Error!. Bookmark not defined.
T ng quan v ngu n d u th i: Ngu n g ng x lý d u th i khác nhau ng x lý tích c c
S d ng làm phân bón
Phân compost t d u các ch t th i d u d ng r n có th c x lý thành phân comp t Các chuyên gia c i h c bang Kazan và Công ty Liên
Hic nghiên c u nhi gi n hình c a nhà máy l c d u Malaysia ch bi n kho ng 105.000 thùng/ngày thì t o ra kho ng 50 t v i s ng r t l n ch t th i nguy h i; ch y u bao g m d c và tr m tích vô
u x lý bùn b ng cách bùn tr n v t theo t l h p lý t o phân bón
S d ng làm ch t lò nung clanker trong s n xu t xi
Hin nay m t s n, Nh t B n, Hàn Qu vi c x lý b u áp d
t ch t th i b o sát c a C ng và D án VCEP cùng m t s t b ng lò nung xi
t s m v kinh t , xã h n d c nhi r t cao (kho ng 1400 2000 0 C) và th i (khong 4 5 giây) c phá v c u trúc b n v ng c a cn d u
Oxy hóa t o Bitum
Thc hi n oxy hóa b ng cách s c không khí 240-250 o C trong th i gian 1,5 gi c m t lo i bitum có ch ng r t t
c p ph n trên, thành ph n chính c a c n d u và các ngu n hydrocacbon th i là các hydrocacbon có phân t ng l n, các ch t nh a và asphanten, ngoài ra còn l n các t p ch c khác N u t n d ng l n nh a và asphanten này thì ta s
c bitum nh ng V thành ph n thì bitum là h n h p ph c t p các lo i t p ch y u là các ch cao, c u trúc h n h p nhi u vòng gi c s n xu t b ng cách th i không khí
c chi u v i lu ng y Ph n ng oxy hóa di n ra t i vi c kh hydro và polyme hóa các thành ph a c n d u Có th oxy hóa b ng các tác nhân khác, ch ng h c [14-16 ].
Công ngh c s d ng t i Philadenphia và nhi u nhà máy c a M , ngoài
c Nh t B n, Brasil và Hàn Qu c T t c ng c n d c sau m i l n v sinh b n b cha ho c c n d u thu h i t các ngu n khác nhau h u h nhà máy l c d ch bi n thành bitum, s d ng công ngh oxy hóa Nhi u nhà khoa h c và công ngh u qu nh x lý và tái ch ngu n hydrocacbon th i thành s n ph m có ích là bitum-nh ng Công ngh này có th c a phân
ng s n xu t bitum c a nhà máy l c du
Cracking là quá trình b gãy m ch cacbon-cacbon c a hydrocacbon Trong công ngh bi n d u mch c ng d bi n n ng thành các s n ph m nh Có c hi n ph n thth i tác d ng c a nhi (cracking nhit) và xúc tác (cracking xúc tác) Vt có th ch bi n các ph n c n r t n ng c a d u m Ph n d c thu gom l i, sau
c gia nhi và th c hi n quá t c s n ph m l ng có giá tr kinh t
M , Hàn Qu u s d ng công ngh cracking nhi thu nhiên li y u là d u diesel Canada th c hi n cracking nhi thu h c n d u
H n ch c u cao, s n ph m nhiên lic c n ph i tinh ch ph c t p
Tách l y parafin
T i Hàn Qu lý c n d i ta tách
c ra kh i c d ch ltá y parafin r n, ph n d u còn l i s d ng tr c ti p làm nhiên li t lò H n ch c i dùng
t ti n, c mu n có ch ng cao ph i tinh ch khá t n kém nên ít có giá tr cho vi c trin khai thc t.
Ph i tr n c n d u v làm nguyên li u cho l c d u
T i M , theo US Patent s t s công trình nghiên c u trên
x ng c n d u trong t u ch d u, xà lan ho c trong b n b cha b ng cách tr n c n d u v i ít nh t m t lo i hydrocacbon d ng aliphatic (ch a t 8-12 nguyên t cacbon trong phân t ) và ít nh t m t lo ng mono-halogenated có ch a vòng benzen ho c naphten cùng v i các h p ch t tác nhân chch tán H n h c hòa tan trong m t h p ch t hydrocacbon v i t l t n 10% khu ki n áp su n 15 bar, h n h c dùng trong nhà máy l c d u làm nguyên li u thô
ng d i v i ngu n d u nh n th i là mt trong các ngun hydrocacbon thi ti
Chuy n hóa c n d u ki n áp su t và nhi 6 cao 1.1.8 X lý không tái ch
Theo US Patent s 6540904 B1 ngày 01/4/2003, t i M p chuy n hóa c n d u m b ng cách tr n v i dung môi và xúc tác d ng mu i s t sunfat trong
u ki n áp su t t n 120 at, nhi t 380- 420 0 C, trong kho ng th i gian t 10-120 phút trong thi t b ph n ng S n ph c làm l nh t i nhi
n áp su t cao nên t n kém, d n giá thành s n ph m cao [12, 13 ].
-: s oxy hóa và phân h y nhi t, các ch t h c kh c tính và phá v c u trúc Hi n nay các thi t b c s d
- Công ngh vi sinh Công ngh x lý c n d u b : c ch y u v n là cho ch ph m sinh h c tr n v i c n d u và các ch ph m k
tr o tr i m và b sung các ch
kích thích các lo i vi sinh v t phân h y d u phát tri n Hi n nay, có m t s công ngh tiên ti n x lý bùn c t ô nhi m d u b ng các h ph n ng sinh h c (bioreactor) cho hi u qu x t [20] Nu hôn lm vì th i gian t phân h y r t lâu N u x lý b ng hóa ch t: có th s d p ph ho - keo t [13 ].
c tình hình công nghi p d u khí ngày càng phát tri ng ph thi cn d u sinh ra ngày càng nhi u thì c n ph i có các bi n pháp thu h i x lý và tái ch hi u qu các ngu n hydocacbon th i góp ph n b o v ng và tránh lãng phí tài nguyên thiên nhiên c ta, có r t ít các công trình nghiên c u x lý các ngu n hydrocacbon th c bi t h u tái ch chúng thành các s n ph
Tình hình x lý và tái ch c n d u và s n xu t bitum t i Vi t Nam
Vi t nam, có r t ít công trình nghiên c u v v này, các nghiên c u mang tính cht nh l , không h tht s n hình. a Để phân hủy tự nhiên: chôn l p ấ
ng là thu gom h n h p ch t t y r a và c n d u thô vào b ch t s t phân h y trong m t th i gian nh t
nh tùy thung c n d c tách ra
Trong th i gian di n ra quá trình phân h y, s t o ra các s n ph o mùi khó chp, tuy nhiên gây ô nhi m nhi u vì th i gian t phân h y r t lâu, có th lên t i 30- ng th i không t n d c mng l n c n d u ph i này [6, 7 th ] b S dử ụng lò đốt
Cht th i r n nhi m d các ngu c thu
H c viên: Nguy c An Trang 8 gom b ng xe b n ho c xe t i chuyên d ng v n chuy n v vào thi t b tách t p thô T c tách ra nh i l c và dc gia nhi n nhi kho ng 70 0 n d t b tách c n theo nguyên lý li tâm D t b c còn c n r n ng m d u
c tách ra t d lý trong thi t b x c th i, còn d u sào b n ch a Tro còn l t cn d u là ch dùng làm v t li u san l p m t bng [6 ].
c Dùng tác nhân phân h y bủ ằng vi sinh
Hi u B12 Qu ng Ninh (T u Vi t
u, ng d ng nghiên c u "H th ng x lý c n d u b ng công ngh phân h y sinh h c" nh m chuy n hóa bùn thc h i v ng tr thành phân bón hu ích cho cây tr ng [6 ]
i h p v i Vi n Công ngh Sinh h c (Vi n Hàn lâm Khoa
H c viên: Nguy c An Trang 9 h c và Công ngh Vit Nam) th c hi n công trình " ng d ng công ngh phân h y sinh h c x c th i nhi m d u", s d ng vi khu n phân l p có s c thi, không t o ra s n ph m ph c h i sau quá trình x lý và b c th i
t tiêu chu n lo c khi x ra ngoài Công ngh c ng d ng t i
u c a Công ty, chi phí x lý th p N u công ngh phân h y sinh h c
c tri n khai ra t t c u trong c c, s t o s an toàn và gi m chi
Hi t i TP.H c c p gi y phép x lý c n d u là
T x lý này, ch t th i r n nhi m d trong b cha xây b ng bê tông c t thép có l p ch ng th m và có mái che C n d c x lý tách
t cát, thêm ph gia t làm thanh nhiên li u cung c p cho các xí nghi p g ch ngói, các lò g m s u th ti công ); khí hoá cn d s n xut
t cháy và cung c p nhi t cho các nhà máy nhi n [6 ].
Thu khoa Công ngh Hóa h c và D i h u thành công công ngh c sa ln bùn du tháng 5-2002 Tái sinh c n bùn d u thô thành nhiên lit V i công ngh này, có th n 80% nhiên li u trong c n bùn d u thô Ph n c n còn l i có th ph i tr n v i m t s cht Công ngh m i này có th giúp thu h i t vài ch n nhiên liu t c n bùn d u thô
T c n d c t b n b cha và tàu d u, nhóm nghiên c u [2 nghiên c u bi n tính b ng ph n c s n ph
m e Cracking c n d u nhặ ầ ằm thu nhiên liệ ỏu l ng
Vit Nam có r t ít công trình nghiên c u v này, tác gi [10 c u t ng h p zeolit Y t cao lanh cho quá trình cracking du th i
trên thì ph n d u thu h i r t n ng có ch a kho ng 30% parafin, c thành ph n vào kho ng:
n d u n ng thu h i này có th
ng nghiên c u nghiên c u v vi c s d ng c n d u th nghiên c u c p B tr m- T n d ng c n d u thô khu l c hóa d u ậ ụ ặ ầ ọ ầ Dung Qu t vào s n xu t nhiấ ả ấ ệt năng công nghiệp c a tác gi Tr i h u m t cách h thng và có hi u qu công ngh t ng h p bitum-nh ng t các ngu n d u ph th i khác nhau, nh t là c n d u c a công nghi p d u khí
Khái quát chung v ng x lý tích c oxy hóa c n d u th i thành bitum, c
Thành ph n và tính ch t c n d u
C n d c hình thành t quá trình t n ch a và v n chuy n d u thô ho c
m, do v y, dù n ch t c a c n d u hình thành t quá trình sa l ng, l ng c a các t p ch c, ch t nh a, các hydrocacbon có s nguyên t khác nhau v ng và ph thu c r t nhi u vào ch ng d u thô c a m khai thác [1, 3, 4, 5 ].
Tính cht và thành ph n c a các lo i c ch a ph thu c vào nhi u y u t y u ph thuc vào lo i s n ph m d c t n ch a, các
Tu theo tính ch t v t lý c a chúng, các lo i có lo i c ng (màng các oxít, g kim lo i) ho c lo i x p do các s n ph m oxy hoá k t t l i trên b m chn
a b h p lý, ta có th chia các lo i c n ra làm ba nhóm: hn h p c a hai nhóm trên C i d ng vy g C n h m các h p ch hoà tan
u ho ho c các dung môi khác ngoài ra còn g m c n h c ín và c n nh a bitum a C n d u m ặ ầ ỏ
C n trong các b cha d u m nguyên khai, xét v tính ch t c a nó thì g m h n h p các h p ch t h
D u m t là m t h n h p nhi u hydrocacbon có phân t ng khác nhau Trong th i gian t n ch a t i b , nh u ki n nh nh (áp su t, nhi ), nh ng hydrocacbon cao phân t lo i d ng các tinh th ch a s b u tách ra kh i d u m , chúng có th l n trong dung môi ho c l ng xu ng b
ng th i trong các c i các b ch a d u m nguyên khai còn có l n các phn t nham th ch t t theo d u m chy vào, cùng vc và các tp
H c viên: Nguy c An Trang 12 cht khác, các tinh th thành nh ng ph c h ng kính t i 0,5 1mm nên l ng xu , n d n k t ch t v i các tinh th cát và các t p ch t khác nhau t o thành m t l p c n b n v ng, gây h u qu x u cho vi c s d ng các b cha Trong quá trình t n ch a d u m t i các b cha, sau khi
n h t d ng ng ho c chuy n t i h ng ng ho c chuy n t i các wagon xitec ta s th ng l i ch y u là parafin, c n h c ín và nh a asphanten
Cùng v i cát, v y g s t và các t p ch t c ng khác t o thành m t kh i k t cht Ph n c n nào c p l ng k t ch t thì s d dàng tan ra khi có dòng d u m m i phun ti p vào nên xu t hi n kh i l ng k c c n l ng t i vùng có ng xu t.
Theo tài li u c a hai công ty qu ng ng d n d u Tatarxki và Barkiaxki thì trong các b cha d u m dung tích là 5000m 3 cao trung bình ca lp c 800mm
Parafin trong d u m 21 Các cht nha, asphanten 18 Các chc 2
Phn c n r n d c và các t p ch nh
Chỉ tiêu phân tích D u ầ Phân đoạn Phân đoạn 300- Phân đoạn >
ng nh a % kl 13,96 - - 13,96 b C n nhiên liặ ệu đốt lò
Nhiên lit lò (Fuel oil, vi t t t là FO) là s n ph m c c c t n d u thô có nhi sôi trên 300 0 C Tuy nhiên, nhiên liu
nh c t pht nh c t ph n c n c a các
n ch bi n sâu (cracking, reforming), ho c pha tr n v i nh ng thành ph n nh và s d t n và các quá trình công ngh y, khái ni m nhiên li loi nhiên li u nh c t trung bình, màu h u diesel, d u h a thc s d ng làm nhiên lit lò.
Nhiên li u FO n ng tách và
các hydrocacbon cao phân t xu n b ch a nhiên li u FO x y ra m
Hàm lượng ch t, % kh i lư ng ấ ố ợ
T p chạ ất cơ học + cacboit
Ngoài ra, s n ph m d u càng n ng càng ch a nhi u h p ch c t hu nh ho y hi n hoá, gây phá hu thành và
t b t n ch a, t o ra g s t và t p ch c nhing th
y quá trình t o nh a và asphanten trong nhiên li u FO nhanh
i các lo i nhiên li u khác
y, trong cùng thu ki n t n ch a, ph thu c vào b n ch t c a nhiên li u, n u nhiên li u càng n ng thì trong c n càng ch a nhi u nh a, asphanten, cacboit và tp chc. c Cặn c a các s n ph m d u sáng ủ ả ẩ ầ
Tính ch t c a các lo i c cha d so v i c m các s n ph p chc Các s n ph m l n trong kh i sn phm di dng các ht cc nh trong sut quá trình s d ng b n ph m c a quá trình oxy hoá chi m ch yc bit là trong các s n ph m tng h p b
C n trong các b cha d u nh m các s n ph p ch hc và loc d C n mazut ặ
Các lo i c ch a mazut, v thành ph n hoá h c và các tính cht v t lý - n h c mà nói, khác h n v i các s n ph m d u ch y u Ph n chính c a c n là các h p ch t cao phân t thu c lo i asphanten, ph n còn l i không tan g m nh ng cacben và cacboit có t tr ) Nhìn b ngoài thì c n này có m t, rt nh ít
Quá trình l ng các asphanten, cacben và cacboit tách ra t mazut ch y u liên quan t i v trong khi hâm nóng mazut t i b chc bit kém nh nh t là lo i c n cracking có ch ng h p hâm nóng mazut trong quá trình t n ch a thì cacboit s l ng k lo i c a b t c a các thi t b t bên trong b y là chính ch dùng nhi b o qu n mazut là m t trong nh ng y u t quan tr ng
y m nh quá trình tách cacboit và l ng k t chúng trên các b m t kim lo i c a b ch a.
Ngoài ra s hút bám các lo i nh a trung tính và nh ng hydrocacbon cao phân t (có trong mazut) trên b m t các phân t asphanten và cacboit cùng là mt yu t quan tr ng khác gây nên tình tr ng t o thành c n trong b Do s c a các ph n t nói trên, quá trình t o c n l i càng m nh thêm
M t y u t khác không kém ph n quan tr ng th cho quá trình súc r a c cha mazut, là có l n m t s ng l n các hp chnh
K t qu phân tích chúng ta bi t thành ph n c a c cha mazut
Thành phầ Phần trăm (%KL)
Cacboit không tan trong benzen và t p ch c 36,4
Than cc (ln v i các khoáng t p không cháy) 45,9
C trong các b cha mazut là m t kh c s t Các ch t nh a, asphanten lng xu, lâu d n dính k t l i v i nhau t o thành m t l p c n v ng ch c N u c n này t n t i lâu dài trong b thì s k t dính l c n s thành nh a asphan c ng Vi c súc r a cho lo i b này r tr u
d ng các bi c chuyên d ng, các bi n pháp hóa lý hay cht t y r c ch ng
i ngu n hydrocacbon th i làm nguyên li u cho quá trình t ng h p bitum-nh ng
Ngun hydrocacbon th i ch y u là trong các b n b ch n v n chuy thu h i hydrocacbon th ng ph i s d ng ch t ho ng b m t ho c ch t t y r làm gi m s m t d u - c - b m t t n ch a, t n d u th i s c tách ra kh i b n b Sau khi súc r a b n b cha, hn h p t o ra bao g m: c n d u, ch t t y r c cn phc x tách riêng c n d u s d ng oxy hóa t a Phương pháp để ắng l
l ng h n h p sau t y r a, sau m t th i gian h n s phân thành hai l p:
L p trên là d u th i, l i chc, ch t t y r a và các t p ch t n
n, tuy nhiên th i gian l ng tách r t lâu gây n công ngh M t khác do th i gian lâu nên các thành ph n trong c n d u th i phát tán vào không khí ng b Phương pháp sử ụ d ng ch t đi n ly ấ ệ
T ng quan v tính ch t hóa lý, các ch tiêu k thu t c a bitum
Thành ph n hoá h c c a bitum
Bitum là h n h p c a các hydrocacbon có phân t ng l n, các ch t nh a và asphanten Phân t ng có th t 2000 14 ng các nguyên t
Thành ph n c a bitum g m ba nhóm chính (nhóm ch t d u, nhóm ch t nh a, nhóm asphanten) và các nhóm ph (nhóm cacben và cacboit, nhóm axit asphanten và anhydrit c a chúng) a Nhóm chất dầu
Bao g m các hydrocacbon có phân t ng kho ng (300 u trúc h n h p m ch th ng, vòng , có khng riêng 0.91 0.925 (g/cm 3 -heptan, CS 2 trong cn
S có m t c a nhóm ch t d u làm cho bitum có tính l ng N ng c a bitum gi m xu ng Các ch t d u là môi
ng pha loãng có tác d ng hoà tan nh kh a bitum Trong bitum nhóm ch t d u chim kho ng 45 60% b Nhóm chất nhựa
G m các h p ch t có c u trúc h v cao, có kh ng phân t 600 ng riêng l d ng keo quánh, g m có hai nhóm thành ph t trung tính và các ch t axit
Các ch c nâu, nhi hoá m m nh 0 o C, d
t trung tính làm cho nh a có tính d o dai và tính kng c a các ch t này ng tr c ti giãn dài ca nh a.
