BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH BACH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HỮU CƠ- HĨA DẦU

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO -HẠNH PHÚC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên : Lê Văn Phước
Lớp

: Hóa dầu K52 QN

1-Đầu đề:

Thiết kế mô phỏng Công nghệ Reforming hơi nước khí tự
nhiên sản xuất khí tổng hợp

2-Nội dung đồ án:
-Tổng quan khí tự nhiên
-Khí tổng hợp
-Cơ sở lý thuyết và cơng nghệ sản xuất khí tổng hợp
-Thiêt kê mơ phỏng bằng hysys
-Tính tốn thiết bị chính
-Thiết kế xây dựng
-Tính tốn kinh tế
-An toàn vệ sinh lao động
3- Các bản vẻ:
- Dây chuyền sản xuất.
- Thiết bị chính.

- Mặt bằng xây dựng.
4- Cán bộ hướng dẩn

:

ThS.Vương Thanh Huyền

5- Ngày giao nhiệm vụ

:

18/03/2013

6- Ngày hoàn thành nhiêm vụ :

02/O7/2013

CHỦ NHIỆM KHOA
(Ký và ghi rõ họ tên)

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

1

SV:Lê-Văn-Phước



KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ

SINH VIÊN ĐÃ HỒN THÀNH
Ký tên

+q trình làm đồ án:
+Điểm bản vẽ

:

+ Điểm bảo vệ

:

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

2

SV:Lê-Văn-Phước


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội tuy
ngắn nhưng em đã nhận được sự dậy bảo , giúp đỡ tận tình của các thầy cô
giáo .Đặc biệt là trong khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp em đã nhân
được sự hướng dẩn tận tình của cơ giáo : Th.S Vương Thanh Huyền , giúp
em hoàn thành bản đồ án đúng thời gian quy định .

Bản đô án đã giúp em củng cố và hiểu sâu thêm về các kiến
thức đã được học trong quá trình học tập tại trường , đồng thời củng giúp
em bước đầu định hình được nhửng vến đề cần thiết khi thiết kế một phân
xưởng sản xuất trong cơng nghệ hóa dầu . Tuy nhiên với thời gan có hạn
nên khơng thể tránh được những thiếu sót , vương mắc ,kính mong các thầy cơ
giáo hướng dẩn và chỉ bảo thêm .
Em xin chân thành cảm ơn Th.S Vương Thanh Huyền đã tận tình
giúp đở và hướng dẩn trong suốt thời gian em hoàn thành bản đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trường Đại Học
Bách Khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đở trong khoảng
thời gian em học tập tại trường .
Em xin chân thành cảm ơn tới thầy cô trương Đại Học Quy
Nhơn.
Qua đây em cũng xin bầy tỏ lịng biết ơn của mình đối với gia
đình , bạn bè đả giúp đở , đơng viên trong suốt thời gian qua.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội ngày 1/7/2013
Sinh viên
Lê Văn Phước

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

3

SV:Lê-Văn-Phước


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU………………………………………………………


8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHÍ TỰ NHIÊN……………… 9.
I.1. Khái niệm……………………………………………….. 9
I.2. Nguồn gốc ……………………………………………… 9
I.3. Thành phần …………………………………………….. 10
I.4. Tính chất hóa lý của hydrocacbon ……………………… 10
I.4.1. Giới hạn cháy nổ…………………………………………… 10
I.4.2. Nhiệt trị……………………………………………………… 11
I.4.3. Tỉ khối, khối lượng riêng…………………………………… 11
I.4.4. Độ dẫn nhiệt………………………………………………… 11
I.5.1. Ứng dụng làm nhiên liệu…………………………………… 12
I.5.2. Ứng dụng làm nguyên liệu………………………………… 13
I.6. Nguồn khí và tiềm năng của Việt Nam…………………. 13
I.6.1. Nguồn khí…………………………………………………… 13
I.6.2. Khả năng khai thác và cung cấp khí ở Việt Nam………… 14
CHƯƠNG 2: KHÍ TỔNG HỢP…………………………………… .16
2.1. Khái niệm……………………………………………….. .16
2.2. Ứng dụng của khí tổng hợp …………………………….. .16
2.2.1. Tổng hợp chất hữu cơ……………………………………… 16
2.2.2. Sản xuất metanol…………………………………………

16

2.2.3. Tổng hợp andehyt và rượu mạch dài……………………

16

2.2.4. Sản xuất NH3 ………………………………………………


17

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT
KHÍ TỔNG HỢP ………………………………… 19
3.1. Cơ chế của quá trình……………………………………… 19
3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ O2/CH4………………… 30
3.4. Các q trình cơng nghệ cơ bản…………………………... 32

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

4

SV:Lê-Văn-Phước


3.4.1. Cơng nghệ chuyển hố bằng hơi nước…………………… 32
3.4.2. Cơng nghệ oxy hố khơng hồn tồn khơng cần xúc tác…33
3.4.3. Q trình chuyển hố có xúc tác……………………………34
3.4.4. Q trình tổ hợp……………………………………………… 35
3.4.5. Các q trình cơng nghệ phát triển………………………

