ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ HỒNG NGUYÊN

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG
SỬ DỤNG KHÍ CÁ VOI XANH LÀM NHIÊN LIỆU
CHO CÁC LÒ ĐỐT, LÒ HƠI CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU
DUNG QUẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Đà Nẵng, năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ HỒNG NGUYÊN

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG
SỬ DỤNG KHÍ CÁ VOI XANH LÀM NHIÊN LIỆU
CHO CÁC LÒ ĐỐT, LÒ HƠI CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU
DUNG QUẤT

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC
Mã số:
8520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ




LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đề tài” Nghiên cứu, đánh giá khả năng sử dụng khí Cá Voi Xanh
làm nhiên liệu cho các lò đốt, lò hơi của nhà máy lọc dầu Dung Quất” là công trình
nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Lê Hồng Nguyên


TÓM TẮT
NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG KHÍ CÁ VOI XANH LÀM NHIÊN LIỆU
CHO CÁC LÒ ĐỐT, LÒ HƠI CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT
Học viên: Lê Hồng Nguyên Chuyên ngành: Công nghệ hóa học
Mã số: 8520301 Khóa: KHH.K35.QNg, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt – Mỏ khí Cá Voi Xanh (CVX) nằm ngoài khơi các tỉnh Quảng Nam/Đà Nẵng –
Việt Nam, dự án khai tác với sự hợp tác giữa PetroVietnam và Tập đoàn Exxon Mobil.
Theo số liệu cung cấp, mỏ CVX có trữ lượng thu hồi được đánh giá sơ bộ khoảng 10÷17
Tcf (280÷450 tỷ m3), dự kiến bắt đầu đưa vào khai thác từ năm 2023 với sản lượng trung
bình giai đoạn đầu khoảng 4 tỷ m3/năm sau đó tăng lên đến hơn 8 tỷ m3/năm. Khí CVX là
nguồn khí chua và khô, chứa khoảng 60 %tt Hydrocarbon, 30 %tt CO2, 10 %tt N2,
2.100÷2.800 ppmtt H2S và rất ít C2 (
DANH MỤC CÁC HÌNH
M ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 3
3. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 3
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài............................................................ 3
5. Phương pháp luận thực hiện .............................................................................. 3
6. Cấu trúc của luận văn ........................................................................................ 4
CHƯƠNG 1 - T NG QUAN ..................................................................................... 5
1.1. Tổng quan về nguồn khí Cá Voi Xanh (CVX) ...................................................... 5
1.1.1. Kịch bản khai thác và sản lượng .................................................................. 5
1.1.2. Tính chất khí CVX ...................................................................................... 6
1.1.3. Một số hạng mục và tiến độ dự kiến của dự án CVX ................................... 7
1.2. Tổng quan về NMLD Dung Quất .......................................................................... 8
1.2.1. Nguyên liệu ................................................................................................. 8
1.2.2. Sản phẩm ..................................................................................................... 9
1.2.3. Công nghệ ................................................................................................... 9
1.3. Tổng quan về dự án NCMR NMLD Dung Quất .................................................. 11
1.3.1. Nguyên liệu ............................................................................................... 11
1.3.2. Sản phẩm ................................................................................................... 11
1.3.3. Công nghệ ................................................................................................. 12
1.4. Tổng quan và lựa chọn sơ bộ công nghệ xử lý CO2 ............................................. 15
1.4.1. Công nghệ màng ........................................................................................ 15
1.4.2. Công nghệ amine ....................................................................................... 17
1.4.3. Đề xuất sơ bộ công nghệ ............................................................................ 18
1.4.4. Mô tả công nghệ lọc màng áp dụng để tách loại CO2 của khí CVX ............ 19
1.4.5. Kết luận phương án xử lý khí CO2 ............................................................. 20


CHƯƠNG 2 - KHẢO SÁT VÀ THU THẬP D LIỆU V HIỆN TRẠNG

3.3.3. Phần mềm Aspen Exchanger Design and Rating (EDR) ............................ 45
CHƯƠNG 4 - PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ VIỆC SỬ DỤNG KHÍ CVX TÍCH
HỢP LÀM NHIÊN LIỆU CHO NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT ............... 46
4.1. Phương pháp đánh giá ......................................................................................... 46
4.1.1. Đánh giá dựa theo nhiệt trị và chỉ số Wobbe Index (WI)............................ 46


