Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng: Chương 3 - PGS. TS. Phạm Hoàng Lương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:20

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng - Chương 3: Dầu mỏ và công nghệ sử dụng dầu để cung cấp năng lượng, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Sự hình thành dầu mỏ; Thành phần dầu; Phân loại dầu; Sản xuất và tiêu thụ dầu mỏ trên thế giới và ở Việt Nam; Các công nghệ sử dụng dầu để sản xuất năng lượng và ô nhiễm môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng: Chương 3 - PGS. TS. Phạm Hoàng Lương

HE4171 CƠ SỞ NGUỒN VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG ENERGY RESOURCE AND TECHNOLOGY BASICS 2(2-1-0-4) PGS. TS. PHẠM HOÀNG LƯƠNG Email: luong.phamhoang@hust.edu.vn Cell phone: 0904277121 1
CHƯƠNG 3: DẦU MỎ VÀ CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG DẦU ĐỂ CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG 3.1 Sự hình thành dầu mỏ 3.2 Thành phần dầu 3.3 Phân loại dầu 3.4 Sản xuất và tiêu thụ dầu mỏ trên thế giới và ở Việt Nam 3.5 Các công nghệ sử dụng dầu để sản xuất năng lượng và ô nhiễm môi trường
3.1 Sự hình thành dầu mỏ Khái niệm: • Dầu mỏ (hay dầu thô, crude oil) là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả lục • Dầu thô là một hỗn hợp hóa chất hữu cơ ở thể lỏng đậm đặc, phần lớn là những hợp chất của hydrocarbon, thuộc gốc alkane, thành phần rất đa dạng. Hiện nay dầu mỏ chủ yếu dùng để sản xuất dầu hỏa, diezen và xăng nhiên liệu • Dầu thô cũng là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất ra các sản phẩm của ngành hóa dầu như dung môi, phân bón hóa học, nhựa, thuốc trừ sâu, nhựa đường... Khoảng 88% dầu thô dùng để sản xuất nhiên liệu, 12% còn lại dùng cho hóa dầu; • Dầu thô là nguồn năng lượng không tái tạo → khả năng cạn kiệt dầu trong một tương lai không xa
3.1 Sự hình thành dầu mỏ Thuyết sinh vật học • Là sản phẩm của sự nén và nóng lên của các vật liệu hữu cơ còn sót lại sau quá trình phân rã xác các động vật và tảo biển nhỏ thời tiền sử trong các thời kỳ địa chất (các cây cối trên mặt đất thường có khuynh hướng hình thành than). • Qua hàng thiên niên kỷ, vật chất hữu cơ này trộn với bùn, bị chôn sâu dưới các lớp trầm tích dày. Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, những thành phần này bị biến hoá, đầu tiên thành một loại vật liệu kiểu sáp được gọi là kerogen, và sau đó thành một hydrocarbons khí và lỏng; • Bởi vì hydrocarbons có khối lượng riêng nhỏ hơn đá xung quanh, chúng xâm nhập lên phía trên thông qua các lớp đá ngay sát đó cho tới khi chúng bị rơi vào bẫy bên dưới những tảng đá không thể ngấm qua, bên trong những lỗ xốp đá gọi là bể chứa. Sự tập trung hydrocarbons bên trong một bẫy hình thành nên một giếng dầu, từ đó dầu lỏng có thể được khai thác bằng cách khoan và bơm. • Các nhà địa chất cũng đề cập tới "cửa sổ dầu" (oil window). Đây là tầm nhiệt độ mà nếu thấp hơn thì dầu không thể hình thành, còn cao hơn thì lại hình thành khí tự nhiên. Dù nó tương thích với những độ sâu khác nhau ở những vị trí khác nhau trên thế giới, một độ sâu 'điển hình' cho cửa sổ dầu có thể là 4-6 km. Cần nhớ rằng dầu cũng có thể rơi vào các bẫy ở độ sâu thấp hơn, thậm chí nếu nó không được hình thành ở đó. Cần có ba điều kiện để hình thành nên bể dầu: có nhiều đá, mạch dẫn dầu xâm nhập, và một bẫy (kín) để https://mr-uploads.s3.amazonaws.com/uploads/2015/12/Conventional-and- tập trung hydrocarbons. Unconventional-Resources.jpg
Thuyết vô cơ • Cuối thế kỷ 19 nhà hóa học người Nga Dmitri Ivanovich Mendeleev đã đưa ra lý thuyết vô cơ giải thích sự hình thành của dầu mỏ. Theo lý thuyết này dầu mỏ phát sinh từ phản ứng hóa học giữa cacbua kim loại với nước tại nhiệt độ cao ở sâu trong lòng trái đất tạo thành các hiđrocacbon và sau đó bị đẩy lên trên. Các vi sinh vật sống trong lòng đất qua hàng tỷ năm đã chuyển chúng thành các hỗn hợp hiđrôcacbon khác nhau. Lý thuyết này là một đề tài gây nhiều tranh cãi trong giới khoa học, tạo thành trường phái Nga - Ukraina trong việc giải thích nguồn gốc dầu mỏ. Thuyết hạt nhân • Lý thuyết thứ ba, được giải thích trong nguyệt san khoa học Scientific American vào năm 2003, cho rằng các hợp chất hyđrocacbon được tạo ra bởi những phản ứng hạt nhân trong lòng Trái Đất.
