Lời mở đầu
Đã từ lâu, ở các quốc gia có trữ lượng khí tự nhiên và khí dầu mỏ đáng
kể, việc khai thác và đưa vào sử dụng khí đã đem lại một nguồn lợi ích
kinh tế rất lớn.
Sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp hoá học trong vài thập kỉ
gần đây, kèm theo đó là sự phát triển của ngành dầu khí và công nghệ các
sản phẩm hoá dầu, nguồn nguyên liệu từ khí thiên nhiên, khí đồng hành và
dầu mỏ đã chuyển ngành tổng hợp hoá học sang tổng hợp hoá dầu.
Hiện nay ở Việt Nam, qua nhiều năm thăm dò và tìm kiếm đã tìm ra
được rất nhiều mỏ dầu khí, trong đó tiêu biểu phải kể đến các mỏ như mỏ
Bạch Hổ, Đại Hùng, Rồng, Lan Tây, Lan Đỏ… và rất nhiều mỏ dầu khí
khác. Trong những năm qua việc khai thác tài nguyên từ các mỏ này đã
đem lại lợi ích không nhỏ cho nền kinh tế Việt Nam. Dầu thô được khai
thác ở quy mô công nghiệp từ năm 1986 nhưng một lượng lớn khí đồng
hành vẫn bị đốt bỏ ngay tại mỏ cho đến năm 1997. Hình ảnh những ngọn
lửa rực sáng trên các giàn khoan trong đêm đã một thời là hình ảnh nổi
tiếng và có phần tự hào về nền công nghiệp dầu khí non trẻ của Việt Nam.
Việc xử lý khí đồng hành với khối lượng lớn cần lượng máy móc đồ sộ mà
điều kiện khai thác trên biển không cho phép thực hiện. Đến nay, ngành
công nghiệp chế biến khí đã phát triển mạnh mẽ do nhu cầu của con người
là sử dụng nguồn nguyên liệu sạch và kinh tế khai thác từ các mỏ khí tự
nhiên và khí đồng hành. Do đó cần phải có một hệ thống tàng trữ và phân
phối sản phẩm khí nói chung và khí hoá lỏng ( LPG ) nói riêng một cách
hoàn chỉnh và đảm bảo an toàn phòng chống cháy nổ. Đây cũng là vấn đề
rất cần được quan tâm khi thiết kế, xây dựng các nhà máy lọc – hoá dầu
nhất là trong thời gian tới đây dự án xây dựng khu liên hợp lọc – hoá dầu
Nghi Sơn sẽ được tiến hành. Sau khi tìm hiểu, thu thập tài liệu và được sự
đồng ý của bộ môn Lọc Hoá Dầu khoa Dầu Khí trường đại học Mỏ - Địa
1
1
chất em đã lựa chọn đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình là “ Tìm hiểu và

4
, C
2
H
6
, C
3
H
8,
C
4
H
10
… có trong lòng đất. Chúng thường tồn tại trong các mỏ riêng rẽ hoặc
tồn tại trên các lớp dầu mỏ. Khí tự nhiên cũng chứa các khí vô cơ như N
2
,
H
2
S, CO
2
, khí trơ, mercaptan và hơi nước.
Trong nghĩa hẹp, khí tự nhiên được hiểu là khí trong các mỏ ở đó gần
như chỉ có khí mà không có dầu. Metan chiếm từ 70 – 98 % thể tích khí tự
nhiên.
Theo nghĩa rộng, khí tự nhiên được gồm cả khí đồng hành, đó là khí
hòa tan trong dầu mỏ hay lượng khí trong các mỏ khí ở trên cùng các mỏ
dầu. Metan chiếm từ 48 – 80 % thể tích khí đồng hành.
Khí tự nhiên có thể chia thành các loại sau :
* Khí không đồng hành : là khí nằm trong các mỏ khí riêng biệt,

