ĐVT: tỷ m3
KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ TÂY NAM BỘ TỔNG
Sản xuất điện 6,93 1,66 8,59
Sản xuất phân đạm 0,60 0,50 1,10
Khác 0,56 0,00 0,56
Tổng 8,09 2,16 10,25
Nguồn: Ban Khí PVN, 2012
Khu vực miền Đông Nam Bộ là nơi tập trung rất nhiều KCN lớn nên nhu cầu sử dụng khí thiên nhiên tại đây cao nhất cả nước. Trong giai đoạn 2012 – 2025, tổng nhu cầu tiêu thụ khí tại khu vực này khoảng 9,2 tỷ m3/năm. Trong đó, khoảng 76% lượng khí cung cấp cho các nhà máy điện, 7% cung cấp cho Nhà máy Đạm Phú Mỹ và phần còn lại cung cấp cho các hộ tiêu thụ thấp áp.
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 18 Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm
Nguồn: Ban Khí PVN, 2012
Hình 1.12. Nhu cầu tiêu thụ khí KV Đơng Nam Bộ (2012-2025)
Trong những năm gần đây, nền công nghiệp tại khu vực Tây Nam Bộ cũng bắt đầu phát triển. Do đó, nhu cầu sử dụng khí chỉ ở mức dưới 2 tỷ m3/năm. Từ sau năm 2014, một loạt các nhà máy điện tại khu vực tỉnh Cần Thơ đi vào hoạt động làm cơ sở cho các KCN sẽ được xây dựng trong tương lai tại vùng này. Theo đó, nhu cầu tiêu thụ khí trong giai đoạn 2014 – 2025 của tồn miền Tây Nam Bộ trung bình khoảng 6,7 tỷ m3/năm.
Nguồn: Ban Khí PVN, 2012
Hiện nay, khu vực miền Trung chưa phát triển cơ sở hạ tầng cung cấp khí nên chưa có nhà máy nào sử dụng nguồn khí này trong sản xuất công nghiệp. Theo “Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030”, dự kiến sau năm 2020 khu vực miền Trung sẽ phát triển một nhà máy nhiệt điện khoảng 1.350 MW, tiêu thụ khoảng 1,3 tỷ m3 khí/năm.
1.2.4. Khả năng cung cấp khí cho dự án sản xuất LNG
Định hướng về khả năng cung cấp khí ở từng khu vực dựa trên các phân tích, đánh giá nguồn cung và nhu cầu tiêu thụ khí:
- Nguồn cung: được phân chia thành kịch bản cơ sở và tiềm năng. Kịch bản cơ sở bao gồm tất cả những nguồn cung cấp khí hiện hữu, kịch bản tiềm năng sẽ được thiết lập dựa trên kịch bản cơ sở cộng thêm một số nguồn khí sẽ bổ sung trong tương lai.
- Nhu cầu tiêu thụ khí: được phân mức ưu tiên nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và an ninh lương thực. Do đó, các nhà máy sản xuất điện và các nhà máy sản xuất phân đạm sẽ được ưu tiên hơn so với các hộ tiêu thụ công nghiệp khác.
a) Khu vực Đông Nam Bộ:
Hiện nay, khu vực Đông Nam Bộ là một trong những vùng kinh tế quan trọng của tồn miền Nam. Do đó, nhu cầu sử dụng khí thiên nhiên cho sản xuất cơng nghiệp tại khu vực này luôn ở mức rất cao. Tuy nhiên, việc cung cấp khí cho các đơn vị vẫn phải đảm bảo ưu tiên cho an ninh năng lượng và lương thực.
Nguồn khí Cửu Long và Nam Côn Sơn hiện đang cung cấp cho chín nhà máy nhiệt điện trong khu vực Bà Rịa, Phú Mỹ, Nhơn Trạch, Hiệp Phước với tổng sản lượng trung bình khoảng 6,93 tỷ m3/năm. Ngoài ra, đơn vị sử dụng khí cho sản xuất phân đạm hiện nay chỉ có nhà máy Đạm Phú Mỹ với nhu cầu tiêu thụ trung bình khoảng 0,6 tỷ m3/năm.
Căn cứ trên số liệu nguồn cung hiện tại và tiềm năng trong tương lai, thiết lập cân đối cung cầu khí nguyên liệu theo hai kịch bản nguồn cung:
Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học 20 Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm
* Kịch bản cơ sở:
Nguồn cung cấp khí trong kịch bản cơ sở là nguồn khí thiên nhiên đang cung cấp cho khu vực Đông Nam Bộ từ hai hệ thống đường ống dẫn khí Cửu Long và Nam Côn Sơn 1. Cân đối cung cầu theo kịch bản cơ sở được thể hiện trong hình 1.14:
Nguồn: Ban Khí PVN, 2012
Hình 1.14. Cân đối cung cầu khí cho KV Đơng Nam Bộ theo kịch bản cơ sở (2012 –
2025)
Như vậy, với nguồn cung hiện hữu không thể đáp ứng được nhu cầu sử dụng khí của các nhà máy nhiệt điện, Nhà máy Đạm Phú Mỹ và sự thiếu hụt ngày càng tăng khi sản lượng khai thác khí suy giảm.