36

3.4.6. Lựa chọnvà thuyết minh dây chuyền công nghệ………… 39
3.5. Thiết bị reforming sơ cấp…………………………………. 41
3.6. Thiết bị refoming thứ cấp………………………………… 44
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG BẰNG HYSYS…………. 46
4.1. Giới thiệu về phần mềm Hysys…………………………… .46
4.2. Mô phỏng công nghệ reforming hơi nước khí tự nhiên…… 46


4.2.1. Lựa chọn hệ nhiệt động………………………………… 46
4.2.2. Thiết lập dòng vật chất……………………………………… 47
4.2.3. Thiết lập các phản ứng……………………………………… 48
4.2.4. Sơ đồ mô phỏng trong Hysys…………………………………51
4.3 Tính cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng……………52
4.3.1. Cân bằng vật chất…………………………………………… 52
CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH…………………….54
5.1.Tính thiết bị reforming thứ cấp…………………………… 54
5.2. Tính thiết bị reforming thứ cấp…………………………….55
CHƯƠNG 6 : THIẾT KẾ XÂY DỰNG…………………………… 58
6.1. Yêu cầu chung của việc chọn địa điểm nhà máy ………… 58
6.1.1 Các yêu cầu chung …………………………………………… 58
6.1. 2. Các yêu cầu về kỹ thuật xây dựng ………………………… 58
6.2. Chọn địa điểm xây dựng nhà máy …………………………59
6.3 Yêu cầu khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy ……………… 60
6.4. Giai pháp thiết kế tổng mặt bằng phân xưởng.......................60
6.4. 1. Nguyên tắc thiết kế tổng mặt bằng phân xưởng ................60
6.4. 2. Các hạng mục cơng trình................................................... 62

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

5

SV:Lê-Văn-Phước


6.4. 3. Mặt bằng nhà máy ……………………………………………64
6.4. 4. Bố trí các thành phần trong xây dựng lộ thiên và bán lộ thiên


CHƯƠNG 7 :TÍNH TỐN KINH TẾ……………………………… 67
7.1.Mục đích và nhiệm vụ tính tốn kinh tế…………………… 67
7.2. Các loại chi phí…………………………………………… 67
7.2.1. Chi phí cho mua máy móc thiết bị………………………… 67
7.2.2. Chi phí cho vận hành dây chuyền………………………… 67
7.2.2.1Chi phí cho nguyên liệu………………………………………67
7.2.2.2.Chi phí cho năng lượng…………………………………… 68
7.2.3. Chi phí cho cơng nhân sản xuất trực tiếp…………………70
7.2.4. Chi phí khấu hao tài sản cố định…………………………… 70
7.2.5. Mức khấu hao cho một đơn vị sản phẩm……………………70
7.2.6. Chi phí tiền lơng cho một đơn vị sản phẩm……………… 70
7.2.7. Chi phí cho nhiên liệu và năng lượng………………………70
7.2.8. Chi phí cho phân xưởng…………………………………… 70
7.2.9.Chi phí cho quản lý doanh nghiệp………………………… 71
7.2.10. Chi phí bán hàng…………………………………………… 71
7.3. Doanh thu do phương án kỹ thuật đem lại………………… 71
7.4. Lợi nhuận………………………………………………… 72
7. 5 Thời gian hoàn vốn…………………………………………72
CHƯƠNG 8 : AN TOÀN VỆ SINH LAO Đ ỘNG………………… 73

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

6

SV:Lê-Văn-Phước


8.1.An tồn lao động…………………………………………….73
8.1.1.Mục đích và ý nghĩa ………………………………………… 73
8.1.2. Các biện pháp an tồn lao động …………………………… 73

8.2 Cơng tác vệ sinh lao động ………………………………… 75
8.2.1.Vệ sinh đối với mặt bằng nhà máy……………………………75
8.2.2. Hệ thống thơng gió ……………………………………………75
8.2.3.Hệ thống che mưa , che nắng cho phân xưởng sản xuất …75
8.2.4.Hệ thống vệ sinh cá nhân …………………………………… 75
KẾT LUẬN...........................................................................................76
LIỆU THAM KHẢO.............................................................................77

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

7

SV:Lê-Văn-Phước


MỞ ĐẦU
Dầu mỏ và khí tự nhiên ln là hai nguồn nguyên liệu, nhiên liệu được chú ý
hàng đầu trên thị trường thế giới. Dầu khí được sử dụng làm nhiên liệu, nguyên liệu
cho công nghiệp chất dẻo, tơ sợi, bột giặt, cơng nghiệp phân bón và nhiều ngành
khác.
Tại Việt Nam mặc dù đã phát hiện và khai thác được nhiều mỏ dầu và khí
nhưng chủ yếu vẫn là xuất khẩu dầu thô và chế biến thành các loại nhiên liệu phục
vụ một phần rất nhỏ nhu cầu trong công nghiệp và đời sống sinh hoạt. Ngành cơng
nghiệp hố dầu của chúng ta còn rất non trẻ và đang trong q trình xây dựng.
Ngành sản xuất có ý nghĩa nhất trong cơng nghiệp hố dầu của chúng ta hiện
nay là sản xuất phân đạm. Nó cũng đáp ứng được phần nào nhu cầu rất lớn về phân
bón của một nước nông nghiệp như Việt Nam.
Nguyên liệu để sản xuất phân đạm là khí tổng hợp (H 2+ CO). Nguyên liệu ban
đầu để sản xuất khí tổng hợp rất phong phú gồm có các loại than, các loại nhiên liệu
lỏng từ nhẹ tới nặng (từ xăng tới mazút), khí tự nhiên... Trong các loại ngun liệu

