Nghiên cứu thu hồi dầu cặn từ quá trình làm sạch hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại nhà máy lọc dầu dung quất

TÓM TẮT “NGHIÊN CỨU THU HỒI DẦU CẶN TỪ QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH HỆ THỐNG BỒN BỂ CHỨA DẦU THÔ TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT” Học viên: VÕ TẤN PHƯƠNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC Mã số: 852

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



VÕ TẤN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU THU HỒI DẦU CẶN TỪ QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH HỆ THỐNG BỒN BỂ CHỨA DẦU THÔ

TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



VÕ TẤN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU THU HỒI DẦU CẶN TỪ QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH HỆ THỐNG BỒN BỂ CHỨA DẦU THÔ

TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hoá học

Mã số: 8520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân

Đà Nẵng – Năm 2019

LỜI CẢM ƠN

Với tình cảm chân thành và trân trọng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Quý Thầy, Cô trong Khoa Hóa, cũng như các Cán bộ giảng viên - Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng và phía Trường Đại học Phạm Văn Đồng – Quảng Ngãi đã tạo điều kiện cho tôi hoàn tất khóa đào tạo Thạc sỹ và định hướng, hoàn thành nghiên cứu Luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Cán bộ Hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Thị Thanh Xuân đã trực tiếp và tận tụy hướng dẫn để tôi hoàn thành đề tài Luận văn này

Tôi cam đoan đề tài “Nghiên cứu thu hồi dầu cặn từ quá trình làm sạch hệ

thống bồn bể chứa dầu thô tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất” là công trình nghiên

cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Võ Tấn Phương

TÓM TẮT “NGHIÊN CỨU THU HỒI DẦU CẶN TỪ QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH HỆ THỐNG BỒN BỂ

CHỨA DẦU THÔ TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT”

Học viên: VÕ TẤN PHƯƠNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC

Mã số: 8520301 Khóa: K35KHH.QNg Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt – Trong quá trình chế biến, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất chế biến chủ yếu dầu thô

Bạch Hổ và các loại dầu thô tương đương Những chủng loại dầu thô này có điểm chảy (pour point) cao và thường tạo cặn (sludge) trong quá trình tồn chứa trong bể Đặc tính này sẽ gây ra một số vấn

đề, điển hình như:

 Làm giảm thể tích làm việc của bể

 Gây cản trở trong việc di chuyển của khớp mềm của đường ống thoát xả nước mưa từ mái

bể và gây hư hỏng hệ thống này

 Gây tiêu tốn chi phí, thời gian cho việc nạo vét cặn dầu ra khỏi hệ thống bồn bể

 Gây ô nhiễm môi trường do phát sinh cặn bùn thải

Đối với những chủng loại dầu thô có điểm chảy cao, quá trình nghiên cứu đã xác định thành phần chính của cặn bùn hình thành trong bể là hydrocarbon Điều này gây ra vấn đề hao hụt dầu thô trong quá trình vận hành nhà máy Lọc dầu

Nếu lựa chọn phương án cơ khí để nạo vét, thu gom bùn thải từ bể chứa và chuyển đến Công ty Lilama để xử lý thì chi phí nhân công và chi phí xử lý môi trường đối với cặn thải là rất cao, đồng thời gây thất thoát, lãng phí một lượng lớn hydrocacbon từ cặn bùn Vì vậy, việc nghiên cứu thu hồi dầu cặn từ quá trình làm sạch hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại nhà máy lọc dầu Dung Quất sẽ mang lại nhiều ý nghĩa về mặt kinh tế và môi trường

Từ khóa – Thu hồi dầu, cặn bùn thải, vệ sinh bể chứa, mềm hóa cặn bùn, tách pha dầu và nước

“STUDY RECOVERING OIL IN SLUDGE FROM CRUDE TANK CLEANING IN DUNG QUAT

REFIENRY - BSR”

Abstract – Currently, Dung Quat Refinery is storing and processing the domestic crude oils mainly

such as Bach Ho and/or equivalent crude oils as well The properties of these crude oils are light, sweet and high pour point Therefore, the sludge is formed and accumulated at the bottom tankage in normal operation with temperature of 50 deg C This sludge causes some issues as following:

 Reduce tank capacity

 Obstruct moving of flexible joint of roof drain and cause damage of this system

 High cost for cleaning and off service in long time will negatively impact on crude oils import and storage planning

 Significant impact on the environment

After testing and studying on sludge sample at tankage bottom, it demonstrated that the sludge contains mostly hydrocarbons It is causing oil loss for refinery along with sludge

Actually, manual or mechanical tankage cleaning is applied for Dung Quat Refinery The sludge will be taken out manually and remove to Refinery’s outside for disposal by outsources (Lilama Company) under high cost with very big sludge volume, reesults of crude oils loss along with sludge Therefore, it is necessary and extremely important to study for recovering crude oils from sludge during tankage cleaning and forseens bringing the profit to BSR

Key words – recovering oil, sludge, crude tank cleaning, sluge softening, water and oil phase

separation

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích và nội dung nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phậm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

6 Cấu trúc luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1.Tổng quan về NMLD Dung Quất 4

1.1.1 Công suất thiết kế và nguồn nguyên liệu 5

1.1.2 Các phân xưởng công nghệ chính trong Nhà máy 5

1.1.3 Sản phẩm 6

1.1.4 Các loại dầu thô đang được sử dụng để chế biến tại NMLD Dung Quất 6

1.2.Hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại NMLD Dung Quất 7

1.3.Giới thiệu chung về cặn dầu trong quá trình tồn chứa 8

1.3.1 Tác hại của cặn dầu 8

1.3.2 Sự hình thành cặn dầu trong quá trình tồn chứa dầu thô 9

1.4.Các phương pháp làm sạch bồn bể chứa dầu thô 10

1.4.1 Phương pháp cơ học 10

1.4.2 Phương pháp hóa học 11

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 13

2.1.Nguyên vật liệu 13

2.1.1 Cặn bùn 13

2.1.2 Dung môi hòa tan 13

2.1.3 Nước 14

2.1.4 Hóa chất hoạt động bề mặt 14

2.2.Điều kiện vận hành 15

2.3.Xây dựng mô hình thực nghiệm 15

2.3.1 Quy trình xác lập mô hình thực nghiệm 15

2.3.2.Các mô hình thực nghiệm của Đề tài 18

2.4.Phương pháp phân tích 20

2.4.1 Phân tích chất lượng cặn bùn 20

2.4.2 Phân tích chất lượng dầu thu hồi 20

2.4.3 Phân tích chất lượng nước thải phát sinh 22

2.4.4 Phân tích chất lượng cặn rắn còn lại 23

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 24

3.1.Đánh giá chất lượng cặn bùn lấy từ bồn bể 24

3.2.Đánh giá ảnh hưởng của hóa chất đến hệ thống vi sinh 25

3.3.Tối ưu hóa các thông số của mô hình thu hồi dầu thô từ cặn bùn 27

3.3.1 Tối ưu hóa chủng loại dung môi hòa tan 27

3.3.2 Tối ưu hóa tỷ lệ LGO và nhiệt độ 28

3.3.3 Tối ưu hóa nồng độ hóa chất 30

3.4.Đánh giá chất lượng dầu thu hồi 31

3.4.1 Phân tích chất lượng dầu thu hồi 31

3.4.2 Đánh giá kết quả 32

3.5.Đánh giá chất lượng nước thải phát sinh 32

3.5.1 Phân tích chất lượng nước thải phát sinh 32

3.5.2 Đánh giá kết quả 33

3.6.Kết luận lựa chọn mô hình để áp dụng vào thực tiễn 33

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG VÀO THỰC TIỄN TẠI NMLD DUNG QUẤT 34

