bao
gồm các hydrocacbon như propan, butan...
1.4.2 Phân loại theo hàm lượng khí axit
Theo cách phân loại này ta có hai loại khí như sau :
* Khí chua : là khí có hàm lượng H
2
S > 1% thể tích, và hàm lượng CO
2
>
2 % thể tích.

* Khí ngọt : là khí có hàm lượng các khí axit ít : H
2
S < 1% thể tích, và
hàm lượng CO
2
< 2 % thể tích.
6
6
1.4.3 Phân loại theo hàm lượng C
3
+

Theo cách phân loại này thì có hai loại khí : khí béo và khí gầy.
• Khí béo : là khí có hàm lượng C
3
+
> 150 g/ cm
3
, có thể sản xuất ra khí
tự nhiên hóa lỏng LNG ( liquefied natural gas), khí dầu mỏ hóa lỏng
(liquefied petroleum gas) và sản xuất một số hydrocacbon riêng biệt cho
công nghệ tổng hợp hữu cơ hóa dầu.
• Khí gầy : là khí có hàm lượng C
3
+
< 50 g/ cm
3
, dùng làm nhiên liệu cho
công nghiệp và sưởi ấm.
1.4.4 Phân loại theo hàm lượng C

2
+
: có hai loại
* Khí khô : là khí có hàm lượng C
2
+
< 10% thể tích .
* Khí ẩm : là khí có hàm lượng C
2
+
> 10% thể tích.
1.5 Sơ lược các ứng dụng của sản phẩm khí
Khí dầu mỏ có ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và trong đời
sống : dùng cho sản xuất điện, cho các hộ công nghiệp, cho sản xuất phân
urê, cho hóa chất, cho tiêu thụ trong gia đình, cho giao thông vận tải.
1.5.1 Sử dụng làm nhiên liệu
Ở nhiều nước đã dùng khí để phát điện ( chiếm 70 – 80 % sản lượng
khí) bằng các nhà máy điện chạy bằng tuabin khí, tuabin khí chu trình hỗn
hợp.
Trong các ngành công nghiệp khác có thể sử dụng trong các lò đốt
trực tiếp trong các nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng, luyện cán thép, sản
xuất đồ gốm, thủy tinh cao cấp, sản xuất hơi cho các mục đích sấy, tẩy
rửa... và yêu cầu công nghệ khác của các nhà máy chế biến thực phẩm, dệt,
sợi...
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, diesel cho các loại
xe ô tô. Nó là loại nhiên liệu sạch, ít gây ô nhiễm môi trường.
7
7
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.
1.5.2 Sử dụng khí làm nguyên liệu
* Sản xuất phân đạm urê cho nông nghiệp, chất nổ cho khai khoáng
và quốc phòng.
* Sản xuất metanol bán sản phẩm, từ đó có thể điều chế ra MTBE
( là một loại phụ gia tăng chỉ số octan cho xăng thì chì, giảm độc hại môi
trường ), sợi tổng hợp; metanol là nguyên liệu chính để sản xuất nhiều sản
phẩm công nghiệp quan trọng như fomalin, axeton, metyl metacylat
(MMA),dymetyltelephtalat( DMT), olefin...
* Sản xuất sắt xốp theo công nghệ hoàn nguyên trực tiếp thay cho
phương pháp cốc hóa than truyền thống.
* Đặc biệt có thể sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa dầu, để từ
đó sản xuất các loại chất dẻo PVC, PE, sợi tổng hợp PA, PES, sơn tổng
hợp, chất tẩy rửa tổng hợp...
1.6 Tổng quan về thị trường khí Việt Nam
1.6.1 Tiềm năng khí Việt Nam
Trữ lượng khí tại Việt Nam được đánh giá là rất lớn, lượng khí tiềm
năng dự đoán vào khoảng 3 – 4,5 tỉ m
3
quy dầu, các mỏ khí phân bố rộng
rãi từ Bắc đến Nam trong đó chủ yếu tập trung tại hai vùng trũng Nam Côn
Sơn và Sông Hồng.
• Bể Sông Hồng : trữ lượng tiềm năng thu hồi khoảng 550 – 700 triệu tấn
quy dầu trong đó chủ yếu là khí, chiếm 14 % tổng tiềm năng của Việt Nam.
Đến nay đã phát hiện 250 tỉ m
3
khí, chủ yếu là CO
2,
do đó tiềm năng kinh