đó thì khí tự nhiên là có ưu thế hơn so với các loại nguyên liệu khác như than. Bởi
vì cơng nghệ sử dụng khí tự nhiên có thể dễ dàng cơ khí hố và tự động hố các q
trình cháy của chúng, do đó có thể khống chế các thông số kỹ thuật rất chặt chẽ và
chính xác.
Bản đồ án tốt nghiệp này em được giao nhiệm vụ “Thiết kế mô phỏng công
nghệ steam reforming sản xuất khí tổng hợp từ khí tự nhiên’’.
Mục đích của đề tài:
- Tìm hiểu các cơng nghệ sản xuất khí tổng hợp trên thế giới.
- Đánh giá các cơng nghệ sản xuất khí tổng hợp.
- Dùng phần mềm Hysys mơ phỏng cơng nghệ steam reforming sản xuất khí
tổng hợp từ khí tự nhiên.

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

8

SV:Lê-Văn-Phước


CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ KHÍ TỰ NHIÊN
I.1. Khái niệm [1]
Khí tự nhiên là tập hợp những hydrocacbon khí CH 4, C2H6, C3H8, C4H10 v.v…
có trong lịng đất. Chúng thường tồn tại trong những mỏ khí riêng rẽ hoặc tồn tại ở
trên các lớp dầu mỏ. Khí tự nhiên cịn được hiểu là khí trong các mỏ khí. Khí tự
nhiên cũng ln chứa các khí vơ cơ như N2, H2S, CO2..., khí trơ, hơi nước.
Người ta phân loại khí tự nhiên làm hai loại: khí khơng đồng hành (cịn gọi là
khí tự nhiên) và khí đồng hành. Khí tự nhiên khai thác được từ mỏ khí, cịn khí
đồng hành khai thác được trong quá trình khai thác dầu mỏ ở trong mỏ dầu. Trong
lòng đất, dưới áp suất và nhiệt độ cao, các chất hydrocacbon khí như CH 4, C2H6,
C3H8... phần lớn hịa tan trong dầu, khí bơm lên mặt đất, do áp suất giảm nên chúng

tách ra khỏi dầu tạo thành khí đồng hành.
I.2. Nguồn gốc [1]
Nguồn gốc hình thành hữu cơ tạo ra dầu mỏ có nhiều nguồn gốc khác nhau,
trong đó quan trọng nhất là các sinh vật đồng thời cũng có một phần xác động thực
vật hình
thành nên.
Các giai đoạn hình thành dầu khí:
Q trình hình thành dầu khí trong các mỏ được các nhà khoa học giải thích
theo nhiều chiều hướng khác nhau, tuy nhiên giả thuyết hữu cơ của các
hydrocacbon trong dầu mỏ là có nhiều cơ sở khoa học nhất. Sự hình thành này xảy
ra hàng triệu năm và có thể chia thành 4 giai đoạn sau:
* Giai đoạn 1: Giai đoạn này bao gồm các q trình tích tụ vật liệu hữu cơ ban
đầu. Xác động thực vật được lắng đọng lại. Chúng được các vi sinh vật phân huỷ
thành khí và các sản phẩm tan trong nước, phần bền vững nhất không tan sẽ lắng
đọng lại thành các lớp trầm tích dưới đáy biển. Q trình này diễn ra trong khoảng
vài triệu năm.
* Giai đoạn 2: Giai đoạn này bao gồm các quá trình biến các chất hữu cơ
thành các phân tử hydrocacbon ban đầu. Những hợp chất hữu cơ ban đầu khơng bị
phân huỷ bởi vi khuẩn là nhóm hợp chất béo. Qua hàng triệu năm, những hợp chất
này lắng sâu xuống đáy biển. Ở độ sâu càng lớn, áp suất và nhiệt độ càng cao (T:
100-2000C, P: 200-1000 atm). Ở điều kiện này, các thành phần hữu cơ trên bị biến
đổi do các phản ứng hóa học tạo ra các cấu tử hydrocacbon ban đầu của dầu khí.
* Giai đoạn 3: Giai đoạn này bao gồm các quá trình di cư các hydrocacbon
ban đầu đến các bồn chứa tự nhiên. Chúng được phân bố rải rác trong các lớp trầm
tích. Do áp suất trong các lớp đá trầm tích rất cao nên các hydrocacbon ban đầu bị

