Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả tách co2 bằng màng thấm trong quá trình xử lý khí tại lô pm3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ- ĐỊA CHẤT ***** -ĐỖ ĐÌNH PHAN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ TÁCH CO2 BẰNG MÀNG THẤM TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KHÍ TẠI LƠ PM3 Chun ngành: Kỹ thuật khoan, khai thác cơng nghệ dầu khí Mã số: 60.53.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Cao Ngọc Lâm HÀ NỘI - 2007 -3- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các tài liệu số liệu luận văn trung thực Các kết quả, luận điểm luận văn chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 16 tháng năm 2007 Tác giả luận văn Đỗ Đình Phan -4- MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Chương 1: Tổng quan tình hình khai thác khí Việt Nam 11 1.1 Ý nghĩa việc tách CO2 khỏi khí thiên nhiên 11 1.2 Khái quát khí thiên nhiên Việt Nam PM3 nói riêng 11 1.3 Hiện trạng xử lý khí chua Việt Nam 17 Chương 2: Cơ sở lý thuyết việc tách khí 2.1 Các phương pháp thiết bị tách khí khỏi dầu 18 18 2.2 Giới thiệu phương pháp tách, so sánh ưu nhược điểm phương pháp 22 2.3 Các biện pháp tách CO2 cơng nghiệp xử lý khí 26 2.4 Công nghệ màng Membrane tách CO2 35 Chương 3: Cơng nghệ tách khí CO2 sử dụng màng lơ PM3 60 3.1 Đặc điểm, thành phần tính chất khí lơ PM3 60 3.2 Tính tốn cơng nghệ 60 3.3 Trình bày cơng nghệ tách CO2 màng lơ PM3 69 3.4 Phân tích sơ đồ xử lý 79 3.5 Kết thử nghiệm công nghiệp 82 Chương 4: Đánh giá kết thử nghiệm công nghệ tách khí CO2 lơ PM3 85 4.1 Đánh giá kết thực tế đạt lô PM3 85 4.2 Khả áp dụng cho mỏ khí Việt Nam 86 Kết luận kiến nghị: 89 Tài liệu tham khảo 91 -5- DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Chất lượng khí đồng hành mỏ thuộc bể Cửu Long Bảng 1.2: Chất lượng khí mỏ thuộc bể Nam Côn Sơn Bảng 1.3: Chất lượng khí mỏ thuộc bể Sơng Hồng Bảng 1.4: Chất lượng khí mỏ thuộc bể Malay- Thổ Chu Bảng 2.1: So sánh Công nghệ Amine Cơng nghệ màng Bảng 3.1: Thành phần khí lơ PM3 Bảng 3.2: Thành phần khí lơ PM3 (trung bình) Bảng 3.3:Một số kinh nghiệm áp dụng công nghệ màng giới Bảng 3.4: Kết thu giàn tách khí BRE 10 Bảng 4.1: Tổng hợp mỏ khí có hàm lượng CO2 cao Việt Nam 11 Bảng 4.2: Khả tách CO2 cơng nghệ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1: Bình tách hình trụ đứng Hình 2.2: Bình tách hình trụ nằm ngang Hình 2.3: Cụm tách CO2 màng Amine Hình 2.4: Nguyên tắc trình tách màng membrane Hình 2.5: Độ chọn lọc màng membrane Hình 2.6: Cấu trúc hóa học Polyimide thơng dụng làm màng membrane Hình 2.7: Độ thẩm thấu chọn lọc CO2/CH4 Hình 2.8: Khả thẩm thấu loại khí qua màng Cellulose Acetate Hình 2.9: Sơ đồ mơ tả cấu trúc màng membrane đối xứng bất đối xứng 10 Hình 2.10: Cấu trúc màng membrane bất đối xứng 11 Hình 2.11: Cấu trúc màng membrane kết hợp 12 Hình 2.12: Chế độ lọc dịng trực tiếp 13 Hình 2.13: Chế độ lọc dịng tiếp tuyến 14 Hình 2.14: Membrane hoạt động theo dạng 15 Hình 2.15: Membrane hoạt động theo dạng cắt xoắn -6- 16 Hình 2.16: Membrane hoạt động theo dạng tơ rỗng 17 Hình 2.17: Mối quan hệ độ thẩm thấu CO2 áp suất dòng nguyên liệu nhiệt độ 35oC 18 Hình 2.18: Mối quan hệ độ thẩm thấu CO2 thời gian điều kiện áp suất 30 bar, nhiệt độ 35oC 19 Hình 2.19: Mối quan hệ độ chọn lọc CO2 / CH4 áp suất tổng với tỷ lệ CO2 / CH4 khác 20 Hình 2.20: Quy trình màng Membrane cấp 21 Hình 2.21: Quy trình màng Membrane hai bước 22 Hình 2.22: Quy trình màng Membrane hai cấp 23 Hình 2.23: Mối quan hệ lưu lượng hydrocarbon thu hồi lượng CO2 tách 24 Hình 2.24: Ảnh hưởng nhiệt độ vận hành 25 Hình 2.25: Ảnh hưởng áp suất dịng nguyên liệu 26 Hình 2.26: Ảnh hưởng áp suất thẩm thấu 27 Hình 2.27: Ảnh hưởng lượng CO2 tách 28 Hình 2.28: Các giai đoạn xử lý khí sơ truyền thống 29 Hình 3.1: Sự tương quan hàm lượng CO2 tỷ trọng khí 30 Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống bảo vệ màng 31 Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống tái sinh 32 Hình 3.4: Sơ đồ quy trình tách cấp thơng thường 33 Hình 3.5: Sơ đồ quy trình tách cấp áp dụng PM3 34 Hình 3.6: Sơ đồ hệ thống làm lạnh 35 Hình 3.7: Sơ đồ hệ thống ổn định Condensate 36 Hình 3.8: Hệ thống máy nén khí phục hồi 37 Hình 3.9: Thiết bị lọc Coalescer 38 Hình 3.10: Sơ đồ ngun lý cơng nghệ tách CO2 39 Hình 4.1 Biểu đồ kết xử lý màng lơ PM3 -7- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Đất nước ta giai đoạn Cơng nghiệp hố- đại hố đất nước, phát triển rầm rộ ngành công nghiệp, xã hội kéo theo nhu cầu sử dụng lượng ngày tăng cao Ngành công nghiệp dầu khí nói chung cơng nghiệp khí nói riêng đứng trước hội lớn thách thức lớn yêu cầu mở rộng cung cấp nhiều nguồn để đáp ứng nhu cầu phát triển đất nước Hiện sản phẩm từ khí ngày khẳng định vai trị sản xuất công nghiệp đời sống xã hội: Phát điện, sản xuất đạm Urê, khí hố lỏng, hay khí nhiên liệu cho ngành nghề khác sản xuất thiết bị gốm sứ thuỷ tinh… Việc khai thác cung cấp khí thực mỏ thuộc bể Cửu Long (khí đồng hành), mỏ thuộc Bể Nam Côn Sơn, Bể Malay- Thổ Chu phần nhỏ từ Bể Sơng Hồng Các nguồn khí có chất lượng tốt nên khí cần tách thành phần lỏng, rắn đưa vào sử dụng Tuy nhiên nguồn khí suy giảm lại phân bố không đồng lãnh thổ nước ta Bể Sông Hồng đánh giá bể có trữ lượng khí thiên nhiên cao Tuy nhiên mỏ khí thuộc bể Sơng Hồng có hàm lượng CO2 cao nên chất lượng chưa đáp ứng yêu cầu sử dụng nên chưa thể đưa vào khai thác Muốn khai thác nguồn khí có hàm lượng CO2 cao cần phải nghiên cứu công nghệ thích hợp hiệu để xử lý khí đạt chất lượng u cầu Cơng việc xử lý khí phải giải vấn đề tách chất rắn, lỏng, tách H2S CO2 Trong công việc trình tách H2S CO2 xem q trình quan trọng ảnh hưởng đến giá trị nhiệt lượng khí, gây lãng phí cơng suất đường ống phá huỷ đường ống Công nghệ tách CO2 khỏi khí thiên nhiên áp dụng từ lâu với công nghệ sử dụng dung môi hố lý, vật lý Hiện số cơng nghệ có nhiều triển vọng áp dụng ngày phổ biến công nghệ màng, công nghệ Rây Phân tử Tuỳ thuộc vào thành phần khí nguyên liệu yêu cầu chất lượng -8- khí sản phẩm mà ta áp dụng công nghệ khác cho phương pháp đảm bảo yêu cầu kỹ thuật kinh tế Việc “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu tách CO2 màng thấm trình xử lý khí lơ PM3” cần thiết nhằm đánh giá, lựa chọn cơng nghệ tách CO2 khỏi khí thiên nhiên thích hợp để phát triển, khai thác nguồn khí có hàm lượng CO2 cao phục vụ cho nhu cầu công nghiệp điện, đạm, gốm sứ thuỷ tinh phục vụ đời sống nhân dân Mục đích nghiên cứu: Phân tích đánh giá cơng nghệ tách CO2 áp dụng giới sở nghiên cứu phân tích, lựa chọn cơng nghệ tách