Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hóa dầu: Nghiên cứu, đánh giá các phương án tận dụng nguồn carbon dioxide từ các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao tại Việt Nam

TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, đánh giá các phương án tận dụng nguồn carbon dioxide từ các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao tại Việt Nam II.. - Chi tiết các phương pháp hiệu quả để thu hồi và tận d

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-o0o -NGUYỄN PHÚ HIẾU NGHĨA

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG ÁN TẬN DỤNG NGUỒN CARBON DIOXIDE TỪ CÁC MỎ KHÍ

Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa dầu

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Nguyễn Thành Duy Quang

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS Nguyễn Hữu Lương

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Huỳnh Minh Thuận

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 10 tháng 01 năm 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 PGS TS Phan Minh Tân

2 TS Nguyễn Hữu Lương 3 TS Huỳnh Minh Thuận 4 TS Hồ Quang Như 5 TS Phạm Hồ Mỹ Phương Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN PHÚ HIẾU NGHĨA MSHV: 7140031 Ngày, tháng, năm sinh: 26/02/1991 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa dầu Mã số : 60520330

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, đánh giá các phương án tận dụng nguồn carbon dioxide từ

các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao tại Việt Nam

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Thông tin về hiện trạng phát thải CO2 hiện nay trên thế giới và tại Việt Nam – những

ảnh hưởng và hậu quả

- Những xu hướng công nghệ hiện nay trong việc thu hồi và tận dụng nguồn CO2 từ các mỏ khí

- Chi tiết các phương pháp hiệu quả để thu hồi và tận dụng nguồn CO2 từ các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao tại Việt Nam

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 11/01/2016 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/12/2016 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Nguyễn Thành Duy Quang

Tp HCM, ngày tháng năm 20

TRƯỞNG KHOA

Lời cảm ơn

Đầu tiên, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc trước những quan tâm, hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ bảo nhiệt tình không biết mệt mỏi của thầy TS Nguyễn Thành Duy Quang Thầy đã truyền đạt cho em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu để giúp em hoàn thành luận văn này Những cách tư duy và giải quyết vấn đề mà thầy đã truyền đạt trong suốt quá trình thực hiện luận văn sẽ mãi là hành trang quý báu cho em trên con đường học tập, làm việc và sự nghiệp sau này

Tiếp đến em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của cô TS Đào Thị Kim Thoa, ThS Nguyễn Bùi Hữu Tuấn, các thầy cô trong bộ môn Chế biến dầu khí nói riêng và Khoa Kỹ thuật Hóa Học nói chung đã hết lòng truyền dạy những kiến thức, kinh nghiệm quý báu để em có thể hoàn thành luận văn của mình một cách tốt nhất

Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, hỗ trợ trong suốt thời gian qua

Tp Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 12 năm 2016

TÓM TẮT

Trong bối cảnh nền công nghiệp thế giới ngày càng phát triển, lượng carbon dioxide (CO2) do hoạt động của con người phát thải ra ngày càng gia tăng và vượt quá khả năng xử lý của thiên nhiên CO2 dư thừa tích tụ dần trong bầu khí quyền trái đất gây ra hiệu ứng nhà kính, là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu Việc tận dụng CO2 như chất lỏng công nghệ hoặc nguyên liệu đầu vào cho các quy trình biến đổi hóa học có thể coi như một giải pháp tiềm năng để cắt giảm lượng CO2 phát thải Việt Nam là một trong những nước chịu ảnh hưởng nghiêm trọng nhất bởi biến đổi khí hậu và là quốc gia có tổng lượng phát thải khí nhà kính (CO2) đứng thứ 31 trên thế giới Một thực trạng trong nền công nghiệp dầu khí tại nước ta hiện nay là CO2 trong các mỏ khí đang khai thác tại Việt Nam phần lớn được phân tách và thải thẳng ra môi trường, điều này góp phần không nhỏ vào hiện trạng gia tăng phát thải CO2 hằng năm tại Việt Nam

Luận văn này sẽ trình bày các phương án tái sử dụng CO2 từ các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao tại Việt Nam, đánh giá tính khả thi của các phương án và tiến hành mô phỏng trực quan trên phần mềm HYSYS Thông qua các kết quả tính toán và mô phỏng, luận văn sẽ để đề xuất phương án tận dụng nguồn CO2 phù hợp với điều kiện thực tiễn tại nước ta hiện nay

Tuy còn nhiều thiếu sót về nội dung và kết quả, nhưng hy vọng những đóng góp của luận văn có thể được sử dụng làm tiền đề cho các nghiên cứu chuyên sâu trên lĩnh vực tái sử dụng CO2 trong tương lai, thông qua đó góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế nước ta

ABSTRACT

With the growth of the world industry, the released amount of carbon dioxide (CO2) caused by human activities is rising This amount of CO2 exceeds the processing capacity of nature Excess CO2 accumulates in Earth's atmosphere caused greenhouse effect which is the main cause of global climate change The use of CO2 as processing liquid or raw material for the chemical transformation process can be considered as a potential solution to reduce CO2 emissions

Vietnam is one of the countries most seriously affected by climate change with the total greenhouse gas emissions (CO2) ranked 31th in the world The situation in the oil and gas industry in our country today is the CO2 in gas fields mostly separated and discharged directly into the environment This situation contributed to the increase of CO2 emissions in Vietnam

This thesis will present the plans to reuse the CO2 from the gas fields with high CO2

levels in Vietnam It also assess the feasibility of the plans and conduct visual simulation by using HYSYS simulation software Through the results of calculations and simulations, the thesis will propose plans to utilize CO2 in line with the actual conditions in our country today

Though there are still many deficiencies in content and results, but it hope that the contributions of this thesis can be used as the premise for in-depth studies in the field of reuse of CO2 in future, through which contribute to the sustainable development of our country's economy

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, luận văn này là do chính tôi thực hiện Các kết quả thu được là hoàn toàn trung thực, đáng tin cậy Nếu như có bất kỳ gian dối nào tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm, và chấp nhận kỷ luật theo quy định của nhà trường

