NGHIÊN CỨU THU HỒI DẦU CẶN TỪ QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH HỆ THỐNG BỒN BỂ CHỨA DẦU THÔ TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

MỞ ĐẦU

Nhà máy Lọc dầu Dung Quất thuộc Công ty Cổ phần Lọc hóa dầu Bình Sơn (BSR) được thiết kế có công suất chế biến 148.000 thùng dầu thô /ngày, tương đương 6,5 triệu tấn dầu thô/năm với dầu thô thiết kế là dầu thô Bạch Hổ (Việt Nam) và hỗn hợp dầu thô Bạch Hổ – Dubai (Trung Đông). Nhà máy Lọc dầu Dung Quất đã được đưa vào vận hành thương mại từ tháng 10/ 2009 cho đến nay. Theo kế hoạch, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất sẽ được nâng cấp mở rộng để tăng công suất chế biến từ 148.000 thùng/ngày lên 192.000 thùng dầu thô/ngày, tương đương 8,5 triệu tấn dầu thô/năm nhằm tăng độ linh động trong việc lựa chọn nguồn dầu thô chế biến thay thế dầu thô Bạch Hổ có trữ lượng khai thác đang ngày càng suy giảm. Dự kiến Nhà máy Lọc dầu Dung Quất sau nâng cấp mở rộng sẽ đưa vào vận hành từ năm 2025.

Theo thiết kế hiện hữu, tổng số bể chứa dầu thô là 8 bể có tổng dung tích làm việc là 520.000 m³. Các bể chứa dầu thô có dung tích bằng nhau, đường kính 69,0 m, chiều cao 22,4 m. Bể được thiết kế mái nổi, vật liệu chế tạo bằng thép carbon.

Trong quá trình chế biến, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất chế biến chủ yếu dầu thô Bạch Hổ và các loại dầu thô tương đương. Những chủng loại dầu thô này có điểm chảy (pour point) cao và thường tạo cặn (sludge) trong quá trình tồn chứa trong bể. Các cặn bùn này sẽ gây ra một số vấn đề, điển hình như:

• Làm giảm thể tích làm việc của bể.
• Gây cản trở trong việc di chuyển của khớp mềm của đường ống thoát xả nước mưa từ mái bể và gây hư hỏng hệ thống này.
• Gây tiêu tốn chi phí, thời gian cho việc nạo vét cặn bùn ra khỏi hệ thống bồn bể.
• Gây ô nhiễm môi trường do phát sinh cặn bùn thải.

Đối với những chủng dầu thô này, kết quả phân tích mẫu thực tế đã xác định thành phần chính của mẫu cặn bùn hình thành trong bể chủ yếu là các hợp chất hydrocarbon. Điều này gây ra vấn đề hao hụt dầu thô trong quá trình vận hành nhà máy.

Phương thức xử lý làm sạch và xử lý căn bùn của các bể dầu thô tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất chủ yếu bằng phương thức cơ học như nạo vét, thu gom bùn thải từ các bề chứa và chuyển đến Công ty Lilama để xử lý. Với phương thức này thì chi phí nhân công và chi phí xử lý môi trường đối với cặn thải rất cao, đồng thời gây thất thoát, lãng phí một lượng lớn hydrocacbon chưa được thu hồi từ cặn bùn xả thải.

Với những phân tích nêu trên, việc nghiên cứu thu hồi dầu cặn từ quá trình làm sạch hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất sẽ mang lại nhiều ý nghĩa về mặt hiệu quả kinh tế và môi trường.

1. TỔNG QUAN

Tổng quan về NMLD Dung Quất

Nhà máy lọc dầu Dung Quất được xây dựng với tổng diện tích sử dụng trên 800 ha, trong đó có 337 ha mặt đất và 471 ha mặt biển. Công suất chế biến của Nhà máy 6,5 triệu tấn dầu thô/năm – tương đương 148.000 thùng/ngày;

Mặt bằng nhà máy có 4 khu vực chính gồm: các phân xưởng công nghệ và phụ trợ, khu bể chứa sản phẩm, cảng xuất sản phẩm và phao rót dầu không bến, hệ thống lấy và xả nước biển;

Nhà máy có các phân xưởng công nghệ: CDU, NHT, CCR, KTU, RFCC, LTU, NTU, SWS, ARU, CNU, PRU, SRU, ISOM, HDT và phân xưởng PolyPropylen nằm ngoài khu vực của nhà máy.

Theo thiết kế thì nhà máy lọc dầu Dung Quất sẽ được vận hành với hai nguồn nguyên liệu là 100% dầu thô Bạch Hổ hoặc dầu thô hỗn hợp 85% dầu thô Bạch Hổ và 15% Dubai. Tuy nhiên sau 10 năm vận hành thì Nhà máy đang cần nguồn nguyên liệu tương đương thay thế.