4
… hòa tan
trong nước rồi thoát ra ngoài, phần chất hữu cơ còn lại bị chôn vùi ngày
càng sâu trong lớp đất đá trầm tích. Không gian ở đó xảy ra quá trình phân
hủy sinh học trên gọi là vùng vi khuẩn.
• Giai đoạn biển đổi hóa học : ở giai đoạn hóa học tiếp theo, vật liệu hữu
cơ còn lại, chủ yếu là các chất lipid, nhựa, sáp, terpen, axit béo, axit humic
tham gia các phản ứng hóa học dưới tác dụng xúc tác của các chất vô cơ
trong đất đá ở điều kiện áp suất lớn hàng trăm, thậm chí hàng nghìn
atmotphe, ở một vài trăm độ bách phân. Các chất vô cơ khác nhau, đặc biệt
là các aluminosilicat, có thể đóng vai trò chất xúc tác. Quá trình biến đổi
hóa học xảy ra vô cùng chậm. Càng xuống sâu, thời gian càng lớn, sự biến
đổi đó càng xảy ra sâu xa.
Phản ứng chủ yếu xảy ra trong giai đoạn hóa học là phản ứng cracking,
trong đó mạch cacbon của phân tử chất hữu cơ bị đứt gãy dần. Kết quả là
các chất hữu cơ đơn giản hơn, chủ yếu là các hydrocacbon, sinh ra ngày
càng nhiều.
Đồng thời với việc xảy ra các phản ứng cracking phân hủy đó là quá
trình ngưng tụ, kết hợp một số chất hữu cơ tương đối đơn giản vừa tạo
thành để tạo ra các chất hữu cơ phức tạp hơn : các chất nhựa, asphalten.
Các chất nhựa, asphalten tan kém, nặng hơn, nên phần lớn bị kết tủa, sa
4
4
lắng, phần ít còn lại lơ lửng, phân tán trong khối chất lỏng hydrocacbon
sinh ra bởi quá trình cracking.
Tập hợp các phản ứng địa hóa đó đã biến dần các vật liệu hữu cơ thành
dầu mỏ và khí tự nhiên. Như vậy có thể coi khí tự nhiên là sản phẩm của
quá trình phân hủy hóa học của dầu mỏ, do đó mỏ khí tự nhiên thường ở
sâu hơn mỏ dầu, tuổi của khí tự nhiên thường cao hơn tuổi của dầu mỏ.
Dầu mỏ càng già sẽ càng nhẹ đi, càng chứa nhiều chất ít phức tạp, càng

4
H
10
, ngoài ra còn có một ít hàm lượng các hợp
chất C
5
, C
6
. Hàm lượng các cấu tử trên thay đổi theo nguồn gốc của khí.
Đối với khí thiên nhiên thì cấu tử chủ yếu là metan còn các cấu tử
nặng hơn như C
3
, C
4
là rất ít và thành phần của khí trong một mỏ ở bất kì vị
trí nào đều như nhau, nó không phụ thuộc vào vị trí khai thác.
5
5
Đối với khí đồng hành thì hàm lượng các cấu tử C
3
, C
4
cao hơn và
thành phần của nó phụ thuộc vào vị trí khai thác và thời gian khai thác.
1.3.2 Các hợp chất phi hydrocacbon
Ngoài các thành phần chính là hydrocacbon, trong khí thiên nhiên và
khí đồng hành còn chứa các hợp chất phi hydrocacbon như : CO
2
, N
2

* Khí ngọt : là khí có hàm lượng các khí axit ít : H
2
S < 1% thể tích, và
hàm lượng CO
2
< 2 % thể tích.
6
6
1.4.3 Phân loại theo hàm lượng C
3
+

Theo cách phân loại này thì có hai loại khí : khí béo và khí gầy.
• Khí béo : là khí có hàm lượng C
3
+
> 150 g/ cm
3
, có thể sản xuất ra khí
tự nhiên hóa lỏng LNG ( liquefied natural gas), khí dầu mỏ hóa lỏng
(liquefied petroleum gas) và sản xuất một số hydrocacbon riêng biệt cho
công nghệ tổng hợp hữu cơ hóa dầu.
• Khí gầy : là khí có hàm lượng C
3
+
< 50 g/ cm
3
, dùng làm nhiên liệu cho
công nghiệp và sưởi ấm.
1.4.4 Phân loại theo hàm lượng C

