Nghiên cứu chế tạo và đánh giá tính chất hệ hóa phẩm khử nhũ phù hợp với dầu khai thác trên thềm lục địa Việt Nam ở quy mô phòng thí nghiệm

Bài viết này trình bày các kết quả nghiên cứu chế tạo hệ hóa phẩm khử nhũ quy mô phòng thí nghiệm và đánh giá tổng thể tính chất hóa lý của các hệ hóa phẩm nhằm xem xét khả năng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của các nhà thầu dầu khí. Mời các bạn cùng tham khảo bài viết để nắm chi tiết hơn nội dung nghiên cứu.

HĨA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ TẠP CHÍ DẦU KHÍ Số - 2021, trang 58 - 67 ISSN 2615-9902 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT HỆ HÓA PHẨM KHỬ NHŨ PHÙ HỢP VỚI DẦU KHAI THÁC TRÊN THỀM LỤC ĐỊA VIỆT NAM Ở QUY MƠ PHỊNG THÍ NGHIỆM Hồng Linh Lan, Lê Thị Thu Hường, Hà Thu Hương, Trần Thanh Phương, Hồng Long, Ngơ Hồng Anh Viện Dầu khí Việt Nam Email: huonglt@vpi.pvn.vn https://doi.org/10.47800/PVJ.2021.01-04 Tóm tắt Bài báo trình bày kết nghiên cứu chế tạo hệ hóa phẩm khử nhũ quy mơ phịng thí nghiệm đánh giá tổng thể tính chất hóa lý hệ hóa phẩm nhằm xem xét khả đáp ứng yêu cầu kỹ thuật nhà thầu dầu khí Kết cho thấy hệ hóa phẩm khử nhũ chế tạo cho hiệu tách nhũ tốt (tương đương với hóa phẩm thương mại, hàm lượng nước tách có chất lượng cao hơn), bền nhiệt phù hợp với số loại dầu khai thác Việt Nam Kết phân tích tính chất hóa lý như: tỷ trọng, nhiệt độ đơng đặc, pH, tính tan đáp ứng tốt yêu cầu nhà thầu dầu khí hoạt động Việt Nam Từ khóa: Hóa phẩm khử nhũ, nhũ tương nước dầu, chất hoạt động bề mặt, chất xúc tiến, keo tụ, dung môi dẫn Giới thiệu Nhũ tương vấn đề nghiêm trọng vận chuyển, tàng trữ chế biến dầu khí Nhũ tương hình thành q trình khai thác dịng chảy hỗn loạn có mặt tác nhân tạo nhũ làm bền nhũ Việc hình thành nhũ tương trình khai thác (thường nhũ tương nước dầu thơ) khiến dịng chất lưu tăng thể tích, tăng độ nhớt, tăng tỷ trọng, tăng nguy gây ăn mòn đường ống, thiết bị, gây cản trở dòng chảy dẫn đến sản lượng bị suy giảm chất lượng dầu xử lý không đạt tiêu chuẩn để vận chuyển xuất bán thương mại, chí gây ngộ độc xúc tác trình lọc hóa dầu đặc biệt làm giảm giá thành xuất bán dầu thô Do vậy, cần tách nước để đảm bảo chất lượng dầu thô cho công đoạn Để phá nhũ tương nước dầu thơ sử dụng phương pháp học, phương pháp nhiệt, phương pháp điện hóa chất, đó, phổ biến sử dụng hóa phẩm khử nhũ Mỗi loại khử nhũ thường phù hợp với số loại dầu Dầu thô Việt Nam chủ yếu thuộc loại dầu nhẹ ngọt, với hàm lượng asphalten, nhựa không cao lại chứa hàm lượng lớn paraffin rắn Đây yếu tố ảnh hưởng lớn đến hiệu khử nhũ hệ hóa phẩm Vì vậy, việc nghiên cứu để pha chế Ngày nhận bài: 21/12/2020 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 21/12/2020 - 27/1/2021 Ngày báo duyệt đăng: 27/1/2021 58 DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 hệ hóa phẩm khử nhũ riêng cho dầu khai thác thềm lục địa Việt Nam nhằm nâng cao hiệu khử nhũ cần thiết Chế tạo hệ hóa phẩm khử nhũ 2.1 Nghiên cứu lựa chọn cấu tử hệ hóa phẩm khử nhũ Thành phần hệ hóa phẩm khử nhũ thường gồm nhóm chất sau đây: - Thành phần có tính keo tụ: loại phân tử chứa đồng thời nhóm chức ưa nước - ưa dầu khối lượng phân tử lớn chất hoạt động bề mặt không ion từ dẫn xuất alkoxylate như: Alkylphenol ethoxylate, copolymer EO/PO, ethoxylated propoxylated amine polyol, ethylenediamine alcoxylate, glycerine alcoxylate… - Thành phần hoạt tính pha liên diện cao khuếch tán nhanh: hợp chất alkyl sulfonates, methyl trioctyl ammonium chloride, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, polyvinylpyrrolidone… - Các dung môi dẫn: xylene, toluene aromatic naphtha nặng, hợp chất chứa nhóm –OH tan nước methanol, butanol-2, propanol-2, etandiol-1,2… PETROVIETNAM Trong chất khử nhũ tương thương mại, thành phần polymer khối lượng phân tử lớn có chứa nhóm chức đóng vai trị chất hoạt động bề mặt có chức keo tụ cho thành phần có tính quan trọng Các chất hoạt động bề mặt có tính keo tụ phân tán dầu thơ có tác dụng làm thay đổi sức căng bề mặt giọt nước làm ổn định hệ thống nhũ tương nước/dầu cách phá vỡ lớp màng bao quanh hạt nhũ Nhờ lực tương tác phân tử (lực hút đại phân tử polymer) giọt nước tiến lại gần tạo tượng keo tụ Quá trình lựa chọn dựa dòng chất hoạt động bề mặt keo tụ sử dụng phổ biến công thức khử nhũ tương thương mại Các chất hoạt động bề mặt đa phần hợp chất khơng ion Theo cơng trình nghiên cứu công bố giới, chất hoạt động bề mặt khơng ion có khả ổn định cao mơi trường có hàm lượng muối khống lớn, khả khử nhũ hiệu hạt nhũ tương có độ phân tán cao Tuy nhiên hiệu tách nhũ loại polymer phụ thuộc vào nhiều thông số, kể đến sau: - Khối lượng phân tử: tài liệu polymer sử dụng chất khử nhũ thường có khối lượng phân tử từ 10.000 - 120.000 g/mol - RSN (Relative Solubility Number số tan tương đối) số thể tính ưa nước hay ưa dầu polymer Đối với polymer dùng để khử nhũ tương nước dầu giá trị RNS phải nằm khoảng - 15, tức ưa dầu (pha phân tán) Trên sở đó, số polymer (Bảng 1) thu thập để nghiên cứu lựa chọn Chất hoạt động bề mặt lựa chọn chất có hiệu khử nhũ tốt nhũ tương nước dầu thu thập từ mỏ dầu Bạch Hổ, Hải Sư Trắng/Đen, Tê Giác Trắng, Thỏ Trắng Rồng với tính chất Bảng Thí nghiệm đánh giá hiệu khử nhũ thực phương pháp bottle test nhiệt độ 65 oC với 50 ppm hóa phẩm 50 ml dầu thô đại diện mỏ Chất lượng nước tách đánh giá hàm lượng dầu nước tách Chất lượng bề mặt dầu nước đánh giá Bảng Khối lượng phân tử chất hoạt động bề mặt