Nghiên cứu sản xuất khí công nghiệp sử dụng nhiệt lạnh từ quá trình tái hóa khí LNG thị vải

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM
------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT KHÍ CÔNG NGHIỆP SỬ
DỤNG NHIỆT LẠNH TỪ QUÁ TRÌNH TÁI HÓA KHÍ LNG
THỊ VẢI

Sinh viên thực hiện:
Chuyên ngành: Lọc – Hóa Dầu
Khóa: 2013-2018
Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hồng Châu
TS. Dương Chí Trung

Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2018

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM


TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM
------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT KHÍ CÔNG NGHIỆP SỬ
DỤNG NHIỆT LẠNH TỪ QUÁ TRÌNH TÁI HÓA KHÍ LNG
THỊ VẢI

Sinh viên thực hiện:
Chuyên ngành: Lọc – Hóa Dầu
Khóa: 2013-2018

Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hồng Châu
TS. Dương Chí Trung

Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2018


ĐỒ ÁN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

Người hướng dẫn chính: TS. Nguyễn Hồng Châu

Người hướng dẫn phụ: TS. Dương Chí Trung

Người chấm phản biện:

Đồ án được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM
Ngày … tháng … năm 2018


TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên:
Chuyên ngành: Lọc-Hóa Dầu
Lớp: K3LHD
1. Tên đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu sản xuất khí công nghiệp sử dụng nhiệt lạnh từ
quá trình tái hóa khí LNG Thị Vải
2. Nhiệm vụ:
 Tìm hiểu tổng quan công nghệ sử dụng nhiệt lạnh LNG trên thế giới
 Đánh giá khả năng áp dụng công nghệ sử dụng nhiệt lạnh tại Việt Nam
 Đánh giá nhu cầu sử dụng khí công nghiệp tại thị trường Việt Nam
 Tìm hiểu các quá trình sản xuất khí công nghiệp và khả năng tích hợp với quá trình
tái hóa khí LNG
 Xây dựng mô hình, phân tích và đánh giá các yếu tố kinh tế - kỹ thuật bằng phương
pháp mô phỏng.
3. Ngày giao đồ án tốt nghiệp: ngày 9 tháng 4 năm 2018
4. Ngày hoàn thành đồ án tốt nghiệp: ngày 8 tháng 7 năm 2018
Họ tên người hướng dẫn chính: TS. Nguyễn Hồng Châu
Họ tên người hướng dẫn phụ: TS. Dương Chí Trung
Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2018
HIỆU TRƯỜNG
(ký, ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO
(ký, ghi rõ họ tên)

NGƯỜI HƯỚNG DẪN
(ký, ghi rõ họ tên)


TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu sản xuất khí công nghiệp sử dụng nhiệt lạnh từ quá
trình tái hóa khí LNG Thị Vải.
Tên sinh viên thực hiện:
Chuyên ngành: Lọc – Hóa Dầu

Khoá: 2013-2018

Họ và tên của người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hồng Châu
TS. Dương Chí Trung
1. Nhận xét về tinh thần thái độ làm việc và nghiên cứu của sinh viên: ………….….
………….………….………….………….………….………….………….…………
2. Nhận xét về kết quả: ……………………………………………………………..…
………….………….………….………….………….………….………….…………
3. Những tồn tại nếu có: ……….………….………….………….………….………..
………….………….………….………….………….………….………….…………
4. Điểm:.………….………….………….………….………….………….………….
............., ngày … tháng … năm 2018
NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH
(ký, ghi rõ họ tên)


TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu sản xuất khí công nghiệp sử dụng nhiệt lạnh từ quá
trình tái hóa khí LNG Thị Vải.
Tên sinh viên thực hiện:
Chuyên ngành: Lọc – Hóa Dầu

Khoá: 2013-2018

Họ và tên người phản biện:
I. Phần nhận xét:
1. Về hình thức và kết cấu ĐATN:.....................................................................................
2. Về nội dung:
2.1. Nhận xét tổng quan tài liệu:........................................................................................
2.2. Nhận xét về phương pháp nghiên cứu:.......................................................................
2.3. Nhận xét về kết quả đạt được:....................................................................................
2.4. Nhận xét về kết luận:..................................................................................................
2.5. Những điểm thiếu sót và tồn tại của ĐATN:...............................................................
II. Điểm: ………… (ghi bằng chữ)
…, ngày … tháng … năm 2018
NGƯỜI PHẢN BIỆN
(ký, ghi rõ họ tên)


