QUÁ TRÌNH LOẠI MUỐI RA KHỎI DẦU THÔ

Bằng cách gạn lắng đơn giản ta có thể loại được các muối bị ion hóa nhưng do độ nhớt của một vài loại dầu thô, một phần muối vẫn sẽ tồn tại trong dầu sau khi lắng gạn, khi đó người ta cầ

NỘI DUNG BÀI THUYẾT TRÌNH: QUÁ TRÌNH LOẠI MUỐI TRONG DẦU THÔ TRƯỚC KHI

ĐƯA VÀO THÁP CHƯNG CẤT TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU.

 Nội dung bao gồm:

 Mục đích của việc loại muối trong dầu: Nguồn gốc, tác hại của muối trong dầu

 Quy trình xử lý muối trong dầu thô ở nhà máy lọc dầu

 Các yếu tố ảnh hưởng

I, Mục đích của việc loại muối trong dầu:

1, Nguồn gốc:

 Phần lớn các giếng dầu khí khi khai thác sẽ cho dầu thô có lẫn muối Chủ yếu là muối NaCl nhưng chúng cũng kèm theo các muối của kim loại kiềm thổ như Caxi, Magie,… (NaCl 70-80%, MgCl2 20-10%, CaCl2 10% về khối lượng)

 Muối trong dầu có nguồn gốc từ nước của vỉa hay từ nước thấm nhiễm; độ muối của dầu phụ thuộc vào cấu trúc giếng, tính chất vật lý của đá chứa hoặc có thể thay đổi theo

độ tuổi của giếng dầu

 Ngoài ra còn có các chất nhiễm khác hiện diện trong dầu thô là nước, cặn khoáng chất, các chất rắn thường là những hạt cát và đất rât nhỏ, các oxit sắt, nhôm, …sulfua sắt từ đường ống, bể chứa, thiết bị vận chuyển tích tụ trong quá trình xử lý, vận chuyển Chúng có thể gây ra hệ nhũ tương bền vững rất khó phá hủy

 Muối tồn tại trong dầu ở hai dạng:

 Dạng ion hóa trong nước có trong dầu ( Bằng cách gạn lắng đơn giản ta có thể loại được các muối bị ion hóa nhưng do độ nhớt của một vài loại dầu thô, một phần muối vẫn sẽ tồn tại trong dầu sau khi lắng gạn, khi đó người ta cần sử dụng

phương pháp hiệu quả hơn đó là đưa chất phá nhũ vào)

 Dạng tinh thể ( Việc tách chúng tiến hành bằng cách rửa nước, các tinh thể sẽ bị ion hóa sau đó bị hydrat hóa, thuận lợi cảu các muối bị hydrat hóa là chúng có độ tan cao trong nước Do đó người ta sử dụng nước trong xử lý muối ở dầu thô)

2, Tác hại

 Khử muối cho dầu thô là bước xử lý đầu tiên trong nhà máy lọc dầu Mục đích của việc khử muối là nhằm loại bỏ các muối và chất rắn cùng với nước từ dầu thô trước khi dầu thô được đưa vào phân xưởng chưng cất trong nhà máy lọc dầu

 Tại sao phải loại bỏ?

1 Muối làm đóng cáu trong các thiết bị gia nhiệt sơ bộ Khi hàm lượng muối vượt quá 40ppm, sau khi ra khỏi thiết bị tách muối và bắt đầu vào các thiết bị gia nhiệt, ta có thể quan sát thấy sự gia tăng cặn trong các chùm ống

2 Muối trong dầu tồn tại ở dạng ion hòa tan trong nước hoăc tinh thể có tính chất khác nhau Clorua Natri hầu như không hòa tan Clorua canxi trong điều kiện tương ứng có thể thủy phân đến 10% và tạo HCl, Clorua magie thủy phân 90% và quá trình này diễn

ra cả ở nhiệt độ thấp Do đó các muối clorua kết hợp với nước trong dầu là nguyên nhân gây ăn mòn thiết bị bởi sự tạo ra axit HCl ( các thiết bị ở vùng nhiệt độ cao như các ống của lò nung, các thiết bị bay hơi, tháp cất, hay thiết bị ngưng tụ và thiết bị làm lạnh)

MgCl2 + 2H2O  Mg(OH)2 ↓ + 2HCl

MgCl2 + H2O  MgOHCl + HCl

3 Trong dầu có H2S hay tạo ra do sự phân hủy hợp chất của lưu huỳnh là nguyên nhân gây ăn mòn mạnh đặc biệt khi kết hợp với HCl H2S khi có nước hoặc dưới nhiệt độ cao tác dụng với kim loại của thiết bị tạo sulfur sắt:

Fe + H2S  FeS + H2

FeS + 2 HCl  FeCl2 + H2S

Lúc này, màng sulfur sắt phủ trên bề mặt kim loại bảo vệ nó không bị ăn mòn tiếp bị phá hủy H2S được giải phóng lại tác dụng với sắt

4 Na từ muối và từ NaOH bơm vào để trung hòa acid, nếu quá trình tách muối không tốt

sẽ dẫn đến: gia tăng vận tốc đóng cáu ở lò đốt của cụm chưng cất chân không và trong các xưởng cracking nhiệt làm giảm thời gian hoạt động của thiết bị; gây đầu độc xúc tác đặc biệt khi cracking các nguyên liệu nặng

 Các tiêu chuẩn cho quá trình khử muối dầu thô là 10lb muối/1000bbl (thùng dầu), nhưng

do các yêu cầu nghiêm ngặt của các quá trình theo sau, quá trình khử muối được thực hiện để đạt được hàm lượng muối trong dầu thô thấp hơn nhiều, vào khoảng

1.0lb/1000bbl hay thấp hơn

II Quy trình loại muối

1, Các phương pháp loại muối khỏi dầu

 Có 3 phương pháp loại muối khỏi dầu là:

+ Phương pháp cơ học

+ Phương pháp hóa học ( sử dụng hóa chất để phá nhũ tương: nhũ tương là gì, nó ở dạng nào? Cơ chế phá nhũ tương?)

+ Phương pháp phá nhũ tương dầu bằng điện trường

 Nhũ nước trong dầu chứa hỗn hợp phức tạp của hợp chất hữu cơ và vô cơ bao gồm asphaten, nhựa, phenol, axit hữu cơ, muối kim loại, sét, sáp và nhiều chất khác Nước tạo thành trong dầu mỏ dưới dạng nước tự do và nhũ Nước tự do không được trộn chặt chẽ với dầu thô, phân bố rải rác dưới các hạt lớn trong pha dầu Loại bỏ nước này

là dễ dàng bởi thiết bị loại muối Nước tồn tại chủ yếu dưới dạng nhũ, được trộn, liên kết chặt chẽ với dầu thô, phân bố rải rác dưới dạng các hạt nhỏ trong pha dầu, dạng này rất khó để loại bỏ bởi thiết bị loại muối đơn giản, do đó cần các biện pháp mạnh hơn bằng các biện pháp như tiêm hóa chất, nước pha loãng, trộn, nhiệt, điện… ngày nay ta hay dùng kết hợp các phương pháp hơn

 Mục tiêu chính của cụm loại muối là phá vỡ màng xung quanh các giọt nước nhỏ, kết dính các giọt lại để hình thành giọt lớn hơn, và sau đó kết lắng các giọt đó

a Phương pháp lắng, lọc

 Lắng dùng cho nhũ tương mới, không bền, có khả năng tách lớp dầu nước do chúng có trọng lượng riêng khác nhau Quá trình này nhanh hơn khi được gia nhiệt ( ở nhiệt độ 60 độ C trong thiết bị nung nóng-loại nước hay trong nhà máy chế biến dầu là 120-160 độ C trong thời gian 2-3 giờ)