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

9


SV:Lê-Văn-Phước


đẩy ra và di cư đến nơi khác. Quá trình di cư diễn ra liên tục cho đến khi các
hydrocacbon ban đầu đến được các lớp sa thạch, đá vôi, nham thạch có độ rỗng xốp
cao được gọi là đá chứa, từ đó hình thành nên các bồn chứa tự nhiên. Tại các bồn
chứa này, các hydrocacbon không thể di cư được nữa. Trong suốt quá trình di cư
ban đầu, các hydrocacbon ln chịu các biến đổi hóa học và dần nhẹ đi.
* Giai đoạn 4: Giai đoạn này bao gồm các quá trình biến đổi dầu mỏ trong các
bồn chứa tự nhiên.
I.3. Thành phần [1]
Thành phần định tính, định lượng của khí tự nhiên rất giống nhau ở các mỏ
khác nhau, có thể khác nhau đáng kể ở các tầng trong cùng một mỏ.
Giữa khí tự nhiên và khí đồng hành khơng có sự khác biệt lớn về thành phần
định tính, nhưng về mặt định lượng thì khí đồng hành nghèo CH 4, hơn và giàu C4+
hơn so với khí tự nhiên.
Bảng 1.1 Thành phần khí tự nhiên một số mỏ khí(%V)
Mỏ Urengơi

Mỏ Saratov

Mỏ Lan Tây

[%V]

[%V]

[%V]

[%V]


CH4

97.9

94.7

88.5

93.9

C 2 H6

0.2

1.8

4.3

2.3

C 3 H8

0.1

0.2

2.4

0.5


i-C4H10

0.0

0.0

0.6

0.1

n-C4H10

0.0

0.1

0.6

0.1

C5+

0.0

0.0

1.4

0.2


N2

1,5

0.2

0.3

1.6

CO2

0.3

3.0

1.9

1.2

H2

0.0

0.0

1.0

0.0


Cấu tử

Mỏ Lan Đỏ

Bảng 1.2 Thành phần khí đồng hành của một số mỏ (%V)
Cấu tử

Bạch Hổ [%V]

Rồng [%V]

Đại Hùng [%V]

CH4

71.59

76.54

77.25

C 2 H6

12.52

6.398

9.49


C 3 H8

8.61

8.25

3.83

i-C4H10

1.75

0.78

1.43

n-C4H10

2.96

0.94

1.26

C5+

1.84

1.49


2.33

CO2

0.72

5.02

4.5

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

10

SV:Lê-Văn-Phước


Khí tự nhiên là nguồn ngun liệu, nhiên liệu vơ cùng q giá, gần như khơng
tái sinh, đóng vai trị cực kỳ quan trọng trong hoạt động kinh tế, trong cuộc sống
của con người. Một sự biến động trong cán cân cung cầu dầu khí đều lập tức ảnh
hưởng đến mọi lĩnh vực kinh tế, đến chính sách kinh tế, xã hội. Ngày nay, dầu khí
được coi là tài nguyên chiến lược, chịu sự kiểm soát trực tiếp hoặc gián tiếp của các
quốc gia.
I.4. Tính chất hóa lý của hydrocacbon [5]
Các khí hydrocacbon khơng màu, khơng mùi, khơng vị, trong quá trình chế
biến và sử dụng rất dễ gây nguy hiểm. Để xác định độ rị rỉ của khí hydrocacbon
người ta phải thêm vào trong thành khí chất tạo mùi tuỳ theo yêu cầu và mức độ an
toàn. Mercaptan là chất tạo mùi được sử dụng phổ biến trong quy trình xác định độ
rị rỉ của khí hydrocacbon.
Các khí hydrocacbon có tính chất khác nhau, hầu như khơng tan trong nước

nhưng lại có thể tan trong dung mơi hữu cơ. Nhiệt độ sôi của các hydrocacbon no
mạch thẳng tăng dần theo số nguyên tử cacbon trong mạch.
I.4.1. Giới hạn cháy nổ
Giới hạn cháy nổ là phần trăm thể tính (%V) hoặc phần trăm mol của khí trong
hỗn hợp với khơng khí hoặc oxy ngun chất có thể cháy nổ khi gặp nguồn lửa.
Giới hạn cháy nổ dưới là phần trăm thể tích hoặc phần trăm mol nhỏ nhất của
khí trong hỗn hợp với khơng khí hoặc với oxy ngun chất có thể cháy nổ khi gặp
nguồn lửa.
Giới hạn cháy nổ trên là phần trăm thể tích hoặc phần trăm mol lớn nhất của
khí trong hỗn hợp với khơng khí hoặc với oxy nguyên chất có thể cháy nổ khi gặp
nguồn lửa.
Vùng an tồn là vùng hỗn hợp khí có thành phần về phần trăm thể tích hoặc
phần trăm mol nằm ngoài vùng cháy nổ.
Giới hạn cháy nổ dưới và trên của các cấu tử i trong hỗn hợp với không khí
hoặc với oxy được tính theo cơng thức.
Y(

) = 100

Trong đó.
+ Y - Giới hạn cháy nổ của hỗn hợp khí.
+ n1 - Phần trăm thể tích hoặc phần trăm mol.
+ Ni - Giới hạn cháy nổ cấu tử I được tra bảng dưới.