Các ch t nh a axit là ch t có nhóm (-COOH), màu nâu s m, d dàng hoà tan
u etylic Các ch t axit t o cho nh a có tính ch t ho ng b m t Kh t dính c a bitum ph thung ch t axit có trong nh a
[15] Các ch t nh a quy nh tính d o và tính g n k t (tín a
ng ch t nh a trong bitum d u m là 1530% c Nhóm asphanten
Là nhóm ch t r u t o tinh th , có kh ng phân t l n
(1000 ng riêng 1.10 1.15 (g/cm 3 ) Có c u trúc h
cao, ch a ph n l n các h p ch t d vòng, có kh nh trong
CS2 Trên nhi 300 o C, asphanten không b nóng ch y mà b cháy thành tro
Tính cng và s bi i tính ch t theo nhi c a bitum ph thuc vào y u t n thì bitum càng r n và nhi hoá m m c a
ng asphanten trong bitum d u m kho ng 10 38% M t loi bitum t t, ch u th i ti t t b n cao thì ph i có thành ph nh a, 15 18% asphanten, 52 54% d u Trong bitum t l asphanten so vi nha kho ng 0.5 0.6, t l nha và asphanten so vi du là 0.8 0.9 [3 ]. d Những thành ph n khác ầ
Tính ch t c a cacben g n gi khác là không hoà tan trong benzen, trong CCl4c trong CS2, khng riêng l
1 Cacboit là m t ch t r n d ng mu ng
ng c a các nhóm ch t này trong bitum nh n làm bitum kém d o
* Nhóm axit asphantenic và anhydric ca chúng:
Nhóm này là nh ng ch t nh a hoá (nh a axit) mang c c tính (g m nh ng phân t có g -COOH), là thành ph n ho t tính b m t l n nh t c a bitum, chú c ng d u, c asphanten có khi ng riêng nh 3 ), màu nâu s ng trong bitum nh t liên kt vi b m t v t li u khoáng d
Là nhóm hydrocacbon m ch th ng, no, d ng r n Parafin có th làm gi m kh a asphanten vào trong các nhóm khác, có th làm
H c viên: Nguy c An Trang 20 ging nh t c a bitum N u t l hoá m m, tính giòn c a bitum nhi t p s th ng nhi th v i bitum không ch a parafin T l parafin trong bitum d u m kho ng 5% ch
C u trúc hoá lý c a bitum
V n hoá lý, bitum là m t h keo ph c t pha phân tán, ch t d ng phân tán, ch t nh a là ch t ho t tính b m t (cht nh) [4, 23, ] 24
B ph n c a c u trúc keo bitum là mixen (h t keo) Mixen là h t keo g m có nhân là các hydrocacbon, có kh ng phân t l n (ch c
c th hi n cao nh t, xung quanh nhân có m t l p ch t nh a h p ph , có khng phân t m d n theo chi u t tâm mixen tr ra, t o nên m t s liên t c không bi u hi n rõ ràng gi i h n phân chia gi a pha phân
Nhng mixen c a bitum s ng phân tán là ch t d u, t o nên m t m i không gian có hình d ng nh i mixen c a bitum là m t nút m ng Chính c u trúc c a h ng keo này s quy th t
nh các tính chc c a v t li d cht n nhit khác ca bitum
Khi trong bitum ch ng ch t nh t o nên v b c các nhân asphanten và chng asphanten l n, thì h th ng keo này s x và t o ra c u trúc d ng gel) b n v ng C(c tính cng c a bitum khi nhi thp
Khi trong bitum ch ng ch t d u và ch t nh a khá l n thì các mixen s xa nhau, s chuy ng t ng l ng, h th ng không th t o ra c và tr thành m t ch t l ng th c (c u trúc d ng sol) c u
i bitum l ng nhi ng và bitum quánh n u ch y l ng
Ngoài ra bitum còn còn có th d ng c u trúc trung gian là c u trúc sol-gel
C nhi ng, nhi này bitum s
ng d ng c a bitum
các m d u r ng l n t n x y ra quá trình bitum thiên nhiên rò r ra b m vùng này s m bi c c tính ch ng th c, k dính và b o v tuy t v i c a lo i v t li u bitum và nó s t d ng vào nhi u công vic thích h p khác nhau T d ng này hay dc s d ng n t ch t ch ng th c ho c k dính, t ghi nh n vi c s d ng bitum s m nh t là c i Sumerian, vào kho ng 3800
i ta cho r ng Nebuchadnezzar có th i bi t s d ng thành th o bitum bi có b ng ch ng cho th d ng s n ph chng th m cho các b n ca mình và làm v a l ng trát các khe h c a các
