Nghiên cứu xử lý cặn dầu phế thải thành sản phẩm có ích nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế và góp phần bảo vệ môi trường

Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGUYỄN ĐỨC AN TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Đức An KỸ THUẬT HÓA HỌC NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CẶN DẦU PHẾ THẢI THÀNH SẢN PHẨM CĨ ÍCH NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ KINH TẾ VÀ GĨP PHẦN BẢO VỆ MƠI TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – Năm 2016 2014B Học viên: Nguyễn Đức An Trang a Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Đức An NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CẶN DẦU PHẾ THẢI THÀNH SẢN PHẨM CĨ ÍCH NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ KINH TẾ VÀ GÓP PHẦN BẢO VỆ MƠI TRƢỜNG Chun ngành: Kỹ thuật Hóa học LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Hoàng Xuân Tiến Hà Nội – Năm 2016 Học viên: Nguyễn Đức An Trang b Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp ngƣời khác Trong suốt thời gian học tập trƣờng, nhận đƣợc nhiều quan tâm, giúp đỡ Quý thầy, cô Với lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin gởi đến Q thầy, cô khoa… trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho suốt thời gian học tập trƣờng Và đặc biệt, trình thực đề tài luận văn “ nghiên cứu xử lý cặn dầu phế thải thành sản phẩm có ích nhằm nâng cao hiệu kinh tế góp phần bảo vệ mơi trƣờng” Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hồng Xn Tiến tận tình chu đáo hƣớng dẫn tơi thực khóa luận Mặc dù có nhiều cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh Song trình thực đề tài nghiên cứu khơng tránh khỏi thiếu sót hạn chế kiến thức, kinh nghiệm Tôi mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến q thầy, giáo bạn đồng nghiệp để khóa luận đƣợc hồn chỉnh Tôi xin chân thành cảm ơn! Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả Nguyễn Đức An Học viên: Nguyễn Đức An Trang c Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu luận văn khoa học tơi Các kết nghiên cứu luận văn hồn tồn trung thực, số liệu, tính tốn đƣợc hồn tồn xác chƣa đƣợc cơng bố cơng trình nghiên cứu Học viên: Nguyễn Đức An Trang d Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN c LỜI CAM ĐOAN .d MỤC LỤC e DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ l LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan nguồn dầu thải: Nguồn gốc phát sinh, hƣớng xử lý dầu thải khác nƣớc, phƣơng hƣớng xử lý tích cực .2 1.1.1 Sử dụng làm phân bón .4 1.1.2 Sử dụng làm chất đốt lò nung clanker sản xuất xi măng 1.1.3 Oxy hóa tạo Bitum 1.1.4 Phƣơng pháp cracking thu nhiên liệu 1.1.5 Tách lấy parafin .6 1.1.6 Phối trộn cặn dầu với hydrocacbon để làm nguyên liệu cho lọc dầu 1.1.7 Chuyển hóa cặn dầu điều kiện áp suất nhiệt độ cao 1.1.8 Xử lý không tái chế 1.1.9 Tình hình xử lý tái chế cặn dầu sản xuất bitum Việt Nam 1.2 Khái quát chung hƣớng xử lý tích cực: oxy hóa cặn dầu thải thành bitum, dạng nguyên liệu tốt làm nhự rải đƣờng 11 1.2.1 Thành phần tính chất cặn dầu .11 1.2.2 Phƣơng pháp thu hồi nguồn hydrocacbon thải làm nguyên liệu cho trình tổng hợp bitum-nhựa đƣờng 16 1.3 Tổng quan tính chất hóa lý, tiêu kỹ thuật bitum 17 1.3.1 Thành phần hoá học bitum .17 1.3.2 Cấu trúc hoá lý bitum .20 1.3.3 Ứng dụng bitum 22 Học viên: Nguyễn Đức An Trang e Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hồng Xn Tiến 1.3.4 Q trình oxy hoá cặn dầu thành bitum 24 CHƢƠNG II THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 Hóa chất dụng cụ 28 2.2 Xử lý cặn dầu thải 28 2.2.1 Xử lý cặn dầu thải 28 2.3 Nghiên cứu q trình oxy hóa nguồn hydrocacbon thải tác nhân oxy hóa khác 30 2.3.1 Oxy hóa nguồn hydrocacbon thải oxy khơng khí có chất khơi mào H2O2 30 2.3.2 Oxy hóa nguồn hydrocacbon thải phƣơng pháp oxy hóa ghép mạch sử dụng tác nhân axit sunfuric .32 2.3.3 Oxy hóa nguồn hydrocacbon thải phƣơng pháp oxy hóa ghép mạch sử dụng tác nhân oxy hóa khác: KMnO4, K2Cr2O7 .32 2.4 Xác định tiêu kỹ thuật bitum oxy hóa .33 CHƢƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Thành phần tính chất cặn dầu FO 34 3.2 Nghiên cứu trình oxy hóa nguồn hydrocacbon thải tác nhân oxy hóa khác 36 3.2.1 Oxy hóa nguồn hydrocacbon thải oxy khơng khí có chất khơi mào H2O2 36 3.2.2 Oxy hóa nguồn hydrocacbon thải phƣơng pháp oxy hóa ghép mạch sử dụng tác nhân axit sunfuric .48 3.2.3 Oxy hóa nguồn hydrocacbon thải phƣơng pháp oxy hóa sử dụng tác nhân oxy hóa khác: KMnO4, K2Cr2O7 61 3.3 Nghiên cứu biến tính bitum oxy hóa phƣơng pháp sử dụng phụ gia 64 3.3.1 Nghiên cứu phối trộn phụ gia tăng độ giãn dài .65 3.3.2 Nghiên cứu phối trộn phụ gia giảm độ độ xuyên kim, tăng nhiệt độ chảy mềm bitum 73 Học viên: Nguyễn Đức An Trang f Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến 3.4 Xác định tiêu kỹ thuật bitum oxy hóa .73 3.5 Đánh giá hiệu kinh tế môi trƣờng 73 KẾT LUẬN .76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Học viên: Nguyễn Đức An Trang g Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT PAH :Hydrocacbon thơm đa vòng DO: Dầu diesel FO: Nhiên liệu đốt lò TCVN: Tiêu chuẩn theo Việt Nam ASTM: Tiêu chuẩn theo Mỹ US Patent: Bản quyền phát minh Mỹ KLPT: Khối lƣợng phân tử EVA: Nhựa etylen vinyl axetat SBS : Nhựa styren butadien styren mạch thẳng CSTN: Cao su tự nhiên PVA: Polivinyl axetat TX: Phụ gia hỗn hợp CSTN với PVA %KL: Phần trăm khối lƣợng %TT: Phần trăm thể tích Học viên: Nguyễn Đức An Trang h Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thành phần cặn bể chứa dầu mỏ tiêu biểu 12 Bảng 1.2 Các thông số cặn dầu 12 Bảng 1.3 Thành phần cặn DO FO (thời gian tồn chứa năm) 14 Bảng 1.4 Thành phần cặn đáy bể chứa mazut 15 Bảng 3.1 Kết phân tích thành phần cặn FO 34 Bảng 3.2.Các tiêu hóa lý cặn dầu sau xử lý .35 Bảng 3.3 Chất lƣợng cặn dầu địa điểm khác sau xử lý 35 Bảng 3.4 Các tiêu bitum thu đƣợc .36 (ở điều kiện oxi hoá (13 h; 220±3oC) .36 Bảng 3.5 Các tiêu bitum thu đƣợc .36 (ở điều kiện oxi hoá (13 h; 240±3oC) .37 Bảng 3.6 Các tiêu bitum thu đƣợc .40 (ở điều kiện oxi hoá (13 h; 260±3oC) .40 Bảng 3.7 Các tiêu bitum thu đƣợc .41 (ở điều kiện oxi hoá (13 h; 280±3oC) .41 Bảng 3.8 Ảnh hƣởng tốc độ khuấy trộn đến tiêu 42 bitum (ở nhiệt độ to= 240250oC, thời gian 1.52 h) 42 Bảng 3.9 Ảnh hƣởng tốc độ thể tích khơng khí đến tiêu bitum 44 (ở t0=2402500C, =1.52 giờ, thể tích cặn dầu phản ứng 500 ml) .44 Bảng 3.10 Đặc trƣng kỹ thuật loại bitum mác TCVN 7493-2005 47 Bảng 3.11 Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hoá có H2SO4 (13 h; 200±3oC) 48 Bảng 3.12 Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hố có H2SO4 (13 h; 220±3oC) 50 Bảng 3.13 Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hố có H2SO4 (13 h; 240±3oC) 50 Học viên: Nguyễn Đức An Trang i Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến Bảng 3.14 Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hố có H2SO4 (13 h; 260±3oC) 50 Bảng 3.15 Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hố có H2SO4 (13 h; 280±3oC) 51 Bảng 3.16 Ảnh hƣởng