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1

1.1 Hiện trạng phát thải CO2 trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay 1

1.1.1 Hiện trạng phát thải CO2 trên thế giới 1

1.1.2 Hiện trạng phát thải CO2 tại Việt Nam 2

1.2 Sự tích tụ CO2 trong khí quyển và hậu quả 4

1.3 Tiềm năng nguồn CO2 trong các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao tại Việt Nam 5

1.3.1 Tổng quan phân bố khí thiên nhiên tại Việt Nam 5

1.3.1.1 Nguồn khí bể Cửu Long 7

1.3.1.2 Nguồn khí bể Nam Côn Sơn 8

1.3.1.3 Nguồn khí bể Maylay – Thổ Chu 9

1.3.1.4 Nguồn khí miền Trung 10

1.3.1.5 Nguồn khí miền Bắc 10

1.3.2 Tổng quan về chất lượng các mỏ khí tại Việt Nam 11

1.3.3 Tổng quan về các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao 15

1.3.4 Các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao tại Việt Nam 16

1.3.4.1 Khu vực bể Sông Hồng 17

1.3.4.2 Khu vực bể Maylay – Thổ Chu 18

1.4 Các xu hướng công nghệ tận dụng và thị trường CO2 thế giới hiện nay 21

2.1 Các phương pháp thu hồi CO2 từ các mỏ khí 26

2.1.1 Tổng quan công nghệ tách CO2 từ khí thiên nhiên 26

2.1.2 Đánh giá, lựa chọn phương án công nghệ thu hồi CO2 từ các mỏ khí 29

2.1.2.1 Phương án công nghệ xử lý/vận chuyên khí về bờ 29

2.1.2.2 Đánh giá khả năng áp dụng các phương án phân tách CO2 30

2.2 Các công nghệ tận dụng CO2 30

2.2.1 Các nguyên tắc trong việc tận dụng CO2 30

2.2.2 Những xu hướng tận dụng CO2 chủ yếu hiện nay 31

2.2.2.1 Sản xuất khí tổng hợp 31

2.2.2.2 Tổng hợp Urê 32

2.2.2.3 Tổng hợp methanol 34

2.2.2.4 Tổng hợp axit salicylic và axit p-hydroxybenzoic 36

2.2.2.5 Tổng hợp axit formic và các dẫn xuất 38

2.2.2.6 Tổng hợp dimethylcarbonate và các dialkylcarbonate khác 39

2.2.2.7 Tổng hợp cyclic carbonate 40

2.2.2.8 Tổng hợp polymer 43

2.2.2.9 Tổng hợp các hợp chất vô cơ 44

2.2.2.10 Ứng dụng của CO2 dựa trên tính chất hóa lý của nó 45

a Tăng cường hệ số thu hồi dầu khí 45

b Tăng tỷ lệ thu hồi methane tại các vỉa than 46

c CO2 sử dụng làm dung môi hoặc chất lỏng công nghệ 46

d Một số ứng dụng khác 47

Chương 3: ĐÁNH GIÁ CHI TIẾT TÍNH KHẢ THI CHO CÁC PHƯƠNG ÁN TẬN DỤNG NGUỒN CARBON DIOXIDE TỪ CÁC MỎ KHÍ

CÓ HÀM LƯỢNG CO2 CAO TẠI VIỆT NAM 48

3.1 Đánh giá các phương án tận dụng CO2 có tiềm năng ứng dụng tại Việt Nam 48

3.1.1 Các tiêu chí đánh giá 48

3.1.2 Tận dụng nguồn CO2 để sản xuất methanol 50

3.1.3 Tận dụng nguồn CO2 để sản xuất urê 53

3.1.4 Phương án tận dụng nguồn CO2 để sản xuất khí tổng hợp cho mục đích tổng hợp methanol 54

3.2 Mô phỏng trực quan 61

3.2.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng HYSYS 61

3.2.2 Mô phỏng quá trình sản xuất methanol 62

3.2.2.1 Thiết lập các thông số cơ bản 62

a Thiết lập cấu tử và phương trình nhiệt động 62

b Thiết lập phản ứng 62

3.2.2.2 Tiến hành mô phỏng trong môi trường Enviroment Case (Main) 62

3.2.2.3 Thông số các dòng công nghệ và thiết bị 65

3.2.2.4 Kết quả mô phỏng 67

3.2.3 Mô phỏng quá trình sản xuất amoniac để tổng hợp urê 67

3.2.3.1 Thiết lập các thông số cơ bản 67

a Thiết lập cấu tử và phương trình nhiệt động 67

b Thiết lập phương trình phản ứng 68

3.2.3.2 Tiến hành mô phỏng trong môi trường Enviroment Case (Main) 68

3.2.3.3 Thông số các dòng công nghệ và thiết bị 71

a Thiết lập cấu tử và phương trình nhiệt động 73

b Thiết lập phương trình phản ứng 73

3.2.4.2 Tiến hành mô phỏng trong môi trường Enviroment Case (Main) 74

3.2.4.3 Thông số các dòng công nghệ và thiết bị 79

PHỤ LỤC B: Mô phỏng quá trình steam reforming truyền thống 102

PHỤ LỤC C: Quy trình công nghệ sản xuất phân đạm từ nguyên liệu khí thiên nhiên của nhà máy Đạm Phú Mỹ 108

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 112

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 1.1: Phát thải CO2 trong lĩnh vực năng lượng tại Việt Nam năm 2010 3

Bảng 1.2: Trữ lượng khí xác minh của Việt Nam 7

Bảng 1.3: Tình hình khai thác khí của Việt Nam 7

Bảng 1.4: Chất lượng khí đồng hành các mỏ thuộc bể Cửu Long 12

Bảng 1.5: Chất lượng khí các mỏ thuộc bể Nam Côn Sơn 13

Bảng 1.6: Chất lượng khí các mỏ thuộc khu vực bể Malay-Thổ Chu 14

Bảng 1.7: Chất lượng khí các mỏ thuộc khu vực bể Sông Hồng 15

Bảng 1.8: Trữ lượng và phân bố một số mỏ khí có hàm lượng CO2 cao 19

Bảng 1.9: Các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao được xem xét 20

Bảng 1.10: Các xu hướng sử dụng CO2 chính hiện nay trên thế giới 22

Bảng 1.11: Các xu hướng mới để tận dụng nguồn CO2 hiện nay trên thế giới 22

Bảng 2.1: So sánh các công nghệ tách CO2 trong khí thiên nhiên 28

Bảng 3.1: Độ chuyển hóa và thành phần sản phẩm khí tổng hợp của quá trình refoming kết hợp – CR [14] 58

Bảng 3.2: Độ chuyển hóa và thành phần sản phẩm khí tổng hợp của quá trình tri-reforming – TR [14] 60

Bảng 3.3: Thông số các dòng công nghệ hệ thống sản xuất methanol 65

Bảng 3.4: Thông số các thiết bị hệ thống sản xuất methanol 67

Bảng 3.5: Thông số các dòng công nghệ hệ thống sản xuất amoniac 71

Bảng 3.6: Thông số các thiết bị hệ thống sản xuất amoniac 72

Bảng 3.7: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CO2 trong khí thiên nhiên đến thành phần sản phẩm khí tổng hợp từ quá trình reforming kết hợp 75

Bảng 3.8: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến thành phần sản phẩm khí tổng hợp từ quá trình reforming kết hợp 76

Bảng 3.9: Khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ H2O/CH4 đến thành phần khí tổng hợp từ quá tình reforming kết hợp 77

Bảng 3.10: Thông số các dòng công nghệ trong hệ thống tổng hợp methanol 79

Bảng 3.11: Thông số các thiết bị trong hệ thống tổng hợp methanol 82

Bảng 3.12: Thành phần khí tổng hợp của quá trình refoming kết hợp theo mô phỏng HYSYS 82

Bảng 3.13: Thông số các thiết bị trong hệ thống tổng hợp methanol từ nguyên liệu khí thiên nhiên đi từ quá trình steam reforming 84

Bảng 3.14: Thành phần khí tổng hợp của quá trình steam refoming

theo mô phỏng HYSYS 85

Bảng 3.15: So sánh tính kinh tế của hai phương án tận dụng CO2 có sử dụng hydro từ quá trình điện phân nước thông qua kết quả mô phỏng 86

