SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM HÓA DẦU TỪ KHÍ THIÊN NHIÊN MỎ CÁ VOI XANH

SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM HÓA DẦU TỪ KHÍ THIÊN NHIÊNMỎ CÁ VOI XANHSẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM HÓA DẦU TỪ KHÍ THIÊN NHIÊNMỎ CÁ VOI XANHSẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM HÓA DẦU TỪ KHÍ THIÊN NHIÊNMỎ CÁ VOI XANHSẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM HÓA DẦU TỪ KHÍ THIÊN NHIÊNMỎ CÁ VOI XANHSẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM HÓA DẦU TỪ KHÍ THIÊN NHIÊNMỎ CÁ VOI XANHSẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM HÓA DẦU TỪ KHÍ THIÊN NHIÊNMỎ CÁ VOI XANH

PETROVIETNAM SẢN XUẤT CÁC SẢN PHẨM HĨA DẦU TỪ KHÍ THIÊN NHIÊN MỎ CÁ VOI XANH Trương Minh Huệ, Lê Dương Hải Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Thị Hoài Ân Viện Dầu khí Việt Nam Email: huetm@pvpro.com.vn Tóm tắt Mỏ khí Cá Voi Xanh phát năm 2011 với trữ lượng lớn (khoảng 150 tỷ m3 thu hồi) mở hội phát triển ngành cơng nghiệp hóa dầu từ khí miền Trung Việt Nam Ngồi định hướng khí sử dụng cho điện cơng nghiệp, Tập đồn Dầu khí Việt Nam ưu tiên sử dụng khoảng 1,7 tỷ m3/năm khí Cá Voi Xanh (tương đương với 1,0 tỷ m3/năm khí hydrocarbon) cho việc phát triển hóa dầu từ khí Khí Cá Voi Xanh với đặc tính giàu CO2 (~30% thể tích), hướng chế biến hóa dầu phù hợp sản xuất methanol với sản lượng lớn chuyển hóa methanol thành olefin cơng nghệ methanol to propylene (MTP) hay methanol to olefin (MTO) từ sản xuất dẫn xuất olefin Qua sàng lọc sơ thị trường, công nghệ hiệu kinh tế, số sản phẩm dẫn xuất olefin tiềm gồm: chuỗi ethylene (HDPE, SM/PS, MMA) chuỗi propylene (PP Copo, hóa chất acrylic acid, 2-EH, n-butanol dẫn xuất 2-EHA, n-butyl acrylate) Từ sản phẩm tiềm năng, sơ đồ tổ hợp hóa dầu từ khí Cá Voi Xanh với tiêu hao khí khoảng 1,7 tỷ m3/năm đề xuất đánh giá khía cạnh kỹ thuật kinh tế Trong đó, tổ hợp đánh giá khả thi mặt kinh tế gồm: tổ hợp MTP sản xuất PP Copo, tổ hợp MTO sản xuất PP-PS-hóa chất sản xuất PS-MMA hóa chất Tuy nhiên, qua đánh giá đầy đủ tiêu chí cơng nghệ sản xuất, khả tiêu thụ sản phẩm, tổng mức đầu tư hiệu kinh tế của sơ đồ tổ hợp, tổ hợp MTP sản xuất PP Copo đánh giá phù hợp để đầu tư sau mỏ khí Cá Voi Xanh vào khai thác năm 2023 Từ khóa: Cá Voi Xanh, hóa dầu từ khí, chế biến sâu khí Các giả thiết phương pháp luận Các giả thiết nguồn thông tin liệu sử dụng nghiên cứu: - Thời điểm khí thiên nhiên mỏ Cá Voi Xanh đưa vào khai thác từ năm 2023; - Thành phần, tính chất khí Cá Voi Xanh sử dụng cho sản xuất hóa dầu giả định khí Cá Voi Xanh sau xử lý H2S phương pháp hấp thụ vật lý, không tách loại CO2 N2 Thành phần khí Cá Voi Xanh gồm: CH4 58,52%, CO2 30,5%, N2 9,05%, C2+ 1,93%, H2S < 30ppmv; - Định hướng sản xuất hóa dầu từ khí Cá Voi Xanh kế thừa từ kết nghiên cứu trước theo hướng sản xuất methanol, sử dụng methanol để sản xuất olefin sau sản xuất dẫn xuất khác Nghiên cứu xác định cụ thể dẫn xuất ethylene/propylene nên sản xuất sở rà soát thị trường cập nhật yếu tố công nghệ hiệu kinh tế; + Các báo cáo thị trường CEH 2014 (IHS) 300 sản phẩm hóa chất giới, khu vực số quốc gia; + Thông tin liệu kinh tế sản xuất theo tài liệu PEP Yearbook 2014 (IHS) 1.400 quy trình giới; + Dự báo giá dài hạn sản phẩm hóa dầu sản phẩm trung gian theo kịch giá dầu 45, 70 100USD/thùng Nexant thực Phương pháp thực nhóm tác giả gồm bước Hình Các sản phẩm tiềm Các tiêu chí xác định sản phẩm tiềm năng: - Thiếu hụt nội địa: ước tính thiếu hụt nội địa đủ lớn khoảng công suất tối thiểu dây chuyền sản xuất (theo thống kê PEP Yearbook); - Các sở thơng tin liệu tính tốn phục vụ cho nghiên cứu gồm: - Tiềm xuất sản phẩm có tiềm xuất khu vực châu Á: tốc độ tăng trưởng nhu cầu > 20%/năm (tương đương 3,5%/năm) tỷ lệ nhu cầu năm 2018/công suất năm 2013 > 1; + Thông tin cung cấp từ nhà quyền công nghệ Haldor Topsoe (nhà máy methanol), UOP (nhà máy MTO), Lurgi (nhà máy MTP); - Chuỗi công nghệ khả thi dẫn xuất olefin (ethylene propylene), tiêu hao nguyên liệu Ngày nhận bài: 13/6/2016 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 14/6 - 10/7/2016 Ngày báo duyệt đăng: 22/12/2016 DẦU KHÍ - SỐ 1/2017 55 HĨA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ 1,400 Định hướng Hóa dầu từ khí Cá Voi Xanh Thiếu hụt nước Sản phẩm tiềm Côngsuất tham chiếu Cầu 2018/Cung 2013 1,200 So sánh hiệu kinh tế MTA LLDPE PC Caprolactam N-butanol III Xu hướng khu vực châu Á HDPE LDPE 1,300 SM Oxo Chemicals PP Acrylonitrile rile 1,100 1,00 EEVA VA NH3 900 AN PO Cumene Acetone Phenol Diisocyanates MMA P olyyaceetal R esins Polyacetal Resins Bisphenol Bisp phen nol A l Acid d Polyester PolyolsAcrylic Formaldehyde VCMAcrylates SBR PET Nylon 700 Methanol Polyester Fibers Ethanolamines 2-EH EH H 800 I EO ABS PVCCyclohexane 600 PS IV Đề xuất Tổ hợp dự án Côngnghệsản xuất II 500 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 11% 12% Tốc độ tăng trưởng nhu cầu Nguồn: IHS, PVPro Đánh giá hiệu kinh tế Nghiêncứu thị trường Hình Bản đồ dự báo thị trường hóa chất khu vực châu Á năm 2018 q trình sản xuất kết nối tổ hợp phù hợp với cơng suất ethylene/propylene từ q trình MTO/MTP; Khả sản xuất Tổ hợp - Hiệu kinh tế: ước tính hiệu kinh tế sơ dự án sản xuất sản phẩm hóa dầu (riêng lẻ) tỷ suất sinh lợi nội (IRR) Danh mục sản phẩm hóa chất tiềm đề xuất gồm: Kết luận & Đề xuất - Chuỗi ethylene: Hình Phương pháp thực nghiên cứu + PE (HDPE); + Nhóm SM/PS; PE (HDPE, LDPE, LLDPE, EVA) + Nhóm MMA; Ethyl Acetate Acetic Acid Ethylene Vinyl Acetate VCM PVC MMA PMMA (Acrylic Resin) MEG PET fiber Ethylene Vinyl Acetate resin - Chuỗi propylene: + PP (Copo); + Nhóm hóa chất: Acrylic acid, nhóm oxo alcohol (gồm 2-EH, n-butanol) dẫn xuất (gồm 2-EHA, n-butyl acrylate) Polystyrene (PS) ABS Công nghệ sản xuất sản phẩm hóa dầu SBR 3.1 Chuyển hóa khí thiên nhiên thành methanol Styrene UPR Công nghệ sản xuất methanol gồm giai đoạn: - Giai đoạn 1: Sản xuất khí tổng hợp (H2 + CO) Khí thiên nhiên chuyển hóa thành khí tổng hợp điều kiện nhiệt độ cao với có mặt xúc tác (Ni), qua phản ứng sau: PP (Copolymer, Homolymer) Acrylic Acid 2- Ethylhexyl Acrylate 2-Ethylhexanol Propylene N-Butanol N-Butyl Acrylate Steam reforming: CH4 + H2O ⇄ CO + 3H2 Epoxy resin Phenol Cumene Acetone Propylene Oxide Polyol , Polyethers Bisphenol A Polycarbonate (PC) MMA PMMA Polyurethane (PU) Hình Các hướng sản xuất dẫn xuất từ ethylene propylene 56 DẦU KHÍ - SỐ 1/2017 Water shift: CO + H2O ⇄ CO2 + H2 Ngồi ra, có mặt CO2 khí thiên nhiên xúc tác thích hợp, q trình sản xuất khí tổng hợp xảy phản ứng reforming khô sau: Dry reforming: CH4 + CO2 ⇄ 2CO + 2H2 PETROVIETNAM Bảng Đánh giá tiềm thị trường hóa chất khu vực châu Á Thiếu hụt nội địa TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Sản phẩm PE HDPE LDPE LLDPE PP PP Homo PP Copo impact PETxs VCM PVC PTA Methanol PS ABS EVA Polyete polyol UPR MEG Acrylic resin (PMMA) SM PU Polyamides (Nylon) Polycarbonate (PC) Ethyl acetate 2-Ethylhexanol (2-EH) Butyl acrylate (n-BA) Epoxyd Diphenylmethane diisocyanate DOP MMA Toluene diisocyanate POM Acetic acid Acetone SBR Năm 2014 Năm 2022 -1050 -527 -373 -149 -860 -493 -129 -329 -251 -206 -206 -140 -126 -107 -103 -94 -83 -78 -68 -65 -58 -58 -53 -50 -26 -28 -22 -21 -20 -18 -17 -13 -12 -11 -55 -704 -379 -218 -98 -403 -484 -220 -217 -584 -296 -282 -294 -206 -232 -156 -88 -122 -95 -84 -88 -71 -77 -87 -27 -41 -31 -33 -37 -10 -32 -23 -17 -15 -105 Thị trường châu Á năm 2013 - 2018 Công suất tối Nhu cầu năm thiểu (nghìn Tăng trưởng 2018/cơng Nhóm(*) tấn/năm) nhu cầu (%) suất năm 2013 5,6 I 6,0 1,33 175 I 4,0 1,27 I 200 6,8 1,31 I 200 5,9 1,15 63 I 100 6,3 0,86 II 225 4,9 0,93 250 II 4,0 0,71 50 II 6,0 0,94 II 125 9,9 1,08 I 2,3 0,56 IV 57 3,8 0,75 II 25 3,5 0,99 23 II 6,5 1,00 II 4,8 0,96 II 15 4,3 1,82 I 200 4,2 0,74 II 4,1 1,23 I 227 5,3 2,6 0,72 IV 4,7 1,28 I 12 5,0 0,81 II 50 4,8 1,12 I 17 5,0 0,94 II 50 4,5 6,0 1,04 II 6,0 34 4,9 1,05 I 45 6,0 1,04 II 23 6,3 1,01 10 