tốc độ khuấy trộn đến tiêu bitum oxy hóa có H2SO4 (ở nhiệt độ to= 240oC, thời gian 1.52) 56 Bảng 3.17 Ảnh hƣởng tốc độ thể tích khơng khí đến tiêu bitum oxy hóa có H2SO4 (ở to=240250oC, =1.52 giờ, thể tích cặn dầu phản ứng 500 ml) 57 Bảng 3.18 Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hoá (13 h; 200±3oC) 61 Bảng 3.19 Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hoá (13 h; 220±3oC) 62 Bảng 3.20 Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hoá (13 h; 240±3oC) 62 Bảng 3.21 Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hoá (13 h; 260±3oC) 61 Bảng 3.22 Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hoá (13 h; 280±3oC) 61 Bảng 3.23 Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hoá (13 h; 200±3oC) với tác nhân K2Cr2O7 62 Bảng 3.24 Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hoá (13 h; 220±3oC) với tác nhân K2Cr2O7 62 Bảng 3.25.Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hoá (13 h; 240±3oC) với tác nhân K2Cr2O7 63 Bảng 3.26 Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hoá (13 h; 260±3oC) với tác nhân K2Cr2O7 63 Bảng 3.27 Các tiêu bitum thu đƣợc điều kiện oxi hoá (13 h; 280±3oC) với tác nhân K2Cr2O7 64 Bảng 3.28 Ảnh hƣởng phụ gia TX đến chất lƣợng bitum oxy hoá .67 Bảng 3.29 Đặc trƣng kỹ thuật loại bitum asphan theo TCVN 7493-2005 70 Học viên: Nguyễn Đức An Trang j Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến Từ kết thu đƣợc, đƣa bảng so sánh bitum oxy hóa phƣơng pháp chế biến khác nhau, thể bảng 3.30 Riêng bitum thu đƣợc từ phƣơng pháp sử dụng chất oxy hóa khác nhƣ KMnO4, K2Cr2O7 … có chất lƣợng khơng tốt hiệu kinh tế nên không đƣa so sánh Bảng 3.30 So sánh tiêu chuẩn bitum thu oxy hóa cặn dầu bitum thương phẩm theo TCVN 7493 -2005 Chỉ tiêu bitum Độ xuyên kim, Nhiệt độ Độ giãn 0,1mm chảy dài, mm mềm, oC Phương pháp chế biến Dùng oxy kk có chất khơi mào Dùng oxy kk có tham gia H2SO4 đặc Dùng oxy kk với tham gia H2SO4 đặc, có thêm phụ gia TX Bitum thƣơng phẩm theo TCVN 7493 2005 126 48,2 620 109 48,2 760 128 47,2 >1000 60-70 Min 46 Min 1000 Nhƣ vậy, phƣơng pháp dùng oxy khơng khí với tham gia H2SO4 đặc (nồng độ 98%, hàm lƣợng 5%), có thêm phụ gia TX (2-3%) lựa chọn tối ƣu cho nghiên cứu nhằm mục đích tăng độ giãn dài 3.3.2 Nghiên cứu phối trộn phụ gia giảm độ độ xuyên kim, tăng nhiệt độ chảy mềm bitum Bitum thêm phụ gia tăng độ giãn dài đạt tiêu chuẩn so với TCVN 7493 2005, nhiên độ xuyên kim lại cao so với tiêu chuẩn, chúng tơi tiến hành thêm phụ gia nhựa epoxy với hàm lƣợng thay đổi từ 1% đến 6% theo khối lƣợng bitum thêm phụ gia tăng độ giãn dài nhằm mục đích giảm độ xuyên kim cho bitum Quy trình phối trộn phụ gia nhƣ sau: Đầu tiên nguyên liệu đƣợc gia nhiệt Học viên: Nguyễn Đức An Trang 68 Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hồng Xn Tiến đến 150oC cốc có khuấy với tốc độ 500 vòng/phút, nhựa epoxy đƣợc thêm từ từ vào bitum nóng chảy đƣợc khuấy trộn vịng giờ, sau hạ nhiệt độ xuống 20oC giữ ngày điều kiện khơng có khuấy; bitum sau thêm phụ gia đƣợc đo độ xuyên kim theo tiêu chuẩn TCVN Hình 3.9 Cấu trúc nhựa epoxy sử dụng làm phụ gia Bảng 3.31 Ảnh hưởng phụ gia nhựa epoxy đến chất lượng bitum oxy hoá STT Hàm lượng phụ gia nhựa epoxy (%) Độ xuyên Nhiệt độ Độ dãn kim (0.1mm) hoá mềm (oC) dài (mm) 128 47,2 >1000 104 48,6 >1000 88 50,2 80 53,4 73 60,3 70 68,9 64 75,5 1054 938 889 868 845 Có thể thấy, hàm lƣợng nhựa epoxy tăng lên, độ xuyên kim có xu hƣớng giảm nhanh, nhiệt độ chảy mềm có xu hƣớng tăng cịn độ giãn dài lại có xu hƣớng Học viên: Nguyễn Đức An Trang 69 Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến giảm Điều giải thích nhựa epoxy loại nhựa có tính hóa cứng lớn, thƣờng đƣợc sử dụng làm loại keo dán bền chặt Khi thêm loại phụ gia vào bitum, ngồi tính chất phù hợp với thành phần nhựa có bitum, phụ gia cịn có khả tăng độ cứng cho bitum dẫn đến độ xuyên kim giảm Khi độ cứng tăng hệ nhiệt độ chảy mềm tăng đồng thời với việc giảm độ giãn dài Chúng nhận thấy rằng, hàm lƣợng pha chế 2% theo khối lƣợng nguyên liệu ban đầu, sản phẩm bitum đạt đƣợc độ xuyên kim nằm giới hạn bitum theo TCVN 7493 -2005 Loại bitum đạt tiêu cho độ giãn dài nhiệt độ hóa mềm, việc thêm phụ gia khác để tăng nhiệt độ chảy mềm không cần thiết Nhƣ vậy, loại bitum đáp ứng đƣợc tiêu chí nhiệt độ chảy mềm, độ giãn dài độ xuyên kim đạt đƣợc thêm loại phụ gia kết hợp: Cao su tự nhiên với poly vinyl axetat theo tỷ lệ 6/4, nhựa epoxy Việc tính toán lại thành phần bitum với phụ gia nhằm tìm thành phần thích hợp cho q trình phối trộn đƣa cơng thức sau: Bitum gốc chiếm 95,18%, cao su tự nhiên chiếm 1,713%; PVA chiếm 1,142%; nhựa epoxy chiếm 1,96% theo khối lƣợng 3.4 Xác định tiêu kỹ thuật bitum oxy hóa Để xác định xác tính chất hóa lý tiêu kỹ thuật bitum oxy hóa cặn dầu thải, chúng tơi thực thí nghiệm cho hai loại bitum oxy hóa cặn dầu: - Bitum từ nguồn cặn dầu kho Xăng dầu Đà Nẵng Bảng 3.32 Các tiêu kỹ thuật bitum oxy hóa từ cặn dầu thải kho xăng dầu Đà Nẵng Các tiêu bitum 1.Độ kim lún 25oC (Penetration at 25oC) Học viên: Nguyễn Đức An Đơn vị đo 0,1mm Trang 70 Kết đạt 70 Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến 2.Độ kéo dài 25oC, 5cm/phút cm 104 o 59 o C 234 % 0,50 % 78 7.Độ hòa tan tricloetylen % 100 8.Khối lƣợng riêng g/cm3 1,03 9.Độ nhớt động học 135oC cSt 350 3.Điểm hóa mềm (Phƣơng pháp vòng bi) 4.Điểm chớp cháy cốc hở 5.Tổn thất khối lƣợng sau gia nhiệt 163oC 6.Tỉ lệ độ kim lún sau gia nhiệt 163oC so với ban đầu C 10.Độ nhớt qui ƣớc, max 11.Hàm lƣợng parafin % KL 12.Độ bám dính với đá Cấp Cấp - Bitum từ nguồn cặn dầu kho Xăng dầu Nhà B TP Hồ Chí Minh Bảng 3.33 Các tiêu kỹ thuật bitum oxy hóa từ cặn dầu thải kho Xăng dầu Nhà Bè, TP Hồ Chí Minh Các tiêu bitum 1.Độ kim lún 25oC (Penetration at 25oC) 2.Độ kéo dài 25oC, 5cm/phút 3.Điểm hóa mềm (Phƣơng pháp vòng bi) Học viên: Nguyễn Đức An Đơn vị đo Kết đạt 0,1mm 72 cm 103 o 58 C Trang 71 Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến o C 234 % 0,50 % 77 7.Độ hòa tan tricloetylen % 100 8.Khối lƣợng riêng g/cm3 1,05 cSt 355 4.Điểm chớp cháy cốc hở 5.Tổn thất khối lƣợng sau gia nhiệt 163oC 6.Tỉ lệ độ kim lún sau gia nhiệt 163oC so với ban đầu 9.Độ nhớt động học 135oC, 10.Độ nhớt qui ƣớc, max 4,5 11.Hàm lƣợng parafin % KL 2,3 12.Độ bám dính với đá Cấp Cấp Kết bảng cho thấy, tiêu kỹ thuật nhƣ độ kim lún, độ giãn dài, nhiệt độ hóa mềm khác khơng nhiều Có nghĩa cặn dầu lấy địa điểm khác nhau, nhƣng sau thực cơng đoạn oxy hóa chất lƣợng sản phẩm bitum thu đƣợc ổn định khác nằm khoảng không rộng Kết bảng cho thấy, tiêu kỹ thuật bitum oxy hóa cặn dầu sau biến tính phụ gia đạt đƣợc gần với tiêu chuẩn TCVN 74932005 bitum thƣơng mại Tuy nhiên độ lún kim, hàm lƣợng parafin có giá trị cao hơn, độ nhớt động học đƣợc rõ giá trị 350-355 cSt Nhƣ có nghĩa từ cặn dầu phế thải, phƣơng pháp biến tính oxy hóa sau sử dụng phụ gia tạo đƣợc bitum thƣơng mại đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật theo yêu cầu Học viên: Nguyễn Đức An Trang 72 Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến 3.5 