 Lọc dùng trong trường hợp nhũ tương bị phá nhưng những giọt nước còn giữ ở trạng thái lơ lửng và không lắng xuống đáy Dựa trên tính thấm ướt lựa chọn các chất lỏng khác nhau của các vật liệu khác nhau ( Cát thạch anh dễ thấm ướt nước còn pirit sắt FeS2 thấm dầu tốt hơn Sử dụng các vât liệu như bông thủy tinh, mùn cưa để liên kết các hạt nước nhỏ li ti lại với nhau thành giọt lớn và lắng xuống

 Ưu điểm: hiệu quả cao (tháp lọc có 3 lớp bông thủy tình đã làm giảm lượng muối từ

528 còn 20 mg/l)

 Nhược điểm: Phương pháp lọc màng lọc nhanh bị muối và bụi đóng bít và phải thay thế

b Phương pháp hóa học

 Phương pháp phá hủy nhũ tương bằng cách sử dụng có tác dụng như chất phá nhũ

 Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi Ưu điểm là đơn giản

 Chất phá nhũ tốt có hiệu quả cao trong phá nhũ nước trong dầu, cần liều lượng thấp, sẵn có, không ăn mòn thiết bị, không làm thay đổi tính chất của dầu, không độc hoặc dễ tách ra khỏi nước Để tăng nhanh phá nhũ quá trình này cần gia nhiệt cho dầu

c Phương pháp phá nhũ trong dầu bằng điện trường

 Phương pháp này sử dụng dòng điện xoay chiều tạo thành điện trường để loại nước trong dầu, là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy chế biến dầu (EDW)

 Ngoài việc sử dụng dòng điện, người ta còn kết hợp phương pháp hóa học sử dụng chất phá nhũ để tăng hiệu suất loại muối

2, Phương pháp khử muối bằng điện trường trong nhà máy lọc dầu

a Giới thiệu chung về cụm thiết bị khử muối trong phân xưởng CDU trong nhà máy lọc dầu

 Phân xưởng CDU (Crude oil Distill Unit) là phân xưởng xử lý đầu tiên trong tất cả các nhà máy lọc dầu Nó phân tách dầu thô thành các phân đoạn nhỏ hơn, loại bỏ các tạp chất trong dầu thô.

 Phân xưởng chưng cất dầu thô CDU trong nhà máy lọc dầu có 2 vai trò chính:

- Chưng cất dầu thô thành các phân đoạn khác nhau về nhiệt độ sôi, mỗi

phân đoạn sau đó được xử lý sâu trong phân xưởng khác của nhà máy lọc dầu.

- Loại bỏ tạp chất trong dầu thô (muôi, chất rắn, kim loại…) mà ảnh hưởng xấu tới hoạt động, hiệu quả của các phân xưởng hạ nguồn

Sơ đồ khối phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất.

 Tùy theo công suất của phân xưởng, đặc tính của dầu thô nguyên liệu mà các cụm phân xưởng trong CDU có thể thay đổi phù hợp Ngoài ra tùy theo từng điều kiện của nhà máy, mà nó có thể thay đổi cho phù hợp với thực tế Chẳng hạn, thiết kế cho loại dầu ngọt, nhẹ nên không có tháp chưng cất chân không để lấy các phân đoạn làm dầu bôi trơn Với các nhà máy xử lý dầu nặng họ có thêm tháp chưng cất chân không để thu hồi phân đoạn làm

dầu bôi trơn  Cụm thiết bị loại muối nằm trong phân xưởng xử lý đầu

tiên trong nhà máy lọc hóa dầu, và là thiết bị không thể thiếu đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý dầu trước khi đi vào tháp chưng cất và giúp những phân đoạn xử lý sau được dễ dàng, hiệu quả hơn.

