Đánh giá tính khả thi các phương án sản xuất Methanol từ nguồn khí thiên nhiên mỏ Cá Voi Xanh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN THANH HĨA ĐÁNH GIÁ TÍNH KHẢ THI CÁC PHƯƠNG ÁN SẢN XUẤT METHANOL TỪ NGUỒN KHÍ THIÊN NHIÊN MỎ CÁ VOI XANH Chuyên ngành: Kỹ thuật Hoá học Mã số: 8520301 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HĨA HỌC Đà Nẵng – Năm 2019 Cơng trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân Phản biện 1: TS Lê Thị Như Ý Phản biện 2: TS Nguyễn Đình Thống Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành Kỹ thuật Hoá học họp Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 30 tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, ĐHĐN Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Hoá, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU So với ngành công nghiệp Lọc dầu có lịch sử phát triển lâu đời từ thập niên đầu kỷ 20, ngành cơng nghiệp Hóa dầu có khởi đầu muộn có bước phát triển mạnh đáng kể năm gần đây, góp phần vào tăng trưởng kinh tế nước Trong số sản phẩm hóa dầu, Methanol có tính ứng dụng cao mang lại hiệu kinh tế Ứng dụng Methanol làm sản phẩm trung gian để chế biến sản phẩm hóa dầu formaldehyde, axít acetic olefin, olefin tiếp tục làm ngun liệu cơng nghệ chế biến sâu hàng trăm sản phẩm hóa dầu làm nguyên liệu công nghệ chế biến hợp chất dimethyl ether, MTBE, cấu tử phối trộn xăng nguyên liệu sản xuất Biodiesel Trên sở nghiên cứu, nhận định xu hướng phát triển thị trường nước giới tính hiệu kinh tế sản phẩm nước tiềm chuỗi Ethylene (PE, nhóm SM/ PS, nhóm MMA), chuỗi Propylene (PP, nhóm hóa chất Acrylic, nhóm Oxo Alcohol dẫn xuất) Theo nghiên cứu sơ trước đây, nguồn nguyên liệu khí Cá Voi Xanh phù hợp để sản xuất sản phẩm tiềm q trình chuyển hóa Methanol [2] Ngày 26/3/2017, Thủ tướng Chính phủ với Lãnh đạo cấp cao Bộ/ Ban ngành Tập đoàn Exxon Mobil Mỹ ký kết thỏa thuận hợp tác, đầu tư dự án mỏ khí Cá Voi Xanh Đây mỏ khí thiên nhiên định vị lơ 118 thuộc bể Nam Sông Hồng nằm “Quy hoạch tổng thể ngành cơng nghiệp dầu khí Việt Nam giai đoạn đến năm 2015, định hướng đến năm 2025” Thử tướng Chính phủ theo Quyết định số 459/QDSD-TTg ngày 30/3/2011 có vị trí tiếp bờ biển Đà Nẵng, Quảng Nam khoảng 80 km Mỏ khí Cá Voi Xanh phát từ năm 2011 giai đoạn thăm dò, tiến hành hoạt động tiền khai thác Theo đánh giá ban đầu Tập đoàn Exxon Mobil dự kiến mỏ khí khai thác từ năm 2020 với sản lượng lên đến khoảng nghìn tỷ feet khối (TCF), mỏ khí có trữ lượng lớn Việt Nam với trữ lượng khoảng 19 TCF Nguồn khí từ mỏ khí Cá Voi Xanh chứa chủ yếu hợp chất hydrocarbon Methane (chiếm khoảng 57% mol) phần lớn khí CO2 (khoảng 30% mol) phù hợp với công nghệ sản xuất methanol nhằm tận dụng nguồn CO2 trình phản ứng tạo Methanol Với phân tích nêu trên, luận văn xin lựa chọn trình bày đề tài: “Đánh giá tính khả thi phương án sản xuất Methanol từ nguồn khí thiên nhiên mỏ Cá Voi Xanh” CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở mục tiêu nghiên cứu 1.1.1 Cơ sở nghiên cứu Năm 2011, Tập đồn Exon Mobil (EM) – Mỹ thăm dị phát mỏ khí thiên nhiên lấy tên mỏ khí Cá Voi Xanh (CVX) lơ 118, thuộc địa phận tỉnh Quảng Nam, cách bờ 80 km Theo đánh giá sơ bộ, mỏ khí CVX có trữ lượng thu hồi khoảng 15,7 TCF (445 tỷ m3) tương đương với lượng hydrocacbon chỗ 9,1 TCF (258 tỷ m3), dự kiến bắt đầu khai thác từ năm 2023 với sản lượng trung bình giai đoạn đầu khoảng 737 MMSCFD (xấp xỉ 7,2 tỷ m3/ năm) [2] Nguồn khí CVX nguồn khí chua khơ, chứa khoảng 60% thể tích (vol) HC, 30% vol CO2, 10% vol N2, 2.100 ÷ 2.800 phần triệu thể tích (ppm vol) C2+ (< 2% vol) 1.1.2 Mục tiêu nghiên cứu Các hướng chế biến sâu từ nguồn khí thiên nhiên sau: - Hướng 1: Sản xuất khí tổng hợp q trình Reforming có mặt nước và/hoặc khơng khí, Oxy tiếp tục chế biến tạo Ammonia, Methanol Urea, DME, gasoline … (tương tự Nhà máy Đạm Phú Mỹ, Cà Mau) - Hướng 2: Sản xuất Olefin C2, C3, C4 qua q trình nhiệt phân nhanh (Pyrolysis), từ chế biến tạo hợp chất nhựa số hóa