4.1.Xây dựng quy trình thu hồi dầu từ quá trình vệ sinh bể TK6001A 34

4.2.Kết quả thực hiện quá trình thu hồi dầu tại bể TK6001A 37

4.2.1 Giai đoạn 1: Cho nước, hóa chất, LGO vào bể 38

4.2.2 Giai đoạn 2: Khuấy trộn và gia nhiệt 38

4.2.3 Giai đoạn 3: Chờ lắng, tách pha 41

4.2.4 Giai đoạn 4: Thu hồi dầu 43

4.2.5 Giai đoạn 5: Thu gom nước thải 44

4.2.6 Giai đoạn 6: Thu gom cặn rắn 46

4.3.Đánh giá hiệu quả của quá trình thu hồi dầu tại bể TK6001A 47

4.3.1 Đánh giá kỹ thuật 47

4.3.2 Đánh giá hiệu quả kinh tế 48

4.3.3.Đánh giá tác động môi trường 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ASTM : American Society for Testing and Materials BS&W : Basic sediment and water

C, H, N : Carbon, hydro, nitrogen

CCR : Continuous Catalytic Reforming

CDU : Crude Distillation Unit

COD : Chemical oxygen demand

DAF : Dissoved Air Floatation Pakage

ETP : Effluent Treatment Plant

ISOM : Light Naphtha Isomerization Unit

LGO : Light Gas Oil

RFCC : Residue fluid catalytic cracking

SPM : Single Point Mooring

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

TDS : Total dissolved solids

VSS : Volatile suspended solids

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

2.2 Mô hình thí nghiệm tỷ lệ LGO và nhiệt độ gia nhiệt mẫu 19

2.6 Các chỉ tiêu phân tích chất lượng nước thải phát sinh 22

3.2 Kết quả chất lượng nước của mô hình không có hóa chất 253.3 Kết quả chất lượng nước thải của mô hình có hóa chất 26

4.2 Kết quả BS&W của mẫu lấy tại mức 2,5m của giai đoạn 2 38

4.5 Kết quả BS&W của mẫu lấy tại mức 2,5m của giai đoạn 3 41

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

1.2 Sơ đồ tổng quát các phân xưởng chính trong Nhà máy 6

3.2 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của hóa chất đến vi sinh 26

4.5 Kết quả BS&W của mẫu lấy tại mức 2,5m của giai đoạn 2 39

4.9 Kết quả BS&W của mẫu lấy tại mức 2,5m của giai đoạn 3 42

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Nhà máy Lọc dầu Dung Quất thuộc Công ty Cổ phần Lọc hóa dầu Bình Sơn (BSR) được thiết kế có công suất chế biến 148.000 thùng dầu thô /ngày, tương đương 6,5 triệu tấn dầu thô/năm với dầu thô thiết kế là dầu thô Bạch Hổ (Việt Nam) và hỗn hợp dầu thô Bạch Hổ - Dubai (Trung Đông) Nhà máy Lọc dầu Dung Quất đã được đưa vào vận hành thương mại từ tháng 10/ 2009 cho đến nay Theo kế hoạch, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất sẽ được nâng cấp mở rộng để tăng công suất chế biến từ 148.000 thùng/ngày lên 192.000 thùng dầu thô/ngày, tương đương 8,5 triệu tấn dầu thô/năm nhằm tăng độ linh động trong việc lựa chọn nguồn dầu thô chế biến thay thế dầu thô Bạch Hổ có trữ lượng khai thác đang ngày càng suy giảm Dự kiến Nhà máy Lọc dầu Dung Quất sau nâng cấp mở rộng sẽ đưa vào vận hành từ năm 2025

Theo thiết kế hiện hữu, tổng số bể chứa dầu thô là 8 bể có tổng dung tích làm việc

là 520.000 m3 Các bể chứa dầu thô có dung tích bằng nhau, đường kính 69,0 m, chiều cao 22,4 m Bể được thiết kế mái nổi, vật liệu chế tạo bằng thép carbon

Trong quá trình chế biến, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất chế biến chủ yếu dầu thô Bạch Hổ và các loại dầu thô tương đương Những chủng loại dầu thô này có điểm chảy (pour point) cao và thường tạo cặn (sludge) trong quá trình tồn chứa trong bể Các cặn bùn này sẽ gây ra một số vấn đề, điển hình như:

 Làm giảm thể tích làm việc của bể

 Gây cản trở trong việc di chuyển của khớp mềm của đường ống thoát xả nước

mưa từ mái bể và gây hư hỏng hệ thống này

 Gây tiêu tốn chi phí, thời gian cho việc nạo vét cặn bùn ra khỏi hệ thống bồn

bể

 Gây ô nhiễm môi trường do phát sinh cặn bùn thải

Đối với những chủng dầu thô này, kết quả phân tích mẫu thực tế đã xác định thành phần chính của mẫu cặn bùn hình thành trong bể chủ yếu là các hợp chất hydrocarbon Điều này gây ra vấn đề hao hụt dầu thô trong quá trình vận hành nhà máy

Phương thức xử lý làm sạch và xử lý căn bùn của các bể dầu thô tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất chủ yếu bằng phương thức cơ học như nạo vét, thu gom bùn thải từ các

bề chứa và chuyển đến Công ty Lilama để xử lý Với phương thức này thì chi phí nhân công và chi phí xử lý môi trường đối với cặn thải rất cao, đồng thời gây thất thoát, lãng phí một lượng lớn hydrocacbon chưa được thu hồi từ cặn bùn xả thải

Với những phân tích nêu trên, luận văn xin được lựa chọn trình bày đề tài:

“Nghiên cứu thu hồi dầu cặn từ quá trình làm sạch hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất”

2 Mục đích và nội dung nghiên cứu

2.1 Mục đích nghiên cứu:

Nghiên cứu thu hồi dầu cặn từ quá trình làm sạch hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất, nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế trong vận hành Nhà máy lọc dầu và giảm thiểu tác hại môi trường

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Phân tích, đánh giá chất lượng cặn bùn

- Nghiên cứu, xây dựng mô hình thu hồi dầu từ cặn bùn

- Tiến hành thực nghiệm để tìm kiếm mô hình thu hồi dầu tối ưu

- Ứng dụng vào thực tiễn tại bể chứa dầu thô TK6001A của Nhà máy lọc dầu Dung Quất

3 Đối tượng và phậm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu:

Cặn bùn thu được từ bể chứa dầu thô TK6001A tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất

3.2 Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu thực nghiệm

- Nghiên cứu áp dụng vào thực tiễn sản xuất

4 Phương pháp nghiên cứu

- Lý thuyết chuyên ngành về phương pháp thu gom bùn thải và thu hồi dầu cặn trong nhà máy lọc dầu

- Phương pháp phân tích chất lượng lượng cặn bùn:

 ASTM D5291: phân tích hàm lượng C, H

 ASTM D482: phân tích hàm lượng tro

 UOP 614: phân tích hàm lượng asphantene

- Phương pháp phân tích chất lượng dầu thu hồi:

 ASTM 4007: phân tích hàm lượng cặn và nước

 ASTM D4530: phân tích hàm lượng cặn cacbon

 ASTM D4294: phân tích hàm lượng lưu huỳnh

 ASTM D3230: phân tích hàm lượng muối

 ASTM D5708: phân tích hàm lượng lim loại

- Phương pháp phân tích chất lượng nước thải:

 ASTM D1293: phân tích độ pH

 APHA 4500C: phâm tích hàm lượng tổng chất rắn hòa tan

 ASTM D1252: phân tích hàm lượng nhu cầu oxy hóa học

 ASTM D7066: phân tích hàm lượng dầu

 APHA 4500E: phân tích hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi

 ASTM D7315: phân tích độ đục

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: nâng cao hiểu biết về các phương pháp thu gom bùn thải

và thu hồi dầu cặn trong nhà máy lọc dầu

- Ý nghĩa thực tiễn: nâng cao hiệu quả kinh tế trong vận hành nhà máy lọc dầu Dung Quất cũng như giảm thiểu giảm thiểu tác hại môi trường của quá

trình lọc hóa dầu

6 Cấu trúc luận văn

Luận văn bao gồm phần Mở đầu, 4 Chương và phần Kết luận và kiến nghị Các Chương có các nội dung chính như sau:

- Chương 1: Tổng quan Chương này gồm 11 trang Nội dung chính là xác định quá trình hình thành cặn dầu, tác hại của cặn dầu và các phương pháp

từ cặn bùn

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về NMLD Dung Quất

Nhà máy lọc dầu Dung Quất là nhà máy lọc dầu đầu tiên tại Việt Nam, được xây dựng từ năm 2005 tại địa bàn hai xã Bình Trị và Bình Thuận, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi trong quy hoạch của Khu kinh tế Dung Quất và đưa vào thương mại

Hình 1.1 Sơ đồ tổng thể vị trí Nhà máy Lọc dầu Dung Quất

Nhà máy bao gồm các khu vực với diện tích như sau:

- Nhà máy chính (toàn bộ các phân xưởng công nghệ, phụ trợ và khu vực ngoại vi): 110 ha

- Khu bể chứa dầu thô: 42 ha

- Khu bể chứa sản phẩm: 44 ha

- Tuyến ống lấy nước biển và xả nước thải: 4 ha

- Hành lang an toàn cho tuyến ống dẫn sản phẩm: 40 ha

- Cảng xuất sản phẩm: 135 ha (mặt đất và mặt biển)

- Hệ thống phao rót dầu không bến (SPM), đường ống ngầm dưới biển và khu vực vòng quay tàu: 336 ha (mặt biển)

1.1.1 Công suất thiết kế và nguồn nguyên liệu

Nhà máy Lọc dầu Dung Quất được thiết kế có công suất chế biến là 148.000 thùng/ngày tương đương 6,5 triệu tấn/năm với hai nguồn nguyên liệu là 100% dầu thô Bạch Hổ hoặc dầu thô hỗn hợp 85% dầu thô Bạch Hổ và 15% dầu thô Dubai

Nguồn nguyên liệu dầu thô có một số đặc tính sau:

1.1.2 Các phân xưởng công nghệ chính trong Nhà máy

Nhà máy có 14 phân xưởng công nghệ và phân xưởng PolyPropylen nằm ngoài khu vực của nhà máy:

- Phân xưởng chưng cất khí quyển - CDU

- Phân xưởng xử lý naphta bằng Hydro - NHT

- Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục - CCR

- Phân xưởng xử lý Kerosene - KTU

- Phân xưởng cracking xúc tác tầng sôi cặn khí quyển - RFCC

- Phân xưởng xử lý LPG - LTU

- Phân xưởng xử lý naphta của phân xưởng RFCC – NTU

- Phân xưởng xử lý nước chua – SWS

- Phân xưởng tái sinh Amin – ARU

- Phân xưởng trung hòa kiềm thải – CNU

- Phân xưởng thu hồi Propylene – PRU

- Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh – SRU

- Phân xưởng isome hóa – ISOM

- Phân xưởng xử lý LCO bằng hydro – LCO HDT

Hình 1.2 Sơ đồ tổng quát các phân xưởng chính trong Nhà máy

1.1.4 Các loại dầu thô đang được sử dụng để chế biến tại NMLD Dung Quất

Theo thiết kế thì nhà máy lọc dầu Dung Quất sẽ được vận hành với hai nguồn nguyên liệu là 100% dầu thô Bạch Hổ hoặc dầu thô hỗn hợp 85% dầu thô Bạch Hổ và 15% Dubai Tuy nhiên sau 10 năm vận hành thì Nhà máy đang cần nguồn nguyên liệu

tương đương thay thế Hiện nay tại Dung Quất, các loại dầu thô sau đây đang được sử dụng để chế biến:

- Dầu thô Việt Nam: Bạch Hổ, Rồng, Đại Hùng, Tê giác trắng, Sư tử đen, Chim Sáo, Ruby, Thăng Long;

- Dầu thô nhập khẩu nước ngoài: có 11 loại dầu thô nhập khẩu đã được chế biến tại nhà máy: Azeri (Azerbaijan); Champion, SLEB (Brunei); Kikeh, Miri, Labuan, Kimanis (Malaysia); Kaji Semoga (Indonesia); Amna (Lybia); NKossa (Congo) và ESPO (Nga)

1.2 Hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại NMLD Dung Quất

Hệ thống bể chứa dầu thô gồm 8 bể TK6001A/B/C/D/E/F/G/H

Bể chưa dầu thô được thiết kế với các mục đích sau đây:

- Tiếp nhận từ hệ thống phao rót dầu không bến (SPM)

- Tồn chứa và tách nước khỏi dầu thô trong các bể có gia nhiệt

- Cung cấp dầu thô cho phân xưởng chưng cất khí quyển (CDU)

- Tiếp nhận và tồn chứa cặn chưng cất từ CDU trong trường hợp xảy ra sự

cố ở phân xưởng RFCC

- Cung cấp cặn chưng cất đến bể chứa nguyên liệu của phân xưởng RFCC (TK-5103)

Một số đặc tính kỹ thuật của hệ thống bồn bể chứa dầu thô như sau:

- Thể tích mỗi bể là 65000m3, đường kính là 69m, chiều cao 22,4m

- Thiết kế mái: mái nổi

- Đáy bể: hình chóp nón, độ dốc là 1/120, có hệ thống gia nhiệt bằng hơi nước thấp áp tại vị trí cao hơn đáy bể là 450mm

- Có 3 cánh khuấy để khuấy trộn dầu thô

Hình 1.3 Bảng vẽ về hệ thống gia nhiệt của bể chứa dầu thô

Hình 1.4 Bảng vẽ về hệ thống mái của bể chứa dầu thô

1.3 Giới thiệu chung về cặn dầu trong quá trình tồn chứa

1.3.1 Tác hại của cặn dầu

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 Nếu không được xử lý và kiểm soát chặt chẽ, cặn dầu sẽ gây ra những tác hại vô cùng nghiêm trọng

- Tác hại của cặn dầu khi sử dụng làm nhiên liệu: [1]

 Trong nhiên liệu các nhựa không hòa 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 mòn các chi tiết kim loại, làm tắc bẩn bộ chế hòa khí, tắc vòi phun nhiên liệu động cơ

 Nước trong nhiên liệu làm gia tăng khả năng oxy hóa của dầu, làm giảm khả năng tỏa nhiệt của nhiên liệu Ngoài ra, nước còn hòa 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

- Tác hại của cặn dầu trong quá trình chế biến: trong quá trình chế biến, 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 hóa dầu [2]

- Tác hại của cặn dầu trong quá trình tồn chứa: [2]

 Làm giảm hiệu suất chứa đựng nhiên liệu của bồn bể

 Làm giảm chất lượng các lô dầu thô mới chứa trong bể do xảy ra quá trình hòa tan một phần cặn

 Gây ăn mòn hệ thống đáy bể do các thành phần có trong cặn như: nước, các hợp chất có tính axit hoặc tính kiềm, …

 Cản trở quá trình vận hành các ống thoát nước mưa từ mái bể

- Tác hại đối với môi trường: cặn dầu có khả năng gây ô nhiễm trầm trọng đối với cả môi trường đất, nước và không khí [1]

 Gây ô nhiễm môi trường không khí vì sự bay hơi của các phân đoạn nhẹ dưới tác động của nhiệt độ môi trường

 Gây ô nhiễm môi trường nước vì các thành phần có trong cặn sau khi hòa tan vào nước sẽ được chuyển hóa thành các hợp chất gây độc đối với con người và môi trường thủy sinh như phenol và các dẫn xuất của phenol

 Gây ô nhiễm môi trường đất vì nếu được chôn lấp, các thành phần nguy hại trong đó có các hợp chất hydrocacbon sẽ phát tán vào môi trường đất và các mạch nước ngầm, gây chết cây xanh cũng như các sinh vật sinh sống gần đó

 Gây hỏa hoạn: nếu cặn bùn không được xử lý và bảo quản cẩn thận thì

sự cố hỏa hoạn có thể xảy ra khi các thành phần hydrocacbon trong cặn bùn tiếp xúc với nguồn nhiệt tia lửa điện, sấm sét, …

1.3.2 Sự hình thành cặn dầu trong quá trình tồn chứa dầu thô

Theo tài liệu của hai công ty quản lý đường ống dẫn dầu Tatarxki và Barkiaxki thì trong bể chứa dầu mỏ dung tích 5000m3 thì độ cao trung bình của lớp cặn trong một năm là 500 – 800mm [3]

Các nguyên nhân chính làm xuất hiện cặn dầu trong quá trình tồn chứa đó là: do

sự thay đổi tính chất của nguyên liệu trong quá trình bảo quản và sự nhiễm lẫn các tạp chất cơ học, nước trong quá trình khai thác, xuất nhập và tồn chứa

Trong quá trình tồn chứa, phẩm chất của dầu thô có thể bị kém đi do sự mất mát các thành phần nhẹ, do quá trình nhựa hóa dưới tác dụng của oxy trong môi trường có không khí và tác động của nhiệt độ Sau một thời gian nhất định, tùy vào phẩm chất của dầu mỏ, tùy vào thời gian và nhiệt độ tồn chứa, sẽ xảy ra hiện tượng tích tụ, tức là hiện tượng các phần tử rắn to dần lên và lắng đọng xuống Hiện tượng này xảy ra khi

có sự xuất hiện các tinh thể paraffin (hiện tượng tạo mầm tinh thể), sau đó tùy thuộc vào kích thước của các tinh thể paraffin cũng như khả năng hợp thể của chúng, mà cấu trúc các phần tử rắn sẽ lớn dần lên và bắt đầu lắng đọng Ngoài ra, sự lắng đọng này còn phụ thuộc vào các tính chất bề mặt của các tinh thể và các đặc điểm lý – hóa của môi trường xảy ra hiện tượng lắng đọng [4]

Đồng thời trong quá trình khai thác, vận chuyển và lưu trữ, dầu mỏ sẽ bị nhiễm lẫn nước cùng với các tạp chất cơ học khác như kim loại, đất cát, gỉ sắt, … Các phần

tử vô cơ này thường lẫn trong dầu mỏ dưới dạng huyền phù Trong quá trình tồn chứa, các tạp chất này cùng với các tinh thể paraffin sẽ keo tụ thành những phức hệ riêng có đường kính khoảng 0,5 – 1mm và có xu hướng lắng xuống đáy bể, tại đây chúng dần dần kết chặt và tạo thành một lớp cặn bền vững, gây ảnh hưởng đến việc tồn chứa dầu thô [4]

1.4 Các phương pháp làm sạch bồn bể chứa dầu thô

Vấn đề xử lý cặn bùn phát sinh trong quá trình tồn chứa dầu thô là một trong những vấn đề cần được nghiên cứu và xử lý trong công nghiệp lọc hóa dầu, nhằm giảm thiểu các tác hại gây ra từ cặn bùn Hiện nay, các phương pháp xử lý chính cặn bùn trong các bể chứa đó là: phương pháp cơ học và phương pháp hóa học

1.4.1 Phương pháp cơ học

Cơ chế: phương pháp này dùng các dụng cụ cơ khí chuyên dụng để nạo vét, thu

gom cặn bùn từ bồn bể vào các vật dụng chứa đựng Cặn bùn sau khi thu gom sẽ được vận chuyển đến các đơn vị chuyên xử lý nhằm đáp ứng yêu cầu xả thải và tiêu chuẩn môi trường theo quy định

Cách thức thực hiện: [5]

- Bước 1: Kiểm tra các điều kiện an toàn trước khi thực hiện như: đo nồng

độ oxy, nồng độ khí độc, chất dễ cháy nổ, …

- Bước 2: Lắp đặt hệ thống chiếu sáng, hệ thống thông gió

- Bước 3: Dùng bơm để hút các chất lỏng còn lại ra khỏi bể

- Bước 4: Dùng mùn cưa thấm dầu và chất lỏng còn lại Thu gom mùn cưa vào bao

- Bước 5: Dùng các dụng cụ cơ khí chuyên dụng để thu gom cặn dầu vào bao

- Bước 6: Dùng cẩu để đưa các bao chứa cặn bùn ra khỏi bể

- Bước 7: Chuyển các bao chứa chất thải đến đơn vị chuyên xử lý để đáp ứng các yêu cầu theo quy định

Ưu điểm: dễ áp dụng vì phương pháp này không đòi hỏi yêu cầu về công nghệ

chuyên sâu

Nhược điểm:

- Không thu hồi được lượng dầu thô hòa lẫn, cuốn theo trong cặn bùn, dẫn đến thất thoát dầu thô trong quá trình tồn chứa và giảm hiệu quả kinh tế trong vận hành, chế biến lọc hóa dầu

- Chi phí nhân công thực hiện tương đối lớn vì đòi hỏi số lượng nhân công thực hiện nhiều và môi trường làm việc nguy hiểm, độc hại

- Chi phí xử lý cặn bùn cao vì đây là chất thải nguy hại với khối lượng phát thải khá lớn

- Gây ô nhiễm môi trường vì phát thải một lượng lớn hydrocacbon và các chất thải nguy hại khác

Kết quả đạt được: phương pháp này chỉ giải quyết được một vấn đề là thu

gom cặn bùn ra khỏi bồn bể nhằm giải phóng thể tích chiếm dụng của cặn bùn trong hệ thống bồn bể chứa dầu thô

1.4.2 Phương pháp hóa học

Cơ chế: phương pháp này dùng dung môi hòa tan có tính chất tương đồng với

thành phần hydrocacbon có trong cặn bùn để lôi cuốn các hợp chất hydrocacbon này ra khỏi cặn bùn Dung môi sau khi hòa tan cặn bùn sẽ được đưa trở lại chế biến như một loại dầu thô Trong quá trình này, cần sử dụng các chất hoạt động bề mặt và/hoặc các hóa chất phân tán (nếu cần thiết) để hỗ trợ quá trình hòa tan cặn bùn vào dung môi, khử nhũ và hỗ trợ quá trình tách pha giữa dầu và nước, … Đồng thời, trong phương pháp này còn sử dụng nước để lôi cuốn các hợp chất vô cơ, tạp chất cơ học ra khỏi pha dầu, nhằm giảm thiểu các tạp chất không mong muốn trong dầu thu hồi

Cách thức thực hiện: [5]

- Bước 1: Kiểm tra các điều kiện an toàn trước khi thực hiện

- Bước 2: Bơm dung môi hòa tan, hóa chất và nước vào bể với thể tích đã được tính toán

- Bước 3: Khuấy trộn, gia nhiệt hỗn hợp ở nhiệt độ tối ưu Kiểm tra tính đồng nhất của quá trình khuấy trộn

- Bước 4: Để lắng, chờ tách pha Kiểm tra hiệu quả của quá trình tách pha

- Bước 5: Thu hồi dầu để tái sử dụng, xả thải nước đến phân xưởng xử lý nước thải, thu gom cặn rắn còn lại để xử lý theo quy định

- Bước 6: Rửa sạch bồn bể bằng nước sạch hoặc nước biển

Ưu điểm:

- Mang lại lợi ích kinh tế cao vì đã thu hồi được hydrocacbon có trong cặn bùn, giảm thiểu sự thất thoát dầu thô, góp phần gia tăng hiệu quả kinh tế trong công nghiệp lọc hóa dầu

- Chi phí xử lý cặn rắn thấp vì khối lượng cặn phát thải không nhiều sau khi được xử lý bằng phương pháp hóa chất

- Thời gian thực hiện được rút ngắn hơn so với phương pháp cơ học, tăng

hệ số vận hành (operation factor) của bể chứa

- Giảm thiểu tác động ô nhiễm môi trường từ lượng cặn bùn phát thải

Nhược điểm: phương pháp được thực hiện với nhiều công đoạn phức tạp và

hiệu quả thu hồi dầu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Do đó, cần phải tiến hành nhiều thí nghiệm, khảo nghiệm thực tiển để đánh giá và xây dựng mô hình tối ưu trước ứng dụng rộng rãi vào thực tiễn

Kết quả đạt được: phương pháp này hướng đến vấn đề thu hồi dầu từ cặn bùn

trong quá trình vệ sinh hệ thống bồn bể chứa dầu thô Ngoài mục tiêu thu hồi một lượng lớn hydrocacbon có trong cặn bùn, giải phóng thể tích chiếm dụng của cặn bùn trong bồn bể mang lại hiệu quả kinh tế trong sản xuất kinh doanh, phương pháp này còn ý nghĩa về mặt môi trường vì đã giảm thiểu đáng kể lượng chất thải nguy hại phát thải ra môi trường

Với những ý nghĩa về hiệu quả kinh tế cũng như môi trường của phương pháp

hóa học trong quá trình xử lý cặn bùn như đã đề cập, Đề tài xin được Nghiên cứu thu hồi dầu cặn từ quá trình làm sạch hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất bằng mô hình thực nghiệm nhằm đánh giá tính khả thi, hiệu quả kinh

tế cũng như cho phép tối ưu hóa các thông số trong thực nghiệm như: chủng loại dung môi hòa tan, tỷ lệ thể tích dung môi hòa tan và cặn dầu, nhiệt độ gia nhiệt, nồng độ hóa chất hoạt động bề mặt nhằm mang lại hiệu suất thu hồi cao nhất

CHƯƠNG 2 - NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên cơ sở tính chất của các nguyên vật liệu được sử dụng, các mô hình thí nghiệm tối ưu hóa và các phương pháp phân tích để đánh giá chất lượng của các sản phẩm thu được từ quá trình thu hồi dầu

2.1 Nguyên vật liệu

2.1.1 Cặn bùn

Trên cơ sở lý thuyết về sự hình thành cặn bùn, cùng với các đặc tính dầu thô đã được chế biến tại nhà máy lọc dầu Dung Quất, có thể dự đoán rằng cặn bùn tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất có một số tính chất sau đây:

- Ở điều kiện lưu trữ bình thường cặn bùn có dạng rắn, sệt

- Thành phần chủ yếu là các hợp chất hydrocacbon với thành phần chính

là các paraffin Đây là đặc tính quan trọng để quyết định việc lựa chọn chủng loại dung môi pha loãng cặn dầu

- Có lẫn một số hợp chất muối vô cơ, tạp chất rắn không hòa tan như cát sạn, gỉ sắt, …

Cặn dầu được lấy từ bể TK6001A để thực hiện các mô hình thí nghiệm

2.1.2 Dung môi hòa tan

Để hòa tan được cặn dầu với thành phần chính là các hợp chất paraffin mạch dài, cần phải lựa chọn dung môi có các đặc tính sau đây:

- Có thành phần chính cũng là các hợp chất paraffin để có thể phân tán các phân tử paraffin từ cặn bùn vào dung môi

- Có điểm đông đặc và độ nhớt thấp để dễ dàng hòa tan cặn dầu trong môi trường nhiệt độ không quá cao

Với hai đặc tính vừa nêu, sau khi đánh giá cơ sở vật chất hiện có tại Nhà máy lọc dầu Dung quất, Nghiên cứu này lựa chọn chủng loại dung môi để đánh giá là LGO

và dầu thô Anzeri Ngoài việc đáp ứng được hai đặc tính trên, việc lựa chọn các loại dung môi này còn có một số thuận lợi như sau:

- LGO: Hiện nay, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất đang sử dụng một lượng tương đối lớn phân đoạn LGO được phân tách từ phân xưởng CDU để xúc rửa đường ống dẫn dầu sau khi nhập dầu thô vào bể chứa Lượng LGO này sẽ được tái chế biến tại phân xưởng CDU Vì vậy nếu thử nghiệm thành công trên các mô hình thí nghiệm, Đề tài sẽ tận dụng nguồn nguyên liệu LGO đã nhiễm dầu thô trong quá trình xúc rửa đường ống này để áp dụng vào thực tiễn thay vì sử dụng LGO sạch, điều này sẽ

mang lại hiệu quả kinh tế

- Dầu thô Anzeri: Theo kinh nghiệm vận hành của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, khi nhập dầu thô Anzeri vào bể chứa thì dầu thô trong bể sau nhập có sự gia tăng hàm lượng kim loại Có thể hiểu rằng dầu thô Anzeri

có điểm đông đặc thấp nên khi nhập vào bể chứa sẽ hòa tan phần cặn dầu

đã tích tụ ở đáy bể vào dầu thô, dẫn đến hàm lượng kim loại trong dầu thô trong bể cũng như các hàm lượng kim loại trong phân đoạn cặn chưng cất khí quyển (AR) có sự thay đổi theo chiều hướng gia tăng Vì vậy nếu thử nghiệm thành công, Đề tài sẽ tận dụng nguồn dầu thô Anzerri sẵn có để pha loãng cặn bùn, nhằm tiết giảm chi phí mua sắm dung môi hòa tan, mang lại hiệu quả kinh tế cao cho Đề tài

2.1.3 Nước

Ngoài thành phần chính là các hydrocacbon, trong cặn dầu còn có một số hợp chất vô cơ và các tạp chất cơ học, nếu các tạp chất này đi vào pha dung môi sẽ làm giảm chất lượng dầu thu hồi, gây ảnh hưởng đến xúc tác của các phân xưởng chế biến

hạ nguồn như RFCC, v.v… Vì vậy, Đề tài lựa chọn phương án bổ sung nước vào để hòa tan các hợp chất vô cơ và lôi cuốn các tạp chất cơ học lắng đọng xuống pha nước, qua đó góp phần nâng cao chất lượng dầu thu hồi

- Và/hoặc có khả năng hỗ trợ phân tán asphaltene

- Không có các thành phần nguy hại ảnh hưởng đến vi sinh vật và môi trường

- Có pH trung tính để giảm thiểu các tác động ăn mòn không mong muốn Với các đặc tính nêu trên, Đề tài đã xem xét và sử dụng hóa chất vào nghiên cứu thực nghiệm có tên hiệu EC9007G và EC2472A của Nhà cung cấp hóa chất Nalco

có các thành phần và chức năng chính như sau:

- EC9007G:

 Thành phần: gồm các thành phần chính là Ethoxylate alcohol (15 – 30%), Ethoxylated Tallow alkyl amine (15 – 30%); Ethoxylated Castor Oil (15 – 30%)

 Chức năng: là chất trợ tan, có tác dụng làm mềm hóa cặn bùn, tăng hiệu quả hòa tan cặn bùn vào dung môi

- EC2472A:

 Thành phần: gồm các thành phần chính là Kerosene (10 – 30%), Naphthalene (1 -5%), 1,2,4-Trimethylbenzene (1 -5%)

 Chức năng: là chất khử nhũ, có tác dụng cải thiện quá trình tách pha giữa dầu và nước; đồng thời có tác dụng hỗ trợ quá trình lắng đọng các thành phần cặn xuống pha nước

Chi tiết các thành phần về hai loại hóa chất trên xem tại Phụ lục 1 đính kèm

2.2 Điều kiện vận hành

Ngoài việc đánh giá và lựa chọn các nguyên vật liệu, điều kiện vận hành cũng góp phần quan trọng vào việc nâng cao hiệu suất thu hồi dầu, trong đó có hai điều kiện vận hành chính đó là tốc độ khuấy trộn và nhiệt độ của hỗn hợp

Tốc độ khuấy trộn góp phần thúc đẩy sự tiếp xúc giữa dung môi pha loãng với cặn bùn, giữa nước với dung môi pha loãng, giữa hóa chất hoạt động bề mặt cặn bùn qua đó góp phần nâng cao hiệu quả tác dụng của các tác nhân nói trên Tuy nhiên, với điều kiện thực tế tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, cũng như căn cứ vào các quy định vận hành an toàn, thông số tốc độ khuấy trộn có thể được cài đặt ở mức cao nhất của thiết kế

Nhiệt độ của hỗn hợp góp phần hỗ trợ quá trình hòa tan cặn bùn vào dung môi pha loãng, quá trình tách pha giữa dầu và nước, đồng thời ngăn cản quá trình keo tụ trở lại của các phân tử paraffin Vì vậy, Đề tài sẽ tiến hành thí nghiệm để tối ưu hóa thông

số nhiệt độ của hỗn hợp, vừa thỏa mãn quá trình thu hồi xảy ra hiệu quả nhất đồng thời cũng đáp ứng được các điều kiện an toàn trong quá trình vận hành Nhà máy Lọc dầu

2.3 Xây dựng mô hình thực nghiệm

Như phân tích ở mục 2.1 và 2.2 nêu trên, Đề tài tiến hành xây dựng các mô hình thí nghiệm với các chủng loại dung môi hòa tan, tỷ lệ dung môi với cặn bùn, nồng độ hóa chất và điều kiện nhiệt độ vận hành để tìm ra được mô hình hiệu quả nhất Ngoài

ra, thời gian của các giai đoạn cũng là một yếu tố quan trọng góp phần vào sự thành công của mô hình Tuy nhiên Đề tài không đưa yếu tố này vào thí nghiệm vì thời gian của các giai đoạn được quyết định dựa trên kết quả đánh giá chất lượng sản phẩm của từng giai đoạn

2.3.1 Quy trình xác lập mô hình thực nghiệm

Một mô hình thực nghiệm gồm các giai đoạn như sau:

- Giai đoạn 1: Pha trộn hỗn hợp: cặn bùn, dung môi, nước và hóa chất

 Thể tích cặn bùn, nước, dung môi: phụ thuộc vào tỷ lệ thí nghiệm Ví dụ: nếu tỷ lệ cặn bùn – dung môi – nước là 1 – 3 – 1 thì thể tích thử nghiệm

là 300ml cặn bùn, 300ml nước và 900ml dung môi

 Thể tích hóa chất EC9007G/ EC2472A: phụ thuộc vào nồng độ hóa chất

cần thí nghiệm

 Trộn hỗn hợp nói trên bằng cách lắc nhiều lần cho đến khi quan sát thấy

mẫu có màu đồng nhất

Hình 2.1 Giai đoạn pha trộn hỗn hợp mẫu

- Giai đoạn 2: Khuấy trộn và gia nhiệt

Đưa hỗn hợp vào bể gia nhiệt ở nhiệt độ thí nghiệm trong khoảng thời gian nhất định Dùng đũa thủy tinh khuấy nhẹ mẫu sau mỗi giờ đồng hồ Mỗi lần

khuấy khoảng 5-10 vòng

Hình 2.2 Giai đoạn khuấy trộn và gia nhiệt

- Giai đoạn 3: Chờ lắng, tách pha

 Sau thời gian gia nhiệt quy định, lấy mẫu ra khỏi bể gia nhiệt

 Để lắng mẫu cho đến khi quan sát thấy nước và dầu phân tách hoàn toàn

Hình 2.3 Giai đoạn chờ lắng, tách pha

- Giai đoạn 4: Lấy mẫu

 Lấy khoảng 50ml mẫu dầu thu hồi tại vạch mức tính toán có chứa phần

cặn bùn

 Lấy khoảng 50ml mẫu nước tại vạch mức có chứa nước

 Lấy mẫu cặn rắn nằm trong pha nước nếu có

Hình 2.4 Giai đoạn lấy mẫu

- Giai đoạn 5: Phân tích mẫu

 Phân tích hàm lượng BS&W đối với các mẫu dầu thu hồi

 Phân tích các chỉ tiêu: pH, TDS, COD, dầu đối với mẫu nước

 Phân tích hàm lượng C đối với mẫu cặn rắn nếu thu hồi được

- Giai đoạn 6: Đánh giá mô hình

Đối chiếu kết quả phân tích với mục tiêu đề ra, đánh giá lựa chọn mô hình hiệu quả nhất

2.3.2 Các mô hình thực nghiệm của Đề tài

Nhằm tìm kiếm mô hình thu hồi dầu tối ưu thông qua sự thay đổi các yếu tố như chủng loại dung môi hòa tan, tỷ lệ dung môi với cặn dầu, nồng độ hóa chất, nhiệt

độ Đề tài xây dựng và đánh giá các mô hình thí nghiệm sau đây:

2.3.2.1 Mô hình tối ưu hóa chủng loại dung môi hòa tan

Tiến hành các thí nghiệm với hai loại dung môi LGO và dầu thô Anzeri trên theo mô hình đã được xây dựng ở mục 2.3.1 với các thông số chính như bảng 2.1

Bảng 2.1 Mô hình thí nghiệm chủng loại dung môi pha loãng

Mô hình

thí nghiệm

Loại dung môi

Tỷ lệ pha loãng

V cặn /V LGO /V nước

Nhiệt độ gia nhiệt, o C

Nồng độ hóa chất EC9007G/ EC2472A, ppm

2.3.2.2 Mô hình tối ưu hóa tỷ lệ LGO và nhiệt độ

Việc hòa tan cặn bùn phụ thuộc rất nhiều vào tỷ lệ LGO/cặn bùn, tỷ lệ LGO/cặn bùn càng lớn thì khả năng hòa tan cặn bùn càng nhiều và hàm lượng BS&W của dầu thu hồi càng thấp Tuy nhiên, nhằm tăng hiệu quả kinh tế, tỷ lệ LGO/cặn bùn cần được tối ưu để quá trình thu hồi dầu đạt kết quả mong muốn với chi phí dung môi LGO thấp nhất

Nhiệt độ của hỗn hợp càng cao thì quá trình hòa tan cặn bùn càng hiệu quả Tuy nhiên, với tiêu chí an toàn vận hành và bài toán năng lượng tiêu hao, nhiệt độ vận hành cần phải được tối ưu để có thể áp dụng vào thực tiễn

Tiến hành các thí nghiệm với sự thay đổi về tỷ lệ Cặn bùn – LGO – Nước và nhiệt độ gia nhiệt mẫu theo mô hình đã được xây dựng ở mục 2.3.1 với các thông số chính như bảng 2.2

Bảng 2.2 Mô hình thí nghiệm tỷ lệ LGO và nhiệt độ gia nhiệt mẫu

Nồng độ hóa chất EC9007G/EC2472A,

2.3.2.3 Mô hình tối ưu hóa nông độ hóa chất

Tiến hành các thí nghiệm với sự thay đổi về nồng độ hóa chất theo mô hình đã được xây dựng ở mục 2.3.1 với các thông số chính như bảng 2.3