b Quy trình khử muối

 Thiết bị loại muối hoạt động trên nguyên tắc lắng trọng lực, sử dụng dòng điện xoay chiều (có thể là 1 chiều nhưng ít dùng), làm các hạt nhũ liên kết lại với nhau thành các hạt lớn hơn, lắng xuống dưới, kéo theo cả chất rắn Dòng dầu thô sạch đi ra bên trên thiết bị loại muối Nước đi ra bên dưới thiết bị loại muối được đưa tới phân xưởng xử lý nước thải Sau một thời gian, người ta tiến hành rữa bùn, mùn ở đáy thiết bị loại muối

 Thiết bị loại muối trong phương pháp này có 2 dạng là thiết bị 1 giai đoạn và 2 giai đoạn Thiết bị loại muối 1 giai đoạn loại bỏ tới 95% muối, trong khi thiết bị loại muối 2 giai đoạn loại bỏ tới 99% Nếu muốn loại bỏ hơn 99% thì cần nhiều thiết bị loại muối hơn Nhưng ta sẽ thấy là nó chỉ loại bỏ được một lượng rất nhỏ, do đó thiết bị loại muối thứ 3 trở đi không hiệu quả về kinh tế Do đó, trong các nhà máy xí nghiệp xử

lý dầu hiện nay trong đó có nhà mày lọc dầu Dung Quất đang sử dụng thiết bị loại muối hai giai đoạn

Cực tĩnh điện của thiết bị loại muối

c Cơ sở phương pháp:

 Thiết bị loại muối dựa trên nguyên tắc lắng trọng lực, tuân theo 2 định luật là định luật lực hút tĩnh điện giữa các giọt và định luật Stock

 Định luật lực hút tĩnh điện:

2 6 0 4

CV D F

d

= Trong đó:

F: lực hút tĩnh điện

C: hằng số lực hút tĩnh điện V0: gradient điện thế, V/inch

D: đường kính giọt d: khoảng cách giữa các giọt

Lực hút tĩnh điện đặc trưng cho khả năng kết dính của các giọt nước, lực hút tăng, khả năng kết dính của các giọt nước tăng Để tăng lực hút, chúng ta cần tăng điện thế, tăng lượng nước rửa

Quá trình kết dính các giọt nước với nhau trong thiết bị loại muối

 Định luật Stock:

2( w )

µ

−

= Trong đó:

D: đường kính giọt nước ρw: khối lượng riêng của nước ρo: khối lượng riêng của nước

Định luật Stock đặc trưng cho khả năng loại muối của thiết bị Nếu vận tốc lắng nhỏ, thời gian lưu đòi hỏi lớn, như vậy nó có thể không đủ thời gian để lắng, nên hiệu quả quá trình loại muối không đạt

Quá trình kết dính và lắng các giọt nước trong thiết bị loại muối

III Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình loại muối

Những yếu tố đóng vai trò là biến hoạt động ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình loại

muối là lưu lượng dầu thô, nhiệt độ, áp suất, tổn thất áp suất trên van trộn, vận tốc nước rửa, nhiệt độ, chất lượng nước rửa, điện thế quá trình loại muối Nhiệt độ dầu thô là biến rất quan trọng cho hiệu quả hoạt động của thiết bị loại muối

1 Nhiệt độ quá trình

Vận tốc lắng phụ thuộc vào khối lượng riêng và độ nhớt của dầu thô Khi đó tăng nhiệt độ, khối lượng riêng và độ nhớt sẽ giảm, vận tốc lắng sẽ tăng với nhiệt độ dựa trên trọng lực của dầu thô

Nhưng khi tăng nhiệt độ, độ dẫn điện của dầu thô tăng, làm tiệu thụ năng lượng nhiều hơn, hơn nữa nếu tăng nhiệt độ quá mức, sẽ làm đánh thủng tụ, giống như trong tụ điện, gây nên cháy nổ… do vậy giá trị nhiệt độ này cần phải tìm ra giá trị thích hợp thông thường nó nằm trong khoảng 120-150oC