4.1.2. Đánh giá chi tiết về mặt kỹ thuật cho thiết bị và hệ thống chính................. 47
4.2. Phân tích, đánh giá, lựa chọn các phương án nhiên liệu phù hợp khi sử dụng
nguồn khí CVX làm nhiên liệu cho NMLD Dung Quất sau NCMR ........................... 48
4.2.1. Phân tích, đánh giá phương án nhiên liệu theo nhiệt trị và chỉ số Wobbe
Index ......................................................................................................................... 49
4.2.2. Tính toán định hướng phối trộn khí CVX với khí FG-NCMR theo chỉ số
Wobbe Index ............................................................................................................. 50
4.3. Tính toán kiểm tra lò hơi A-4001A/B/C/D (U040) và lò đốt H-1201 theo
phương án phối trộn khí CVX-CTU vào mạng khí FG-NCMR .................................. 51
4.3.1. Thành phần khí nhiên liệu phối trộn khí CVX-CTU vào hệ thống khí khí
đốt FG-NCMR (U037)............................................................................................... 51
4.3.2. Tính toán, kiểm tra lò hơi A-4001A và lò đốt H-1201 hiện hữu khi sử
dụng nhiên liệu khí Mixed Gas .................................................................................. 55
4.4. Tính toán hiệu suất nhiệt của lò đốt, lò hơi hiện hữu khi sử dụng nhiên liệu khí
Mixed gas .................................................................................................................. 56
4.4.1. Tính toán hiệu suất nhiệt các lò đốt ............................................................ 56
4.4.2. Tính toán hiệu suất nhiệt lò hơi A-4001A .................................................. 57
4.5. Phương án kỹ thuật công nghệ tích hợp khí CVX-CTU vào hệ thống khí nhiên
liệu của NMLD sau khi nâng cấp mở rộng. ................................................................ 57
4.6. Đánh giá hiệu quả kinh tế việc sử dụng khí CVX làm nhiên liệu cho NMLD
Dung Quất sau NCMR............................................................................................... 57
4.7. Lợi ích về mặt môi trường................................................................................... 59
4.8. Kết luận .............................................................................................................. 60

Trường hợp cơ sở ở chế độ chạy tối đa dầu Diesel
Trường hợp cơ sở ở chế độ chạy tối đa Gasoline

BCT

Bộ Công thương

BFW

Nước cấp lò hơi (Boiler Feed Water)

BP
BPSD

British Petroleum
Thùng trên ngày

BSR
CCR
CDU

Công ty Cổ phần Lọc Hóa dầu Bình Sơn
Reforming xúc tác liên tục (Continuous Catalytic Reforming)
Phân xưởng chưng cất dầu thô (Crude Distillation Unit)

CTU
CVX
CVX-GTP
CVX-CTU
DHDT

Phân xưởng sản xuất Hydro (Hydrogen Generation Unit)
Siêu áp (High High Pressure)
Cao áp (High Pressure)
Hiệu quả kinh tế
Ngàn thùng trên ngày
Khu công nghiệp


KKT

Khu kinh tế

KL
KLPT

Khối lượng
Khối lượng phân tử

KTA
KTU
LCO

Ngàn tấn trên năm
Phân xưởng xử lý Kerosene (Kerosene Treating Unit)
Light Cycle Oil

LPG
LTU
MCR


Nhà máy lọc dầu
Nhà máy lọc hóa dầu
Kế hoạch phát triển mỏ

PRU

Phân xưởng thu hồi Propylene (Propylene Recovery Unit)

PSA
PSC
PVN
RFCC
SDA
SRU
SWS
TCF
TCNL

Pressure Swing Adsorption
Production Sharing Contract
Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam
Residual Fluid Catalytic Cracking
Solvent Deasphalting
Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (Sulfur Recovery Unit)
Sour Water Stripping
Nghìn tỷ feet khối
Tổng cục năng lượng

TPSD
TT


6

1.3.

Thành phần khí CVX sau khi xử lý tại GTP

7

1.4.

Cơ cấu sản phẩm hiện tại của NMLD Dung Quất

9

1.5.

Các phân xưởng hiện hữu của NMLD Dung Quất

9

1.6.

Cơ cấu sản phẩm NMLD Dung Quất sau NCMR

11

1.7.

Quy mô công suất các phân xưởng công nghệ bổ sung mới


Tính chất của các nhiên liệu khí theo thiết kế của NMLD

23

2.3.

Tính chất của dầu đốt điển hình của NMLD Dung Quất

24

2.4.

Thiết bị hiện hữu sử dụng nguồn nhiên liệu FG và FO

25

2.5.

Tiêu hao nguyên vật liệu và phụ trợ để sản xuất 1 tấn Hydro từ
LPG, Light Naphtha và khí CVX

27

2.6.

Tính chất khí CVX đã xử lý làm nguyên liệu cho HGU theo đề
xuất của AFW 27

2.7.


