II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Phần I: Tổng quan lý thuyết • Vai trò và ứng dụng của đối tượng nghiên cứu • Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước • Cơ sở hóa lý và phương pháp nghiên cứu Phần II: Xây dựng quy trình thực nghiệm • Phương hướng nghiên cứu cần thực hiện • Lập danh sách hóa chất và dụng cụ thí nghiệm • Thiết lập quy trình thực nghiệm, hệ thống sơ đồ thiết bị thí nghiệm • Các bước tiến hành thí nghiệm, tính toán cân bằng mol cho phản ứng • Phương pháp hóa lý phân tích kết quả Phần III: Kết luận • Hướng nghiên cứu đã chọn • Phương pháp nghiên cứu đã thực hiện • Phương pháp hóa lý phân tích kết quả cần thực hiện
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HÓA DẦU ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu đề xuất quy trình kiểm tra, sử dụng hóa chất hỗ trợ q trình khai thác, vận chuyển, xử lý dầu thơ ngồi giàn” Trình độ đào tạo: Đại học Hệ đào tạo: Chính quy Ngành: Cơng nghệ hóa học Chun ngành: Lọc hóa dầu Khố học: 2011 – 2015 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Quốc Hải Vũng Tàu, tháng 12 năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ …… Nhóm: Họ tên sinh viên: Lớp: DH11H2 Dương Công Thành MSSV: 1152010215 Trần Văn Thương MSSV: 1152010224 Trần Ngọc Tân MSSV: 1152010204 Trần Ngọc Pha MSSV: 1152010158 I TÊN ĐỒ ÁN: “Nghiên cứu đề xuất quy trình kiểm tra, sử dụng hóa chất hỗ trợ q trình khai thác, vận chuyển, xử lý dầu thơ ngồi giàn.” II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: − Phần I: Tổng quan lý thuyết • Vai trị ứng dụng đối tượng nghiên cứu • Tình hình nghiên cứu ngồi nước • Cơ sở hóa lý phương pháp nghiên cứu − Phần II: Xây dựng quy trình thực nghiệm • Phương hướng nghiên cứu cần thực • Lập danh sách hóa chất dụng cụ thí nghiệm • Thiết lập quy trình thực nghiệm, hệ thống sơ đồ thiết bị thí nghiệm • Các bước tiến hành thí nghiệm, tính tốn cân mol cho phản ứng • Phương pháp hóa lý phân tích kết − Phần III: Kết luận • Hướng nghiên cứu chọn • Phương pháp nghiên cứu thực • Phương pháp hóa lý phân tích kết cần thực III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ LUẬN ÁN:29/9/2014 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 8/12/2014 V HỌ VÀ TÊN NGƯỜI HƯỚNG DẪN: Nguyễn Quốc Hải Vũng tàu, ngày tháng năm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Nguyễn Quốc Hải LỜI CẢM ƠN Vũng tàu, ngày tháng năm Sinh viên thực ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU Phần Mở Đầu Phần 1: Chất Phá Nhũ Chương 1: Tổng Quan Sự hình thành ổn định nhũ dầu mỏ Giới thiệu chung Hầu hết dầu mỏ dược khai thác giới kèm theo nước dạng nhũ tương cần xử lý Ngay nhiều mỏ hình thành khơng có nước sau thời gian khai thác nước xâm nhập vào điểm vỉa đạt tới hàm lượng cần xử lý Hàm lượng nước dầu nơi khác khác nhau, dao động từ 1% ÷ 90% Để han chế cho cơng đoạn như: Vận chuyển, xử lý nước, chi phí ăn mịn thiết bị, chi phí bảo dưỡng sửa chữa thiết bị…khách hang mua dầu thường đưa tiêu chuẫn giới hạn tiêu chuẩn hàm lượng nước tạp chất học chứa dầu thương phẩm Tùy theo đặc điểm khu vực mà giới hạn tiêu chuẩn dao động từ 0,2% ÷ 3% tất nhiên kèm với dao động dao động giá Trong tổng hàm lượng nước tạp chất học nước chiếm ưu Thành phần nước dầu thô thường dạng nhũ tương bền vững nên chuyển dầu tới chứa bình thường mà phải sử dụng phương pháp xử lý nhũ để tách chung thành thể tự Trên thực tế trình phân tán đơn chất lỏng chất lỏng người ta đến định nghĩa sau: Nhũ tương hệ chất lỏng không đồng gồm hai chất lỏng khơng hịa tan vào