Nghiên Cứu Phụ Gia Giảm Nhiệt Độ Đông Đặc, Ứng Dụng Trong Khai Thác Và Vận Chuyển Dầu Thô

Việc giảm nhiệt độ đông đặc của dầu thô là vô cùng quan trọng để đảm bảo quá trình khai thác và vận chuyển diễn ra suôn sẻ, đặc biệt trong điều kiện thời tiết lạnh. Dầu thô có điểm đông đặc cao dễ bị đông đặc, gây tắc nghẽn đường ống và làm gián đoạn quá trình sản xuất. Sử dụng phụ gia giảm nhiệt độ đông đặc giúp duy trì tính lưu động của dầu, giảm thiểu chi phí bảo trì và tăng hiệu quả khai thác. Theo nghiên cứu của Đào Viết Thân, việc sử dụng copolyme từ behenyl acrylat, stearyl metacrylat và vinyl axetat có thể mang lại hiệu quả cao trong việc hạ điểm đông đặc cho dầu thô.

Có nhiều phương pháp để kiểm soát sự hình thành và lắng đọng sáp parafin trong dầu thô, bao gồm phương pháp cơ học, phương pháp nhiệt, và phương pháp hóa học. Phương pháp hóa học, đặc biệt là sử dụng phụ gia chống đông đặc dầu thô, được coi là một trong những giải pháp hiệu quả và kinh tế nhất. Các phụ gia giảm độ nhớt dầu thô này hoạt động bằng cách tương tác với các tinh thể parafin, ngăn chặn chúng kết tụ lại và làm giảm kích thước tinh thể, từ đó cải thiện tính lưu động của dầu.

Hàm lượng parafin cao ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất cơ lý của dầu thô, đặc biệt là độ nhớt và điểm đông đặc. Dầu thô chứa nhiều parafin có độ nhớt cao hơn và điểm đông đặc cao hơn so với dầu thô chứa ít parafin. Điều này gây khó khăn cho quá trình vận chuyển và bơm dầu, đặc biệt ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, sự kết tinh của parafin còn làm giảm độ ổn định của dầu thô và tăng nguy cơ hình thành cặn bẩn trong các thiết bị và đường ống.

Lắng đọng sáp parafin là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất trong quá trình vận chuyển dầu thô. Sáp parafin kết tinh và bám vào thành ống, làm giảm đường kính hiệu dụng và tăng ma sát, dẫn đến giảm lưu lượng dòng chảy và tăng áp suất. Nếu không được xử lý kịp thời, sự lắng đọng sáp có thể gây tắc nghẽn hoàn toàn đường ống, làm gián đoạn quá trình vận chuyển và gây thiệt hại lớn về kinh tế. Việc sử dụng phụ gia chống kết tủa paraffin là một biện pháp hiệu quả để ngăn chặn sự lắng đọng sáp và duy trì lưu lượng dòng chảy ổn định.

Việc lựa chọn monome phù hợp là yếu tố then chốt trong quá trình tổng hợp polyme làm phụ gia giảm nhiệt độ đông đặc. Các monome thường được lựa chọn dựa trên khả năng tương tác với parafin và khả năng tạo ra cấu trúc polyme có độ phân cực và kích thước phù hợp. Các monome phổ biến bao gồm acrylat, metacrylat, vinyl axetat và các dẫn xuất của chúng. Sự kết hợp của các monome khác nhau có thể tạo ra các copolyme có tính chất đặc biệt, phù hợp với từng loại dầu thô.

Hiệu suất tổng hợp copolyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nhiệt độ, nồng độ chất khơi mào, tốc độ khuấy trộn và thời gian phản ứng. Nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến phân hủy monome hoặc polyme, trong khi nhiệt độ quá thấp có thể làm chậm tốc độ phản ứng. Nồng độ chất khơi mào cần được điều chỉnh để đảm bảo tốc độ phản ứng phù hợp và tránh tạo ra polyme có khối lượng phân tử quá thấp. Tốc độ khuấy trộn cần đủ để đảm bảo sự phân tán đồng đều của các monome và chất xúc tác. Thời gian phản ứng cần đủ để đạt được hiệu suất cao, nhưng không quá dài để tránh các phản ứng phụ.

Việc sử dụng phụ gia cải thiện dòng chảy dầu thô giúp cải thiện đáng kể tính lưu biến của dầu thô, đặc biệt là độ nhớt và ứng suất trượt. Độ nhớt thấp hơn giúp dầu dễ dàng vận chuyển và bơm hơn, trong khi ứng suất trượt thấp hơn giúp giảm nguy cơ tắc nghẽn đường ống. Các phụ gia giảm độ nhớt dầu thô này hoạt động bằng cách làm gián đoạn sự tương tác giữa các phân tử parafin, làm giảm kích thước tinh thể và cải thiện tính lưu động của dầu.

Một trong những lợi ích quan trọng nhất của việc sử dụng phụ gia giảm nhiệt độ đông đặc là giảm lắng đọng sáp parafin trong đường ống dẫn dầu. Sáp parafin lắng đọng có thể làm giảm đường kính hiệu dụng của đường ống và tăng ma sát, dẫn đến giảm lưu lượng dòng chảy và tăng áp suất. Phụ gia giúp ngăn chặn sự kết tinh và lắng đọng sáp, duy trì lưu lượng dòng chảy ổn định và giảm chi phí bảo trì.

Điểm đông đặc là nhiệt độ mà tại đó dầu thô bắt đầu đông đặc và mất khả năng chảy. Phương pháp xác định điểm đông đặc thường được sử dụng là phương pháp ASTM D 97. Phương pháp này bao gồm làm lạnh mẫu dầu thô và quan sát sự thay đổi trạng thái của mẫu. Điểm đông đặc được xác định là nhiệt độ mà tại đó mẫu dầu thô ngừng chảy khi nghiêng ống nghiệm.

Độ nhớt và ứng suất trượt là hai thông số quan trọng để đánh giá tính lưu biến của dầu thô. Độ nhớt là thước đo khả năng chống lại sự chảy của dầu, trong khi ứng suất trượt là lực cần thiết để bắt đầu dòng chảy. Các phương pháp đo độ nhớt và ứng suất trượt thường được sử dụng là phương pháp ASTM D 2196 và ASTM D 4684. Các kết quả đo giúp đánh giá hiệu quả của phụ gia trong việc cải thiện tính lưu động của dầu.

Việc sử dụng các hạt nano trong phụ gia giảm nhiệt độ đông đặc nano là một hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn. Các hạt nano có kích thước nhỏ và diện tích bề mặt lớn, giúp tăng cường tương tác với parafin và cải thiện hiệu quả giảm nhiệt độ đông đặc. Các hạt nano thường được sử dụng bao gồm silica, alumina và các oxit kim loại khác.

Việc phát triển các loại phụ gia giảm nhiệt độ đông đặc sinh học là một xu hướng quan trọng để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Các polyme sinh học có nguồn gốc từ thực vật hoặc vi sinh vật có khả năng phân hủy sinh học và không gây ô nhiễm môi trường. Các polyme sinh học thường được sử dụng bao gồm polysaccharide, protein và lipid.