Cân bằng dầu đốt của NMLD Dung Quất khi NCMR

35

3.1.

So sánh hai phương pháp Input/Output và API 560

38

4.1.

Kinh nghiệm thay đổi nhiên liệu khí theo chỉ số WI trên thế
giới

47

4.2.

Nhiệt trị và WI của các nguồn khí nhiên liệu

49


Số hiệu

Tên bảng

Trang

khí Mixed Gas so với thông số thiết kế ban đầu
Ước tính sơ bộ hiệu quả sử dụng khí CVX làm nhiên liệu thay
thế FO
So sánh một số chỉ tiêu trong thành phần khói thải của một số
lò sử dụng nhiên liệu dầu FO và nhiên liệu khí FG sau NCMR

53
56
58
59


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

1.1.

Vị trí mỏ khí Cá Voi Xanh

5

1.2.

Sơ đồ NMLD Dung Quất theo thiết kế ban đầu


19

2.1.

Sơ đồ công nghệ hệ thống cung cấp khí U037 hiện hữu của
NMLD Dung Quất

22

2.2.

Sơ đồ công nghệ hệ thống cung cấp dầu đốt U038 hiện hữu của
NMLD Dung Quất

24

2.3.

Sơ đồ khối quá trình sản xuất Hydro của HGU

26

2.4.

Sơ đồ cung cấp khí nhiên liệu cho NMLD sau NCMR

30

3.1.

1. Lý do chọn đề tài
Ngành dầu khí Việt Nam đã mở ra một giai đoạn mới trong công nghiệp khai
thác và chế biến khí thiên nhiên với sự tham dò và phát hiện ra mỏ khí Cá Voi Xanh
(CVX) ngoài khơi vùng biển Quảng Nam/Đà Nẵng. Dự án khí CVX có sự hợp tác
giữa PVN và Tập đoàn Exxon Mobil. Theo số liệu cung cấp, mỏ CVX có trữ lượng thu
hồi được đánh giá sơ bộ khoảng 10÷17 Tcf (280÷450 tỷ m3), dự kiến bắt đầu đưa vào
khai thác từ năm 2023 với sản lượng trung bình giai đoạn đầu khoảng 4 tỷ m3/năm sau
đó tăng lên đến hơn 8 tỷ m3/năm. Khí CVX là nguồn khí chua và khô, chứa khoảng 60
%tt Hydrocarbon, 30 %tt CO2, 10 %tt N2, 2.100÷2.800 ppmtt H2S và rất ít C2 (
trong nước sẽ được hoàn thuế giá trị gia tăng căn cứ tỉ lệ dầu thô nguyên liệu nội địa
được sử dụng.
Như vậy nếu xem xét phương án sử dụng nguồn khí CVX để làm nhiên liệu bổ
sung/thay thế cho FO trong Nhà máy là vấn đề rất đáng để xem xét áp dụng với một số
nguyên nhân sau :
 Sử dụng nhiên liệu khí đốt sẽ giảm bớt chi phí phải trả cho thuế môi trường;
 Với cơ chế giá khí hợp lý, khi sử dụng khí CVX thay cho FO, xem xét kết hợp
với việc sử dụng khí CVX vào mục đích làm nguyên liệu cho phân xưởng HGU
(sản xuất Hydro) thay thế cho LPG/Light Naphtha và sử dụng khí CVX thay thế
cho Ethylene trong FG để tách lấy Ethylene làm nguyên liệu hóa dầu thì có thể
cho hiệu quả kinh tế khả quan;
 Có thể đa dạng hóa nguồn nhiên liệu cho Nhà máy và tăng độ linh động trong
vận hành. Đặc biệt khi hệ thống FG, FO của Nhà máy có vấn đề hoặc Nhà máy


3
không đủ nguồn nhiên liệu do có sự cố hoặc như cầu nhiên liệu tăng thêm;
 Việc sử dụng khí CVX làm nhiên liệu thay thế cho dầu đốt sẽ cải thiện các chỉ
số đánh giá về phát thải cho Nhà máy. Đặc biệt trong trường hợp khi Nhà máy
sử dụng nguyên liệu dầu thô có hàm lượng lưu huỳnh cao sẽ kéo theo lưu huỳnh
trong dầu FO cũng sẽ tăng lên điều này dẫn tới việc phát thải SOx lớn và không
đạt tiêu chuẩn môi trường nếu không có biện pháp tiền xử lý trước khi phát thải.
Những phân tích trên đây đã thể hiện được tính cần thiết và cũng chính là cơ sở để
đề xuất đề tài: “Nghiên cứu, đánh giá khả năng sử dụng khí Cá Voi Xanh làm nhiên
liệu cho các lò đốt, lò hơi của NMLD Dung Quất”.
Việc tích hợp khí CVX vào NMLD Dung Quất sau NCMR có thể sử dụng với
nhiều mục đích: làm nhiên liệu, làm nguyên liệu cho HGU,…Trong phạm vi công
việc, đề tài sẽ chủ yếu tập trung vào vấn đề đánh giá về mặt kỹ thuật khi sử dụng khí
CVX làm nhiên liệu cung cấp cho các lò đốt, lò hơi điển hình của NMLD Dung Quất.
2. M c tiêu nghiên cứu