trình p xác c i Ai c p c ng b ng chng v tính ch t b o v c a bitum m c dù v n còn nh ng cu c tranh lu n là bitum hay nh a cây c s d ng trong vip xác
Vi c s d ng bitum "thiên nhiên" v các ng m có các trên chc ch n t nh i ta biít t
c bi t c Anh cho mãi t i cu i th k 19 không b t k có d u hi u nào cho th y có s s d ng bitum v i s ng l n Tuy v y, rõ ràng con
i nh ng hi u bi t nh nh v các ch t k t dính khác trong th i k này
a Walter Raleigh khi tuyên b th y asphalt t nhiên g i là trinidad, là th v t li u tuy t v i nh t "ph chng thm
a th k i ta s d ng các asphalt t nhiên khai thác tcác m ng dát tri n r t ch là hi cùng c s n xu t t d d xây dng giao thông
Bitum c nh p kh u v i s ng nh c Anh t u th k 20, cho mãic d m i b c s n xu t v i s ng ltrình s n xu t bitum ph át
H c viên: Nguy c An Trang 23 trin nhanh chóng, công ngh v n chuy n và phân ph i bitum v i s ng l n m ra tri n v ng cho vi c s d ng s n ph m này v i ph m vi r ng Trong nh ng
c Anh vào kho ng 200.000 t n Nhu c u s d ng bitum n 1 tri u t
V i vi c b trình xây dng qu c gia, nhu c i 2 tri u t
Gi nh ng ti n b trong công ngh s n xu t nh ng, asphalt chng t là m t lo i v t li u r t hi u qu cho xây d
c, h ch ng phòng h ven bi n và b bi n Hi n nay trên 200 cu trúc c a d ng ng d ng này trên th gii, Anh nh
c ng d ng các h n h p v t li u bitum trong xây d p Dungonnell, Colliford, Winsear, Marchlyn, Megget, Sulby và g p Roadiord ri tip theo là h các cha Shotton, Leamington và Towey
Hai thuc tính ch y u làm cho bitum tr thành m t v t li ng cho các
ng d ng v th y công là tính không th m t ho t hóa Khi k t h p v i các ch t li u thích h p trong các h n h c thi t k c bi t cho các
ng h p ng d ng c th , bitum có th truy n nh c tính này vào k t c v t li c s d nh ng k t c y có kh y u là không thi áp l c l n; h n h r i 3% có th cha
M , Nh t và nhi c Châu Âu, các hn h p bitum c ki m nghi m và s d xây d ng n ng s t trong nhi u tiên m t k t c u v t li u asphalt v i l p móng dày kho ng 150 mm, l p m t dày 30
c xây d ng làm n n c n Visalia, California Nht, asphalt c d ng trong xây d ng s t t cui nh nh ng th nghi m c ti n hành châu Âu Trong xây dng st, các h n h p
c áp d ng theo m t trong b c sau:
n móng tr c ti p cho các tà v t;
n móng tr c ti ng ray
Ngoài ra, bitum còn d ng t o màu s c cho mcó tác ng Di n m o c a m t m ng b ng v t liu bitum truyn thc bi t khi m i thi công xong vi
ng v ch tr ng t n bình ng, tuy nhiên mcó t s v ctrí c tnh, mcó t s ng yêu c u
các ch t t o màu vào h n h p v t li u trong quá trình ch t o;
p v i m ng trong quá trinh thi công;
ng x lý màu b m t sau khi r i;
ng c t li u màu phù h có p v i ch t k t dính trong ho c m
Quá trình oxy hoá c n d u thành bitum
a B n ch t c a quá trình oxy hoá ả ấ ủ
quá trình oxy hoá các ph u, nha,
n d t o thành bitum có chng cao S n ph m bitum này g i là bitum oxy hóa [14, 25, 26 ].
Ph n ng hoá h c ch y u x y ra là ph n ng dehyro hay ph n ng ghép m ch t o nh a, asphanten Quá trình hình thành asphanten là do s phá v các phân t , tách ph n giàu hydro c a các phân t ra kh i ph t u kin hình thành phân t l n
+Ph n ng g n oxy vào trong phân t :
CnH2n + ẵ O2 C n H2nO +Ph n t o thành m ch cao phân t :
CnH2n 2 - + CnH2n 2 - + CnH2n 2 - CnH2n 2 - - CnH2n 2 - - CnH2n-2 -
y có ba ph n nh trong quá trình oxy hoá là:
- Các ph n c c a các phân t c t o ra các
c bi t quan tr ng, chúng không nh ng chi m t ng oxy trong bitum th i khí mà còn n i các phân t khác nhau l y góp ph n t o ra v t liu có kh ng phân t l này d n t i vi ng
- Các ph n ng phân t i t o ra các hydrocacbon vòng b ng ph n ng dehydro hoá k t h p v i t t s n ph m.