II 5,0 0,76 60 II 4,8 1,07 I 34 4,1 0,86 II 35 Nguồn: Thông tin thương mại, số liệu hải quan, IHS, PVPro (*) Phân nhóm thị trường châu Á theo đồ hóa chất Hình Bảng Hiệu kinh tế dự án sản xuất sản phẩm hóa dầu TT 10 11 Sản phẩm Methanol POM Ethylene, MTO 1:1 Ethylene, MTO advanced HDPE LDPE LLDPE EVA Acetic acid Vinyl acetate Ethyl acetate Cơng suất, (nghìn tấn/năm) 1.200 20 172 187 189 185 190 120 200 50 50 Nguyên liệu Khí thiên nhiên mỏ Cá Voi Xanh Methanol Methanol Methanol Ethylene Ethylene Ethylene Ethylene, vinyl acetate Ethylene Acetic acid, acetylene Ethylene, acetic acid IRR (%) 7,6 6,8 4,9 6,6 10,9 1,4 8,1 -0,7 0,4 DẦU KHÍ - SỐ 1/2017 57 HĨA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ Bảng Hiệu kinh tế dự án sản xuất sản phẩm hóa dầu (tiếp) TT Sản phẩm 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 VCM PVC MMA PMMA MEG PET Styrene PS SBR ABS UPR Propylene, MTP PP Homo PP Copo impact Acrylic acid 2-EHA 2-EH DOP n-Butanol n-Butyl acrylate Cumene Acetone MMA Phenol BPA PC Epoxy PO Polyol, polyether PU Cơng suất, (nghìn tấn/năm) 398 394 240 20 228 400 428 200 140 100 90 338 300 360 210 50 60 35 50 85 148 68 100 110 109 100 30 102 127 60 Nguyên liệu Ethylene VCM Ethylene, methanol, formaldehyde MMA Ethylene MEG, PTA Ethylene, benzene Styrene Styrene, butadiene Acrylonitril, butadiene, styrene Styrene Methanol Propylene Propylene, ethylene Propylene Acrylic acid, 2-EH Propylene 2-EH Propylene n-Butanol, acrylic acid Propylene, benzene Cumene Acetone Cumene Phenol BPA Phenol, epichlorohydrin Propylene PO, EO Polyol, polyether IRR (%) -2,6 26,1 4,1 17,7 15,8 10,6 1,3 16,9 -4,3 22,8 11,8 7,6 5,6 11,5 12,3 1,3 26,4 26,7 34,9 - Nguồn: PVPro Water shift: CO2 + H2 ⇄ CO + H2O - Giai đoạn 2: Chuyển hóa khí tổng hợp thành methanol 2H2 + CO ⇄ CH3OH Khi có mặt CO2 xúc tác thích hợp, q trình tổng hợp methanol có phản ứng sau: 3H2 + CO2 ⇄ CH3OH + H2O Cơng nghệ chuyển hóa khí thiên nhiên thành methanol thương mại hóa rộng rãi giới với nhiều nhà quyền Trong đó, Haldor Topsoe có nhiều kinh nghiệm với nhà máy vận hành giới Qua trình trao đổi thơng tin, Haldor Topsoe đề xuất phương án chuyển hóa khí Cá Voi Xanh với tính chất đầu vào thành phần sau xử lý H2S công nghệ hấp thụ vật lý, không tách loại CO2 N2 Hình 58 DẦU KHÍ - SỐ 1/2017 Với công suất dự kiến 1.200 methanol, lượng khí Cá Voi Xanh cần phải sử dụng cho nhà máy khoảng 1,67 triệu m3/năm 3.2 Chuyển hóa methanol thành olefin 3.2.1 Chuyển hóa methanol thành olefin (MTO) MTO công nghệ thương mại hóa giới với nhà quyền tiêu biểu UOP Trong quy trình cơng nghệ này, UOP sử dụng hệ thống gồm thiết bị phản ứng dạng tầng sôi thiết bị tái sinh xúc tác để chuyển hóa methanol thành olefin (C3= C2=) với xúc tác độc quyền SAPO-34 UOP sáng chế UOP đề xuất công nghệ MTO với tùy chọn bổ sung thêm cụm Cracking Olefin (OCP - Olefin Cracking Process) Một phần toàn phân đoạn sản phẩm từ C4 đến C6 tiếp tục đưa qua cụm OCP để chuyển hóa chọn lọc thành sản phẩm olefin nhẹ mà chủ yếu PETROVIETNAM SẢN PHẨM HYDROGEN PSA KHÍ THẢI KHÍ NHIÊN LIỆU HYDROGEN HỒI LƯU KHÍ NGUN LIỆU KHỬ LƯU HUỲNH REFORMING VỊNG TỔNG HỢP NÉN SYNGAS KHƠNG KHÍ ĐỐT CHƯNG CẤT SẢN PHẨM METHANOL HƠI CÔNG NGHỆ HƠI TỔNG HỢP MEOH TÁCH CONDENSATE CONDENSATE RƯỢU BẬC CAO CÔNG NGHỆ NƯỚC DƯ HƠI THẤP ÁP HƠI CONDENSATE CHUẨN BỊ NƯỚC TURBIN VÀ CHUẨN BỊ KHỬ BFW KHỐNG NƯỚC BỔ SUNG BLOW DOWN Hình Sơ đồ cơng nghệ tổng hợp methanol Haldor Topsoe Khí tái sinh MTO Thu hồi DME Ethylene Thu hồi olefin Propylene C4 + Khơng khí Nước OCP Tách lọc Methanol Sản phẩm phụ Hình Sơ đồ cơng nghệ MTO cải tiến UOP Methanol 1,667 triệu tấn/năm = 5.000 tấn/ngày Khí nhiên liệu dùng nội Lò tiền phản ứng DME Ethylene 20.000 tấn/năm Propylene 474.000 tấn/năm(*) Điều hòa sản phẩm LPG 41.000 tấn/năm Xăng 185.000 Lò phản ứng MTP Olefin hồi lưu Cất phân đoạn sản phẩm tấn/năm Nước hồi lưu (*) Propylene tinh khiết 99,9% Nước công nghệ 935.000 tấn/ năm dùng nội Hình Sơ đồ quy trình cơng nghệ MTP Lurgi Bảng