Đồ án Nghiên cứu các phương pháp tách cặn dầu ra khỏi dung dịch chất tẩy rửa từ bồn bể chứa

axit dicacboxylic là nguyên liệu đầu vào quan trọng trong công nghiệp sản xuất polyamit, polyester và dieste. Các este được sản xuất bằng phản ứng giữa axit dicacboxylic với rượu đơn chức tạo thành các chất làm dẻo hay dầu nhờn. Bên cạnh đó axit dicacboxylic như là chất trung gian trong rất nhiều phản ứng tổng hợp hữu cơ. Sau đây là một số axit dicacboxylic được sử dụng nhiều để chế tạo chất tẩy rửa:  Axit dicacboxylic no. Axit dicacboxylic no là dẫn xuất của hydrocacbon no chứa hai nhóm cacboxyl trong phân tử. Những axit dicacboxylic mà hai nhóm cacboxyl ở quá xa nhau (cách nhau từ 6 nhóm metylen trở lên) thường không có tính chất gì khác biệt nhau lắm với axit monocacboxylic thông thường do ảnh hưởng cảm ứng giữa hai nhóm cacboxyl không thể truyền đến nhau được. Đáng chú ý hơn cả là axit dicacboxylic có hai nhóm cacboxyl ở gần nhau, khi đó khả năng tương tác giữa chúng tăng lên. * Tính chất chung của axit dicacboxylic. Tất cả các axit dicacboxylic đều là chất rắn tinh thể, những đồng đẳng thấp tan được trong nước và độ hoà tan giảm khi trọng lượng phân tử tăng. a) Tính axit. Axit dicacboxylic phân ly theo hai nấc, hằng số phân ly ở nấc thứ nhất lớn hơn hằng số phân ly ở nấc thứ hai. Những diaxit mà hai nhóm cacboxyl gần nhau, hằng số phân ly K1 thường lớn hơn hằng số phân ly của các monoaxit tương ứng do ảnh hưởng tương hỗ của các nhóm cacboxyl. b) Phản ứng decacboxyl hoá. Axit malonic và dẫn xuất alkyl rất kém bền, khi đun nóng dễ dàng tách CO2 thành axit monocacboxylic. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 20 HD1001 H2C COOH COOH H3C COOH + CO2 140 - 150oC C COOH COOH CH COOH + CO2 R R R R Axit oxalic cũng kém bền, dễ tách CO2 tạo thành axit formic. HCOOH + CO2HOOC COOH Đối với những axit có hai nhóm cacboxyl cách xa nhau 4 hoặc 5 nhóm metylen, nói chung bền hơn axit malonic và oxalic, song khi đun nóng mạnh cũng có khả năng decacboxyl hoá tạo thành vòng 5 hoặc 6 cạnh: (H2C)4 C OH COOH H2C H2C C H2 C H2 C O + CO2 + H2O 300oC xóc t¸c (H2C)5 COOH COOH O + CO2 + H2O 400oC H2C H2C CH2 C CH2H2C c) tách nước tạo thành anhydric nội phân tử. Đối với axit succinic và axit glutaric, khi đun nóng thường tách nước và tạo thành anhydric nội phân tử: Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 21 HD1001 H2C H2C C C O O OH OH H2C H2C C C O O O - H2O H2C H2C COOH COOH H2 C H2C H2C C O O CO H2 C - H2O d) Phản ứng thế nguyên tử cacbon C (tổng hợp malonic este). Ở các axit dicacboxylic mà các nhóm cacboxyl ở xa nhau (cách nhau từ hai nhóm metylen trở lên) thì phản ứng thế H ở các nhóm metylen xảy ra thông thường như monoaxit. Tuy nhiên, ở axit malonic, nhóm metylen xen giữa hai nhóm cacboxyl và liên kết C–H lại có khả năng siêu liên hợp với liên kết C=O trong cả hai nhóm cacboxyl, nên nguyên tử H ở đây đặc biệt linh động. Phân tử malonat este thường ở dạng cân bằng tautome, nên người ta sử dụng este dietyl malonat mà không dùng axit vì nó không bền: C2H5 O C H2 C C OC2H5 O O C2H5 O C C H C OC2H5 OH O C2H5 O C C C OC2H5 OH OH  Axit succinic. Axit succinic được tìm thấy trong hổ phách, trong nhiều loại cây (tảo, địa y, đại hoàng …) và trong nhiều loại than non. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 22 HD1001 Bảng 1.2. Một vài tính chất vật lý của axit succinic. Danh pháp IUPAC Butanedioic Công thức cấu tạo HOOC – (CH2)2 – COOH Khối lượng phân tử 118,08 Điểm nóng chảy 188oC Điểm sôi 235oC ở 13,3kPa Khối lượng riêng ở 25oC 1572g/cm3 Độ tan trong nước ở 20oC, %KL 5,8 Nhiệt độ decacboxyl hoá, oC 290 – 310 Hằng số phân ly K1 = 6,21.10 -5 , K2 = 2,31.10 -6 Axit succinic được tổng hợp bởi một số các phản ứng như: phản ứng hydro hoá axit maleic, anhydrite maleic hay axit fumaric. Các xúc tác tiêu chuẩn là Raney nickel, Cu, NiO, CuZnCr, Pd-Al2O3, Pd-CaCO3 hay Ni-diatomit. 1,4-butandiol có thể được oxi hoá thành axit succinic theo các cách sau đây: Với oxi trong một dung dịch chứa nước của một hydroxit kiềm thổ ở 90 – 110oC với sự có mặt của Pd-C. Bằng sự ozon phân trong axit axetic chứa nước. Phản ứng với N2O4 ở nhiệt độ thấp. Axit succinic hay các este của nó cũng có được bằng quá trình cacbonyl hoá Reppe etylen glycol được xúc tác bằng RhCl3-pentaclothiophenol, quá trình cacbonyl hoá của axetylen, axit acrylic, dioxane hay - propiolactone. Axit succinic cũng có thể được điều chế bằng phản ứng xúc tác chuyển pha của 2-halogelaxetat, quá trình dime hoá điện phân của este hay axit bromaxetic và quá trình lên men của các n-alkane. Axit succinic được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào trong công nghiệp sản xuất nhựa alkyd, thuốc nhuộm, dược phẩm và thuốc trừ sâu. Phản ứng với glycol tạo ra các polyester, các este được tạo thành bằng phản ứng với rượu đơn chức là dầu nhờn và chất dẻo hoá quan trọng. I.2.3. Chất hoạt động bề mặt.  Alkyl poly glycozit (APG) [5, 15]. Công thức hoá học chung của APG là: Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 23 HD1001 O O O OH OH CH2 - OH H R n Trong đó: n = 1,3 2; R = C8 C14.  ưu điểm: - Dễ phân giải sinh học trong điều kiện tự nhiên và môi trường. - Phối hợp với các chất HĐBM không ion giúp đạt được những kết quả tốt đối với sự tẩy rửa các vết dầu. - Có khả năng làm dịu cao hơn các NI. - Sự tách pha kém (tách pha bởi sự hiện diện của các chất điện giải), từ đó có thuận lợi lớn để lập công thức những sản phẩm lỏng đẳng hướng đậm đặc (đối với những chất lỏng có cấu trúc: nó có khả năng phân tán các liposome) - Nó có thể giảm độ nhớt của kem nhão: cho năng suất cao khi phun bọt.  Các sản phẩm được tổng hợp bằng hai phương pháp khác nhau: - Trans-glucosit hoá với các rượu C3 và C4. - Glucosit hoá trực tiếp các rượu béo: Phản ứng này phức tạp và cho một hỗn hợp APG và rượu mà người ta làm tinh khiết bằng cách chưng cất. Sự tổng hợp chúng được thực hiện từ các sản phẩm hoàn toàn có thể tái sinh.  