Ngành dầu khí Việt Nam là một ngành mới phát triển được hơn 20 năm nhưng đã chiêm một phần quan trọng trong sự phát triển của đất nước. Đặc biệt là ngành công nghiệp chế biến dầu khí. Đây là một trong những tiền đề cơ bản để phát triển các ngành công nghiệp quan trọng của đất nước.
TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ
Giới thiệu chung về khí tự nhiên và khí đồng hành
Những cấu tử cơ bản của khí tự nhiên và khí đồng hành là: metan, etan, propan, butan (normal và izo) Khí tự nhiên được khai thác từ các mỏ khí, còn khí đồng hành được khai thác từ các mỏ dầu đồng thời với quá trình khai thác dầu mỏ.
Trong khí tự nhiên thành phần chủ yếu là metan (chiếm đến
98% thể tích) Các mỏ khí tự nhiên là các túi khí nằm sâu dưới mặt đất.
Khí đồng hành nhận được từ các mỏ dầu cùng với quá trình khai thác dầu mỏ Trong thành phần của khí đồng hành ngoài cấu tử chính là metan còn có etan, propan, butan và các hydrocacbon nặng với hàm lượng đáng kể Thành phần những cấu tử cơ bản trong khí thay đổi trong phạm vi khá rộng tùy theo mỏ dầu khai thác Ngoài ra trong thành phần khí tự nhiên và khí đồng hành còn có H2O, H2S, cùng các hợp chất chứa lưu huỳnh, S, N2 và heli.
Người ta còn phân loại khí theo hàm lượng hydrocacbon từ propan trở lên Khí giàu propan, butan và các hydrocacbon nặng (trên 150g/m 3 ) được gọi là khí béo (khí dầu) Từ khí này người ta chế xăng khí, khí hóa lỏng LPG và các hydrocacbon cho công nghệ tổng hợp hữu cơ Còn khí chứa ít hydrocacbon nặng (từ propan trở lên, dưới mức 50g/ m 3 ) gọi là khí khô (khí gầy), được sử dụng làm nhiên liệu cho công nghiệp và đời sống, làm nguyên liệu cho công nghệ tổng hợp hữu cơ, nguyên liệu cho sản xuất phân đạm, sản xuất etylen, axetylen, etanol…
Trữ lượng khí nước ta có thể phát hiện ước tính vào khoảng 1.300 tỷ m 3 khối khí Trữ lượng này phân bố trên toàn lãnh thổ nhưng chủ yếu là ở các bể Nam Côn Sơn, Sông
Hồng, Ma Lay – Thổ Chu.
Các phương pháp chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành
1 Chuẩn bị để chế biến.
Khí sau khi khai thác ngoài các cấu tử chính là các hydrocacbon parafin còn chứa các tạp chất như: bụi, hơi nước, khí trơ, CO2, H2S và các hợp chất hữu cơ của lưu huỳnh.
Tước khi đưa vào chế biến, khí cần phải qua công đoạn chuẩn bị, tại đó tiến hành loại bỏ các tạp chất kể trên bằng quá trình tách bụi, tách hơi nước và khí axít.
Có rất nhiều các phương pháp loại bỏ cơ học như:
- Làm sạch khí bằng phương pháp lắng.
- Làm sạch khí bằng phương pháp ướt.
- Làm sạch khí bằng phương pháp lọc.
- Làm sạch khí bằng phương pháp điện trường.
Các phương pháp trên có nhiều ưu nhược điểm:
- Đối với phương pháp lắng dưới của tác dụng của trọng lưc thì thiết bị cồng kềnh, hiệu quả thấp, nhưng đơn giản thông dụng.
- Đối với phương pháp lọc dưới tác dụng của lực ly tâm thì thiết bị gọn hơn, song không thể lọc hoàn hảo được đối vơí hạt nhỏ, phương pháp tốn nhiều năng lượng.
- Đối với phương pháp làm ướt thì khí làm nguội bão hào hơi nước nên một số trường hợp không dùng. Đối với phương pháp điện trường là có ưu điểm hơn cả:
- Năng lượng tiêu hao ít
- Trở lực không quá 3-5 mm cột nước
- Tiến hành ở nhiệt độ cao, trong môi trường ăn mòn hoá học.
- Có thể tự động hoá và cơ khí hoá hoàn toàn.
- Nhưng cũng có nhược điểm là tiền chi phí cao và tiêu hao điện năng lớn.
Sự có mặt của nước trong khí có thể tạo hydrat, cản trở quá trình vận hành của các thiết bị trong quá trình chế biến khí
( như bơm, quạt, máy nén…) Để hạn chế tác hại của hiện tượng này, khí cần được dehydrat bằng cách sấy khí hoặc trộn thêm vào khí hoặc trộn thêm vào khí tác nhân ức chế quá trình tạo hydrat.
Mục đích của quá trình sấy khí hay dùng chất ức chế tạo hydrat là tách bớt lượng hơi nước và tạo ra cho khí có nhiệt độ điểm sương theo nước thấp hơn so với nhiệt độ cực tiểu mà tại đó khí được vận chuyển hay chế biến.
Có nhiều phương pháp để sấy khí:
- Sấy khí bằng phương pháp hấp thụ
- Sấy khí bằng phương pháp hấp phụ.
- Sử dụng chất ức chế quá trình tạo hydrat. Để làm sạch khí khỏi H2S, CO2 và các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh ta thường sử dụng các dung môi hữu cơ sau:
- Làm sạch bằng dung môi Alknol amin
- Làm sạch bằng dung môi vật lý và dung môi tổng hợp.
2 Phương pháp chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ.
Tiến hành chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ ở nhiệt độ thấp từ -25 o C đến - 35 o C áp suất cao 3,0 – 4,0 Mpa. Đây được coi là phương pháp có hiệu quả và kinh tế hơn cả để chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành.
Khí đồng hành từ xí nghiệp khai thác dầu được nén bằng máy nén khí sau đó được làm lạnh và đưa vào thiết bị sấy khí để tách ẩm rồi được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt và làm nguội sau đó khí được đưa đến thiết bị ngưng tụ nhiệt độ thấp Tại đó, khí được nén và làm lạnh tới nhiệt độ âm cần thiết, sau đó hỗn hợp khí được đưa sang bộ phận tách khí, lúc này một phần hydrocacbon đã ngưng tụ được tách ra.
Sau khi được nén và làm lạnh thì hỗn hợp khí bị tách ra thành hai phần:
Phần ngưng tụ (gọi là condesat) của bậc nén và làm lạnh Khí đồng hành được bơm từ thùng chứa qua bộ phận trao đổi nhiệt sang cột tách etan Tại đó phân đoạn chứa metan và etan được tách ra Sau đó benzin là phần ngưng tụ đã tách metan và etan qua thiết bị trao đổi nhiệt vào bình chứa, từ đó nó được đưa đi chế biến tiếp.
Phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp để tách bezin từ khí đồng hành là phương pháp rất tốn kém, để thực hiện được cần có thiết bị làm lạnh phức tạp Tuy nhiên do sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản, mà hiệu quả tách benzin ra khỏi hỗn hợp khí khá cao, triệt để nên phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến khí.
3 Chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ.
Ngoài chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ thì người ta còn áp dụng phương pháp hấp thụ để chế biến khí.
Phương pháp này dựa trên cơ sở của 2 quá trình chuyển khối cơ bản: hấp thụ và nhả hấp thụ.
Bản chất vật lý của quá trình là sự cân bằng giữa dòng khí và dòng lỏng do sự khuếch tán chất từ pha này sang pha khác Khi đạt cân bằng bền động lực, sự khuếch tán được xác định bằng hiệu số áp suất riêng phần của cấu tử bị tách ra trong pha khí và pha lỏng Nếu áp suất riêng phần của cấu tử trong pha khí lớn hơn trong pha lỏng thì xảy ra quá trình hấp thụ (hấp thụ khí bởi chất lỏng) Và ngược lại, nếu áp suất riêng phần của cấu tử bị tách ra trong pha khí nhỏ hơn trong pha lỏng thì xảy ra quá trình nhả hấp thụ (thoát khí ra khỏi chất lỏng) Đối với các tính toán thực tế, động lực của quá trình hấp thụ được biểu thị chính xác hơn không chỉ qua áp suất riêng phần mà còn qua nồng độ của các cấu tử tương ứng.
