QUÁ TRÌNH LNG
1. Khái quát về LNG:

LNG (Liquefied Natural Gas) là một loại khí tự nhiên với thành phần chính là khí
Methane đã được hóa lỏng với mục đích thuận tiện trong việc tồn chứa và vận
chuyển. Việc hóa lỏng khí tự nhiên cho phép vận chuyển được một lượng lớn sản
phẩm đến người tiêu dùng so với Methane ở dạng khí.
Quá trình LNG là quá trình làm mát khí tự nhiên để đạt trạng thái lỏng – khoảng
-162oC (-259oF). Để phục vụ cho mục đích thương mại, LNG sẽ được chuyển
ngược lại thành dạng khí sau khi vận chuyển.

2. Chuỗi quá trình LNG:

Quá trình sản xuất và phân phối LNG được bắt đầu từ năm 1964 với sơ đồ sau:

Hình 1: Quá trình LNG.
2.1.

Khai thác:
Hiện nay, phần lớn lượng LNG trên thế giới được xuất khẩu từ các nước có
trữ lượng khí lớn.
Khai thác là quá trình đầu tiên trong cả chuỗi quá trình LNG. Sau khi các
giếng được khoan, khí tự nhiên được lấy ra và xử lí sơ bộ. Dòng khí này
được gọi là “Raw Feed Gas”. “Raw Feed Gas” với thành phần chính là khí
Methane và một lượng ít tạp chất và các khí khác (như ethane, propan,
butane, H2S, CO2…). Vì vậy, trước khi đưa vào hóa lỏng, dòng khí này phải
được làm sạch để đảm bảo độ tinh khiết cho sản phẩm và tránh gây ăn
mòn cho đường ống và thiết bị tồn chứa.


2.2.

Các quá trình tại nhà máy:
Một trong những mục đích chính của nhà máy LNG là cung cấp các thành
phần và đặc tính đốt cháy phù hợp thông qua việc làm mát và ngưng tụ khí
tự nhiên. Đặc tính đốt cháy và thành phần đóng vai trò rất quan trọng
trong việc quyết định chất lượng của sản phẩm. Khí tự nhiên có chất lượng
tốt thường chứa 85% đến 99% khí Methane.

Hình 2: Quá trình tại nhà máy LNG.
• Làm sạch khí tự nhiên:
Việc tách và loại bỏ các hợp chất không cần thiết và tạp chất được thực
hiện tại các nhà máy trước khi hóa lỏng khí tự nhiên. Các thành phần cần
tách loại khỏi khí tự nhiên là H2S, CO2, nước và các thành phần nặng. Các
hợp chất này có thể ăn mòn thiết bị, làm giảm chất lược sản phẩm LNG
bằng việc đóng rắn trong thiết bị và đường ống.
• Hóa lỏng khí tự nhiên:
Sau khi tách loại hầu hết các tạp chất, khí tự nhiên được đưa vào quá trình
hóa lỏng. Khí được hóa lỏng thông qua ứng dụng công nghệ làm lạnh để
giảm nhiệt độ xuống khoảng -162oC – trạng thái lỏng của Methane.
LNG là chất lỏng không gây ăn mòn, không màu, nặng bằng một nửa so với
nước. Một thể tích LNG có thể bằng 600 thể tích khí tự nhiên ở 15,6 oC và
1atm. Bằng việc hóa lỏng này, LNG đạt giá trị kinh tế cao hơn trong việc
vận chuyển.
2.3.

Vận chuyển LNG:
Thông thường, LNG được vận chuyển đến nơi tiêu thụ bằng đường biển,
xe tải và một số nơi là đường sắt (Nhật Bản).
Đường biển:
Khi khoảng cách từ các nhà máy đến nơi tiêu tụ lớn, LNG thường được vận

chuyển bằng đường biển, đặc biệt trong ngành LNG Carrier. Hơn 45.000
•


hành trình được thực hiện mà không có bất kì sự cố mất mát nào. Ngày
nay, LNG được vận chuyển trên các con tàu double-hulled, được thiết kế
để chứa hàng ở điều kiện gần áp suất khí quyển và nhiệt độ lạnh là -162oC.
Bể chứa LNG có lớp cách nhiệt để hạn chế lượng LNG bị bay hơi trong quá
trình vận chuyển.
Khoảng 300 tàu LNG đang hoạt động và đa số có thể mang 120.000 đến
175.000 m3 LNG. Chi phí của các tàu LNG ngày nay là giữa 225-250 triệu đô
cho tàu vận chuyển 135.000 m3 đến khoảng 300 triệu đô cho các tàu có
dung tích lớn hơn.