nhau, chất bị phân chia thành hạt nhỏ hình cầu, phân tán chất thứ hai Chất lỏng bị phân tán gọi pha phân tán, chất lỏng thứ hai gọi pha liên tục hay môi trường phân tán Trong hầu hết dạng nhũ tương dầu mỏ nước thường pha phân tán Những giọt nước tạo thành có dạng hình cầu sức căng bề mặt phân giới buộc chúng phải co lại để giảm diện tích bề mặt tiếp xúc với dầu Đó nhũ tương nước dầu quy vào dạng nhũ tương bình thường (nhũ tương thuận) Dầu phân tán vào nước quy vào dạng nhũ tương nghịch T r a n g | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU (a) (b) Hình Ảnh chụp kính hiển vi nhũ tương dầu nước (a), nhũ tương nước dầu (b) Nhũ tương chuyển đổi trạng thái để tồn dạng hỗn hợp Cũng tồn lúc nhũ tương nước dầu dầu nước giai đoạn đầu hình thành cịn tồn giọt nước kích thước lớn Nhưng xung động dòng chảy tang lên làm chúng chuyển thành thể siêu nhỏ Lúc nhũ tương nước dầu hình thành nhũ tương dạng nước dầu nước (water in oil in water emulsion) Dạng tạo nên thể tích nhỏ nhũ tương gốc nước dầu bị bao bọc lớp màng nước Hạt nhũ có dạng hình thành nên nhũ tương siêu nhỏ pha liên tục dầu thơ Hình 2: Ảnh chụp nhũ tương dạng nước dầu nước Những nhũ tương siêu nhũ thường làm tăng tính phức tạp trình phân tách chúng Cường độ xung động lớn hình thành nhũ tương siêu nhỏ tăng Sự hình thành nhũ ổn định nhũ dầu mỏ 1.1.1.1 Sự hình thành nhũ Phần lớn dầu thơ khai thác dạng nhũ mà chủ yếu nhũ nước dầu (W/O) Loại nhũ thường bền khó phá Các nhà nghiên cứu cho điều kiện vỉa phân tán dầu khí nước, chúng bắt đầu tạo thành tỏng trình chuyển động theo thân giếng lên bề mặt Ở độ sâu 2000m điều kiện áp suất 20µPa phần thể tích dầu mỏ hịa tan tới 1000 phân thể tích khí Khi lên đến bề mặt giảm áp khí tách với lượng đủ lớn để phân tán giọt nước vỉa Đó ngun nhân gây nhũ nước Trong hệ thống thug om, T r a n g | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU giảm áp liên tục bơm vận chuyển làm tăng them độ phân tán giọt nước dầu mỏ nhũ tương nước dầu tạo thành trình rửa dầu nước để tách muối Clorua phương pháp điện Nhũ nước tỏng dầu hệ phân tán hai chất lỏng không tan tan vào hệ thống ổn định nhiệt động học, ln có xu hướng tiến tới cân với cực tiểu bề mặt phân tán pha Diện tích bề mặt phân cách nhỏ xảy tách pha Trên thực tế nhũ W/O có độ bền cực lớn, đặc trưng độ bền nhũ dầu mỏ Yếu tố xác định độ bền nhũ dầu mỏ có mặt lớn Slovat hấp thụ bề mặt giọt nước phân tán, lớp hấp phụ có tính cấu trúc xác định, cản trở kết hợp hạt nước tách nhũ Sự hình thành lớp hấp phụ có chất ổn định nhũ thành phần dầu sau : - - Chất có hoạt tính bề mặt (acid naphtenic, acid béo,…)làm hệ phân tán mạnh tạo phân lớp phân tử không cấu trúc bề mặt phân cách pha Các chất có hoạt tính bề mặt khơng cao (asphaltene acid,…) tạo lớp cấu trúc ổn định nhũ cao Các chất khoáng hữu rắn nhờ tính thấm ướt chọn lọc bám dính vào hạt nước tạo lớp vỏ bọc “bền vững” Tính chất nước vỉa, có mặt chất phân tán (tạp chất học, tinh thể muối) hòa tan (ion kim loại) nước vỉa hình thành lớp hấp phụ Như độ bền nhũ phụ thuộc vào chất dầu thô, nước tạo nhũ nhiều yếu tố khác 1.1.1.2 Phân loại nhũ dầu mỏ Theo cách phân loại phân tán dị thể, nhũ dầu mỏ chia thành loại chính: Nhóm 1: Nhũ thuận: nước tỏng dầu mỏ (W/O) Đây loại nhũ thường gặp khai thác dầu mỏ Hàm lượng pha phân tán (nước) môi trường phân tán (dầu mỏ) thay đổi từ vết đến 90% Tính chất loại nhũ ảnh hưởng lớn đến trình khai thác thug om dầu đến việc lựa chọn công nghệ kỹ thuật tách nhũ Nhóm 2: Nhũ nghịch: dầu mỏ nước (O/W) Nhũ tạo thành trình phá nhũ thuận (quá