tế thấp.
• Bể Phú Khánh : tiềm năng 300 – 700 triệu tấn quy dầu, chiếm 10% trữ
lượng tiềm năng của Việt Nam.
8
8
• Bể Cửu Long : được đánh giá có trữ lượng tiềm năng lớn nhất 700 –
800 triệu m
3
quy dầu, chiếm 20%. Trong đó bao gồm 270 triệu tấn dầu, 56
tỉ m
3
khí đồng hành. Hiện đang khai thác mỏ Bạch Hổ ( 1986 ), mỏ Rồng (
1994), mỏ Rạng Đông ( 1998 ) và mỏ Ruby ( 1998 ). Tính đến tháng 12/
2004 từ bể Cửu Long khai thác được hơn 100 triệu tấn dầu và khoảng 11 tỉ
m
3
khí.
• Bể Nam Côn Sơn : có trữ lượng 650 – 750 triệu tấn quy dầu, chiếm 17
% tổng tiềm năng trong đó lượng khí chiếm 35 – 38 % trữ lượng. Theo
đánh giá trữ lượng của bể bao gồm 74 triệu tấn dầu, 15 tỉ m
3
khí đồng hành,
159 tỉ m
3
khí không đồng hành và 23 triệu tấn condensat. Đặc điểm ưu việt
là lượng CO
2
chiếm không đáng kể. Hiện đang khai thác mỏ Lan Tây, Lan
Đỏ.
• Bể Malay – Thổ Chu : tiềm năng của bể chiếm khoảng 5% ( 150 – 230

triệu tấn quy dầu), trong đó có 12 triệu tấn dầu, 3 tỉ m
3
khí đồng hành, 13 tỉ
m
3
khí không đồng hành và 2 triệu tấn condensat. Tuy nhiên lượng khí tại
bể này cũng bị nhiễm khí CO
2
.
• Bể Vũng Mây : tiềm năng vào khoảng 1 – 1,5 tỉ m
3
khí quy dầu, chiếm
30% tổng lượng khí Việt Nam, chủ yếu trong bể là khí.
Bề mặt tiềm năng, hai bể Nam Côn Sơn và Sông Hồng có triển vọng về
khí và bể Cửu Long có triển vọng về dầu nhưng đồng thời cũng có một
lượng khí đồng hành rất lớn.
Ngoài ra còn có ba mỏ khí phát hiện tại Đà Nẵng, trong đó có 2 mỏ lớn
có trữ lượng khai thác dự báo khoảng 700 tỉ m
3
, tuy nhiên lượng CO
2
trong
bể cũng khá cao do đó tiềm năng kinh tế cũng thấp.
9
9
Bảng 1.1 Trữ lượng khí tiềm năng ( nguồn Petro Việt Nam )
Bể Khí ( tỉ m
3
)
Đồng hành Không đồng hành

Nam Côn Sơn 4 158
Cửu Long 40 -
Malay – Thổ Chu 13 -
Sông Hồng - 200
Bể khác - 2
Tổng 57 360
1.6.2 Tình hình khai thác và sử dụng khí ở Việt Nam
Phải tới ngày 30/4/1995, dòng khí đốt đầu tiên mới được đưa vào sử
dụng. Đây là sự kiện có ý nghĩa đánh dấu bước khởi đầu cho một ngành
công nghiệp mới – công nghiệp khí đốt Việt Nam. Hiện tại Tập đoàn Dầu
khí Việt Nam đang thực hiện một số công trình khai thác cũng như chế biến
các sản phẩm dầu và khí, bên cạnh đó một số dự án có quy mô lớn đang
được tiến hành, ngoài ra hiện tại cũng còn một số dự án đang chờ chính
phủ phê duyệt. Chúng ta có thể điểm qua một số công trình và dự án trọng
điểm sau :
• Mỏ Bạch Hổ : từ năm 1993 – 1995, hệ thống đường ống dẫn khí ngoài
khơi được hoàn thành, dẫn khí đồng hành từ mỏ Bạch Hổ vào bờ với công
suất 1 triệu m
3
khí/ ngày, vận chuyển vào nhà máy điện Bà Rịa thay thế cho
180 nghìn tấn dầu DO/ năm và đã được mở rộng vào năm 1997 nâng công
suất lên 3 triệu m
3
/ ngày cung cấp đồng thời cho nhà máy điện Phú Mỹ 2.
Hiện nay, sản lượng khí từ hệ thống này đã trên 5 triệu m
3
/ngày. Bên cạnh
đó, dự án nhà máy GPP Dinh Cố hoàn thành vào tháng 11/ 1998 đã khởi
động cho lĩnh vực chế biến khí ở Việt Nam, tận dụng nguồn khí hóa lỏng
đáp ứng cho nhu cầu nhiên liệu dân dụng.

• Khí thiên nhiên Nam Côn Sơn đã đưa được vào bờ với năng suất ổn
định 2,7 tỉ m
3
khí / năm cho thị trường công nghiệp và trong tương lai đảm
bảo cung cấp 7 – 8 tỉ m
3
khí/ năm.
10
10
• Chương trình khí Tây Nam : sản lượng khí từ năm 2003 vào khoảng 2,5
tỉ m
3
khí/ năm, khai thác ổn định 15 – 17 năm với trữ lượng xác minh 45 tỉ
m
3
( tiềm năng 60 tỉ m
3
) với mục tiêu phát triển đồng bằng sông Cửu Long,
đến 2010 vùng này sản xuất được 1200 – 1300 MW, xây dựng hệ thống
ống dẫn khí dài 500 km và các nhà máy điện môn ( 60 MW ), Sóc Trăng
( 475 MW), và xây dựng một tổ hợp điện đạm ở Cà Mau, hoàn tất vào năm
2008 – 2010 .
Hiện nay, bên cạnh các dự án khai thác khí, Petro Việt Nam đang triển
khai dự án đường ống Phú Mỹ – TP Hồ Chí Minh với công suất 2 tỉ m
3
khí/
năm, vốn đầu tư khoảng 70 triệu USD sẽ vận chuyển một phần khí từ bể
Cửu Long và Nam Côn Sơn bề cung cấp cho các nhà máy điện Hiệp
Phước, Thủ Đức và các khu công nghiệp dọc tuyến ống. Tuyến ống được
thiết kế ba đoạn : Phú Mỹ – Nhơn Trạch ( dài 35,6 km), Nhơn Trạch – Hiệp

Phước ( 11,09 km) xuất phát từ nhà máy phân phối khí Phú Mỹ.
1.6.3 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...
1.6.3.1 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
11
11
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 1.2 Nhu cầu sử dụng khí thiên nhiên ( đơn vị : triệu m
3
)
Năm 1995 2000 2005 2010
Công nghiệp 0 0 200 1200
Điện năng 500 1200 4500 7000
Phân bón 0 0 500 1000
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.
1.6.3.2 Nhu cầu khí cho công nghiệp và nông nghiệp
12
12
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 m
3
/ năm.
1.6.3.3 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 1.3 Nhu cầu khí cho các lĩnh vực ( tỉ m
3
)
Ngành Các giai đoạn
2005 2006 2007 2008 2009 2010
Điện 6,706 7,666 8,116 8,116 8,116 8,356
Đạm 0,94 0,94 0,94 1,25 1,25 1,25
Thép 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
Metanol 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Etan 0,213 0,213 0,213 0,213 0,213 0,213
Propan 0,153 0,153 0,153 0,153 0,153 0,153
Các mục tiêu khác 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7
Tổng cộng 10,99 11,44 11,75 11,75 11,75 11,75
Chương II : Giới thiệu chung về LPG
2.1 Khái niệm về LPG
LPG là tên viết tắt của khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquified Petrolium
Gas). LPG là sản phẩm thu được từ quá trình khai thác dầu mỏ (khí đồng
hành), hoặc từ các mỏ khí thiên nhiên bao gồm các loại hydrocacbon khác
nhau, thành phần chủ yếu là propan, butan hoặc hỗn hợp của chúng.
13
13
Hoá lỏng khí dầu mỏ là quá trình tách đơn giản, vốn đầu tư ít hơn so
với các quá trình tách triệt để. Thông thường người ta chỉ tách riêng metan
thuần độ cao làm nguyên liệu sản xuất methanol, còn metan lẫn etan làm
khí đốt công nghiệp, gia dụng, phát điện hoặc cho xuất khẩu theo đường
ống dẫn khí, hoặc tách metan, etan cho sản xuất ammoniac, urê, còn phần