Bảng 2.3 Mô hình thí nghiệm nồng độ hóa chất

Mô hình

thí nghiệm

Nồng độ EC9007G, ppm

Nồng độ EC2472A, ppm

Tỷ lệ pha loãng

V cặn /V LGO /V nước

Nhiệt độ gia nhiệt, o C

2.4 Phương pháp phân tích

Để đánh giá chất lượng cặn bùn cũng nhưng các sản phẩm tạo thành trong từng giai đoạn của mô hình thí nghiệm, cần tiến hành phân tích thử nghiệm các chỉ tiêu đặc trưng trên các thiết bị sẵn có tại phòng thí nghiệm của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất - BSR Đề tài đã tiến hành các phương pháp phân tích sau đây:

2 Hàm lượng tro

Xác định hàm lượng tạp chất cơ kim

có trong cặn bùn Từ đó đánh giá tính khả thi của quá trình thu hồi dầu từ cặn bùn Nếu hàm lượng tạp chất cơ kim trong cặn bùn lớn thì chất lượng của dầu thu hồi

sẽ bị ảnh hưởng

asphalten [8] UOP 614

Xác định hàm lượng các hợp chất không hòa tan trong n-heptan, nhằm đánh giá hàm lượng cặn nhựa có trong cặn bùn Tùy thuộc vào hàm lượng asphalten có trong cặn bùn sẽ quyết định việc sử dụng hóa chất hỗ trợ phân tán asphlten trong mô hình thí nghiệm

Chi tiết các phương pháp phân tích chất lượng cặn bùn xem tại Phụ lục 2 đính kèm

2.4.2 Phân tích chất lượng dầu thu hồi

Bảng 2.5 Các chỉ tiêu phân tích chất lượng dầu thu hồi

có trong dầu thu hồi từ các công đoạn của

mô hình Đây là thành phần không mong muốn trong dầu thô

Trong quy định kỹ thuật của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, thì dầu thô trước khi đưa vào phân xưởng CDU phải có hàm BS&W ≤ 0,5% Vì vậy, Đề tại quyết định dùng chỉ tiêu này để đánh giá hiệu quả của các mô hình thí nghiệm Mục tiêu của Đề tài

là lựa chọn mô hình có dầu thu hồi đạt giá trị BS&W ≤ 0,5%

Riêng đối với giai đoạn khuấy trộn thì dùng chỉ tiêu BS&W để đánh giá mức độ trộn lẫn của dung môi, cặn dầu và nước Vì vậy, đối với công đoạn này thì mục tiêu là BS&W càng lớn càng tốt

Xác định hàm lượng cặn không thể hóa hơi ở

500oC, để đánh giá mức độ ảnh hưởng đến xúc tác tại các phân xưởng, qua đó đánh giá khả năng chế biến của dầu thu hồi

3 Hàm lượng lưu

huỳnh [11] ASTM D4294

Xác định hàm lượng lưu huỳnh của dầu thu hồi, qua đó đánh giá khả năng chế biến của dầu thu hồi

muối [12] ASTM D3230

Xác định hàm lượng tạp chất muối vô cơ có trong dầu thu hồi, qua đó đánh giá khả năng chế biến của dầu thu hồi

Chi tiết các phương pháp phân tích chất lượng dầu thu hồi xem tại Phụ lục 3 đính kèm

2.4.3 Phân tích chất lượng nước thải phát sinh

Bảng 2.6 Các chỉ tiêu phân tích chất lượng nước thải phát sinh

Stt Chỉ tiêu phân

tích

Phương pháp phân tích

Xác định tổng hàm lượng chất rắn hòa tan của nước thải, quá đó đánh giá chất lượng nước thải nhằm lựa chọn phương án xử lý nước thải phát sinh

Xác định hàm lượng nhu cầu ô xy hóa học trong nước thải, quá đó đánh giá chất lượng nước thải nhằm lựa chọn phương án xử lý nước thải phát sinh

4 Hàm lượng dầu

trong nước [17]

ASTM D7066

Xác định hàm lượng dầu hòa tan trong nước thải, quá đó đánh giá chất lượng nước thải nhằm lựa chọn phương án xử lý nước thải phát sinh

Xác định hàm lượng chất rắn huyền phù bay hơi của dung dịch nuôi vi sinh trong quá trình đánh giá mức độ ảnh hưởng của các hóa chất hoạt động bề mặt đến hệ thống vi sinh của Nhà máy

Dựa vào hàm lượng VSS để đánh giá sinh khối của

vi sinh, hàm lượng này càng lớn chứng tỏ vi sinh sinh trưởng, phát triển tốt, qua đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của hóa chất đến hoạt động cửa vi sinh trong hệ thống xử lý nước thải tại Nhà máy

Đồng thời, dựa vào kết quả độ đục để xe thờm xét thời gian kết thúc giai đoạn khuấy trộn Nếu kết quả độ đục của hai ngày liên tiếp không thay đổi nhiều, chứng

tỏ quá trình khuấy trộn đã xảy ra triệt để

Chi tiết các phương pháp phân tích chất lượng nước thải xem tại Phụ lục 4 đính kèm

2.4.4 Phân tích chất lượng cặn rắn còn lại

Bảng 2.7 Các chỉ tiêu phân tích chất lượng cặn rắn còn lại

Xác định hàm cacbon và hydro có trong cặn rắn còn lại trong bể sau quá trình thu hồi dầu

Dựa vào hàm lượng C, H có trong cặn rắn để đánh giá hàm lượng hydrocacbon còn lại chưa được thu hồi, qua đó đánh giá hiệu suất của quá trình thu hồi dầu

Mục tiêu của Đề tai đề ra là hàm lượng C, H trong cặn rắn nhỏ hơn 10%

Chi tiết các phương pháp phân tích chất lượng nước thải xem tại Phụ lục 2 đính kèm

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

3.1 Đánh giá chất lượng cặn bùn lấy từ bồn bể

Trên cơ sở phân tích tại Chương 2 – mục 2.1.1 về bản chất của cặn bùn, tiến hành lấy mẫu cặn bùn tại bể TK-6001A và phân tích các chỉ tiêu: Asphaltene, CHN, và hàm lượng tro để đánh giá chất lượng mẫu cặn

Mẫu cặn bùn lấy tại bể TK-6001A có dạng rắn, ở điều kiện bình thường không thể hòa tan vào dung môi toluene Tham khảo hình 3.1

Hình 3.1 Mẫu cặn lấy tại bể TK6001A ngày 10/3/2018

Kết quả phân tích thu được như sau:

Bảng 3.1 Kết quả chất lượng cặn bùn từ bể TK6001A

H = 12,9

Từ kết quả phân tích cho thấy:

- Cặn bùn ở dạng rắn, không thể đưa trực tiếp vào chế biến

- Hàm lượng C, H, N trong cặn bùn chiếm khoảng hơn 80%, chứng tỏ các hợp chất hydrocacbon chiếm phần lớn trong cặn bùn, có thể thu hồi

hydrocacbon từ cặn bùn để chế biến

- Hàm lượng tro chiếm khoảng 1%, chứng tỏ hàm lượng tạp chất không

mong muốn rất thấp

- Hàm lượng asphaltene chiếm khoảng 2% Dựa vào kết quả này ta có thể xây dựng mô hình thu hồi dầu mà không cần thiết sử dụng hóa chất phân

tán asphaltene

Vậy với tính chất cặn bùn như trên, hoàn toàn có thể xây dựng mô hình để thu hồi

các hợp chất hydrocacbon từ cặn bùn này để chế biến tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất

3.2 Đánh giá ảnh hưởng của hóa chất đến hệ thống vi sinh

Trong quá trình thu hồi dầu từ cặn bùn có sử dụng hai loại hóa chất của nhà sản xuất Nalco, đó là EC9007 và EC2472A Vì vậy cần phải đánh giá sự ảnh hưởng của hai loại hóa chất này đến hệ thống vi sinh tại phân xưởng xử lý nước thải