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong đồ án là hoàn toàn trung thực, của tôi,

không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và pháp luật Việt Nam. Nếu sai,
tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.
TÁC GIẢ ĐỒ ÁN
(Ký, ghi rõ họ tên)

1


TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên :
Ngành: Kỹ thuật Hóa học

Lớp: K3LHD

MSSV:

Khóa: 2013-2018

Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hồng Châu
TS. Dương Chí Trung
Tên Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu sản xuất khí công nghiệp sử dụng nhiệt lạnh từ quá
trình tái hóa khí LNG Thị Vải.
Tóm tắt nội dung đồ án tốt nghiệp
1. Tổng quan: Giới thiệu tổng quan về LNG: khái niệm LNG, chuỗi quá trình LNG,
ứng dụng của LNG và quá trình tái hóa khí LNG, tổng quan về thành phần, tính
chất, ứng dụng, các công nghệ sản xuất khí công nghiệp, thị trường khí công nghiệp
Việt Nam.
2. Cơ sở quá trình tách không khí: Khái quát quá trình tách không khí lạnh, giới thiệu
các quy trình 1 tháp, 2 tháp, đa tháp; quá trình tích hợp sự tái hóa khí LNG với hệ
thống tách không khí; lựa chọn quy trình sử dụng nhiệt lạnh để sản xuất khí công

nghiệp phù hợp.
3. Mô phỏng quy trình: Giới thiệu phần mềm mô phỏng Aspen Hysys V10, thực hiện
mô phỏng quá trình sản xuất khí công nghiệp sử dụng nhiệt lạnh từ quá trình tái hóa
khí LNG Thị Vải.
4. Phân tích kinh tế và kỹ thuật từ quá trình mô phỏng: Thực hiện phân tích các yếu tố
kỹ thuật, đánh giá tính kinh tế trong đầu tư xây dựng nhà máy.
5. Kết luận

2


ABSTRACT
This thesis evaluates the feasibility of integrating LNG regasification with air
separation process. By using simulation software, the thesis proposes a process that
allows the assessment of air flow to be integrated and evaluates economic and
technical factors. Based on the simulation result, the author calculate some key factors
of important equipment such as distillation column, heat exchanger, compressor, etc.
The economic factor is also evaluated in this thesis.

3


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin được thể hiện lòng biết ơn sâu sắc nhất tới quý thầy cô trong khoa
Dầu Khí nói chung và đặc biệt là trong bộ môn Lọc – Hóa Dầu nói riêng, đã tạo điều
kiện tốt nhất có thể để em hoàn thành đồ án này.
Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới TS. Nguyễn Hồng Châu và TS.
Dương Chí Trung trong thời gian qua đã tận tình quan tâm, động viên và giúp đỡ em
rất nhiều trong việc hướng dẫn, đọc và góp ý cho em chỉnh sửa đồ án. Trong quá trình
thực hiện đồ án, em đã học tập được rất nhiều kiến thức về các phần mềm mô phỏng,

cách tính toán các thiết bị công nghệ cũng như tính toán kinh tế cho một dự án.
Do thời gian thực hiện đồ án có hạn, em không thể tránh khỏi những thiếu sót cần phải
bổ sung. Em kính mong quý thầy cô giáo góp ý để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

4


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN................................................................................................................i
TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.....................................................................................ii
ABSTRACT...................................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................... iv
MỤC LỤC.......................................................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ẢNH...............................................................................................viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU..............................................................................................xii
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.....................................................................xiii
LỜI MỞ ĐẦU....................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN...................................................................................................2
1.1. Tổng quan về LNG......................................................................................................2
1.1.1. Khái quát về LNG.....................................................................................................2
1.1.2. Chuỗi quá trình LNG................................................................................................2
1.1.3. Khai thác khí thiên nhiên..........................................................................................2
1.1.4. Các quá trình xử lý khí tại nhà máy..........................................................................3
1.1.5. Vận chuyển LNG......................................................................................................3
1.1.6. Quá trình tái hóa khí LNG........................................................................................4
1.1.7. Sử dụng LNG............................................................................................................9
1.1.8. Dự án LNG Thị Vải..................................................................................................9