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

11

SV:Lê-Văn-Phước



Bảng 1.3 Giới hạn cháy nổ của một số khí (%V) tại P= 1bar
Chất

Hỗn hợp với khơng khí

Hỗn hợp với oxy.

Giới hạn dưới.

Giới hạn trên.

Giới hạn dưới.

Giới hạn trên.

CH4

5.3

14

5.4

61.0

C2H6

3.0


12.5

3.0

66.0

C3H8

2.2

9.5

2.3

55.0

n-C4H10

1.9

8.5

1.8

49.0

i-C4H10

1.8


8.4

1.8

49.0

n-C5H12

1.4

8.3

-

-

n-C6H14

1.2

7.7

-

-

H2S

4.3


45.5

I.4.2. Nhiệt trị
Nhiệt trị của một chất là lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy một lượng chất ấy để
tạo ra các oxyt cao nhất hoặc các chất bền.
- Nhiệt trị trên là nhiệt trị của phản ứng cháy khi nước sinh ra tồn tại ở thể
lỏng.
- Nhiệt trị dưới là nhiệt trị của phản ứng khi nước sinh ra tồn tại ở thể hơi.
I.4.3. Tỉ khối, khối lượng riêng
Khối lượng riêng của khí là khối lượng của của một đơn vị thể tích chất khí đó
ở nhiệt độ và áp suất nhất định.
ρ= m/V
Tỉ khối của chất khí là tỷ số giữa khối lượng riêng của khơng khí trong cùng
điều kiện nhiệt độ và áp suất.
I.4.4. Độ dẫn nhiệt
Độ dẫn nhiệt của một chất được hiểu là lượng nhiệt truyền qua một đơn vị tiết
diện vng góc với phương truyền nhiệt trong một đơn vị thời gian khi gradien
bằng đơn vị.
Các hydrocacbon ở thể lỏng có độ dẫn nhiệt gấp 10 lần so với các
hydrocacbon ở thể hơi. Khi nhiệt độ tăng thì độ dẫn nhiệt của các hydrocacbon lỏng
giảm tuyến tính với nhiệt độ. Các hydrocacbon khí độ dẫn nhiệt giảm khi phân tử
lượng tăng. Khi áp suất tăng độ dẫn nhiệt của hydrocacbon tăng theo do mật độ của
các phân tử hydrocacbon tăng theo.

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

12

SV:Lê-Văn-Phước



I.5. Ứng dụng của khí [3]
Trước đây ở nước ta khí tự nhiên và khí đồng hành chưa được khai thác và sử
dụng một cách hợp lý. Khí đồng hành bị đốt bỏ ngay tại giàn khoan, khí tự nhiên
chưa được khai thác đúng cách, điều này đã gây lãng phí tài nguyên của đất nước.
Ngày nay con người đã biết cách sử dụng hợp lý nguồn khí đồng hành và khí tự
nhiên, ứng dụng trong nhiều ngành khác nhau có thể làm nguyên liệu hoặc nhiên
liệu.
I.5.1. Ứng dụng làm nhiên liệu
Khí tự nhiên và khí đồng hành thường được sử dụng làm nhiên liệu vì nó có
những ưu điểm hơn so với các nhiên liệu khác.
- Cháy tạo ít muội ít gây ơ nhiễm mơi trường.
- Nhiệt trị cao và phân bố đều.
- Hệ thống cung cấp khí đơn giản có thể đưa vào hệ thống tự động hố, so với các
nhiên liệu khác như dầu diezen, FO, củi…
Khí đồng hành và khí tự nhiên là nhiên liệu rẻ tiền nhưng lại có hiệu quả cao
được sử dụng trong các ngành kinh tế quốc dân như năng lượng, công nghiệp, khí
đốt dân dụng.
I.5.2. Ứng dụng làm nguyên liệu
Đối với các ngành cơng nghiệp hóa dầu ở các nước phát triển như ở Mỹ, Nhật
thì khí tự nhiên và khí đồng hành là nguồn nguyên liệu hết sức quan trọng, loại
nguyên liệu này mang lại lợi nhuận kinh tế rất lớn. Các loại khí này được ứng dụng
để sản xuất chất dẻo, PVC, metanol, dược phẩm...
I.6. Nguồn khí và tiềm năng của Việt Nam
I.6.1. Nguồn khí
Nằm trên bán đảo Đơng Dương, Việt Nam có phần đất liền trải dài từ 8 o đến 22o
vĩ bắc. Với một địa hình như vậy, Việt Nam có một đường bờ biển rất dài (trên
3200 km) tạo ra một vùng kinh tế biển rộng lớn, chứa nhiều tiềm năng kinh tế đầy
hứa hẹn của đất nước, đặc biệt là tiềm năng dầu khí (một trong những ngành công
nghiệp mũi nhọn hiện nay của đất nước).