Tiến hành thực hiện thử nghiệm nuôi vi sinh trong vòng 7 ngày trên hai mô

hình thí điểm trong cùng một điều kiện vận hành, gồm:

- Mô hình không có hóa chất: sử dụng nước thải của nhà máy tại đầu ra của hệ

thống xử lý dầu (DAF) của phân xưởng xử lý nước thải ETP để nuôi vi sinh

- Mô hình có hóa chất Nalco: sử dụng nước có pha hóa chất EC9007/EC2472A ở nồng độ 4000/50ppm và sử dụng nước thải của nhà máy tại đầu ra của hệ thống xử lý dầu của phân xưởng xử lý nước thải ETP

(U58) với tỷ lệ 1/10 để nuôi vi sinh

- Tiến hành lấy mẫu nước phân tích các chỉ tiêu: VSS, pH, TDS, COD với tần

suất 2 ngày/1 lần

Sau 7 ngày, rút bỏ nguồn nước trong cả hai mô hình, dùng nước thải của nhà máy tại đầu ra của hệ thống xử lý dầu – DAF nhưng không bổ sung hóa chất để tiếp tục nuôi vi sinh từ 2 mô hình trên trong 7 ngày tiếp theo Mục đích là nhằm đánh giá mức độ phục hồi của vi sinh

Kết quả phân tích thu được như sau:

Bảng 3.2 Kết quả chất lượng nước của mô hình không có hóa chất

Bảng 3.3 Kết quả chất lượng nước thải của mô hình có hóa chất

Hình 3.2 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của hóa chất đến vi sinh

Dựa vào kết quả phân tích chất lượng nước cho thấy:

- Thông số VSS của mô hình sử dụng hóa chất trong 7 ngày thử nghiệm cao hơn so với của mô hình không sử dụng hóa chất Điều này chứng tỏ hóa chất chẳng những không ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của vi sinh, mà còn là

nguồn thức ăn cho vi sinh phát triển

- Các thông số khác như: pH, TDS, COD đều đạt so với quy định kỹ thuật của

phân xưởng xử lý nước thải

- Thông số VSS của 7 ngày tiếp theo của 2 mô hình đều đạt tiêu chuẩn quy định kỹ thuật tại phân xưởng xử lý nước thải Điều này chứng tỏ vi sinh

hoàn toàn có khả năng phục hồi, sinh trưởng, phát triển tốt sau giai đoạn tiếp nhận nước thải có hóa chất

Có thể kết luận hóa chất EC9007 và EC2472A không ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh và nước thải có nhiễm hóa chất trên hoàn toàn có thể được xử lý tại

phân xưởng xử lý nước thải – ETP của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất

3.3 Tối ưu hóa các thông số của mô hình thu hồi dầu thô từ cặn bùn

Từ mô hình thu hồi dầu đã được xây dựng ở mục 2.3, ta thấy có nhiều thông số ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi dầu như: chủng loại dung môi hòa tan, tỷ lệ dung môi hòa tan so với cặn bùn, nhiệt độ gia nhiệt mẫu, nồng độ hóa chất Vì vậy để quá trình thu hồi dầu có hiệu suất cao nhất cần tiến hành thử nghiệm để tối ưu hóa các thông số trên

3.3.1 Tối ưu hóa chủng loại dung môi hòa tan

3.3.1.1 Kết quả phân tích chất lượng dầu sau thu hồi

Sau khi kết thúc thời gian thí nghiệm, tiến hành lấy mẫu tại mức thấp nhất của pha dầu và phân tích chỉ tiêu BS&W của mẫu dầu thu hồi, kết quả như sau:

Bảng 3.4 Kết quả BS&W của dầu thu hồi

Mô hình

thí nghiệm

BS&W của dầu thu hồi, %wt

Quy định kỹ thuật, %wt

[20]

Kết luận Hình ảnh phân tích

Mô hình

thí nghiệm

BS&W của dầu thu hồi, %wt

Quy định kỹ thuật, %wt

[20]

Kết luận Hình ảnh phân tích

Theo quy định kỹ thuật của BSR số 01 ban hành năm 2018 (QĐKT BSR

01-2018), giá trị BS&W của dầu thô không vượt quá 0.5% Đối chiếu với kết quả thu

được thì tất cả các mô hình trên đều không đạt yêu cầu

3.3.1.2 Đánh giá kết quả thí nghiệm

Từ các kết quả thu được, cho thấy dầu thu hồi từ mô hình sử dụng dầu thô Anzeri để hòa tan cặn có kết quả BS&W cao hơn nhiều so dầu thu hồi từ mô hình sử dụng LGO Hơn nữa, tỷ lệ sử dụng dung môi/cặn bùn của mô hình dầu thô Anzeri cao hơn so với mô hình LGO Từ đó cho thấy, khả năng hòa tan cặn bùn của dầu thô Anzeri kém hiệu quả hơn so với LGO

Mặc dù kết quả BS&W của dầu thu hồi từ mô hình sử dụng LGO (BS&W = 3,0%) chưa đạt yêu cầu, tuy nhiên với kết quả này cho thấy khả năng hòa tan cặn bùn của LGO là tương đối tốt Vì vậy, có thể sử dụng loại dung môi này để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo, nhằm tìm kiếm mô hình tối ưu

3.3.1.3 Kết luận

LGO là loại dung môi phù hợp để hòa tan cặn bùn trong quá trình thu hồi dầu từ cặn bùn Cần tiến hành các mô hình thí nghiệm tiếp theo để tối ưu hóa các thông số kỹ thuật, nhằm thu được dầu thu hồi đạt chất lượng theo yêu cầu của QĐKT BSR 01-2018

3.3.2 Tối ưu hóa tỷ lệ LGO và nhiệt độ

3.3.2.1 Kết quả phân tích chất lượng dầu sau thu hồi

Sau khi kết thúc thời gian thí nghiệm, tiến hành lấy mẫu tại mức thấp nhất của

pha dầu và phân tích chỉ tiêu BS&W của mẫu dầu thu hồi, kết quả như sau:

Bảng 3.5 Kết quả BS&W của dầu thu hồi

Theo quy định kỹ thuật của BSR số 01 ban hành năm 2018 (QĐKT BSR 2018), giá trị BS&W của dầu thô không vượt quá 0.5% Đối chiếu với kết quả thu được thì chỉ có dầu thu hồi từ mô hình MH-LGO 6 đạt yêu cầu

01-3.3.2.2 Đánh giá kết quả thí nghiệm

Trong cùng một điều kiện về tỷ lệ LGO/cặn bùn thì mô hình gia nhiệt mẫu ở 60 – 620

C luôn cho kết quả BS&W của dầu thu hồi thấp hơn so với mô hình gia nhiệt mẫu ở 50 – 520C

Mô hình có tỷ lệ Vcặn/VLGO/Vnước = 1/5/1 ở nhiệt độ gia nhiệt mẫu là 60 – 620C cho kết quả BS&W của mẫu dầu thu hồi đạt yêu cầu (BS&W<0.5%)

3.3.2.3 Kết luận

Với kết quả thử nghiệm như trên, cho thấy tỷ lệ Vcặn/VLGO/Vnước tối ưu là: 1/5/1

và khoảng nhiệt độ gia nhiệt mẫu tối ưu là: 60 – 620C

3.3.3 Tối ưu hóa nồng độ hóa chất

3.3.3.1 Kết quả phân tích chất lượng dầu sau thu hồi

Sau khi kết thúc thời gian thí nghiệm, tiến hành lấy mẫu tại mức thấp nhất của pha dầu và phân tích chỉ tiêu BS&W của mẫu dầu thu hồi, kết quả như sau:

Bảng 3.6 Kết quả BS&W của dầu thu hồi