hoạch NCMR NMLD Dung Quất
Chương 3: Xây dựng mô hình tính toán, mô phỏng các thiết bị lò đốt, lò hơi điển
hình của NMLD Dung Quất
Chương 4: Phân tích đánh giá việc sử dụng khí CVX tích hợp làm nhiên liệu cho
NMLD Dung Quất
Kết luận và kiến nghị


5

1. CHƯƠNG 1 - T NG QUAN
1.1. Tổng quan về nguồn khí Cá Voi Xanh (CVX)
Mỏ khí CVX nằm trong lô 118 ở ngoài khơi thềm lục địa Việt Nam khu vực
Quảng Nam–Đà Nẵng, cách bờ khoảng 85 km như được mô tả trên Hình I.1. Khu vực
này được khoan tìm kiếm dầu khí từ những năm 1980 bởi BP và Staoil. Năm 1991, BP
có phát hiện khí ở giếng CVX-1X nhưng hàm lượng CO2 lên đến 76 %tt. Năm 2009,
BP đã chuyển cho ExxonMobil qua hợp đồng PSC và đến 2012 kết quả khoan hai
giếng CVX-2X và CVX-3X như sau:
 118–CVX–2X khoan vào ngày 25/7–18/10 năm 2011 phát hiện có khí, với
GWC (gas ater contact) nằm ở độ sâu thực là -1.577 m;
 118–CVX–3X khoan vào ngày 8/5–11/7 năm 2012 xác nhận có khí ở giếng 2X
với GWC (gas ater contact) nằm ở độ sâu thực là -1.576,5 m.

Nguồn: ExxonMobil, Ca Voi Xanh Project, Outline Development Plan, 2016

ình 1.1. V trí m khí Cá Voi Xanh
1.1.1. Kịch n h i thác à n lư ng
Sản lượng khí CVX được xem xét trên phương án cơ sở đã được Bộ Công
Thương phê duyệt tại QĐ 460/QĐ-BCT ngày 07/09/2016 [1]. Phương án này cho công


Kết quả phân tích thành phần khí ở các giếng 2X và 3X đã được ghi nhận lại
trong quá trình khoan thăm dò ở Bảng 1.2. Qua dữ liệu thu thập được có thể xem khí
Cá Voi Xanh là nguồn khí chua, chứa 60 %tt HC, 30 %tt CO 2, 10 %tt N2 và
2.100÷2.800 ppmv H2S.
Bảng 1.2. Thành hần khí CVX t i m khí [10]
Thành phần

Giá trị

Đơn vị

Ghi chú

Methane

57,3 59,7

%tt

Mẫu đặc biệt: 72 %tt

Ethane

0,9 1

%tt

Mẫu đặc biệt: 1,2 %tt

Propane+

0,21÷0,28 %tt

Hg

0,1÷1,3

mg/m3

Condensate

3÷4

thùng/MMSCF

Nguồn: ExxonMobil, Ca Voi Xanh Project, Outline Development Plan, REV A, 2015

Khí CVX được định hướng tách nước ngoài giàn, trước khi đưa vào bờ. Khí khô
(sau khi được tách nước) sẽ được dẫn vào bờ bằng đường ống thép carbon chuyên
dụng đến nhà máy xử lý khí (GTP – Gas Treating Plant). Tại GTP, khí CVX sẽ được


7
tách condensate và làm giảm H2S về dưới nồng độ 24÷50 ppmtt. GTP được xây dựng
với khả năng mở rộng phù hợp với phương án phát triển mỏ cho giai đoạn sau. Phương
án xử lý H2S tại GTP dự kiến là phương pháp hấp thụ sử dụng dung môi vật lý. Công
nghệ Selexol của nhà bản quyền UOP được định hướng lựa chọn để tách loại chọn lọc
H2S về 24÷50 ppmtt, trong khi thành phần CO2 gần như không đổi (khoảng 30%mol).
Khí CVX sau khi xử lý tại GTP được cung cấp cho các nhà máy điện và các hộ tiêu
thụ khác. Thành phần chi tiết của khí CVX sau khi xử lý tại GTP (CVX-GTP) được
thể hiện trong Bảng 1.3.


