Dầu thô đợc khai thác từ các mỏ dầu và khuyển vào các nhà máy chế biến. Trớc khi chế biến phải tiến hành làm ổn định dầu vì trong dầu còn chứa các khí hoà tan nh khí đồng hành và các khí phi hydrocacbon. Khi dầu phun ra khỏi giếng khoan thì áp suất giảm, nhng dù sao vẫn còn lại một lợng nhất định lẫn vào trong dầu và phải tách tiếp trớc khi chế biến mục đích là hạ thấp áp suất hơi khi chng cất dầu thô và nhận thêm nguồn nguyên liệu cho chế biến dầu. Vì trong các khí hydrocacbon nhẹ từ Cl ữ C4 là nguồn nguyên liệu quý cho quá trình nhận olefin. Xử lý dầu thực chất là chng tách bớt phần nhẹ nhng để tránh bay hơi cả phần xăng, tốt nhất là tiến hành chng cất ở áp suất cao khi đó chỉ có các cấu tử nhẹ hơn C4 bay hơi, còn phần từ C5 trở lên vẫn còn lại trong dầu.
Muốn xử lý dầu thô trớc khi đa vào chng cất chúng ta phải trải qua những bớc tách cơ bản.
Tách tạp chất cơ học, nớc, muối lẫn trong dầu.
Nớc lẫn trong dầu ở dới mỏ chỉ ở dạng tự do không có dạng nhũ tơng. Khi khai thác, bơm, phun dầu, các quá trình khuấy trộn thì nớc cùng với dầu và các tạp chất tạo thành ở dạng nhũ tơng.
Nớc nằm dới dạng nhũ tơng thì rất bền vững và rất khó tách. Có 2 dạng nhũ tơng:
+ Dạng nhũ tơng nớc ở trong dầu + Dạng nhũ tơng dầu ở trong nớc
Lợng nớc ở trong dầu nhiều hay ít trong nhũ tơng dầu ở mỏ khai thác bằng cách nhìn màu sắc, qua thực nghiệm ngời ta kiểm tra thấy nếu dầu chứa 10% nớc thì màu cũng tơng tự dầu không chứa nớc. Nếu nhũ tơng dầu chứa 15
ữ 20% nớc, có màu ghi đến vàng, nhũ tơng chứa 25% nớc có màu vàng.
Dầu mỏ có lẫn nớc ở dạng nhũ tơng đa đi chế biến thì không thể đợc mà phải khử chúng ra khỏi dầu. Khử nớc và muối ra khỏi dầu đến giới hạn cho phép, cần tiến hành khử ngay ở nơi khai thác là tốt nhất.
Tiến hành tách nớc ở dạng nhũ tơng có 3 phơng pháp:
− Tách nhũ tơng nớc trong dầu bằng phơng pháp hoá học
− Tách bằng phơng pháp dùng điện trờng.
Trong trờng hợp nớc tạo thành hệ nhũ tơng bền vững, lúc đó muốn tách đợc hết nớc phải dùng phụ gia phá nhũ.
Có hai nguyên nhân dẫn đến sự có mặt của nớc trong dầu, đó là : nớc có từ khi hình thành nên dầu khí do sự lún chìm của vật liệu hữu cơ dới đáy biển ; nớc từ khí quyển (nh nớc ma) ngấm vào các mỏ dầu.
Trong nớc chứa một lợng rất lớn các muối khoáng khác nhau. Các cation và anion thờng gặp là : Na2+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, K+, Cl-, HCO3-, SO42-, Br, I..
Ngoài ra còn có một số oxit không phân ly ở dạng keo nh là Al2O3, Fe2O3, SiO2
.
Trong số các cation và anion thì nhiều nhất là Na+ và Cl-. Một số mỏ dầu mà nớc khoan có chứa lợng 2 ion này có khi lên đến 90% . Hàm lợng chung các muối khoáng của nớc khoan có thể nhỏ hơn 1% cho đến 20ữ26%.
Ví dụ : Nớc khoan ở các mỏ dầu vùng Geoson có hàm lợng các muối khoáng dới 6%.
Nớc khoan ở các mỏ dầu Bacu có hàm lợng các muối khoáng lên cao đến 17%.
Điều cần chú ý rằng, một số muối khoáng trong nớc có thể bị phân huỷ tạo thành axit (dới dạng của nhiệt)
Ví dụ : MgCl2+ 2H2O→Mg(OH2)↓+ HCl MgCl2+ H2O → Mg(OH)Cl + H2O
Quá trình phân huỷ các muối khoáng gây tác hại rất lớn nh là gây ăn mòn thiết bị, bơm, đờng ống..
Mặt khác trong nớc khoan còn có H2S khi có mặt của H2S và các muối dễ bị thuỷ phân thiết bị càng nhanh bị ăn mòn vì khi H2S tạo nên một lớp sunfua chẳng hạn nh FeS2, lớp sunfua này lại có tác dụng nh một màng bảo vệ chống lại sự ăn mòn của H2S nhng các muối khoáng khác khi bị phân huỷ tạo ra HCl và chính HCl này tác dụng với lớp sulfua bảo vệ . Ví dụ nh :
HCl + FeS2→ H2S +FeCl2
Cứ nh thế sẽ gây ăn mòn thiết bị, đờng ống, bơm trong quá trình vận chuyển và chế biến.
Vì vậy phải nghiên cứu kỹ về nớc khoan và có biện pháp ngăn ngừa sự ăn mòn đó hay nói cách khác vấn đề làm sạch nhũ tơng nớc trong dầu trớc khi đa vào chế biến là rất quan trọng.
a) Tách bằng phơng pháp cơ học (lắng − lọc − ly tâm)
Khi dầu và nớc trong dầu cha bị khuấy trộn mạnh và nớc lẫn trong dầu ở dạng tự do với hàm lợng lớn có thể gần 50% và cao hơn.
* Phơng pháp lắng: phơng pháp này dùng khi dầu mới khai thác ở giếng khoan lên, dầu và nớc cha bị khuấy trộn nhiều nên nhũ tơng mới tạo ít và nhũ tơng cha bền vững, nớc ở dạng tự do còn tơng đối lớn. Dầu mỏ này ngời ta đa đi lắng, nhờ có tỷ trọng nớc nặng hơn dầu nớc sẽ đợc lắng sơ bộ và tháo ra ngoài.
Tốc độ lắng của các hạt nớc tính theo công thức Stockes nếu kích thớc hạt lớn hơn 0,5 àm. ( ) η − = . 18 g d d r V 1 2 2 (1) Trong đó: V: Tốc độ lắng, cm/s r: Đờng kính của hạt d1, d2: Tỷ trọng nớc và dầu tơng ứng, g/cm3 g: Gia tốc trọng trờng, cm/s2 η: Độ nhớt động học của hỗn hợp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ công thức (1) ta thấy kích thớc hạt của pha phân tán càng nhỏ và tỷ trọng của nớc và dầu khác nhau càng ít. Độ nhớt của môi trờng càng lớn thì sự phân lớp và lắng càng xảy ra chậm.
Việc tách nớc và tạp chất thực hiện ở nơi khai thác thờng lắng và gia nhiệt ở thiết bị đốt nóng.
ở các nhà máy chế biến dầu tách nớc thờng gia nhiệt để lắng, khống chế nhiệt độ 120 ữ 1600C và p = 8 ữ 15at để cho nớc không bay hơi. Quá trình lắng thờng xảy ra trong thời gian 2 ữ 3 giờ.
* Phơng pháp ly tâm: phơng pháp ly lâm tách nớc ra khỏi dầu nhờ tác dụng của lực ly tâm để tách riêng các chất lỏng có tỷ trọng khác nhau.
Giá trị lực ly tâm xác định theo phơng trình sau: f = K.m.r.n2 2 60 2 K π = Trong đó: m: khối lợng hạt nớc (g) r: Bán kính quay (cm)
n: Số lợng vòng quay của máy ly tâm (phút).