hoá lỏng là LPG.
Hiện nay trên thế giới LPG được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành :
giao thông vận tải, công nghiệp, nông nghiệp, chế biến thực phẩm... và trở
thành loại nhiên liệu không thể thiếu được đối với mỗi quốc gia, đặc biệt
với các nước có nền công nghiệp phát triển. LPG được sản xuất mạnh ở
những nước có tiềm lực lớn về dầu mỏ như : Mỹ, Nga, Canada, Mexico,
Venezuela, Indonexia, Angieri, Ả rập xê út, Nauy, Iran...
LPG tồn chứa trong các loại bình áp lực khác nhau và được tồn chứa ở
trạng thái bão hoà tức là tồn tại ở dạng hơi nên với thành phần không đổi,
áp suất bão hoà trong bình chứa không phụ thuộc vào lượng LPG bên trong
mà hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài. Chất lỏng nằm dưới phần
đáy và hơi nước nằm trên cùng của bình chứa, nghĩa là khoảng trên mức
chất lỏng. Thông thường các loại bình chứa chỉ chứa khí lỏng tối đa khoảng
80 ÷ 95 % thể tích bình, thể tích còn lại dành cho phần hơi có thể giãn nở
khi nhiệt độ tăng.
2.2 Thành phần của LPG
Thành phần hóa học chủ yếu của LPG là các hydrocacbon dạng
parafin có công thức chung là C
n
H
2n+2
. LPG là hỗn hợp nhất định của các
hydrocacbon như: Propan (C
3
H
8
), Propylen (C
3
H
6

), Butan (C
4
H
10
),
Butylen(C
4
H
8
). Tuy nhiên vẫn có khả năng xuất hiện vết của etan,etylen
hoặc pentan trong LPG thương mại. Butadien 1,3 có thể xuất hiện nhưng
không đạt tới tỷ lệ đo được. Ngoài ra còn có chất tạo mùi Etyl mecaptan ( R
– SH ) với tỷ lệ pha trộn nhất định để khi khí rò rỉ có thể nhận biết được
bằng khứu giác.
14
14
Sản phẩm LPG cũng có thể có hydrocacbon dạng olefin hay
không có olefin phụ thuộc vào phương pháp chế biến.
2.3 Một số tính chất hóa lý đặc trưng của LPG
Bảng 2.1 Tính chất của LPG

Tính chất Đơn vị đo Propan Butan
Điểm sôi
760mmHg
0
C -42 đến -45 -0,5 đến -0,2
Nhiệt bốc cháy
0
C 520 500
Tỷ trọng so với

không khí
1,4 đến 1,52 1,9 đến 2,01
Khối lượng
riêng
Kg/m
3
1,83 2,46
Nhiệt dung
riêng
Btu/1b
0
F
kJ/kg
0
C
0,6
2,512
0,57
2,386
Ẩn nhiệt bay
hơi
KJ/kg 358,2 372,2
Áp suất hơi tại:
15
0
C
20
0
C
25

0
C
Bar
6,5
9
19,6
0,8
2,75
7
Nhiệt trị toàn
phần
Kcal/kg 12000 11800
Nhiệt trị tối
thiểu
Kcal/kg 11000 11900
Tỉ lệ thể tích
khí
Lít/lít 275 235
Giới hạn cháy
nổ dưói với
không khí
%V
2 1,8
Nhiệt độ cháy
với không khí
0
C 1967 1973
15
15
Nhiệt cháy với

