CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1. TỔNG QUAN VỀ CẶN DẦU. Nguồn gốc phát sinh cặn dầu. Cặn dầu có thể phát sinh theo các nguồn gốc khác nhau: Khai thác, chế biến Cặn Tàu chở dầu Cặn Bồn chứa dầu sáng Các kho xăng dầu Tàu chứa dầu FO Cặn Phương tiện vận chuyển Trạm xăng dầu Cặn 1.
Sự tạo thành cặn dầu trong quá trình chế biến dầu mỏ. Trong quá trình chế biến dầu mỏ, phần cặn dầu tồn tại chủ yếu ở dạng dầu cặn FO hay bitum (bitum là loại sản phẩm nặng nhất thu được từ dầu mỏ hoặc bằng con đường chưng cất chân không rất sâu hoặc bằng con đường khử asphan bằng propan các loại cặn chưng cất chân không hay bằng con đường oxy hoá các loại cặn sinh ra trong quá trình chế biến dầu mỏ) [2,10]. Học viên: Hồ Thị Hương Lớp: KTHH CH09 10 Luận văn thạc sỹ Do vậy, có thể xem như quá trình chế biến dầu mỏ thành các sản phẩm khác nhau không sinh ra cặn dầu trực tiếp mà cặn dầu chỉ sinh ra trong quá trình vận, tồn chứa dầu thô trước khi vào chế biến. Sự tạo thành cặn dầu trong quá trình vận chuyển, tồn chứa dầu mỏ, xăng dầu thương phẩm trong hệ thống bồn bể chứa.
Trong quá trình vận chuyển và tồn chứa, phẩm chất của dầu mỏ cũng như các sản phẩm dầu có thể b ị kém đi do mất các phần nhẹ, do nhiễm bẩn các tạp chất cơ học, do lẫn lộn các loại dầu khác nhau trong khi nhập vào các phương tiện chưa tháo cặn và chưa rửa sạch, hoặc trong khi bơm chuyển liên tiếp các loại sản phẩm dầu khác nhau trong cùng một đường ống, do lẫn nước, hơn nữa dưới tác dụng của oxy trong không khí và nhiệt độ. Cho dù là tồn chứa hay vận chuyển dưới hình thức nào: đường bộ hay đường sắt, đường thủy, đường ống thì sau một thời gian nhất định, tuỳ theo phẩm chất của các sản phẩm, thời gian và nhiệt độ tồn chứa mà có hiện tượng tích tụ, lắng đọng ngày càng tăng [2]. Người ta thấy rằng cặn dầu xuất hiện trong quá trình tồn chứa và vận chuyển chính là do hai nguyên nhân: ◊ Một là do sự thiếu ổn định của nhiên liệu trong quá trình bảo quản. ◊ Hai là do quá trình xuất, nhập: nước, tạp chất cơ học lẫn theo sản phẩm dầu đi vào bồn, bể chứa.
Sự ổn định của nhiên liệu trong quá trình tồn chứa. Sự thiếu ổn định của nhiên liệu là nguyên nhân tạo ra các lớp cặn dầu không mong muốn, bám dính trên các bề mặt bồn bể chứa đường ống hay tàu chở dầu. Do vậy mà tính chất ổn định của các sản phẩm dầu mỏ trong bất cứ quá trình vận chuyển hay tồn chứa nào cũng được coi là một chỉ tiêu rất quan trọng của nhiên liệu. Yêu cầu đề ra cho các loại nhiên liệu dầu mỏ không những được quy định bằng những điều kiện sử dụng chúng trong động cơ, mà bằng nhiều yếu tố sử dụng khác nữa, trước hết là những điều kiện bảo quản.