chất khác (tương tự Dự án THHD Miền Nam) Do lượng C2 C3 từ mỏ khí CVX tương đối thấp (~1,1% mol 0,42% mol), nên hướng sản xuất Ethylene Propylene từ Ethane, Propane khó khả thi Nhằm khai thác hiệu nguồn khí giàu CO2 từ mỏ khí CVX, hướng sản xuất Methanol có nhiềm ưu Các Nhà quyền công nghệ (Licensor) sản xuất Methanol uy tín giới đánh giá tỷ lệ CO2 lý tưởng khí nguyên liệu sản xuất Methanol khoảng 25 ÷ 30% 1.1.3 Chiến lược phát triển ngành Dầu khí Việt Nam Thực nội dung Nghị 41-NQ/TW ngày 23/07/2015 Bộ Chính trị Quyết định số 1748, 1749/2015/QĐ-TTg Thủ tướng Chính phủ Chiến lược phát triển ngành Dầu khí Việt Nam Chiến lược phát triển Tập đồn Dầu khí Việt Nam đến năm 2025, định hướng đến năm 2035 sau [2]: a).Giảm dần tỷ trọng sử dụng khí cho điện chất đốt, tăng cường cho chế biến sâu; b).Tập trung phát triển lĩnh vực hóa dầu (bao gồm hóa dầu từ khí), hóa chất để nâng cao giá trị gia tăng sản phẩm dầu khí, tạo nguyên, nhiên, vật liệu phục vụ phát triển sản xuất công nghiệp nước, hướng tới xuất khẩu, giảm tỷ trọng nhập siêu C).Đẩy mạnh việc tích hợp, tổ hợp lọc-hóa dầu với nguồn khí tự nhiên khai thác nhằm nâng cao hiệu cơng trình, dự án đầu tư phát triển dự án quy mơ, mức độ chế biến sâu có sức cạnh tranh khu vực quốc tế 1.2 Nghiên cứu thị trường định hướng sản xuất Methanol 1.2.1 Phân tích thị trường Methanol giới 1.2.2 Cân sản xuất nhu cầu tiêu thụ Methanol 1.2.3 Phân tích thị trường Methanol tiềm khu vực nội địa 1.3 Công nghệ sản xuất Methanol từ khí thiên nhiên (GTM) Cơng 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 điệu kiện nhiệt độ cao với có mặt chất xúc tác (Ni) nghiên cứu thực qua phản ứng sau:  Dry Reforming: CH4 + CO2 2CO + 2H2 (1)  Steam Reforming: CH4 + H2O CO + 3H2 (2) Giai đoạn 2: Chuyển hóa khí tổng hợp thành Methanol 2H2 + CO CH3OH (3) CHƯƠNG – ĐÁNH GIÁ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN SẢN XUẤT METHANOL 2.1 Phân tích, đánh giá dây chuyền cơng nghệ sản xuất Methanol Cơng nghệ chuyển hóa khí thiên nhiên thành Methanol thương mại hóa rộng rãi giới Các Nhà cung cấp quyền tiêu biểu lĩnh vực Haldor Topsoe, Toyo, Air Liquide (GmbH) – Lurgi, Casale, Johnson Matthey Davy Techonologies, Kellog Brown & Root (KBR) Công nghệ sản xuất Methanol bao gồm giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: Sản xuất khí tổng hợp (H2 +CO); - Giai đoạn 2: Chuyển hóa khí tổng hợp thành Methanol Dây chuyền cơng nghệ nhà máy sản xuất Methanol đặc trưng gồm ba cụm thiết bị chính: Reforming, tổng hợp Methanol từ khí tổng hợp tinh chế Methanol Yếu tố quan trọng việc lựa chọn dây chuyền công nghệ nhà máy sản xuất Methanol yếu vốn đầu tư hiệu sản xuất nhà máy, cụm thiết bị reforming chiếm khoảng 60% tổng vốn đầu tư Trong khuôn khổ đề tài tập trung phân tích, đánh giá dựa hai dây chuyền công nghệ sản xuất Methanol từ hai Nhà cung cấp quyền Haldor Topsoe Lurgi 2.1.1 Công nghệ sản xuất Methanol từ nguồn khí Cá Voi Xanh Haldor Topsoe 2.1.1.1 Các đặc điểm công nghệ Dây chuyền công nghệ tổng hợp Methanol Haldor Topsoe thiết kế với nhiều nhà máy có cơng suất khác dải công suất rộng từ 2.500 Methanol/ ngày (MTPD) đến 5.000 MTPD chí lên đến 10.000 MTPD Cơng nghệ Haldor Topsoe ngày kết hợp (i) trình reforming dạng ống reforming kết hợp hai cấp bao gồm (i) trình reforming dạng ống (ii) trình reforming thứ cấp điều khiển nhiệt tự động (Autothermal Reforming - ATR) nhằm sản xuất khí tổng hợp Cơng nghệ reforming thứ cấp ATR có tỷ lệ nước/ carbon (S/C) thấp phù hợp với nhà máy có quy mơ công suất lớn nhằm tối đa công suất tối thiểu vốn đầu tư Thiết kế chu trình tổng hợp Methanol độc lập, Haldor Topsoe thiết kế dây chuyền công nghệ dựa việc sử dụng thiết bị phản ứng nước sôi (Boiling Water Reactor - BWR) bao gồm thiết bị phản ứng dạng ống chứa xúc tác rắn bên trong, nước sơi bên ngồi ống Có thể thay thiết bị phản ứng dạng nước sôi cổ điển thiết bị phản ứng đoạn nhiệt ống Lớp xúc tác đoạn nhiệt đặt trước ống vùng phản ứng Sự kết hợp cho phép thiết