0xi
0
C 2900 2904
Thể tích riêng ở
15,6
0
C
Lít/tấn 1957-2019 1723-1760
Lượng không
khí cần đốt
cháy 1m
3
khí
M
3
25
Từ bảng trên ta thấy rằng, ở thể lỏng cũng như ở thể khí Butan đều
nặng hơn Propan nhưng với cùng một trọng lượng thì Propan tạo ra thể khí
lớn hơn so với Butan.
3.3.1 Hệ số dãn nở
Hệ số dãn nở khối của LPG là lượng thể tích tăng lên khi nhiệt độ
của vật chất tăng lên 1
0
C.
Sự dãn nở nhiệt của LPG rất lớn ( gấp 15 ÷ 20 lần so với nước và
lớn hơn rất nhiều so với các sản phẩm dầu mỏ khác). Do đó các bồn chứa,
bình chứa LPG chỉ được chứa đến 80÷ 85 % dung tích toàn phần để có
không gian cho LPG lỏng dãn nở khi nhiệt độ tăng lên.
Do hệ số dãn nở của LPG lớn nên đòi hỏi:
* Phải giữ khoảng trống phù hợp trong các bồn chứa, bình chứa; lắp đặt

các van an toàn cho bồn chứa, các ống dẫn.
* Đo một cách chính xác nhiệt độ sản phẩm trong kho chứa chứa để khi
vận chuyển thì điều khiển được mức dự trữ, hư hao như quy định.
2.3.2 Nhu cầu không khí khi đốt cháy
Khi đốt cháy hoàn toàn một thể tích LPG đòi hỏi không khí lớn gấp
23 lần đối với propan và gấp 33 lần đối với butan. Đồng thời phản ứng sinh
ra lượng CO
2
gấp từ 3 – 4 lần thể tích khí đốt. Điều này rất quan trọng vì để
lường trước được khả năng thiếu oxy bão hoà CO
2
đột ngột trước khi đốt
LPG trong không gian khí.
2.3.3 Ẩn nhiệt bay hơi
16
16
Ẩn nhiệt của chất lỏng là lượng nhiệt cần hấp thụ để bay hơi hoàn
toàn một đơn vị khối lượng chất lỏng đó. Điều này đúng với cả khí hoá
lỏng và đúng với cả nước, nếu không có nhiệt cung cấp bên ngoài thì chất
lỏng không bay hơi được. Khi chất lỏng lạnh dần xuống thì sự bay hơi có
thể chậm lại hay dừng hẳn. Như vậy LPG lỏng đựng trong bình kín có một
lượng khí thoát ra từ bình chứa tương ứng với lượng hơi được tạo ra do sự
cung cấp nhiệt ở điều kiện áp suất khí quyển.
3.3.4 Tỷ trọng
Tỷ trọng thể lỏng : ở điều kiện 15
o
C, 760mmHg ,tỷ trọng của
propan là 0,51 ; còn butan là 0,575. Propan và butan nhẹ hơn nước nên nó
nổi lên trên mặt nước.
Tỷ trọng thể hơi : ở điều kiện 15

o
C, 760mmHg, tỷ trọng của propan
hơi bằng 1,52 và butan hơi bằng 2,01. Như vậy ở thể hơi, tỷ trọng của LPG
gấp gần 2 lần tỷ trọng của không khí.
Như vậy khi LPG rò rỉ, khí thoát ra nặng hơn so với không khí sẽ
lan truyền dưới mặt đất ở nơi trũng như rãnh nước, hố gas... Để đảm bảo an
toàn khi có rò rỉ cần tạo điều kiện thông thoáng phần dưới không gian sử
dụng hoặc chứa LPG.
2.3.5 Áp suất hơi bão hoà
LPG có áp suất hơi bão hoà cao hơn áp suất khí quyển, nên ở điều
kiện bình thường ( nhiệt độ và áp suất khí quyển ) LPG tồn tại ở dạng hơi.
Trong điều kiện nhất định về nhiệt độ và áp suất, LPG sẽ chuyển sang dạng
lỏng và có thể tích nhỏ hơn rất nhiều lần so với dạng hơi, điều này thuận lợi
cho việc vận chuyển và tàng trữ.
LPG chứa trong bình kín có thể làm tăng áp suất của bình do tính
chất dễ bay hơi của nó. Nhiệt độ môi trường quá thấp có thể làm giảm áp
suất hơi dưới mức áp suất khí quyển.
Áp suất hơi bão hòa của LPG phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài của
thiết bị và tỷ lệ thành phần Butan/ propan.
17
17
LPG với thành phần 70% butan và 30% propan có áp suất hơi bão
hòa là 6 kg/ cm
2
. Ở cùng điều kiện nhiệt độ, khi thay đổi thành phần hỗn
hợp , áp suất hơi bão hòa cũng thay đổi.`
3.3.6 Giới hạn cháy nổ
Hỗn hợp hơi nhiên liệu với không khí có thể cháy nổ khi gặp lửa.
Hỗn hợp chỉ cháy nổ khi nó nằm trong một giới hạn nào đó về nhiệt độ, áp
suất và thành phần. Vùng cháy nổ có giới hạn trên và giới hạn dưới về