Điều quan trọng nhất là phải làm sao cho từ lúc sản xuất ra nhiên liệu cho đến khi đem sử dụng vào động cơ, nhiên Học viên: Hồ Thị Hương Lớp: KTHH CH09 11 Luận văn thạc sỹ liệu vẫn giữ được các phẩm chất ban đầu của chúng, có nghĩa là sự ổn định về phương diện vật lý và hóa học không được thay đổi trong suốt quá trình vận chuyển và tồn chứa lâu dài. Đối với nhiên liệu lỏng, sự ổn định về mặt vật lý thể hiện ở sự cố định thành phần cất và áp suất hơi, muốn thế phải đảm bảo độ kín khít của phương tiện tồn chứa, không để mất những phần nhẹ. Sự ổn định hoá học của nhiên liệu là khả năng giữ vững các chỉ tiêu chất lượng của chúng dưới sự tác động của các yếu tố bên ngoài (oxy không khí, nhiệt độ, ảnh hưởng xúc tác của kim loại, ánh sáng… ). Trong quá trình vận chuyển, vấn đề tiếp xúc giữa sản phẩm dầu với oxi không khí là vấn đề không thể tránh khỏi, và như vậy trong những điều kiện nhất định, sẽ xảy ra phản ứng oxy hoá của sản phẩm dầu.
Kết quả của phản ứng oxy hoá dẫn đến các tính chất hoá lý của sản phẩm dầu sẽ bị thay đổi và chính điều đó sẽ làm cho phẩm chất của sản phẩm kém hẳn đi. Tốc độ oxy hoá, mức độ oxy hoá cũng như tính chất của các sản phẩm oxy hoá đều phụ thuộc vào các yếu tố dưới đây: ◊ Bản chất hoá học của chính loại sản phẩm đó, cụ thể là tính chất của các hợp chất hoá học có trong sản phẩm, hàm lượng của các hợp chất đó trong hỗn hợp và quan hệ của chúng với sự tác động của oxy trong không khí. ◊ Các điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, áp suất và bề mặt tiếp xúc giữa sản phẩm với oxy. ◊ Có lẫn các chất có khả năng làm tăng nhanh hoặc giảm chậm quá trình oxy hoá.
Sự ổn định về hoá học của nhiên liệu chủ yếu được xác định bởi cấu tạo phân tử của chúng, trong cấu tạo phân tử có nhiều hydrocacbon chưa no thì tính ổn định kém, nhiên liệu bị oxy hoá và trùng hợp rất nhanh, tạo nên các chất nhựa và axit, đồng thời làm biến đổi luôn thành phần hoá học của chúng. Quá trình oxy hoá nhiên liệu (tạo thành nhựa) xảy ra dần dần. Có thể coi những sản phẩm ban đầu của quá trình oxy hoá chính là những peroxit. Đây là những hợp chất kém bền vững, có khuynh hướng biến chủng nhanh.
Yếu tố chủ yếu Học viên: Hồ Thị Hương Lớp: KTHH CH09 12 Luận văn thạc sỹ có ảnh hưởng nhất tới sự hình thành phản ứng bậc hai của các peroxit là nhiệt độ, tốc độ của quá trình tự phản ứng sẽ tăng nhanh nếu nhiệt độ tăng. Dưới tác động của nhiệt độ cao, áp suất cao và tác động của oxy không khí, sẽ xuất hiện nhiều nhựa, asphanten, axit và các sản phẩm của hiện tượng oxy hoá nặng hơn như cacben và cacboit không tan trong dầu. Trong số tất cả các nhiên liệu dầu mỏ thương phẩm, đặc biệt chỉ có loại xăng chế tạo theo phương pháp cracking có chứa nhiều hydrocacbon không no và nhiều hợp chất kém bền vững khác có khả năng gây phản ứng oxy hoá, tạo nên những sản phẩm khác nhau có tính chất giống như nhựa. Khuynh hướng tạo nhựa của nhiên liệu phần lớn phụ thuộc vào nhiệt độ, bề mặt tiếp xúc với không khí và tác động của xúc tác kim loại và áng sáng.
Các hợp chất không phải là hydrocacbon có nhiều trong nhiên liệu được tạo thành trong quá trình oxy hoá nhiên liệu cũng ảnh hưởng tới hiện tượng tạo nhựa. Nếu trong nhiên liệu có các hợp chất lưu huỳnh và hợp chất nitơ thì sự tạo nhựa trong quá trình tồn chứa càng mạnh thêm. Các sản phẩm của quá trình oxy hoá như peroxit và các chất nhựa có tính axit càng thúc đẩy quá trình oxy hoá. Các chất nhựa trung tính có tác dụng kìm hãm quá trình oxy hoá nhiên liệu.