kế thiết bị phản ứng có kích thước nhỏ gọn Dây chuyền cơng nghệ bao gồm cụm thiết bị sau: Cụm reforming để chế biến thành khí tổng hợp; Cụm tổng hợp Methanol; Cụm tinh chế Methanol 2.1.1.2 Ưu điểm công nghệ - Tỷ lệ nước/ carbon (S/C) thấp, cấu hình nhỏ gọn tối ưu vốn đầu tư thiết bị - Dãi công suất rộng từ công suất nhỏ đến công suất lớn Thuận lợi việc nâng cấp để tăng cơng suất với chi phí đầu tư thấp, phù hợp với trữ lượng khí Cá Voi Xanh chưa xác định công suất khai thác trữ lượng phụ vụ cho ngành cơng nghiệp hóa dầu - Cơng nghệ phản ứng đại ATR (Autothermal Reforming) có độ chuyển hóa cao, phù hợp với việc sản xuất khí nhiên liệu Methanol có độ tinh khiết cao - Độ lựa chọn lớn, giảm thiểu sản phẩm trung gian (byproduct) - Hiệu lượng lớn, dễ dàng điều khiển nhiệt độ phản ứng Sơ đồ công nghệ hai cấp sau: Hình 2.1 Sơ đồ cơng nghệ tổng hợp Methanol Haldor Topsoe 2.1.2 Công nghệ sản xuất Methanol từ nguồn khí Cá Voi Xanh Lurgi 2.1.2.1 Các đặc điểm công nghệ Nhà cung cấp quyền Lurgi thiết kế dây chuyền công nghệ quyền Lurgi Mega-MethanolTM Technology với công suất đến 5.000 MTPD dây chuyền Lurgi Giga-MethanolTM Technology với công suất lên đến 10.000 MTPD tích hợp khép kín nhằm chế biến khí thiên nhiên thành Methanol tiếp tục chuyển hóa thành Olefin Thiết bị phản ứng chuyên dụng Lurgi có dạng vỏ ống với lớp xúc tác rắn đặt bên trong, song song với nhánh ống Phản ứng xảy điều kiện đẳng nhiệt Sơ đồ công nghệ sản xuất Methanol sau: Hình 2.2 Sơ đồ cơng nghệ tổng hợp Methanol Lurgi Dây chuyền tích hợp cụm thiết bị sản xuất Methanol từ nguồn khí thiên nhiên sản xuất Propylene từ Methanol công nghệ MTP bao gồm cụm thiết bị sau: Cụm reforming; Cụm tổng hợp Methanol; Cụm phân tách Methanol; Cụm phản ứng MTP; Cụm phân tách khí; Cụm nén Hydrocarbon; Cụm tinh chế sản phẩm 2.1.2.2 Ưu điểm cơng nghệ - Độ chuyển hóa ống cao hơn, tỷ lệ hồn lưu thấp, cho phép giảm vận tốc dịng khí bên hệ thống - Hiệu lượng cao, tỷ lệ nước/ Methanol thấp, khoảng 1,33 - Chi phí đầu tư thấp giảm đầu tư thiết bị cấp nhiệt phản ứng - Năng suất dây chuyền phản ứng cao, công suất lớn Giảm thiểu giảm hoạt tính xúc tác nhiệt độ cao, kéo dài tuổi thọ xúc tác 2.2 Đề xuất lựa chọn phương án công nghệ sản xuất Methanol Mỏ Cá Voi Xanh có trữ lượng thu hồi đánh giá sơ khoảng 15,7 TCF (445 tỷ m3) tương đương với lượng hydrocarbon chỗ 9,1TCF (258 tỷ m3) Theo kế hoạch phát triển mỏ khí CVX phê duyệt theo Quyết định Bộ Công thương số 460/QĐ-BCT ngày 07/09/2016 dự kiến bắt đầu đưa vào khai thác từ năm 2023 với sản lượng trung bình giai đoạn đầu khoảng 737 MMSCFD (xấp xỉ 7,2 tỷ m3/năm), sau nâng lên 900 MMSCFD (xấp xỉ 8,8 tỷ m3/năm) giai đoạn 2025-2030 Đứng trước kịch nguyên liệu sử dụng cho hóa dầu nay, sở đánh giá phân tích phương án cơng nghệ nêu trên, phương án sản xuất Methanol từ nguồn khí thiên nhiên CVX với công suất 3.000 Methanol/ngày (tương đương khoảng 1,2 tỷ m3 khí CVX/ năm) theo cơng nghệ quyền Haldor Topsoe đánh giá phương án khả thi kỹ thuật 2.2 Điều kiện công nghệ 2.2.1.1 Nguyên liệu Tính chất nguyên liệu hàng rào nhà máy (Battery Limit) sau xử lý sơ có thành phần sau: Bảng 2.1 Thành phần khí CVX sau xử lý sơ GTP - Thành phần Hydrogen sulfide Carbon dioxide Nitrogen Methane Ethane Propane Dry, % mol 30 ppmv 29.937 9.687 58.488 1.035 0.380 Thành phần Xylene, meta Xylene, para Xylene, ortho NC9 1,2,4-Trimethylbenzene NC10 Dry, % mol 0.000 0.000 0.000 0.002 0.000 0.001 10 Hình Sơ đồ cơng nghệ Haldor Topsoe i) Tiền gia nhiệt Nguyên liệu khí Cá Voi Xanh (CVX) từ hàng rào nhà máy (Battery limit) có áp suất 35 kg/cm2g nhiệt độ 40oC vào phân xưởng bình ổn định khí D-9701 nâng áp suất máy nén C-9701 lên đến 43,8 kg/cm2g sau kết hợp với dịng Hydro tuần hồn từ cụm tinh chế khí (PSA) để nâng nhiệt độ lên đến 400oC trước vào thiết bị phản ứng Hydro hóa R-9701 ii) Desulfurization Dịng ngun liệu sau gia nhiệt đến nhiệt độ mong muốn chuyển đến cụm thiết bị Hydro hóa R-9701 Tách loại lưu huỳnh R-9702 để đáp