1.1.9. Phân tích các ứng dụng cuả quá trình tái hóa khí LNG...........................................10
1.2. Tổng quan về khí công nghiệp...................................................................................14
1.2.1. Thành phần, tính chất của không khí......................................................................14
1.2.2. Ứng dụng của khí công nghiệp...............................................................................15
1.2.3. Các phương pháp sản xuất khí công nghiệp............................................................18
5


1.2.4. Tình hình sản xuất khí công nghiệp tại Việt Nam...................................................18
Chương 2: CƠ SỞ QUÁ TRÌNH TÁCH KHÔNG KHÍ...................................................20
2.1. Khái quát quá trình tách không khí lạnh....................................................................20
2.1.1. Nén khí...................................................................................................................21
2.1.2. Làm mát không khí.................................................................................................21
2.1.3. Tinh lọc không khí..................................................................................................21
2.1.4. Làm lạnh sâu không khí..........................................................................................21
2.1.5. Sự phân tách không khí...........................................................................................21
2.1.6. Thu hồi và lưu trữ...................................................................................................21
2.2. Các quy trình tách không khí lạnh.............................................................................21
2.2.1. Quá trình tách 1 tháp...............................................................................................22
2.2.2. Quá trình chưng cất 2 tháp......................................................................................23
2.2.3. Quá trình chưng cất đa tháp....................................................................................24
2.3. Lựa chọn cấu hình cho quá trình tách không khí sử dụng nhiệt lạnh từ quá trình tái
hóa khí LNG.....................................................................................................................27
Chương 3: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT KHÍ CÔNG NGHIỆP....................28
3.1. Lựa chọn phần mềm mô phỏng..................................................................................28
3.2. Mô phỏng quá trình sản xuất khí công nghiệp sử dụng nhiệt lạnh từ quá trình tái
hóa khí LNG.....................................................................................................................28
Chương 4: ĐÁNH GIÁ VÀ THẢO LUẬN......................................................................54
4.1. Đánh giá tính kỹ thuật................................................................................................54
4.1.1. Dòng không khí đầu vào và các dòng sản phẩm.....................................................54

4.1.2. Dòng LNG..............................................................................................................54
4.1.3. Dòng nước cho quá trình làm mát...........................................................................54
4.1.4. Hệ thống máy nén được sử dụng mô phỏng............................................................55
4.1.5. Hệ thống máy bơm..................................................................................................56
4.1.6. Hệ thống trao đổi nhiệt...........................................................................................58
6


4.1.7. Các tháp chưng cất..................................................................................................64
4.1.8. Các van giảm áp......................................................................................................67
4.2. Đánh giá tính kinh tế của dự án.................................................................................68
4.2.1. Doanh thu................................................................................................................68
4.2.2. Giá thành thiết bị.....................................................................................................69
4.2.3. Các chi phí trực tiếp khác........................................................................................70
4.2.4. Chi phí xây dựng.....................................................................................................71
4.2.5. Chi phí gián tiếp......................................................................................................71
4.2.6. Chi phí dự phòng và tổng chi phí đầu tư dài hạn CTPI..............................................72
4.2.7. Chi phí sản xuất......................................................................................................72
4.2.8. Tổng chi phí đầu tư CTCI (total capital invesment)...................................................74
KẾT LUẬN......................................................................................................................76
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................77

7


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Chuỗi quá trình LNG [1]................................................................................2
Hình 1.2: Quá trình xử lý tại nhà máy LNG [1].............................................................3
Hình 1.3: Tàu vận chuyển LNG [1]...............................................................................4
Hình 1.4: Hệ thống thiết bị tái hóa khí LNG [1]............................................................5

Hình 1.5: Cần tải [1]......................................................................................................6
Hình 1.6: Thiết bị ORV [1]............................................................................................7
Hình 1.7: Thiết bị SCV [1].............................................................................................7
Hình 1.8: Thiết bị IFV [1]..............................................................................................8
Hình 1.9: Thiết bị AAV [1]............................................................................................8
Hình 1.10: Kho cảng Thị Vải [3].................................................................................10
Hình 1.11: Quá trình sản xuất CO2 lỏng [5].................................................................12
Hình 1.12: Kho lạnh LNG [5]......................................................................................12
Hình 1.13: Sản xuất điện từ nguồn nhiệt lạnh LNG [5]...............................................13
Hình 1.14: Thành phần của không khí [6]...................................................................14
Hình 1.15: Tỷ trọng của không khí [7].........................................................................15
Hình 1.16: Ứng dụng của khí Oxy công nghiệp [8].....................................................16
Hình 2.1: Các giai đoạn tách không khí lạnh [15]........................................................20
Hình 2.2. Quá trình chưng cất 1 tháp [16]...................................................................22
Hình 2.3: Quá trình chưng cất 2 tháp [17]...................................................................23
Hình 2.4. Hệ thống 3 tháp chưng cất [16]....................................................................25
Hình 2.5. Hệ thống 4 tháp chưng cất [16]....................................................................26
8