khí phù hợp để áp dụng vào phát triển mỏ khí lơ PM3 nói riêng nước nói chung Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Là cơng nghệ tách CO2 nói chung cơng nghệ tách CO2 màng thấm nói riêng áp dụng giới Nội dung nghiên cứu: Luận văn tập trung nghiên cứu vấn đề sau: - Nghiên cứu công nghệ tách CO2 áp dụng giới - Phân tích ưu nhược điểm cơng nghệ điển hình để chọn cơng nghệ phù hợp kinh tế - Nghiên cứu, đánh giá công nghệ tách CO2 màng áp dụng lơ PM3 từ đề xuất cơng nghệ phù hợp cho việc phát triển mỏ khí có hàm lượng CO2 cao Việt Nam Phương pháp nghiên cứu: - Thu thập, tổng hợp, phân tích đánh giá tài liệu liên quan đến công nghệ tách CO2 khỏi khí thiên nhiên - Tổng hợp tài liệu lý thuyết kết hợp với tài liệu thực tế lô PM3 - Đề xuất giải pháp thử nghiệm công nghiệp -9- Các kết nghiên cứu đạt được: - Đánh giá khái quát khí thiên nhiên Việt Nam - Phân tích, đánh giá việc áp dụng công nghệ tách CO2 màng lô PM3 - Đề xuất áp dụng công nghệ tách CO2 màng cho số lơ có hàm lượng CO2 cao nước ta Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Đề tài tập trung nghiên cứu chế hoạt động, thành phần cấu tạo, cấu trúc công nghệ tách CO2 màng Nghiên cứu quy trình cơng nghệ phân tích q trình tách CO2 màng áp dụng lơ PM3 từ đề xuất giải pháp kỹ thuật, lựa chọn công nghệ hợp lý cho việc phát triển mỏ khí có hàm lượng CO2 cao nước ta Ý nghĩa thực tiễn: Hiện việc khai thác khí Việt Nam nói chung tập trung mỏ khí có hàm lượng CO2 thấp Nhu cầu sử dụng khí cho việc phát điện ngày cao đã, đưa nhiều nhà máy điện, đạm vào hoạt động nhà máy điện đạm Cà Mau, Phú Mỹ, Ơ Mơn…Hiện có tới 30% sản lượng điện nước ta cung cấp nhà máy khí điện Chính đề tài “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu tách CO2 màng thấm trình xử lý khí lơ PM3” khơng mang ý nghĩa khoa học mà ý nghĩa thực tiễn cụ thể Cấu trúc luận văn: Cấu trúc luận văn bao gồm phần mở đầu, chương, kết luận kiến nghị, danh mục tài liệu tham khảo Tồn luận văn trình bày 91 trang, 11 biểu bảng, 39 hình vẽ minh họa 13 tài liệu tham khảo Luận văn hoàn thành Bộ môn Khoan khai thác, Trường Đại học Mỏ- Địa chất, hướng dẫn PGS.TS Cao Ngọc Lâm - 10 - Trong trình thực hiện, tác giả luôn nhận quan tâm hướng dẫn tận tình giúp đỡ quý báu thầy giáo môn Khoan khai thác, Khoa sau đại học, Ban Giám hiệu trường Đại học Mỏ- Địa chất, nhà khoa học, ban lãnh đạo Tổng công ty PVEP bạn đồng nghiệp Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc giúp đỡ quý báu - 11 - Chương TỔNG QUAN TÌNH HÌNH KHAI THÁC KHÍ Ở VIỆT NAM 1.1 Ý nghĩa việc tách CO2 khỏi khí thiên nhiên Khí thiên nhiên khai thác từ mỏ thường có mặt khí axít CO2, H2S khí chứa lưu huỳnh khác thường thấy dịng khí tự nhiên Khi kết hợp với nước chất có tính ăn mịn cao, phá huỷ nhanh đường ống thiết bị trừ tách riêng sử dụng vật liệu làm đường ống thiết bị đắt tiền Carbon dioxide làm giảm giá trị nhiệt lượng dịng khí tự nhiên lãng phí cơng suất đường ống Trong nhà máy LNG, CO2 phải bị loại bỏ để ngăn ngừa đóng băng thiết bị hạ nhiệt độ khí Hiện có nhiều phương pháp để tách khí CO2 sau: Phương pháp hấp thụ dung môi Phương pháp hấp thụ chất hấp phụ rắn Phương pháp dùng màng membrane Phương pháp lạnh sâu Mỗi phương pháp có ưu điểm nhược điểm riêng có mức độ ứng dụng thực tế khác yếu tố phát