ứng tiêu chuẩn hàm lượng H2S trước vào thiết bị Pre-reforming R-9703 đạt 0,1 ppm wt max nhằm tránh ngộ độc xúc tác Cụm thiết bị bao gồm: Tại thiết bị phản ứng R-9701 điều kiện nhiệt độ 400oC, áp suất 38,74 kg/cm2g, có mặt xúc tác CoMox NiMox, hợp chất lưu huỳnh hữu thực q trình chuyển hóa hydrogen thành Hydrosulfide (H2S) sau: R-SH + H2 RH + H2S (1) Dòng hydrogen sau tinh chế cụm PSA (Pressure Swing Absorber) A-9701 tuần hoàn dịng ngun liệu để thực q trình Hydro hóa R-9701 Đối với nguồn nguyên 11 liệu có tạp chất lưu huỳnh thấp (thấp ppm vol) sử dụng hóa chất DMDS (Di-Methyl Di-Sulphide) A-9702 nhằm tránh xúc tác bị desulphide Dịng khí sau thực q trình hydro hóa R-9701 chuyển sang thiết bị phản ứng R-9702A/B để tách loại H2S điều kiện phản ứng nhiệt độ 400oC, áp suất 38,74 kg/cm2g có mặt xúc tác Oxit theo phản ứng đây: ZnO + H2S ZnS + H2O (2) Nguyên liệu sau tách loại lưu huỳnh có nhiệt độ 400oC có tạp chất lưu huỳnh 0,1 ppm vol iii) Pre-reformer Với công nghệ Bi-reforming Haldor Topsoe kết hợp trình steam reforming cụm thiết bị Pre-reformer oxyen-fired reforming cụm thiết bị ATR, tỷ lượng S/C thiết bị Prereformer thấp, nhiệt độ thấp áp suất cao làm giảm khoảng 60% nhiệt lượng trao đổi giảm khoảng 75% - 80% khối lượng ống phản ứng cụm thiết bị Reformer Dòng nước công nghệ (HP process steam) phun vào với dòng nguyên liệu với tỷ lượng S/C (steam/carbon) tối ưu (khoảng 1,6) trước nạp liệu vào thiết bị phản ứng Pre-reformer R-9703 Quá trình Pre-reformer bao gồm phản ứng sau: CnHm + nH2O nCO + (n+1/2m) H2 ΔHo298: 206 J/mol (3) CO + 3H2 CH4 + H2O ΔHo298: -50 kJ/mol (4) o CO + H2O CO2 + H2 ΔH 298: -41,2 kJ/mol (5) CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O ΔHo298:-164,7 kJ/mol (6) Để phản ứng xảy theo mong muốn, hệ số cân H2/CO cần phải trì khoảng iv) Reformer 12 Oxygen cấp từ cụm Air Separator A-9703 trước hỗn khí di chuyển vào phản ứng thiết bị Reformer R-9704 Reformer bao gồm buồng đốt nơi hỗn hợp khí nạp liệu xảy qua oxi hóa tiếp tục di chuyển vào vùng xúc tác để thực phản ứng Quá trình reforming kết hợp nước oxy nhằm đạt q trình chuyển hóa hồn tồn Methan Điều kiện phản ứng thiết bị ATR Reformer R-9704 có nhiệt độ 1000oC áp suất 29 kg/cm2g có mặt xúc tác nhằm thực phản ứng sau [9] Steam Reforming: CH4 + H2O CO + 3H2 ΔHo298: 226 kJ/mol Conversion (%): 35 (7) CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 ΔHo298:160 kJ/molConversion (%): 65(8) CO + H2O CO2 + H2 ΔHo298: -41,2 J/mol (9) Dry reforming: CH4 + CO2 2CO + 2H2 ΔHo298: 247 kJ/mol (10) Oxi hóa: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O ΔHo298: -803 kJ/molConver (%):70(11) CH4 + O2 CO2 + 2H2 ΔHo298:- 320 kJ/mol Conversion (%):10(12) CH4 + 1/2O2 CO + 2H2 ΔHo298:-44 kJ/molConversion (%): 20 (13) CO + 1/2O2 CO2 ΔHo298: -284 kJ/mol Conversion (%): 50 (14) H2 + 1/2O2 H2O ΔHo298: -242 kJ/mol Conversion (%): 50 (15) Thành phần hỗn hợp khí gồm H2, CO, CO2, CH4 nước định đến cân phản ứng nhiệt độ/ áp suất vận hành Phản ứng (7), (8) (10) phản ứng thu nhiệt, phản ứng (9), (11), (12), (13), (14) (15) phản ứng tỏa nhiệt Tuy nhiên, lượng nhiệt cần cung cấp cho phản ứng thu nhiệt xảy nhanh lớn nhiều so với lượng nhiệt tỏa từ phản ứng tỏa nhiệt tính theo cân mole, phản ứng (7): reforming Methan có xu hướng dịch chuyển sang phải thực nhiệt độ cao cách đốt khí (tail gas) cụm tinh chế PSA khí nhiên liệu từ bên phân xưởng 13 Hệ số tỷ lượng SN (stoichiometric number) trình sản xuất Methanol tính cơng thức sau: FH2 − FCO2 𝑆𝑁 = FCO + FCO2 Trong đó, Fi lưu lượng mol cấu tử i Hệ số SN tối ưu khoảng Hệ số M hỗn hợp khí tổng hợp trước vào thiết bị phản ứng luôn điều khiển lớn 2,0 tối ưu 2,05 Ngoài ra, tỷ lượng S/C cần phải tối ưu nhằm đảm bảo tối ưu thể tích thiết bị phản ứng hệ thống, đồng thời thúc đẩy q trình chuyển hóa Methan xảy tránh q trình đóng cặn carbon bề mặt xúc tác, làm giảm hoạt tính xúc tác Q trình hình thành cặn carbon sau:  Phản ứng dịch chuyển CO (phản ứng Boudouard): 2CO Cads + CO2 ΔHo298: -86 kJ/mol (16)  Phản ứng khử CO: CO +H2 C + H2O ΔHo298: kJ/mol (17)  Cracking Methan: CH4 C + 2H2 ΔHo298: 75 kJ/mol (18)  Ngưng tụ dehydro hóa sản phẩm trung gian  Cracking nhiệt nguyên liệu Quá trình dịch chuyển CO (16) khử CO (17) sinh Carbon nhiệt độ thấp 800oC nằm tích tụ lại lỗ rỗng xúc tác, sau thời gian cần phải thay xúc tác Các cặn carbon tạo từ trình cracking (17), ngưng tự dehydro hóa sản phẩm trung gian tách loại phản ứng với nước CO2 nhiệt độ lớn 800oC Để giảm thiểu trình tạo cốc từ phản ứng Boudouard (15) tỷ lượng CO2/CH4 cần lớn nhiệt độ cao v) Tổng hợp Methanol Quá trình tổng hợp Methanol thực điều kiện tối ưu với 14 tỷ lượng SN khoảng 2,0 (so với công nghệ tổng hợp Methanol cổ điển với tỷ lượng khoảng 3,0) cho phép giảm lượng hydro tuần hoàn tối ưu chi phí thiết bị, đường ống Hỗn hợp sau khỏi cụm thiết bị ATR Reformer R-9704 giảm nhiệt qua hệ thống trao đổi nhiệt máy nén C-9702 nâng áp suất lên 80 kg/cm2g để chuyển đến thiết bị phản ứng tổng hợp methanol Synthesis Reactor R-9705, R-9706 có nhiệt độ khoảng 250oC áp suất 77,7 kg/cm2g Quá trình tổng hợp Methanol thực phản ứng sau: CO + 2H2 CH3O ΔHo298: -90,55 kJ/mol (19) CO2 + 3H2 CH3O + H2O ΔHo298:-49,43 kJ/mol (20) CO + H2O CO2 + H2 ΔHo298:-41 kJ/mol (21) vi) Phân tách Methanol Hỗn hợp khỏi thiết bị phản ứng tổng hợp R-9706 đưa đến tháp tách D-9703, dịng khí tách từ đỉnh bình tách chuyển đến cụm thiết bị tinh chế khí PSA A-9701 Dịng lỏng tách từ đáy bình tách phân tách dịng khí methanol tháp Stabilier T-9701 tiếp tục vào tháp phân tách T-9702 nhằm thu sản phẩm Methanol đạt tiêu chuẩn Hiệp hội Methanol Quốc tế (IMPCA) CHƯƠNG – ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ CHÍNH CỦA DỰ ÁN 3.1 Cấu trúc Dự án Tập đồn dầu khí Quốc gia Việt Nam (PVN) ký thỏa thuận cung cấp sản lượng/ chất lượng khí Cá voi Xanh từ đơn vị khai thác Exxon Mobil Chủ đầu tư PVN Các cơng ty PVN đối tác đầu tư Nhà thầu nước 3.2 Đánh giá lựa chọn địa điểm xây dựng Địa điểm xây dựng phân xưởng sản xuất Methanol với công suất 3.000 tấn/ngày báo cáo tập trung khảo sát địa điểm tỉnh tiếp nhận liền kề vị trí tiếp bờ mỏ khí Cá Voi Xanh tỉnh Quảng Nam (huyện Núi Thành) tỉnh Quảng Ngãi 15 (huyện Bình Sơn) 3.2.1 Khảo sát trường A Khu kinh tế mở Chu Lai (Núi Thành – Quảng Nam) bao gồm địa điểm sau: Tam Quang 1; Tam Quang Tam Hiệp B.1 Khu kinh tế Dung Quất (Bình Sơn – Quảng Ngãi) bao gồm địa điểm sau: Dung Quất 1; Dung Quất Dung Quất 3.2.2 Đề xuất lựa chọn địa điểm xây dựng Dự án Trong số địa điểm khảo sát địa điểm Dung Quất phù hợp thuận lợi địa điểm đề xuất xây dựng Dự án đề cập đây: Địa điểm cách cảng nước sâu Dung Quất km, cách Quốc lộ 1A 10 km cách tuyến ống hữu Nhà máy Lọc dầu 500 m Khu vực nằm tiếp giáp Nhà máy sản xuất thiết bị công nghiệp nặng Doosan Vina, thuận lợi việc chế tạo lắp đặt thiết bị, máy móc cơng nghiệp Dự án Ngồi ra, khu vực phát triển môi trường công nghiệp Nhà máy công nghiệp lớn Nhà máy Lọc dầu, Bio-Ethanol, Thép Hòa Phát v.v… thuận lợi cho việc cấp phép, lắp đặt máy móc cơng nghiệp vận hành tương lai Khu vực khơng có hộ dân sinh sống, chủ yếu đất ruộng lúa, tối ưu chi phí giải tỏa chuẩn bị mặt Địa điểm đánh giá phù hợp dự án 3.3 Khảo sát điều kiện khí tượng Trên sở lựa chọn địa điểm Dự án Dung Quất 2, theo điều kiện khí tượng thu thập Đài khí tượng Dung Quất có tọa độ 15o07’ vĩ Bắc 108o48’ kinh Đông làm sơ cở để thiết kế Dự án 3.4 Cơ sở thiết kế 3.5 Thu xếp tài 3.5.1 Thu xếp vốn Vốn đầu tư Dự án xem xét 100% vốn Việt 16 Nam vay vốn nước theo chế tỷ lệ vốn sở xác định vốn chủ sở hữu tính khả thi thu xếp Chủ sở hữu Dự án có dây chuyền sản xuất thuộc quyền cơng nghệ (Licensed unit) nước ngồi Do đó, vốn nước ngồi xem xét vay theo gói Tín dụng xuất (Export Credit Agencies: ECA) với dây chuyền công nghệ nhập Nhà thầu EPC bảo lãnh/ xếp vốn vay để nhận nhiều ưu đãi 3.5.2 Các yếu tố tài Dự án Các yếu tố cần phải xem xét, thỏa thuận đơn vị liên quan để thu xếp tài cho Dự án bao gồm không