LNG có thành phần chủ yếu là methane, không màu, không mùi, không độc hại và không có tính ăn mòn. LNG chỉ chiếm 1/600 thể tích so với khí thiên nhiên ở điều kiện tiêu chuẩn (15⁰C, 1 atm) nên thuận tiện cho việc tồn chứa và vận chuyển.

Để sản xuất LNG, khí khai thác từ mỏ được chuyển đến trạm xử lý loại bỏ các tạp chất và hóa lỏng ở -162^oC để tồn trữ và vận chuyển đến thị trường. Sau đó LNG được đưa trở lại trạng thái khí và vận chuyển đến nơi tiêu thụ đầu cuối (H1). LNG được sử dụng trong sản xuất công nghiệp, khu đô thị, làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông vận tải hay nhiên liệu cho các nhà máy điện để giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

H1: Quy trình chế biến LNG

Nguồn: fi.endress.com, Endress+Hauser, Varmista prosessiturvallisuus maakaasun koko arvoketjussa.

Thị trường LNG

LNG được mua bán rất phổ biến trên thị trường quốc tế, là nguồn năng lượng quan trọng ở các nước châu Âu, Bắc Mỹ và các quốc gia châu Á (Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Ấn Độ, Đài Loan).

Các nước xuất khẩu LNG nhiều nhất là Quatar, Úc, Malaysia, Mỹ, Nigeria, Nga,… Khu vực Đông Bắc Á là thị trường lớn tiêu thụ LNG, Nhật Bản với trên 100 tỉ mét khối mỗi năm, kế đến là Trung Quốc, Hàn Quốc, Ấn Độ (BĐ1). Dự báo đến 2022, châu Á và châu Đại Dương sẽ tăng mạnh nhập khẩu LNG, ước lên đến 350 tỉ mét khối. Bắc Mỹ là khu vực sẽ gia tăng xuất khẩu LNG (BĐ2).

BĐ1: Thị trường LNG năm 2018

Nguồn: ICIS, International Energy Agency and Korea Energy Economics Institute LNG Market Trends and Their Implications.

BĐ2: Dự báo nhu cầu LNG đến năm 2022 theo khu vực

Ghi chú: *: dự báo
Nguồn: ICIS, International Energy Agency and Korea Energy Economics Institute LNG Market Trends and Their Implications.

Phát triển công nghiệp khí góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, có vai trò quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của Việt Nam. Quyết định số 60/QĐ-TTg, ngày 16/01/2017 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp khí Việt Nam đến năm 2025, định hướng đến năm 2035 nhằm phát triển công nghiệp khí hoàn chỉnh, đồng bộ các khâu từ khai thác, thu gom, vận chuyển, chế biến, dự trữ, phân phối và xuất nhập khẩu sản phẩm khí trên toàn quốc; từng bước xây dựng và hoàn thiện kho chứa, nhập khẩu và phân phối LNG. Mục tiêu phát triển thị trường khí theo Quyết định 60/QĐ-TTg thể hiện tại BĐ3.

BĐ3: Thị trường khí Việt Nam đến năm 2035

Nguồn: Quyết định 60/QĐ-TTg, ngày 16/01/2017.

Xu thế công nghệ thiết bị trao đổi nhiệt trong chế biến LNG

Thiết bị trao đổi nhiệt đóng vai trò quan trọng trong các khâu hóa lỏng và tái khí hóa, hai khâu chủ yếu trong quy trình chế biến LNG. Các nhà khoa học tập trung nghiên cứu phát triển các thiết bị có thể tăng năng suất, hiệu quả trong trao đổi nhiệt; dễ dàng bảo trì và tiết kiệm năng lượng. Các tác giả Qi Lianwen, Wu Jie và Yao Xiao đã thu thập tư liệu sáng chế (SC) từ năm 1986-2017 trên thế giới để phân tích xu hướng phát triển công nghệ thiết bị trao đổi nhiệt LNG trên toàn cầu, cho thấy, lĩnh vực này bắt đầu phát triển từ năm 2003 và số lượng đơn xin cấp bằng sáng chế gia tăng mạnh những năm sau đó (BĐ4).

BĐ4: Phát triển số lượng đơn sáng chế liên quan đến thiết bị trao đổi nhiệt LNG trên toàn cầu

Nguồn: Qi Lianwen, Wu Jie và Yao Xiao; LNG heat exchanger technology patent trend analysis.

Ba phân nhánh công nghệ liên quan đến thiết bị trao đổi nhiệt LNG được các tác giả xem xét là: công nghệ vi kênh, quá trình hàn và cấu trúc tổng thể.

BĐ5 cho thấy các sáng chế tập trung vào cấu trúc tổng thể của thiết bị trao đổi nhiệt (52%), kế đến là các phương pháp hàn (39,41%), công nghệ hình thành vi kênh chiếm 8,59%.