Đánh giá hiệu kinh tế môi trƣờng Việc tận dụng đƣợc nguồn cặn dầu thải để chế biến thành sản phẩm có giá trị thƣơng mại nhƣ bitum mang ý nghĩa kinh tế lớn, đồng thời hạn chế đƣợc việc phát thải sản phẩm độc hại môi trƣờng, điều mang ý nghĩa bảo vệ môi trƣờng phần này, đánh giá sơ hiệu kinh tế việc tận dụng cặn dầu thải làm bitum so với số phƣơng thức xử lý khác nhƣ chôn lấp, để phân hủy tự nhiên, tạo viên than đốt làm phụ gia cho xi măng Các kết đánh giá sơ đƣợc đƣa bảng 3.34 Bảng 3.34 Đánh giá sơ hiệu kinh tế sử dụng cặn dầu thải làm phụ gia xi măng so với việc xử lý chôn lấp Phương pháp xử lý Hiệu kinh tế Hiệu mơi trường - Tốn kinh phí xây bể chứa Để phân để cặn dầu phân hủy tự nhiên hủy tự - Không phát sinh lợi nhuận nhiên thƣơng mại - Thời gian phân hủy lâu - Có nguy phát tán chất thải độc hại mơi trƣờng xung quanh q trình phân hủy - Gây nhiễm khơng khí xung quanh chất bay thoát từ cặn dầu chất phân hủy - Tốn kinh phí chơn lấp Chơn lấp - Cần tốn kinh phí quy hoạch - Khó kiểm sốt nhiễm dầu tự di vùng chơn lấp riêng để trú q trình chơn lấp khơng gây ô nhiễm nguồn đất, - Dễ gây ô nhiễm đất nguồn nƣớc nguồn nƣớc ngầm khác Làm chất - Giảm đƣợc phần lƣợng - Có khả sinh số chất có đốt lị nhiên liệu sử dụng nhờ nhiệt nguy ô nhiễm cao nhƣ dioxin hay nung sinh trình đốt cháy loại PCBs cặn dầu chƣa bị clanke cặn dầu đốt cháy hoàn toàn Học viên: Nguyễn Đức An Trang 73 Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến - Tuy nhiên, hiệu kinh tế không cao nhiệt độ lò nung thƣờng cao (tới 2000oC) nên cặn dầu bị phân hủy phần lớn trƣớc sinh nhiệt nhờ q trình đốt cháy - Cặn dầu đóng vai trị chất kết - Cặn dầu thải cháy q dính q trình ép củi trấu, trình đốt than tạo nhiều khói, muội vỏ bào, than hóa thạch chứa thành phần độc hại nhƣ Ngồi ra, cịn cung cấp nhiệt hydrocacbon thơm đơn vòng, đa trị cho than Tuy nhiên giá trị vịng, chí dioxin Do đó, than đốt không cao nên giá phƣơng án đƣa cặn dầu thải vào viên trị kinh tế sử dụng cặn dầu than đốt khơng có lợi cho mơi thải khơng cao trƣờng - Từ nguồn cặn thải, qua trình oxy hóa tạo sản phẩm có giá trị thƣơng mại cao bitum, ứng dụng cơng nghệ giao thơng vận - Bitum oxy hóa từ cặn dầu tƣơng Làm tải, dân dụng Do đó, đƣơng thành phần với bitum dầu bitum phƣơng án có giá trị kinh tế cao mỏ chƣng cất, khơng làm tăng oxy hóa mức độ nhiễm q trình ứng - Từ bitum oxy hóa, lại dụng chế tạo nhiều sản phẩm khác nhƣ nhũ tƣơng bitum, loại sơn chống rỉ, chống thấm nên nâng cao giá trị sử dụng Học viên: Nguyễn Đức An Trang 74 Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến cặn dầu - Giá thành sản xuất 1kg bitum từ cặn dầu ~ 14.300 đ Qua so sánh số phƣơng án ứng dụng cặn dầu thải, thấy phƣơng án oxy hóa làm bitum có giá trị cả, mặt kinh tế môi trƣờng Phƣơng án oxy hóa cặn dầu tạo bitum phƣơng án đƣợc sử dụng phổ biến giới tỏ hiệu để tận dụng nguồn cặn thải cơng nghiệp dầu khí Học viên: Nguyễn Đức An Trang 75 Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến KẾT LUẬN Đã thực phƣơng pháp khác để oxy hóa cặn dầu tạo bitum-chất kết dính hữu cơ: a Phƣơng pháp oxy hóa khơng khí có chất khơi mào H2O2: kết cho thấy, điều kiện oxy hóa oxy khơng khí có chất khơi mào H2O2 nhƣ sau: Nhiệt độ 2402500C với thời gian oxy hoá 1.52 giờ;Tốc độ khuấy trộn 800 (vịng/phút); Tốc độ thể tích sục khơng khí 3.0 ml/(phút.ml cặn dầu); bitum có độ kim lún 126 (0,1 mm), nhiệt độ hóa mềm 48,2 oC độ giãn dài 620 mm; b Phƣơng pháp oxy hóa ghép mạch axit H2SO4: điều kiện tối ƣu cho q trình oxy hóa ghép mạch có tham