đình và các dịch vụ ( khách sạn, nhà hàng) khí còn dùng cho các hệ thống
sưởi ấm hoặc điều hòa nhiệt độ ở những trung tâm lớn.
1.5.2 Sử dụng khí làm nguyên liệu
* Sản xuất phân đạm urê cho nông nghiệp, chất nổ cho khai khoáng
và quốc phòng.
* Sản xuất metanol bán sản phẩm, từ đó có thể điều chế ra MTBE
( là một loại phụ gia tăng chỉ số octan cho xăng thì chì, giảm độc hại môi
trường ), sợi tổng hợp; metanol là nguyên liệu chính để sản xuất nhiều sản
phẩm công nghiệp quan trọng như fomalin, axeton, metyl metacylat
(MMA),dymetyltelephtalat( DMT), olefin...
* Sản xuất sắt xốp theo công nghệ hoàn nguyên trực tiếp thay cho
phương pháp cốc hóa than truyền thống.
* Đặc biệt có thể sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa dầu, để từ
đó sản xuất các loại chất dẻo PVC, PE, sợi tổng hợp PA, PES, sơn tổng
hợp, chất tẩy rửa tổng hợp...
1.6 Tổng quan về thị trường khí Việt Nam
1.6.1 Tiềm năng khí Việt Nam
Trữ lượng khí tại Việt Nam được đánh giá là rất lớn, lượng khí tiềm
năng dự đoán vào khoảng 3 – 4,5 tỉ m
3
quy dầu, các mỏ khí phân bố rộng
rãi từ Bắc đến Nam trong đó chủ yếu tập trung tại hai vùng trũng Nam Côn
Sơn và Sông Hồng.
• Bể Sông Hồng : trữ lượng tiềm năng thu hồi khoảng 550 – 700 triệu tấn
quy dầu trong đó chủ yếu là khí, chiếm 14 % tổng tiềm năng của Việt Nam.
Đến nay đã phát hiện 250 tỉ m
3
khí, chủ yếu là CO
2,
do đó tiềm năng kinh

triệu tấn quy dầu), trong đó có 12 triệu tấn dầu, 3 tỉ m
3
khí đồng hành, 13 tỉ
m
3
khí không đồng hành và 2 triệu tấn condensat. Tuy nhiên lượng khí tại
bể này cũng bị nhiễm khí CO
2
.
• Bể Vũng Mây : tiềm năng vào khoảng 1 – 1,5 tỉ m
3
khí quy dầu, chiếm
30% tổng lượng khí Việt Nam, chủ yếu trong bể là khí.
Bề mặt tiềm năng, hai bể Nam Côn Sơn và Sông Hồng có triển vọng về
khí và bể Cửu Long có triển vọng về dầu nhưng đồng thời cũng có một
lượng khí đồng hành rất lớn.
Ngoài ra còn có ba mỏ khí phát hiện tại Đà Nẵng, trong đó có 2 mỏ lớn
có trữ lượng khai thác dự báo khoảng 700 tỉ m
3
, tuy nhiên lượng CO
2
trong
bể cũng khá cao do đó tiềm năng kinh tế cũng thấp.
9
9
Bảng 1.1 Trữ lượng khí tiềm năng ( nguồn Petro Việt Nam )
Bể Khí ( tỉ m
3
)
Đồng hành Không đồng hành

• Khí thiên nhiên Nam Côn Sơn đã đưa được vào bờ với năng suất ổn
định 2,7 tỉ m
3
khí / năm cho thị trường công nghiệp và trong tương lai đảm
bảo cung cấp 7 – 8 tỉ m
3
khí/ năm.
10
10
• Chương trình khí Tây Nam : sản lượng khí từ năm 2003 vào khoảng 2,5
tỉ m
3
khí/ năm, khai thác ổn định 15 – 17 năm với trữ lượng xác minh 45 tỉ
m
3
( tiềm năng 60 tỉ m
3
) với mục tiêu phát triển đồng bằng sông Cửu Long,
đến 2010 vùng này sản xuất được 1200 – 1300 MW, xây dựng hệ thống
ống dẫn khí dài 500 km và các nhà máy điện môn ( 60 MW ), Sóc Trăng
( 475 MW), và xây dựng một tổ hợp điện đạm ở Cà Mau, hoàn tất vào năm
2008 – 2010 .
Hiện nay, bên cạnh các dự án khai thác khí, Petro Việt Nam đang triển
khai dự án đường ống Phú Mỹ – TP Hồ Chí Minh với công suất 2 tỉ m
3
khí/
năm, vốn đầu tư khoảng 70 triệu USD sẽ vận chuyển một phần khí từ bể
Cửu Long và Nam Côn Sơn bề cung cấp cho các nhà máy điện Hiệp
Phước, Thủ Đức và các khu công nghiệp dọc tuyến ống. Tuyến ống được
thiết kế ba đoạn : Phú Mỹ – Nhơn Trạch ( dài 35,6 km), Nhơn Trạch – Hiệp