Hình 2.6: Tích hợp quá trình tái hóa khí LNG và chưng cất không khí [17]................27
Hình 3.1: Quá trình tích hợp LNG Regasification với hệ thống tách không khí..........29
Hình 3.2. Các thông số của dòng không khí đầu vào 1................................................30
Hình 3.3: Các thông số kỹ thuật của máy nén Comp 1................................................31
Hình 3.4: Các thông số kỹ thuật của dòng 2................................................................32
Hình 3.5. Các thông số kỹ thuật của thiết bị trao đổi nhiệt HEX1...............................33
Hình 3.6. Các thông số của các dòng trao đổi nhiệt tại HEX1.....................................33
Hình 3.7: Các thông số kỹ thuật của máy nén Comp2.................................................34
Hình 3.8: Các thông số kỹ thuật của thiết bị trao đổi nhiệt HEX2...............................35
Hình 3.9. Các dòng trao đổi nhiệt tại HEX2................................................................35

Hình 3.10: Thông số kỹ thuật của bơm Pump1............................................................36
Hình 3.11: Các dòng trong bơm Pump1.......................................................................36
Hình 3.12: Các thông số kỹ thuật của bộ trao đổi nhiệt HEX3....................................37
Hình 3.13: Các dòng trao đổi nhiệt tại HEX3..............................................................38
Hình 3.14: Thông số các dòng tại bộ chia SEP............................................................38
Hình 3.15: Các thông số của thiết bị MHEX1.............................................................39
Hình 3.16: Các dòng trong bộ trao đổi nhiệt MHEX1.................................................40
Hình 3.17: Các dòng trong bơm PUMP3.....................................................................41
Hình 3.18: Các thông số kỹ thuật của tháp chưng cất cao áp HPC..............................42
Hình 3.19: Các dòng trong tháp HPC..........................................................................43
Hình 3.20: Thành phần các dòng sản phẩm qua tháp HPC..........................................44
Hình 3.21: Thông số kỹ thuật của bộ trao đổi nhiệt đa dòng MHEX2.........................45
9


Hình 3.22: Các dòng trao đổi nhiệt tại MHEX2...........................................................46
Hình 3.23: Thông số các dòng qua van VALVE1.........................................................47
Hình 3.24: Thông số các dòng qua van VALVE2.........................................................48
Hình 3.25: Các thông số kỹ thuật của tháp chưng cất thấp áp LPC.............................49
Hình 3.26: Các dòng trong tháp LPC...........................................................................50
Hình 3.27: Thành phần các dòng sản phẩm của tháp LPC...........................................51
Hình 3.28: Thông số kỹ thuật của bơm Pumb 2...........................................................52
Hình 3.29: Các thông số kỹ thuật của máy nén Comp3...............................................53
Hình 4.1: Kết quả mô phỏng máy nén Comp1.............................................................55
Hình 4.2: Kết quả mô phỏng máy nén Comp2.............................................................56
Hình 4.3: Kết quả mô phỏng máy nén Comp3.............................................................56
Hình 4.4: Kết quả mô phỏng bơm Pump1....................................................................57
Hình 4.5: Kết quả mô phỏng bơm pump2....................................................................57
Hình 4.6: Kết quả mô phỏng bơm PUMP3..................................................................58
Hình 4.7: Thông số tình toán cho HEX1......................................................................58

Hình 4.8: Đồ thị trao đổi nhiệt tại HEX1.....................................................................59
Hình 4.9: Thông số tính toán cho HEX2......................................................................59
Hình 4.10: Đồ thị trao đổi nhiệt trong HEX2...............................................................60
Hình 4.11: Thông số tính toán cho HEX3....................................................................61
Hình 4.12: Đồ thị trao đổi nhiệt trong HEX 3..............................................................61
Hình 4.13: Thông số trao đổi nhiệt trong MHEX1......................................................62
Hình 4.14: Đồ thị trao đổi nhiệt trong MHEX1...........................................................63
10