gia H2SO4 nhƣ sau: Khoảng nhiệt độ 2402500C thời gian 1.52 giờ; Tốc độ thể tích sục khụng khớ 3.0 ml ml/(phút.ml cặn dầu) Khi tiêu bitum đạt đƣợc nhƣ sau: Độ kim lún: 106 (0,1 mm), Nhiệt độ hoá mềm: 49 oC, Độ giãn dài: 760 mm Số liệu cho thấy, với phƣơng pháp này, cải thiện đƣợc đáng kể độ dãn dài bitum (760 so với 620 mm trƣớc đây); c Phƣơng pháp oxy tác nhân khác nhƣ KMnO4, K2Cr2O7 Thấy rằng, loại tác nhân đó, KMnO4 tỏ ƣu việt hơn, q trình oxy hóa tối ƣu với tác nhân điều kiện sau: Nhiệt độ 2400C thời gian giờ; Tốc độ thể tích khơng khí 3.0 ml ml/ (phút.ml cặn dầu) Theo phƣơng pháp này, độ giãn dài đạt tối đa có 539 mm, xa so với phƣơng pháp phồ biến oxy hóa oxy khơng khí có chất khơi mào Bitum thu đƣợc sau oxy hóa chƣa đạt đƣợc tiêu so với tiêu chuẩn TCVN Để nâng cao chất lƣợng, độ giãn dài, sử dụng thêm phụ gia Thấy rằng, với thành phần: Bitum gốc chiếm 95,18%, cao su tự nhiên chiếm 1,713%; PVA chiếm 1,142%; nhựa epoxy chiếm 1,96% theo khối lƣợng tính chất bitum thƣơng phẩm đƣợc cải thiện đáng kể: Nhiệt độ hóa mềm đạt 58,2oC, độ kim Học viên: Nguyễn Đức An Trang 76 Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến lún đạt 70 (0,1 mm), đặc biệt độ giãn dài tăng đến tối đa 1000 mm Chất lƣợng bitum đạt tiêu chuẩn TCVN 7493-2005 Đã xác định đƣợc tiêu kỹ thuật cho loại bitum tạo thành từ q trình oxy hóa cặn dầu thải Kết cho thấy, tiêu kỹ thuật bitum loại đạt đƣợc gần với tiêu chuẩn TCVN 7493-2005 bitum thƣơng mại Tuy nhiên độ lún kim, hàm lƣợng parafin có giá trị cao hơn, độ nhớt động học đƣợc rõ giá trị 350-355 cSt Nhƣ có nghĩa từ cặn dầu phế thải, phƣơng pháp biến tính oxy hóa tạo đƣợc bitum thƣơng mại đáp ứng hầu hết tiêu chuẩn kỹ thuật theo yêu cầu Đánh giá sơ hiệu kinh tế môi trƣờng việc ứng dụng cặn dầu thải làm bitum so với q trình khác nhƣ chơn lấp, để phân hủy tự nhiên, trộn với clanke lò đốt xi măng trộn với than đốt Các so sánh cho thấy, việc sử dụng cặn dầu thải làm bitum theo phƣơng pháp oxy hóa có giá trị cao mặt kinh tế chuyển nguồn cặn thải có giá trị, thành sản phẩm có tính thƣơng mại sinh lợi nhuận Bên cạnh đó, việc tận dụng cặn dầu thải làm bitum giải triệt để vấn đề môi trƣờng không phát tán thêm thành phần gây ô nhiễm vào môi trƣờng Học viên: Nguyễn Đức An Trang 77 Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ vật tƣ, Tổng công ty xăng dầu (1974), Bảo quản phẩm chất xăng dầu trình tồn chứa vận chuyển, Tài liệu lƣu hành nội bộ, Hà Nội Huỳnh Anh Hoàng (1999), Khảo sát nguồn cặn dầu Việt Nam, nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý cặn dầu từ trình vệ sinh tàu dầu, Luận vặn Thạc sỹ, Hà Nội Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng (2012), Hoá học Dầu mỏ Khí, Nhà xuất KHKT Hà Nội 4.Lê Văn Hiếu (2010), Công nghệ chế biến dầu, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Lệ Tố Nga (2002), Xác định thành phần cặn dầu phƣơng pháp tẩy rửa chúng, Luận văn thạc sĩ ngành Cơng nghệ hữu hố dầu, Trƣờng ĐHBK Hà Nội Tổng Công ty xăng dầu Việt nam (2009), Thống kê lựa chọn phƣơng pháp xử lý cặn dầu thải kho chứa xăng dầu nhằm đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trƣờng Thực nhiệm vụ Nhà nƣớc bảo vệ môi trƣờng Ngô Quốc Tuấn, Nguyễn Lệ Tố Nga, Đinh Thị Ngọ (2004), Nguyễn Hữu Trịnh, Nghiên cứu chế tạo bitum từ cặn dầu, Tạp chí Hố học ứng dụng, 28(4), 19-25 Ngô Quốc Tuấn, Nguyễn Thế Nghiêm (2005), Nghiên cứu chế tạo sơn bitum chống gỉ từ cặn dầu, Tạp chí nghiên cứu Khoa học Kỹ thuật cơng nghệ Quân sự, 10, 82-86 Louis Hồ Tấn Tài (1999), Các sản phẩm tẩy