Mặc dù kế hoạch tổng thể khí được tiến hành trong các năm 1995-1996, nhưng
các kết luận chính của báo cáo này về tiềm năng khí của Việt Nam vẫn cịn có giá
trị. Tuy nhiên, các chương trình khoan sau đó, đã cho thấy trữ lượng khí có thể thu
hồi tại bồn trũng Nam Cơn Sơn có thấp hơn dự kiến ban đầu, trong khi tại bồn trũng
Malay - Thổ Chu có cao hơn. Nguồn tài ngun khí được phân bố trên khắp cả
nước, với phần lớn khí tập trung tại bồn trũng Nam Côn Sơn và bồn trũng Sông
Hồng. Có nhiều bỗn trũng đã tìm thấy khí bị nhiễm CO 2 cao nhất là khí khơng đồng
hành của bồn trũng Sông Hồng.

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

13

SV:Lê-Văn-Phước


Từ những kết luận chính của nghiên cứu kế hoạch tổng thể khí về tiềm năng
khí, chúng ta có thể mơ phỏng bức tranh chung về tiềm năng khí Việt Nam như sau:
Việt Nam có nguồn tài nguyên đáng kể với tổng trữ lượng dầu và khí có thể thu
hồi về mặt kỹ thuật là 780 triệu m 3 dầu và 160 tỉ m3 khí đồng hành, 1130 tỉ m 3 khí
khơng đồng hành và 200 triệu m3 condensat.
Các bồn trũng chứa dầu khí chính đến 90% trữ lượng có thể thu hồi về mặt kỹ
thuật của Việt Nam là Nam Côn Sơn, Cửu Long, Malay-Thổ Chu và Sông Hồng.
Hầu hết trữ lượng khí của Việt Nam là khí khơng đồng hành chiếm 90%. Khối
lượng khí đồng hành tại các mỏ dầu đang khai thác hiện nay là tương đối nhỏ so với
trữ lượng khí đã phát hiện và sản lượng khí đồng hành phụ thuộc vào việc khai thác
dầu, nên việc sử dụng khí đồng hành cần phải có kế hoạch thu gom và bổ sung để
đảm bảo cung cấp khí lâu dài.
Bảng 1.4 Dự báo trữ lượng khí và tiềm năng các bể ở Việt Nam
Trữ lượng đã thẩm định


Trữ lượng tiềm năng

(Tỷ m3)

(Tỷ m3)

Sông Hồng

5,6 - 11.2

28 – 56

Cửu Long

42 - 70

84 - 140

Nam Côn Sơn

140- 196

532- 700

Mã Lai- Thổ Chu

14 - 42

84 - 140


Trữ lượng
Bể

Các bể khác
Tổng cộng

532 - 700
201,6 - 319,2

1260 -1760

I.6.2. Khả năng khai thác và cung cấp khí ở Việt Nam
Việt Nam hiện đang khai thác khí thương mại từ các mỏ Tiền Hải, Bạch Hổ và
Lan Tây. Mức sản xuất khí tương lai sẽ phụ thuộc vào hợp đồng mua bán khí với lơ
06.1 (Lan Tây/ Lan Đỏ) và các mỏ khí khác như Rồng Đôi, Hải Thạch, Mộc Tinh.
Khả năng cung cấp khí lớn nhất và có hiệu quả là nguồn khí từ Nam Cơn Sơn
với sản lượng khai thác 2,7 tỉ m 3/năm từ Lan Tây/ Lan Đỏ bắt đầu cuối 2002 và đạt
lưu lượng ổn định năm 2005, cung cấp khí 4-5 tỉ m3/năm từ năm 2007 và có thể
tăng trên 7 tỉ m3/năm (đạt hết công suất đường ống Nam Côn Sơn) sau năm 2010 và
hy vọng với các phát hiện khí mới, bồn trũng Nam Cơn Sơn sẽ đảm bảo cho sản
lượng khai thác này trên 30 năm.
Các nguồn khí đồng hành từ bồn trũng Cửu Long có thể cung cấp một sản
lượng đỉnh khoảng 5 tỉ m3/năm vào năm 2005, những cũng rất nhanh xuống 3 tỉ

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

14

SV:Lê-Văn-Phước



m3/năm vào năm 2010. Tuy nhiên, cũng có thể một số các mỏ dầu khí khai thác tại
bồn trũng Cửu Long sẽ được phát hiện và có thể làm tăng thêm sản lượng này,
nhưng nói chung các mỏ đó là tương đối nhỏ và ít có khả năng phát triển kinh tế,
hơn nữa với công suất hạn chế của đường ống Bạch Hổ, phải tìm các phương án
giải quyết khác cho sản lượng khí đồng hành dư thừa khơng vận chuyển hết vào bờ,
hoặc xây dựng thêm một đường ống dẫn khí khác hoặc chế biến tại chỗ hay đốt bỏ,
tất cả đều phụ thuộc vào giá khí thu gom và thị trường tiêu thụ sản phẩm.
Mỏ Bạch Hổ kết hợp với mỏ Rồng bên cạnh hiện nay đang cung cấp khoảng 1,4
tỉ m3 khí mỗi năm vào bờ cho nhà máy chế biến khí Dinh Cố. Sản phẩm khí khô
chiếm khoảng 85% (1,2 tỉ m3/năm) được sử dụng để phát điện, LPG (240 - 300
nghìn tấn/năm) cho đun nấu gia đình/cơng nghiệp địa phương và condensat
(130.000 tấn/năm) cho chế biến xăng A83.
Bồn trũng Sơng Hồng, nằm ngồi khơi phía Bắc và miền trung Việt Nam, hy
vọng có khả năng khai thác khí đáng kể. Tuy nhiên, cũng có dự kiến rằng phần lớn
khí ở đây là bị nhiễm nặng CO2, vì vậy khả năng khai thác có hiệu quả kinh tế bị
giảm rất nhiều. Bồn trũng Malay - Thổ Chu với một số lơ có triển vọng, nhưng
trong thời gian thăm dò vừa qua đã cho thấy khu vực này chỉ có các mỏ khí nhỏ.
Mặc dù phần lớn khí đồng hành cho phía Việt Nam từ khu vực PM3 có thể đạt tới
2,5 tỉ m3/năm, nhưng lượng khí này chỉ tồn tại được trong vài năm. Sử dụng khí tại
đây cần phải kết hợp giữa các nhà khai thác để có thể tận dụng được nguồn khí
đồng hành sẵn có và bổ sung kịp 4 thời các nguồn khí khơng đồng hành khác.

