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 Hoá học
Mã số:
8520301

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2019


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

Phản biện 1: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
Phản biện 2: TS. Nguyễn Đình Thống

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ Kỹ thuật Hoá học họp tại Trường Đại học Bách khoa vào
ngày 30 tháng 08 năm 2019.


hí CVX được đánh giá là khí có trữ lượng khá lớn, với một
số tính chất đặc trưng như: nhiều CO2, ít C2,…Ngoài ra, vị trí của mỏ
khí CVX là ngoài khơi tỉnh Quảng Nam/Đà Nẵng, thuộc Miền Trung
Việt Nam. Điểm tiếp bờ dự kiến của đường ống dẫn khí là ở huyện


2
Núi Thành tỉnh Quảng Nam. Địa điểm này rất gần với khu kinh tế
Chu Lai và khu kinh tế Dung Quất, đặc biệt là gần với Nhà máy lọc
dầu (NMLD) Dung Quất. Do đó, việc nghiên cứu, đánh giá phương
án sử dụng nguồn khí này đối với NMLD là vấn đề cần phải xem xét.
Nhà máy lọc dầu Dung Quất được xây dựng vào năm 2005 và
đưa vào vận hành vào năm 2009. Đây là NMLD đầu tiên của Việt
Nam được Chính phủ giao cho Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam
triển khai xây dựng tại

hu kinh tế Dung Quất, thuộc 2 xã Bình

Thuận và Bình Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi với công suất
thiết kế 6,5 triệu tấn dầu thô/năm (tương đương 148.000 thùng/ngày)
và có thể chế biến được 100% dầu thô Bạch Hổ hoặc hỗn hợp 85%
dầu thô Bạch Hổ và 15% dầu thô Dubai.
PVN và BSR đã và đang triển khai dự án Nâng cấp mở rộng
(NCMR) NMLD Dung Quất nhằm nâng cao công suất (từ 148.000
thùng/ngày lên 192.000 thùng/ngày), đa dạng hóa sản phẩm và bên
cạnh đó còn đảm bảo chất lượng sản phẩm đạt tiêu chuẩn tương
đương Euro 5 với việc bổ sung thêm một số phân xưởng cần thiết.
Nhiên liệu sử dụng trong vận hành bình thường của Nhà máy là dầu
đốt (FO) và khí đốt nhiên liệu (FG). Trong đó khí đốt FG chỉ sử dụng
nội bộ trong Nhà máy. Dầu đốt FO vừa sử dụng làm nhiên liệu nội

2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xem xét sự phù hợp và những ảnh hưởng về vấn đề kỹ thuật
khi sử dụng khí CVX làm nhiên liệu cho các lò đốt, lò hơi của NMLD
Dung Quất;
- Từ kết quả tính toán, đưa ra những nhận định về phương án
sử dụng khí CVX để thay thế cho dầu đốt FO làm nhiên liệu nội bộ;
- Đánh giá về vấn đề kinh tế và môi trường khi sử dụng khí
CVX làm nhiên liệu cho các lò đốt, lò hơi của NMLD Dung Quất.


4
3. Đối tượng nghiên cứu
- Dòng khí CVX và các lò đốt, lò hơi điển hình của NMLD
Dung Quất
- Công cụ sử dụng: Các mô hình tính toán, phần mềm mô
phỏng chuyên dụng.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Làm tài liệu tham khảo hữu ích cho các phương án tích hợp
nguồn khí CVX vào NMLD Dung Quất;
- Làm cơ sở cho việc đánh giá sự phù hợp về mặt thiết kế và
vận hành các lò đốt, lò hơi của NMLD Dung Quất khi sử dụng khí
CVX làm nhiên liệu. Qua đó có thể sử dụng vào việc xem xét có
cần/không cần cải hoán thiết bị, hoặc sử dụng nhiên liệu như thế nào
cho phù hợp khi bổ sung từ nguồn khí CVX;
- Làm cơ sở cho việc xem xét thay đổi cơ cấu nhiên liệu nội bộ
giữa FO và FG khi có nguồn khí CVX.