* Kịch bản tiềm năng:
Nguồn: Ban Khí PVN, 2012
Hình 1.15. Cân đối cung cầu khí cho KV Đơng Nam Bộ theo kịch bản tiềm năng (
Nguồn cung khí trong kịch bản tiềm năng là nguồn khí hiện hữu đang cung cấp cho khu vực Đông Nam Bộ và được bổ sung thêm hai nguồn cung khí từ đường ống Nam Côn Sơn số 2 và bể Phú Khánh.
Như vậy, kịch bản nguồn khí tiềm năng tại bể Cửu Long và Nam Côn Sơn không thể cung cấp đủ khí cho khu vực Đơng Nam Bộ đến năm 2025.
b) Khu vực Tây Nam Bộ:
Khi dự án khí – điện – đạm Cà Mau được triển khai, khu vực miền Tây Nam Bộ đang từng bước cơng nghiệp hóa được đánh dấu bằng sự ra đời của nhà máy điện Cà Mau 1, Cà Mau 2 và nhà máy Đạm Cà Mau. Ngoài ra, trong giai đoạn sau 2015, các nhà máy điện Ơ Mơn trong khu vực Ơ Môn – Cần Thơ sẽ đi vào vận hành nhằm đảm bảo nguồn cung cấp điện cho toàn bộ khu vực miền Tây Nam Bộ.
Căn cứ trên số liệu nguồn cung hiện tại và tiềm năng trong tương lai, thiết lập cân đối cung cầu khí nguyên liệu theo hai kịch bản nguồn cung.
* Kịch bản cơ sở
Nguồn: Ban Khí PVN, 2012
Hình 1.16. Cân đối cung cầu khí cho KV Tây Nam Bộ theo kịch bản cơ sở, (2012-
2025)
Theo kịch bản cơ sở này, nguồn khí từ hệ thống đường ống PM3 – Cà Mau với sản lượng vận chuyển trung bình khoảng 1,82 tỷ m3/năm không thể cung cấp đủ khí
Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học 22 Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm
cho các hộ tiêu thụ điện và đạm tại khu vực Tây Nam Bộ. Lượng khí thiếu hụt tăng dần về sau vì sản lượng khai thác khí ngày càng suy giảm.
* Kịch bản tiềm năng:
Kịch bản tiềm năng xét đến nguồn cung khí từ đường ống PM3 – Cà Mau và đường ống Lô B – Ơ Mơn khi hệ thống đường ống này đi vào hoạt động.
Nguồn: Ban Khí PVN, 2012
Hình 1.17. Cân đối cung cầu khí cho KV Tây Nam Bộ theo kịch bản tiềm năng,
(2012-2025)
Mặc dù sản lượng cung cấp khí trong kịch bản tiềm năng khoảng 4,16 tỷ m3/năm nhưng nhu cầu sử dụng khí trong khu vực này cũng tăng cao khi một loạt các nhà máy điện tại khu vực Ơ Mơn – Cần Thơ đi vào hoạt động sau năm 2014. Do đó, nguồn khí tiềm năng bể Malay – Thổ Chu không đủ để cung cấp cho vùng Tây Nam Bộ đến năm 2025.
c) Khu vực miền Trung:
Giai đoạn sau 2020, khu vực này sẽ được cung cấp khí từ các mỏ khí tiềm năng, lượng khí này sau khi cung cấp cho nhu cầu thị trường khí miền Trung như sản xuất điện, khách hàng cơng nghiệp thì dự báo vẫn còn thừa khoảng 4-5 tỷ m3/năm. Lượng khí thừa hiện nay vẫn chưa có kế hoạch tiêu thụ cụ thể và là đối tượng nghiên cứu trong báo cáo này: lượng khí này sẽ được dùng để sản xuất LNG và LNG sau đó được vận chuyển vào miền Nam để cung cấp cho thị trường miền Nam.
d) Khu vực miền Bắc:
Trong giai đoạn sau năm 2018, khu vực miền Bắc sẽ bắt đầu được cung cấp khí với sản lượng trung bình khoảng 0,4 tỷ m3/năm. Lượng khí này dự kiến sử dụng cho nhu cầu tại khu vực miền Bắc mà chủ yếu là cho các hộ cơng nghiệp. Lượng khí này nhỏ, sản xuất LNG sẽ không đem lại hiệu quả cao nên sẽ không được xem xét trong báo cáo này.