có tính keo tụ Loại polymer Alkylphenol ethoxylate Copolymer EO/PO Ethylenediamine alkoxylate Khối lượng (g/mol) Chỉ số RSN Ký hiệu 10.000 11 APE1 80.000 9,7 APE2 120.000 7,9 APE3 10.000 12 EPO1 80.000 10,3 EPO2 120.000 9,5 EPO3 10.000 13 EDA1 80.000 120.000 11 10 EDA2 EDA3 Bảng Tính chất mẫu dầu Việt Nam Tính chất dầu thơ Bạch Hổ Tỷ trọng (oAPI) Độ nhớt động học 50 ºC (cSt) Hàm lượng paraffin (% trọng lượng) Hàm lượng aromatic (% trọng lượng) Hàm lượng nhựa (% trọng lượng) Hàm lượng asphaltene (% trọng lượng) 38,37 Hải Sư Tê Giác Trắng/Đen Trắng 37,87 39,12 Thỏ Trắng 33,58 Rồng 35,53 8,04 4,82 4,23 3,35 3,17 22,13 13,37 14,45 21,68 23,63 7,66 7,73 4,23 6,48 7,97 4,58 1,73 2,98 1,48 2,83 1,19 0,91 0,79 1,07 1,40 % nước tách sau phút % nước tách 2.2 Chất hoạt động bề mặt có tính keo tụ APE1 APE2 Bạch Hổ APE3 EPO1 EPO2 EPO3 Chất hoạt động bề mặt HSĐ-HST Tê Giác Trắng EDA1 Thỏ Trắng EDA2 EDA3 Rồng Hình Kết khử nhũ theo thời gian loại chất hoạt động bề mặt có tính keo tụ mẫu dầu, nhiệt độ 65 oC, nồng độ 50 ppm, thời gian sau phút DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 59 trực quan theo mức độ: tốt (T), đạt (Đ), xấu (X) Kết quan sát thời điểm sau phút, 10 phút, 15 phút, 30 phút, 45 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, 150 phút 180 phút Tuy nhiên, báo trình bày kết thời điểm sau phút, 30 phút (để đánh giá tốc độ khử nhũ) 180 phút (để đánh giá hiệu khử nhũ) Kết đánh giá hiệu khử nhũ với mẫu dầu thể Hình - 15 tổ hợp có thành phần loại chất hoạt động bề mặt thứ tự từ 36 đến 50; Các kết đánh giá hiệu khử nhũ loại polymer keo tụ mẫu dầu cho thấy: % nước tách HĨA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ tổ hợp có thành phần loại chất hoạt động bề mặt thứ tự từ 51 đến 56; thành phần có chất hoạt động bề mặt thứ tự 57 15 10 - Dòng polymer APE cho lượng nước tách nhiều mẫu dầu so với dòng polymer EPO, EDA - Dịng EPO có tốc độ tách tốt vòng phút - Dòng APE cho kết tổng thể tốt xét chất lượng nước tách Trong đó: 15 tổ hợp có thành phần loại chất hoạt động bề mặt thứ tự từ đến 15; 20 tổ hợp có thành phần loại chất hoạt động bề mặt thứ tự từ 16 đến 35; 60 DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 APE2 APE3 EPO1 EPO2 EPO3 EDA1 EDA2 EDA3 Chất hoạt động bề mặt HSĐ-HST Tê Giác Trắng Thỏ Trắng Rồng Hình Kết khử nhũ theo thời gian loại chất hoạt động bề mặt có tính keo tụ mẫu dầu, nhiệt độ 65 oC, nồng độ 50 ppm, thời gian sau 30 phút % nước tách sau 180 phút 30 % nước tách 25 20 15 10 APE1 APE2 Bạch Hổ APE3 EPO1 EPO2 EPO3 EDA1 Chất hoạt động bề mặt HSĐ-HST Tê Giác Trắng Thỏ Trắng EDA2 EDA3 Rồng Hình Kết khử nhũ theo thời gian loại chất hoạt động bề mặt có tính keo tụ mẫu dầu, nhiệt độ 65 oC, nồng độ 