triển lịch sử Nguồn khí thiên nhiên khai thác từ mỏ ngồi khơi có hàm lượng CO2 tương đối cao tách CO2 đến hàm lượng yêu cầu để vận chuyển đường ống vào đất liền cung cấp cho nhà máy điện đạm… Việc lựa chọn công nghệ phù hợp đạt hiệu kinh tế cao yêu cầu quan trọng Do việc thu thập thơng tin cần thiết, tính tốn cơng nghệ, đánh giá ưu nhược điểm phương án cần thiết để lựa chọn phương pháp xử lý CO2 thích hợp cho yêu cầu 1.2 Khái quát khí thiên nhiên Việt Nam 1.2.1 Vị trí địa lý nhóm bể chứa khí Việt Nam quốc gia có nguồn tài ngun dầu khí vào loại trung bình so với nước giới đứng thứ khu vực sau Indonesia Malaysia Theo kết đánh giá cho thấy nước ta tiềm trữ lượng khí thiên nhiên - 77 - 3.3.4 Hệ thống làm lạnh: Hệ thống làm lạnh thiết kế bố trí để dịng khí thương phẩm sau tách cấp tách sơ cấp Nhiệm vụ hệ thống làm lạnh đột ngột dịng khí thương phẩm từ khoảng 35oC xuống -6oC propane chiller để hình thành chất lỏng nhằm tăng cường thu hồi condensate Hệ thống bao gồm bình hút propane, máy nén khí propane, bình ngưng lạnh, bình tách Hệ thống làm lạnh minh họa sơ đồ hình 3.6 đây: Khí thương phẩm Bình tách Hỗn hợp lỏng,khí Thiết bị làm lạnh Khí sau tách thứ cấp Condensate Bình chứa Propane Máy nén Propane Hình 3.6: Sơ đồ hệ thống làm lạnh 3.3.5 Hệ thống ổn định Condensate: Hệ thống ổn định Condensate thiết kế nhằm ổn định condensate thu từ việc tách nước hỗn hợp chất lỏng tách từ hệ thống bình tách trước memguard condensate thu từ trình làm lạnh đột ngột dịng khí thương phẩm Hệ thống bao gồm bình tách, tháp ổn định condensate thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị làm mát thể hình 3.7 đây: - 78 - Khí xuất bán Đâù vào Bình ổn định condensate Bình tách Tbị làm mát condensate ổn định Tbị trao đổi nhiệt Tbị chứa xuất bán Hình 3.7: Sơ đồ hệ thống ổn định condensate 3.3.6 Hệ thống máy nén khí phục hồi: Hệ thống máy nén khí phục hồi thiết kế nhằm tăng áp suất dòng chất lưu để nâng áp suất chất lưu lên mức u cầu Ở dịng khí sau qua hệ thống bảo vệ màng qua màng tách sơ cấp áp suất bị giảm đáng kể máy nén khí phục hồi u cầu để tăng áp suất dịng khí trước vào tách hệ thống màng tách thứ cấp Hệ thống bao gồm máy nén khí ly tâm, thiết bị làm mát máy nén khí turbine Hệ thống máy nén khí phục hồi minh họa hình 3.8 đây: Máy nén khí thấm Màng tách sơ cấp Khí thấm (~70%CO2) Máy nén khí thấm Máy nén khí thấm Hình 3.8: Hệ thống máy nén khí phục hồi Màng tách thứ cấp - 79 - 3.4 Phân tích sơ đồ xử lý Dịng khí ngun liệu bao gồm có hai loại khí nóng khí lạnh Dịng khí nóng khai thác từ giếng giàn BRB cạnh giàn BRE, dịng khí lạnh khai thác từ giàn BSA BKC với khoảng cách khoảng km đưa qua đường ống dẫn khí đáy biển nên nhiệt độ dịng khí bị giảm đáng kể đến BRE Dịng khí nóng đưa qua thiết bị làm mát để giảm nhiệt độ xuống khoảng 47oC (ngang với nhiệt độ dịng khí lạnh) để hịa dịng khí lạnh trước đưa vào bình tách Bình tách bình tách đứng hoạt động ngun tắc tách lực ly tâm Dịng khí ngun liệu vào bình tách đưa vào buồng xốy với tốc độ đủ lớn, lực ly tâm làm văng hạt lỏng vào thành bình Các hạt lỏng tích tụ thành hạt lớn hơn, rơi xuống khoang chứa chất lỏng bên Khí di chuyển lên phía ngồi Sau qua bình tách cịn sót số thành phần lỏng dạng hạt, sương hydrrocarbon nặng theo Dịng khí đưa qua hệ thống phin lọc