Hình 3: Tàu vận chuyển LNG.

Đường bộ:
Khi nhà máy LNG gần nơi tiêu thụ, phương án vận chuyển LNG nhanh
chóng và hiệu quả nhất là xe tải (xe bồn). Ở nhiều nơi trên thế gới, vận
chuyển LNG bằng đường bộ đã được sử dụng từ năm 1968 và đáp ứng
được yêu cầu của ngành. Hiện nay, LNG được vận chuyển thường xuyên
bằng xe tải ở các quốc gia bao gồm: Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Anh, Tây Ban
Nha, Brazil, Úc…
•

2.4.

Quá trình hóa hơi LNG:
LNG được vận chuyển đến các nhà máy để lưu trữ trước khi thực hiện quá
trình Regasification – chuyển LNG về dạng khí.

Mặc dù có nhiều thiết kế khác nhau của thiết bị nhập và hóa hơi LNG
nhưng tổng thể thường khá giống nhau. Các thiết bị chính của quá trình
Regasification:
- Uploading arms.
- Cryogenic pipelines.


-

Bồn chứa.
Bơm áp suất thấp
Bơm áp suất cao
Máy nén Boil-Off Gas
Thiết bị hóa hơi.

Hình 4: Hệ thống thiết bị nhận và chuyển LNG về dạng khí.
•

Uploading:
Articulated arms được sử dụng để chuyển LNG từ các tàu đến trạm
cuối cùng. Các khớp nối này còn được gọi là “hardarms”, nối các hệ
thống ống dẫn của tàu với terminal.
Khi LNG Carrier cập bến, uploading arms được làm lạnh đến trước
khi chuyển LNG. Các uploading có thể giãn nở khi thay đổi nhiệt độ.
Thiết bị ngắt khẩn cấp sẽ được trang bị trên các uploading arms để
tránh rủi ro trong quá trình vận chuyển của tàu. Bên cạnh đó, Power
Emergency Release Coupler cũng được lắp đặt để bảo vệ ship’s
manifold connection và terminal hand arms.



Hình 5: Uploading.
•

Bể chứa LNG:
Sau khi chuyển từ các tàu, LNG được đưa đến nơi tồn chứa thông
qua đường ống dẫn lạnh. Có 3 loại thiêt bị để chứa LNG: thiết bị
trên đất liền, thiết bị ngoài khơi và thiết bị peak-shaving.
Bể chứa LNG được thiết kế để duy trì chất lỏng ở nhiệt độ thấp và
giảm thiểu lượng bốc hơi. Một phần nhỏ LNG bị bốc hơi được gọi là
Boil-off gas. Để nhiệt độ trong bể chứa không đổi thì áp suất phải
không đổi bằng cách rút boil-off gas ra khỏi bể chứa. Khí này được
thu hồi và có thể được xử lý theo hững cách sau:
- Nén và chuyển đến các đường ống.
- Bơm vào tàu vận chuyển LNG để duy trì áp suất dương cho
quá trình chuyển LNG.
- Trong trường hợp bất thường, khí sẽ được đưa đến flare.
Thiết bị lưu trữ được thiết kế với tính năng thông hơi để có thể
ngăn ngừa áp suất cao do hiện tượng rollover trong bể chứa LNG.
Hiện tượng này là do sự giải phóng nhanh của khí trong bể, làm
phân tầng. Để ngăn ngừa, thiết bị densitometers được đưa vào để
theo dõi sự phân tầng này. Các loại bể chứa thường dùng là:
- Bể chứa đơn
- Bể chứa kép
- Bể chứa đầy
- Bể màng
- Bể trong lòng đất.