Tween 60 [20, 22, 23]. Tween 60 còn có các tên gọi khác nhau như: polyoxyetylen sorbitan este (POE), sorbitan este ethoxylate, Tween. Có công thức cấu tạo chung là: R-CH2OH APG glucoza Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 24 HD1001 O W(H2CH2C)OH (OCH2CH2)XOH CH(OCH2CH2)YOH CH2O(CH2CH2O)Z-1CH2CH2O C O R II. Tổng quan về cặn dầu. II.1. Tác hại của cặn dầu [1,2,3]. Cặn dầu là một thực thể không thể tách rời với các sản phẩm dầu mỏ. Khi ngành công nghiệp dầu khí càng phát triển mạnh mẽ thì theo đó lượng cặn dầu sinh ra từ các quá trình khai thác, chế biến, vận chuyển hay tồn chứa gia tăng ngày càng lớn. Theo cơ quan quản lý Vietsopetro, hàng năm lượng cặn dầu sinh ra khoảng 1500 – 1600 tấn và được vận chuyển đến công ty Sông Thu - Đà Nẵng để nhập kho chờ xử lý. Ngoài ra, hàng năm công ty còn tiến hành nạo vét, vệ sinh tầu dầu cho các đối tác nước ngoài, lượng cặn dầu lên đến vài nghìn tấn. Bên cạnh đó, một số khu công nghiệp lọc hoá dầu ở nước ta cũng đang và sẽ được hình thành, do đó, lượng cặn dầu sinh ra sẽ tăng một cách đáng kể, nếu không được kiểm soát chặt chẽ, cặn dầu sẽ gây ra những tác hại vô cùng nghiêm trọng. a) Tác hại của cặn dầu khi sử dụng làm nhiên liệu Trong nhiên liệu, các chất nhựa (không hoà tan) cùng với nước, cặn bẩn và gỉ kim loại tạo thành chất kết tủa dưới dạng nhũ tương bền vững, là nguyên nhân gây mài món các chi tiết kim loại, làm tắc bẩn bộ chế hoà khí, tắc vòi phun nhiên liệu động cơ. Nước trong nhiên liệu làm tăng khả năng oxy hoá của dầu, làm giảm khả năng toả nhiệt của nhiên liệu. Ngoài ra nước còn hoà tan các muối khoáng axit, bazơ có trong nhiên liệu, gây hiện tượng ăn mòn, tạo gỉ ở các chi tiết kim loại và bồn bể chứa dầu. Các axit hữu cơ, các peroxit và các sản phẩm oxy hoá khác sinh ra trong quá trình tạo cặn như nhựa, asphanten làm biến đổi màu sắc, độ ổn định và phẩm chất của nhiên liệu theo chiều hướng xấu. b) Đối với quá trình chế biến dầu x+y+z+w = 1 Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 25 HD1001 Trong quá trình chế biến dầu, các tạp chất cơ học làm tăng sự bào mòn ống dẫn, chúng kết tụ trên bề mặt trong các thiết bị và lò ống, làm giảm hệ số dẫn nhiệt, và kích thích quá trình cốc hoá dầu. c) Đối với quá trình vận chuyển, tồn chứa [1] Đối với quá trình vận chuyển, tồn chứa dầu, cặn dầu sẽ lắng đọng dưới đáy tank chứa, tạo thành lớp cặn dầy và chặt lên bề mặt bồn bể chứa. Hiện tượng đóng cặn này làm cho bồn bể chứa rất khó vệ sinh, chúng còn làm giảm chất lượng nhiên liệu và hiệu suất chứa đựng nhiên liệu trong những lần tồn chứa tiếp theo. d) Tác hại của cặn dầu đối với môi trường Cặn dầu cần được quản lý và xử lý triệt để vì nó có khả năng gây ô nhiễm trầm trọng đối với cả môi trường đất, nước và không khí. Cặn dầu gây ô nhiễm không khí là do sự bay hơi của các phân đoạn nhẹ dưới điều kiện nhiệt độ của môi trường tác động vào. Ô nhiễm môi trường nước là do dầu trong nước bị chuyển hoá thành các hợp chất độc hại đối với con người và thuỷ sinh như phenol và các dẫn xuất của phenol. Đối với bã thải rắn, việc đổ hay chôn lấp bừa bãi sẽ làm giảm chất lượng đất, làm chết cây xanh, gây ô nhiêm nước mặt, nước ngầm, làm ảnh hưởng đến các loài sinh vật dưới nước… do dầu tạo thành một màng mỏng che kín trên bề mặt nước - đất, nó ngăn cản quá trình trao đổi oxy không khí với môi trường nước và ẩm giữa đất – không khí, giữa nước – không khí. Ngoài ra, nếu để cặn dầu ở ngoài trời, khi gặp sét, nó có thể tự bốc cháy gây hoả hoạn và các sự cố môi trường khác. II.2. Nguồn gốc phát sinh cặn dầu [10] Cặn dầu có thể phát sinh trong các quá trình sau đây :  Quá trình khai thác, chế biến dầu mỏ  Quá trình tồn chứa dầu mỏ, xăng dầu thương phẩm trong hệ thống bồn bể chứa.  