làm từ vật liệu dạng sợi để tách tạp chất dạng lỏng sương Hình 3.9 minh họa thiết bị lọc coalescer: Hình 3.9: Thiết bị lọc Coalescer - 80 - Dịng khí sau qua lọc lỏng sương tiếp tục đưa vào hệ thống tầng bảo vệ (bình hút bám) bao gồm bình đặt song song có nhiệm vụ Tại tác dụng hút bám lớp vật chất bình nước, thủy ngân, hydrocarbon nặng bị tách khỏi dịng khí Sau hấp thụ nước tạp chất dịng khí bề mặt chất hấp thụ bị bao bọc lớp dầu nhớt tạp chất khả hút bám trở nên hiệu Để giải vấn đề người ta cho lắp hệ thống tái sinh bên cạnh để tái tạo khả làm việc hiệu cao chất hấp thụ Hệ thống tái sinh thực chất bao gồm hai cụm thiết bị thực chu trình riêng biệt chu trình nung nóng chu trình làm mát chất hấp thụ Chu trình nung nóng thực thiết bị gia nhiệt để tăng nhiệt độ cho dịng khí lên tới 290oC Dịng khí nóng dẫn vào bình hút bám từ phía lên để nung nóng chất hấp thụ, tác dụng nhiệt độ cao dầu nhớt tạp chất bao bọc bề mặt chất hấp thụ tan chảy rơi xuống phía dưới, dịng khí tiếp tục lên phía bình đưa trở lại thiết bị gia nhiệt để tiếp tục chu trình Ngay sau chu trình nung nóng hồn thành chu trình làm mát bắt đầu việc lấy khí đường ống dẫn từ hệ thống bình hút bám sang hệ thống màng Dịng khí tăng áp suất lên đủ để đưa hệ thống bình hút bám máy tăng áp Dịng khí có nhiệt độ khoảng 47oC dẫn vào bình hút bám theo chiều từ xuống để làm mát chất hấp thụ đồng thời xuống phía hydrocarbon nặng tạp chất tích tụ đáy bình chu trình nung nóng vừa thực Tiếp tục, dịng khí theo đường ống dẫn hệ thống trao đổi nhiệt bình tách để tách lỏng tạp chất Dịng khí sau đưa vào đường ống dẫn hòa dòng nguyên liệu đầu vào tiếp tục trình xử lý tiếp theo, kết thúc chu trình làm mát hệ thống tái sinh Dịng khí sau qua hệ thống bình hút bám đưa vào hệ thống lọc cấu tử dạng hạt tiếp tục đưa tới gia nhiệt nhằm cung cấp nhiệt cần thiết để đưa dịng khí đến nhiệt độ u cầu trước vào hệ thống màng tách sơ cấp Hệ thống màng tách sơ cấp bao gồm cụm đặt cạnh có nhiệm vụ nhau, cơng suất xử lý Tại màng sử dụng để tách CO2 không vận hành - 81 - thiết bị lọc dựa kích thước mol phân tử Thay vào chúng hoạt động theo nguyên tắc khuyếch tán- hồ tan qua màng khơng có lỗ rỗng Ban đầu CO2 hồ tan vào màng sau khuếch tán qua chúng Do hỗn hợp khí bao gồm nhiều thành phần khác có tính chất hóa lý khác nên có khả hồ tan vào màng khuếch tán qua màng khác Do CO2, H2, He, H2S nước có khả thấm nhanh nên chúng gọi khí “nhanh” Carbon monoxide, N2, CH4, C2H6 HC khác có khả thấm chậm nên gọi khí “chậm” Màng cho phép tách lựa chọn khí nhanh khỏi khí chậm, ví dụ CO2 tách khỏi khí thiên nhiên, nước H2S tách đồng thời CO2 methane, ethane, HC cao tách tốc độ chậm Lợi dụng đặc tính mà người ta chế tạo sử dụng màng để tách CO2 khỏi dịng khí thiên nhiên Như trình bày quy trình tách BRE áp dụng theo quy trình tách cấp, nhiên dự án nhà cung cấp thiết bị cải tiến quy trình cấp chút ta dịng khí sau tách cấp tách sơ cấp bao gồm: dòng sản phẩm CO2 đưa xuất bán, dòng giàu CO2 (khoảng 98%CO2) thải trực tiếp ngồi dịng giàu CO2 khoảng 70% CO2 đưa vào hệ thống máy nén khí để tăng áp suất trước đưa vào tách cấp tách thứ (tách thứ cấp) Hệ thống tách thứ cấp bao gồm cụm bố trí cạnh có nhiệm vụ cơng suất Khí sau qua cấp tách thứ cấp cho dịng khí: dịng giàu CO2 thải ngồi, dịng CO2 đưa