trình phá nhũ dầu mỏ), trình tác động nhiệt nước lên vỉa trình xử lý nước thải Nhưng dầu nước thuộc loại lỗng Cơng nghệ phá nhũ thuận lợi đơn giản so với phá nhũ thuận T r a n g | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU Nhóm 3: Nhũ hỗn hợp Nhũ nhũ thuận nhũ nghịch, pha phân tán nhũ chứa hạt nhỏ môi trường phân tán Nhũ tích tụ ranh giới phân pha thiết bị xử lý dầu thô nước, nguyên nhân làm gián đoạn công nghệ Trong thực tế người ta làm định kỳ thiết bị, loại bỏ lớp nhũ tích tụ vào bể chứa hay bể dầu Nhũ hỗn hợp xử lý chế độ công nghệ khắt khe đem đốt 1.1.1.3 Độ bền nhũ Đối với nhũ dầu mỏ, tiêu quan trọng độ bền – khả tỏng khoảng định không bị phá vỡ, không bị tách thành hai pha, không trộn lẫn Khi đánh giá độ bền nhũ người ta phân thành hai loại: Độ bền động học độ bền tập hợp: a Độ bền động học (sa lắng): Là khả hệ thống chống lại sa lắng hay lên hạy pha phân tán tác dụng trọng lực Đối với hệ loãng, hàm lượng pha phân tán nhỏ 3% Độ bền động học nhũ xác định cơng thức: Trong đó: - : tốc độ lắng hạy pha phân tán có bán kính r : hiệu tỷ trọng pha phân tán môi trường phân tán : độ nhớt môi trường phân tán g : gia tốc trọng trường Từ thấy độ bền động học nhũ dầu mỏ loãng tỷ lệ thuận với độ nhớt dầu thô, tỷ lệ nghịch với hiệu tỷ trọng dầu thô nước phân tán tỷ lệ nghịch với bình phương bán kính giọt nước b Độ bền tập hợp: Độ bền tập hợp khả hạt pha phân tán va chạm với hạt khác hay với ranh giới phân chia pha giữ nguyên kích thước ban đầu Độ bền tập hợp nhũ đo thời gian tồn chúng, nhũ dầu mỏ dao động từ vài giây đến nhiều năm: T r a n g | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU Trong đó: - H: chiều cao cột nhũ (cm) v: tốc độ dài trung bình tự tách lớp hệ (cm/s) Do số nhũ dầu mỏ có độ bền tập hợp xác định cao nên người ta đánh giá đại lượng theo cơng thức: Trong đó: - : Hàm lượng chung pha phân tán nhũ nghiên cứu W: Hàm lượng pha phân tán tách trình ly tâm Để so sánh độ bền tập hợp hệ nhũ với độ nhớt mơi trường, kích thước hạt phân tán hay trị điều kiện ly tâm điều chỉnh theo cơng thức Stock: Trong đó: - T: Thời gian ly tâm hệ với tốc độ góc cho (w, độ/s) x1, x2: Khoảng cách từ tâm quay đến mức mức hệ nhũ nghiên cứu ống ly tâm Bản chất trình xử lý sản phẩm khai tác giảm tối đa độ bền tập hợp hệ nhũ, chia tành: Thuyết nhiệt động học (năng lượng) thuyết cao phân tử gắn liền với tạo thành rào cản cấu trúc Tuy nhiên thuyết thống nhất: Để có độ bền hệ nhũ hai chất lỏng không trộn lẫn (sức căng ranh giới lớn nhiều) cần có cấu trúc từ ổn định thứ Các chất ổn định nhũ, thành phần ổn định lớp nhũ dầu mỏ khác Ngồi chất ổn định nhựa Asphltene cịn có muối acid naphaltene kim loại nặng, tinh thể paraffin, hạt rắn huyền phù khống sét với bề mặt bị biến tính cấu tử phân cực mạnh dầu, Porfirin oxyt chứa kim loại nặng Tính chất nhũ dầu mỏ yếu tố ảnh hưởng đến độ bền nhũ Tính chất nhũ dầu mỏ 1.1.1.4 Tỷ khối độ nhớt nhũ Tỷ khối nhũ tính theo cơng thức sau: T r a n g | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU Trong đó: - : tỷ khối nhũ : tỷ khối dầu : tỷ khối nước W: hàm lượng nước dầu, % thể tích 1.1.1.5 Độ nhớt Các chất lỏng riêng biệt dung dịch thường tuân theo định chảy nhớt Newton Trong đó: - F: ứng suất trượt : tốc độ trượt : hệ nhớt, nhiệt độ cho đại lượng không đổi – const Nhũ dầu mỏ hệ phân tán, có độ nhớt dị thường chuyển động không tuân theo định tuận Newton Đối với hệ độ nhớt số, mà phụ thuộc vào điều kiện chuyển động, trước hết vào gradient tốc độ trượt Nguyên nhân tượng dị thường nhũ biến dạng giọt phân tán