183 ppm, tt

C6

1 ppm, tt

C8

1 ppm, tt

Nitrogen

9,49

CO2

29,92

H2 S

28 ppm, tt

H2 O

0,16

T, oC

25,97

điện có công suất 1.500MW ở khu kinh tế Dung Quất, Quảng Ngãi.
Do Saipem trúng thầu cả 2 gói FEED nên sẽ chỉ ký 1 hợp đồng bao gồm 2 phạm vi
công việc, cả ngoài khơi và trên bờ. ExxonMobil sẽ phát hành thư xác nhận trúng thầu
LOI) vào tháng 1/2019 và chính thức trao hợp đồng FEED cho Saipem trong quý
1/2019.
Tiến độ dự kiến [17]:
Thực hiện FEED: 2/2019 - 12/2019.
FDP: 3/2020
Đấu thầu quốc tế 2 gói EPCIC: 4/2020.
Ký kết 2 hợp đồng EPCIC: 9/2020
Thiết kế chi tiết: ngay sau khi ký EPCIC
Mua sắm (tổng thầu): 2020
Thi công: quý 3/2021-quý 3/2023
Đấu nối, chảy thử: quý 3/2023
Bàn giao, vận hành thương mại: quý 4/2023
Với tiến độ như trên thì có thể thấy dự án khí CVX sẽ đi vào hoạt động sau khi
dự án NCMR của Nhà máy Lọc dầu Dung quất hoàn thành (theo tiến độ dự kiến). Do
đó khi xem xét sử dụng khí CVX làm nhiên liệu cần tính đến trường hợp sau NCMR
của Nhà máy Lọc dầu Dung quất là hợp lý.
1.2. Tổng quan về NMLD Dung Quất
1.2.1. Nguyên liệu
NMLD Dung Quất hiện đang hoạt động ở mức công suất 148.000 BPSD (tương
đương 6,5 triệu tấn dầu thô trên năm). Nguồn dầu thô sử dụng chủ yếu sử dụng trong thời


9
gian qua gồm các loại dầu thô trong nước như: Bạch Hổ, Tê Giác Trắng, Sư Tử Đen, Đại
Hùng,.... Ngoài ra, NMLD Dung Quất còn sử dụng một lượng dầu thô nước ngoài như:
A eri (nhập khẩu từ A erbai an), một số loại dầu từ khu vực Đông Nam ,…
1.2.2. S n phẩm


65,9

KBPSD

4

Jet A-1

5,3

KBPSD

5

DO

53,2

KBPSD

6

FO

7

KBPSD

7


CCR

013

21.100

KTU

014

10.000

RFCC

015

69.700

LTU

016

21.000

RFCC NTU

017

45.000


LCO HDT

024

29.000

Số liệu của JGC, 2014

Sơ đồ công nghệ tổng quát của Nhà máy hiện hữu được thể hiện trong Hình 1.2.


10

Hình 1.2. Sơ đồ NM D Dung Quất theo thiết kế ban đầu


11
1.3. Tổng quan về dự án NCMR NMLD Dung Quất
Dự án đầu tư nâng cấp mở rộng (NCMR) NMLD Dung Quất là dự án nằm trong
Quy hoạch phát triển Ngành Dầu khí Việt Nam giai đoạn đến 2015, định hướng đến
2025 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 223/QĐ-TT ngày
18/02/2009. Ngày 20/07/2010, Thủ tướng Chính phủ cho phép PVN lập dự án đầu tư
NCMR NMLD Dung Quất theo công văn số 5054/VPCP-KTN. Dự kiến, NMLD Dung
Quất sẽ hoàn thành việc NCMR vào cuối năm 2021.
1.3.1. Nguyên liệu
Sau khi NCMR, công suất NMLD Dung Quất tăng lên 192.000 BPSD. Thiết kế
dự kiến sử dụng nguồn dầu thô hỗn hợp gồm 30% dầu Murban và 70% dầu ESPO 346
(Base Crude Blend Case).
 Dầu Murban: Là một trong những loại dầu có sản lượng và trữ lượng lớn nhất

Kero/Jet A1
Diesel
FO Diluent
Lưu huỳnh
Asphalt

Giá trị
1.018
444
7.688
1.206
1.944
.9075
353
105
1.316

Đơn vị tính
TPSD
TPSD
TPSD
TPSD
TPSD
TPSD
TPSD
TPSD
TPSD

Nguồn: AFW, P Model Mass Balance, 24-02-2017