50 ppm, thời gian sau 180 phút Hàm lượng dầu nước tách (ppm) Số tổ hợp chất hoạt động bề mặt = + + + +1 = 15 + 20 + 15 + + = 57 tổ hợp APE1 Bạch Hổ - Dòng APE cho kết chất bề mặt nước/dầu tốt Để có thêm đánh giá lựa chọn tổ hợp chất khử nhũ tối ưu, nhóm tác giả tiến hành tổ hợp nhóm chất hoạt động bề mặt APE EPO để khảo sát tương tác, tương thích nhóm cách phối trộn loại chất hoạt động bề mặt keo tụ khảo sát hiệu khử nhũ tổ hợp Để giảm tính phức tạp biến số, ban đầu hợp chất hoạt động bề mặt keo tụ phối trộn theo tỷ lệ 1/1 thành phần đánh giá dựa hiệu tách nước cuối tổ hợp Số tổ hợp chất hoạt động bề mặt keo tụ phối trộn từ chất hoạt động bề mặt xác định phương pháp tổ hợp tuyến tính: % nước tách sau 30 phút 20 350 300 250 200 150 100 50 Chất lượng nước tách APE1 APE2 APE3 EPO1 EPO2 EPO3 EDA1 EDA2 EDA3 Chất hoạt động bề mặt Bạch Hổ HSĐ-HST Tê Giác Trắng Thỏ Trắng Rồng Hình Đồ thị chất lượng nước tách loại chất hoạt động bề mặt có tính keo tụ mẫu dầu, nhiệt độ 65 oC, nồng độ 50 ppm PETROVIETNAM Kết đánh giá hiệu khử nhũ 57 tổ hợp chất hoạt động bề mặt keo tụ thể Hình Chất lượng bề mặt phân tách nước dầu 1 2 2 2 2 APE1 APE2 Bạch Hổ 1 2 2 1 1 2 1 2 APE3 EPO1 EPO2 EPO3 EDA1 = Tốt; = Đạt; = Xấu HSĐ-HST Tê Giác Trắng Thỏ Trắng 1 1 1 EDA2 2 EDA3 Rồng Hình Đồ thị chất lượng bề mặt nước tách loại chất hoạt động bề mặt có tính keo tụ mẫu dầu, nhiệt độ 65 oC, nồng độ 50 ppm % nước tách tổ hợp chất hoạt động bề mặt keo tụ 140 120 Như vậy, tổ hợp thành phần từ dòng khác tốt dòng chất, điều phù hợp với tài liệu tham khảo [1] cho thấy gốc polymer khác tổ hợp có tác dụng đồng thời lên thành phần khác dầu, dẫn đến tăng hiệu khử nhũ tổ hợp Kết khảo sát cho thấy tổ hợp chất khử nhũ có thành phần chất hoạt động bề mặt keo tụ đạt hiệu tách nước tốt nhất, tổ hợp lựa chọn tiến hành tối ưu hóa tỷ lệ chất tổ hợp Để khảo sát tỷ lệ tối ưu thành phần nhóm tác giả tiến hành phối trộn chất hoạt động bề mặt keo tụ với tỷ lệ khác (Bảng 3) Quy đổi tỷ lệ thành phần tỷ lệ % khối lượng chất hoạt động bề mặt Bảng 100 80 60 Tổ hợp thu được xác định thông số hóa lý nhằm lựa chọn tỷ lệ tối ưu Các thơng số đặc trưng thể qua Bảng 40 20 G1 G3 G5 G7 G9 G11 G13 G15 G17 G19 G21 G23 G25 G27 G29 G31 G33 G35 G37 G39 G41 G43 G45 G47 G49 G51 G53 G55 G57 %thể tích nước tách (tại 180 phút) Bạch Hổ %thể tích nước tách (tại 180 phút) Tê Giác Trắng %thể tích nước tách (tại 180 phút) Rồng %thể tích nước tách (tại 180 phút) HSĐ-HST %thể tích nước tách (tại 180 phút) Thỏ Trắng Hình Hàm lượng nước tách 57 tổ hợp chất hoạt động bề mặt mẫu dầu đại điện Bảng Tổ hợp chất hoạt động bề mặt keo tụ tỷ lệ khác Mẫu H1 H2 H3 H4 H5 H6 APE1 Tỷ lệ chất hoạt động bề mặt APE2 APE3 EPO1 EPO2 6 6 EPO3 Bảng Tỷ lệ tổ hợp chất hoạt động bề mặt keo tụ (% khối lượng) Mẫu H1 H2 H3 H4 H5 H6 APE1 29 24 19 13 10 Tỷ lệ chất hoạt động bề mặt APE2 APE3 EPO1 EPO2 10 13 19 24 10 13 19 29 10 13 24 29 10 19 24 29 13 19 24 29 EPO3 29 24 19 13 10 Bảng cho thấy tốc độ khuếch tán H2 lớn tương ứng 30,1 × 10-4 cm2/s H1 có tốc độ khuếch tán nhỏ 15,2 × 10-4 cm2/s H2 có tính lưu biến màng dầu nhỏ nhất và tốc độ khuếch tán tương đối cao so với các hỗn hợp Sau đánh giá hiệu tách nước (Bảng 6) kết hợp với phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm, phần mềm tự động lặp lại thí nghiệm đưa kết hàm mục tiêu mong muốn hàm lượng nước tách pha lớn Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các thành phần chất khử nhũ đến hiệu quả phá nhũ theo quy trình thử nghiệm cho thấy vùng tối ưu để thiết lập các tỷ lệ thành phần chất khử nhũ Bảng DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 61 HĨA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ Bảng Tính chất tổ hợp chất hoạt động bề mặt keo tụ Loại polymer RSN Sức căng bề mặt (dyn/cm) Tính lưu biến (E, dyn/cm) Tốc độ khuếch tán (D,cm 2/s) H1 10 7,86 8,320 15,2 × 10 -4 H2 10,3 8,56 6,356 30,1 × 10 -4 H3 10,2 9,09 9,738 25 × 10-4 H4 9,6 8,86 8,320 15,2 × 10 -4 H5 10,1 7,53 7,146 19,2 × 10-4 H6 10,2 7,98 8,250 20,2 × 10 -4 Bảng Bảng kết khử nhũ theo thời gian tổ hợp chất hoạt động bề mặt keo tụ mẫu dầu Vietsovpetro, nhiệt độ 65 oC, nồng độ 50 ppm Mỏ Bạch Hổ (BK-7) Thỏ Trắng (THT-1) Rồng (RP2) Thời gian H1-BH H2-BH H3-BH H4-BH H5-BH H6-BH H1-TT H2-TT H3-TT H4-TT H5-TT H6-TT H1-R H2-R H3-R H4-R H5-R H6-R 2 3 4 3 Tỷ lệ (% thể tích) nước tách theo thời gian (phút) 10 15 30 45 60 90 120 10 12 16 19 20 22 10 12 16 18 20 23 14 16 16 18 19 22 10 12 16 16 18 20 10 14 18 20 22 14 16 16 18 20 21 10 12 15 20 26 30 10 18 25 30 33 10 15 18 25 28 32 10 12 24 30 30 30 10 14 20 25 30 15 19 22 23 25 28 30 10 12 15 15 15 15 10 11 12 14 14 14 16 16 18 15 15 10 12 14 15 15 10 12 14 15 15 16 10 12 13 150 22 23 22 22 22 21 32 33 32 31 30 31 15 14 15 15 16 13 180 22 23 22 23 22 21 32 33 33 31 30 31 15 14 15 15 16 13 Hàm lượng nước lại (%) 2 1 2 15 16 15 15 14 17 Bảng Tỷ lệ tối ưu chất hoạt động bề mặt keo tụ Mẫu TH APE1 7,9 Tỷ lệ % chất hoạt động bề mặt APE3 EPO1 23,7 15,8 APE2 18,4 EPO2 15,8 EPO3 18,4 Bảng Tính chất chất xúc tiến Tính Sức căng bề mặt (mN/m) Tính lưu biến (E, dyn/cm) Tốc độ khuếch tán (cm2/s) Chỉ số tan tương đối Hệ số phân bố Kp XT1 5,4 22,649 34 ×10-4 15 0,02 XT2 5,67 22,643 32 × 10-4 15,5 0,02 Chất xúc tiến XT3 XT4 5,67 5,3 22,643 20,025 34 × 10-4 31 × 10-4 15,5 14 0,015 0,03 XT5 5,3 21,045 30 × 10-4 16 0,02 XT6 5,5 21,675 29 × 10-4 15 0,015 Bảng Tổ hợp phối trộn chất xúc tiến Tổ hợp chất xúc tiến XT1 XT2 