Khi tăng ứng suất trượt vào Khi tăng lực tác động, giọt chất lỏng nhũ bị kéo dài chuyển từ hình cầu sang hình elip dẫn đến làm nõ dễ chảy giảm độ nhớt hiệu dụng nhũ Độ dị thường độ nhớt nhũ gia tăng dầu mỏ có tính dị thường, đặc biệt nhiệt độ thấp dầu thô nhiều paraffin Nguyên nhân dị thường hình thành cấu trúc từ phân tử pha phân tán gồm giọt nước nhũ tinh thể paraffin Sự xuất cấu trúc gây ứng suất trượt tới hạn mà giá trị nhũ khơng có tính chảy Điều kiện nhiệt độ hàm lượng nước, gradient tốc độ định độ nhớt dị thường dầu mỏ Đối với loại nhũ dầu mỏ có tồn nhiệt độ gradient tốc độ tới hạn mà vượt giá trị độ nhớt có giá trị khơng đổi Khi tăng hàm lượng nước độ nhớt nhũ tạo thành tăng, đặc biệt lượng nước >20% Độ nhớt nhũ đo nhiều phương pháp khác Ngồi xác định độ nhớt nhũ theo phương pháp bán thực nghiệm, hạn phương trình Taylor: T r a n g | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU Trong đó: - : độ nhớt nhũ : độ nhớt môi trường phân tán : độ nhớt pha phân tán : tỷ lệ giọt phân tán so với thể tích chung nhũ Hay phương trình Gatchee: 1.1.1.6 Độ phân tán nhũ Độ phân tán đặc trung cho mức độ phân tán pha phấn tán (nước) môi trường phân tán (dầu thô) Đây đặc trưng xác định tính chất hệ nhũ tương hệ phân tán khác Độ phân tán đo đường kính hạt phân tán hay D=1/d gọi độ phân tán Hoặc biểu thị bề mặt phân pha riêng đơn vị thể tích pha phân tán Bề mặt riêng nhũ chứa hạt hình cầu bán kính r tính theo phương trình: Bề mặt riêng tỉ lệ nghịch với kịch thước hạt tùy theo đặc tính dầu mỏ, nước vỉa, điều kiện hình thành nhũ mà độ phân tán nhũ thay đổi khác Kích thước hạt nước dao động khoảng 0,2 ÷ 100µm Theo độ phân tán nhũ chia làm loại - Nhũ có độ phân tán nhỏ: kích thc git nh t 0,2 ữ 20àm Nh cú phân tán trung bình: kích thước giọt nhũ 20 ÷ 50µm Nhũ có độ phân tán thơ: kích thước giọt nh 50 ữ 100àm Tuy nhiờn thc t nh dầu có chứa ba loại gọi đa phân tán Độ phân tán nhũ xác định nhiều cách khác phân tuchs sa lắng, ly tâm hay kính hiển vi Nhìn chung khảo sát cho thấy nhũ tương nước dầu có độ phân tán cao nghĩa có bề mặt riêng lớn khó phá (lượng chất phá hủy tiêu hao nhiều) Các nhân tố ảnh hướng đến độ bền nhũ 1.1.1.7 Nhiệt dộ: T r a n g 10 | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU trình phá nhũ dầu mỏ nước dầu phần nhiều mang tính vật lý phụ thuộc vào yếu tố sau: - Thành phần cấu tử tính chất màng bảo vệ chất ổn định tự nhiên nhũ dầu mỏ Chủng loại, tính chất hố keo hàm lượng chất phá nhũ Nhiệt độ, cường độ thời gian khuấy trộn nhũ với chất phá nhũ Do nguyên tắc trình phá màng bảo vệ nhũ dầu mỏ, tính chất keo chất phá nhũ có ý nghĩa lớn Các cơng trình nghiên cứu cho thấy để có hoạt tính phá nhũ, hoạt động bề mặt phải có tính chất sau: - Hoạt tính bề mặt cao hấp phụ từ pha nước từ pha dầu mỏ Khả thấm ướt (và peptit hoá) hạt keo nhựa Asphanten chất học 2.1.1.6 Các chất phụ gia phá nhũ Thực tế cho thấy tạo chất phá nhũ vạn hữu hiệu cho tất loại dầu mỏ Khả phá nhũ phụ thuộc vào chất hoá học, thành phần nhóm phân cực khơng phân cực chất phá nhũ Người ta chia chất hoạt động bề mặt thành ba nhóm phụ thuộc vào chất hố học chúng : chất hoạt động anion, cation không ion a Chất hoạt động bề mặt anion Chất hoạt động bề mặt anion chất phân ly dung dịch nước thành ion (-), phần hydro cacbon phân tử ion (+) kim loại hay H + Các axit cacbonxillic muối chúng, alkyl sunfat (R-O.SO2ONa), alkyl sulfonat (RSO3Na) alkylaril (R-C6H4-SO3Na) thuộc nhóm Contact đen trung hoà (HYK) loạt chất phá nhũ anion sử dụng trước năm 1960 Đó muối sulfua axit tan