5
5. Phương pháp luận thực hiện

07/09/2016. Phương án này cho công suất dòng khí thô theo ngày là
737 MMSCFD (xấp xỉ 7,2 tỷ m3 khí thô/năm) dự kiến vào năm 2023.
Sau đó nâng lên 900 MMSCFD (xấp xỉ 8,8 tỷ m3 khí thô/năm) trong
giai đoạn 2025-2030.
Bảng 1.1

ác ch ản ản lư ng h CVX

Sản

Khí cho hóa dầu

lượng

(tỷ m3/năm)

Thấp

0,85

Căn cứ
CV

1214/TTg- TN

ngày

12/07/2016
Cao


Sau khi NCMR, công suất NMLD Dung Quất tăng từ 148.000
BPSD 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
CrudeBlend Case).
Ngoài ra, NMLD sau NCMR cũng có thể hoạt động được với
hai kịch bản nguyên liệu khác gồm: 50% dầu ESPO 360 và 50% dầu
Arab nhẹ (Light Blend Case); 30% dầu Arab nhẹ và 70% dầu ESPO
346 (Heavy Blend Case).
1.3.2. Sản phẩm
Sản phẩm chính của NMLD Dung Quất sau NCMR có thể đáp
ứng được tiêu chuẩn EURO V. Ngoài việc tăng sản lượng của các
sản phẩm cũ, NMLD sau NCMR còn sản xuất sản phẩm mới là
Asphalt và xăng RON 97.
1.3.3. Công nghệ
Theo nghiên cứu của Amec Foster Wheeler (AFW), nhà thầu
FEED (Front-End Engineering Design) cho dự án NCMR, trong quá
trình NCMR, một số phân xưởng mới được xây dựng để phù hợp với
dòng nguyên liệu mới và đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng về sản
phẩm. Ngoài ra, một số phân xưởng hiện hữu cũng được nâng công
suất để phù hợp với sự tăng nguyên liệu đầu vào của nhà máy.


9
1.4. Tổng quan và lựa chọn sơ bộ công nghệ xử lý CO2
Mục tiêu của phần lựa chọn sơ bộ công nghệ xử lý CO2 là tìm
ra các công nghệ hiện có trên thế giới cho nhà máy xử lý CO2 trong
khí CVX, đáp ứng được yêu cầu về tính chất khí CVX cho quá trình
tích hợp vào NMLD sau NCMR căn cứ đề xuất thiết kế của AFW
với thành phần CO2 trong khí CVX sau xử lý là 1%tt. Công nghệ
phải thỏa mãn được các yêu cầu sau:

Nhiên liệu khí (FG) sử dụng trong NMLD được phân phối đến
các phân xưởng thông qua hệ thống cung cấp nhiên liệu khí (FG
system, U037) của NMLD. Hệ thống bao gồm thiết bị hóa hơi, bình
trộn có thiết bị gia nhiệt và hệ thống đường ống phân phối khí.

hí

nhẹ (offgas) được sản xuất từ các phân xưởng công nghệ bên trong
nhà máy được thu gom và đưa vào hệ thống. hí LPG, PP không đạt
chất lượng và hỗn hợp C4 dư được hóa hơi và trộn với dòng offgas
tại bình trộn rồi phân phối đến các phân xưởng có nhu cầu sử dụng.
Ở điều kiện hoạt động bình thường, lượng khí từ hệ thống
được cấp đến các phân xưởng là 25.727,9 kg/h (13.194 m3/h ở 46oC
và 3,3 kg/cm2g) ở chế độ vận hành BH Case-Max Gas và 21.830,7
kg/h (10.649 m3/h ở 46oC và 3,3 kg/cm2g) ở chế độ vận hành Base
Case-Max Dis.


11
2.1.2.2. Hệ thống cung cấp nhiên liệu dầu
Theo thiết kế dầu đốt (FO) được phân phối đến 3 phân xưởng
CDU, RFCC, nhà máy điện qua hệ thống cung cấp nhiên liệu dầu
(fuel oil system). Hệ thống bao gồm máy bơm, bồn chứa, thiết bị gia
nhiệt và đường ống phân phối. Nguồn dầu đốt thông thường là FO
lấy từ RFCC. Ngoài ra còn có các nguồn Heavy Gasoil, dầu thải từ
bể slop và dầu có tính axit từ CNU.
2.2. Thông tin, số liệu của một số phân xưởng, hệ thống
mới sau NCMR có liên quan đến nội dung nghiên cứu
2.2.1. Phân xưởng sản xuất Hydro (HGU)
Nguồn khí CVX đã xử lý sử dụng làm nguyên liệu cho HGU

0,44

Ibutane

0,26

Pentane

0,14

Hexane

0,09

Heptane

0,44

Tổng

100,00


12
Thành phần

Khí đã xử lý, %mol (ppmtt)

Nhiệt trị thấp, kJ/Nm (0 C,
3

Phần mềm Aspen Exchanger Design and Rating (EDR) của
hãng Aspentech cũng được sử dụng để mô phỏng và tính toán cho lò
đốt.