XT3 A1 A2 A3 A4 62 DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 XT1 + XT2 XT3 + 2 + 3 1 PETROVIETNAM Bảng 10 Bảng kết khử nhũ theo thời gian tổ hợp chất hoạt động bề mặt keo tụ mẫu dầu Vietsovpetro, nhiệt độ 65 oC, nồng độ 50 ppm Tỷ lệ (% thể tích) nước tách theo thời gian (phút) Mỏ Bạch Hổ (BK-7) Thỏ Trắng (THT-1) Rồng (RP2) Thời gian 10 15 30 45 60 90 120 150 180 XT1-BH XT2-BH XT3-BH A1-BH A2-BH A3-BH A4-BH XT1-TT XT2-TT XT3-TT A1-TT A2-TT A3-TT A4-TT XT1-R XT2-R XT3-R A1-R A2-R A3-R A4-R 3 3 5 5 7 8 9 15 8 7 7 11 11 11 10 15 15 11 11 11 20 9 11 15 11 13 13 11 13 12 17 17 13 16 11 13 11 23 11 11 11 13 17 13 17 17 15 17 15 17 17 16 19 15 25 19 24 19 12 13 15 17 16 20 19 18 17 19 19 19 21 26 21 31 26 26 26 11 13 12 15 16 19 16 21 21 22 19 21 21 20 27 29 26 31 31 29 31 13 15 14 16 16 16 17 23 22 23 21 23 22 23 31 32 31 31 33 31 33 14 15 14 16 17 16 17 23 22 22 23 23 22 24 33 32 31 32 33 32 33 14 15 14 16 17 16 17 23 22 22 24 23 22 24 33 32 31 32 33 32 33 14 15 14 16 17 16 17 2.3 Lựa chọn chất xúc tiến Chất xúc tiến hóa phẩm khử nhũ thường chất hoạt động bề mặt có khối lượng phân tử thấp, có vai trị khuếch tán nhanh đến bề mặt phân chia nước/dầu, thấm ướt thay đổi độ ổn định màng dầu tạo điều kiện cho polymer keo tụ xúc tiến nhanh trình phá vỡ màng dầu Do chất hoạt động bề mặt anionic lựa chọn làm chất xúc tiến có khả bào mòn lớp màng dầu cao dầu ưa nước có chứa nhiều điện tích Dựa tiêu chí chất hoạt động bề mặt khảo sát là: - Alkylphenylendiamine (APD) - XT1 - Sodium lauryl ether sulfate (SLES) - XT2 - Alkylpolyethoxy ethylenesulfonate (APES) - XT3 - Sodium nonanoyloxybenzenesulfonate (NOBS) XT4 - Sodium alkyl sulfate (SAS) - XT5 Một số tính chất hóa phẩm lựa chọn làm chất xúc tiến (Bảng 8) Kết đánh giá tác động cộng hưởng chất xúc tiến lên tính polymer keo tụ cho thấy chất xúc tiến có hiệu tốt là: alkylphenylendiamine (XT1), sodium lauryl ether sulfate (XT2), alkylpolyethoxy ethylene- Hàm lượng nước lại (%) 3 3 16 15 16 14 13 14 13 Bảng 11 Tỷ lệ thành phần chất xúc tiến Tổ hợp chất xúc tiến XT (% khối lượng) XT1 XT2 XT3 30,5 30,2 30,2 Bảng 12 Kết xác định độ đồng phân tử hoạt tính Tỷ lệ hỗn hợp dung mơi Xylene/methanol Xylene/isopropanol Xylene/ethylene glycol Toluene/methanol Toluene/isopropanol Toluene/ethylene glycol 1/1 - 5/1 + + + + + + 10/1 + + + + + + Bảng 13 Kết xác định tốc độ khuếch tán của các thành phần chất khử nhũ hòa tan dung môi Loạ i dung môi Tỷ lệ Xylene/methanol Xylene/isopropanol Xylene/ethylene glycol Toluene/methanol Toluene/isopropanol Toluene/ethylene glycol Tốc độ khuếch tán (D, cm2/s) 1/1 5/1 10/1 25,6 × 10-4 24,6 × 10-4 22,7 ×10-4 21,3 × 10-4 20,8 × 10-4 19,6 × 10-4 23,7 × 10-4 22,4 × 10-4 21,3 ×10-4 20,6 × 10-4 20,5 × 10-4 19,4 × 10-4 sulfonate (XT3) Nghiên cứu [1, 2] cho thấy việc phối trộn chất xúc tiến làm tăng cường hiệu khử nhũ Nhóm tác giả tiến hành tổ hợp chất xúc tiến Bảng DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 63 HĨA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ Bảng 14 Kết thí nghiệm đánh giá tốc độ khuếch tán nhiệt độ chớp cháy tổ hợp dung môi DM1 DM2 DM3 DM4 DM5 Các chất xúc tiến phối trộn với tổ hợp chất hoạt động bề mặt nhằm đánh giá hiệu khử nhũ Tiến hành mô hình hóa sở xây dựng ma trận quy hoạch hóa thực nghiệm nhằm xác định tỷ lệ tối ưu thành phần Tỷ lệ thành phần chất xúc tiến chất khử nhũ xác định Bảng 11 2.4 Lựa chọn hệ dung môi dẫn Trong hệ hóa phẩm khử nhũ, dung mơi đóng vai trị quan trọng, có tác dụng hịa tan phân tán thành phần khác polymer đóng vai trị keo tụ, chất hoạt động bề mặt đóng vai trị xúc tiến Vì vậy, việc lựa chọn hệ dung mơi phải phù hợp với nhóm chức khối lượng phân tử hợp chất Thành phần hệ hóa phẩm khử nhũ polymer nhóm alkyl, EO, PO vịng thơm, hệ dung mơi lựa chọn phải có thành phần dung môi thơm xylene, toluene Bên cạnh đó, số loại alcol mạch ngắn (như methanol, ethylene glycol) bổ sung hàm lượng nhỏ vào hệ dung môi nhằm tăng khả khuếch tán polymer từ đẩy nhanh q trình keo tụ, tách pha giọt nước Tiến hành phối trộn dung môi thơm rượu đơn chức theo tỷ lệ khác khảo sát độ đồng để tìm tỷ lệ sử dụng tối ưu Kết xác định độ đồng loại dung môi thơm rượu bậc pha phân tử hoạt tính tỷ lệ khác (Bảng 12) Bảng 12 cho thấy các tỷ lệ dung môi được đánh dấu “+” là các dung môi có khả hòa tan tốt các thành phần hoạt tính chất khử nhũ tương, các tỷ lệ dung môi được đánh dấu “-” là các dung môi hòa tan hạn chế các 64 DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 1 1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 25,5 25 24,5 24 23,5 23 22,5 22 Tốc độ khuếch tán (cm2/s) 23,2 24,1 24,6 24,9 25,3 DM1 DM2 DM3 Tốc độ khuếch tán (cm2/s) Nhiệt độ chớp cháy (°C) 70 68 65 55 40 DM4 DM5 Nhiệt độ chớp cháy (°C) 80 70 60 50 40 30 20 10 Nhiệt độ chớp cháy (°C) Xylene/methanol Toluene/isopropanol Ethylene glycol Tốc độ khuếch tán (cm2/s) Tổ hợp dung mơi Hình Khảo sát đánh giá tốc độ khuếch tán nhiệt độ chớp cháy tổ hợp dung môi Bảng 15 Tỷ lệ thành phần dung môi tổ hợp Xylene Tỷ lệ, % khối lượng 74,4 Toluene Methanol Isopropanol 12,7 10,2 2,6 Ethylene glycol 0,1 thành phần hoạt tính Kết quả xác định độ đồng nhất các phân tử hoạt tính cho thấy, chỉ phối trộn dung môi hữu (xylene, toluene) rượu đơn chức (methanol, isopropanol, ethylene glycol) theo tỷ lệ 5/1 trở lên thành phần hoạt tính chất khử nhũ hịa tan tốt, thành phần tổ hợp chủ yếu loại polymer chứa nhóm alkyl, EO, PO vịng thơm, thành