quay trở lại đầu vào hòa dòng nguyên liệu đầu vào hệ thống tách sơ cấp để tách lại lần Đối với dòng khí sản phẩm CO2 sau khỏi hệ thống tách sơ cấp đưa đến hai thiết bị trao đổi nhiệt để trao đổi nhiệt với dịng khí bán Dịng khí sau làm lạnh sâu xuống đến -6oC thiết bị làm lạnh (Primary Propane Chiller) nhằm mục đích tăng cường thu hồi chất lỏng condensate Hỗn hợp lỏng khí đưa qua bình tách để tách chất lỏng hình thành nói Phần khí quay trở lại thiết bị trao đổi nhiệt phía trước thiết bị làm lạnh trao đổi - 82 - nhiệt với dòng sản phẩm CO2 vừa khỏi màng Dịng khí đưa đến hệ thống gia nhiệt để tăng nhiệt độ lên 39oC đưa sang giàn xử lý trung tâm để xuất bán Phần lỏng thu hồi từ q trình làm lạnh sâu nói đưa hệ thống ổn định condensate xử lý với condensate thu từ bình tách đầu dịng ngun liệu Cũng bình tách khí ngun liệu, phần khí tách đưa vào hệ thống bảo vệ màng (memguard), phần chất lỏng tách bao gồm nước condensate đưa vào xử lý để tách nước ổn định condensate Condensate sau xử lý ổn định đưa giàn xử lý trung tâm trộn dầu thô để bơm FSO xuất bán 3.5 Kết thử nghiệm công nghiệp Giàn tách khí CO2 – BRE đưa vào vận hành thử từ tháng 3/2007 thu kết khả mong muốn Trong thời gian chạy thử giàn xử lý trung tâm hoạt động song song, sau khí xử lý BRE Kết thử nghiệm cơng nghiệp trình bày bảng 3.4 đây: - 83 - Bảng 3.4 Kết thu giàn tách khí BRE 13-03-07 14-03-07 15-03-07 16-03-07 17-03-07 18-03-07 19-03-07 20-03-07 21-03-07 22-03-07 23-03-07 24-03-07 25-03-07 26-03-07 27-03-07 28-03-07 29-03-07 30-03-07 31-03-07 1-04-07 2-04-07 3-04-07 4-04-07 5-04-07 6-04-07 7-04-07 8-04-07 9-04-07 10-04-07 11-04-07 12-04-07 13-04-07 14-04-07 15-04-07 16-04-07 17-04-07 18-04-07 19-04-07 20-04-07 21-04-07 22-04-07 23-04-07 24-04-07 25-04-07 26-04-07 27-04-07 28-04-07 29-04-07 30-04-07 Lưu lượng khí đầu vào Triệu ft3/ngày Lưu lượng khí thương phẩm Triệu ft3/ngày Hàm lượng CO2 % 90.11 112.62 106.18 23.84 58.45 102.90 76.97 96.26 113.41 125.00 111.69 112.46 41.52 58.18 117.33 88.79 63.02 3.91 14.07 108.78 73.55 122.70 127.30 138.11 122.40 127.49 131.69 133.05 158.16 151.40 146.51 152.08 139.94 160.32 142.29 190.41 139.18 170.92 217.79 217.84 230.98 217.50 225.56 222.94 206.12 73.88 134.15 213.80 251.67 14.44 38.16 24.71 7.73 12.54 38.16 20.77 34.49 47.60 52.10 42.53 44.54 12.89 25.32 51.12 37.79 26.10 0.00 2.37 53.01 34.50 66.66 63.68 77.94 75.12 73.54 73.41 62.77 83.55 92.61 94.35 83.73 83.16 90.05 87.70 96.06 74.85 107.41 107.30 105.86 106.30 100.04 106.22 111.29 94.11 21.75 69.87 108.60 125.00 8.05 7.75 7.85 7.89 7.80 8.01 7.92 10.41 12.75 11.86 10.70 11.60 11.56 11.00 10.96 13.10 11.80 0.00 11.50 13.46 15.30 13.02 13.40 13.30 13.40 13.20 13.10 13.60 12.60 13.40 11.60 11.00 12.00 12.00 12.00 11.00 11.50 11.50 11.50 11.50 11.50 11.00 9.00 11.50 11.50 11.50 11.00 11.00 11.00 - 84 - - 85 - Chương ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM CÔNG NGHIỆP TÁCH KHÍ CO2 TẠI LƠ PM3 4.1 Đánh giá kết thực tế đạt lô PM3 Giàn tách CO2 lơ PM3 hồn thành việc lắp đặt chạy thử vào tháng 3/2007 Hệ thống cho dịng khí thương phẩm qua cụm xử lý (có tất cụm xử lý giống nhau) với thông số sau: - Thông số đầu vào: Lưu lượng: 90,11 triệu ft3/ngày Hàm lượng CO2: 40% Thông số đầu ra: Lưu lượng: 14,4 triệu ft3/ngày Hàm lượng CO2: 