3.2 Thành phần dầu mỏ • Dầu mỏ là hỗn hợp của các Hydrocarbone (là hợp chất của H2 và C) • Các thành phần hóa học của dầu mỏ được chia tách bằng phương pháp chưng cất phân đoạn. • Trong điều kiện thông thường, bốn alkan nhẹ nhất — CH4 (mêtan), C2H6 (êtan), C3H8 (prôpan) và C4H10 (butan) — ở dạng khí, sôi ở nhiệt độ -161.6 °C, -88.6 °C, -42 °C, và -0.5 °C tương ứng (-258.9°, -127.5°, -43.6°, và +31.1 °F). • Các chuỗi trong khoảng C5-7 là các sản phẩm dầu mỏ nhẹ, dễ bay hơi. Chúng được sử dụng làm dung môi, chất làm sạch bề mặt và các sản phẩm làm khô nhanh khác. • Các chuỗi từ C6H14 đến C12H26 bị pha trộn lẫn với nhau được sử dụng trong đời sống với tên gọi là xăng. • Dầu hỏa là hỗn hợp của các chuỗi từ C10 đến C15 • Dầu điêzen/dầu sưởi (C10 đến C20) và các nhiên liệu nặng hơn được sử dụng cho động cơ tàu thủy. • Các dầu bôi trơn và mỡ (dầu nhờn) (kể cả Vadơlin®) nằm trong khoảng từ C16 đến C20. • Các chuỗi trên C20 tạo thành các chất rắn, bắt đầu là sáp parafin, sau đó là hắc ín và nhựa đường bitum. • Khoảng nhiệt độ sôi của các sản phẩm dầu mỏ trong chưng cất phân đoạn trong điều kiện áp suất khí quyển tính theo độ C là: ✓ Xăng ête: 40-70 °C (được sử dụng như là dung môi) ✓ Xăng nhẹ: 60-100 °C (nhiên liệu cho ô tô) ✓ Xăng nặng: 100-150 °C (nhiên liệu cho ô tô) ✓ Dầu hỏa nhẹ: 120-150 °C (nhiên liệu và dung môi trong gia đình) ✓ Dầu hỏa: 150-300 °C (nhiên liệu ) ✓ Dầu điêzen: 250-350 °C (nhiên liệu cho động cơ điêzen/dầu sưởi) ✓ Dầu bôi trơn: > 300 °C (dầu bôi trơn động cơ) ✓ Các thành phần khác: hắc ín, nhựa đường, các nhiên liệu khác
3.3 Phân loại dầu mỏ • Ngành công nghiệp dầu mỏ phân chia "dầu thô" theo khu vực mà nó xuất phát (ví dụ "West Texas Intermediate" (WTI) hay "Brent") thông thường theo tỷ trọng và độ nhớt tương đối của nó ("nhẹ", "trung bình" hay "nặng"); các nhà hóa dầu còn nói đến chúng như là "ngọt", nếu nó chứa ít lưu huỳnh, hoặc là "chua", nếu nó chứa đáng kể lưu huỳnh • Các thùng (barrel) tiêu chuẩn trên thế giới là: ✓ Hỗn hợp Brent, bao gồm 15 loại dầu mỏ từ các mỏ thuộc hệ thống mỏ Brent và Ninian trong khu vực lòng chảo Đông Shetland trên biển Bắc. Dầu mỏ được đưa vào bờ thông qua trạm Sullom Voe ở Shetlands. Dầu mỏ sản xuất ở châu Âu, châu Phi và dầu mỏ khai thác ở phía tây của khu vực Trung Cận Đông được đánh giá theo giá của dầu này, nó tạo thành một chuẩn (benchmark) đánh giá dầu. ✓ West Texas Intermediate (WTI) cho dầu mỏ Bắc Mỹ. ✓ Dubai được sử dụng làm chuẩn cho khu vực châu Á - Thái Bình Dương của dầu mỏ Trung Cận Đông. ✓ Tapis (từ Malaysia, được sử dụng làm tham chiếu cho dầu mỏ nhẹ Viễn Đông). ✓ Minas (từ Indonesia, được sử dụng làm tham chiếu cho dầu mỏ nặng Viễn Đông). ✓ Giỏ OPEC bao gồm: ❑ Arab Light Ả Rập Saudi ❑ Bonny Light Nigeria ❑ Fateh Dubai ❑ Isthmus Mexico (không OPEC) ❑ Minas Indonesia ❑ Saharan Blend Algérie ❑ Tia Juana Light Venezuela