Bảng A.1: Thông số các dòng công nghệ hệ thống điện phân nước 100

Bảng A.2: Thông số thiết bị hệ thống điện phân nước 101

Bảng B.1: Thông số các dòng công nghệ trong hệ thống steam reforming 105

Bảng B.2: Thông số các thiết bị trong hệ thống steam reforming 107

DANH MỤC HÌNH VẼ & ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Nồng độ CO2 trong khí quyển giai đoạn 1000-2004 và 1958-2004 [3] 1

Hình 1.2: Các bể khí chính của Việt Nam 6

Hình 1.3: Sản lượng cung cấp khí Cửu Long giai đoạn 2013 – 2025 8

Hình 1.4: Sản lượng cung cấp khí Nam Côn Sơn giai đoạn 2013 – 2025 9

Hình 1.5: Sản lượng cung cấp khí Malay – Thổ Chu giai đoạn 2013 – 2025 10

Hình 1.6: Sản lượng cung cấp khí cho khu vực Bắc Bộ giai đoạn 2013 – 2025 11

Hình 3.1: Sự phụ thuộc của tỷ lệ carbon và tỷ lệ H2/CO vào tỷ lệ H2O/CH4 trong thành phần nguyên liệu [14] 57

Hình 3.2: Sơ đồ quy trình sản xuất khí tổng hợp cho mục đích tổng hợp methanol [14] 59

Hình 3.3: Sơ đồ mô phỏng quá trình tổng hợp methanol 64

Hình 3.4: Sơ đồ mô phỏng quá trình tổng hợp amoniac 69

Hình 3.5: Sơ đồ mô phỏng quá trình reforming kết hợp và tổng hợp methanol 74

Hình A.1: Sơ đồ mô phỏng quá trình điện phân nước ở nhiệt độ cao để tạo hydro 97

Hình B.1: Sơ đồ mô phỏng quá trình steam reforming 104

Hình C.1: Quá trình reforming sơ cấp và thứ cấp [21] 109

Hình C.2: Quá trình chuyển hóa CO [21] 109

Hình C.3: Quá trình methane hóa [21] 110

MỞ ĐẦU

Trong tự nhiên, vòng tuần hoàn carbon có khả năng tái tạo khoảng 203 gigatons (Gt) carbon dioxide (CO2) mỗi năm Lượng CO2 do hoạt động của con người phát thải ra chỉ khoảng 35,3 Gt mỗi năm (2014), chiếm khoảng 17,4% trong tổng lượng CO2 tuần hoàn tự nhiên [1] Con số này so với lượng CO2 tuần hoàn tự nhiên là nhỏ hơn nhiều lần, tuy nhiên lại vượt quá khả năng xử lý của thiên nhiên Lượng CO2 dư thừa này tích tụ dần trong bầu khí quyển trái đất gây ra hiệu ứng nhà kính, là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu hiện nay Do đó, con người cần có chiến lược cụ thể và lâu dài để từng bước cắt giảm lượng CO2 dư thừa này

Việc sử dụng CO2 như chất lỏng công nghệ hoặc nguyên liệu đầu vào cho các quy trình biến đổi hóa học hay các ứng dụng công nghệ sinh học, ví dụ dùng CO2 làm chất cố định sinh học, có thể coi như một giải pháp tiềm năng để cắt giảm lượng CO2 phát thải Thật vậy, việc tận dụng nguồn CO2 có thể trở thành một công cụ hiệu quả nếu có thể kết hợp với các công nghệ tiên tiến bền vững, đây là những công nghệ ít yêu cầu năng lượng và nguyên liệu so với các công nghệ đang có hiện nay Với mục đích nêu trên, CO2 có thể được sử dụng như chất lỏng công nghệ, nền tảng cho việc xây dựng các hợp chất phức tạp hoặc cũng có thể dùng như nguồn carbon cho nhiên liệu

Một đặc điểm quan trọng cần lưu ý, đó là bất kì hợp chất nào được tổng hợp từ CO2, một khi sử dụng CO2 sẽ tuần hoàn trở lại Do đó thách thức đặt ra là vấn đề tốc độ hình thành CO2 và tốc độ cố định CO2 Phần lớn CO2 được tạo thành từ quá trình đốt cháy, đây là quá trình diễn ra rất nhanh so với các phản ứng chuyển hóa CO2 thành các hợp chất hóa học khác Ngay cả các quá trình cố định CO2 trong tự nhiên cũng rất chậm nếu so sánh với quá trình cháy Trên thực tế, tốc độ cạn kiệt nguồn hóa thạch tự nhiên cao hơn so với tốc độ hình thành carbon hóa thạch Do đó bất kì quá trình nào dựa trên tốc độ của các quá trình nghịch chỉ làm mất đi lợi ích của việc tái sử dụng CO2. Vì vậy, sẽ là không thực

tế nếu cho rằng việc chuyển hóa CO2 sẽ giải quyết được vấn đề tích tụ CO2 trong khí quyển Các thông số động học và nhiệt động học đều chỉ ra điều đó một cách rõ ràng Sẽ là thực tế hơn nếu chỉ đặt ra mục tiêu chuyển hóa một phần nhỏ, khoảng 7%, lượng CO2 do con người phát thải ra thành các hóa chất và nhiên liệu có ích Dù cho việc này sẽ không thể nào giải quyết hoàn toàn việc tích tụ CO2 trong khí quyển, nhưng việc tận dụng nguồn CO2 sẽ mang lại hiệu quả cao hơn Dù cho thực thế là ngày nay vẫn chưa có công nghệ nào đủ sức thay thế các công nghệ tận dụng CO2 hiện có trong cùng điều kiện về mức tiêu thụ năng lượng và tính kinh tế

Một trong những phương pháp hiệu quả để giảm lượng CO2 tích tụ trong khí quyển được sử dụng từ lâu nay là dùng CO2 như là co-monomer để sản xuất polycarbonate và polyurethane Đây là phương pháp tiêu biểu trong nhóm các phương pháp được gọi là “lưu trữ CO2”

Carbon dioxide cùng với nước được coi là các hợp chất trơ, nó là sản phẩm cuối cùng của quá trình đốt cháy, bao gồm cả các phản ứng oxy hóa tế bào sinh học Mặc dù CO2 được tạo ra bởi tất các quá trình sinh học, tuy nhiên nguồn phát thải CO2 chính vẫn là quá trình đốt cháy carbon hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí đốt) dùng cho sản xuất năng lượng

Mặc dù chưa có nghĩa vụ phải cắt giảm phát thải khí nhà kính nhưng lượng khí nhà kính của Việt Nam cũng đang liên tục tăng, từ mức trên 21 triệu tấn CO2 trong năm 1990 lên 150 triệu tấn năm 2000 Dự tính lượng CO2 này sẽ tăng lên 300 triệu tấn vào năm 2020 Trong đó lĩnh vực năng lượng phát thải khí nhà kính nhiều nhất với 141,171 triệu tấn chiếm 53,1% tổng phát thải, tiếp theo là lĩnh vực nông nghiệp với 88,355 triệu tấn, chiếm 33,2% tổng phát thải Phát thải CO2 từ hoạt động giao thông cũng tăng từ 14% lên 25% Theo kịch bản trung bình, Bộ Tài Nguyên & Môi trường Việt Nam ước tính phát thải khí nhà kính từ ngành năng lượng đến năm 2020 là 224 triệu tấn CO2 Các ngành công nghiệp chủ yếu khác đóng góp khoảng 10 triệu tấn phát thải CO2/năm [2] Ba nhân tố

phát triển kinh tế, tăng trưởng dân số và cường độ sử dụng năng lượng trong giao thông là những yếu tố chính làm gia tăng lượng CO2 phát thải tại Việt Nam