Cơ cấu sản phẩm của Nhà máy gồm các loại như sau: Lưu huỳnh, Hạt nhựa Polypropylen, LPG, Xăng 92/95, E5 RON92, Nhiên liệu phản lực Jet A1, Dầu hỏa, Diesel, Dầu đốt (FO).

Hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại NMLD Dung Quất

Hệ thống bể chứa dầu thô gồm 8 bể TK6001 A/B/C/D/E/F/G/H.

Bể chưa dầu thô được thiết kế với các mục đích sau đây: tiếp nhận từ hệ thống phao rót dầu không bến (SPM); Tồn chứa và tách nước khỏi dầu thô trong các bể có gia nhiệt; Cung cấp dầu thô cho phân xưởng chưng cất khí quyển (CDU); Tiếp nhận và tồn chứa cặn chưng cất từ CDU trong trường hợp xảy ra sự cố ở phân xưởng RFCC; Cung cấp cặn chưng cất đến bể chứa nguyên liệu của phân xưởng RFCC (TK-5103)

Một số đặc tính kỹ thuật của hệ thống bồn bể chứa dầu thô như sau: thể tích mỗi bể là 65000m³, đường kính là 69m, chiều cao 22,4m; Thiết kế mái: mái nổi.

Giới thiệu chung về cặn dầu trong quá trình tồn chứa

Tác hại của cặn dầu

Cặn dầu là một thực thể không thể tách rời với các sản phẩm dầu mỏ. Khi ngành công nghiệp dầu khí càng phát triển mạnh mẽ thì theo đó lượng cặn dầu sinh ra từ các quá trình khai thác, chế biến, vận chuyển, hay tồn chứa gia tăng ngày càng lớn. Nếu không được xử lý và kiểm soát chặt chẽ, cặn dầu sẽ gây ra những tác hại vô cùng nghiêm trọng.

• Tác hại của cặn dầu khi sử dụng làm nhiên liệu
• Tác hại của cặn dầu trong quá trình chế biến
• Tác hại của cặn dầu trong quá trình tồn chứa.
• Làm giảm hiệu suất chứa đựng nhiên liệu của bồn bể.
• Làm giảm chất lượng các lô dầu thô mới chứa trong bể do xảy ra quá trình hòa tan một phần cặn.
• Gây ăn mòn hệ thống đáy bể do các thành phần có trong cặn như: nước, các hợp chất có tính axit hoặc tính kiềm.
• Cản trở quá trình vận hành các ống thoát nước mưa từ mái bể.
• Tác hại đối với môi trường: cặn dầu có khả năng gây ô nhiễm trầm trọng đối với cả môi trường đất, nước và không khí.

Sự hình thành cặn dầu trong quá trình tồn chứa dầu thô

Các nguyên nhân chính làm xuất hiện cặn dầu trong quá trình tồn chứa đó là: do sự thay đổi tính chất của nguyên liệu trong quá trình bảo quản và sự nhiễm lẫn các tạp chất cơ học, nước trong quá trình khai thác, xuất nhập và tồn chứa.

Các phương pháp làm sạch bồn bể chứa dầu thô

Phương pháp cơ học

Cơ chế: phương pháp này dùng các dụng cụ cơ khí chuyên dụng để nạo vét, thu gom cặn bùn từ bồn bể vào các vật dụng chứa đựng. Cặn bùn sau khi thu gom sẽ được vận chuyển đến các đơn vị chuyên xử lý nhằm đáp ứng yêu cầu xả thải và tiêu chuẩn môi trường theo quy định.

Ưu điểm: dễ áp dụng vì phương pháp này không đòi hỏi yêu cầu về công nghệ chuyên sâu.

Nhược điểm:

• Không thu hồi được lượng dầu thô hòa lẫn, cuốn theo trong cặn bùn, dẫn đến thất thoát dầu thô trong quá trình tồn chứa và giảm hiệu quả kinh tế trong vận hành, chế biến lọc hóa dầu.
• Chi phí nhân công thực hiện tương đối lớn vì đòi hỏi số lượng nhân công thực hiện nhiều và môi trường làm việc nguy hiểm, độc hại.
• Chi phí xử lý cặn bùn cao vì đây là chất thải nguy hại với khối lượng phát thải khá lớn.
• Gây ô nhiễm môi trường vì phát thải một lượng lớn hydrocacbon và các chất thải nguy hại khác.

Kết quả đạt được: phương pháp này chỉ giải quyết được một vấn đề là thu gom cặn bùn ra khỏi bồn bể nhằm giải phóng thể tích chiếm dụng của cặn bùn trong hệ thống bồn bể chứa dầu thô.