Quá trình vận chuyển dầu mỏ, xăng dầu thương phẩm bằng đường bộ, đường thuỷ, đường sắt, đường ống, xà lan, tầu chở dầu, ôtô xitec, tuyến ống dẫn dầu. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 26 HD1001 Hình 1.4. Sơ đồ biểu diễn mối nguồn gốc phát sinh cặn dầu a. Sự tạo thành cặn dầu trong quá trình chế biến dầu mỏ Trong quá trình chế biến dầu mỏ, phần cặn dầu tồn tại chủ yếu ở dạng dầu cặn FO hay bitum, trong đó bitum là loại sản phẩm nặng nhất thu được từ dầu mỏ bằng con đường chưng cất hay oxy hoá tất cả các loại cặn sinh ra trong quá trình chế biến dầu mỏ. Do vậy, có thể xem như quá trình chế biến dầu mỏ thành các sản phẩm khác nhau không sinh ra cặn dầu trực tiếp mà cặn dầu chỉ sinh ra trong quá trình vận chuyển tồn chứa dầu thô trước khi đưa vào chế biến. b. Sự tạo thành cặn dầu trong quá trình vận chuyển, tồn chứa dầu mỏ, xăng dầu thương phẩm trong hệ thống bồn bể chứa [1,2] Trong quá trình vận chuyển và tồn chứa, phẩm chất của dầu mỏ cũng như các sản phẩm dầu có thể bị kém đi do mất các phần nhẹ (bay hơi), do nhiễm bẩn khác nhau trong khi nhập vào các phương tiện chưa tháo cặn và chưa rửa sạch, hoặc trong khi bơm chuyển tiếp các loại sản phẩm khác nhau trong cùng một đường ống, do lẫn nước, hoá nhựa dưới tác dụng của oxy không khí và nhiệt độ. Cho dù là tồn chứa, vận chuyện dầu dưới hình thức nào đi nữa (đường bộ, đường sắt, đường thuỷ, tuyến ống) thì sau một thời gian nhất định, tuỳ theo phẩm chất các sản phẩm đó, thời gian, nhiệt độ tồn chứa vòng lưu chuyển mà hiện tượng tích tụ, lắng đọng ngày càng tăng. Hai nguyên nhân chính làm xuất hiện cặn dầu trong quá trình tồn chứa và vận chuyển là do thiếu tính ổn định của nhiên liệu trong quá trình bảo quản và do Khai thác, chế biến Tầu chở dầu Các kho xăng dầu Trạm xăng dầu Cặn Cặn Cặn Bồn chứa dầu sáng Bồn chứa dầu FO Phương tiện vận chuyển, ôtô, xitec,… Cặn Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 27 HD1001 quá trình xuất nhập của nước, tạp chất cơ học lẫn theo sản phẩm dầu vào bồn bể chứa. Sự ổn định của nhiên liệu trong quá trình tồn chứa Trong bất cứ quá trình vận chuyển hay tồn chứa các sản phẩm dầu mỏ, tính chất ổn định của sản phẩm dầu mỏ là một chỉ tiêu rất quan trọng của nhiên liệu, nó biểu thị ở thành phần, tính chất luôn luôn cố định của nhiên liệu. Đây cũng chính là nguyên nhân tạo ra các lớp cặn dầu không mong muốn, bám dính trên các bề mặt bồn bể chứa đường ống hay tầu chở dầu. Yêu cầu đề ra cho các loại nhiên liệu dầu mỏ đó không những được quy định bằng những điều kiện sử dụng chúng trong động cơ, mà bằng nhiều yếu tố sử dụng khác nữa, trước hết là những điều kiện bảo quản. Điều quan trọng nhất là phải làm sao cho từ lúc sản xuất ra