Người ta đánh giá khuynh hướng tạo nhựa của các loại xăng ôtô trong quá trình tồn chứa lâu dài theo thời kỳ cảm ứng, có nghĩa là theo số phút không bị hấp phụ oxy của một mẫu thử xăng trong các điều kiện thí nghiệm (có nhiệt độ 1000 C và áp suất cao). Ngoài những yếu tố đã kể trên, tác động xúc tác của kim loại, nhất là đồng, cũng làm ảnh hướng tới tính chất ổn định của xă ng. Tác động này thể hiện dưới dạng quá trình oxy hoá khử giữa kim loại với các muối của nó và giữa các peroxit với các sản phẩm oxy hoá khác hoặc với chất chống oxy hoá. Trong quá trình tồn chứa, phẩm chất của các loại nhiên liệu đều bị biến đổi rất nhiều.
Cùng với lượng nhựa tăng lên trong quá trình tồn chứa, độ axit và màu sắc của nhiên liệu diezen cũng bị biến đổi. Đó là dấu hiệu đầu tiên của sự mất phẩm Học viên: Hồ Thị Hương Lớp: KTHH CH09 13 Luận văn thạc sỹ chất. Muốn giảm bớt sự tạo nhựa do tác động của không khí, tốt nhất nên tồn chứa các sản phẩm dầu sáng, đặc biệt là xăng, dưới một lớp bột cách ly bền vững hoặc dưới một lớp màng hoạt tính bề mặt. Việc đánh giá tính chất ổn định của nhiên liệu trong quá trình tồn chứa dựa trên cơ sở xác định hiệu quả tác động của oxy không khí lên loại nhiên liệu đó trong điều kiện nhiệt độ cao, có chất xúc tác hoặc không có chất xúc tác.
Hiệu quả đó thường thể hiện ở sự tạo nhựa, sự tạo các chất kết tủa và các sản phẩm ăn mòn hoà tan trong sản phẩm thí nghiệm. Khuynh hướng tạo nhựa của nhiên liệu trong quá trình tồn chứa được biểu thị bằng chỉ số iốt và giai đoạn cảm ứng. Cặn dầu sinh ra trong quá trình xuất, nhập. Ngoài ra, trong quá trình vận chuyển tồn chứa, dầu mỏ và các sản phẩm dầu thường bị lẫn nước cũng như bị nhiễm bẩn nhiều loại tạp chất cơ học như bụi, cát, gỉ sắt… Tại các mỏ dầu, dầu mỏ được để lắng cẩn thận, mặc dù vậy mộ t phần nước và tạp chất vẫn còn lẫn trong dầu đi vào đường ống và các bể chứa của nhà máy.
Số lượng các tạp chất phục thuộc vào thế nằm của túi dầu trong tầng đất mỏ và phương pháp khai thác dầu mỏ. Trong quá trình tồn chứa dầu mỏ, phần lớn các tạp chất đọng lại trong bể chứa và trong bộ phận lắng bùn của thiết bị lắng. Những phần tử tạp chất nhỏ nhất có thể vẫn còn lại trong dầu dưới dạng huyền phù (đặc biệt là loại dầu mỏ có nhiều nhựa), rồi sau đó trong quá trình chưng cất, một phần tạp chất sẽ kết bám trên thành thiết bị và thành lò ống, đẩy nhanh quá trình tạo cốc của dầu mỏ [11, 27, 28]. Thành phần và tính chất cặn dầu.
Cặn dầu được hình thành từ quá trình tồn chứa và vận chuyển dầu thô hoặc thương phẩm, do vậy, dù ở đâu thì bản chất của cặn dầu là như nhau, đều hình thành từ quá trình sa lắng, lắng đọng của các tạp chất cơ học, chất nhựa, các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon cao … chúng chỉ khác nhau về hàm lượng và phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng dầu thô của mỏ khai thác [2, 10, 11, 12]. Học viên: Hồ Thị Hương Lớp: KTHH CH09 14 Luận văn thạc sỹ Tính chất và thành phần của các loại cặn đáy trong bể chứa phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, trong đó chủ yếu phụ thuộc vào loại sản phẩm dầu được tồn chứa, các điều kiện và thời hạn tồn chứa.