Việt Nam là quốc gia có nguồn tài nguyên dầu khí vào loại trung bình so với các nước trên thế giới và đứng thứ 3 trong khu vực Đông Nam Á sau Indonesia và Malaysia Theo các kết quả đánh giá hiện nay cho thấy, ở nước ta tiềm năng và trữ lượng khí thiên nhiên là 3 nghìn tỷ m3 Trữ lượng được thẩm lượng và sẵn sàng để phát triển khai thác trong thời gian tới là khoảng 400 tỷ m3 Nguồn khí Việt Nam tập trung chủ yếu tại các mỏ khí của các bể sông Hồng, bể Cửu Long, bể Nam Côn Sơn và bể Malay-Thổ Chu Đặc biệt một số mỏ khí trong khu vực các bể sông Hồng và bể Malay-Thổ Chu có hàm lượng CO2 tương đối cao (trên 20%) Hiện nay, CO2 trong các mỏ khí phần lớn được phân tách và thải thẳng ra môi trường, điều này góp phần không nhỏ vào hiện trạng gia tăng phát thải CO2 hằng năm tại Việt Nam

Việt Nam là một trong những nước chịu ảnh hưởng nghiêm trọng nhất bởi biến đổi khí hậu và là quốc gia có tổng lượng phát thải khí nhà kính (CO2) đứng thứ 31 trên thế giới Cho đến nay, việc gia tăng lượng phát thải cùng với các diễn biến bất thường của khí hậu đã gây ra những thách thức lớn cho người nghèo, nhất là đại bộ phận dân cư gồm 17 triệu dân tại khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long cũng như dân cư sống tại các vùng ven biển

Luận văn này sẽ trình bày chi tiết các công nghệ tái sử dụng nguồn CO2 từ các mỏ khí hiện đang được sử dụng rộng rãi hiện nay Thông quá đó đưa ra các tiêu chí lựa chọn để đề xuất phương án tận dụng nguồn CO2 từ các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao phù hợp với điều kiện thực tiễn tại Việt Nam Hy vọng những đóng góp của luận văn có thể được sử dụng trong tương lai gần để giảm thiểu những ảnh hưởng của hiệu ứng nhà kính đối với môi trường và con người

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Hiện trạng phát thải CO2 trên thế giới và tại Việt Nam hiện nay 1.1.1 Hiện trạng phát thải CO2 trên thế giới

Carbon dioxide (CO2) được biết đến như là nguyên nhân chính gây ra biến đổi khí hậu do tác động hiệu ứng nhà kính bởi sự tích tụ ngày càng tăng của nó trong khí quyển Theo báo cáo của tổ chức chống biến đổi khí hậu thế giới, nồng độ CO2 trong khí quyển đã tăng từ 280ppm lên 295ppm trong giai đoạn từ năm 1000 đến năm 1990, 315ppm trong năm 1958 và tăng vọt lên mức 377ppm vào năm 2004 Theo dự đoán của tổ chức này thì với tình hình phát thải CO2 hiện nay, nồng độ CO2 trong khí quyển sẽ đạt mức 570ppm vào năm 2100 khiến cho nhiệt độ toàn cầu tăng lên ~2oC [3]

Hình 1.1: Nồng độ CO2 trong khí quyển giai đoạn 1000-2004 và 1958-2004 [3].

Mức phát thải CO2 hằng năm trên toàn thế giới ~ 35,3Gt (2014) [1] Nguyên nhân chủ yếu của việc gia tăng phát thải cũng như tích tụ CO2 trong khí quyển chủ yếu đến từ quá trình sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong các hoạt động của con người Lượng phát thải CO2 do quá trình sử dụng nhiên liệu hóa thạch chiếm đến 91% trong tổng số CO2 phát thải hằng năm trên toàn thế giới Thêm vào đó, nhiên liệu hóa thạch chiếm từ 80-85% nguồn năng lượng hiện nay trên thế giới và điều này sẽ còn diễn ra trong tương lai gần, do đó một lượng lớn CO2 sẽ tiếp tục được phát thải vào bầu khí quyển trái đất

Hiện nay, các nền kinh tế mới nổi có tốc độ phát triển mạnh mẽ như Trung Quốc, Ấn Độ đang sử dụng một lượng năng lượng hóa thạch khổng lồ và không ngừng gia tăng qua từng năm Ước tính mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch của hai nền kinh tế này sẽ gia tăng từ 50-100% so với hiện nay vào năm 2030 Nhóm các nước phát triển có mức độ gia tăng tiêu thụ năng lượng trung bình hằng năm hiện nay vào khoảng 0,7%/năm trong khi con số này ở các nước đang phát triển là 2,5%/năm Điển hình là Trung Quốc và Ấn Độ với mức tiêu thụ năng lượng tăng từ 8% vào năm 1980 lên đến 18% vào năm 2005 trong cơ cấu tiêu thụ năng lượng trên toàn thế giới [1] Hiện nay Trung Quốc đã vượt qua Mỹ để trở thành nước tiêu thụ năng lượng nhiều nhất thế giới và đi đôi với nó cũng là mức phát thải CO2 hằng năm cao nhất thế giới (chiếm 58% lượng gia tăng phát thải CO2 hằng năm trên toàn thế giới)

1.1.2 Hiện trạng phát thải CO2 tại Việt Nam

Mặc dù chưa có nghĩa vụ phải cắt giảm phát thải khí nhà kính nhưng lượng khí nhà kính của Việt Nam cũng đang liên tục tăng, từ mức trên 21 triệu tấn CO2 trong năm 1990 lên 150 triệu tấn năm 2000 Dự tính lượng CO2 này sẽ tăng lên 300 triệu tấn vào năm 2020 Trong đó lĩnh vực năng lượng phát thải khí nhà kính nhiều nhất với 141,17 triệu tấn chiếm 53,1% tổng phát thải, tiếp theo là lĩnh vực nông nghiệp với 88,35 triệu tấn chiếm 33,2% tổng phát thải Phát thải CO2 từ hoạt động giao thông cũng tăng từ 14% lên 25% Theo kịch bản trung bình, Bộ Tài Nguyên & Môi trường Việt Nam ước tính phát thải

khí nhà kính từ ngành năng lượng đến năm 2020 là 224 triệu tấn CO2 Các ngành công nghiệp chủ yếu khác đóng góp khoảng 10 triệu tấn phát thải CO2/năm [2] Ba nhân tố phát triển kinh tế, tăng trưởng dân số và cường độ sử dụng năng lượng trong giao thông là những yếu tố chính làm gia tăng lượng CO2 phát thải tại Việt Nam