Hình 4.15: Thông số trao đổi nhiệt trong MHEX2......................................................63
Hình 4.16: Đồ thị trao đổi nhiệt trong MHEX2...........................................................64
Hình 4.17: Đồ thị nhiệt độ trong tháp HPC..................................................................65
Hình 4.18: Đồ thị áp suất trong tháp HPC...................................................................65
Hình 4.19: Đồ thị lưu lượng trong tháp HPC...............................................................65
Hình 4.20: Đồ thị nhiệt độ trong tháp LPC..................................................................66
Hình 4.21: Đồ thị áp suất trong tháp LPC....................................................................66
Hình 4.22: Đồ thị lưu lượng trong tháp LPC...............................................................66
Hình 4.23: Đồ thị tỷ lệ độ sụt áp trong van VALVE1...................................................67
Hình 4.24: Đồ thị tỷ lệ độ sụt áp trong van VALVE2...................................................68

11


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các kho LNG tại Nhật Bản [5]....................................................................11
Bảng 1.2: So sánh các phương pháp sử dụng nhiệt lạnh LNG.....................................13
Bảng 1.3: Điểm tới hạn của Oxy và Nitơ [7]...............................................................14
Bảng 1.4: Tính chất các thành phần của không khí [7]................................................15
Bảng 4.1: Số liệu các dòng không khí và sản phẩm khí...............................................54

Bảng 4.2: Doanh thu từ sản phẩm khí công nghiệp.....................................................69
Bảng 4.3: Giá thành các thiết bị...................................................................................70
Bảng 4.4: Các chi phí trực tiếp khác[20].....................................................................71
Bảng 4.5: Chi phí xây dựng [20]..................................................................................71
Bảng 4.6: Chi phí gián tiếp [20]...................................................................................72
Bảng 4.7: Công suất các thiết bị..................................................................................73
Bảng 4.8: Tóm tắt kết quả tính toán tính kinh tế của dự án..........................................75

12


DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
LNG

Liquefied Natural Gas

Khí thiên nhiên hóa lỏng

VCM

Vinyl Chloride Monomer

Vinyl Clorua

PVC

Poly Vinyl Chloride

Poly Vinylclorua

LPG

Liquefied Petroleum Gas

Khí dầu mỏ hóa lỏng

NBP

Normal Boiling Point

Điểm sôi thường

ASU

Air Seperation Unit

Cụm tách không khí

HPC

High Pressure Column

Tháp tách cao áp

LPC

Low Pressure Column

Tháp tách thấp áp

ppm

Parts Per Million

Phần triệu

13


LỜI MỞ ĐẦU
Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ khí ngày càng tăng và bổ sung nguồn cung cấp khí trong
tương lai khi sản lượng khai thác từ nguồn cung trong nước sụt giảm, đảm bảo an ninh
năng lượng quốc gia, PV GAS/PVN đã triển khai thực hiện dự án Kho LNG Thị Vải
giai đoạn 1 với công suất 1 triệu tấn/năm, dự kiến đi vào vận hành năm 2021.
Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này, tác giả sẽ sử dụng phương pháp mô phỏng bằng
phần mềm ASPEN HYSYS để phân tích và đánh giá các yếu tố kinh tế - kỹ thuật của
việc tích hợp quá trình tái hóa khí LNG với quá trình sản xuất khí công nghiệp.
Nội dung của đồ án gồm 05 phần:
- Chương 1: Tổng quan
- Chương 2: Cơ sở quá trình tách không khí
- Chương 3: Mô phỏng quá trình sản xuất khí công nghiệp
- Chương 4: Đánh giá và thảo luận
- Kết luận

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về LNG
1.1.1. Khái quát về LNG

LNG (Liquefied Natural Gas – khí tự nhiên hóa lỏng) có thành phần chính là khí
Methane đã được hóa lỏng với mục đích thuận tiện trong việc tồn chứa và vận chuyển.
Việc hóa lỏng khí tự nhiên cho phép vận chuyển khí đến những thị trường tiêu thụ ở xa
nguồn cung khí mà những phương pháp vận chuyển truyền thống như đường ống,
CNG khó có thể thực hiện được do không hiệu quả về kinh tế.
Quá trình làm lạnh khí tự nhiên để đạt trạng thái lỏng diễn ra tại nhiệt độ khoảng
-162oC (-259 F). Để phục vụ cho mục đích sử dụng thương mại, LNG sẽ được chuyển
ngược lại thành dạng khí sau khi vận chuyển đến nơi tiêu thụ bằng quá trình tái hóa
khí. [1]
1.1.2. Chuỗi quá trình LNG
Quá trình sản xuất, vận chuyển và phân phối LNG được bắt đầu từ năm 1964 với sơ đồ
sau:

Hình 1.1: Chuỗi quá trình LNG [1]
1.1.3. Khai thác khí thiên nhiên
Hiện nay, phần lớn lượng LNG trên thế giới được xuất khẩu từ các nước có trữ lượng
khí lớn như Qatar, Algeria, Australia, Indonesia, Malaysia, UAE, Nga...
Khai thác là quá trình đầu tiên trong cả chuỗi quá trình LNG. Sau khi các giếng được
khoan, khí tự nhiên được lấy ra và xử lí sơ bộ. Dòng khí thô này có thành phần chính
là khí Methane có lẫn một lượng ít tạp chất và các khí khác (như Ethane, Propane,
Butane, H2S, CO2…). Vì vậy, trước khi đưa vào hóa lỏng, dòng khí này phải được làm

2


sạch để đảm bảo độ tinh khiết cho sản phẩm và tránh gây ăn mòn cho đường ống và
thiết bị tồn chứa. [1]
1.1.4. Các quá trình xử lý khí tại nhà máy
Một trong những mục đích chính của nhà máy LNG là cung cấp các thành phần và đặc
tính đốt cháy phù hợp thông qua việc làm lạnh và ngưng tụ khí tự nhiên. Đặc tính đốt

cháy và thành phần đóng vai trò rất quan trọng trong việc quyết định chất lượng của
sản phẩm. Khí tự nhiên có chất lượng tốt thường chứa 85% đến 99% khí Methane. Sơ
đồ dưới đây mô tả các công đoạn chính của quy trình này. [1]

Hình 1.2: Quá trình xử lý tại nhà máy LNG [1]
1.1.4.1. Làm sạch khí thiên nhiên
Việc tách và loại bỏ các hợp chất không cần thiết và tạp chất được thực hiện tại các
nhà máy trước khi hóa lỏng khí tự nhiên. Các thành phần cần tách loại khỏi khí tự
nhiên là H2S, CO2, nước và các thành phần nặng. Các thành phần có thể ăn mòn thiết
bị, làm giảm chất lượng khí thương phẩm. [1]
1.1.4.2. Hóa lỏng khí thiên nhiên
Sau khi tách loại hầu hết các tạp chất, khí tự nhiên được đưa vào quá trình hóa lỏng.
Khí được hóa lỏng thông qua công nghệ làm lạnh sâu để giảm nhiệt độ xuống khoảng
-162oC – trạng thái lỏng của Methane.
Sản phẩm LNG thu được là chất lỏng không gây ăn mòn, không màu, nặng bằng một
nửa so với nước. Một thể tích LNG sau khi hóa hơi cho 600 thể tích khí tự nhiên ở
điều kiện 15,6oC và 1atm. Bằng việc hóa lỏng này cho phép vận chuyển và tồn chứa
LNG đạt giá trị kinh tế cao. [1]
1.1.5. Vận chuyển LNG
Thông thường, LNG được vận chuyển đến nơi tiêu thụ bằng đường biển, xe tải và một
số nơi là đường sắt (Nhật Bản). [1]
1.1.5.1. Đường biển
Khi khoảng cách từ các nhà máy đến nơi tiêu tụ lớn, LNG thường được vận chuyển
bằng đường biển, cho đến nay, hơn 45.000 chuyến hành trình được thực hiện mà
3


không có bất kì sự cố mất mát nào. Ngày nay, LNG được vận chuyển trên các con tàu
siêu trọng, được thiết kế đặc biệt để chứa hàng ở điều kiện gần áp suất khí quyển và
nhiệt độ lạnh là -162oC. Bể chứa LNG có lớp cách nhiệt để hạn chế lượng LNG bị bay

hơi trong quá trình vận chuyển.
Khoảng 300 tàu LNG đang hoạt động và đa số có thể vận chuyển 120.000 đến 260.000
m3 LNG. Hiện nay, chi phí của các tàu LNG vào khoảng 225-250 triệu USD cho tàu
vận chuyển 135.000 m3 đến khoảng 300 triệu đô cho các tàu có sức chứa lớn hơn. [1]