So sánh kinh nghiệm áp dụng công nghệ MTO MTP Số quyền Nhà máy hoạt động Dự án triển khai MTO (trong UOP) (1) 12 (6) MTP (Lurgi) 2 propylene Đối với cơng nghệ này, trung bình 2,6 methanol sản xuất hỗn hợp olefin Tỷ lệ đặc trưng dòng sản phẩm propylene ethylene cụm thiết bị OCP khoảng 4:1 Với việc bổ sung thêm cụm OCP, tỷ lệ propylene/ethylene thương phẩm tồn quy trình cơng nghệ nâng lên khoảng từ 1,24 đến 1,8 Các sản phẩm thu từ cụm OCP sau phân tách tháp chưng cất phân đoạn Các sản phẩm C3 phân đoạn nhẹ đưa tới cụm thu hồi sản phẩm MTO, phần lại bao gồm C4 phân đoạn nặng sử dụng loại nhiên liệu sản phẩm phụ 3.2.2 Chuyển hóa methanol thành propylene (MTP) Cơng nghệ chuyển hóa methanol thành propylene có từ lâu thương mại hóa giới với nhà quyền tiêu biểu Lurgi với công nghệ Lurgi Methanol to Propylene (MTP®) Technology Gas to Propylene (GTP) Technology Trong công nghệ MTP, Lurgi sử dụng hệ thống gồm thiết bị phản ứng tầng cố định mắc song song xúc tác có độ chọn lọc cao chất mang zeolite Cân vật chất tổ hợp MTP tính với lượng methanol nhập liệu tương ứng 5.000 tấn/ngày 3.300 tấn/ngày Sản phẩm C3= C2= Các sản phẩm phụ gồm có khí nhiên liệu Nguồn: Technon OrbiChem, UOP, Lurgi DẦU KHÍ - SỐ 1/2017 59 HĨA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ Bảng So sánh cấu sản phẩm công nghệ MTO MTP (được tận dụng để cung cấp cho quy trình), LPG xăng 3.2.3 So sánh hướng chuyển hóa methanol thành olefin - Kinh nghiệm phạm vi áp dụng Các cơng nghệ chuyển hóa methanol thành olefin áp dụng Trung Quốc, công nghệ MTO (bản quyền UOP công ty khác Trung Quốc) áp dụng nhiều so với MTP Với đặc trưng độ chọn lọc sản phẩm olefin có propylene, cơng nghệ MTP phù hợp với dự án tập trung vào sản phẩm propylene - Cơ cấu sản phẩm MTO (tỷ lệ propylene/ethylene = 1,24) Tấn/ngày % 3.300 Nguyên liệu Methanol Sản phẩm Propylene Ethylene LPG Hydrocarbon C5+ Light Ends & Coke Tổng olefin Tổng sản phẩm giá trị 696 561 33 46 109 MTP Tấn/ngày 5.000 21 17 1 38 44 % 1423 60 123 556 36 28 11 29 44 Nguồn: Technon OrbiChem, UOP, Lurgi Bảng So sánh chi phí đầu tư cơng nghệ MTO MTP Chi phí Cơng suất (nghìn olefin/năm) Tổng vốn đầu tư (triệu USD) Suất đầu tư Triệu USD/tấn methanol Triệu USD/tấn olefin MTO (UOP) 550 ~ 400 MTP (Lurgi) 515 ~ 215 0,10 0,71 0,16 0,51 Nguồn: PEP Year Book 2014 So sánh sơ cấu sản phẩm công nghệ MTO MTP cho thấy tổng sản phẩm có giá trị tương đương (44%) cơng nghệ MTO có tích hợp OCP cho lượng olefin cao (38%), lượng ethylene lớn cơng nghệ MTP cho sản phẩm chủ yếu propylene Ngồi ra, cơng nghệ MTO có sản phẩm phân đoạn C5+ tương đối lớn, có hàm lượng olefin (30 - 60%) aromatic (15 - 60%) tương đối cao nên hạn chế định việc sử dụng để pha chế xăng - Cấu hình cơng nghệ chi phí đầu tư Xét cấu hình công nghệ, công nghệ MTO sử dụng thiết bị phản ứng tầng sôi (và thêm cụm cracking sản phẩm phụ OCP yêu cầu nâng tỷ lệ propylene/ ethylene) cơng nghệ MTP sử dụng thiết bị phản ứng tầng cố định Do đó, chi phí đầu tư công nghệ MTO cao so với công nghệ MTP 0,044 tỷ m3 Steam reforming 1,2 tỷ m3 H2 Khí đốt, C4-C5 40 nghìn tấn/năm MTP 1.100 MeOH 1.200 1.100 nghìn tấn/năm nghìn tấn/năm nghìn tấn/năm 100 nghìn tấn/năm Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 192 nghìn thùng/ngày 331 nghìn PP Copo 360 tấn/năm nghìn tấn/năm C3 = 100 nghìn tấn/năm MeOH 1,7 tỷ m3 khí Cá Voi Xanh (60% CH4, 30% CO2, 10% N2) Hình Sơ đồ tổ hợp hóa dầu MTP - PP Khí đốt, C4-C5 40 nghìn tấn/năm 0,044 tỷ m3 H2 Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 192 nghìn thùng/ngày 71 nghìn tấn/năm Propylene Steam Reforming 1,2 tỷ m3 MeOH 1.200 nghìn tấn/năm 1.100 nghìn tấn/năm 100 nghìn tấn/năm 100 nghìn tấn/năm MeOH 1,7 tỷ m3 khí CVX (60% CH4, 30% CO2, 10% N2) MTP 1.100 nghìn tấn/năm 331 nghìn 81 nghìn 2-EH 100 nghìn 62 nghìn tấn/năm tấn/năm tấn/năm tấn/năm 2-EH C3 = 38 nghìn tấn/năm 2-EHA 50 nghìn tấn/năm 50 nghìn 2-EHA tấn/năm 20 nghìn tấn/năm 144 nghìn tấn/năm AA 210 nghìn 140 nghìn tấn/năm tấn/năm AA 50 nghìn