BĐ5: Tỉ lệ số đơn sáng chế theo ba phân nhánh công nghệ của thiết bị trao đổi nhiệt LNG 

Nguồn: Qi Lianwen, Wu Jie and Yao Xiao; LNG heat exchanger technology patent trend analysis.

Từ 1986 đến cuối năm 2017 có 1.702 SC về cấu trúc tổng thể, 1.290 SC về quá trình hàn và 281 SC về công nghệ hình thành vi kênh. Các sáng chế về cấu trúc tổng thể và phương pháp hàn trong các thiết bị trao đổi nhiệt bắt đầu phát triển từ năm 2001, tăng mạnh trong giai đoạn 2007-2015 (BĐ6).

BĐ6: Phát triển số lượng đơn sáng chế theo công nghệ liên quan đến thiết bị trao đổi nhiệt LNG trên toàn cầu 

Nguồn: Qi Lianwen, Wu Jie and Yao Xiao; LNG heat exchanger technology patent trend analysis.

Dựa trên số phân loại sáng chế quốc tế (IPC) cho thấy các phân nhánh công nghệ có nhiều sáng chế là về các kênh dẫn dạng tấm phẳng hoặc dạng phiến lá dùng cho cả hai môi trường trao đổi nhiệt (F28D/00), kế đến là cấu tạo để lắp ráp thành các tổ hợp xếp chồng (F28F3/08) và  chế tạo cấu trúc liền khối (F28F3/04) (BĐ7).

BĐ7: Tỉ lệ các lĩnh vực cộng nghệ về thiết bị trao đổi nhiệt LNG theo phân loại sáng chế quốc tế (IPC) 

Ghi chú các số phân loại sáng chế quốc tế (IPC):

F28D9/00: các thiết bị trao đổi nhiệt có các kênh dẫn dạng tấm phẳng hoặc dạng phiến lá dùng cho cả hai môi trường trao đổi nhiệt.

F28F3/08: cấu tạo để lắp ráp thành các tổ hợp xếp chồng.

F28F3/04: chế tạo cấu trúc liền khối.

F28F3/10: các cơ cấu để bịt kín các mép.

F28F9/02: buồng góp, nắp mặt đáy.

F28F3/00: các chi tiết dạng tấm hoặc dạng phiến lá, tập hợp các chi tiết này.

F28D9/02: kênh dẫn có các dòng chất tải nhiệt chuyển động dưới một góc đối với nhau.

F28F9/00: vỏ, buồng góp, các bệ đỡ phụ cho các chi tiết, các chi tiết phụ trong vỏ.

F28F3/02: các phương tiện để tăng diện tích truyền nhiệt.

F28F27/02: thiết bị điều khiển hoặc thiết bị bảo hiểm cho các thiết trao đổi nhiệt để điều khiển sự phân phối môi trường trao đổi nhiệt giữa các kênh khác nhau.

Nguồn: Qi Lianwen, Wu Jie and Yao Xiao; LNG heat exchanger technology patent trend analysis.

Thụy Điển là nơi có nhiều sáng chế liên quan đến thiết bị trao đổi nhiệt LNG được nộp đơn bảo hộ, chiếm 40,14% tổng số sáng chế trên thế giới. Đây là điều hiển nhiên, bởi Alfa Laval, một trong những nhà cung cấp các thiết bị trao đổi nhiệt hàng đầu thế giới, có trụ sở chính tại đây. Kế đến là Trung Quốc, Nhật, Pháp, Mỹ (BĐ8).

BĐ8: Các nước có nhiều sáng chế về thiết bị trao đổi nhiệt LNG

Nguồn: Qi Lianwen, Wu Jie and Yao Xiao; LNG heat exchanger technology patent trend analysis.

Trung Quốc nhận nhiều đơn đăng ký sáng chế (31,19%) (BĐ9), là thị trường mà các nhà sở hữu sáng chế nhắm đến vì giàu tiềm năng, với xu thế đang phát triển của ngành năng lượng hàng hải và đóng tàu. Bên cạnh đó, đây còn là nơi năng lực thiết kế, chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt LNG còn non trẻ.

BĐ9: Các nước nhận nhiều đơn đăng ký sáng chế về thiết bị trao đổi nhiệt LNG

Nguồn: Qi Lianwen, Wu Jie and YAO Xiao; LNG heat exchanger technology patent trend analysis.

Các công ty hàng đầu sở hữu các sáng chế về thiết bị trao đổi nhiệt LNG được thể hiện trong BĐ10. Dẫn đầu sáng chế về các phương pháp hàn và cấu trúc tổng thể của thiết bị trao đổi nhiệt LNG là Alfa Laval và các công ty con. Về công nghệ vi kênh là Shanghai lanbin, kế đến là Petrochemical Equipment co. ltd  (BĐ10).

BĐ10: Các công ty dẫn đầu sở hữu các sáng chế về thiết bị trao đổi nhiệt LNG

Nguồn: Qi Lianwen, Wu Jie and YAO Xiao; LNG heat exchanger technology patent trend analysis.

Vũ Trung (CESTI)