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

15

SV:Lê-Văn-Phước



CHƯƠNG 2:
KHÍ TỔNG HỢP
2.1. Khái niệm
Khí tổng hợp là hỗn hợp khí N2, CO, H2 có nhiệt trị cao dễ sử dụng, dễ điều
khiển tự động khi sử dụng để cấp nhiệt cho các lị có nhiệt độ cao, dễ vận chuyển và
đặc biệt khi đốt khơng có muội.
2.2. Ứng dụng của khí tổng hợp [1]
Ngồi tác dụng cấp nhiệt cho các lị cơng nghiệp, ứng dụng quan trọng nhất của
khí tổng hợp là dùng làm bán sản phẩm cho cơng nghiệp tổng hợp các hố chất
khác.
2.2.1. Tổng hợp chất hữu cơ
Xăng nhân tạo bắt đầu được nghiên cứu bởi Fisher và Tropsh năm 1932 và đến
1937 triển khai lần đầu tiên ở thành phố Leuna (Đức). Điều kiện tiến hành phản ứng
là nhiệt độ từ 200-500oC, áp suất 0,5-1 MPa, trên xúc tác Fe2O3
n CO + 2nH2 → nCH2 + nH2O
nCH2 + H2 → CH3-(CH2)n-2-CH3
Các hyđrocacbon thu được của phản ứng Fisher – Tropsh là hỗn hợp các
hydrocacbon với số nguyên tử cacbon có thể từ C 3-C18 hoặc cao hơn. Chúng được
chưng cất để sản xuất nhiên liệu cho động cơ.
2.2.2. Sản xuất metanol
Được tổng hợp lần đầu tiên ở Leuna (Đức) năm 1923. Phản ứng tiến hành
trong điều kiên nhiệt độ 400oC, áp suất 30MPa, chất xúc tác sử dụng là ZnO –Cr2O3:
CO +2H2 → CH3OH
Metanol là một trong những nguyên liệu và dung môi quan trọng nhất cho
cơng nghiệp hố học. Đặc biệt ứng dụng quan trọng nhất của methanol là để sản
xuất formaldehyt (nhiệt độ 530oC, xúc tác là Ag2O).
2CH3OH → 2CHO + 3H2
Formaldehyt để sản xuất nhựa phenolformaldehyt và ureformaldehyt.
Phenolformaldehyt làm sơn cách điện và vật liệu cách điện, ureformaldehyt còn để

sản xuất thuốc nổ.
2.2.3. Tổng hợp andehyt và rượu mạch dài
Từ etylen và khí tổng hợp người ta sản xuất andehyt butylic (nhiệt độ 150200oC, áp suất từ 10-30 MPa.
CH2=CH2 + CO +H2 → CH3 –CH2-CHO

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

16

SV:Lê-Văn-Phước


Từ andehyt butylic người ta sản xuất nhựa polyvinyl Butiral, là nhựa duy nhất
có chiết suất bằng chiết suất của khơng khí.
Rượu mạch dài được tạo thành bởi các xúc tác là các vết kiềm theo phản ứng:
n CO +2n H2 → CnH2n+1OH + (n-1)H2O
Các rượu mạch dài từ C4-C10 cịn để sản xuất các loại chất hố dẻo cho các loại
nhựa.
2.2.4. Sản xuất NH3
Quá trình tổng hợp amoniac đi từ khí tự nhiên và đồng hành bao gồm 3 giai
đoạn:
a) Chuyển hóa khí tự nhiên và đồng hành thành khí tổng hợp, bằng q trình
reforming hơi nước và oxy hóa một phần.
b) Loại bỏ CO và CO2 vì chúng gây ngộ độc xúc tác. Người ta thực hiện việc
loại bỏ CO bằng cách :
Đầu tiên chuyển CO thành CO2 bằng hơi nước theo phản ứng :
CO + H2O → CO2 + H2
Sau đó CO2 sẽ được loại bỏ bằng rửa nước, hấp thụ bằng dung dịch cacbonat
và mono etanolamin. Khi hàm lượng CO còn lại là đủ nhỏ người ta tiến hành tinh
chế khí nhờ q trình metan hóa.