giới hạn yếu tố sau: Bảng 3.1 Thỏa thuận cung cấp khí nguyên liệu Cá Voi Xanh Các bên liên quan Giá khí Cung cấp Dung lượng khí Địa điểm giao nhận Thỏa thuận đơn vị cung cấp khí Cá Voi Xanh Chủ đầu tư Dự án Hợp đồng khung, điều khoản cam kết Tính theo cơng thức có tính đến dịng tiền Cam kết cung cấp 20 năm Tối thiểu 143,3 feet khối chuẩn/ngày đặn 20 năm Tại cổng nhà máy Methnanol Bảng 3.2 Thỏa thuận bao tiêu sản phẩm Methanol Các bên liên quan Giá Methanol Xuất Methanol xuất Địa điểm giao nhận Thỏa thuận Chủ đầu tư đơn vị cam kết Nhà thầu EPC, Đối tác cho vay Giá FOB, tính theo công thức sở giá methanol thị trường Cam kết xuất 20 năm 1.000.000 Methanol/ năm (100% sản phẩm Methanol) tỷ lệ đáp ứng thỏa thuận thu xếp tài Dự án Tại cổng nhà máy Methnanol phương thức “door to door” Bảng 3.3 Tiêu chuẩn Methanol sản phẩm Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Methanol theo IMPCA (Hiệp hội sản xuất tiêu thụ Methanol Quốc tế) 17 Bảng 3.4 Hợp đồng EPC Các bên liên quan Hình thức Hợp đồng Thỏa thuận Chủ đầu tư Nhà thầu EPC lựa chọn theo hình thức đấu thầu rộng rãi danh sách ngắn Trọn gói theo thể thức chìa khóa trao tay (Lumpsum Turn key) nhằm giảm rủi ro vượt dự toán phát sinh CHƯƠNG – ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA DỰ ÁN 4.1 Dự tốn gói thầu EPC 4.1.1 Cơ sở lập dự toán 4.1.2 Tiến độ EPC Tiến độ tổng thể gói thầu EPC dự kiến 36 tháng tính từ T0 (Time 0): thời điểm triển khai Hợp đồng vận hành chạy thử (Performance Test) nghiệm thu IA (Innitial Acceptance), thời gian hồn thành khí MC (Mechanical completion) 32 tháng 4.1.3 Dự toán EPC Cơ sở lập dự tốn: - Dữ liệu Economic từ mơ Hysys; - Tham khảo dự án hoàn thành Nhà máy sản xuất Polypropylen (PP); - Tham khảo Dự toán Dự án NCMR NMLD Dung Quất Nhà thầu Amec Foster Wheeler lập giai đoạn thiết kế sở (FEED); - Tham khảo báo giá xúc tác, hóa phẩm Licensor Knematic Technology theo Catalogue với công nghệ Reforming tương tự Dự án NCMR NMLD Dung Quất; Giá dự toán EPC Dự án 630 triệu Đơ la Mỹ, đó: - Giá xúc tác hóa phẩm: triệu Đơ la Mỹ, dự tốn sở báo giáo Nhà cung cấp quyền công nghệ Knematic 18 Technology chủng loại xúc tác tương tự phân xưởng HGU – Dự án NCMR 4.2 Đánh giá tài 4.2.1 Lợi nhuận 4.2.4.1 Dự báo thị trường tiêu thụ giá Methanol Theo đánh giá thị trường tiêu thụ Methanol Chương 1, tài Dự án lập với giả định 40% Methanol thành phẩm xuất vào thị trường Trung Quốc, 20% xuất vào thị trường Đông Á, 20% xuất vào thị trường nước Đông Nam Á 20% tiêu thụ thị trường nội địa Giá Methanol lấy theo công bố Tổ chức MMSA (giá CFR: Cost and Freight) đến năm 2024 ước tính trượt giá 2% từ năm 2025 sau theo Tổ chức IMF Bảng 4.1 Dự báo giá Methanol đến năm 2034 Y1 2025 CFR Trung Quốc CFR SEA CFR Đài Loan 396 420 403 Y2 202 404 428 411 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 412 437 419 420 446 428 437 464 445 446 473 454 464 492 472 473 502 482 429 455 436 455 482 463 4.2.4.2 Chi phí vận chuyển giao dịch thương mại Theo đánh giá Sojitz, chi phí vận chuyển từ cảng miền Trung đến thị trường tiêu thụ 40 Đô la Mỹ/tấn lạm phát, trượt giá 2% năm Phí giao dịch thương mại tính 5% giá FOB (giá tính cổng Nhà máy = Giá cảng nhập đến CFR – Chi phí vận chuyển) 4.2.4.3 Sản lượng năm Dự án thiết kế có hệ số vận hành tối thiểu 95% (tương đương 8.320 vận hành) Trong phần đánh giá tài này, sản lượng năm Methanol tính theo hệ số vận hành 90% (tương đương 8.000 giờ) 10.000.000 tấn/năm 4.2.2 Giá chi phí 19 4.2.2.1 Giá khí nguyên liệu Giá khí nguyên liệu lấy giá khí thiên nhiên trung bình áp dụng suốt 20 năm vịng đời Dự án có đơn giá 8,135 USD/ MMBtu (tương đương 79% giá FO theo dự báo Nexant năm 2015) [11] Theo nghiên cứu Mục 2.2.1.4 - Chương 2, để sản xuất Methanol thành phẩm cần 29,44 MMBtu khí nguyên liệu 4.2.2.2 Giá nhân công Tham khảo sơ đồ tổ chức nhân Nhà máy PT Kaltim Methanol Industri – Indonesia Sojitz chiếm 85% cổ phần, cổ đơng chi phối Giá nhân cơng ước tính tăng với biên độ 2%/ năm 4.2.2.3 