Bảng 1.1: Phát thải CO2 trong lĩnh vực năng lượng tại Việt Nam năm 2010 (đơn vị: nghìn tấn CO2)

Công nghiệp sản xuất và Xây dựng 38.077,6 26,97

(Nguồn: Bộ Tài nguyên và Môi trường)

Tại Hội nghị Thượng đỉnh thế giới về biến đổi khí hậu tháng 9/2014, Việt Nam thông báo đặt mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính trong các hoạt động năng lượng từ 10% - 20% so với kịch bản thông thường

Để hạn chế lượng khí phát thải, Bộ Công Thương đang đẩy mạnh triển khai chiến lược tăng trưởng xanh trong đó nổi bật nhất là chương trình mục tiêu quốc gia về “Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả”; đề án “Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2055”; dự án “Nâng cao năng lực cho các ngành công nghiệp và thương mại

Việt Nam nhằm kiểm soát phát thải khí nhà kính và tăng cường khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu”,

Trong Diễn đàn Nông nghiệp giảm phát thải khí nhà kính, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã đặt mục tiêu đến 2020, ngành trồng trọt sẽ giảm 5,7 triệu tấn CO2, tương đương khoảng 10% lượng khí nhà kính trong lĩnh vực trồng trọt

Theo Ủy ban Quốc gia về biến đổi khí hậu, trong giai đoạn từ nay đến năm 2020, Việt Nam sẽ đẩy mạnh việc giảm phát thải khí nhà kính, thúc đẩy xây dựng thị trường carbon trong nước, đẩy mạnh sản xuất xanh, tiêu dùng bền vững để thực hiện hiệu quả nội dung, nhiệm vụ ứng phó với biến đổi khí hậu, thúc đẩy tăng trưởng xanh đã đề ra trong Chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu và thực hiện nhiệm vụ của một quốc gia với tư cách là thành viên của Công ước Khung của Liên hiệp quốc về biến đổi khí hậu (UNFCCC), tham gia triển khai các cơ chế mới theo Thỏa thuận chung toàn cầu về biến đổi khí hậu Ngoài ra, Việt Nam sẽ đưa mức cam kết giảm phát thải khí nhà kính vào khung chính sách phát triển kinh tế xã hội, ứng phó biến đổi khí hậu

Trước đó, tháng 6/2014, Việt Nam và Đức đã ký thoả thuận thực hiện dự án “Hỗ trợ các hành động giảm nhẹ phát thải khí nhà kính phù hợp với điều kiện quốc gia (NAMA) trị giá 4 triệu Euro, thực hiện từ 2014-2018 Dự án sẽ giúp Bộ Tài nguyên và Môi trường nâng cao năng lực trong công tác điều phối và hướng dẫn các Bộ, Ngành khác trong việc xây dựng và thực hiện các hành động giảm nhẹ biến đổi khí hậu Đồng thời góp phần giúp Chính phủ Việt Nam thực hiện các mục tiêu giảm nhẹ phát thải khí nhà kính, đã được nêu rõ trong Chiến lược Tăng trưởng Xanh

1.2 Sự tích tụ CO2 trong khí quyển và hậu quả

Sự tăng nhanh về phát thải khí nhà kính đã góp phần không nhỏ đến việc làm trầm trọng hơn thời tiết cực đoan của Việt Nam Thống kê cho thấy, trong vòng 10 năm trở lại đây, các loại thiên tai như: bão, lũ lụt, lũ quét, sạt lở đất, ngập úng, hạn hán, xâm nhập mặn

và các thiên tai khác đã làm chết và mất tích hơn 9.000 người, giá trị thiệt hại về tài sản ước chiếm khoảng 1,5% GDP/năm Ðiều đáng lo ngại, những biến động bất thường của thời tiết, khí hậu đã đe dọa nghiêm trọng đến an ninh lương thực và phát triển nông nghiệp do bị thu hẹp diện tích đất nông nghiệp, cũng như tác động lớn đến sinh trưởng, năng suất cây trồng, thời vụ gieo trồng,

Ðồng thời, biến đổi khí hậu khiến tài nguyên nước suy giảm, hạn hán ngày một tăng ở một số vùng, miền, ảnh hưởng trực tiếp đến sản xuất nông nghiệp, ảnh hưởng đến việc cấp nước ở các vùng nông thôn, thành thị, cũng như các nhà máy thủy điện

Trong vòng 50 năm qua, nhiệt độ trung bình của trái đất đã tăng 0,5oC và mực nước biển dâng cao thêm 20cm Theo ước tính, tại Việt Nam mỗi năm thiên tai đã “cướp” đi khoảng 500 người, thiệt hại vào khoảng 1,5% GDP

Với diễn biến gia tăng lượng phát thải và các diễn biến bất thường của khí hậu, theo dự báo đến năm 2100, nhiệt độ trung bình của trái đất sẽ tiếp tục tăng 2 – 4oC, mực nước biển dâng thêm 100cm Nguy cơ này có thể sẽ gây ngập 40% diện tích Đồng bằng Sông Cửu Long và ảnh hưởng trực tiếp đến 20 triệu dân của Việt Nam

1.3 Tiềm năng nguồn CO2 trong các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao tại Việt Nam 1.3.1 Tổng quan phân bố khí thiên nhiên tại Việt Nam

Nguồn khí Việt Nam tập trung chủ yếu tại các mỏ khí của 6 bể chính gồm: bể sông Hồng, bể Cửu Long, bể Nam Côn Sơn, bể Malay – Thổ Chu, bể Phú Khánh và bể Tư Chính – Vũng Mây

Riêng đối với các bể Hoàng Sa và Trường Sa thì ngay cả Cơ quan Năng lượng quốc tế (EIA) cũng thừa nhận rằng việc đưa ra một ước tính chính xác về tiềm năng dầu khí khu vực này là rất khó Ở đây hiện chưa được thực hiện thăm dò đầy đủ, có rất ít thông tin

và tình trạng tranh chấp lãnh thổ kéo dài nên đối với hai bể này, các con số đều chỉ mang

tính phác họa Phân bố các bể khí chính của Việt Nam được minh họa như Hình 1.3

(Nguồn: Viện Dầu khí Việt Nam)

Hình 1.2:Các bể khí chính của Việt Nam

Trữ lượng khí xác minh và tình hình khai thác khí của Việt Nam theo thống kê của BP qua các năm như sau:

Bảng 1.2: Trữ lượng khí xác minh của Việt Nam

(Nguồn: Viện Dầu khí Việt Nam)

Tình hình khai thác khí của Việt Nam theo thống kê của BP qua các năm như sau:

Bảng 1.3:Tình hình khai thác khí của Việt Nam

Năm 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

(Nguồn: Viện Dầu khí Việt Nam)

Tổng sản lượng khai thác khí thiên nhiên tại Việt Nam đã đạt mốc 10 tỷ m3 vào năm 2014 và dự kiến tăng lên khoảng 19 tỷ m3 vào năm 2020 Như vậy, với tổng sản lượng khai thác như hiện nay, lượng khí thiên nhiên Việt Nam có thể sử dụng được khoảng 60 năm Trong khi đó, trữ lượng dầu xác minh của nước ta vào khoảng 0,4 ngàn triệu thùng và có thể sử dụng được trong khoảng 34,5 năm nếu vẫn duy trì sản lượng khai thác 350 ngàn thùng/ngày (năm 2013)