7,9 % Sau vào hoạt động hệ thống công nghệ vận hành tương đối tốt, cụm xử lý đưa vào hoạt động đáp ứng u cầu kỹ thuật cho dịng khí thương phẩm với chất lương đạt yêu cầu đề thành phần CO2, hàm lượng nước khí… để cung cấp cho khách hàng Việc giàn tách CO2 PM3 đưa vào hoạt động cho dịng khí thương phẩm đạt yêu cầu đánh dấu bước quan trọng việc ứng dụng công nghệ đại lơ PM3 đặc biệt có ý nghĩa xử lý dịng khí có hàm lượng CO2 cao để cung cấp cho thị trường Malaysia Việt Nam mà vỉa khí có hàm lượng CO2 thấp lơ PM3&46CN tình trạng suy kiệt - 86 - Hình 4.1 Biểu đồ kết xử lý màng lô PM3 4.2 Đánh giá khả áp dụng cho mỏ khí Việt Nam Theo đánh giá phần tổng quan khí có hàm lượng CO2 cao chủ yếu tập trung mỏ khí thuộc bể Sơng Hồng Việc xem xét khả áp dụng cho mỏ Việt Nam cần xem xét khía cạnh như: - Công nghệ phù hợp bao gồm tiêu chí: Cơng nghệ có khoảng vận hành đáp ứng được đặc tính dịng ngun liệu Cơng nghệ có khả áp dụng Việt Nam - Tính khả thi mặt kinh tế: Cơng nghệ áp dụng phải đảm bảo dự án có lãi - 87 - Chi phí cho việc áp dụng cơng nghệ chọn thấp Để đánh giá khả áp dụng vào Việt Nam ta xem xét mỏ tổng hợp phần tổng quát khí thiên nhiên bảng 4.1 sau: Bảng 4.1: Tổng hợp mỏ khí có hàm lượng CO2 cao ngồi khơi Việt Nam Mỏ Lơ Khoảng cách gần bờ (km) Điểm gần bờ Trữ lượng (tỷ m3) Hàm lượng CO2 (%) Cá Voi xanh 115A Ngựa Vằn/Sao La/ Gấu Trúc Bạch Trĩ/ Hải Yến Bồ Nông/ Sáo Đá 118 115 111 112 113 75 Quảng Ngãi 100 Đà Nẵng 100/75/85 Thừa Thiên Huế 25/40 Thừa Thiên Huế 85/70 Thừa Thiên Huế 489,6 820,7 54,7 95,1 52,4 75-80 78-93 5-39 27-40 40-48 Xem bảng 4.1 ta nhận thấy mỏ có hàm lượng CO2 khác biến đổi khoảng rộng (từ 5% đến 93%), mỏ có trữ lượng lớn thường kèm hàm lượng CO2 cao Từ nghiên cứu trình bày cơng nghệ màng cơng nghệ amine sử dụng cho q trình tách CO2 Tuy nhiên cơng nghệ màng chiếm ưu tất mỏ nằm khơi nên yêu cầu hệ thống tách phải gọn nhẹ Ngồi cơng nghệ amine bị hạn chế khả tách dịng có hàm lượng CO2 khí nguyên liệu khoảng 40% trở xuống mỏ khí Việt Nam kể hầu hết có hàm lượng CO2 >40% Khả xử lý công nghệ tổng hợp bảng 4.2 đây: Bảng 4.2: Khả tách CO2 công nghệ Công nghệ Màng lọc Amine Benfield % CO2 khí nguyên liệu 5- 90% 10-40% 10-35% - 88 - Các mỏ Bạch Trĩ, Hải Yến, Sao La, Gấu trúc, Ngựa Vằn mỏ có khả xử lý Amine màng Tuy nhiên trường hợp ta cần phải xem xét nên đặt hệ thống tách khơi hay bờ Nếu đặt hệ thống tách ngồi khơi cơng nghệ màng lọc công nghệ phù hợp với ưu điểm bật gọn nhẹ Nếu đặt hệ thống tách bờ cơng nghệ Amine lụa chọn tốt, nhiên việc lắp đặt bờ kéo theo chi phí cho đường ống chi phí vận hành cao Các mỏ lại Cá Voi Xanh, Bồ Nơng/ Sáo Đá xử lý cơng nghệ màng Mỏ 115A có hàm lượng CO2 q cao nên chưa thể xử lý - 89 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Năng lượng vấn đề quan tâm hàng đầu giai đoạn tương lai Quốc gia giới nói chung Việt Nam nói riêng Nhu cầu sử dụng lượng tiếp tục gia tăng ngày đòi hỏi cấp bách nguồn cung cấp nguyên liệu hoá thạch ngày trở nên khan Do việc khai thác sử dụng nguồn nguyên liệu phải triệt để tránh lãng phí Với lý việc tìm cơng nghệ áp dụng để khai thác có hiệu mỏ khí có hàm lượng CO2 cao địi hỏi mang tính cấp bách, vừa tận dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá vừa đáp ứng nhu cầu sử dụng lượng xã hội Công nghệ tách