nước thu khí sulfo hố, phân cất kero - gasoil, tách gudron axit, rửa trung hoà kiềm Hiện HYK thay hoàn toàn chất phá nhũ không ion b Các chất hoạt động bề mặt cation T r a n g 25 | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU Các chất hoạt động bề mặt cation dung dịch nước phân ly thành gốc tích điện (+) ion axit tích điện (-) Các muối amin bậc 1, 2, muối amoni bậc thuộc nhóm Các chất hoạt động cation sử dụng làm chất phá nhũ c Các hoạt động bề mặt không ion Các chất hoạt động bề mặt không ion dung dịch nước không phân ly thành ion Các chất hoạt động bề mặt không ion thu cách kết hợp oxy etilen với hợp chất hữu có nguyên tử hydro linh động; có nghĩa chứa nhóm - OH, COOH, - SH, - NH2, CONH2, chất ban đầu để tổng hợp chất hoạt động bề mặt không ion axit hữu cơ, rượu, phenol, mercaptan amin amid axit Phản ứng oxietilen hoá xảy sau: RH + CH2OCH2 RCH2CH2OH RCH2CH2OH + CH2OCH2 RCH2CH2OCH2CH2OH Kết là: RH + n(CH2OCH2) R (CH2OCH2)nH Các hoạt động bề mặt không ion dung dịch nước tạo hydrat nhờ liên kết hydro nguyên tử hydro nước nguyên tử oxy etes mạch polietilen glicol phân tử hydrat hố có khả tan nước phân ly thành ion mức độ thấp Khi tăng mạch oxietilen, độ hoà tan chất hoạt động bề mặt tăng Để thu chất có khả phá nhũ lớn nhất, cần đạt tỷ lệ tối ưu nhóm ưa nước (hydrofil) ưa dầu (liofil) gọi cân ưa nước ưa dầu (HLB) Tác động phá nhũ chất hoạt động bề mặt phụ thuộc vào chất hoá học gốc kỵ nước Grifin đưa chia HLB chất hoạt động bề mặt không ion theo công thức - Mh -là trọng lượng mol phần hydrofil M - trọng lượng phân tử chất hoạt động bề mặt Các chất hoạt động bề mặt có HLB < 10 thể tính hydrophob HLB > 10 thể tính hydrophil, chất hoạt động bề mặt thể tính hydro phil mạnh T r a n g 26 | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU giá trị HLB lên đến 20 Các tài liệu cho thấy lĩnh vực áp dụng chất hoạt động bề mặt khác nhau, HLB có giá trị sau: Lĩnh vực sử dụng HLB Chất tạo nhũ loại W/O 3÷6 Chất thấm ướt 7÷9 Chất tạo loại dầu nước ÷ 18 Chất tẩy rửa 13 ÷15 Ngồi chất hoạt động bề mặt khơng ion sở hợp chất hữu oxietilen hoá axit béo oxietilen với C > 20, C > 25, ester, rượu béo oxi etilen hoá, alkyl fenol oxi etilen hố (OP - 20) chất phá nhũ hiệu copolime khối oxialkylen - propylen hay butilen (phần kỵ nước) oxietilen (phần ưa nước) Hiệu cao chất phá nhũ loại phần kỵ nước chất phá nhũ không hướng sâu vào pha dầu mà lan truyền phần lớn bề mặt phân pha Chính điều giải thích tiêu tốn chất phá nhũ loại phá nhũ dầu mỏ Các chất phá nhũ tổng hợp copolime khối oxietilen oxipropylen sở axit béo, rượu phenol lần, lần, etilen amin, etanolamin copolime khối có dạng cơng thức sau: • Copolime khối có hai khối: kỵ nước (A),ưa nước (B) A - A - (A)m - A- B - (B)n - B - B Với m -Số nhóm oxi propylen n -Số nhóm oxi etilen Chất ban đầu để tổng hợp copolime khối rượu lần rượu, axit nhóm axit chất có nguyên tử H hoạt động VD: RO (C3H6O)m (C2H4O)nH chất ban đầu rượu • Copolime khối gồm khối: kỵ nước, hai đầu ưa nước Bn - Am - Bn • Copolime khối gồm khối: ưa nước, hai đầu kỵ nước Am - Bn - Am T r a n g 27 | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU Các chất ban đầu để thu copolime khối có cơng thức phenol lần, rượu lần, axit nhóm axit hợp chất có hai nguyên tử H hoạt động ví dụ: sở phenol hai lần, thu HO(C2H4O)n(C3H6O)m - O - (C6H4) - O - (C3H6O)m(C2H4O)nH HO(C3H6O)m (C2H4O)n - O - (C6H4) - O - (C2H4O)n(C3H6O)mH • Copolime khối gồm khối, tổng hợp sở etilen diamin: Bn - Am Bn - Am NCH2CH2N Bn - Am Bn - Am Am - Bn Am - B n NCH2CH2N Am - Bn Am - B n Tính chất chất phụ thuộc vào trọng lượng phân tử mạch oxi propylen oxi tilen tỉ lệ chúng Hoạt tính phá nhũ hợp chất phá nhũ dạng copolime khối phụ thuộc nhiều vào nồng độ chúng Ở nồng độ thấp hiệu phá nhũ tăng tỷ lệ với nồng độ đạt cực đại 0,005 ÷0,007%, tiếp tục tăng nồng độ chất phá nhũ, hoạt tính phá nhũ thay đổi cịn giảm Hiện tượng giải thích có lượng lớn chất phá nhũ, xảy tượng đảo nhũ Các hợp chất có cơng thức có tính kỵ nước có nhóm oxi protilen nằm cuối phân tử Các hợp chất chất phá nhũ tan dầu Các chất phá nhũ tan dầu có tính chất ưu việt sau: - - Dễ phân bố dầu thô, đảm bảo sử dụng cao khuấy trộn yếu Là chất lỏng tinh động có nhiệt độ đơng đặc thấp sử dụng dạng khơng pha lỗng, thuận tiện cho chun chở định lượng Khơng chuyển vào nước thải nhà máy lọc dầu mà việc xử lý địi hỏi chi phí đáng kể Khi hàm lượng nước nhũ dầu mỏ cao, tiêu tốn chất phá nhũ tăng khơng đáng kể Ở trạng thái hồ tan dầu, tránh tạo nhũ bền nước T r a n g 28 | 36 ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ HÓA DẦU Tuy nhiên, cực đạihiệu chất phá nhũ tan dầu nằm giới hạn hẹp chất phá nhũ tan nước Để định lượng xác cần hồ tan vào dung mơi tương ứng hay áp dụng bơm vi lượng để hoà tan chất phá nhũ thường sử dụng phân đoạn hydro cacbon thơm, rượu thấp Các kết nghiên cứu cho thấy tổng hợp chất phá nhũ tan dầu cần sử dụng chất có tạo nhánh đối xứng làm sở, chúng cho chất tạo nhũ có hiệu cao Chất phá nhũ tan nước có hiệu cao để thu sở hợp chất cấu tạo thẳng phân nhánh Để sử dụng thích hợp hợp chất làm chất phá nhũ cần vào kết thử nghiệm cụ thể loại dầu nhũ khác Về hoạt tính phá nhũ copolime khối có hiệu nhiều so với chất phá nhũ loại alkyl phenol axit béo oxietilen hố Hiện chúng loại có triển vọng nhất, áp dụng rộng rãi nghiên cứu sâu Các chất phá nhũ thương mại disolvan, diprosamin, separrol, demul fer thuộc loại 2.1.1.7 Tính chất số phụ gia phá nhũ Chất phá nhũ Khối lượng riêng, Độ nhớt 200C, Nhiệt độ chớp kg/m3 cSt cháy, 0C DE - 936 48 50 DE - 923 -963 v25 = 10,87 -83,33 50 DE - 970 92,78 60 DE - 914 8,88 29 DE - 930 75 - Bảng 2: Tính chất số phụ gia phá nhũ Một số phụ gia thương mại phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân; Phụ gia DE - DE - có thành phần chủ yếu copolime oxietilen oxipropilen phần nhỏ APE (alkil phenol ethoxylat) Khảo sát trình phá nhũ phương pháp gia nhiệt phụ gia hoá phẩm T r a n g 29 | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU Phương pháp phá nhũ gia nhiệt phụ gia phá nhũ phương pháp đơn giản thích hợp điều kiện mỏ Chất phá nhũ có tác dụng phá huỷ lớp màng bảo vệ giọt nước Sự đa dạng dầu thơ, nước vỉa, đặc tính q trình cơng nghệ xử lý thiết bị áp dụng định phong phú chủng loại chất phá nhũ áp dụng trình xử lý dầu thơ Khơng có chất phá nhũ vạn có hiệu tất nhũ dầu mỏ điều kiện xử lý Ngoài việc xử lý dầu thơ giàn khoan cịn địi hỏi phá nhũ phải tác dụng nhanh, giảm thể tích thiết bị lắng thu nước thải tươngđối Việc chọn chất phá nhũ có hiệu điều kiện phá nhũ tối ưu thực thực nghiệm thường thực theo hai giai đoạn Ban đầu điều kiện phịng thí nghiệm xác định phụ gia hiệu phụ gia Sau thử nghiệm mỏ phụ gia chọn Việc thử nghiệm mỏ cần thiết lượng dùng tối ưu chất phá nhũ theo số liệu phịng thí nghiệm thường cao thiết bị công nghiệp xử lý dầu thơ Tại phịng thí nghiệm q trình phá nhũ tiến hành với mẫu nhũ tự nhiên nhân tạo thử với tất chất phụ gia để chọn sơ số phụ gia cho kết tốt Sau sở chất phụ gia chọn đưa chế độ xử lý thích hợp nhũ nước dầu (t0, hàm lượng, thời gian khuấy) Chất phá nhũ đưa vào