1.3.1.1 Nguồn khí bể Cửu Long

Nguồn cung khí từ bể Cửu Long gồm các mỏ: Bạch Hổ, cụm mỏ Rồng/Đồi Mồi, Sư Tử Đen/Sư Tử Vàng, Sư Tử Trắng (khai thác thử), Rạng Đông, Phương Đông, Tê Giác Trắng, Cá Ngừ Vàng, Hải Sư Trắng/Hải Sư Đen

(Nguồn: Viện Dầu khí Việt Nam)

Hình 1.3: Sản lượng cung cấp khí Cửu Long giai đoạn 2013 – 2025

Sản lượng khí Cửu Long cung cấp cho các hộ tiêu thụ khu vực Đông Nam Bộ sẽ tăng dần từ 1,05 tỷ m3 vào năm 2013 lên đến 1,56 tỷ m3 vào năm 2017 và giảm dần xuống dưới 0,5 tỷ m3 vào năm 2025 Hiện nay, các hộ tiêu thụ chính của nguồn khí Cửu Long là các nhà máy điện, đạm khu vực Bà Rịa và Phú Mỹ

1.3.1.2 Nguồn khí bể Nam Côn Sơn

Khí thiên nhiên bể Nam Côn Sơn được khai thác từ các mỏ: Lan Tây/Lan Đỏ, Rồng Đôi/Rồng Đôi Tây, Chim Sáo, Đại Nguyệt, Hải Thạch/Mộc Tinh, Thiên Ưng thuộc các lô 06-1, 11-2, 12w, 05-2, 05-3, sau đó được vận chuyển vào bờ để cung cấp cho các hộ tiêu thụ khu vực Đông Nam Bộ

2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025Cửu Long 1.05 1.22 1.34 1.46 1.56 1.55 1.38 1.24 1.10 0.93 0.77 0.61 0.45

0.000.400.801.201.60

3/năm

(Nguồn: Viện Dầu khí Việt Nam)

Hình 1.4: Sản lượng cung cấp khí Nam Côn Sơn giai đoạn 2013 – 2025

Hiện tại, nguồn khí Nam Côn Sơn số 1 đang được xử lý tách khí khô và Condensate tại GPP Nam Côn Sơn Phần khí khô sau khi tách sẽ được đưa về Trung tâm phân phối khí (GDC) Phú Mỹ cung cấp cho các hộ tiêu thụ trong khu vực Phú Mỹ, Nhơn Trạch và Hiệp Phước Từ sau năm 2014, nguồn cung khí cho khu vực Đông Nam Bộ sẽ được bổ sung từ đường ống Nam Côn Sơn số 2 Theo đó, tổng sản lượng khí cung cấp từ bể Nam Côn Sơn đạt trung bình khoảng 5,6 tỷ m3/năm trong giai đoạn 2013 - 2025

1.3.1.3 Nguồn khí bể Maylay – Thổ Chu

Từ năm 2007, hệ thống đường ống PM3 – Cà Mau đi vào hoạt động, vận chuyển khí thiên nhiên từ lô PM3 – CAA về Cà Mau cung cấp cho các hộ tiêu thụ vùng Tây Nam Bộ Để đảm bảo nguồn cung khí, từ sau năm 2017, hệ thống đường ống lô B – Ô Môn dự kiến sẽ đi vào vận hành, bổ sung một lượng khí cung cấp cho khu vực này

2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025Nam Côn Sơn 6.42 6.89 7.40 6.14 5.99 5.99 6.52 6.16 5.49 4.70 4.29 3.99 3.04

0.001.002.003.004.005.006.007.008.00

3/năm

(Nguồn: Viện Dầu khí Việt Nam)

Hình 1.5: Sản lượng cung cấp khí Malay – Thổ Chu giai đoạn 2013 – 2025

1.3.1.4 Nguồn khí miền Trung

Trên cơ sở kế hoạch phát triển sơ bộ mỏ Cá Voi Xanh của Exxon Mobil và các đối tác phía Việt Nam, dự kiến bắt đầu đưa mỏ Cá Voi Xanh và khai thác từ năm 2021 với sản lượng trung bình khoảng 7 tỷ m3/năm

1.3.1.5 Nguồn khí miền Bắc

Theo thông tin từ Ban Khí – PVN, nguồn cung khí từ mỏ Thái Bình sẽ cung cấp cho khu vực Bắc Bộ trung bình khoảng 400 triệu m3/năm

2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025Tổng1.782.172.172.174.885.957.057.027.217.237.116.966.62Khí Lô B 0.000.000.000.00 2.714 3.784.884.854.824.784.764.834.82Khí PM3 1.782.172.172.172.172.172.172.172.392.452.342.121.80

0.002.004.006.008.00

3/năm

(Nguồn: Viện Dầu khí Việt Nam)

Hình 1.6: Sản lượng cung cấp khí cho khu vực Bắc Bộ giai đoạn 2013 – 2025

1.3.2 Tổng quan về chất lượng các mỏ khí tại Việt Nam

Chất lượng khí là một trong những yếu tố quan trọng khi lựa chọn các giải pháp công nghệ chế biến khí, có ảnh hưởng trực tiếp đến quyết định đầu tư khai thác Sau đây là một số tính chất chính của các mỏ khí:

2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025Khí Bắc Bộ 0.00 0.10 0.24 0.48 0.52 0.52 0.52 0.52 0.52 0.52 0.52 0.42 0.30

0.000.100.200.300.400.500.60

3/năm

Bể Cửu Long Bảng 1.4:Chất lượng khí đồng hành các mỏ thuộc bể Cửu Long (đơn vị %mol)

Bể Nam Côn SơnBảng 1.5:Chất lượng khí các mỏ thuộc bể Nam Côn Sơn (đơn vị %mol)

Thành phần

Tên mỏ Lan Tây –

Lan Đỏ Hải Thạch Mộc Tinh Rồng Đôi

Bể Sông Hồng Bảng 1.7:Chất lượng khí các mỏ thuộc khu vực bể Sông Hồng

Thành phần

Tên mỏ Bạch Trĩ

DST#1

Bạch Trĩ DST#2 Tiền Hải C D14-STL Hòa Bình

(Nguồn: Quy hoạch phát triển và sử dụng khí phía Bắc Việt Nam - VPI, năm 2001)

Các mỏ khí thuộc khu vực bể Sông Hồng có thành phần CO2 thay đổi trong khoảng rộng Các mỏ có trữ lượng lớn, hàm lượng CO2 cao, do đó, rất khó cho việc khai thác khí một cách có hiệu quả tại khu vực này