tấn/năm n-Butyl Acrylate 85 nghìn tấn/năm 85 nghìn n-Butyl acrylate tấn/năm 35 nghìn 50 nghìn tấn/năm n-Butanol tấn/năm 50 nghìn tấn/năm Hình Sơ đồ tổ hợp MTP - hóa chất 60 DẦU KHÍ - SỐ 1/2017 360 nghìn tấn/năm PP Copo PETROVIETNAM Kết đánh giá sơ cho thấy công nghệ MTO áp dụng nhiều so với công nghệ MTP sản xuất đồng thời ethylene propylene, linh hoạt việc thay đổi sản phẩm Tuy nhiên, cơng nghệ MTO có suất đầu tư cao so với cơng nghệ MTP Do đó, việc đánh giá lựa chọn công nghệ phù hợp cho dự án sử dụng khí Cá Voi Xanh cần tính tốn thơng qua hiệu kinh tế toàn dự án Khí đốt, C4 - C5 15 nghìn tấn/năm 0,044 tỷ m3 H2 Steam Reforming 1,2 tỷ m3 - Sản lượng methanol sản xuất từ 1,7 tỷ m3 khí Cá Voi Xanh, sản lượng ethylene, propylene ước tính từ xưởng MTO, MTP; - Công suất tham chiếu giới cho việc sản xuất sản phẩm hóa dầu (tức mức cơng suất trung bình theo thống kê tài liệu PEP Yearbook 2014) 170 nghìn tấn/năm C2 = MTO (Cải tiến, P/E =1,24) 1.100 nghìn tấn/năm MeOH 1.200 nghìn tấn/năm 100 nghìn tấn/năm 20 nghìn tấn/năm C2 = 100 nghìn tấn/năm MeOH 230 nghìn tấn/năm C3 = HDPE 170 nghìn tấn/năm 170 nghìn tấn/năm HDPE PP Copo 250 nghìn tấn/năm 250 nghìn tấn/năm PP Copo 1,7 tỷ m3 khí Cá Voi Xanh (60% CH4, 30% CO2, 10% N2) Hình Sơ đồ tổ hợp hóa dầu MTO - PE/PP Các tổ hợp hóa dầu từ khí Cá Voi Xanh Từ dẫn xuất ethylene propylene nói trên, nhóm tác giả lập mơ hình tổ hợp hóa dầu MTP mơ hình MTO để tiếp tục đánh giá Cơ sở xác định công suất cho phân xưởng gồm: Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 192 nghìn thùng/ngày 0,044 tỷ m3 H Khí đốt, C4-C5 15 nghìn tấn/năm Steam Reforming 1,2 tỷ m3 50 nghìn tấn/năm Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 192 nghìn thùng/ngày MeOH 1.200 nghìn tấn/năm 232 nghìn tấn/năm C3 = MTO (Cải tiến, P/E = 1,24) 1.100 nghìn tấn/năm 100 nghìn tấn/năm 145 nghìn tấn/năm 187 nghìn tấn/năm C2 = 100 nghìn tấn/năm MeOH HDPE 190 nghìn tấn/năm 1,7 tỷ m3 khí Cá Voi Xanh (60% CH4, 30% CO2, 10% N2) 35 nghìn tấn/năm 190 nghìn tấn/năm HDPE 2-EH 22 nghìn tấn/năm 60 nghìn 2-EH tấn/năm 38 nghìn tấn/năm 2-EHA 50 nghìn tấn/năm 50 nghìn 2-EHA tấn/năm 20 nghìn tấn/năm AA 210 nghìn tấn/năm 140 nghìn tấn/năm AA 50 nghìn tấn/năm n-Butyl 85 nghìn tấn/năm Acrylate n-Butyl 85 nghìn Acrylate tấn/năm 50 nghìn tấn/năm n-Butanol 50 nghìn tấn/năm Hình 10 Sơ đồ tổ hợp hóa dầu MTO - PE/hóa chất 0,044 tỷ m3 H2 Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 192 nghìn thùng/ngày Khí đốt, C4-C5 15 nghìn tấn/năm Thị trường sản phẩm Các sản phẩm tiềm có thị trường tốt khu vực châu Á với nhu cầu tiêu thụ cao so với sản lượng cung cấp tốc độ tăng trưởng nhu cầu tương đối cao giai đoạn 2014 - 2019 theo dự báo IHS Các sản phẩm có thị trường tiêu thụ mạnh khu vực gồm: methanol, styrene monomer sản phẩm hạt nhựa PE, PP, PS Các sản phẩm hóa chất acrylic acid, 2-ethylhexanol, Steam Reforming 1,2 tỷ m3 MeOH 1.200 nghìn tấn/năm 100 nghìn tấn/năm 232 nghìn MTO tấn/năm (Cải tiến, P/E =1,24) C3 = 1.100 nghìn tấn/năm 187 nghìn tấn/năm C2 = 100 nghìn tấn/năm MeOH 1,7 tỷ m3 khí Cá Voi Xanh (60% CH4, 30% CO2, 10% N2) PP Copo 250 nghìn tấn/năm 20 nghìn tấn/năm MMA 240 nghìn tấn/năm 92 nghìn tấn/năm 250 nghìn tấn/năm PP Copo SM 320 nghìn tấn/năm 75 nghìnn tấn/năm m 240 nghìn tấn/năm MMA PS 200 nghìn tấn/năm 200 nghìn tấn/năm PS 120 nghìn tấn/năm SM Hình 11 Sơ đồ tổ hợp hóa dầu MTO - PP/SM-PS-MMA DẦU KHÍ - SỐ 1/2017 61 HĨA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 192 nghìn thùng/ngày 0,044 tỷ m3 H2 MeOH 1.200 nghìn tấn/năm 75 nghìn MTO MMA tấn/năm (Cải tiến, P/E =1,24) 240 nghìn 187 nghìn tấn/năm 1.100 nghìn tấn/năm tấn/năm C 2= 100 nghìn tấn/năm 100 nghìn tấn/năm MeOH 200 nghìn tấn/năm PS 200 nghìn tấn/năm 115 nghìn tấn/năm SM 400 nghìn 200 nghìn tấn/năm SM tấn/năm Khí đốt, C4-C5 15 nghìn tấn/năm Steam Reforming 1,2 tỷ m3 PS 200 nghìn tấn/năm 232 nghìn tấn/năm C3 = 50 nghìn tấn/năm 2-EH 60 nghìn tấn/năm 240 nghìn tấn/năm MMA 22 nghìn tấn/năm 2-EH 38 nghìn tấn/năm 