phần dung mơi hữu Dung mơi rượu đơn chức đóng vai trị trợ tan làm tăng tốc độ khuếch tán Để đánh giá tác dụng của dung mơi, nhóm tác giả xác định tớc đợ khuếch tán của thành phần chất khử nhũ hòa tan dung môi (Bảng 13) Kết quả xác định tốc độ khuếch tán của các thành phần hoạt tính pha dung môi cho thấy ở tỷ lệ dung môi thơm/rượu bậc nhất khoảng 5/1 tốc độ khuếch tán các thành phần hoạt tính lớn nhất Trong đó, tỷ lệ dung môi xylene/methanol cho tốc độ khuếch tán lớn nhất tương ứng 25,6 × 10-4 cm2/s Hỗn hợp dung môi xylene/isopropanol toluene/isopropanol cho kết tốc độ khuếch tán tốt Do xylene/methanol, toluene/methanol dung môi dễ bay nên hỗn hợp có nhiệt độ chớp cháy thấp, khơng an tồn việc tàng trữ bảo quản Do đó, nhóm tác giả phối trộn loại dung môi nhằm đảm bảo tốc độ khuếch tán đảm bảo nhiệt độ chớp cháy Chuẩn bị tổ hợp dung môi gồm xylene/methanol tỷ lệ 5/1 dung môi gồm toluene/isopropanol tỷ lệ 5/1, ethylene glycol theo PETROVIETNAM Hóa chất alkylphenol ethoxylate Hóa chất copolymer EO/PO Bể khuấy Khuấy nhiệt độ phòng, thời gian 10 phút, tốc độ 400 rpm Bể khuấy Khuấy nhiệt độ phòng, thời gian 10 phút, tốc độ 400 rpm Hỗn hợp dung môi Sản phẩm chất khử nhũ Bể khuấy Khuấy nhiệt độ phòng, thời gian 10 phút, tốc độ 400 rpm Hỗn hợp chất xúc tiến Hình Sơ đồ khối quy trình chế tạo chất khử nhũ Hình Kết tách nước hệ hóa phẩm khử nhũ tỷ lệ khác để khảo sát nhiệt độ chớp cháy hỗn hợp (Hình 7) Tiến hành mơ hình hóa sở xây dựng ma trận quy hoạch hóa thực nghiệm nhằm xác định tỷ lệ tối ưu thành phần Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các thành phần chất khử nhũ đến hiệu quả phá nhũ theo quy trình thử nghiệm cho thấy vùng tối ưu để thiết lập các tỷ lệ thành phần chất khử nhũ Bảng 15 2.5 Tổ hợp chất khử nhũ Sơ đồ khối quy trình chế tạo chất khử nhũ thể Hình Sau đó, nhóm tác giả tiến hành tối ưu hóa tỷ lệ nồng độ thành phần cho phù hợp với số loại dầu khai thác Việt Nam Hàng loạt tổ hợp thành phần có tỷ lệ hàm lượng khác tạo để khảo sát, lựa chọn tỷ lệ tối ưu cho loại dầu Đối với dầu Bạch Hổ (CT1): + Hàm lượng chất keo tụ: Z1 = 23,41% + Hàm lượng chất xúc tiến: Z2 = 0,23% + Hàm lượng dung môi dẫn: Z3 = 76,36% Đối với dầu Thỏ Trắng (CT2): + Hàm lượng chất keo tụ: Z1 = 24,56% + Hàm lượng chất xúc tiến: Z2 = 0,21% + Hàm lượng dung môi dẫn: Z3 = 75,23% Đối với dầu Rồng (CT3): + Hàm lượng chất keo tụ: Z1 = 28,67% DẦU KHÍ - SỐ 1/2021 65 HĨA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ Bảng 16 Các tiêu phân tích đánh giá hiệu chất khử nhũ VPI-D1, VPI-D2, VPI-D3 TT Tính chất Hiệu tách nhũ Bền nhiệt Nhiệt độ thấp tách nhũ (oC) Hàm lượng nước lại Nước tách Mặt tách dầu nước Dầu tách nước VPI-D1 Tách nước tốt Bền đến 130 oC 40 oC