14
CHƯƠNG 4 - PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ VIỆC SỬ DỤNG KHÍ
CVX LÀM NHIÊN LIỆU CHO NMLD DUNG QUẤT
4.1. Phương pháp đánh giá
4.1.1. Đánh giá dựa theo nhiệt trị và chỉ số Wobbe Index
(WI)
4.1.1.1. Dựa trên nhiệt tr và chỉ số Wobbe Index (WI)
Để đánh giá việc thay đổi nguồn khí sử dụng làm nhiên liệu,
theo kinh nghiệm thế giới, hai chỉ tiêu chính cần được xem xét là
nhiệt trị thấp hoặc cao của khí (LHV hoặc HHV) và chỉ số Wobbe
Index (WI).
WI là chỉ số đặc trưng cho nhiên liệu khí, dùng để đánh giá
khả năng cung cấp nhiệt khi thay đổi các nhiên liệu khí có tính chất
khác nhau. WI (MJ/m3) được tính theo công thức sau, trong đó HHV
là nhiệt trị cao của khí (MJ/m3) và S là tỉ trọng chuẩn (Specific
Gravity) của khí.
WI = HHV/(S1/2)
Khi hai khí có cùng chỉ số WI thì nó sẽ cho cùng công suất khi
sử dụng đầu đốt khí ở cùng một điều kiện áp suất và tiết diện.

hi

đó, không cần thiết phải thay đổi các thông số kết cấu của đầu đốt.
Nếu WI của 2 khí khác nhau lớn thì phải cải tạo lại đầu đốt hoặc điều
chỉnh chế độ làm việc của đầu đốt cho phù hợp.

(Vendor Data Sheet) và kiểm chứng lại mô hình (sai số < 5%) trước
khi đưa vào tính toán ở điều kiện sau NCMR;
- Xác định các điều kiện biên bao gồm các thông số thiết kế cơ
khí cho lò hơi, lò đốt và các béc đốt (burner);
- Tính toán phương án phối trộn khí CVX vào mạng FG sau
NCMR;
- Thành phần khí CVX tính toán cơ sở là CVX-CTU;
- Xác định tính khả thi của phương pháp bao gồm:
o Tính toán các thông số vận hành sao cho không vượt
qua điều kiện biên, đặc biệt đối với các bec đốt (burner);
o Nhập các yếu tố đầu vào liên quan đến lò hơi, lò đốt sau


16
khi NCMR;
o Tính toán kiểm tra với thành phần khí FG thiết kế sau
khi NCMR để kiểm tra khi vận hành lò với thành phần
khí thiết kế sau NCMR;
o Đánh giá các lò hơi ở điều kiện mới với điều kiện không
chạm điều kiện biên;
o

ết luận, kiến nghị và đưa ra giải pháp (nếu khả thi).

Các giả thuyết sau đây được áp dụng đối với lò hơi, lò đốt vận
hành hiện hữu (trước NCMR) để tính toán:
- Cấu trúc cơ khí và chất lượng vật liệu chế tạo đảm bảo;
- Các trở nhiệt bên trong và ngoài ống là theo thiết kế;
- Lò hơi, lò đốt và các thiết bị phụ trợ được bảo trì bảo dưỡng
theo đúng yêu cầu của nhà cung cấp;

dụng FG và đường ống thu gom từ các phân xưởng mới lắp đặt sản
xuất FG.
Xét về khả năng thay thế của khí CVX đưa vào hệ thống FG
của nhà máy sau NCMR, theo kết quả tính toán như sau:
- Đối với nguồn khí CVX-GTP:
- Nguồn khí CVX-GTP có thể thay thế tối đa 22% lượng nhiệt
FO khi sử dụng khí thiết kế hiện hữu của nhà máy và tối đa 4% khi sử
dụng khí thiết kế NCMR (FG-NCMR);
- Đối với khí CVX-CTU:
- Nguồn khí CVX-CTU có khả năng thay thế 100% lượng nhiệt
FO khi sử dụng khí thiết kế hiện hữu của Nhà máy nhưng chỉ thay thế
tối đa 32% khi sử dụng khí thiết kế NCMR (FG-NCMR).
4.2.2. Tính toán định hướng khí CVX-CTU trộn với khí FGNCMR theo chỉ số Wobbe Index.


18
Trong mục này sẽ xét các trường hợp phối trộn vào hệ thống
khí đốt FG-NCMR đối với các loại khí CVX như sau.
4.2.2.1. Trộn khí CVX-GTP (CO2 30% mole) vào mạng FGNCMR
Để đạt được chỉ số WI thiết kế (FG Winter), tỉ lệ phối trộn tối
đa khí CVX-GTP vào mạng FG-NCMR là 6,9% (mole flow). Điều
này rất khó khả thi trong vận hành. Nếu pha trộn tỉ lệ cao hơn, chỉ số
WI sẽ vượt thiết kế và sẽ ảnh hưởng toàn bộ các lò hơi/lò đốt của các
phân xưởng công nghệ và phụ trợ làm ảnh hưởng đến vận hành của
NMLD sau NCMR.
Ngoài ra tỉ lệ phối trộn khí CVX-GTP vào FG-NCMR là quá
bé nên không hiệu quả kinh tế.
ết luận: Loại trừ kịch bản trộn khí CVX-GTP vào hệ thống
FG-NCMR và không tiếp tục đánh giá cho phương án này.
4.2.2.2. Trộn khí CVX-CTU (CO2 1%mol) vào mạng FGNCMR

Từ đó tiến hành tính toán bằng phần mềm mô phỏng được thành
phần khí Mixed Gas sau khi trộn.
Căn cứ vào kết quả tính toán, chỉ số WI của khí Mixed Gas là
45,3 GJ/Nm3 nằm trong giới hạn cho phép và phù hợp với thiết kế
của các thiết bị. Vì vậy việc sử dụng khí Mixed Gas cho các lò tiêu
thụ khí đốt là hoàn toàn khả thi. Thành phần khí như trên được sử
dụng trong đánh giá các lò đốt, lò hơi ở phần sau.
4.3.2. Tính toán, kiểm tra lò hơi A-4001A và lò đốt H-1201
hiện hữu khi sử dụng nguồn khí phối trộn CVX-CTU vào hệ thống
khí FG-NCMR (Mixed Gas)
4.3.2.1. Tính toán, kiểm tra lò hơi A-4001A hiện hữu khi sử


20
dụng nhiên liệu khí Mixed Gas
Bốn lò hơi hiện hữu có cấu trúc tương tự nhau, vì vậy việc tính
toán kiểm tra được thực hiện cho một lò hơi đại diện là lò hơi A4001A. Các lò hơi A-4001B/C/D tương tự. Lò hơi mới sau NCMR sẽ
được đánh giá và thiết kế chi tiết hơn trong giai đoạn tiếp theo của dự
án NCMR.
ết quả mô phỏng, tính toán cho thấy, lò hơi có thể chạy liên
tục tối đa là 94% phụ tải (do chạm điều kiện biên thiết kế áp béc đốt
ở mức 0,627 kg/cm2g) khi sử dụng nhiên liệu là khí Mixed Gas, mặc
dù chỉ số WI là thỏa mãn. Điều này là khả thi khi vận hành thực tế,
thông thường NMLD Dung Quất sau NCMR vận hành các lò (5 lò) ở
phụ tải khoảng 56÷61% tải (15001-040-JSD-0000-001.B1-Para)
hoặc có thể vận hành tối ưu cũng như an toàn cho mạng hơi nước
bằng cách vận hành phối hợp đồng thời giữa FO và CVX-CTU cho
vài lò ở phụ tải tối đa và một số lò ở phụ tải thấp bằng CVX-CTU vì
vậy việc vận hành toàn bộ bằng Mixed Gas là khả thi.
Mặt khác, lò hơi thiết kế ở 110% phụ tải (không liên tục trong

lý vào hệ thống khí nhiên liệu của NMLD sau khi nâng cấp mở
rộng.
Các thay đổi về thiết bị như sau:
- Lắp thêm mới một trao đổi nhiệt E-3701;
- Lắp thêm mới một bình trộn khí FG V-3701C;Lắp mới hệ
thống đường ống và điều khiển để kết nối với hệ thống FG của nhà
máy;
- Thay mới đường ống header chính 16 in bằng đường ống 24
in;
- Các thay đổi nhỏ khác.


22
4.6. Đánh giá hiệu quả kinh tế việc sử dụng khí CVX làm
nhiên liệu cho NMLD Dung Quất
- Kết quả tính toán cho phép đưa ra các thông số và đánh giá
như sau:
- Phương án khí nhiên liệu Mixed Gas bằng cách phối trộn giữa
khí nhiên liệu thiết kế NCMR (FG-NCMR) và khí CVX-CTU với tỉ lệ
phối trộn 45,01 %kl FG-NCMR và 54,99 %kl CVX-CTU khi vận
hành bình thường là khả thi có thể đáp ứng để thay thế nguồn nhiên
liệu FO.
- Các tính toán kiểm tra thiết kế của lò hơi U040 và H-1201 là
thỏa mãn khi vận hành với nhiên liệu là khí Mixed Gas.
- Kết quả tính toán cho thấy việc sử dụng khí Mixed Gas thay
thế cho dầu FO đã mang lại lợi ích kinh tế tốt với lượng FO thay thế
được là 352 kT/năm với tổng lợi ích mang lại khi sử dụng khí CVX
thay cho dầu FO: 39,4 triệu USD/năm.
- Việc sử dụng nhiên liệu khí sẽ giảm phát thải SOx hơn so với
sử dụng FO.