Giới thiệu chung về dầu thô và sản xuất dầu mỏ

Giới thiệu chung về quá trình đùn ép nhôm×giới thiệu chung về ship constructor×Giới thiệu chung về HL3.0×GIỚI THIỆU CHUNG VỀ×giới thiệu chung về cntt×Giới thiệu chung về cây cao su× Giới thiệu chung về công ty KiDoGiới thiệu chung vềgiới thiệu chung về thành phố cần thơgiới thiệu chung về bảo hiểm nhân thọ

Câu 2: Giới thiệu chung về dầu thô và sản xuất dầu mỏ? Trả lời I. Giới thiệu chung về dầu thô 1. Khái quát dầu thô Dầu dầu thô (dầu mỏ) là khoáng vật phong phú nhất trong tự nhiên, là một trong những nguyên liệu thô quan trọng nhất mà loài người có được và nó là một trong những nguồn cung cấp hydrocacbon phong phú nhất có trong tự nhiên. Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ XVIII dầu mỏ được sử dụng làm nhiên liệu để đốt và thắp sáng. Sang thế kỷ XIX, dầu được coi như là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho nền kinh tế. Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới. Khoảng 65 ÷ 70% năng lượng sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ 20 ÷ 22% đi từ than, 5 ÷ 6% từ năng lượng nước và 8 ÷ 12% từ năng lượng hạt nhân. Bên cạnh việc sử dụng dầu mỏ để chế biến thành các dạng nhiên liệu thì hướng sử dụng mạnh mẽ và hiệu quả nhất của dầu mỏ là làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hữu cơ – hóa dầu như: sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón Ngành khai thác chế biến dầu khí là một ngành công nghiệp mũi nhọn, trong một tương lai dài vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực năng lượng và nguyên liệu hoá học mà không có tài nguyên thiên nhiên nào thay thế được. Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng của các quá trình chế biến. Theo các chuyên gia về hóa dầu Châu Âu, việc đưa dầu mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao được hiệu quả sử dụng của dầu mỏ lên 5 lần, và như vậy tiết kiệm được nguồn tài nguyên quý giá này. 2. Nguồn gốc của dầu mỏ (dầu thô) Có khá nhiều giả thuyết để mô tả sự biến hoá lâu đời của vật chất (các xác động vật và thực vật) để trở thành các mỏ dầu khổng lồ trong long đất, nhưng trong đó chỉ có một giả thuyết mà cách lập luận của nó hầu như được nhiều người chấp nhận. 1 Theo thuyết này, các chất hữu cơ nói chung, cụ thể là các xác động vật và thực vật lắng chìm xuống đáy biển, lâu ngáy tích tụ lại và trộn với lớp cát mùn dưới đáy biển tạo thành một khối bùn thối rữa gọi là các lớp trầm tích. Những khối bùn nàu tăng dần theo thời gian. Dưới tác dụng của lực địa tầng, tác dụng của nhiệt độ và sự hoạt động của các vi khuẩn trong môi trường không có ôxy từng bước khối bùn nhão này chuyển hoá dễ dàng thành dầu mỏ. Trong một số mỏ dầu nhất định, người ta đã phát hiện được các vi khuẩn, có cả nitơ, lưu huỳnh, đôi khi có cả phốtpho. Ngoài ra, còn có một lớp nước mặn bao quanh mỏ. Hình 1: Túi dầu và tháp khoan dầu Hình 2: Các giếng khoan trên đất liền và ngoài biển Nơi hình thành dầu mỏ được gọi là “đá mẹ”. Tuy nhiên dầu mỏ không bao giờ chịu nằm im nơi “đá mẹ” sinh ra nó. Dưới tác dụng của nhiều lực khác nhau như: chênh leach khối lượng riêng với nước biển, các lực địa tầng và lớp cặn biển v.v… dầu mỏ luôn luôn di chuyển để tạo thành thế cân bằng mới. Cuộc di chuyển này được 2 tiến hành qua các khối đá xốp hoặc các khe nứt tồn tại trong long đất, và thường là theo xu hướng đi lên, hiếm khi di chuyển đi xuống. Cuộc di chuyển của dầu mỏ cứ thế tiếp tục khi chưa đạt thế cân bằng, nhưng sẽ dừng lại sau khi khối dầu mỏ này bị rơi vào khối đá bay. Do cấu trúc của khối đá này có một lớp không thẩm tháu bao phủ phía trên nên dầu mỏ phải nằm lại đó và tạo nên túi dầu. Dầu mỏ nằm im trong túi dầu lâu đời và bị lắng phân thành ba lớp: khí ở trên cùng, đến dầu mỏ ở lớp kế tiếp và cuối cùng là nước mặn. Ngoài ra các mỏ dầu cũng có khi nằm ở thể khí, được gọi là khí mỏ và được dùng làm khí đốt hoặc cung cấp cho công nghiệp hoá dầu. 3. Thành phần và phân loại dầu thô Dầu mỏ hay còn gọi là dầu thô, là một hỗn hợp hydrocacbon thiên nhiên rất phức tạp. Bao gồm từ cấu tử có một cacbon đến cấu tử có vài chục cacbon, hoà tan lẫn vào nhau và tạo thành một khối chất lỏng đen có ánh xanh lục nhạt, nhẹ hơn nước và có mùi hắc đặc trưng. Ngoài thành phần chính là hudrocacbon chiếm khỏng 90- 99% trong dầu thô còn có một số các tạp chất khác như nước, bùn, muối,oxy và một số hợp chất của nitơ, lưu huỳnh…dựa theo cấu trúc của hydrocacbon mà người ta chia dầu thô ra làm ba loại: - Dầu thô loại paraffin: là các hydrocacbon mạch thẳng không phân nhánh (n- parafin) và loại mạch thẳng có nhánh (iso paraffin) chiếm tỷ lệ cao trong dầu. - Dầu thô loại naphten: là các hydrocacbon mạch vòng chiếm tỷ lệ cao trong dầu - Dầu thô loại asphal: là các hydrocacbon có cấu trúc nhân benzene hay còn gọi là hydro cacbon thơm, chiếm tỷ lệ cao trong dầu. Loại hydrocacbon này ít nằm ở phần nhẹ của dầu mà chủ yếu nằm ở phần nặng của dầu vì thường chúng có cấu trúc mạch đa vòng nhân thơm và có cấu trúc mạch paraffin ngắn. Loại này có cấu trúc giống với cấu trúc asphal thiên nhiên, do đó người ta đặt tên là dầu asphal. Ngoài ra còn một số hydrocacbon họ benzoic trong dầu, loại này thường chiếm tỷ lệ nhỏ khoảng 5-30% hiện diện dưới dạng vòbg thơm ngưng tụ làm tăng chỉ số octan nhưng lại làm giảm chất lượng của nhiên liệu phản lực, nhiên liệu diesel do làm giảm tính chất cháy của nó. 3 d420 = Khối lượng thể tích hỗn hợp dầu mỏ ở 200C Khối lượng thể tích nước ở 40C Trong dầu thô có chứa nhiều tạp chất nhưng cần lưu ý nhiều nhất là các hợp chất của lưu huỳnh. Các tạp chất có thể ở dạng khí hoà tan trong dầu như H 2 S hoặc ở dạng lỏng phân bố hầu heat trong các phân đạn sản phẩm dầu mỏ. Phân đoạn càng nặng thì các hợp chất chứa lưu huỳnh càng có nhiều hơn so với các phân đoạn sản phẩm nhẹ. Anh hưởng của hợp chất này chủ yếu gây ăn mòn thiết bị, đồng thời gây ô nhiễm môi trường do khí thải chứa hợp chất của nó tạo ra. Có thể chia các hợp chất của lưu huỳnh ra làm ba nhóm như sau: - Nhóm acid: gồm H 2 S và mercaptan, loại này ăn mòn rất nhanh. - Nhóm trung tính sunfit và disunfit, phân huỷ ở nhiệt độ 130 – 160 0 C tạo ta khí H 2 S. - Nhóm liên kết vòng bền nhiệt: Tiophom, tiophen, loại này ăn mòn yếu. Để giảm bout các tác hại do hợp chất lưu huỳnh gây nên khi hàm lượng của nó đáng kể ta có thể sử dụng phương pháp làm sạch bằng hydro có xúc tác ở điều kiện áp suất cao. Khi đó các hợp chất lưu huỳnh sẽ chuyển sang dạng H 2 SO 4 hay lưu huỳnh ở dạng nguyên tố. Ngoài các hợp chất ở dạng hydrocacbon và hợp chất lưu huỳnh kể trên, trong dầu mỏ còn chứa một số hợp chất khác như hợp chất chứa oxy, nitơ và các hợp chất chứa kim loại, trong đó đáng kể nhất là hợp chất asphalten. 4. Tính chất và các thông số đặc trưng của dầu thô Các tính chất đặc trưng của dầu mỏ được thể hiện bởi các đại lượng thông thường như tỷ trọng, biểu số đặc trưng, nhiệt độ sôi trung bình, trọng lượng phân tử trung bình, áp suất hơi bão hoà và độ nhớt. a. tỷ trọng: đối với dầu mỏ, thông thường tỷ trọng là một tỷ số so sánh giữa một lượng thể tích hỗn hợp hydrocacbon ở 20 0 C cùng với một lượng thể tích nước ở 4 0 C, ký hiệu là d 4 20 : 4 Tuy nhiên, ở một số nước có thể tích tỷ trọng dầu mỏ ở các nhiệt độ khác nhau mà ta có thể chuyển đổi với nhau. b. Biểu số đặc trưng: Do hỗn hợp hudrocacbon trong dầu mỏ có cấu trúc mạch khác nhau nên người ta đưa ra biểu số này để biểu thị tính chất về cơ cấu thành phần gọi là biểu số đặc trưng hay hằng số Walson, ký hiệu là K W. Nó quan trọng như tỷ trọng hay nhiệt độ sôi của dầu mỏ và có dạng công thức toán học như sau: K W = 20 4 2 1 216,1 d T× Biểu số đặc trưng này phụ thuộc vào đặc tính của các cấu tử trong hỗn hợp dầu mỏ, nó có quan hệ chặt chẽ với tỷ trọng, độ nhớt, nhiệt độ sôi trung bình và phân tử lượng trung bình của hỗn hợp dầu mỏ, nó thường được xáx định bằng thực nghiệm. Đối với các sản phẩm dầu mỏ có d8ặc tính paraffin thì K W =12,5-13, còn dầu naphten hay acromat thì K W =10-11 c. Nhiệt độ sôi trung bình: Cũng như các đại lượng khác, nhiệt độ sôi trung bình có tính chất tươmg đối, tuy nhiên nó là đại lượng có thể phản ánh không những tính chất vật lý mà ngay cả tính chất hoá học của hỗn hợp, vì thế người ta xác địng biểu đồ tổng hợp của các đại lượng nói trên. d. Độ nhớt: Là đặc tính có liên quan đến khả năng: - Lưu chuyển và bơm chất lỏng - Khả năng phun của dầu đốt trong lò - Khả năng bôi trơn Độ nhớt là một đại lượng vật lý, xáx định ma sát nội, chống lại sự chảy của chất lỏng gây ra do sự ma sát của các phân tử này lên các phân tử khác khi chúng trượt lên nhau. Độ nhớt thường được phân làm hai loại: độ nhớt động học và độ nhớt động lực học. 5 e. Áp suất hơi bão hoà: Độ bay hơi là một đặc tính quan trọng của sản phẩm dầu khí, quyết định đến hiệu quả của sản phẩm và các vấn đề tồn trữ, bảo quản, an toàn. Độ bay hơi được thể hiện qua áp suất hơi bão hoà. f. Chưng cất ASTM: Mỗi sản phẩm đều có một bảng nhiệt độ tương ứng với điều kiện sử dụng. Chưng cất ASTM là một chỉ tiêu được sử dụng cho hầu hết các sản phẩm từ dầu khí trừ khí hoá lỏng, bitum. Đường cong chưng cất ASTM cung cấp những thông tin về hàm lượng các sản phẩm nhẹ,trung bình và nặng của sản phẩm. g. Nhiệt độ chớp cháy: Nhiệt độ chớp cháy như là một phép thử về áp suất hơi đối với các sản phẩm này. Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ mà tại đó sản phẩm được đốt nóng trong các điều kiện chuẩn tạo ra lượng hơi đủ để bắt cháy khi có ngọn lửa. Có hai phương pháp xác định nhiệt độ chớp cháy là phương pháp cốc kín và phương pháp cốc hở. Nhiệt độ chớp cháy là một thông số quan trọng đối với an toàn và tồn trữ. Ơ nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chớp cháy hơi bốc ra từ sản phẩm sẽ trộn với không khí tạo hỗn hợp cháy nổ khi gặp một nguồn lửa. h. Điểm vẩn đục, điểm chảy: Ở nhiệt độ thấp, đặt ra nhiều vấn đề cho việc sử dụng sản phẩm. Khi nhiệt độ giảm xuống, độ nhớt cũng tăng lên đến một lúc náo đó làm xuất hiện các tinh thể, tinh thể lớn dần cho đến khi sản phẩm sẽ không chảy được nữa, do đó gây khó khăn cho việc bơm, vận chuyển, lọc, làm tắc nghẽn lưu thông. Để đánh giá khả năng chịu lạnh của sản phẩm người ta đưa ra chỉ tiêu điểm vẩn đục và điểm chảy của sản phẩm. Khi làm lạnh sản phẩm từ từ và không khuấy người tag hi nhiệt độ mà tại đó xuất hiện sự vẩn đục hay mờ gọi là điểm vẩn đục. 6 Sự vẩn đục do hìmh thành các vi tinh thể, nếu tiếp tục làm lạnh chất lỏng đóng khối và không chảy được nữa. Tại đó, tương ứng với điểm đông đặc hay nhiệt độ đông đặc. Nếu đun nóng trở lại nhiệt độ mà tại đó ảm phẩm bắt đầu chảy được gọi là điểm chảy. Thường điểm chảy cao hơn điểm đông đặc vài độ. Điểm chảy ấn định nhiệt độ thấp nhất để sản phẩm tồn trữ còn sử dụng được. i. Chỉ số octan: Là một đại lượng đặc trưng chủ yếu của xăng, nó thể hiện tính cháy đúng của xăng trong động cơ có bộ đánh lửa điều khiển. Với một động cơ cho sẵn, sự hoạt động bất thường gây ra do nguyên liệu được thể hiện bởi một tiếng gõ kim loại là tiếng kích nổ, làm động cơ bị nóng lên gây nên những hậu quả như: làm giảm công suất của động cơ, gây sự chấn động tạo điểm ứng lực trên những chi tiết của động cơ, làm động cơ nóng lên và huỷ hoại các chi tiết (bề mặt pittong bị rỗ). Thông số đánh giá khả nămg chống kích nổ nhiên liệu (xăng) là chỉ số octan. Chỉ số octan của một chất là phần trăm thể tích của iso octan trong hỗn hợp iso octan, n-heptan có cùng độ kích nổ với hỗn hợp đó có động cơ CFR (cooperation fuel reseach). j. Chỉ số cetan: Là đặc trưng quan trọng cho dầu gasoil, nó xác định khả năng cháy của dầu gasoil trong động cơ diesel. Trong động cơ diesel, nhiên liệu có thời gian bắt cháy cang ngắn càng tốt nên máy càng êm. Mùa lạnh ít khí nóng, nhiên liệu khô tự bắt cháy. Tính chất này được thể hiện qua một thông số gọi là chỉ số cetan. 5. Các sản phẩn của quá trình lọc dầu Dầu mỏ là hỗn hợp rất phức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ và các hợp chất khác như CO 2 , N 2 , H 2 , H 2 S, He, Ar, Ne Dầu mỏ muốn sử dụng được phải phân chia thành từng phân đoạn nhỏ. Sự phân chia đó dựa vào phương pháp chưng cất để thu được các sản phẩm có nhiệt độ sôi khác nhau. Trong nhà máy lọc dầu, phân xưởng chưng cất dầu thô là một phân xưởng quan trọng, cho phép ta thu được các phân đoạn dầu mỏ để chế biến tiếp theo. 7 Hình 3. Các sản phẩm từ dầu mỏ 6. Thành phần hóa học của dầu thô: 6.1. Thành phần nhóm hydrocarbon của dầu thô - Hydrocarbon paraffin (alkane) - Hydrocarbon không no - Hydrocarbon naphten (Cycloalkane) - Hydrocarbon thơm 6.2. Thành phần phi hydrocarbon trong dầu - Hợp chất lưu huỳnh - Nito và hợp chất chứa Nito - Hợp chất chứa Oxy II. Sản xuất dầu mỏ 8 Hình 4: Nguyên lý bơm và hành trình khai thác tại các giếng dầu thô Dầu thô có màu