rửa chăm sóc cá nhân Lý thuyết ứng dụng, Nhà xuất Dunod 10 Ngô Minh Tú (2013), Nghiên cứu tổng hợp hệ xúc tác hiệu cao sở zeolit Y, sử dụng cho trình cracking cặn dầu thu nhiên liệu, Luận án Tiến sỹ, Hà Nội 11 Nguyễn Đình Triệu (2001), Các phƣơng pháp phân tích vật lý hóa lý, tập 1, 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Học viên: Nguyễn Đức An Trang 78 Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến 12 G Suhas Ranjan, US Patent (2003), Process for the upgradation of petroleum residue 13 G Asphalt Institute (1979), A Basic Asphalt Emulsion Manual (Series No19), USA 14 Grzybowski et al (1998), Bituminous compositions having enhanced performance properties, US 5711796 15 John Fields (1998), Oxidized asphalt emulsion, US 5981632 16 J Wayne Harlan (2002), Asphalt Emulsion, US 2002/ 0058734 A1 17 J Al Troner (2011), Buyer of first resort: Asia Pacific and bitumen feedstock, Asia Pacific Energy Consulting 18 J O Shrubok; E I Grushova; S V Nesterova (2011), The oxidized bitumens from the modified raw materials, J Chemistry, Technology Of Organic Substances, Materials And Goods 19 John Read, David Whiteoak, Thomas Telford, HP Bitumen Handbook (2010) Shell 20 Kirt-Othmer (1952), Encyclopedia of chemical technology, 7, Interscience Encyclopedia, New York 21 Kirt-Othmer (1952), Encyclopedia of chemical technology, 8, Interscience Encyclopedia, New York 22 K Ridbo Laboratories Inc (1947), Improvements in or relating to the Treatment of Abietyl Compounds, US 18962 23 K Iryna Fryder, Serhiy Pyshyev, Oleh Grynyshyn (2013), Gas condensate residual usage for oxidated bitumen production, Chemistry & Chemical Technology, 7(1) 24 K Wolfgang Gerhartz et al (1985), Ullman’s encyclopedia of industrial chemistry, A3, Interscience Encyclopedia, New York 25 K Wolfgang Gerhartz (1985), Ullman’s encyclopedia of industrial chemistry, A3, Interscience Encyclopedia, New York Học viên: Nguyễn Đức An Trang 79 Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến 26 K Wolfgang Gerhartz (1985), Ullman’s encyclopedia of industrial chemistry, A19, Interscience Encyclopedia, New York 27 Kirt-Othmer (1952), Encyclopedia of chemical technology, 7, Interscience Encyclopedia, New York 28 K Esquena, C Solans (2001), Influence of the HLB parameter of nonionic surfactants on normal and reversed-phase thin layer chromatography, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 189, 85–92 29 K G Cutler, R C Davis (2001), Detergency: Theory and Test Method 30 Asphalt Institute, A Basic Asphalt Emulsion Manual (Series No19), USA 31 K M Patel, A Theiß, E Worrell (1999), Surfactant production and use in Germany: resource requirements and CO2 emissions, Resources, Conservation and Recycling 25, 61–78 32 Standard Test Method for Ductility of Bituminous Materials, American Society for Testing and Materials (2001), ASTM D113-86, USA 33 S Ann Sanders, John N Veenstra, Pollution Prevention and Reuse Alternatives for Crude Oil Tank-Bottom Sludges, Oklahoma State University 34 S Deme (1977) Sulphur as an asphalt diluent and mix filler Advances in Chemistry Series, No 165 35 S Kennedy, L Cummings, T D White (1981), Changing asphalt through creation of metal complexes, Proceedings of the Association of Asphalt Paving Technologists, vol 50 36 S A Loveday (1985), Improving the performance of bituminous materials without sacrificing workability Paper presented at the Institution of Highways and Transportation National Conference, Keele University 37 