hiện nay.
Bảng 1.2 Nhu cầu sử dụng khí thiên nhiên ( đơn vị : triệu m
3
)
Năm 1995 2000 2005 2010
Công nghiệp 0 0 200 1200
Điện năng 500 1200 4500 7000
Phân bón 0 0 500 1000
Những tính ưu việt của sử dụng khí thiên nhiên làm giảm giá thành sản
xuất điện sử dụng khí, tăng tính cạnh tranh của sử dụng khí so với các loại
nhiên liệu khác. Do đó việc xây dựng các nhà máy điện tuabin chạy bằng
khí là phương án khả thi cao hiện nay cho vấn đề đáp ứng nhu cầu về điện.
Ngành công nghiệp chiếm hơn 50% nhu cầu về điện hiện nay và có khả
năng tăng mạnh trong tương lai, trong khi đó ở các ngành khác nhu cầu vẫn
tăng đều và nhu cầu điện cho dân dụng vẫn chưa đáp ứng hết. Vì vậy nhu
cầu sử dụng điện trong tương lai là rất lớn và chính là một đảm bảo lâu dài
cho thị trường khí.
1.6.3.2 Nhu cầu khí cho công nghiệp và nông nghiệp
12
12
Ngoài nhu cầu về điện năng sử dụng cho các ngành công nghiệp
và các khu công nghiệp tập trung tại thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai,
Bình Dương, Bà Rịa – Vũng Tàu ... Bên cạnh đó các dự án khí điện đạm tại
Cà Mau đang triển khai cùng với nhà máy đạm Phú Mỹ triển khai vào
tháng 2/2001 và hoàn thành vào tháng 6/2004 cũng tiêu thụ lượng khí rất
lớn là 500 triệu m
3
/ năm.
1.6.3.3 Nhu cầu khí cho nhiên liệu
Trong giai đoạn hiện nay, xu hướng chuyển đổi việc sử dụng khí

hoá lỏng là LPG.
Hiện nay trên thế giới LPG được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành :
giao thông vận tải, công nghiệp, nông nghiệp, chế biến thực phẩm... và trở
thành loại nhiên liệu không thể thiếu được đối với mỗi quốc gia, đặc biệt
với các nước có nền công nghiệp phát triển. LPG được sản xuất mạnh ở
những nước có tiềm lực lớn về dầu mỏ như : Mỹ, Nga, Canada, Mexico,
Venezuela, Indonexia, Angieri, Ả rập xê út, Nauy, Iran...
LPG tồn chứa trong các loại bình áp lực khác nhau và được tồn chứa ở
trạng thái bão hoà tức là tồn tại ở dạng hơi nên với thành phần không đổi,
áp suất bão hoà trong bình chứa không phụ thuộc vào lượng LPG bên trong
mà hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài. Chất lỏng nằm dưới phần
đáy và hơi nước nằm trên cùng của bình chứa, nghĩa là khoảng trên mức
chất lỏng. Thông thường các loại bình chứa chỉ chứa khí lỏng tối đa khoảng
80 ÷ 95 % thể tích bình, thể tích còn lại dành cho phần hơi có thể giãn nở
khi nhiệt độ tăng.
2.2 Thành phần của LPG
Thành phần hóa học chủ yếu của LPG là các hydrocacbon dạng
parafin có công thức chung là C
n
H
2n+2
. LPG là hỗn hợp nhất định của các
hydrocacbon như: Propan (C
3
H
8
), Propylen (C
3
H
6

không khí
1,4 đến 1,52 1,9 đến 2,01
Khối lượng
riêng
Kg/m
3
1,83 2,46
Nhiệt dung
riêng
Btu/1b
0
F
kJ/kg
0
C
0,6
2,512
0,57
2,386
Ẩn nhiệt bay
hơi
KJ/kg 358,2 372,2
Áp suất hơi tại:
15
0
C
20
0
C
25

0xi
0
C 2900 2904
Thể tích riêng ở
15,6
0
C
Lít/tấn 1957-2019 1723-1760
Lượng không
khí cần đốt
cháy 1m
3
khí
M
3
25
Từ bảng trên ta thấy rằng, ở thể lỏng cũng như ở thể khí Butan đều
nặng hơn Propan nhưng với cùng một trọng lượng thì Propan tạo ra thể khí
lớn hơn so với Butan.
3.3.1 Hệ số dãn nở
Hệ số dãn nở khối của LPG là lượng thể tích tăng lên khi nhiệt độ
của vật chất tăng lên 1
0
C.
Sự dãn nở nhiệt của LPG rất lớn ( gấp 15 ÷ 20 lần so với nước và
lớn hơn rất nhiều so với các sản phẩm dầu mỏ khác). Do đó các bồn chứa,
bình chứa LPG chỉ được chứa đến 80÷ 85 % dung tích toàn phần để có
không gian cho LPG lỏng dãn nở khi nhiệt độ tăng lên.
Do hệ số dãn nở của LPG lớn nên đòi hỏi:
* Phải giữ khoảng trống phù hợp trong các bồn chứa, bình chứa; lắp đặt