Hình 1.3: Tàu vận chuyển LNG [1]
1.1.5.2. Đường bộ
Khi nhà máy LNG ở gần nơi tiêu thụ, phương án vận chuyển LNG nhanh chóng và
hiệu quả nhất là xe tải/xe bồn. Ở nhiều nơi trên thế gới, vận chuyển LNG bằng đường
bộ đã được sử dụng từ năm 1968 và đáp ứng được yêu cầu của ngành. Hiện nay, LNG
được vận chuyển thường xuyên bằng xe tải ở các quốc gia bao gồm: Mỹ, Nhật Bản,
Hàn Quốc, Anh, Tây Ban Nha, Brazil, Úc…[1]
1.1.6. Quá trình tái hóa khí LNG
LNG được vận chuyển và lưu trữ tại các kho chứa trước khi thực hiện quá trình tái hóa
khí (Regasification).
Mặc dù có nhiều thiết kế khác nhau của thiết bị nhập và hóa hơi LNG nhưng thường
về tổng thể thì khá giống nhau [1]. Các thiết bị chính của quá trình tái hóa khí:
-

Cần tải (Uploading arms).

-

Đường ống lạnh.
4


-

Bồn chứa.

-

Bơm áp suất thấp.

-

Bơm áp suất cao.

-

Máy nén Boil-Off Gas.

-

Thiết bị hóa hơi.

Hình 1.4 dưới đây mô tả hệ thống tái hóa khí LNG.

Hình 1.4: Hệ thống thiết bị tái hóa khí LNG [1]
1.1.6.1. Cần tải
Các cần tải (Articulated arms) được sử dụng để chuyển LNG từ các tàu vận chuyển
đến kho lưu trữ trên đất liền. Các khớp nối còn được gọi là “hardarms”, nối các hệ
thống ống dẫn của tàu với cầu cảng nhận hàng.
Khi tàu chở LNG cập bến, cần tải được làm lạnh đến -162 oC. Chúng cũng có thể giãn
nở khi thay đổi nhiệt độ. Thiết bị ngắt khẩn cấp sẽ được trang bị trên các cần tải để
tránh rủi ro trong quá trình vận chuyển của tàu. Bên cạnh đó, hệ thống cảnh báo an
toàn cũng được lắp đặt để bảo vệ cần tải và các khớp nối. [1]

5

Hình 1.5: Cần tải [1]
1.1.6.2. Bồn chứa LNG
Sau khi chuyển từ các tàu, LNG được đưa đến nơi tồn chứa thông qua đường ống lạnh.
Các loại thiêt bị để tồn chứa LNG bao gồm thiết bị trên đất liền và thiết bị ngoài khơi.
Bể chứa LNG được thiết kế để duy trì trạng thái lỏng ở nhiệt độ thấp và giảm thiểu sự
bốc hơi làm tăng áp suất (Boil-off gas). Để nhiệt độ trong bể chứa không đổi thì áp
suất phải không đổi bằng cách rút Boil-off gas ra khỏi bể chứa. Khí này được thu hồi
và có thể được xử lý theo những cách sau:
-

Nén và chuyển đến các đường ống.

Bơm vào tàu vận chuyển LNG để duy trì áp suất dương cho quá trình chuyển
LNG.
-

Trong trường hợp bất thường, khí sẽ được đưa ra đuốc đốt.

Thiết bị lưu trữ được thiết kế với tính năng thông hơi để có thể ngăn ngừa sự tăng áp
do hiện tượng “rollover” trong bể chứa LNG. Hiện tượng này là do sự giải phóng
nhanh của khí trong bể, làm phân tầng sản phẩm tồn chứa. Để ngăn ngừa hiện tượng
này, thiết bị đo lường tỷ trọng được đưa vào để theo dõi sự phân tầng. Các loại bể chứa
thường dùng là:
-

Bể chứa đơn (Single containment tanks)

-

Bể chứa kép (Double containment tanks)

-

Bể chứa đầy (Full containment tanks)

-

Bể loại màng (Membrane tanks)

-

Bể dưới lòng đất (In-ground tanks) [1]

1.1.6.3. Thiết bị tái hóa khí LNG
LNG sau khi lưu trữ sẽ được đưa vào thiết bị tái hóa khí để chuyển về dạng hơi. Các
thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng để hóa hơi LNG thông thường là:
6