2-EHA 50 nghìn tấn/năm 1,7 tỷ m3 khí Cá Voi Xanh (60% CH4, 30% CO2, 10% N2) 50 nghìn tấn/năm 2-EHA 20 nghìn tấn/năm 145 nghìn tấn/năm AA 210 nghìn tấn/năm 140 nghìn tấn/năm AA 50 nghìn tấn/năm n-Butyl Acrylate 85 nghìn tấn/năm 35 nghìn tấn/năm 85 nghìn tấn/năm n-BA MMA acrylate esters có lượng thị trường khiêm tốn mức triệu tấn/năm Sản lượng sản xuất sản phẩm nghiên cứu khu vực châu Á cao nhiên lực tiêu thụ cao không ngừng tăng trưởng dẫn đến tình trạng thiếu hụt chung xét phạm vi tồn khu vực Các quốc gia nhập gồm: Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ, Hàn Quốc số quốc gia Đông Nam Á Nguồn sản phẩm hóa dầu phục vụ thị trường nước chủ yếu phải nhập khẩu, đặc biệt hạt nhựa PE PP Đối với nhựa PS, Công ty TNHH Polystyrene Việt Nam nhập hoàn toàn nguyên liệu SM để sản xuất nhựa PS 50 nghìn tấn/năm n-Butanol 50 nghìn tấn/năm Hình 12 Sơ đồ tổ hợp hóa dầu MTO - hóa chất/SM-PS-MMA Bảng Thị trường sản phẩm tiềm khu vực châu Á Sản phẩm (*) Methanol HDPE PP AA(*) 2-EH Acrylate esters(*)(**) SM GP/HIPS PS EPS MMA Sản lượng 2014 30 14 26 2,4 2,6 2,1 14 5,2 3,7 1,8 2014 37 17 29 2,7 2,7 2,1 16 4,8 3,3 1,7 Tiêu thụ 2019 Tăng trưởng (%) 61 9,9 23 6,0 38 5,9 3,4 5,2 3,2 3,6 2,6 5,0 20 4,1 5,3 2,1 3,8 2,7 2,2 4,9 Đơn vị tính: Triệu Nước nhập Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc Trung Quốc, Ấn Độ Trung Quốc Nhật Bản, Ấn Độ, Đài Loan, Thái Lan Trung Quốc, Ấn Độ Nhật Bản, Ấn Độ, Thái Lan Trung Quốc, Ấn Độ, Đài Loan Trung Quốc Ấn Độ, nước Đông Nam Á Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan (*) Số liệu năm 2013 - 2018; (**) Acrylate esters gồm: n-butyl acrylate, ethyl acrylate, 2-EHA, methyl acrylate acrylate khác Bảng Dự báo nhu cầu sản phẩm tiềm đến năm 2030 Việt Nam Đơn vị tính: Nghìn Nhu cầu % tăng trưởng Công suất Sản phẩm Ứng dụng dự kiến 2014 2020 2025 2030 (2015 - 2030) HDPE 527 781 908 1.012 4,0 450 Các sản phẩm đúc thổi Dệt sợi, nhựa cơng nghiệp, nhựa gia dụng, bao bì mềm, PP 854 1.286 1.532 1.762 4,5 976 bao bì rỗng PS 180 302 424 531 6,9 128 Nhựa gia dụng, nhựa công nghiệp, thiết bị điện tử 2-EH 26 27 27 27 27 Nguyên liệu sản xuất DOP SM 67 153 167 178 4,0 Nguyên liệu sản xuất nhựa PS, dung môi Methanol 140 293 322 348 7,3 Sản xuất formalin MMA 18 31 46 58 7,6 Nguyên liệu sản xuất nhựa acrylic AA 2 6,6 Nguyên liệu ngành keo dán, dệt nhuộm, polymer nhũ… Nguồn: PVPro 62 DẦU KHÍ - SỐ 1/2017 PETROVIETNAM Doanh nghiệp sản xuất khoảng 54 nghìn tấn/năm, đáp ứng 30% tổng nhu cầu nước năm 2014 lượng tiêu thụ không đáng kể Việt Nam, định hướng xuất đến nước khu vực Thị trường methanol nước phục vụ cho ngành sản xuất formalin, với lượng tiêu thụ năm 2014 khoảng 140 nghìn Đối với dự án sản xuất hóa dầu từ khí Cá Voi Xanh, methanol đóng vai trò sản phẩm trung gian để chuyển hóa thành olefin giá trị cao, xem xét xuất bán khoảng 100 nghìn tấn/năm để phục vụ nhu cầu nước Tổng mức đầu tư - Hiệu kinh tế tổ hợp 6.1 Cơ sở tính tốn - Tổng mức đầu tư tổ hợp tính tốn dựa sở liệu PEP Yearbook 2014 (IHS), thông tin nhà quyền công nghệ kinh nghiệm thực báo cáo nghiên cứu khả thi dự án hóa dầu Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Chế biến Dầu khí (PVPro) - Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) 2-EH nguyên liệu dùng để sản xuất DOP, nhập chủ yếu phục vụ nhu cầu cho nhà máy sản xuất DOP Cơng ty TNHH Hóa chất LG VINA cơng suất 40 nghìn tấn/năm Do đó, nhu cầu tiêu thụ 2-EH phụ thuộc vào nhu cầu sản xuất (tăng thêm/mở rộng công suất) nhà máy - Vòng đời dự án: 20 năm; - Cơ cấu vốn vay/vốn chủ sở hữu: + 70% vốn vay, lãi suất vay Việt Nam đồng 10%/năm; MMA, AA n-butyl acrylate dùng làm nguyên liệu sản xuất nhựa acrylic, làm phụ gia cho ngành công nghiệp sơn, polymer nhũ, keo dán Hiện nay, Việt Nam có số nhà máy sản xuất nhựa acrylic, dùng để sản xuất keo dán mica Nhựa mica ngày người tiêu dùng ưa chuộng tính dẻo không dẫn điện, nhiệt nên khả sản xuất nhựa acrylic từ tăng lên Do vậy, nhu cầu tiêu thụ nguyên liệu MMA, AA, n-butyl