dạng dung dịch toluen nồng độ khoảng ÷ 5% Phương pháp tiến hành thí nghiệm phá nhũ gia nhiệt phụ gia phá nhũ thường dùng sau: Mẫu nhũ thể tích 100 ml đưa vào ống đong gia nhiệt đến nhiệt độ xác định khoảng 45 ÷ 55 C Việc lựa chọn nhiệt độ xác định thực nghiệm Ngồi có tính đến nhiệt độ giàn khoan nằm khoảng Sau đưa chất phá nhũ vào lắc vòng phút Nhũ sau xử lý để lắng Nhiệt độ lắng tách thay đổi từ 45 ÷ 80 C Trong thời gian lắng tách ta ghi lượng nước tách đánh giá theo động học tách nước (tỷ lệ nước tách theo thời gian Hiệu tách động chất phá nhũ đánh giá theo động học tách nước (tỷ lệ nước tách theo thời gian kể từ có tác động chất phá nhũ) Chương 3: Xử lý nhũ tương dầu/nước cơng nghiệp dầu khí Ứng dụng polyelectrolyte xử lý nhũ tương dầu nước thải nhiễm dầu Xử lý nhũ tương dầu/nước (O/W) Nhũ tương dầu/nước T r a n g 30 | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU Như trình bày Hỗn hợp dầu/nước tham gia vào hai pha riêng biệt xuất dạng nhũ tương Nhũ tương dầu/nước dầu pha phân tán, phân tán nước pha liên tục) Khử nhũ tương dầu/nước Để xử lý nhũ tương dầu/nước cần bổ sung hóa chất để phá vỡ nhũ tương cải thiện thiết bị khí tách dầu/nước Các chất hóa học khác sử dụng để gây ổn định nhũ tương Các chất khử nhũ tương hóa chất thương mại hóa chất đặc biệt Trong nhiều trường hợp, hóa chất đặc biệt thúc đẩy nhanh có chi phí thấp q trình khử nhũ tương dầu/nước Ảnh chụp qua kính hiển vi biểu diễn hiệu việc sử dụng phụ gia C8TAB (chất hoạt động bề mặt cationic) với hàm lượng khác sau phút Hình 5: Ảnh chụp nhũ tương dầu/mước (30% dầu thơ) qua kính hiển vi sau phút thêm tác nhân phá nhũ hóa học polyelectrotyle với nồng độ khác Ứng dụng chất phá nhũ để xử lý nhũ tương dầu/nước công nghiệp dầu khí Sử dụng polyelectrolyte làm chất phá nhũ để xử lý nhũ tương dầu/nước Polyelectrolyte (thường gọi “polymer”) q trình đơng tụ phân tử polymer từ tổng hợp từ hữu có nhóm ion hóa nhóm tích điện Polyelectrolyte phân chia theo nguồn gốc như: • Tự nhiên: có nguồn gốc từ sản phẩm tinh bột nguồn gốc sinh học (ví dụ: alginate từ tảo, chitosan từ q trình acid hóa kitin vỏ động vật hai mảnh); T r a n g 31 | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU • Tổng hợp: tổng hợp polymer từ monomer (ví dụ: polyamine, sulfonate… Polyelectrolyte phân loại theo điện tích có mặt dung dịch: Cation: tạo thành cation lớn môi trường nước; Không ion: điện tích mơi trường nước; Anion: tạo thành anion lớn mơi trường nước Một số ví dụ Polyelectrolyte cấu trúc phân tử loại Polyelectrolyte thể qua bảng hình Ví dụ Polyethylenamine hydrochloride Polydiallyl dimethyl ammonium Polyvinylalcohol Polyacrylamide Acid Polymethacrylic Polyvinylsulfonate Bảng 3: Những ví dụ Polyelectrolyte Hình 6: Cấu trúc phân tử số loại Polyelectrolyte 3.1.1.1 Polyelectrolyte truyền thống (mạch thẳng) Trong nhiều ứng dụng xử lý nước thải chất kết tủa cation tích điện cao sử dụng để tủng hịa điện tích âm tự nhiên hạt phân tán dầu Các hạt điện tích – bị trung hịa sau đơng tụ dễ dàng với pha trộn T r a n g 32 | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU Bổ sung lượng nhỏ Polyelectrolyte mạch thẳng dài để thực chuyển tiếp cho nhóm hạt đơng tụ, làm tăng kích thước cụm xốp cải thiện khả sa lắng (hoặc thả – trường hợp tuyển khơng khí) Q trình gồm hai bước, sử dụng chất vơ có tỷ trọng cao chất đông tụ hữu cơ, theo sau polymer kết bơng mạch dài (hình 7) Hình 7: Hai bước để bẻ gãy nhũ tương dầu/nước Polyelectrolyte: kết kết tụ 3.1.1.2 Polyelectrolyte Điều chế Polyelectrolyte để thực hai chức