Chi phí bảo dưỡng Tham khảo Nhà máy PT Kaltim Methanol Industri – Indonesia chi phí bảo dưỡng ước tính 1% giá trị đầu tư Dự án với biên độ tăng 2% năm 4.2.2.4 Chi phí hóa phẩm, xúc tác Theo đề xuất Nhà cung cấp hóa phẩm xúc tác Chiyoda xúc tác quyền phân xưởng Methanol với cơng suất 3.000 tấn/ngày, chi phí tiêu thụ hóa phẩm, xúc tác năm khoảng triệu USD với biên độ tăng 2% năm 4.2.2.5 Chi phí quản lý Chi phí quản lý Nhà máy Methanol thuộc Dự án bao gồm văn phòng, tư vấn, giám sát, phúc lợi v.v… khoảng triệu USD/ năm tăng với biên độ 2% /năm 4.2.2.6 Chi phí bảo hiểm Tham khảo Nhà máy PT Kaltim Methanol Industri – Indonesia chi phí bảo hiểm ước tính 1% giá trị đầu tư Dự án với biên độ tăng 2% năm 4.2.3 Tình hình tài 4.2.3.1 Tổng vốn đầu tư Dự án 20 Tổng vốn đầu tư dự án bao gồm chi phí lắp đặt (EPC lumpsum), chi phí phát sinh giai đoạn xây lắp, dự tốn chi phí EPC lumpsum 630 triệu USD (bao gồm thuế) với thời gian EPC 36 tháng (32 tháng xây lắp tháng chạy thử, nghiệm thu) Dự tốn EPC có độ sai số +/-30% Thời gian khấu hao dự án 20 năm 4.2.3.2 Tỷ số nợ vốn sở hữu (Debt to Equity ratio: D/E) 4.2.3.3 Thuế 4.3 Đánh giá hiệu kinh tế 4.3.1 Các giả định khái toán để đánh giá hiệu kinh tế 4.3.2 Đánh giá hiệu kinh tế Để đánh giá tính khả thi tài dự án sử dụng giá trị NPV IRR để đánh giá hiệu kinh tế 4.3.2.1 Giá trị ròng – NPV 4.3.2.2 Tỷ suất nội hoàn – IRR 4.3.2.3 Đánh giá tính khả thi tài Dự án - Chi phí đến hết EPC: 630 triệu USD - Tổng chi phí ban đầu Dự án: 699 triệu USD - Vòng đời dự án: 20 năm - Áp dụng giả định khái toán Mục 4.2.4 - NPV tính tốn sở Tỷ suất chiết khấu 10%, 12,5 % 15% Giá trị NPV IRR Dự án sau: Bảng 4.2 Giá trị NPV IRR Dự án Tỷ suất chiết khấu (%) 8% NPV (triệu USD) 239,5 IRR (%) 9% 10% 11% 12% 12,5% 13% 14% 15% 186,2 138,1 94,5 55,1 -13,2 -42,8 36,8 19,3 13,6% 13,6% 13,6% 13,6% 13,6% 13,6% 13,6% 13,6% 13,6% 21 Với kết tính tốn, tỷ suất chiết khấu 10%, giá trị NPV 138 triệu USD với IRR đạt 13,6% Kết tính toán giả định giá nguyên liệu, sản phẩm chi phí khác 4.4 Phân tích độ nhạy rủi ro Dự án đầu tư 4.3.1 Phân tích độ nhạy Trong nghiên cứu này, phân tích độ nhạy IRR NPV theo yếu tố thể bảng kết sau: Kết phân tích độ nhạy IRR sau: Bảng 4.3 Độ nhạy IRR theo giá thành phẩm Methanol Biến thiên Giá Methanol trung bình 20 năm (USD/tấn) Tỷ suất sinh lợi nội (IRR) -20% -10% 0% 10% 20% 354 399 443 487 532 - 4,2 13,6 20 25,7 Bảng 4.4 Độ nhạy IRR theo giá nguyên liệu khí Cá Voi Xanh Biến thiên Giá NG trung bình 20 năm ($USD/mmbtu) Tỷ suất sinh lợi nội (IRR) -20% -10% 0% 10% 20% 6,51 7,33 8,14 8,95 9,77 21,5 17,8 13,6 8,5 -1,2 10% 693 13,4 20% 756 13,2 Bảng 4.5 Độ nhạy IRR theo chi phí EPC Biến thiên Chi phí EPC (triệu $USD) Tỷ suất sinh lợi nội (IRR) -20% 504 14,0 -10% 567 13,8 0% 630 13,6 Kết phân tích độ nhạy NPV sau: Bảng Độ nhạy NPV theo giá thành phẩm Methanol Biến thiên Giá Methanol trung bình 20 năm (USD/tấn) Giá trị ròng (NPV: triệu USD) -20% -10% 0% 10% 20% 354 399 443 487 532 - -165,6 138 441,8 752,4 22 Bảng Độ nhạy NPV theo giá nguyên liệu khí Cá Voi Xanh Biến thiên Giá NG trung bình 20 năm ($USD/mmbtu) Giá trị ròng (NPV: triệu USD) -20% -10% 0% 10% 20% 6,51 7,33 8,14 8,95 9,77 515,5 327,3 138 -51,2 -239,3 Bảng Độ nhạy NPV theo chi phí EPC Biến thiên Chi phí EPC (triệu $USD) Giá trị ròng (NPV: triệu USD) -20% 504 -10% 567 0% 630 10% 693 20% 756 154,7 146,4 138 129,7 121,4 Trên sở đánh giá giá trị biến thiên cho giá nguyên liệu tác động mạnh đến giá trị IRR NPV Dự án Song song đó, biến thiên giá thành phầm Methanol theo thị trường tác động đến giá trị IRR NPV với tốc độ nhỏ biến thiên theo giá ngun liệu Do đó, giá khí ngun liệu Cá Voi Xanh cần phải thỏa thuận ký kết cung cấp lâu dài giá ưu đãi để đảm bảo giá trị IRR khơng thay đổi suốt vịng đời dự án 4.3.2 Phân tích rủi ro Trong nghiên cứu này, tập trung phương pháp phân tích rủi ro mô Monte-Carlo KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Nghiên cứu trình bày Nghiên cứu tiền khả thi (Pre-Feasility Study) với thuận lợi định sau: 1.1 Công nghệ Công nghệ chế biến Methanol từ khí Cá Voi Xanh có cơng nghệ đại, áp dụng q trình Reforming khơ có mặt CO2 Nhà cung cấp quyền công nghệ (Licensor) Haldor – Topsoe Với cơng nghệ này, CO2 đóng vai trị thành phần ngun liệu thay đóng vai trị khí trơ cơng nghệ cổ 23 điển Ngồi ra, với cơng nghệ đại Haldor – Topsoe, hiệu sản xuất Methanol vượt trội so với dịng cơng nghệ khác, đặc biệt cụm điều khiển tối ưu tỷ lệ nước, oxygen nguyên liệu, tăng hiệu lượng tuổi thọ xúc tác Thông thường, để sản xuất Methanol cần khoảng 33 mmbtu Với công nghệ này, Haldor – Topsoe cần 29,44 mmbtu nguyên liệu 1.2 Địa điểm xây dựng Tại thời điểm này, địa điểm xây dựng Dự án chế biến Methanol chưa phê duyệt mặt chủ trương trình xem xét, tích hợp với dự án khác Nhà máy điện từ nguồn khí Cá Voi Xanh Địa điểm đề xuất nghiên cứu Dung Quất với thuận lợi tận dụng sở hạ tầng khu cảng xuất Dung Quất, dự án vành đai công nghiệp Dung Quất Tối ưu chi phí giải tỏa, chuẩn bị mặt 1.3 Thị trường tiêu thụ Ngoài tính cấp thiết thị trường nước, Dự án sản xuất Methanol miền Trung có lợi thị trường tiêu thụ Methanol Đông Nam Á, đặc biệt thị trường Trung Quốc với nhu cầu tiêu thụ 50% tổng tiêu thụ toàn giới Địa điểm Dự án miền Trung – Việt Nam có lợi chi phí vận chuyển, cho phép giá thành cạnh tranh mang lại lợi nhuận cho Dự án 1.4 Chiến lược phát triển cơng nghiệp hóa dầu Việt Nam Dự án đóng vai trị then chốt chiến lược phát triển cơng nghiệp hóa dầu Việt Nam theo chủ trương Chính phủ Bộ Cơng thương Methanol nguồn ngun liệu cho cơng nghệ sản xuất hóa dầu MTO, MTP … tầm nhìn chiến lược đến năm 2035 KIẾN NGHỊ Để nghiên cứu xây dựng Dự án kịp thời theo chiến lược phát triển, cần xem xét sớm định, phê duyệt yếu tố liên 24 quan đến Dự án sau: 2.1 Quy hoạch phát triển tổng thể dự án khí Cá Voi Xanh Việc nghiên cứu, đánh giá thẩm định tính khả thi Dự án chịu tác động từ chủ trương quy hoạch tổng thể liên quan đến dự án Nhà máy điện từ nguồn khí Cá Voi Xanh, chiến lược phát triển mảng hóa dầu Nhà máy Lọc dầu Dung Quất (Cơng ty BSR) tính cạnh tranh từ nguồn cung cấp nguyên liệu hóa dầu Liên hiệp Lọc – Hóa dầu Nghi Sơn (Cơng ty liên doanh NSRP) v.v… Do đó, quy hoạch tổng thể cần sớm phê duyệt chủ trương chiến lược phát triển vùng, bao gồm Dự án sản xuất Methanol 2.2 Thúc đẩy quan hệ hợp tác với Exxon Mobil cung cấp nguyên liệu Hiện nay, Dự án khai thác mỏ khí Cá Voi Xanh Tập đoàn Exxon Mobil giai đoạn thiết kế tổng thể (FEED) Việc lựa chọn công nghệ Dự án có yêu cầu nghiêm ngặt tiêu chuẩn nguyên liệu Theo đó, nguồn nguyên liệu cung cấp từ Exxon Mobil cần thỏa thuận với yêu cầu xử lý H2S không xử lý CO2 giàn Theo đó, ngun liệu khí Cá Voi Xanh Dự án cần thỏa thuận cam kết cung cấp bao gồm giá nguyên liệu, trữ lượng thời gian cung cấp 2.3 Sớm trình phê duyệt Nghiên cứu khả thi (DFS) Kế hoạch tổng thể Dự án Tham khảo dự án triển khai thuộc PVN quản lý Dự án sản xuất hạt nhựa Polypropylene (nay Nhà máy sản xuất PP- thuộc Công ty BSR), Dự án sản xuất nhiên liệu sinh học Bio-ethanol (nay Nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học – BSR-BF) Dự án Nâng cấp mở rộng Nhà máy Lọc dầu Dung Quất (BSR), quy mô dự án, phạm vi công việc kế hoạch khai thác tiếp bờ khí Cá Voi Xanh vào năm 2025, kê hoạch tổng thể Dự án cần sớm xem xét phê duyệt ... Thuế 4.3 Đánh giá hiệu kinh tế 4.3.1 Các giả định khái toán để đánh giá hiệu kinh tế 4.3.2 Đánh giá hiệu kinh tế Để đánh giá tính khả thi tài dự án sử dụng giá trị NPV IRR để đánh giá hiệu kinh... khí tổng hợp thành Methanol 2H2 + CO CH3OH (3) CHƯƠNG – ĐÁNH GIÁ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN SẢN XUẤT METHANOL 2.1 Phân tích, đánh giá dây chuyền cơng nghệ sản xuất Methanol Cơng nghệ chuyển hóa khí. .. dầu nay, sở đánh giá phân tích phương án cơng nghệ nêu trên, phương án sản xuất Methanol từ nguồn khí thi? ?n nhiên CVX với công suất 3.000 Methanol/ ngày (tương đương khoảng 1,2 tỷ m3 khí CVX/ năm)