Phương pháp hóa học

Cơ chế: phương pháp này dùng dung môi hòa tan có tính chất tương đồng với thành phần hydrocacbon có trong cặn bùn để lôi cuốn các hợp chất hydrocacbon này ra khỏi cặn bùn. Dung môi sau khi hòa tan cặn bùn sẽ được đưa trở lại chế biến như một loại dầu thô. Trong quá trình này, cần sử dụng các chất hoạt động bề mặt và/hoặc các hóa chất phân tán (nếu cần thiết) để hỗ trợ quá trình hòa tan cặn bùn vào dung môi, khử nhũ và hỗ trợ quá trình tách pha giữa dầu và nước, … Đồng thời, trong phương pháp này còn sử dụng nước để lôi cuốn các hợp chất vô cơ, tạp chất cơ học ra khỏi pha dầu, nhằm giảm thiểu các tạp chất không mong muốn trong dầu thu hồi.

Ưu điểm:

• Mang lại lợi ích kinh tế cao vì đã thu hồi được hydrocacbon có trong cặn bùn, giảm thiểu sự thất thoát dầu thô, góp phần gia tăng hiệu quả kinh tế trong công nghiệp lọc hóa dầu.
• Chi phí xử lý cặn rắn thấp vì khối lượng cặn phát thải không nhiều sau khi được xử lý bằng phương pháp hóa chất.
• Thời gian thực hiện được rút ngắn hơn so với phương pháp cơ học, tăng hệ số vận hành (operation factor) của bể chứa.
• Giảm thiểu tác động ô nhiễm môi trường từ lượng cặn bùn phát thải.

Nhược điểm: phương pháp được thực hiện với nhiều công đoạn phức tạp và hiệu quả thu hồi dầu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Do đó, cần phải tiến hành nhiều thí nghiệm, khảo nghiệm thực tiển để đánh giá và xây dựng mô hình tối ưu trước ứng dụng rộng rãi vào thực tiễn.

Kết quả đạt được: phương pháp này hướng đến vấn đề thu hồi dầu từ cặn bùn trong quá trình vệ sinh hệ thống bồn bể chứa dầu thô. Ngoài mục tiêu thu hồi một lượng lớn hydrocacbon có trong cặn bùn, giải phóng thể tích chiếm dụng của cặn bùn trong bồn bể mang lại hiệu quả kinh tế trong sản xuất kinh doanh, phương pháp này còn ý nghĩa về mặt môi trường vì đã giảm thiểu đáng kể lượng chất thải nguy hại phát thải ra môi trường.

1. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
   1. Nguyên vật liệu
      1. Cặn bùn

Trên cơ sở lý thuyết về sự hình thành cặn bùn, cùng với các đặc tính dầu thô đã được chế biến tại nhà máy lọc dầu Dung Quất, có thể dự đoán rằng cặn bùn tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất có một số tính chất sau đây:

• Ở điều kiện lưu trữ bình thường cặn bùn có dạng rắn, sệt.
• Thành phần chủ yếu là các hợp chất hydrocacbon với thành phần chính là các paraffin. Đây là đặc tính quan trọng để quyết định việc lựa chọn chủng loại dung môi pha loãng cặn dầu.
• Có lẫn một số hợp chất muối vô cơ, tạp chất rắn không hòa tan như cát sạn, gỉ sắt, …

Cặn dầu được lấy từ bể TK6001A để thực hiện các mô hình thí nghiệm.

• • 1. Dung môi hòa tan

Để hòa tan được cặn dầu với thành phần chính là các hợp chất paraffin mạch dài, cần phải lựa chọn dung môi có các đặc tính tương đồng sau đây:

• Có thành phần chính cũng là các hợp chất paraffin để có thể phân tán các phân tử paraffin từ cặn bùn vào dung môi.
• Có điểm đông đặc và độ nhớt thấp để dễ dàng hòa tan cặn dầu trong môi trường nhiệt độ không quá cao.

Với hai đặc tính vừa nêu, sau khi đánh giá cơ sở vật chất hiện có tại Nhà máy lọc dầu Dung quất, Nghiên cứu này lựa chọn chủng loại dung môi để đánh giá là LGO và dầu thô Anzeri. Ngoài việc đáp ứng được hai đặc tính trên, việc lựa chọn cácloại dung môi này còn có một số thuận lợi như sau:

• LGO: Hiện nay, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất đang sử dụng một lượng tương đối lớn phân đoạn LGO được phân tách từ phân xưởng CDU để xúc rửa đường ống dẫn dầu sau khi nhập dầu thô vào bể chứa. Đề tài sẽ tận dụng nguồn nguyên liệu LGO đã nhiễm dầu thô trong quá trình xúc rửa đường ống này để áp dụng vào thực tiễn.
• Dầu thô Anzeri: Đề tài sẽ tận dụng nguồn dầu thô Anzerri sẵn có để pha loãng cặn bùn, nhằm tiết giảm chi phí mua sắm dung môi hòa tan, mang lại hiệu quả kinh tế cao cho Đề tài.
  • 1. Nước