Singh Maninder, Praveen Kumar (2012), Laboratory study on bitumen modification for improved physical, rheological properties and the effect of short term ageing, 25th ARRB Conference -Shaping the future: Linking policy, research and outcomes, Perth Học viên: Nguyễn Đức An Trang 80 Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến 38 S Krassimir Naydenov, Francine M Tremblay, Alexander Alexandrov, Nicole J Fenton (2005), Structure of Pinus sylvestris L populations in Bulgaria revealed by chloroplast microsatellites and terpenes analysis: Provenance tests, Biochemical Systematics and Ecology 33, 1226-1245 39 S Krassimir Naydenov, Francine M TremblayNicole, Nicole J Fenton, Alexander Alexandrov (2006), Structure of Pinus nigra Arn Populations in Bulgaria revealed by chloroplast microsatellitesand terpenes analysis: Provenance tests, Biochemical Systematics and Ecology 34, 562-574 40 Shi-Wei Liu, Shi-Tao Yu, Fu-Sheng Liu, Cong-Xia Xie, Lu Li, Kai-Hui Ji (2008), Reactions of α-pinene using acidic ionic liquids as catalysts, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 279, 177–181 41 S Esquena, C Solans (2001), Influence of the HLB parameter of nonionic surfactants on normal and reversed-phase thin layer chromatography, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 189, 85–92 42 S Lara Orafidiya, F A Oladimeji (2002), Determination of the required HLB values of some essential 43 Sarah Germana, Stefaan Simons, Judith Bonsall, Brendan Carroll (2009), LAS acid reactive binder: Wettability and adhesion behaviour in detergent granulation, Powder Technology 189, 385–393 44 S Richardsa, Mansur S Mohammadib, Gordon J T Tiddya (2009), Formulating liquid detergents with naturally derived surfactants-Phase behaviour, crystallisation and rheo-stability of primary alkyl sulphates based on coconut oil, Colloids and Surfaces A: Physicochem Eng Aspects 338, 119–128 45 Scheibel, J J (2004), The evolution of anionic surfactant technology to meet the requirements of the laundry detergent industry J SurfactantsDeterg., 7, 319328 46 S Yan-Qing, Hong-Lai Liu, Ying Hu (2006), Interfacial tension in phaseseparated aqueous cationic/anionic Học viên: Nguyễn Đức An Trang 81 Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng Xuân Tiến 47 Soumen Mukherjee, Palashpriya Das and Ramkrishna Sen (2008), Towards commercial production of microbial surfactants, Trends in Biotechnology 24(11) 48 W G Cutler, R C Davis (2001), Detergency: Theory and Test Method 49 Wilhelm Robert Glomm (2004), Preparation and Characterization of Nanosized Structures with Applications in Bioscience and Materials, Philosophiae Doctor, Department of Chemical Engineering, Norwegian University of Science and technology 50 Ye Mon Chen, David Jon Brosten (2006), Proces and apparatus for the regenration of spent FCC catalyst, Shell Oil Company Học viên: Nguyễn Đức An Trang 82 ... học tập trƣờng Và đặc biệt, trình thực đề tài luận văn “ nghiên cứu xử lý cặn dầu phế thải thành sản phẩm có ích nhằm nâng cao hiệu kinh tế góp phần bảo vệ mơi trƣờng” Tơi xin chân thành cảm ơn... phƣơng pháp tốt để tái chế nguồn cặn dầu phế thải thành sản phẩm có ích, vừa nâng cao hiệu kinh tế, vừa góp phần bảo vệ môi trƣờng Học viên: Nguyễn Đức An Trang Luận văn cao học GVHD: PGS-TS Hoàng... ta, có cơng trình nghiên cứu xử lý nguồn hydrocacbon thải Đặc biệt hầu nhƣ chƣa có cơng trình nghiên cứu tái chế chúng thành sản phẩm có ích nhƣ bitum 1.1.9 Tình hình xử lý tái chế cặn dầu sản