nhiên liệu cho đến khi đem sử dụng vào động cơ, nhiên liệu vẫn giữ được các phẩm chất ban đầu của chúng, có nghĩa là sự ổn định về lý tính và hoá tính không được thay đổi trong suất quá trình vận chuyển và tồn chứa lâu dài. Đối với nhiên liệu lỏng, sự ổn định về lý tính thể hiện ở sự cố định thành phần cất và áp suất hơi, muốn thế phải đảm bảo độ kín khít của phương tiện chứa đựng, không để mất những phần nhẹ. Sự ổn định hoá học của nhiên liệu có nghĩa là khả năng giữa vững các chỉ tiêu chất lượng của chúng dưới sự tác động của các yếu tố bên ngoài khác nhau (như oxy không khí, nhiệt độ, ảnh hưởng xúc tác của kim loại, ánh sáng…). Trong quá trình vận chuyển, vấn đề tiếp xúc giữa sản phẩm dầu với oxi không khí là vấn đề không thể tránh khỏi, và như vậy trong những điều kiện nhất định, sẽ xảy ra phản ứng oxy hoá của sản phẩm dầu. Kết quả của phản ứng oxy hoá dẫn đến các tính chất hoá lý của sản phẩm dầu sẽ bị thay đổi và chính điều đó sẽ làm cho phẩm chất của sản phẩm kém hẳn đi. Tốc độ oxy hoá, mức độ oxy hoá cũng như tính chất của các sản phẩm oxy hoá đều phụ thuộc vào các yếu tố dưới đây: + Bản chất hoá học của chính loại sản phẩm đó, cụ thể là tính chất của các hợp chất hoá học có trong sản phẩm, hàm lượng của các hợp chất đó trong hỗn hợp và quan hệ của chúng với sự tác động của oxy trong không khí. + Các điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, áp suất và bề mặt tiếp xúc giữa sản phẩm với oxy. + Có lẫn các chất có khả năng làm tăng nhanh hoặc giảm chậm quá trình oxy hoá. Sự ổn định về hoá học của nhiên liệu chủ yếu được xác định bởi cấu tạo phân tử của chúng, trong cấu tạo phân tử có nhiều hydrocacbon chưa no thì tính ổn định kém, nhiên liệu bị oxy hoá và trùng hợp rất nhanh, tạo nên các chất nhựa và axit, đồng thời làm biến đổi luôn thành phần hoá học của chúng. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 28 HD1001 + Quá trình oxy hoá nhiên liệu (tạo thành nhựa) xảy ra dần dần. Có thể coi những sản phẩm ban đầu của quá trình oxy hoá chính là những peroxit. Đây là những hợp chất kém bền vững, có khuynh hướng biến chủng nhanh. Yếu tố chủ yếu có ảnh hưởng nhất tới sự hình thành phản ứng bậc hai của các peroxit là nhiệt độ, tốc độ của quá trình tự phản ứng sẽ tăng nhanh nếu nhiệt độ tăng. Dưới tác động của nhiệt độ cao, áp suất cao và tác động của oxy không khí, sẽ xuất hiện nhiều nhựa, asphanten, axit và các sản phẩm của hiện tượng oxy hoá nặng hơn như cacben và cacboit không tan trong dầu. Trong số tất cả các nhiên liệu dầu mỏ thương phẩm, đặc biệt chỉ có loại xăng chế tạo theo phương pháp cracking có chứa nhiều hydrocacbon không no và nhiều hợp chất kém bền vững khác có khả năng gây phản ứng oxy hoá, tạo nên những sản phẩm khác nhau có tính chất giống như nhựa. Người ta chia các loại nhựa ra làm hai loại: Nhựa thực tế (hay nhựa hoà tan) và nhựa ẩn (là loại nhựa có thể tạo thành khi xăng bị oxy hoá trong quá trình tồn chứa). Loại nhựa ẩn chỉ hoà tan rất ít, còn phần lớn kết tủa, đóng cặn dưới đáy bể chứa và trong ống dẫn. Nhìn bề ngoài, các chất nhựa tồn tại từ thể lỏng