3.4 Sản xuất và tiêu thụ dầu mỏ trên thế giới và ở Việt Nam A. THẾ GIỚI Danh sách các quốc gia theo trữ lượng dầu mỏ là một bảng thống kê về các quốc gia theo trữ lượng dầu thô đã được thăm dò và xác thực. Bảng danh sách có mặt của 99 quốc gia có số liệu trữ lượng, trong đó Venezuela là quốc gia có trữ lượng dầu thô lớn nhất thế giới với 297.570 triệu thùng, tiếp đến là Ả Rập Xê Út với 267.910 triệu thùng. Việt Nam xếp thứ 28 thế giới về trữ lượng dầu thô, với khoảng 4.400 triệu thùng, xếp sau Ai Cập nhưng xếp trước Australia. Những quốc gia dầu mỏ, nhưng trữ lượng quá ít chỉ có vài trăm nghìn thùng như Ethiopia, Maroc xếp cuối bảng. Trữ lượng dầu trong bảng danh sách này được công bố bởi nhiều nguồn khác nhau, dựa trên các cuộc thăm dò địa chất, trữ lượng dầu khí được tính ngoài dầu mỏ còn bao gồm cả đá phiến dầu và cát dầu. (https://vi.wikipedia.org/wiki/Danh_s%C3%A1ch_c% Bản đồ trữ lượng dầu 2013. C3%A1c_qu%E1%BB%91c_gia_theo_tr%E1%BB%AF_ l%C6%B0%E1%BB%A3ng_d%E1%BA%A7u_m%E1%B https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f0/Oil_Reserves_Updated.png B%8F)
Countries producing oil https://vi.wikipedia.org/wiki/Danh_s%C3%A1ch_c%C3%A1c_qu%E1%BB%91c_gia_theo_s%E1%BA%A3n_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_d%E1%B A%A7u_th%C3%B4#/media/T%E1%BA%ADp_tin:Oil_producing_countries_map.png
Countries producing oil 2010, bbl/day (CIA World Factbook). https://vi.wikipedia.org/wiki/Danh_s%C3%A1ch_c%C3%A1c_qu%E1%BB%91c_gia_theo_s%E1%BA%A3n_l%C6%B0%E1% BB%A3ng_d%E1%BA%A7u_th%C3%B4#/media/T%E1%BA%ADp_tin:Oil_producing_countries.2010.png
Các quốc gia theo sản lượng dầu thô https://vi.wikipedia.org/wiki/Danh_s%C3%A1ch_c%C3%A1c_qu%E1% BB%91c_gia_theo_s%E1%BA%A3n_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_d%E1% BA%A7u_th%C3%B4#/media/T%E1%BA%ADp_tin:Top_Oil_Producing_ Countries.png https://vi.wikipedia.org/wiki/Danh_s%C3%A1ch_c%C3%A1c_qu%E1%BB%91c_gia_theo_s%E1%BA%A3n_l%C6%B0%E1%BB%A3 ng_d%E1%BA%A7u_th%C3%B4#C%C3%A1c_qu%E1 %BB%91c_gia_theo_s%E1%BA%A3n_l%C6%B0 %E1 %BB%A3ng_d%E1 %BA%A 7u_th%C3%B4
World oil production during 1971-2018 https://www.iea.org/statistics/oil/
Oil product demand by region during 2000-2017 Demand: • World oil demand increased by 1.6% in 2017, driven by non-OECD countries; • In the OECD, oil demand grew moderately in 2017 as growth in OECD Europe was offset by the slight decline in demand in the OECD Americas. Demand in OECD Asia Oceania remained stable in 2017, despite a 1.5% decline in Japanese oil demand driven by the power and heat sector as more nuclear capacity comes back online. Demand grew moderately in the United States, which remained the world’s largest consumer; • Non-OECD countries have represented the largest share of world oil demand since 2012 reaching 52% in 2018, with China and India being the most important sources of demand. Non-OECD Europe and Eurasia and Africa both saw growth in oil demand while demand fell in the non-OECD Americas by 2.1%, driven by a sharp decline in Venezuela.