CO2 khỏi khí thiên nhiên màng thấm tiến ngành cơng nghiệp dầu khí giới Việc áp dụng công nghệ tách CO2 màng áp dụng nhiều quốc gia giới Mỹ, Đài Loan, Ai Cập, Pakistan…và đạt nhiều kết tốt Hiện công nghệ tách CO2 sử dụng màng thấm ngày ưa chuộng chọn lựa để phát triển mỏ khí có hàm lượng CO2 cao có ưu điểm sau: Chi phí cho đầu tư nhiên liệu thấp Cơng nghệ cần thiết bị xoay Khơng gian yêu cầu để lắp thiết bị nhỏ, chi phí lắp đặt thấp nhỏ nhẹ nhờ thiết kế theo kiểu module Chi phí vận hành thấp cần người vận hành vận hành bảo dưỡng đơn giản Khả thích ứng cao với với thay đổi dịng ngun liệu thành phần khí Không cần thiết bị khử hydrat - 90 - Khởi động ngừng nhanh chóng dễ dàng ưu điểm nêu ưu điểm vượt trội so với phương pháp khác thiết bị gọn nhẹ hơn, có khả áp dụng nơi xa xơi đặc biệt biển mang lại hội lớn cho để phát triển mỏ khí có hàm lượng CO2 cao ngồi khơi Đồ án tác giả với nhiệm vụ là: “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu tách CO2 màng thấm q trình xử lý khí lơ PM3” thực trước địi hỏi cấp bách việc phát triển mỏ khí có hàm lượng CO2 cao Việt Nam Từ tài liệu thu thập chút kinh nghiệm thân giúp đỡ tận tình thầy hướng dẫn mà tác giả phác thảo hệ thống tách CO2 lô PM3 Đồ án đưa đánh giá khả áp dụng công nghệ tách CO2 màng thấm cho mỏ khí CO2 cao nước ta với mong muốn đóng góp phần vào việc tận dụng nguồn nguyên liệu thiên nhiên đất nước giải nhu cầu lượng đặc biệt nhu cầu khí nước ta Do thời gian có hạn, kiến thức chun mơn tài liệu chun ngành cịn nhiều hạn chế nên đồ án không tránh khỏi sai sót, khiếm khuyết định Em mong nhận bảo giúp đỡ thầy hướng dẫn thầy khoa Dầu khí – Trường Đại học Mỏ - Địa chất, cán Tổng công ty Thăm dị- Khai thác Dầu khí tất quan tâm đến đề tài để đồ án có chất lượng cao - 91 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Cao Ngọc Lâm (2002), Công nghệ khai thác Dầu khí Lê Xuân Lân (2005), Thu gom vận chuyển dầu khí Lê Xuân Lân (1998), Lý thuyết khai thác chất lỏng khí Hồng Xn Hùng (2005), Tình hình khai thác chế biến dầu khí Việt Nam Số liệu từ PVEP, PVI & PVN Viện Dầu Khí (2001), Quy hoạch phát triển sử dụng khí phía Bắc Việt Nam David Davies (2004), Production Engineering & Operations David Dortmundt & Kishore Doshi (2002), Recent Developments in CO2 Removal Membrane Technology John M.Campbell (1994), Gas Conditioning and Processing (Vol 1: The Basic Principles) 10 John M.Campbell (1994), Gas Conditioning and Processing (Vol 2: The Equipment Modules) 11 NeXT (2004), High CO2 Gas Field Development & Production 12 Talisman (2002), PM3CAA Field Development Plan 13 Talisman (2004), CO2 Removal Platform Process Flow Diagram ... phương pháp đảm bảo yêu cầu kỹ thuật kinh tế Việc ? ?Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu tách CO2 màng thấm trình xử lý khí lơ PM3? ?? cần thiết nhằm đánh giá, lựa chọn cơng nghệ tách CO2 khỏi khí thiên... thác nguồn khí có hàm lượng CO2 cao cần phải nghiên cứu công nghệ thích hợp hiệu để xử lý khí đạt chất lượng u cầu Cơng việc xử lý khí phải giải vấn đề tách chất rắn, lỏng, tách H2S CO2 Trong công... tập trung nghiên cứu chế hoạt động, thành phần cấu tạo, cấu trúc công nghệ tách CO2 màng Nghiên cứu quy trình cơng nghệ phân tích q trình tách CO2 màng áp dụng lô PM3 từ đề xuất giải pháp kỹ thuật,