1.3.3 Tổng quan về các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao

Nhu cầu sử dụng khí và các sản phẩm từ khí trên thế giới ngày càng tăng cao trong khi lượng khí thiên nhiên từ các mỏ khí có chất lượng cao ngày càng cạn kiệt Để bù đắp phần khí thiếu hụt đó, người ta đã khai thác cả những mỏ khí ít có giá trị về kinh tế vì chứa hàm lượng CO2 cao Nhờ áp dụng các công nghệ mới, nhiều nước trên thế giới đã khai thác hiệu quả các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao, bổ sung một phần nhu cầu về năng lượng và hiệu quả kinh tế Mặt khác, khí CO2 tách ra có thể sử dụng cho bơm ép trong

khai thác thứ cấp nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu hoặc làm nguyên liệu đầu vào cho một số ngành công nghiệp như hóa chất, chế biến thực phẩm,

Một số mỏ khí thiên nhiên, đã được phát hiện tại khu vực thềm lục địa Việt Nam với hàm lượng CO2 thấp (hoặc không tồn tại khí CO2), khí hydrocarbon chiếm tỷ lệ cao đã và đang được khai thác có hiệu quả, mang lại giá trị kinh tế cao Tuy nhiên tại các bể trầm tích Sông Hồng, Malay – Thổ Chu hiện đã phát hiện có các mỏ khí với trữ lượng tại chỗ khá lớn nhưng có chứa hàm lượng CO2 tương đối cao phân bố ở cả ba miền Bắc, Trung, Nam khu vực thềm lục địa Việt Nam

Khu vực phía nam bể Sông Hồng đã phát hiện sự tồn tại của các mỏ khí có tổng trữ lượng tại chỗ lên đến hơn 400 tỷ mét khối, hàm lượng CO2 phân bố không đều, có sự khác biệt khá lớn giữa các vùng, có nơi lên đến 43-56% CO2, thậm chí đến 90% CO2 Bể Maylay – Thổ Chu tập trung các mỏ dầu khí có trữ lượng lớn, hàm lượng CO2 biến thiên trong khoảng từ 2-80%

Các mỏ khí thiên nhiên có chứa CO2 nằm rải rác trên thềm lục địa Việt Nam ở cả ba miền Bắc, Trung, Nam Hàm lượng CO2 tại các mỏ khí đã phát hiện biến thiên biến thiên trong khoảng rộng từ 0,5% đến trên 90% Nguồn gốc và quy luật phân bố của CO2 trong trong các tích tụ dầu khí tại thềm lục địa Việt Nam vẫn đang được tập trung nghiên cứu Trong đó, có nhiều mỏ đang được khai thác hiệu quả bằng công nghệ màng polycarbonate để xử lý khí CO2 Tuy nhiên lượng CO2 này hầu hết không được sử dụng hiệu quả mà thải bỏ trực tiếp ra môi trường, điều này không chỉ không đem lại hiệu quả kinh tế mà còn gây ra các ảnh hưởng xấu đến môi trường

1.3.4 Các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao tại Việt Nam

Các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao tập trung chủ yếu ở 2 khu vực bể Sông Hồng và bể Malay – Thổ Chu

1.3.4.1 Khu vực bể Sông Hồng

So với các bể trầm tích khác của Việt Nam như bể Cửu Long, bể Nam Côn Sơn, mặc dù được khảo sát nghiên cứu sớm nhất nhưng cho đến nay bể Sông Hồng vẫn chưa được khảo sát đầy đủ Vì vậy việc đánh giá tiềm năng, trữ lượng, chất lượng dầu khí cho toàn bể Sông Hồng là rất hạn chế

Do đặc điểm địa chất phức tạp nên chất lượng khí ở các cấu tạo tại khu vực bể Sông Hồng cũng rất khác nhau Có thể chia thành 3 nhóm mỏ như sau:

- Nhóm mỏ phía bắc bể Sông Hồng (trên vĩ tuyến 19030’) gồm hai mỏ ở đồng bằng sông Hồng và (các) mỏ ở vùng nước cách bờ biển Hải Phòng-Thái Bình-Ninh Bình 10-100km với độ sâu nước biển không quá 40m Các mỏ như Tiền Hải C, Hồng Long, D14, các mỏ nằm trong khu vực từ lô 102 đến 110 hay các mỏ nằm trong khu vực đồng bằng Sông Hồng có hàm lượng CO2 rất thấp từ không có đến 6,5% Khí khai thác lên có thể sử dụng được ngay mà không cần xử lý

- Nhóm mỏ phía nam (giữa hai vĩ tuyến 17000’-18000’) cách bờ biển Quảng Bình-Quảng Trị-Thừa Thiên Huế 30-130km, đáy biển sâu 60-90m gồm các mỏ có trữ lượng trung bình, có hàm lượng khí CO2 thay đổi với khoảng rất rộng từ rất nhỏ đến hơn 70% Có vỉa khí khai thác lên sử dụng được ngay nhưng cũng có những vỉa phải xử lý tách CO2 Ví dụ như giếng khoan 112-BT-1X: DST#1 ở độ sâu 3.935-4.042m, mẫu khí lấy được có hàm lượng H2S là 672ppm, hàm lượng CO2 là 27% Còn giếng 112-HO-1X: DST#2 ở độ sâu 1.226-1.272m, mẫu khí lấy được có hàm lượng CO2 là 57%, CH4 là 38%, N2 là 2%

- Nhóm mỏ cực nam bể Sông Hồng (dưới vĩ tuyến 17o00’) cách bờ biển Đà Nẵng-Quảng Nam-Quảng Ngãi 70-120km, đáy biển sâu 120-260m gồm các mỏ có trữ lượng tương đối lớn, có hàm lượng CO2 từ cao đến rất cao Có thể kể đến như Cá Voi Xanh trữ lượng khí hydrocarbon còn lại khoảng 1,38Tcf, hàm lượng CO2 là 75-80% , ở cấu tạo 115A trữ lượng khoảng 2,0Tcf, hàm lượng CO2 là 78-

93%, ở cấu tạo 113A trữ lượng là 1,03Tcf khí hydrocarbon còn lại sau khi đã loại CO2, với hàm lượng CO2 là 40-48%

Riêng nhóm mỏ (cấu tạo) nằm giữa các vĩ độ 18000’-19000’Bắc, và kinh độ 1070108005’ Đông, tức vùng giữa vịnh Bắc Bộ và nằm cách bờ biển Thanh Hoá-Nghệ An-Hà Tĩnh từ 100-180km, là vùng biển nhạy cảm chính trị giữa Việt Nam và Trung Quốc, chúng ta chưa có kết quả khảo sát khu vực này nhưng từ những kết quả thăm dò do phía Trung Quốc thực hiện ở các mỏ Đông Phương và nhóm giếng Lạc Đông thì hàm lượng khí CO2 trong các mỏ ở khu vực này cũng có sự khác nhau khá lớn Có vỉa khí khá sạch, rất ít CO2 nhưng cũng có những vỉa hàm lượng CO2 rất cao lên đến 43-56%, thậm chí đến 76%

20’-Nói chung, ở khu vực phía Nam của bể Sông Hồng bao gồm những cấu tạo có tiềm năng trữ lượng khí lớn nhưng cũng có hàm lượng CO2 từ cao đến rất cao (Bảng 1.8) Trữ

lượng tiềm năng khí có lẫn CO2 này lên tới 1.512 tỷ m3 Muốn khai thác và đưa vào sử dụng nguồn khí thiên nhiên này thì cần phải có phương án chế biến tách loại CO2 thì mới có thể sử dụng được