sắc từ sáng nhẹ đến màu tối sẩm như hắc ín và có dải độ nhớt tương đương như độ nhớt của nước đến độ nhớt của các vật liệu rắn, đặc. Dầu thô khi được khai thác lên, ngoài sự hiện diện của hydrocarbon nó còn chứa rất nhiều các thành phần khác như nước, muối vô cơ và kim loại hoà tan … Vì vậy, bước đầu tiên trong công nghệ lọc dầu là người ta phải làm sao để giảm bớt được sự ăn mòn thiết 9 bị, tránh sự ngộ độc xúc tác trong quá trình chế biến … Công việc này là hết sức cần thiết và nó thường được thực hiện bằng phương pháp loại muối (về bản chất là loại nước trong dầu thô). Có 2 phương pháp để loại muối : Phương pháp hoá học và phương pháp phân ly bằng điện từ với tác nhân phân ly là nước nóng. Trong phương pháp hoá học, nước và các hoá chất hoạt động bề mặt được cho thêm vào dầu thô rồi gia thêm nhiệt để muối và các chất cặn bẩn khác hoà tan hoặc hoà quyện với nước rồi được bơm chứa vào những bể riêng nhằm để lắng tách chúng và đưa ra ngoài. Trong phương pháp phân ly bằng điện từ, dòng tĩnh điện với điện áp cao sẽ được đưa vào dầu thô mới khai thác lên nhằm tập trung muối dưới dạng cặn, huyền phù trong nước lại, biến chúng thành từng phần nhỏ hay từng giọt nhỏ để dễ dàng lắng xuống đáy bể và được bơm tách ra. Trong trường hợp này thường người ta phải cho thêm các chất hoạt động bề mặt. Tuy nhiên, khi dầu thô có một lượng lớn các cặn bẩn lơ lửng thì chất hoạt động bề mặt được đưa vào phải là một loại duy nhất. Thông thường cả 2 phương pháp khử muối này được tiến hành đồng thời. Sau khi khử muối, phần phía trên được bơm về bể chứa riêng (bể chứa dầu thô đã xử lý) để sau đó được đưa vào tháp chưng cất. Tuy nhiên, sau khi thăm dò bằng các giải pháp khoa học và công nghệ khác nhau và xác định đúng vị trí vỉa thì công việc tiếp theo là phải tiến hành khoan thăm dò về trữ lượng rồi mới quyết định đầu tư công nghệ khoan khai thác thương mại. Người ta bơm nước biển hoặc khí nén vào giếng khoan thông qua hệ thống ống công nghệ (tubing). Nước biển trước khi bơm vào giếng phải được lọc theo tiêu chuẩn: Nguồn nước (hoặc khí nén này) sau khi được bơm vào trong giếng sẽ đẩy phần dầu thô lên, tạo ra dòng sản phẩm hỗn hợp thu được bao gồm dầu khí và nước. Hỗn hợp sản phẩm này được hút và bơm vào các bể chứa trước khi cho bơm đi để xử lý để tách các phần khí, dầu và nước riêng. Qúa trình tách được tiến hành làm nhiều lần. Tuỳ theo khả năng công nghệ, khí gas có thể được thu hồi để đưa đi xử lý trong những khu công nghiệp lọc hoá dầu hoặc sử dụng một phần để tạo ra khí nén bơm trở lại giếng dầu hay đốt bỏ ; Còn nước (từ hỗn hợp dầu thô khai thác lên), sau khi được tách ra, phân ly sẽ được tái sử dụng để bơm trở lại giếng dầu … Chu trình khai thác sẽ được lặp lại nhiều lần cho đến khi không còn khả năng thu hồi dầu thô trong vỉa 10 [...]... vỉa Hình 5 : Các phương pháp vận chuyển dầu thô Hình 5 mô tả các phương tiện dùng để đưa dầu thô vào đất liền hoặc về các nhà máy bao gồm : tàu chở dầu, bơm qua đường ống, vận tải bằng xe ô tô xitec, wagon đường sắt Dầu mỏ thường tìm thấy ở ngoài biển xa và sâu Vì vậy việc tổ chức vạn chuyển dầu thô vào bờ và tập kết về các nhà máy lọc hoá dầu cũng rất khó khăn và tốn kém 11