loãng cho đến thể rắn và có màu từ vàng nhạt cho đến màu nâu sẫm. Trong giai đoạn đầu của quá trình tạo nhựa, do có hàm lượng không lớn lắm nên các chất nhựa hoà tan hoàn toàn trong nhiên liệu. Đến một giai đoạn nhất định nào đó của quá trình oxy hoá, tuỳ thuộc vào điều kiện tồn chứa, tính chất của các hỗn hợp không no có trong nhiên liệu và yếu tố khác nữa mà tính hoà tan của các chất nhựa sẽ giảm xuống tới mức chúng bắt đầu tách ra khỏi nhiên liệu. Khuynh hướng tạo nhựa của các nhiên liệu phần lớn phụ thuộc vào nhiệt độ, bề mặt tiếp xúc với không khí và tác động của xúc tác kim loại và áng sáng. Các hợp chất không phải là hydrocacbon có nhiều trong nhiên liệu được tạo thành trong quá trình oxy hoá nhiên liệu cũng ảnh hưởng tới hiện tượng tạo nhựa. Nếu trong nhiên liệu có các hợp chất lưu huỳnh và hợp chất nitơ thì sự tạo nhựa trong quá trình tồn chứa càng mạnh thêm. Các sản phẩm của quá trình oxy hoá như peroxit và các chất nhựa có tính axit càng thúc đẩy quá trình oxy hoá. Các chất nhựa trung tính có tác dụng kìm hãm quá trình oxy hoá nhiên liệu. Người ta đánh giá khuynh hướng tạo nhựa của các loại xăng ôtô trong quá trình tồn chứa lâu dài theo thời kỳ cảm ứng, có nghĩa là theo số phút không bị hấp phụ oxy của một mẫu thử xăng trong các điều kiện thí nghiệm (có nhiệt độ 1000 0C và áp suất cao). Ngoài những yếu tố đã kể trên, tác động xúc tác của kim loại, nhất là đồng, cũng làm ảnh hướng tới tính chất ổn định của xăng. Tác động này thể hiện dưới dạng quá tình oxy hoá khử giữa kim loại với các muối của nó và giữa các peroxit với các sản phẩm oxy hoá khác hoặc với chất chống oxy hoá. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 29 HD1001 Trong quá trình tồn chứa, phẩm chất của các loại nhiên liệu đều bị biến đổi rất nhiều. Cùng với lượng nhựa tăng lên trong quá trình tồn chứa, độ axit và màu sắc của nhiên liệu diezen cũng bị biến đổi. Đó là dấu hiệu đầu tiên của sự mất phẩm chất. Muốn giảm bớt sự tạo nhựa do tác động của không khí, tốt nhất nên tồn chứa các sản phẩm dầu sáng, đặc biệt là xăng, dưới một lớp bột cách ly bền vững hoặc dưới một lớp màng hoạt tính bề mặt. Việc đánh giá tính chất ổn định của nhiên liệu trong quá trình tồn chứa dựa trên cơ sở xác định hiệu quả tác động của oxy không khí lên loại nhiên liệu đó trong điều kiện nhiệt độ cao, có chất xúc tác hoặc không có chất xúc tác. Hiệu quả đó thường thể hiện ở sự tạo nhựa, sự tạo các chất kết tủa và các sản phẩm ăn mòn hoà tan trong sản phẩm thí nghiệm. Khuynh hướng tạo nhựa của nhiên liệu trong quá trình tồn chứa được biểu thị bằng chỉ số iốt và giai đoạn cảm ứng. Cặn dầu sinh ra trong quá trình xuất, nhập Ngoài ra, trong quá trình vận chuyển tồn chứa, dầu mỏ và các sản phẩm dầu thường bị lẫn nước cũng như bị nhiễm bẩn nhiều loại tạp chất cơ học như bụi, cát, gỉ sắt… Tại các mỏ dầu, dầu mỏ được để lắng cẩn then, mặc dù vậy một phần nước và tạp chất vẫn còn lẫn trong dầu đi vào đường ống và các bể chứa của nhà máy. Số lượng các tạp chất phục thuộc vào thế nằm của túi dầu trong tầng đất mỏvà phương pháp khai thác dầu mỏ. Trong quá trình