acrylate phụ thuộc vào nhu cầu sản xuất tiêu thụ nhựa acrylic + 30% vốn chủ sở hữu, chi phí sử dụng vốn chủ sở hữu ước tính 12%/năm (trong trường hợp nhà đầu tư nước ngồi đầu tư đòi hỏi chi phí sử dụng vốn cao hơn, khoảng 20%/năm) - Chi phí sử dụng vốn bình quân dự án (WACC): 9,2%/năm; - IRRmin dự án: 13,2% (theo Quyết định số 1531/QĐDKVN ngày 29/2/2012 việc ban hành Quy định quy trình tiêu chí đánh giá, thẩm định định đầu tư dự án Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (ngoại trừ dự án tìm kiếm - thăm dò - khai thác dầu khí)); Các loại hóa chất khác n-butanol 2-EHA có Bảng Kết tính tốn hiệu kinh tế tổ hợp MTP Tiêu chí IRR NPV@IRRmin Tổng mức đầu tư Đơn vị tính % Triệu USD Triệu USD Thời gian hồn vốn Giá khí tối đa chấp nhận được(*) (*) USD/mmBtu Hóa chất PP PE/PP PE/Hóa chất 11,0 -250 1.854 năm tháng 7,9 13,7 32 1.087 năm tháng 9,5 9,7 -353 1.708 năm 11 tháng 7,2 9,0 -595 2.473 năm tháng 5,7 MTO PP/SM-PSMMA 15,9 490 2.733 năm 10 tháng 11,9 Hóa chất/ SMPS-MMA 14,3 252 3.535 năm tháng 10,7 Giá khí năm vận hành (năm 2023) Bảng Kết chấm điểm xếp hạng tổ hợp hóa dầu (thang điểm 10) Cụm MTP Tiêu chí Tổng mức đầu tư Giá khí tối đa chấp nhận Tiêu thụ nước Thị trường khu vực % nguyên liệu tổ hợp/tổng nguyên liệu Điểm trung bình Xếp hạng Cụm MTO Hóa chất PP PE/PP PE/Hóa chất 6,9 3,4 5,4 7,5 10,0 6,6 10,0 6,1 6,8 10,0 9,9 8,6 7,5 2,4 9,3 10,0 10,0 7,8 4,3 0,0 6,5 8,5 10,0 5,9 PP/SM-PS- Hóa chất /SMMMA PS-MMA 3,3 0,0 10,0 8,0 6,8 4,6 7,6 7,0 8,3 8,0 7,2 5,5 DẦU KHÍ - SỐ 1/2017 63 HĨA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ - Khấu hao thời gian 10 năm; - Thuế thu nhập doanh nghiệp: 20%/năm; - Giá sản phẩm, nguyên liệu áp dụng cho dự án giá dự báo Nexant theo kịch sở giá dầu trung bình (70USD/thùng dầu Brent) đến năm 2035 Trong đó, giá xuất ước tính thấp khoảng 5% so với giá bán nước; - Giá khí thiên nhiên áp theo cơng thức 79% so với giá dầu FO (quy đổi theo nhiệt trị) Giá dầu FO dự báo đến năm 2035 theo kịch giá dầu Brent trung bình thực Nexant; - Ngoài ra, số giá sản phẩm, ngun liệu khác (khơng có nguồn gốc từ dầu khí) dựa liệu giá theo PEP Yearbook 2014 dự báo tăng 2%/ năm Tiêu hao nguyên liệu sản lượng sản phẩm nước theo tài liệu PEP Yearbook 2014 thông tin từ nhà quyền công nghệ 6.2 Đánh giá xếp hạng tổ hợp Hiệu kinh tế tổ hợp (Bảng 8) tiếp tục đánh giá, chấm điểm theo tiêu chí đặt mục tiêu nghiên cứu ban đầu, nhằm xếp hạng đề xuất tổ hợp hóa dầu từ khí thiên nhiên phù hợp Các tiêu chí để đánh giá gồm: tổng mức đầu tư, giá khí tối đa chấp nhận được, thị trường sản phẩm nước, thị trường khu vực, tỷ lệ nguyên liệu tổ hợp/tổng nguyên liệu (Bảng 9) để sản xuất điện khơng có lợi lượng khơng sinh nhiệt - Từ sản phẩm tiềm năng, sơ đồ tổ hợp hóa dầu từ khí Cá Voi Xanh với tiêu hao khí khoảng 1,7 tỷ m3/năm đề xuất đánh giá khía cạnh kỹ thuật kinh tế Trong đó, tổ hợp đánh giá khả thi mặt kinh tế gồm: tổ hợp MTP - PP, tổ hợp MTO sản xuất PP-PS-hóa chất sản xuất PS-MMA hóa chất Tuy nhiên, qua đánh giá đầy đủ tiêu chí cơng nghệ sản xuất, khả tiêu thụ sản phẩm, tổng mức đầu tư hiệu kinh tế của sơ đồ tổ hợp, tổ hợp MTP sản xuất PP Copo đánh giá phù hợp để đầu tư sau mỏ khí Cá Voi Xanh vào khai thác năm 2023, với tổng mức đầu tư gần 1,1 tỷ USD, đạt hiệu kinh tế với giá khí tối đa chấp nhận khoảng 9,5 USD/triệu Btu năm 2023; - Lộ trình đầu tư tổ hợp MTP - PP thích hợp đầu tư giai đoạn, nhà máy methanol đầu tư vào năm 2021 nhà máy propylene, PP đầu tư vào năm 2019 Tuy nhiên, cần có điều kiện hỗ trợ để thực cần có đối tác hợp tác nước để đảm bảo cung cấp ổn định nguyên liệu 1.100 nghìn methanol/năm đảm bảo lộ trình đầu tư nhà máy Nếu điều kiện hỗ trợ khơng thực tổ hợp nên đầu tư vào giai đoạn Tài liệu tham khảo Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) Đánh giá, xếp hạng dự án chế biến sâu khí 2014 Từ phân tích, đánh giá tổ hợp cho thấy phương án sản xuất MTP từ sản xuất PP phương án tối ưu để đầu tư sản xuất hóa dầu từ khí Cá Voi Xanh xem xét đầy đủ yếu tố tổng mức đầu tư, hiệu kinh tế, thị trường sản phẩm nước mức độ chủ động nguyên liệu Viện Dầu khí Việt Nam (VPI) So sánh đánh giá đề xuất phương án công nghệ loại bỏ H2S khí từ mỏ Cá Voi Xanh 2015 Kết phân tích độ nhạy cho thấy hiệu kinh tế tổ hợp có độ nhạy cao giá sản phẩm, giá khí thiên nhiên tỷ lệ vận hành, thấp tổng mức đầu tư Malcolm A.Kelland Production chemicals for the oil and gas industry CRC Press 2009 Kết luận CEFIC Landscape of the European chemical industry 2014 - Định hướng chế biến sâu khí Cá Voi Xanh với cơng suất 1,7 tỷ m3 khí thiên nhiên/năm sản xuất khí tổng hợp, methanol, từ chuyển hóa thành olefin dẫn xuất Việc sản xuất methanol từ nguồn khí thiên nhiên giàu CO2 (30%) tận dụng thành phần CO2 (có nhiệt trị 0) nên tiết kiệm khoảng 10% nhiệt trị khí đầu vào Ngồi ra, đem khí giàu CO2 (30%) N2 (10%) 64 DẦU KHÍ - SỐ 1/2017 IHS Process economics program yearbook 2014 IHS Chemical economics handbook reports 2014 ATKearney Chemical industry vision 2030: A European perspective 2012 Deloitte The decade ahead - Preparing for an unpredictable future in the global chemical industry 2010 ATKearney Success factors for the European chemical business - Chemicals vision 2030 Summit of chemical, pharmaceutical, plastics and rubber industries of Slovenia 2012 PETROVIETNAM 10 Foster Wheeler Technology review report 2015 11 Haldor Topsoe Petrovietnam Gas (PV Gas) Vietnam blue whale CO2 - rich utilization methanol - EOR - 30% CO2 H2 export Block Diagram Process Flow Diagram 2015 12 Abdullah Saad Dughaither Conversion of Dimethyl-Ether to olefins over HZSM-5: Reactivity and kinetic modeling The University of Western Ontario 2014 Production of petrochemicals from natural gas of Ca Voi Xanh field Summary Truong Minh Hue, Le Duong Hai Nguyen Anh Tuan, Nguyen Thi Hoai An Vietnam Petroleum Institute Email: huetm@pvpro.com.vn The discovery of Ca Voi Xanh gas field in 2011 with a large reserve (about 150 billion m3 recoverable) opened up the opportunity to develop a gas-based petrochemical industry in the central region of Vietnam Besides using gas for power generation and industrial purposes, the Vietnam Oil and Gas Group has given priority to use up to 1.7 billion m3 of Ca Voi Xanh gas per year (equivalent to 1.0 billion m3 of hydrocarbon) for petrochemical production With high content of CO2 (30% vol.), the suitable processing route for Ca Voi Xanh gas is methanol production, then converting methanol to olefins (MTO/MTP technology) and olefin derivatives Through preliminary screening of market demand, production technologies and economic efficiency, potential olefin derivatives were selected, including ethylene chain (HDPE, SM/PS, and MMA) and propylene string (PP copolymer, the acrylic acids chemicals, 2-EH, n-butanol and 2-EHA derivatives, and n-butyl acrylate) petrochemical complex schemes with Ca Voi Xanh gas consumption of about 1.7 billion m3 per year were evaluated and ranked Based on assessment criteria such as production technology, product market opportunity, total investment and economic efficiency, the complex which has MTP technology to produce polypropylene copolymer has been rated the most potential for investment in 2023 after Ca Voi Xanh field is put into operation Key words: Ca Voi Xanh, petrochemical production from gas, deep gas processing DẦU KHÍ - SỐ 1/2017 65 ... chế biến sâu khí Cá Voi Xanh với cơng suất 1,7 tỷ m3 khí thiên nhiên/ năm sản xuất khí tổng hợp, methanol, từ chuyển hóa thành olefin dẫn xuất Việc sản xuất methanol từ nguồn khí thiên nhiên giàu... nghìn tấn/năm PP Copo 1,7 tỷ m3 khí Cá Voi Xanh (60% CH4, 30% CO2, 10% N2) Hình Sơ đồ tổ hợp hóa dầu MTO - PE/PP Các tổ hợp hóa dầu từ khí Cá Voi Xanh Từ dẫn xuất ethylene propylene nói trên,... (Bảng 9) để sản xuất điện khơng có lợi lượng khơng sinh nhiệt - Từ sản phẩm tiềm năng, sơ đồ tổ hợp hóa dầu từ khí Cá Voi Xanh với tiêu hao khí khoảng 1,7 tỷ m3/năm đề xuất đánh giá khía cạnh kỹ