1.3.4.2 Khu vực bể Maylay – Thổ Chu

Đây là khu vực có phần chồng lấn giữa Việt Nam và Malaysia Các mỏ khí ở khu vực này thường có lẫn khí CO2 ở mức độ trung bình khoảng 20% Có những vỉa có hàm lượng CO2 chỉ vào khoảng 7-8% nhưng cũng có những vỉa theo chiều sâu vỉa mà hàm lượng CO2 có thể lên tới 65% (Bảng 1.8)

Dưới đây là thông tin về một số mỏ khí có hàm lượng CO2 cao tại khu vực bể sông Hồng và bể Malay-Thổ Chu:

Bảng 1.8:Trữ lượng và phân bố một số mỏ khí có hàm lượng CO2 cao

Bể Tên mỏ/Lô Hàm lựơng

CO2 (%)

Trữ lượng khí thu hồi

(tỷ m3)

Trữ lượng dầu/ condensate thu hồi (triệu tấn)

Thăm dò sơ bộ Cá Voi Xanh

Ngựa Vằn/Sao La/Gấu Trúc

đến 65%)

2,3

(Nguồn: Quy hoạch phát triển và sử dụng khí phía Bắc Việt Nam – VPI, 2001)

Các mỏ khí có hàm lương CO2 cao không nằm tập trung mà phân bố rải rác ở khu vực bể sông Hồng Dựa vào kết quả khảo sát của Viện Dầu Khí (Quy hoạch phát triển và sử dụng khí phía Bắc Việt Nam), các thông tin về một số mỏ có hàm lượng CO2 cao và cần được nghiên cứu xử lý được đưa ra như sau:

Bảng 1.9:Các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao được xem xét

Cá Voi Xanh 115A

Ngựa Vằn / Sao La / Gấu

Trúc

Bạch Trĩ/ Hải Yến

Bồ Nông / Sáo Đá

Vị trí địa lý

15,84 oBắc 109,43 oĐông

16,78 oBắc 109,1 oĐông

17,5-17,7 oBắc 107,86-108,26

oĐông

17,2-17,5 oBắc 107,37

oĐông

17,0-17,5 oBắc 108,42

oĐông

Khoảng cách đến

bờ

Điểm bờ gần nhất

Bờ biển Quảng Ngãi

Bờ biển Đà Nẵng

Bờ biển Thừa Thiên Huế

Bờ biển Thừa Thiên

Huế

Bờ biển Thừa Thiên

Huế

Trữ lượng

(Nguồn: Viện Dầu khí Việt Nam)

Trong khu vực bể sông Hồng, có một số mỏ khí có hàm lượng CO2 cao nhưng nằm trong khu vực nhạy cảm về biên giới với Trung Quốc nên không được xem xét đến trong đề tài này

1.4 Các xu hướng công nghệ tận dụng và thị trường CO2 thế giới hiện nay 1.4.1 Công nghệ tận dụng CO2

Hiện nay phần lớn CO2 được sử dụng nhằm tăng cường hệ số thu hồi dầu (EOR) Để sử dụng CO2 cho các mục đích khác, chúng ta cần có nguồn CO2 đủ lớn với vị trí thuận lợi làm nguồn nguyên liệu cho các công nghệ tận dụng Có thể kể ra các xu hướng tận dụng CO2 chính phù hợp với yêu cầu trên đang được sử dụng cũng như tập trung nghiên cứu và phát triển hiện nay như: tăng cường hệ số thu hồi dầu, tăng hiệu suất tổng hợp urê, tổng hợp polyme, sản xuất nhiên liệu lỏng, tăng cường hệ số thu hồi methane cho các mỏ khí than,

Bảng 1.10: Các xu hướng sử dụng CO2 chính hiện nay trên thế giới

1 Tăng cường hệ số thu hồi dầu

CO2 được bơm vào các mỏ dầu sắp cạn kiệt, nó có tác dụng như dung môi làm giảm độ nhớt của dầu qua đó tăng cường tỷ lệ thu hồi Lượng CO2này sau đó sẽ được lưu trữ trong mỏ tránh phát thải ra môi trường

2 Tăng hiệu suất tổng hợp urê

Urê được tổng hợp từ khí thiên nhiên, trong quá trình này thường dư thừa 5-10% amoniac CO2được sử dụng để kết hợp với lượng amoniac dư này nhằm làm tăng hiệu suất tổng hợp urê 3 Các ứng dụng khác trong

công nghiệp dầu khí

Sử dụng như chất lỏng để kích thích sự nức vỡ của các giếng dầu/khí

4 Công nghiệp đồ uống Sản xuất nước uống có ga 5 Công nghiệp thực phẩm Bảo quản thực phẩm, ngăn chặn quá trình oxy

hóa

6 Sử dụng CO2 siêu tới hạn làm dung môi

Ứng dụng những tính chất hóa lý đặc biệt của CO2 siêu tới hạn để làm dung môi cho các quá trình tổng hợp hóa học, chiết tách các hợp chất hữu cơ

7 Kỹ thuật chữa cháy Sử dụng để làm giảm hàm lượng oxy không khí

nhằm dập tắt đám cháy 8 Sản xuất giấy CO2 được sử dụng để giảm độ pH trong quá trình

rửa bột giấy

(Nguồn: Global CCS Institute)

Bảng 1.11: Các xu hướng mới để tận dụng nguồn CO2 hiện nay trên thế giới

2 Dùng làm chất mang nhiệt trong các dự án địa nhiệt

CO2 siêu tới hạn sẽ được sử dụng như chất mang nhiệt khi được bơm vào lòng đất Do tỷ trọng khác nhau giữa CO2 ở dạng lỏng và dạng khí, CO2 sẽ mang nhiệt đi lên mà không cần sử dụng đến hệ thống bơm tuần hoàn

3 Tổng hợp polymer

CO2 có thể sử dụng làm nguyên liệu để tổng hợp nhiều loại polymer khác nhau dưới dạng các polycarbonate

4 Nguyên liệu để tổng hợp hóa chất

Carbon và oxy là hai thành phần quan trọng trong tổng hợp hữu cơ Do đó về mặt lý thuyết có thể có thể CO2 như nguồn nguyên liệu để tổng hợp hành loạt các hợp chất hữu cơ như axit, alcol, ester, Ví dụ một trong những sản phẩm tiềm năng trên thị trường hiện nay đi từ CO2 là axit acetic với nhu cầu ~6 triệu tấn/năm

5 Sản xuất methanol

CO2 phản ứng với hydro từ phản ứng điện phân nước trong điều kiện nhiệt độ và áp suất trung bình (~5Mpa, ~225oC) tạo ra methanol và nước

6 Sản xuất axit formic

Tổng hợp axit formic đang là một giải pháp hiệu quả trong việc tận dụng CO2 như nguồn nguyên liệu để tổng hợp các hợp chất hữu cơ có tính thương mại cao

7 Banking soda

Banking soda có thể tổng hợp từ CO2, nó được ứng dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm, dùng làm chất tẩy rửa,

(Nguồn: Global CCS Institute)