với cấu trúc phân tử đa chức Sản phẩm gồm loạt copolymer khối, khối tồn hai đặc tính ưa nước kỵ nước Các copolymer khối có ưu điểm copolymer ngẫu nhiên hay hỗn hợp polymer đồng nhất, kết tổng hợp tạo nhóm chức tỏng copolymer khối, polymer hiệu Ưu điểm hai sản phẩm đơng tụ/kết tụ phương pháp xử lý truyền thống thực sản phẩm Polyelectrolyte (hình 7) Trong polymer mạch thẳng cuộn gấp làm cho số monomer tích điện kết không sử dụng trung hịa hạt polymer T r a n g 33 | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU khối thiết kế gồm xếp có mục đích monomer tích điện hướng phía ngồi nhánh nhơ bán kính phân tử Cấu hình tối đa hóa monomer tích điện sử dụng cho việc trung hịa điện tích hạt Để đánh giá hiệu Polyelectrolyte so sánh với Polyelectrolyte mạch thẳng thông thường Các chuyên gia thuộc Viện dầu khí Việt Nam (VPI) sử dụng số thí nghiệm sử dụng Polyelectrolyte để làm chất phá nhũ (hay chất trợ tuyển) Thiết bị tuyển cảm ứng (IAF) phịng thí nghiệm Wamco sử dụng để tạo liệu so sánh hiệu suất Polyelectrolyte với cation Polyelectrolyte mạch thẳng thơng thường có tỷ trọng tọng lượng phân tử tương đương Các tính chất chất (nước thải nhiễm dầu) - pH: 6,6 tổng chất rắn: 1.000ppm (mg/L) độ đục: 87,5 NTU Các điều kiện thử nghiệm sử dụng để đánh giá là: Khuấy 15 giây với tốc đọ 900 vịng/phút mà khơng cần bổ sung khơng khí, 30 giây cho bơm khơng khí, sau thu gom bọt Các mẫu sa lắng thu thập sau 60 giây sau hoàn tất việc pha trộn Sử dụng máy đo độ đục Hach để đo đọ đục mẫu sa lắng Hình 8: Thí nghiệm thí bị cảm ứng tuyển (IAF) – So sánh hiệu suất Polyelectrolyte với Polyelectrolyte mạch thẳng T r a n g 34 | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU Hình cho thấy Polyelectrolyte đạt hiệu suất tối ưu đo bừng độ đục tối thiểu với liều lượng thấp 30% so với loại polymer tuyến tính thơng thường Mỗi điểm liệu hình thể giá trị trung bình nhiều phép thử Hình 9: Thí nghiệm xử lý hóa học thiết bị tuyển DAF – chi phí trước sau q trình thử nghiệm Polyelectrolyte Các chất làm đông tụ/chất xử lý Polyelectrolyte thiết bị tuyển DAF cải thiện chất lượng nước thải cách giảm độ đục trung bình từ 22,8 NTU xuống 10,2 NTU Kết hình độ lệch bình phương đầu vào đầu độ đục thử nghiệm tính tốn tương ứng 12,5 6,7 NTU Hình cho thấy chi phí hóa chất xử lý trước sau thử nghiệm xử lý Polyelectrolyte Hàm lượng hóa chất trung bình giảm để chi phí trung bình cho xử lý giảm khoảng 40% Kết luận Sử dụng hóa chất khử nhũ tương phương pháp phổ biến để xử lý nhũ tương dầu thô nước liên quan đến việc bổ sung chất khử nũ hóa học để loại bỏ ảnh hưởng tác nhân nhũ hóa cho phép thúc đẩy q trình phá vỡ nhũ tương Kết thực nghiệm cho thấy việc xử lý nước thải dầu polyelectrolyte thiết bị tuyển cải thiện chất lượng nước thải với lượng chất khử nhũ thấp giá thành hạ T r a n g 35 | 36 ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA DẦU T r a n g 36 | 36 ... 1152010158 I TÊN ĐỒ ÁN: ? ?Nghiên cứu đề xuất quy trình kiểm tra, sử dụng hóa chất hỗ trợ trình khai thác, vận chuyển, xử lý dầu thơ ngồi giàn. ” II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: − Phần I: Tổng quan lý thuyết... dụng đối tượng nghiên cứu • Tình hình nghiên cứu ngồi nước • Cơ sở hóa lý phương pháp nghiên cứu − Phần II: Xây dựng quy trình thực nghiệm • Phương hướng nghiên cứu cần thực • Lập danh sách hóa. .. cho thấy chi phí hóa chất xử lý trước sau thử nghiệm xử lý Polyelectrolyte Hàm lượng hóa chất trung bình giảm để chi phí trung bình cho xử lý giảm khoảng 40% Kết luận Sử dụng hóa chất khử nhũ tương