o
C, 760mmHg, tỷ trọng của propan
hơi bằng 1,52 và butan hơi bằng 2,01. Như vậy ở thể hơi, tỷ trọng của LPG
gấp gần 2 lần tỷ trọng của không khí.
Như vậy khi LPG rò rỉ, khí thoát ra nặng hơn so với không khí sẽ
lan truyền dưới mặt đất ở nơi trũng như rãnh nước, hố gas... Để đảm bảo an
toàn khi có rò rỉ cần tạo điều kiện thông thoáng phần dưới không gian sử
dụng hoặc chứa LPG.
2.3.5 Áp suất hơi bão hoà
LPG có áp suất hơi bão hoà cao hơn áp suất khí quyển, nên ở điều
kiện bình thường ( nhiệt độ và áp suất khí quyển ) LPG tồn tại ở dạng hơi.
Trong điều kiện nhất định về nhiệt độ và áp suất, LPG sẽ chuyển sang dạng
lỏng và có thể tích nhỏ hơn rất nhiều lần so với dạng hơi, điều này thuận lợi
cho việc vận chuyển và tàng trữ.
LPG chứa trong bình kín có thể làm tăng áp suất của bình do tính
chất dễ bay hơi của nó. Nhiệt độ môi trường quá thấp có thể làm giảm áp
suất hơi dưới mức áp suất khí quyển.
Áp suất hơi bão hòa của LPG phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài của
thiết bị và tỷ lệ thành phần Butan/ propan.
17
17
LPG với thành phần 70% butan và 30% propan có áp suất hơi bão
hòa là 6 kg/ cm
2
. Ở cùng điều kiện nhiệt độ, khi thay đổi thành phần hỗn
hợp , áp suất hơi bão hòa cũng thay đổi.`
3.3.6 Giới hạn cháy nổ
Hỗn hợp hơi nhiên liệu với không khí có thể cháy nổ khi gặp lửa.
Hỗn hợp chỉ cháy nổ khi nó nằm trong một giới hạn nào đó về nhiệt độ, áp
suất và thành phần. Vùng cháy nổ có giới hạn trên và giới hạn dưới về

H
8
1967 22000 11000
C
3
H
6
2050
C
4
H
10
1973 11800 10900
C
4
H
8
2033

3.3.8 Nhiệt độ tự bắt cháy
Nhiệt độ tự bắt cháy là nhiệt độ mà tại đó phản ứng cháy tự xảy ra
đối với hỗn hợp không khí, nhiên liệu ( hoặc oxy/ nhiên liệu). Nhiệt độ bắt
cháy tối thiểu phụ thuộc vào thiết bị thử, tỷ lệ không khí/ nhiên liệu, áp suất
hỗn hợp.
Bảng 2.4 Nhiệt độ tự bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất khí
quyển
Số thứ
tự
Nhiên liệu Nhiệt độ cháy tối thiểu (
o

Hỗn hợp propan – butan là thích hợp cho việc chế biến thành sản
phẩm khí đốt gia dụng vì chúng có áp suất hơi bão hoà và nhiệt độ bay hơi
thích hợp trong các điều kiện sinh hoạt cụ thể.
LPG có nhiệt cháy cao mặc dù tỷ trọng butan lớn hơn tỷ trọng propan
nhưng nhiệt trị tương tự nhau và nằm trong khoảng 11300 ÷ 12000 Kcal/ kg ;
tương đương nhiệt trị của 1,5 – 2 kg than củi ; 1,3 lít dầu mazut ; 1,35 lít
xăng.
Với những đặc tính trên, LPG được sử dụng rất rộng rãi trong mọi
lĩnh vực của đời sống. Một cách tương đối có thể phân chia các ứng dụng của
LPG như sau :
- Sử dụng LPG trong dân dụng: Sử dụng trong nấu nướng, thay thế
điện trong các bình nước nóng, ứng dụng trong các hệ thống sưởi ấm nhà,
chiếu sáng, giặt là.
- Sử dụng LPG trong thương mại: Sử dụng trong các bếp công nghiệp, lò
nướng, đun nước nóng trong các nhà hàng, trong công nghiệp chế biến thực
phẩm.
- Sử dụng LPG trong công nghiệp: Sử dụng trong công nghiệp gia công
kim loại, hàn cắt thép, nấu và gia công thủy tinh, lò nung sản phẩm silicat,
khử trùng đồ hộp, lò đốt rác, sấy màng sơn...
20
20

Trích đoạn Chương V: Công tác an toàn và phòng chống cháy nổ đối với khu bồn bể chứa LPG và trong các nhà máy lọc

---