CO +3H2 → CH4 + H2O
để loại bỏ các oxit CO, CO2 đến mức nhỏ hơn 10 ppm
c) Giai đoạn tổng hợp ammoniac.
N2 +3H2 → 2 NH3 + 91,44kJ/mol
Đây là phản ứng toả nhiệt giảm thể tích do đó nếu giảm nhiệt độ, tăng áp suất
thì cân bằng chuyển dịch về bên phải, hiệu suất tổng hợp NH3 tăng.
Tuỳ theo điều kiện áp suất người ta chia làm 3 quá trình:
- Quá trình tổng hợp áp suất thấp

10-15 MPa

- Quá trình tổng hợp áp suất trung bình 25-50 MPa
- Quá trình tổng hợp áp suất cao

60-100 MPa

Trong công nghiệp thường tiến hành phản ứng trong nhiệt độ từ 300-400oC.

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

17

SV:Lê-Văn-Phước


Xúc tác phổ biến nhất là Fe 3O4 với các chất phụ gia là Al 2O3; K2O và CaO, nó
đảm bảo được các u cầu, có hoạt tính cao trong thời gian dài, bền đối với các chất
độc và giá thành rẻ.

Đại Học Bách Khoa Hà Nội


18

SV:Lê-Văn-Phước


CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
KHÍ TỔNG HỢP
3.1. Cơ chế của q trình
Khí tổng hợp là hỗn hợp khí N2, CO, H2 có nhiệt trị cao dễ sử dụng, dễ điều
khiển tự động khi sử dụng để cấp nhiệt cho các lị có nhiệt độ cao, dễ vận chuyển và
đặc biệt khi đốt khơng có muội.
Sản xuất khí tổng hợp có thể tiến hành theo các phương pháp:
- Khí hố nhiên liệu rắn.
- Khí hố nhiên liệu lỏng.
- Chuyển hố cacbua hydro khí.
Sau đây ta chỉ xét phương pháp chuyển hố cacbuahydro khí với cấu tử chính
là metan.
Có thể dùng H2Ohơi, CO2 và O2 làm chất oxy hố. Phản ứng oxy hố khơng
hồn tồn CH4.
CH4 +
H2O → CO + 3H2 - 205 kJ/mol
(2.1.1)
CH4 +
CO2
→ 2CO + 2H2
- 247kJ/mol
(2.1.2)
CH4 + 1/2 O2
→ CO + 2H2 + 36kJ/mol

(2.1.3)
Với đồng đẳng của metan:
CnH2n+2 + nH2O → (2n + 1)H2 + nCO
(2.1.4)
Trong sản phẩm khí thu được ngồi H2 cịn có CO.
Đồng thời cịn xảy ra phản ứng chuyển hoá CO bằng H2Ohơi
CO + H2Ohơi → CO2 + H2 + 42 kJ/mol
(2.1.5)
Khi chất oxy hoá là hơi nước
Các phản ứng xảy ra chủ yếu là
CH4 + H2O → CO + 3H2 - 205 kJ/mol
(2.1.1)
CO + H2O → CO2 + H2 42 kJ/mol
(2.1.5)
Hằng số cân bằng:
Kp1 = (PCO.P3H2)/(PCH4.PH2O)
Kp5 = (PCO2.PH2)/(PCO.PH2O)

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

19

SV:Lê-Văn-Phước


Bảng 3.1 Hằng số cân bằng của phản ứng (2.1.1) và (2.1.5)

Phản ứng

500oC


700oC

900oC

CH4 + H2O

9,945.10-3

12.71

1493

= CO +

(9,59.10-3)

(12,95)

(1497)

CO + H2O

4,999

1,576

0,7694

= CO2 + H2


(4,872)

(1,612)

(0,7776)

3H2

lnKp = A +
A

B

30,4197

-27106,2

-3,79762

4159,54

Các hydrocacbon cao hơn gây nên sự tạo thành cacbon mạnh hơn so với
metan, và những xúc tác đặc biệt chứa kiềm hoặc các xúc tác dựa trên cơ sở magiê
oxit hoạt động được dùng cho quá trình refoming Naphtha và những nguyên liệu
tương tự. Các chất hoạt hóa (xúc tác) làm cho q trình hấp phụ hơi nước tăng lên.
Nhiều thiết bị reforming Naphtha bằng hơi nước được Topsoe/Chiyoda thiết
kế sử dụng xúc tác Topose trên cơ sở magie oxit hoạt tính. Khi sử dụng xúc tác
chứa kiềm tự do sẽ đạt được độ hoạt động cao. Điều này tạo ra tính linh động cao
trong một dãy các nguyên liệu, và thậm chí cả hợp phần keronsene cũng đó được

dùng như nguồn nguyên liệu cho quá trình.
a; Nhiệt độ ảnh hưởng đến cân bằng
Đặc điểm của phản ứng (2.1.1) là thu nhiệt và tăng thể tích, phản ứng (2.1.2)
là phản ứng thu nhiệt và thể tích khơng đổi.

Đại Học Bách Khoa Hà Nội

20

SV:Lê-Văn-Phước