Tại các nhà máy chế biến khí, quá trình hấp thụ và nhả hấp thụ được thực hiện trong các tháp hấp thụ và tháp nhả hấp thụ (tháp chưng luyện) có cấu tạo kiểu tháp đĩa hoặc tháp đệm, chất hấp thụ được dùng ở đây là các phân đoạn benzin, kerosen hoặc hỗn hợp của chúng.
4 Chế biến khí bằng phương pháp chưng cất.
Sơ đồ chưng cất nhiệt độ thấp được thực hiện quá trình tách các cấu từ định trước hiệu quả hơn sơ đồ hấp thụ nhiệt độ thấp (HNI) và thiết bị chế tạo cũng đơn giản hơn Khác nhau về mặt nguyên lý giữa hai sơ đồ CNT và NTT là ở chỗ nguyên liệu đi vào thiết bị sau khi làm lạnh (không có sự tách sơ bộ mà được đưa thẳng vào tháp chưng Tại đó xảy ra sự phân tích riêng biệt khí nguyên liệu thành khí khô(thoát ra từ đỉnh tháp) và phân đoạn hydrocacbon nặng
Phụ thuộc vào sơ đồ nguyên lý của quá trình chưng cất nhiệt độ thấp, thiết bị cơ bản của sơ đồ là tháp chưng được chia thành chưng bốc hơi và tháp ngưng tụ – bốc hơi.
Hình 1.1: Sơ đồ tháp chưng bốc hơi Hình 1.2: Sơ đồ tháp ngưng tụ - bốc hơi
1 Thiết bị trao đổi nhiệt;
3 Chu trình làm lạnh ngoài; 4 Thiết bị tách; I.
Khí nguyên liệu; II Khí đã tách benzin; III. Ống truyền nhiệt;
1 Chu trình làm lạnh ngoài;
3 Tháp ngưng tụ bốc hơi; I. Khí nguyên liệu; ; II Khí đã tách benzin; III Ống truyền nhiệt; IV Hydrocacbon nặng; V.
Hồi lưu; VI Sản phẩm đỉnh tháp
NHÀ MÁY KHÍ CÀ MAU
Giới thiệu công ty khí Cà Mau
Công ty Khí Cà Mau (tiền thân là Xí nghiệp Khí Cà Mau) là đơn vị chi nhánh trực thuộc Tổng Công ty Khí Việt Nam. Được thành lập bằng QĐ số 1733/QĐ-DKVN ngày
03/07/2006 của Hội đồng quản trị Tổng Công Ty Khí Việt
Nam thuộc Tập Đoàn Dầu Khí Việt Nam.
2 Chức năng và nhiệm vụ.
Công ty Khí Cà Mau có chức năng quản lý, vận hành và khai thác đường ống dẫn khí PM3-Cà Mau.
Công ty khí Cà Mau có nhiệm vụ tiếp nhận khí từ mỏ
PM3-CAA và Lô 46-Cái nước và cung cấp khí thiên nhiên cho 2 nhà máy Điện Cà Mau và Nhà máy Đạm Cà Mau thuộc dự án Khí – Điện – Đạm Cà Mau Việc cung cấp khí và các sản phẩm khí nêu trên không những góp phần bảo đảm an ninh năng lượng, lương thực quốc gia, mà còn hạn chế việc sử dụng ngoại tệ để nhập khẩu nguyên liệu, góp phần bình ổn giá cả thị trường và nâng cao chất lượng đời sống của nhân dân.
Hệ thống PM3 Cà Mau
1 Tổng quan về dự án PM3.
Hình 2.1 Tổng quan hê ̣ thống đườ ng ống dẫn khí PM3-Cà
Mau Đường ống dẫn khí PM3 Cà Mau là một phần của dự án Khí- Điện- Đạm Cà Mau được xí nghiệp liên doanh Dầu khí Việt - Xô (Vietsovpetro) xây dựng, bao gồm 298 km đường ống dẫn khí ngoài biển nối từ mỏ Dầu - Khí PM3 thuộc vùng biển chồng lấn giữa Việt Nam và Malaysia và 27 km đưa từ trạm tiếp bờ vào Khu công nghiệp Khánh An ở huyện U Minh, Cà Mau Đường kính ống 18 inch, dày 12,5 mm, công suất vận chuyển tối đa 2,2 tỷ m³ khí/năm đưa khí từ mỏ PM3 để cấp cho hai nhà máy nhiệt điện và sản xuất phân đạm Đường ống dẫn khí trên bờ bao gồm cả 03 trạm:
Trạm tiếp bờ (LFS), cụm van ngắt tuyến (LBV) và trung tâm phân phối khí (GDC).
Bảng 2.1 Thông số thiết kế
FP (Barg) Áp suất thiết kế 147.6 98.4 98.4 98.4 Áp suất vận hành tối đa cho phép
Công suất tiêu thụ tối đa của Nhà máy Điện:
6.4 Triệu Sm 3 /ngày ~ 265 Ksm 3 /hr.
Công suất tiêu thụ tối đa của Nhà mày Đạm:
1.386 Triệu Sm 3 /ngày ~ 58 Ksm 3 /hr.
6.0 Triệu Sm 3 /ngày ~ 250 Ksm 3 /hr.
3 3 chạm của hệ thống PM3 Cà Mau.
3.1 Trạm LFS (Landfall Station): a Sơ đồ trạm:
Hình 2.2 Sơ đồ trạm LFS b Chức năng.
Trạm LFS (Landfall Station): Đây là trạm tiếp bờ dùng để nhận khí ngoài giàn vào Tại đây thực hiện các quá trình lọc và giảm áp. c Nguyên lí vận hành.
Khí đưa từ giàn vào qua IJ cách điện rồi qua hệ thống cold vent xã nguội đến van shut down đầu vào UV-4004 qua bộ lọc FD-4004/4006/4005 (thường chỉ vận hành 1 hoặc 2 bộ lọc, còn lại ở chế độ standby để dự phòng cho thay thế khi bảo dưỡng sửa chữa) rồi đến van PV-4007A/PV-4007B/PV-
4007C để giảm áp (thường thì chỉ vận hành 1 hoặc 2 van PV, van còn lại ở chế độ standby) sau đó qua các van shutdown cho từng bộ lọc UV4008/UV4005/UV4109 rồi qua va n shutdown đầu ra UV4024 đến Trạn LBV.
3.2 Trạm LBV ( Line block valve ) a Sơ đồ traṃ :
Hình 2.3 Sơ đồ trạm LBV b Chức năng.
Trạm LBV (Line block valve): Đây là trạm van ngắt tuyến, dùng để shutdown ngắt tuyến khi cần thiết (có sự cố, bảo dưởng, …). c Nguyên lí vận hành.
Khí từ trạm LFS qua IJ cách điện (ngắt điện 2 trạm, khi chập điện ở 1 trạm không ảnh hưởng ở trạm lân cận) đến
Hệ thống cold vent rồi đến shut down valve Trong đường ống chính có trích khí ra qua đường ống nhỏ để giảm áp, xong đưa vào điều khiển van shutdown Khí sau đó được chuyển đến trạm GDC bằng hệ thống ống.
3.3 Trung tâm GDC (Gas distribution center) a Sơ đồ traṃ :
Hình 2.4 Sơ đồ trạm GDC b Chức năng.
Trung tâm GDC (Gas Distribution Center): Tại đây sẽ thực hiện các quá trình: lọc khí, gia nhiệt, giảm áp, đo đếm, cung cấp nhiên liệu cho nhà máy điện 1, 2 và nhà máy đạm. c Nguyên lí vận hành.