- Các phn ng ng phân t gi tách các nhánh ph t các phân t và kt hp v i các ch t khác c u t o thành m t sn ph m ph
Trong quá trình oxy hóa, do có s chuy n hoá c a h p ch t naphten-aromatic thành aromatic có c c và s chuy n hoá các h p cht aromatic có c c thành
ng c a các h p ch t d ng lai h p naphten- aromatic và aromatic có c c gi m xu y, hàm
ng d u trong c n d u gi m d ng nh a và asphanten d n do các ph n ng chuy n hoá d u thành nh a, nha chuy n hoá thành asphanten
Ngoài ra, quá trình oxy hóa còn có các s n ph m ph : H 2 O, CO2, SO2, các
b Các y u t ế ố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa
nhi ng, ph n ng oxy hoá di n ra r t ch m, tuy nhiên nhi t
cao, ph n ng oxy hoá x y ra mãnh li t Ph n ng hoá h c ch y u c a c n d u là ph n ng dehydro hoá hay ph n ng t o nh a và asphanten N u th c hi n ph n
ng nhi a s t u ki n thu n l i cho quá trình hình thành phân t l n
T c a ph n ng oxy hoá ph thuc nhi u vào nhi Do c n d u có
nh t l n nên 25 o C phn ng di n ra r t ch oxy hoá lên trên 200 o C, các h p ch t phân t ng cao b thành các phân
H c viên: Nguy c An Trang 26 t l p cha và cu i cùng thành asphanten Quá trình
c bing khi nhi ng c a tia t ngo i, oxit c a các kim lo t, các kim lo i hi m
Trong kho ng nhi chc, s i các thông s v nhi và thi gian ph n ng có tác d l chuy n hoá mong mu c n thi t ph i gi m th i gian ph n ng N u quá trình oxy hóa kéo dài thì các h p ch t khó tan cacben và cacboit s c t o thành làm gim chng c a bitum
M oxy hóa ph thu c nhi u vào b m t riêng ti p xúc v i không khí và t khuych tán khí qua bitum Quá trình oxy hóa di n ra nhanh n ng
i tác d ng c a ánh sáng và nhi ng gi m do s t o thành asphanten và cacben
Khuy tr n r t quan tr ng trong quá trình oxy hoá bitum vì nhi th p, c n d nh t y trng ti p xúc gi a d u và oxy không khí, góp ph y t ph n ng oxy hoá.
* Thành phn hoá h c c a nguyên li u
Kh n ng c a các hydrocacbon liên quan t i c u trúc phân t c a chúng:
- Các aromatic không có m ch nhánh khó b i các aromatic có nhánh u ki n Các aromatic có nhánh ng n b oxy hóa ch y u t o thành nh a, asphanten N dài m ng t o thành nh a và asphanten gim, các s n ph c to ra nhi
- Kh ng phân t và m ch
- Trong quá trình oxy hóa h n h p nhi u hydrocacbon, kh a parafin và naphten b c n tr m nh khi có m t m ng nh h p ch t aromatic không nhánh (nh vòng aromatic trong phân t
m khi s vòng aromatic có g n m ch nhánh ng n Trái l i, các vòng aromatic có m ch nhánh dài l y quá trình oxy hóa naphten S có m t c a phenol, amin và các h p ch t c nh làm ch m quá trình oxy hóa các hydrocacbon trong nguyên li u
X lý c n d u th i
X lý c n d u th i
t theo TCVN 2692 1995 và hoàn toàn phù h p v i tiêu chun ASTM D95 90 u th trong b c t có sinh hàn h i dung môi không tan trong
c d3 liên tc tách ra trong c l ng xu ng trong ph n chia
c a ng h ng, còn dung môi ch c l i bình c t
Dung môi cht mang l ng: có th s d ng dung môi hydrocacbon b t k không chc và có nhi sôi trong kho ng 100 200 o C (không dùng dung
o : là kh c trong ng ng c n d u (100g)
L p l i 3 l n thí nghi m và k t qu i v i m u c n d u là giá tr trung bình c a 3 l
*X ử lý tách tạp chất cơ học và cacboit bằng phương pháp trích ly c hi n theo tiêu chu n ASTM D473-2007 M u nghiên c u c chi
Th t nóng v i n- ng ch t không tan ch y u là các t p ch t asphanten, cacboit và tp chc tách ra b ng cách l c chi t r a v i n-
n khi s ch h t v t d u m r nóng Ph n không tan chính là cacboit và t p ch c Làm khô dung môi và sy
n khng t p ch c tính theo công th c:
ng t p ch t tính theo % kh ng; m1: khng t p ch t
L p l i thí nghi m 3 l n và k t qulà giá tr trung bình ca 3 l