* Nhận xét đánh giá:
Sau khi xem xét tổng quan ta thấy:
- LNG đang là một loại năng lượng sạch tiềm năng ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và đang được sự quan tâm đặc biệt của một số quốc gia.
- Thị trường LNG trên thế giới đang ngày một phát triển, nhu cầu tiêu thị LNG ở một số quốc gia ngày càng tăng lên.
- Tại Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ khí tự nhiên sử dụng để cung cấp năng lượng ở một số vùng miền ngày càng tăng cao, nhất là khu vực Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ dẫn đến thiếu hụt nguồn cung khí tại đây. Trong khi đó, theo dự báo trong tương lai sản lượng khí tại khu vực miền Trung sẽ tăng cao dẫn đến thừa khí. Do đó, sẽ tiến hành vận chuyển khí từ miền Trung vào miền Nam để bù đắp cho sự thiếu khí tại đây theo phương án LNG.
Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học 24 Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm
CHƯƠNG II
LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LNG
2.1. Các loại công nghệ sản xuất LNG [15]
Khí tự nhiên hóa lỏng (LNG) là khí tự nhiên trong trạng thái lỏng ở áp suất khí quyển và nhiệt độ là -162oC. Giảm được khoảng 600-625 lần về thể tích so với khí tự nhiên ở điều kiện tiêu chuẩn, cho phép vận chuyển một lượng lớn LNG bằng đường biển trên các tàu. Trong thập kỷ qua, thị trường LNG trên tồn thế giới có sự tăng trưởng đáng kể, cho phép thực hiện mua bán LNG với các hợp đồng ngắn hạn, tức là bên bán có thể giao ngay LNG cho bên mua và kết thúc hợp đồng, khiến LNG trở thành một mặt hàng quan trọng.
Hiện nay, có nhiều cơng nghệ để hóa lỏng khí tự nhiên khác nhau đã được phát triển. Theo đó, để hóa lỏng khí tự nhiên có thể sử dụng một, hai hoặc ba chu trình làm lạnh, tùy thuộc vào công suất thiết kế cho nhà máy mà lựa chọn công nghệ nào cho phù hợp để đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất. Đến thời điểm hiện tại, được sử dụng nhiều nhất là các công nghệ sử dụng hai và ba chu trình làm lạnh, với dịng mơi chất làm lạnh là đơn chất (propane, nitrogene,…) hoặc hỗn hợp các chất (nitrogene, methane, ethane, propane,…). Công suất của các dây chuyền sản xuất LNG luôn được cải tiến, nâng cao nhằm phù hợp với việc khai thác các mỏ khí tự nhiên lớn như tại Qatar, Úc,… và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thụ trường LNG. Tiêu chuẩn thiết kế chính của các nhà máy này là giảm thiểu cả chi phí đầu tư và tiêu thụ năng lượng. Hai mục tiêu đó có thể được thỏa mãn bằng cách tối ưu hiệu quả của nhà máy, có thể chuyển sang việc giảm chi phí đầu tư phần cứng và tăng lượng sản phẩm LNG.
2.2. Cơng nghệ một chu trình làm lạnh
Hình 2.1. Mơ hình cơng nghệ một chu trình làm lạnh
2.2.1. Chu trình Nitrogen Expander [8],[16]
Chúng ta có thể hiểu rằng hóa lỏng khí tự nhiên thành LNG chỉ đơn giản là làm lạnh và ngưng tụ khí tự nhiên bằng cách giảm nhiệt độ của khí tự nhiên xuống dưới nhiệt độ hóa lỏng của nó, khi đó khí tự nhiên sẽ trở thành một chất lỏng đồng nhất gọi là LNG. Đây là cơ sở cho q trình hóa lỏng đơn giản như q trình Nitrogen expander được thể hiện như hình 2.1.
Để chuyển khí tự nhiên từ dạng khí sang dạng lỏng thì khí tự nhiên được đi qua bộ phận trao đổi nhiệt để hạ nhiệt độ và hóa lỏng thành LNG. Bộ phận trao đổi nhiệt này sử dụng môi làm làm lạnh cho khí tự nhiên là nitơ. Nitơ sau khi qua thiết bị trao đổi nhiệt nó được giản nở nhằm tạo nhiệt lạnh để làm lạnh cho khí tự nhiên. Sau khi qua thiết bị trao đổi nhiệt, khí tự nhiên đã hóa lỏng được đưa đi lưu trữ. Với dịng nitơ, sau khi làm lạnh cho khí tự nhiên áp suất của nó giảm, để tuần hồn trở lại, nitơ được đưa qua máy nén và thiết bị làm lạnh để đưa đến áp suất và nhiệt độ cần thiết.
Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học 26 Khoa Hóa học và Cơng nghệ thực phẩm
Hình 2.2. Chu trình Nitrogen Expander
Tuy nhiên, quá trình Nitrogen expander đem lại hiệu quả khơng cao vì khí tự nhiên khi nạp vào phải được làm lạnh tổ hợp trước, và hiệu suất làm lạnh của q trình này khơng cao, gây mất mát do không làm lạnh triệt để. Tuy nhiên, hiệu quả của q trình này có thể được cải thiện bằng cách thêm nhiều cấp độ làm lạnh để thu được hiệu suất cao hơn, nhưng khi tăng thêm cấp độ làm lạnh thì cũng đồng nghĩa với việc tăng thêm mức độ phức tạp của q trình, tăng chi phí vận hành cũng như các tác động tiềm tàng mà nó có thể mang lại và khả năng hoạt động, mức độ tin cậy của chu trình này cũng cần phải được cân nhắc.
2.2.2. Công nghệ SMR [8], [9], [17]
Q trình làm lạnh đơn bằng hỗn hợp mơi chất làm lạnh(SMR) giúp làm giảm số lượng các thiết bị so với các q trình khác. Mơi chất làm lạnh của SMR bao gồm các hydrocacbon và Nitơ, thành phần của chúng được điều chỉnh cho phù hợp với biểu đồ đường cong để làm lạnh khí tự nhiên đạt hiệu suất càng cao càng tốt. Với số lượng thiết bị ít hơn và chi phí phải tiêu tốn thấp hơn so với các quá trình khác nên SMR phù hợp với các nhà máy có cơng suất nhỏ.
Quá trình SMR sử dụng một tua bin khí hoặc 2 động cơ điện làm bộ phận điều khiển chu trình làm lạnh của hỗn hợp mơi chất. Mặc dù, q trình SMR khơng thu hút được sự chú ý của các nhà máy LNG trên bờ có cơng suất lớn, nhưng nó rất phù hợp với các mơ hình ở ngồi khơi chủ yếu là do quá trình SMR đơn giản, số lượng thiết bị ít và giảm được lượng hydrocacbon mất mát. Ngồi ra, q trình SMR có thể có hiệu quả nếu sử dụng quá trình giản nở hai giai đoạn vì khi đó có thể tận dụng hiệu quả khả năng làm lạnh của hỗn hợp mơi chất khi giản nở. Q trình SMR được thể hiện như hình 2.2 :
Hình 2.3. Mơ hình đơn giản của quá trình SMR
Quá trình này sẽ được trình bày ngắn gọn như sau:
Khí đầu vào của q trình ở nhiệt độ 35oC, áp suất 50 bar đã được loại bỏ tạp chất cơ học, các khí axit cũng như nước cịn lẫn trong khí sẽ được đưa qua thiết bị làm lạnh ngưng tụ. Tại đây, khí tự nhiên sẽ được làm lạnh xuống nhiệt độ -155oC, sau đó dịng khí được đưa qua van giảm áp để giảm áp suất của dịng xuống áp suất khí quyển. Khi đó nhiệt độ của dịng khí tự nhiên giảm xuống -162,9o
C và tồn bộ các hydrocacbon sẽ chuyển từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng hoàn toàn.
Ngành Cơng nghệ kỹ thuật Hóa học 28 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Ở đây, tác nhân để làm lạnh cho khí tự nhiên được chu trình sử dụng là hỗn hợp các chất làm lạnh gồm Nitơ, metan, etan, propan, butan còn gọi là tác nhân làm lạnh tổ hợp (MR). MR sau khi trao đổi nhiệt với khí tự nhiên, nó bị chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí, do đó để quay vịng chu trình nó cần được hóa lỏng trở lại. Ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt, nó được đưa qua tháp tách lỏng để tách hết phần lỏng còn lại, sau đó hỗn hợp khí được đưa qua 2 cấp máy nén, sau mỗi cấp máy nén thì hỗn hợp được làm mát để giảm nhiệt độ do quá trình nén. Tiếp theo, nó được qua van giảm áp để làm giảm nhiệt độ xuống nhiệt độ hóa lỏng của hỗn hợp. Khi đạt đến nhiệt độ cần thiết, nó được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt để làm lạnh cho khí tự nhiên. Tùy vào từng chu trình làm việc mà nó được tùy biến khi trao đổi nhiệt để đạt hiệu suất làm lạnh cao nhất.
Khí tự nhiên sau khi được làm lạnh ngưng tụ, nó được đưa qua các thiết bị phân tách để tách phần lỏng không ngưng, cũng như tách các sản phẩm phụ.