•


Hóa hơi LNG.
LNG sau lưu trữ sẽ được đưa vào thiết bị hóa hơi để chuyển về
dạng khí. Các thiết bị sử dụng để hóa hơi LNG là:
- Open Rack Vaporizer (ORV): lấy nhiệt để hóa hơi LNG từ
nước biển. Đầu tiên, nước được lọc để tránh sự lắng đọng
các hạt rắn trong ORV. Sau đó chảy đến các tấm ống chứa
LNG, LNG được làm nóng và bay hơi khí đi qua các ống này.
Các ống được thiết kế đặc biệt để tối ưu hóa việc trao đổi
nhiệt.

-

Hình 6: ORV.
Submerged Combustion Vaporisers (SCV): đốt khí tự nhiên,
hơi nóng được đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt với LNG để
làm nóng và hóa hơi LNG. Froth được tạ ra từ việc đốt khí
làm tăng hiệu quả truyền nhiệt giữa nước và LNG, ngăn ngừa
sự hình thàng băng trên các bó ống. SCV đốt cháy 1,2 đến
1,5% lượng khí tự nhiên được xử lý.


-

Intermediate Fluid Vaporiser (IFV): Dựa vào 2 mức trao đổi
nhiệt: giữa LNG và 1 chất lỏng trung gian như propane và
giữa chất lỏng này với nguồn nhiệt (thường là nước biển).
IFV ngăn chặn sự sự đông lại và giảm rủi ro đóng cặn.

Hình 7: IFV
-


Ambient Air Vaporisers (AAV): Sử dụng nhiệt từ không khí,
dùng cho các thiết bị nhỏ. Một số nơi dùng quạt để tạo dòng
đối lưu tự nhiên. Gần đây IFV được lắp đạt tại các điểm nhập
LNG vì hệ thống nước biển ở đó không còn phù hợp.

-

Hình 8: AAV.
• Tạo mùi và phân phối khí tự nhiên:
- Khí tự nhiên có tính chất không màu, không mùi, không thể phát
hiện rò rỉ nên trước khi phân phối đến người tiêu dùng, khí tự nhiên
được tạo mùi.
- Sau khi được tạo mùi, lượng khí thoát ra sẽ được đo lại và cung
cấp trực tiếp đến khách hàng để sử dụng.


3. Kết luận:
- Quá trình LNG bao gồm khai thác, chế biến, hóa lỏng, vận chuyển, lưu trữ, hóa
-

-

-

-

hơi và phân phối đến người tiêu dùng.
Khai thác khí tự nhiên từ các giếng khoan tạo ra feed gas, khí này sẽ phải chế biến
để tăng giá trị kinh tế.

Chế biến LNG bao gồm tách loại các tạp chất, gồm cả Carbon dioxide và nước.
Hóa lỏng khi tự nhiên (chủ yếu là khí methane) được thực hiện bằng cách làm
lạnh xuống khoảng -162oC.
Vận chuyển LNG bằng đường biển trên các con tàu được thiết kế đặc biệt. Khi
LNG được hóa hơi, khí tự nhiên được phân phối đến người tiêu dùng qua mạng
lưới phân phối đường ống.
LNG được cung cấp đến 3 loại thiết bị: thiết bị nhập khẩu trên đất liền, thiết bị
nhập khẩu ngoài khơi và thiết bị peak-shaving. LNG được chuyển đến nơi lưu trữ
bằng uploading arms và đường ống nạp lạnh.
Chuyển LNG từ các tàu đến các trạm sử dụng uploading arms.
Các hệ thống an toàn đều được lắp đặt ở các khâu khác nhau như: bộ ngắt điện
khẩn cấp (Power Emergency Release Coupler – PERC) khi chuyển LNG, các hệ
thống shutdown khẩn cấp khi rò rỉ (Emergency Shutdown systems – ESD’s). Các
kích hoạt này là tự động hoặc bằng tay.
Hóa hơi LNG được thực hiện bằng cách sử dụng một số thiết bị làm bay hơi.
Sau khi hóa hơi, khí tự nhiên được tạo mùi, đo lường và phân phối đến khách
hàng thông qua hệ thống đường ống.