Lực ly tâm và tốc độ tách nớc thay đổi tỷ lệ thuận với bán kính quay và tỷ lệ với bình phơng số vòng quay của rôto.Trong công nghiệp thờng dùng máy ly tâm có số vòng quay từ 3500 ữ 5000 vòng trong một phút. Số vòng quay càng lớn thì khả năng chế tạo thiết bị càng khó khăn và không thể chế tạo thiết bị với công suất lớn.
Nhợc điểm của phơng pháp này là công suất máy bé, khả năng phân chia không cao, vốn chi tiêu lớn vì vậy phơng pháp này không phổ biến trong công nghệ tách nớc và tạp chất.
* Phơng pháp lọc:
Là tách nớc ra khỏi dầu sử dụng khi mà hỗn hợp nhũ tơng dầu, nớc đã bị phá vỡ nhng nớc vẫn ở dạng lơ lửng trong dầu mà cha đợc lắng xuống đáy. Dùng phơng pháp này là nhờ lợi dụng tính chất thấm ớt chọn lọc của các chất lỏng khác nhau lên các chất lọc khác. Phơng pháp lọc đạt hiệu quả rất cao và có thể tách đồng thời cả nớc lẫn muối.
b) Tách nhũ tơng nớc trong dầu bằng phơng pháp hoá học.
Bản chất của phơng pháp hoá học là cho thêm một chất hoạt động bề mặt để phá nhũ tơng.
Khi các điều kiện thao tác nh nhiệt độ, áp suất đợc chọn ở chế độ thích hợp thì hiệu quả của phơng pháp cũng rất cao nhng khó khăn nhất là phải chọn đợc chất hoạt động bề mặt thích hợp không gây hậu quả khó khăn cho chế biến sau này cũng nh không phân huỷ hay tạo môi trờng ăn mòn thiết bị.
c) Tách bằng phơng pháp dùng điện trờng
Phơng pháp dùng điện trờng để phá nhũ, tách muối khỏi dầu là một ph- ơng pháp hiện đại công suất lớn, quy mô công nghiệp và dễ tự động hoá nên các nhà máy chế biến dầu lớn đều áp dụng phơng pháp này.
Vì bản thân các tạp chất đã là các hạt dễ nhiễm điện tích nếu ta dùng lực điện trờng mạnh sẽ làm thay đổi điện tích, tạo điều kiện cho các hạt đông tụ hay phát triển làm cho kích thớc lớn lên do vậy chúng dễ tách ra khỏi dầu.
Sự tơng tác giữa điện trờng và các hạt làm cho các hạt tích điện lắng xuống. Nguyên tắc này đợc áp dụng để tách muối nớc ra khỏi dầu thô. Dầu thô đợc đốt nóng trong các thiết bị trao đổi nhiệt rồi trộn với một lợng nớc sạch để tạo thành nhũ tơng chứa muối. Lực hút giữa các hạt tích điện làm chúng lớn lên ngng tụ thành hạt có kích thớc lớn, chúng dễ tách thành lớp nớc nằm dới dầu.
Trên thực tế ngời ta pha thêm nớc vào dầu một lợng từ 3 ữ 8% so với dầu thô và có thể pha thêm hoá chất rồi cho qua van tạo nhũ tơng sau khi qua thiết bị trao đổi nhiệt ở nhiệt độ từ 130 ữ l500C muối trong dầu thô đợc chuyển vào nhũ tơng. Khi dẫn vào khoảng cách giữa hai điện cực có hiệu điện thế từ 20.000 vôn trở lên chúng tích điện vào nhau tăng dần kích thớc cuối cùng tách thành lớp nớc nằm ở dới dầu. Tránh sự bay hơi dầu do tiếp xúc ở nhiệt độ cao, áp suất ở trong thiết bị tách muối đợc giữ ở áp suất 9 ữ 12 kG/cm2, bộ phận an toàn đợc bố trí ngay trong thiết bị. Khi tách một bậc ngời ta có thể tách 90 ữ
95% muối, còn tách 2 bậc hiệu suất tách muối lên lới 99%.