tồn chứa dầu mỏ, phần lớn các tạp chất đọng lại trong bể chứa và trong bộ phận lắng bùn của thiết bị lắng. Những phần tử tạp chất nhỏ nhất có thể vẫn còn lại trong dầu dưới dạng huyền phù (đặc biệt là loại dầu mỏ có nhiều nhựa), rồi sau đó trong quá trình chưng cất, một phần tạp chất sẽ kết bám trên thành thiết bị và thành lò ống, đẩy nhanh quá tình tạo cốc của dầu mỏ. II.3. Thành phần của cặn dầu [2,8] Tính chất và thành phần của cặn đáy trong bể phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như loại sản phẩm được tồn chứa, các điều kiện và thời hạn tồn chứa. a) Cặn dầu mỏ. Cặn trong các bể chứa dầu mỏ nguyên khai, xét về tính chất của nó thì gồm hỗn hợp các hợp chất hữu cơ và vô cơ. Dầu mỏ như ta đã biết là một hỗn hợp nhiều hydrocacbon có phân tử lượng khác nhau. Trong thời gian tồn chứa tại bể, ở những điều kiện nhất định (áp suất, nhiệt độ), những hydrocacbon cao phân tử loại xêrêzin và paraffin dưới dạng các tinh thể chứa sẽ bắt đầu tác ra khỏi dầu mỏ, chúng có thể lẫn trong dung môi hoặc lắng xuống bể. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 30 HD1001 Đồng thời trong các cặn đáy tại các bể chứa dầu mỏ nguyên khai còn có lẫn các phần tử nham thạch từ lòng đất theo dầu mỏ chảy vào, cùng với nước và các tạp chất khác, các tinh thể paraffin do đông tụ thành những phức hệ riêng có đường kính tới 0,5 – 1mm nên lắng xuống đáy bể, ở đây chúng dần dần kết chặt với các tinh thể cát và các tạp chất khác nhau tạo thành một lớp cặn bền vững, gây hậu quả xấu cho việc sử dụng các bể chứa. Trong quá trình tồn chứa dầu mỏ tại các bể chứa, sau khi bơm chuyển hết dầu theo đường ống hoặc chuyển tải hết theo đường ống hoặc chuyển tới các wagon xitec ta sẽ thấy dưới đáy bể còn đọng lại chủ yếu là paraffin, cặn hắc ín và nhựa asphanten. Cùng với cát, vảy gỉ sắt và các tạp chất cứng khác tạo thành một khối kết chặt. Phần cặn nào chưa kịp lắng kết chặt thì sẽ dễ dàng tan ra khi có dòng dầu mỏ mới phu tiếp vào nên xuất hiện khối lắng kết không đều dưới đáy bể như mức cặn lắng tại vùng có ống xuất. Theo tài liệu của hai công ty quản lý đường ống dẫn dầu Tatarxki và Barkiaxki thì trong các bể chứa dầu mỏ dung tích là 5000m3 thì độ cao trung bình của lớp cặn trong 1 năm là 500 – 800mm. Bảng 1.3. Thành phần cặn trong bể chứa dầu mỏ Thành phần % khối lượng Nước 18 Thành phần cơ học 12 Parafin 21 Dầu mỏ, các chất nhựa 49 b) Cặn nhiên liệu đốt lò ( FO ) Nhiên liệu đốt lò (Fuel oil, viết tắt là FO) là sản phẩm của quá trình chưng cất, thu được từ phân đoạn dầu thô có nhiệt độ sôi trên 30000C. Tuy nhiên, nhiên liệu đốt lò cũng có thể nhận được từ phần chưng cất nhẹ hơn, hoặc từ phần cặn của các công đoạn chế biến sâu (cracking, reforming), hoặc được pha trộn với những thành phần nhẹ và sử dụng cho các lò đốt nồi hơi, cho động cơ diezen tàu thuỷ và các quá trình công nghệ khác… Vì vậy, khái niệm nhiên liệu đốt lò (FO) cũng bao hàm các loại nhiên liệu nhẹ hơn, có nhiệt độ cất trung bình, màu hổ phách… như nhiên liệu diezen, dầu hỏa thắp đèn khi chúng được sử dụng làm nhiên liệu đốt lò. Nhiên liệu FO nặng hơn nhiên liệu DO và xăng. Do đó, quá trình lắng tách và đông tụ các hydrocacbon cao phân tử xuống đáy bồn bể chứa nhiên liệu FO xảy ra mạnh hơn. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 31 HD1001 Bảng 1.4. Thành phần của cặn DO và FO ( thời gian tồn chứa là 5 năm ) Loại cặn Hàm lượng chất, % khối lượng Nước Tạp chất cơ học + cacboit Asphanten Nhựa Dầu mỡ Parafin DO 17.31 22.27 6.27 11.12 46.05 25.95 FO 18.69 30.62 13.58 12.27 31.80 18.45 Ngoài ra, sản phẩm dầu càng nặng càng chứa nhiều hợp chất của nitơ, lưu huỳnh hoạt tính nên thúc đẩy hiện tượng ăn mòn điện hoá, gây phá huỷ thành và đáy thiết bị tồn chứa, tạo ra gỉ sắt và tạp chất cơ học nhiều hơn. Đồng thời đây cũng là nguyên nhân thúc đẩy quá trình tạo nhựa và asphanten trong nhiên liệu FO nhanh hơn so với các loại nhiên liệu khác. Như vậy, trong cùng thời gian và điều kiện tồn chứa, phụ thuộc vào bản chất của nhiên liệu, nếu nhiên liệu càng nặng thì trong cặn càng chứa nhiều nhựa, asphanten, cacboit và tạp chất cơ học. c) Các sản phẩm dầu sáng. [2] Tính chất của các loại cặn đáy trong các bể chứa dầu sáng có khác đôi chút so với cặn đáy, ở đây nó bao gồm các sản phẩm ăn mòn và các tạp chất cơ học. Các sản phẩm ăn mòn nằm lẫn trong khối sản phẩm dầu dưới dạng các hạt cực nhỏ trong suất quá trình sử dụng bể. Trong đó các sản phẩm của quá trình oxy hoá chiếm chủ yếu (đặc biệt là trong các sản phẩm chế tạo bằng phương pháp xúc tác). Cặn trong các bể chứa dầu nhờn cũng gồm các sản phẩm ăn mòn các tạp chất cơ học và loại nhũ tương lẫn trong nước. d) Cặn gudron. Cặn mazut là phần còn lại của dầu mỏ sau khi đã tách các phân đoạn các sản phẩm trắng (xăng, kerosene, gas-oil) bằng cách chưng cất ở áp suất thường. Cặn gudron là phần cặn còn lại của dầu mỏ sau khi đã tách phân đoạn gasoil nặng bằng chưng cất ở áp suất chân không. Loại cặn này có nhiệt độ sôi lớn hơn 5000 0C, gồm các hợp chất có số nguyên tử cacbon lớn hơn C41, giới hạn cuối có thể đến C80. Nhóm chất dầu. Nhóm chất dầu bao gồm các hydrocacbon có phân tử lượng lớn, tập trung nhiều các hợp chất thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng giữa thơm và naphten, đây là nhóm hợp chất nhẹ nhất, có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1, hoà tan trong xăng, n-pentan, CS2…, nhưng không hoà tan trong cồn. Trong phân đoạn cặn, nhóm dầu chiếm khoảng 46%. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Ngọc Hương 32 HD1001 Nhóm chất nhựa (còn gọi là nhóm malten) Nhóm này ở dạng keo quánh, gồm hai nhóm thành phần, đó là chất trung tính và các chất axit. Các chất trung tính có màu đen hoặc nâu, nhiệt độ hoá mềm nhỏ hơn 1000 0C, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng hoà tan trong dung môi như xăng. Chất trung tính tạo cho nhựa có tính dẻo dai và tính kết dính. Hàm lượng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ kéo dài của nhựa, chiếm khoảng 10 – 15% khối lượng của cặn gudron. Các chất axit là các chất có nhóm – COOH, màu nâu sẫm, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ hoà tan trong clorofrom và rượu etylic, chất axit tạo cho n