CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ THỦY NGÂN VÀ TÁC HẠI CỦA THỦY NGÂN ĐỐI VỚI KHAI THÁC DẦU KHÍ 1. THỦY NGÂN TRONG TỰ NHIÊN VÀ SẢN XUẤT ❖ Đặc tính Thủy ngân, hay 'quicksilver' như thường được biết đến, là một nguyên tố kim loại độc hại, dày đặc tồn tại ở dạng lỏng ở nhiệt độ phòng. Được sản xuất và nghiên cứu trong nhiều thiên niên kỷ, việc sử dụng thủy ngân đã giảm dần kể từ những năm 1980 do nhận thức nhiều hơn đến các tác động tiêu cực đối với sức khỏe của con người và môi trường. • Biểu tượng nguyên tử: Hg • Số nguyên tử: 80 • Loại nguyên tố: Kim loại chuyển tiếp • Khối lượng riêng: 15,534 g/cm³ • Điểm nóng chảy: -38,90C (1020F) • Điểm sôi: 356,90C (674,40F) • Điện trở suất: 95,8 Ω/cm (200C) Hình 1-1 Thủy ngân và cấu tạo nguyên tử Ở nhiệt độ phòng, thủy ngân là một chất lỏng đặc, màu bạc với mật độ rất cao và độ dẫn nhiệt thấp.
Nó có độ dẫn điện tương đối cao và dễ dàng tạo thành hỗn hống (hợp kim) với vàng và bạc. 1 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC Một trong những đặc điểm đáng giá nhất của thủy ngân là khả năng giản nở và co lại đồng đều ứng với những thay đổi về áp suất và nhiệt độ. Thủy ngân cũng có độc tính cao đối với cả con người và môi trường, điều này đã dẫn đến việc giảm mạnh sản xuất và sử dụng của nó trong nhiều thập kỷ qua. ❖ Lịch sử Được đánh giá Dùng cho khai Mở rộng sản xuất bạc Quy định nghiêm ngặt cao bởi nhiều thác vàng và sử dụng để chiết về sản xuất, sử dụng nền văn minh cổ xuất vàng và xử lý thủy ngân Sử dụng nó như Bartolome de Medina đã Sử dụng nitrat thủy ngân một loại thuốc phát triển quy trình sử dụng để chuyển đổi lông thành lợi tiểu và thuốc thủy ngân để khai thác bạc nỉ Hình 1-2 Sơ đồ lịch sử khai thác và ứng dụng thủy ngân trong đời sống Việc sử dụng thủy ngân sớm nhất có thể được bắt nguồn từ năm 1500 trước Công nguyên khi nó được sử dụng để trang trí cho các ngôi mộ ở Ai Cập cổ đại.
Có khả năng do tính chất độc nhất của nó, thủy ngân đã được sử dụng, nghiên cứu và đánh giá cao bởi nhiều nền văn minh, bao gồm cả người Hy Lạp, La Mã, Trung Quốc và Maya cổ đại. Trong nhiều thế kỷ, mọi người tin rằng thủy ngân sở hữu các đặc tính chữa bệnh đặc biệt và do đó, đã sử dụng nó như một loại thuốc lợi tiểu và thuốc giảm đau, cũng như trong các loại thuốc để điều trị các bệnh khác nhau từ trầm cảm đến giang mai. Nó đã được sử dụng trong mỹ phẩm và làm vật liệu trang trí. Các nhà giả kim trong thời trung cổ đặc biệt quan tâm đến khả năng của thủy ngân dùng cho khai thác vàng.
Ngay sau đó, người ta đã thấy rõ rằng kim loại lỏng bí ẩn gây độc cho con người vì khả năng tử vong cao trong các mỏ thủy ngân. Tuy nhiên, nó không bị ngăn cản thử nghiệm. Từ năm 1554 đến 1558, Bartolome de Medina đã phát triển quy trình sử dụng thủy ngân để khai thác bạc từ quặng. Quá trình này dựa vào khả năng trộn lẫn với bạc của thủy ngân.
Được hỗ trợ bởi các mỏ thủy ngân lớn ở Almaden, Tây Ban Nha và Huancavelica, Peru, quy trình sản xuất này nhanh chóng trở nên quan trọng đối với việc mở rộng 2 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC sản xuất bạc của Tây Ban Nha trong thế kỷ 17 và 18. Sau đó, trong cơn sốt vàng California, các biến thể của quy trình này đã được sử dụng để chiết xuất vàng. Việc sử dụng nitrat thủy ngân để chuyển đổi lông thành nỉ, thường được sử dụng bởi các nhà sản xuất mũ thế kỷ 18 và 19, dẫn đến biểu hiện 'điên như một người thợ làm mũ'. Đến nửa sau thế kỷ 20, số lượng nghiên cứu ngày càng tăng bắt đầu chứng minh mối tương quan giữa lượng chất thải hóa học và hàm lượng methyl-thủy ngân trong hải sản.
Người ta chú ý đến ảnh hưởng sức khỏe của kim loại đối với con người. Trong những năm gần đây, Hoa Kỳ và Liên minh Châu Âu đã đưa ra các quy định nghiêm ngặt về sản xuất, sử dụng và xử lý thủy ngân. ❖ Sản xuất Thủy ngân là một kim loại rất hiếm và thường được tìm thấy trong quặng Cinnabar (chu sa) và Livingstonite. Nó được sản xuất như một sản phẩm chính và là sản phẩm phụ của vàng, kẽm và đồng.
Thủy ngân có thể được sản xuất từ Cinnabar, một loại quặng sunfua (HgS), bằng cách đốt cháy hàm lượng sunfua trong lò quay hoặc nhiều lò nung. Quặng thủy ngân nghiền được trộn với than củi hoặc than cốc và đốt cháy ở nhiệt độ trên 300 ° C (570 ° F). Oxy được bơm vào lò, kết hợp với lưu huỳnh, giải phóng sulfur dioxide và tạo ra một hơi thủy ngân có thể được thu thập và làm mát để tinh chế thêm như một kim loại nguyên chất. Hình 1-3 Quặng Cinnabar (Chu sa) 3 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC Bằng cách cho hơi thủy ngân đi qua thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước, thủy ngân, có nhiệt độ sôi cao, là chất đầu tiên ngưng tụ thành dạng kim loại lỏng và được thu thập.
Khoảng 95% hàm lượng thủy ngân của quặng cinnabar có thể được phục hồi bằng quy trình này. Hình 1-4 Quy trình sản xuất thủy ngân từ Cinnabar Thủy ngân cũng có thể được lọc từ quặng bằng cách sử dụng natri hydroxit và natri sunfua. Việc thu hồi thủy ngân được thực hiện bằng cách kết tủa bằng nhôm hoặc điện phân. Thông qua quá trình chưng cất, thủy ngân có thể được tinh chế đến hơn 99,99%.
Thủy ngân cấp thương mại, 99,99% được bán trong các bình sắt hoặc thép rèn 76lb (34,5kg). ❖ Quy chế thương mại Những nỗ lực gần đây đã được Mỹ và EU thực hiện để điều chỉnh hoạt động buôn bán thủy ngân. Theo Đạo luật cấm xuất khẩu thủy ngân năm 2008, việc xuất khẩu thủy ngân từ Mỹ sẽ bị cấm bắt đầu từ ngày 1 tháng 1 năm 2013. Xuất khẩu thủy ngân từ tất cả các quốc gia thành viên EU đã bị cấm kể từ tháng 3 năm 2011.
Na Uy đã ban hành lệnh cấm đối với sản xuất, nhập khẩu và xuất khẩu thủy ngân. PHÂN BỐ VÀ NỒNG ĐỘ CỦA THỦY NGÂN TRONG CÁC MỎ DẦU KHÍ TRÊN THẾ GIỚI Các hợp chất thủy ngân và thủy ngân được tìm thấy trong tất cả các hydrocacbon địa chất bao gồm than, khí tự nhiên, khí condensate và dầu thô. Trong hydrocarbon thủy ngân tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau, nhưng chủ yếu là các dạng được trình bày trong bảng 1-1. Bảng 1-1 Phân bố thủy ngân trong dầu khí [12] Khí tự nhiên Condensate Dầu thô Nguyên tố: Hg Vượt trội Vượt trội Vượt trội Thủy ngân hữu cơ: (CH3)2Hg Không có Nhỏ Rất nhỏ Asphaltene Hg Ionic thủy ngân: Rất nhỏ Rất nhỏ Nhỏ HgCl2 HgS/HgO Rất nhỏ Nhỏ Rất nhỏ Dựa trên dữ liệu có sẵn, mức độ thủy ngân được báo cáo có trong dầu khí là rất khác nhau giữa các khu vực và cả giữa các vùng khác nhau trong khu vực đó.
Một số biến đổi này có thể là do kỹ thuật lấy mẫu và phân tích không nhất quán và một số có thể được quy cho sự khác biệt trong thành tạo địa chất. Nhìn chung, mức thủy ngân trung bình tương đối thấp, mặc dù một số giá trị được báo cáo là cực kỳ cao. Nồng độ thủy ngân trong dầu thô, khí tự nhiên và các chất lỏng liên quan thay đổi theo điều kiện địa chất và hồ chứa với nồng độ cao xảy ra ở Đông Nam Á (Thái Lan và Indonesia), Bắc Phi (Algeria), Ai Cập, Nam Mỹ (Venezuela, Bôlivia), Trung Quốc và Hà Lan (Hình 1-5). 5 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC Hình 1-5 Phân bố nồng độ thủy ngân trên thê giới [6][8][16] Riêng về khu vực châu Á được thể hiện trên hình thì hàm lượng thủy ngân tập trung chủ yếu tại khu vực Đông Nam Á.
Trong đó, Vịnh Thái Lan là nơi được đánh giá có hàm lượng thủy ngân trong hydrocarbon là cao nhất trong khu vực. Về việc xác định hàm lượng thủy ngân trong dầu thô, khí tự nhiên và condensate thường được xác định với các đơn vị như: • Đối với dầu thô và condensate: μg/kg; ppb wt (part per billion weight). • Đối với khí tự nhiên: μg/Nm3; μg/Sm3 (trong đó 1Nm3 = 1.057 Sm3) ✓ Nm3: normal cubic meter – thể tích này được đo ở điều kiện 00C và 1. ✓ Sm3: standard cubic meter – thể tích này được đo ở điều kiện 15.
TÌNH TRẠNG NHIỄM THỦY NGÂN TRONG HYDROCARBON 1. Thủy ngân trong dầu thô Theo nghiên cứu về hàm lượng thủy ngân trong dầu thô ở Mỹ được công bố trước năm 2000, tổng hàm lượng thủy ngân trong dầu thô được xác định dao động trong khoảng từ 0,1 đến 20000 g/kg dầu thô. Hàm lượng thủy ngân trung bình của 170 dòng dầu được xử lý ở Mỹ theo tính toán ở vào khoảng 7,3 g/kg [7]. Theo thông 6 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC kê có đến 57% dòng có hàm lượng thủy ngân từ 1 - 10 g/kg, và 93% số dòng có hàm lượng thủy ngân <10 g/kg.
Một vài dòng dầu được phân tích thì có hàm lượng thủy ngân tập trung hơn 50 g/kg, và chủ yếu những dòng này nhập từ khu vực Châu Á. Một số ít dầu ở Châu Á đã được đưa vào các nhà máy lọc dầu ở Mỹ do chi phí vận chuyển và nhu cầu của thị trường ở Mỹ. Số lượng dầu thô này (từ Châu Á) chỉ chiếm dưới 1% trong tổng số lượng dầu được chế biến tại Mỹ năm 2004, nhưng những con số này có thể tăng lên trong tương lai. Hàm lượng thủy ngân trong dầu thô sau nhiều lần lấy mẫu và phân tích được ACS (American Chemical Society) công bố tháng 6 năm 2007 (Bảng 1-2).
Theo kết quả này thì Việt Nam và Thái Lan là 2 quốc gia có hàm lượng thủy ngân trong dầu thô cao nhất. Bảng 1-2 Phân bố hàm lượng thủy ngân trong dầu thô ở các quốc gia Hàm lượng Hàm lượng Quốc gia trung bình Quốc gia trung bình (g/kg) (g/kg) Angeria 13. Thủy ngân trong condensate Theo nghiên cứu của Sarrazin và các cộng sự thì hàm lượng thủy ngân trong condensate dao động từ 10 ÷ 3000 ppb wt.