Ngoài thành phần chính là các hydrocacbon, trong cặn dầu còn có một số hợp chất vô cơ và các tạp chất cơ học, nếu các tạp chất này đi vào pha dung môi sẽ làm giảm chất lượng dầu thu hồi, gây ảnh hưởng đến xúc tác của các phân xưởng chế biến hạ nguồn như RFCC, v.v…. Vì vậy, Đề tài lựa chọn phương án bổ sung nước vào để hòa tan các hợp chất vô cơ và lôi cuốn các tạp chất cơ học lắng đọng xuống pha nước, qua đó góp phần nâng cao chất lượng dầu thu hồi.

• • 1. Hóa chất hoạt động bề mặt

Với các đặc tính của cặn dầu đã được đề cập trên, để nâng cao hiệu suất thu hồi dầu cần thiết phải sử dụng một số hóa chất có tính hoạt động bề mặt. Các hóa chất này có đặc tính sau đây:

• Có khả năng làm mềm hóa cặn bùn nhằm tăng hiệu quả quá trình hòa tan cặn bùn vào dung môi pha loãng.
• Có tác dụng khử nhũ hệ dầu nước, qua đó góp phần thúc đẩy quá trình tách pha giữa dầu và nước xảy ra nhanh chóng và triệt để.
• Có khả năng hỗ trợ quá trình lắng đọng các tạp chất cơ kim vào pha nước.
• Và/hoặc có khả năng hỗ trợ phân tán asphaltene.
• Không có các thành phần nguy hại ảnh hưởng đến vi sinh vật và môi trường.
• Có pH trung tính để giảm thiểu các tác động ăn mòn không mong muốn.

Với các đặc tính nêu trên, Đề tài đã xem xét và sử dụng hóa chất vào nghiên cứu thực nghiệm có tên hiệu EC9007G và EC2472A của Nhà cung cấp hóa chất Nalco có các thành phần và chức năng chính như sau:

• 1. Điều kiện vận hành

Ngoài việc đánh giá và lựa chọn các nguyên vật liệu, điều kiện vận hành cũng góp phần quan trọng vào việc nâng cao hiệu suất thu hồi dầu, trong đó có hai điều kiện vận hành chính đó là tốc độ khuấy trộn và nhiệt độ của hỗn hợp.

Tốc độ khuấy trộn góp phần thúc đẩy sự tiếp xúc giữa dung môi pha loãng với cặn bùn, giữa nước với dung môi pha loãng, giữa hóa chất hoạt động bề mặt cặn bùn qua đó góp phần nâng cao hiệu quả tác dụng của các tác nhân nói trên. Tuy nhiên, với điều kiện thực tế tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, cũng như căn cứ vào các quy định vận hành an toàn, thông số tốc độ khuấy trộn có thể được cài đặt ở mức cao nhất của thiết kế.

Nhiệt độ của hỗn hợp góp phần hỗ trợ quá trình hòa tan cặn bùn vào dung môi pha loãng, quá trình tách pha giữa dầu và nước, đồng thời ngăn cản quá trình keo tụ trở lại của các phân tử parafin. Vì vậy, Đề tài sẽ tiến hành thí nghiệm để tối ưu hóa thông số nhiệt độ của hỗn hợp, vừa thỏa mãn quá trình thu hồi xảy ra hiệu quả nhất đồng thời cũng đáp ứng được các điều kiện an toàn trong quá trình vận hành Nhà máy Lọc dầu.

• 1. Xây dựng mô hình thử nghiệm
     1. Quy trình xác lập mô hình thực nghiệm

Một mô hình thực nghiệm gồm các giai đoạn như sau:

• Giai đoạn 1: Pha trộn hỗn hợp: cặn bùn, dung môi, nước và hóa chất.
• Giai đoạn 2: Khuấy trộn và gia nhiệt.
• Giai đoạn 3: Chờ lắng, tách pha.
• Giai đoạn 4: Lấy mẫu.
• Giai đoạn 5: Phân tích mẫu.
• Giai đoạn 6: Đánh giá mô hình.
  • 1. Các mô hình thực nghiệm của Đề tài

Mô hình tối ưu hóa chủng loại dung môi hòa tan

Mô hình tối ưu hóa tỷ lệ LGO và nhiệt độ

Mô hình tối ưu hóa nồng độ hóa chất

Bảng 2.3. Mô hình thí nghiệm nồng độ hóa chất

LIÊN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KY THUAT HOA HOC\KHOA 35\(R)13. Vo Tan Phuong\18. Vo Tan Phuong\TOM TAT