nồng độ. Giới hạn dưới ứng với nồng độ nhiên liệu tối thiểu trong hỗn hợp
mà ở đó hỗn hợp cháy khi gặp lửa. Giới hạn trên ứng với nồng độ cực đại
của nhiên liệu để nhiên liệu cháy khi gặp lửa. Nếu quá giới hạn trên hỗn
hợp không cháy nổ vì thiếu oxy, còn thấp hơn giới hạn dưới hỗn hợp quá
nghèo nhiên liệu phản ứng cháy không xảy ra được. Giới hạn cháy nổ được
thể hiện ở bảng sau :
Bảng 2.2 : Giới hạn cháy nổ
Thành phần Giới hạn dưới
( % thể tích)
Giới hạn trên
( % thể tích)
Propan thương phẩm 2,2 10,0
Butan thương phẩm 1,8 9,0
Khí than metan 5,0 40,0
Khí thiên nhiên 5,0 15,0
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.
2.3.7 Nhiệt độ cháy
Hỗn hợp LPG/ trên không khí cháy sinh ra một lượng nhiệt rất lớn
và tương đối sạch không để lại tạp chất.
18
18
Bảng 2.3 Nhiệt cháy và nhiệt trị của LPG
Nhiệt độ cháy
lớn nhất của
Nhiệt trị LPG ( kcal/kg)
Lớn nhất Nhỏ nhất
C
3

H
8
1967 22000 11000
C
3
H
6
2050
C
4
H
10
1973 11800 10900
C
4
H
8
2033

3.3.8 Nhiệt độ tự bắt cháy
Nhiệt độ tự bắt cháy là nhiệt độ mà tại đó phản ứng cháy tự xảy ra
đối với hỗn hợp không khí, nhiên liệu ( hoặc oxy/ nhiên liệu). Nhiệt độ bắt
cháy tối thiểu phụ thuộc vào thiết bị thử, tỷ lệ không khí/ nhiên liệu, áp suất
hỗn hợp.
Bảng 2.4 Nhiệt độ tự bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất khí
quyển
Số thứ
tự
Nhiên liệu Nhiệt độ cháy tối thiểu (
o

C )
Trong không
khí
Trong Oxy
( O
2
)
1 Propan 400 – 580 470 – 575
2 Butan 410 – 550 280 – 550
3 Acetylen 305 – 500 295 – 440
4 Hydro 550 – 590 560
5 Dầu DO 250 – 340 >240
6 Xăng 280 – 430 >240
7 Dầu hỏa >250 >240
8 Metan 630 – 750
2.4 Các ứng dụng quan trọng của LPG
Thành phần chủ yếu của LPG là propan và butan, được sản xuất bằng
cách nén khí đồng hành hoặc khí từ các quá trình chế biến dầu mỏ ở các
nhà máy lọc dầu. Việc ứng dụng LPG thương phẩm thường phân chia
thành loại chính :
19
19
- 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 hỏi
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: Sử dụng trong nấu nướng, thay thế
điện trong các bình nước nóng, ứng dụng trong các hệ thống sưởi ấm nhà,
chiếu sáng, giặt là.
- Sử dụng LPG trong thương mại: Sử dụng trong các bếp công nghiệp, lò
nướng, đun nước nóng trong các nhà hàng, trong công nghiệp chế biến thực
phẩm.
- Sử dụng LPG trong công nghiệp: Sử dụng trong 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...
20
20