2 Lưu Lượng dầu thô

Lưu lượng dầu thô ảnh hưởng tới thể tích thiết bị Nếu cùng một thể tích thiết bị, nếu muốn tăng lưu lượng dầu thô xử lý thì ta cần tăng hiệu quả của quá trình loại muối

3 Nước

- Tỉ lệ nước rửa:

Ngoài dạng muối tồn tại trong nhũ, nó còn tồn tại dưới dạng tinh thể Vì vậy cần dùng nước sạch để hòa tan muối tinh thể đồng thời tăng mật độ các giọt nước Tỉ lệ nước rửa sử dụng phụ thuộc vào độ API của dầu thô, nhưng thông thường nó nằm trong khoảng 3-10% của tổng lưu lượng dầu thô, 3-6% đối với dầu nhẹ, 6-10% đối với dầu nặng Tăng lượng nước rửa tăng vận tốc kết dính

Mật độ các giọt nước trong dầu thô ở các tỉ lệ 1%, 5%, 10% ở cùng điều kiện

- Chất lượng nước rửa:

Nước quá trình được sử dụng cho quá trình loại muối Nước nên là nước mềm để hạn chế lượng ion Mg, Ca… Nước phải không có dầu, chất rắn, có PH xấp xỉ 7, có lượng NH3, Clo, Oxy thấp Oxy trong nước rửa của thiết bị loại muối có thể nguyên nhân mài mòn đỉnh thiết bị, đồng thời dễ gây cháy nổ Hàm lượng clo trong nước, ảnh hưởng đến khả năng hòa tan muối Khi

pH của nước lớn hơn 8 nó có thể tạo thành xà phòng với axit hữu cơ trong dầu thô, là chất ổn định nhũ dầu trong nước Hàm lượng NH3 trong nước rửa cao hơn 40ppm, nó gây rủi ro cao (do hiện tượng fouling)

Chất lượng nước rửa:

pH trong khoảng 6-8

Hợp chất clo ít hơn 25ppm

NH3 ít hơn 40ppm

Chất rắn ít hơn 10 PTB

Độ cứng (như CaSO4) ít hơn 175ppm

Hợp chất lưu huỳnh trong khoảng 10-20ppm

Hợp chất phenol trong khoảng 100-200ppm

- Vị trí tiêm nước:

Thông thường, nước rửa được tiêm trước thiết bị trộn nước và dầu Tuy nhiên, để hạn chế

sự lắng đọng chất rắn, muối ở thiết bị tiền gia nhiệt, 1 phần của nước rửa (10-30%) được tiêm vào sau bơm dầu thô (bơm nguyên liệu)

4 Áp suất

Áp suất trong thiết bị loại muối phải đảm bảo sao cho chỉ tồn tại pha lỏng trong thiết bị loại muối Sự hóa hơi của dầu/nước chiếm thể tích thiết bị, đồng thời dễ gây cháy nổ với tia hồ quang điện của thiết bị loại muối

Tổn thất áp suất qua van trộn xác định hiệu quả của quá trình trộn Tuy nhiên tổn thất áp suất này phải nằm ở giá trị vừa phải, nếu tổn thất áp suất lớn, nó chia các giọt nhũ thành các giọt quá nhỏ, bền dẫn tới khó tách nước ra khỏi dầu Nếu tổn thất áp suất nhỏ, các giọt nước không phân tán tốt trong dầu thô, làm giảm hiệu quả của quá trình tách nước Tổn thất áp suất này thường vào khoảng 0,5-1,5bar

Ảnh hưởng của tổn thất áp suất qua van mix tới hiệu quả quá trình loại muối, rắn

5 Chất phá nhũ

 Tùy thuộc vào loại dầu thô, tỷ lệ lớn nhất 3-10 ppm sử dụng cho dầu thô nhớt hay dầu asphalt, hoặc một số loại dầu chua

 Việc thay đổi loại dầu thô, xử lý lại dầu thu hồi do bị nhũ tương hóa quá nhiều,… người ta cần phải gia tăng tỷ lệ chất phá nhũ