2.3 Nghiên c u quá trình oxy hóa ứ nguồn hydrocacbon th i b ng các tác nhân ả ằ oxy hóa khác nhau
2.3.1 Oxy hóa ngu hydrocacbon th i b ng oxy không khí có chồn ả ằ ất khơi mào
Nguyên li u c a quá trình oxy hoá là c n d c l y t b n b cha nhiên li u FO sau khi ti n hành súc r a b ng
c hipháp th i tr c ti p không khí vào c n d u
FO nhi(220280 o C) trong các kho ng th i gian khác nhau (1 3 gi ); T th tích s c không khí t 1 4 ml không khí/(phút.ml c n d u) (thành ph n c a không khí g m 79%N 2 và 21%O2); T khu y tr n t 400 1000 vòng/phút nh m m o ra bitum c n d u có các ch tiêu ch ng phù h s n xut
- Thi t b oxi hoá: C c inox hình tr có th tích 1600 ml (chi u cao h cm;
ng kính d cm);- N i gia nhi t cách cát; - H th ng t u ch nh nhi t
g m: + B ph t nhi t, bn, + Can nhi t: Là c m bi n nhi, chuy n tín hi u nhi t sang tín hi n áp, d a trên tính ch t c a các dây dn tr c a mình ph thuc vào nhi d ng lo i can nhi(s t
- H ng cung c p không khí g m: Máy th i khí (0 3000 ml/phút), thi t b th
u chng, ng phân ph i không khí;
- H ng khu y g m: Máy khu y (cánh khu th ng kính dk=4 cm) có b ph u ch nh t t 0 2000 vòng/phút
- n d u FO b ng n du vào ct vào n i gia nhi p các ng s c khí, máy khu y và can nhi n hành oxy hoá m u c n dti trong hình 2.1
- Nhi c a m u c n dc nâng t nhi n các giá tr nhi t
kh o sát khác nhau v i t gia nhi t 3 4 o C/phút
1 Cốc inox 2 N i gia nhi t cách cát 3 Bồ ệ ếp điện
4 Máy khuấy 5 ng phân ph i không khí Ố ố 6.Can nhi t ệ
7 B ộ điều ch nh nhiỉ ệt độ ự độ t ng 8 B ộ đo và điều chỉnh lưu lượng
9 Máy th i khí ổ 10 H p s ộ ố thay đổi tốc độ
- Thc hi n quá trình oxy hoá c n d u thành bitum v u ki n: Nhi t
, th i gian ph n ng, t khu y tr n và t s c khí khác nhau
- Các mu bitum t c ki m tra các ch tiêu ch ng c n thi t bao g m: lún kim, nhi hoá m giãn dài t i phòng th nghi m trung tâm
- Công ty d u nh n Petrolimex-T u Vi t Nam
2.3.2 Oxy hóa ngu n hydrocacbon th i b ch s d ng tác nhân axit sunfuric
Thc nghi c ti n hành trên h thi t b hình 2.1 ng axit
H2SO4 c tr n v i c n d u ngay t ng tr thái l ng Th i tr c ti p không khí vào c n d u FO nhi (220 280 0 C) trong các kho ng th i gian khác nhau (1 3 gi ); T tích s c không khí t 1 4 ml th không khí/(phút.ml c n d u) (thành ph n c a không khí g m 79%N 2 và 21%O2)
T khu y tr n t 400 1200 vòng/phút nh m m t o ra bitum c n d u có các ch tiêu chng phù h s n xu
n d u FO b ng ót c n d u vào ct vào n i gia nhi p các ng s c khí, máy khu y và can nhi n hành oxy hoá m u c n dti trong hình 2.1 Nhi c a m u c n d c nâng t nhi n các giá tr nhi kh o sát kh ác nhau vi t gia nhit 34 0 C/phút
Thc hi n quá trình oxy hoá c n d u thành bitum v u ki n: Nhi t
, th i gian ph n ng, t khu y tr n và t s c khí khác nhau
Các m u bitum t c ki m tra các ch tiêu ch ng c n thi t bao g lún kim, nhi hoá m giãn dài t i phòng th nghi m trung tâm- Công ty Hóa d u Petrolimex-T u Vi t Nam
2.3.3 Oxy hóa ngu n hydrocacbon th i b ch s d ng tác nhân oxy hóa khác: KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7
Thc nghic ti tuy nhiên khác bit ch không s c không khí mà cho m ng tác nhân oxy hóa
c tr n v i c n d u ngay t u Gia nhi n nhi d tính r i b u tính th i gian ph n ng và l y m tiêu [30-40]
2.4 Xác định các ch tiêu k thuỉ ỹ ật của bitum oxy hóa
Ch tiêu k thu t c nh theo tiêu chu n TCVN t i phòng thí nghi m Công ngh l c hóa d i h c bách khoa Hà
N i Các k t qu c th hi n ph n th o lu n và các phi u tr k t qu ph n ph l c.
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thành ph n và tính chầ ất của c n d u FO ặ ầ
C n d c l y t u ng, thành ph N ng Sau khi
STT Tên ch tiêu ỉ Đơn vị Phương pháp th ử
8 ng tro %KL D482