Khí từ trạm LBV qua IJ cách điện đến hệ thống xã nguội qua các van shutdown UV-6005 (van dạng gas over oil) rồi qua van thuỷ lực UV-6002 vào thiết bị tách lọc FS-6002A/FS-
6002B/FS-6002C vào t hiết bị gia nhiệt Heater
HT-6003-A/HT-6003-B khí sau đó qua b ộ phận đo đếm FT-
6071/FT-6072 (cho Nhà máy Điện 1), FT-6073/FT-6074
(cho Nhà máy Điện 2) và FT-6101/FT-6102 (cho Nhà máy Đạm) rồi qua bộ van điều áp PCV- 6054A/B/C/D (cho
Nhà máy Điện 1), PCV-6056A/B/C (cho Nhà máy Điện 2) và
PCV 6101/6102/6103/6104 (cho Nhà máy Đạm) qua van shutdown UV- 6065 (cho nhà máy Điện 1) UV-6068 (cho nhà máy Điện 2) và UV-6101 (cho Nhà máy Đạm).
3.4 Đặc điểm nguồn nguyên liệu vào, sản phẩm ra
Khí PM3 CAA & Lô 46 Cái Nước bao gồm phần lớn là khí tự nhiên và rất ít khí đồng hành Khí được tập trung và được xử lý để tách nước, condensate, lọc bụi/tạp chất và CO2 tại giàn BRE Khí sau khi xử lý, khi ra khỏi BRE có đặc tính kỹ thuật như trong bảng 1 và được đưa tới giàn nén trung tâm
BRA CPP trước khi đi vào đường ống dẫn khí PM3 – Cà
Mau tới Trung tâm phân phối khí GDC Cà Mau.
Khí từ Trung tâm phân phối khí GDC Cà Mau được cấp tới 2 Nhà máy điện Cà Mau và Nhà máy Đạm Cà Mau.
Bảng 2.2 Đặc tính kĩ thuật khí đầu vào
TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Đặc tính kỹ thuật
3 Hàm lượng CO2, max % mole 8.0
5 Hàm lượng Mercaptan, max mg/Sm 3 11
7 Thủy ngân, max mg/Sm 3 20
Bảng 2.3 Đặc tính kĩ thuật khí đầu ra
TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Đặc tính kỹ thuật
1 Áp suất kPag 3300-6000 (NM Điện CM)
2 Nhiệt độ, min oC HCDP +20
3 Hàm lượng CO2, max % mole 8.0
5 Hàm lượng Mercaptan, max mg/Sm 3 11
7 Thủy ngân, max μg/Smg/Sm 3 20
8 Nhiệt trị, min MJ/Sm 3 37
4 Thành tựu và sản phẩm của hệ thống PM3 Cà Mau.
Trải qua 17 năm hoạt động, Hệ thống khí PM3 - Cà Mau luôn duy trì vận hành an toàn, hiệu quả, bảo vệ môi trường; cung cấp hơn 27 tỷ m3 khí cho các hộ tiêu thụ tại khu vực để sản xuất hơn 9 triệu tấn urê, hơn 108 tỷ kWh điện, hơn 746 nghìn tấn LPG và hơn 48 nghìn tấn condensate Doanh thu hàng năm từ Hệ thống khí PM3 - Cà Mau đạt hơn 3,5 nghìn tỷ đồng, tích lũy đạt hơn 58 nghìn tỷ đồng; tổng nộp ngân sách tỉnh Cà Mau mỗi năm đạt hơn 800 tỷ đồng, tích lũy đến nay đạt hơn 13 nghìn tỷ đồng.
Ngoài ra, Hệ thống khí PM3 - Cà Mau đã thu hút nguồn nhân lực chất lượng cao với hơn 200 người lao động cho Công ty
Khí Cà Mau và hơn 1.000 lao động cho Cụm công nghiệp
Khí - Điện - Đạm Cà Mau.