• World demand of gas/diesel oil increased in 2017 after falling the year prior, driven by the increases in India, Indonesia and Russia. • Demand for motor gasoline also grew in 2017 driven mainly by China and India. • There was also significant growth in demand for aviation fuels. This growth was concentrated in non-OECD countries, but the OECD also saw robust demand growth on the back of robust air traffic demand growth.
Trade • Trade of oil products and of crude oil and Natural Gas Liquids (NGL) both increased in 2017. Crude and NGL imports increased by 3.1% year on year, while exports increased by 1.1%; • This marked the third consecutive year of increases in imports of primary oil, and for the first time since 2003, imports of primary oil grew at a faster rate than imports of oil products; • The United States remained the world’s largest importer of crude and NGL in 2017, amidst slower growth in imports. Preliminary data for 2018 shows a decline of 2.9% in imports of primary oil products, coinciding with significant increase in domestic production in the country. • Meanwhile China, the second largest crude importer, maintained important, although slower, growth in imports of crude and NGL through 2017, further narrowing the gap between the two largest importers; • Indian imports of crude and NGL combined also increased reaching a new historical high of 220 Mt in 2017, as refinery activity continues to increase in the country; • Asian imports of crude and NGL increased more than for any other region in 2017.
3.4 Sản xuất và tiêu thụ dầu mỏ trên thế giới và ở Việt Nam B. VIỆT NAM Tài liệu đọc thêm / tham khảo 1. Gia tăng trữ lượng dầu khí – Yếu tố sống còn (https://petrovietnam.petrotimes.vn/gia- tang-tru-luong-dau-khi-yeu-to-song-con-549525.html) 2. Trữ lượng dầu mỏ của Việt Nam tại Đông Á chỉ sau Trung Quốc (https://news.zing.vn/tru-luong-dau-mo-cua-viet-nam-tai-dong-a-chi-sau-trung-quoc- post373761.html) 3. Mỏ dầu cạn kiệt: Tình huống báo động của Việt Nam (https://vietnamnet.vn/vn/kinh- doanh/dau-tu/dau-mo-can-kiet-tinh-huong-bao-dong-502707.html) 4. Ngành dầu khí tích cực đảm bảo gia tăng trữ lượng năm 2019 (https://www.pvoil.com.vn/truyen-thong/tin-lien-quan/nganh-dau-khi-tich-cuc-dam- bao-gia-tang-tru-luong-nam-2019) 5. Số liệu về nguồn dầu mỏ của Việt Nam (https://www.google.com/search?q=s%E1%BB%91+li%E1%BB%87u+v%E1%BB% 81+ngu%E1%BB%93n+d%E1%BA%A7u+m%E1%BB%8F+%E1%BB%9F+Vi%E1 %BB%87t+Nam&tbm=isch&source=hp&hl=vi&sa=X&ved=2ahUKEwivw7ydkNflA hXYxIsBHYVgCT4QsAR6BAgJEAE&biw=1093&bih=525)
3.5 Các công nghệ sử dụng dầu để sản xuất năng lượng và ô nhiễm môi trường http://www.petroleum.co.uk/how-hydrocarbons-burn