“Tất tần tật” về khí tự nhiên hóa lỏng (LNG)

Sơ đồ khai thác vận chuyển và xử lý LNG

LNG là gì?

LNG ((Liquefied Natural Gas hay Khí tự nhiên hóa lỏng) dùng để chỉ khí tự nhiên được chuyển hóa thành dạng lỏng. Chất khí đạt được trạng thái này khi được làm lạnh đến nhiệt độ -160°C ở áp suất khí quyển. Khí tự nhiên hóa lỏng còn được gọi là chất lỏng “đông lạnh” (chất lỏng có nhiệt độ dưới -150°C).

Sau khi xử lý, quá trình hóa lỏng sẽ giúp ngưng tụ khí tự nhiên thành LNG bằng cách làm thể tích khí tự nhiên giảm đi gần 600 lần trong cùng một giá trị nhiệt, tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển bằng đường biển. LNG có thành phần cơ bản là khí metan (hơn 90%). Nó là một chất lỏng không mùi, không màu, không ăn mòn và không độc hại.

Việc vận chuyển khí tự nhiên dưới dạng LNG giúp đa dạng hóa nguồn cung khí đốt mà không cần phụ thuộc vào những đường ống dẫn khí trên bờ. Ngành công nghiệp này đang phát triển mạnh mẽ trên phạm vi toàn cầu và chiếm gần 32% tổng lưu lượng khí đốt tự nhiên trên toàn thế giới vào năm 2016.

Thao tác kỹ thuật

Xây dựng "dây chuyền sản xuất LNG" trở thành một giải pháp khi đề xuất xây dựng đường ống dẫn khí trở nên bất khả thi, chủ yếu do chi phí xây dựng quá cao, do khoảng cách vận chuyển, do vấn đề quy định pháp luật vùng biển hoặc do những hạn chế về địa chính trị. Một dây chuyền LNG có nhiều công đoạn lớn, từ hóa lỏng khí tự nhiên cho đến tái khí hóa để cung cấp cho người tiêu dùng đầu cuối.

Hóa lỏng khí tự nhiên

Đầu tiên, khí tự nhiên được vận chuyển bằng đường ống, từ mỏ khai thác đến một nhà máy hóa lỏng gần bờ biển và bến cảng.

Bên trong dây chuyền hóa lỏng, khí tự nhiên trải qua một số quá trình xử lý liên tiếp như sau:

1) Tinh chế: Trong công đoạn này, khí carbon dioxide (CO2) bị tách ra khỏi khí tự nhiên vì khí CO2 có thể làm thiết bị đông cứng và hư hỏng. Ngoài ra, khí hydro sunfua (H2S) và những tạp chất lưu huỳnh khác cũng bị tách ra.

2) Khử nước: Dây chuyền sẽ tách nước (H2O) khỏi khí tự nhiên để ngăn chặn sự hình thành khí metan hydrat và làm tắc nghẽn bộ trao đổi nhiệt lạnh. Sau khi trở nên "khô", cấu tạo của khí tự nhiên gần như chỉ còn khí metan tinh khiết. Nó cũng sẽ không chứa bất kỳ dấu vết nào của thủy ngân (Hg) - một nguyên tố độc hại có thể ăn mòn những hợp kim được sử dụng trong những công đoạn khác của quy trình.

3) Làm lạnh sơ bộ: Khí tự nhiên được làm lạnh đến nhiệt độ gần -30°C. Một loạt quá trình chưng cất (trong những ống tinh chế) sẽ cô lập những hydrocacbon nặng hơn, cũng như LPG (khí dầu mỏ hóa lỏng; gồm propan và butan). Những hợp chất này có thể được bán làm nguyên liệu hóa dầu hoặc làm nhiên liệu.

4) Hóa lỏng: Khí sẽ được nén, làm lạnh ở áp suất không đổi rồi làm giãn nở. Hoạt động này được lặp lại 2-3 lần trong những trụ làm lạnh (máy bơm nhiệt). Từ đó khí sẽ được làm lạnh xuống nhiệt độ gần -160°C, hoàn toàn ở thể lỏng ở áp suất khí quyển.

Quy trình hóa lỏng tiêu thụ nhiều năng lượng đáng kể. Nhà máy hóa lỏng cần trung bình gần 10% lượng khí được giao đến để vận hành chính hoạt động của nhà máy, nhất là để cung cấp năng lượng cho những máy bơm nhiệt.

Kho chứa LNG

Trước khi đưa vào kho cảng, LNG được lưu trữ ở áp suất khí quyển trong những bể hình trụ thẳng đứng lớn gần nhà máy hóa lỏng. Những bể này có chức năng như bình giữ nhiệt. Chúng thường được làm từ kim loại hoặc bê tông, được xếp thành đôi và có lớp cách nhiệt phức tạp để giữ khí ở trạng thái lỏng (ở -160°C) và ngăn ngừa bay hơi.

Ở áp suất khí quyển, gần 600 m3 khí thiên nhiên chỉ tương đương với 1 m3 LNG. Những bồn chứa LNG, với dung tích chứa từ 65.000 đến 150.000 m3 LNG, có thể lưu trữ một lượng năng lượng rất lớn.

Vận chuyển LNG đến kho cảng LNG

LNG sẽ được đưa lên tàu chở LNG - những con tàu khổng lồ được thiết kế đặc biệt cho mục đích này. Tàu chở LNG cũng phải được cách nhiệt để giữ khí ở trạng thái lỏng, đồng thời giảm thiểu tổn thất năng lượng. Những bể chứa LNG phải đạt tiêu chuẩn "đoạn nhiệt", tức không để thất thoát nhiệt.

Những tàu chở LNG lớn nhất còn đang hoạt động có khả năng vận chuyển gần 267.000 m3 LNG. Những chiếc tàu này, được gọi là "Q-MAX" và nằm dưới sự điều hành của Công ty Vận tải Khí đốt Qatar, có chiều dài gần 345 m và rộng 54 m. Trong quá trình vượt biển, khí metan bốc hơi từ những bể "đoạn nhiệt" sẽ được thu hồi lại để làm nhiên liệu chạy tàu.

Sau khi đến nơi, tàu chở LNG sẽ dỡ hàng tại một kho cảng có trang bị cơ sở tiếp nhận và những bồn chứa LNG đông lạnh - tương tự như những bồn chứa được sử dụng tại địa điểm hóa lỏng.

Tái hóa khí

Khi có nhu cầu tiêu thụ, LNG sẽ được tái hóa khí. Nhiệt độ hợp chất sẽ được nâng từ -160°C lên trên 0°C dưới áp suất cao (từ 60 đến 100 bar). LNG có thể được làm nóng bằng dàn trao đổi nhiệt nhỏ giọt bằng nước biển hoặc bằng cách đốt cháy một phần khí.

Trước khi vận chuyển khí bằng đường ống dẫn từ kho cảng vào mạng lưới phân phối, nhiệt trị của nó có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi hàm lượng nitơ hoặc bằng cách trộn với những loại khí khác.

Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống