Nghiên cứu quá trình Cracking chọn lọc cặn dầu thải từ bồn bể chứa để sản xuất nhiên liệu lỏng

- NGUYỄN ÁNH THU HẰNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH CRACKING CHỌN LỌC CẶN DẦU THẢI TỪ BỒN BỂ CHỨA ĐỂ SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU LỎNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ HỮU CƠ – HÓA DẦU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.
- ĐINH THỊ NGỌ HÀ NỘI - 2010 LỜI CAM ĐOAN “Tôi xin cam đoan những số liệu trong luận án là hoàn toàn trung thực, là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác” Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010 Tác giả: Nguyễn Ánh Thu Hằng Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng Nguyễn Ánh Thu Hằng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 2LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới GS.
- Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng Nguyễn Ánh Thu Hằng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 3MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cám ơn Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các hình vẽ, đồ thị Danh mục các bảng MỞ ĐẦU Chương 1.
- Tổng quan về cặn dầu .
- Sự hình thành cặn dầu Thành phần cặn dầu Tác hại của cặn dầu .
- Phân loại cặn dầu .
- Các phương pháp xử lý cặn dầu .
- Xúc tác cho quá trình cracking xúc tác .
- Khái quát về nhiên liệu xăng và diesel .
- Khái quát về nhiên liệu xăng .
- Khái quát về nhiên liệu diesel Chương 2.
- Thu hồi cặn dầu Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng Nguyễn Ánh Thu Hằng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 42.1.2.
- Làm sạch cặn dầu .
- Tổng hợp xúc tác cho quá trình cracking cặn dầu thải .
- Phản ứng cracking xúc tác cặn dầu thải .
- Chưng cất phân đoạn sản phẩm của quá trình cracking xúc tác .
- Xử lý màu của sản phẩm nhiên liệu thu được .
- Thu hồi cặn dầu .
- Craking xúc tác cặn dầu thải thu nhiên liệu lỏng .
- Tính chất của cặn dầu thải .
- Làm sạch, xử lý sơ bộ cặn dầu .
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cracking xúc tác cặn dầu .
- Tẩy màu sản phẩm nhiên liệu thu được .
- Thành phần và tính chất của sản phẩm nhiên liệu KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng Nguyễn Ánh Thu Hằng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT API ASTM FCC RFCC DCC RON LCO HCO DO FO CI TCVN PAH atm BET D6R EDTA IR SBU SBA SEM USY XRD (American Petroleum Institute.
- Nhiên liệu đốt lò.
- Brunauer – Emmentt – Teller, phương pháp xác định bề mặt riêng Double 6 – rings, vòng kép 6 cạnh Ethylen Diamine Tetra Acetic, tác nhân chelat Infrared, phổ hồng ngoại Secondary Building unit, đơn vị cấu trúc thứ cấp Structure directing agent (Scanning Electron Microscopy): ảnh hiển vi điện tử quét (Ultra-stable zeolit Y): zeolit Y siêu bền (X-Ray Diffaction): phổ nhiễu xạ tia X Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng Nguyễn Ánh Thu Hằng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 2.1.
- Sơ đồ thiết bị cracking xúc tác cặn dầu trong phòng thí nghiệm Hình 2.3.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất thu nhiên liệu lỏng Hình 3.6.
- Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác tới hiệu suất thu nhiên liệu lỏng Hình 3.7.
- Ảnh hưởng cuả thời gian phản ứng tới hiệu suất thu nhiên liệu lỏng Hình 3.8.
- Ảnh hưởng của tốc độ khuấy tới hiệu suất thu nhiên liệu lỏng Hình 3.9.
- Đường cong chưng cất phân đoạn diesel thu được Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng Nguyễn Ánh Thu Hằng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 7DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1.
- Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diesel Bảng 2.1.
- Bảng kết quả phân tích chỉ tiêu chất lượng cặn dầu FO Bảng 3.3.
- Các chỉ tiêu hóa lý của cặn dầu FO sau khi đã xử lý sơ bộ Bảng 3.4: Sản phẩm quá trình cracking trên các loại xúc tác khác nhau Bảng 3.5.
- Hiệu suất các phân đoạn nhiên liệu trên các loại xúc tác khác nhau Bảng 3.7.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng tới các phân đoạn nhiên liệu thu được Bảng 3.9.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng tới hiệu suất các phân đoạn nhiên liệu thu được Bảng 3.10.
- Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác tới sản phẩm quá trình cracking Bảng 3.11.
- Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác tới các phân đoạn nhiên liệu thu được Bảng 3.12.
- Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác tới hiệu suất các phân đoạn nhiên liệu thu được Bảng 3.13.
- Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới sản phẩm quá trình cracking Bảng 3.14.
- Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới các phân đoạn nhiên liệu thu được Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng Nguyễn Ánh Thu Hằng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 8Bảng 3.15.
- Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới hiệu suất các phân đoạn nhiên liệu thu được Bảng 3.16.
- Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn tới các phân đoạn nhiên liệu thu được Bảng 3.18.
- Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn tới hiệu suất các phân đoạn nhiên liệu thu được Bảng 3.19.
- Một số tính chất của nhiên liệu diesel trước và sau khi xử lý màu Bảng 3.20.
- Một số tính chất hóa lý của nhiên liệu xăng thu được Bảng 3.21.
- Một số tính chất hóa lý của nhiên liệu diesel thu được Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng Nguyễn Ánh Thu Hằng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 9MỞ ĐẦU Từ khi ra đời đến nay, ngành công nghiệp khai thác và chế biến dầu khí phát triển không ngừng.
- Các loại sản phẩm dầu mỏ vẫn là nguồn nguyên liệu và nhiên liệu không thể thiếu được trong một xã hội công nghiệp, phục vụ đắc lực cho việc phát triển kinh tế xã hội.
- Tuy nhiên, việc khai thác, chế biến, vận chuyển và sử dụng các loại sản phẩm dầu mỏ cũng gây nhiều tác hại, đặc biệt là ảnh hưởng đến chất lượng môi trường: Các nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ trong quá trình đốt đã gây ô nhiễm không khí do thải ra chì, SO2, CO2, NOx.
- Một trong những vấn đề đáng quan tâm ở nước ta hiện nay là xử lý cặn dầu từ quá trình tồn trữ dầu thô, các sản phẩm nhiên liệu …Cặn dầu ở nước ta sau khi được lấy ra khỏi các bồn bể chứa, các tầu chở dầu, được thu gom vào bể và để phân hủy tự nhiên trong không khí, hoặc chôn dưới đất, một lượng ít được ép với mùn cưa tạo viên than đốt.
- Tất cả các cách trên đều dẫn đến gây lãng phí nguồn nguyên liệu dầu mỏ đang ngày một cạn kiệt và nếu không đảm bảo đúng các yêu cầu kỹ thuật xử lý thì cặn dầu sẽ là nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí và môi trường nước mặt lẫn nước ngầm.
- Trước tình hình đó, cần phải có một giải pháp nhằm tái sử dụng lại lượng cặn dầu kể trên, tạo ra các sản phẩm có ích, tránh gây ô nhiễm môi trường.
- Xuất phát từ mục đích và yêu cầu trên, luận văn “Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng” nhằm đưa ra phương pháp xử lý cặn dầu thải để thu một lượng nhiên liệu có giá trị hơn.
- Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng Nguyễn Ánh Thu Hằng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 10CHƯƠNG 1.
- Tổng quan về cặn dầu 1.1.1.
- Sự hình thành cặn dầu Thực tế cho thấy 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 sẽ gia tăng … Cặn dầu có thể phát sinh từ các nguồn sau: 1.1.1.1.
- 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.
- Do vậy có thể xem trong 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 chuyển, tồn chứa dầu thô trước khi đưa vào chế biến.
- Sự tạo thành cặn dầu trong quá trình xuất nhập, vận chuyển và tồn chứa dầu thô và xăng dầu thương phẩm Tại các khu vực khai thác dầu, dầu mỏ được để lắng nhằm tách các tạp chất cơ học, nước, muối…để tăng độ ổn định của dầu nguyên khai.
- Theo cơ quan quản lý Vietsopetro, hàng năm lượng cặn dầu sinh ra khoảng 1.500 đến 1.600 tấn và được vận chuyển đến công ty Sông Thu- Đà Nẵng để nhập Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng Nguyễn Ánh Thu Hằng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 11kho chờ xử lý.
- Ngoài ra, hàng năm công ty còn tiến hành nạo vét, vệ sinh tàu dầu cho các đối tác nước ngoài, lượng cặn dầu lên đến vài nghìn tấn..
- Quá trình vệ sinh, súc rửa 1 tàu dầu của Vietsovpetro sinh ra khoảng 3000 tấn cặn dầu có lẫn mùn cưa và mạt sắt sinh ra trong quá trình vệ sinh tàu dầu.
- Bên cạnh đó, khu công nghiệp lọc dầu Dung Quất đang hình thành, chắc chắn rằng lượng cặn dầu trong nay mai sẽ ngày một gia tăng [23].
- Sự tạo thành cặn dầu do tính thiếu ổn định của nhiên liệu trong quá trình bảo quản Trong nhiên liệu xăng dầu, các thành phần có ổn định hoá học hay không còn phụ thuộc vào cấu tạo phân tử của chúng.
- Nếu nhiên liệu còn có nhiều hydrocacbon chưa no dạng olefin thì rất dễ bị oxy hoá và trùng hợp rất nhanh tạo nên chất nhựa và axit, đồng thời làm biến đổi luôn tính chất hoá học của nó.
- Khuynh hướng tạo nhựa của các nhiên liệu phần lớn phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt tiếp xúc của nhiên liệu với không khí.
- Các sản phẩm của quá trình oxy hoá như peroxit và các chất nhựa có tính axit càng đẩy nhanh thêm quá trình oxy hoá nhiên liệu.
- Nếu hàm lượng các hợp chất chứa lưu huỳnh và nitơ trong nhiên liệu nhiều thì sự tạo nhựa cũng tăng lên.
- Với sản lượng dầu khai thác như vậy, lượng cặn dầu sinh ra ước tính khoảng 140.000 tấn.
- Theo số liệu của Tổng Công ty xăng dầu Việt Nam, trung bình 1 bồn chứa dung tích 5.000 m3 1 tháng sinh ra 50 kg cặn dầu [7].
- Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng Nguyễn Ánh Thu Hằng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 121.1.2.Thành phần cặn dầu Thành phần chủ yếu của cặn dầu là hỗn hợp của các chất nặng, có thành phần phức tạp, gồm dầu mỡ có phân tử lượng lớn, nhựa, asphanten, cacben, cacboit, tạp chất cơ học… sinh ra trong quá trình tồn chứa, bảo quản, vận chuyển sản phẩm dầu.
- 1.1.3.Tác hại của cặn dầu Cặn dầu có rất nhiều tác hại.
- Tác hại đối với nhiên liệu và động cơ Trong cặn dầu luôn chứa nước, nhựa, asphanten, dầu mỡ có phân tử lượng lớn, cacboit, cacben… Nếu không loại bỏ cặn dầu kịp thời thì trong các lần tồn chứa tiếp theo, các chất này sẽ thâm nhập vào sản phẩm dầu gây nên tác hại rất lớn.
- Trong nhiên liệu, các chất nhựa (không hoà tan) cùng với nước, cặn bẩn và gỉ kim loại tạo thành chất kết tủa dưới dạng nhũ tương bền vững, là nguyên nhân làm mài mòn các chi tiết kim loại, làm tắc bẩn bộ chế hoà khí, tắc vòi phun nhiên liệu trong động cơ.
- Nước trong nhiên liệu làm tăng khả năng oxy hoá của dầu, làm giảm khả năng toả nhiệt của nhiên liệu.
- Các axit hữu cơ, các peroxit và các sản phẩm oxy hoá khác sinh ra trong quá trình tạo cặn như là nhựa, asphanten làm biến đổi màu sắc, độ ổn định và phẩm chất của nhiên liệu theo chiều hướng xấu.
- Tác hại đối với quá trình tồn chứa nhiên liệu Nếu trong các nhiên liệu có nước sẽ gây hiện tượng gỉ ở những nới tiếp xúc nhiên liệu và kim loại.
- Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng Nguyễn Ánh Thu Hằng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 13Các nhiên liệu chứa các loại axit và kiềm tan trong nước, các axit hữu cơ khác nhau, các peroxit và các sản phẩm oxy hóa khác.
- Tác hại đối với môi trường Cặn dầu trong bồn bể chứa là một khối đặc sệt.
- Nếu cặn này tồn tại lâu dài trong bể thì sẽ ảnh hưởng tới chất lượng nhiên liệu nên phản thả ra ngoài.
- Nếu cặn dầu thải ra không được xử lý cẩn thận thì sẽ gây ô nhiễm nguồn nước, nguồn đất, không khí và ảnh hưởng tới sức khỏe con người.
- Do tác hại của cặn dầu mà việc xử lý cặn dầu đang được quan tâm và là một trong những vấn đề quan trọng hiện nay [12].
- Phân loại cặn dầu Dựa vào nguồn gốc phát sinh, có thể chia cặn dầu thành các loại như sau .
- Cặn dầu mỏ Cặn trong các bể chứa dầu mỏ là hỗn hợp nhiều hydrocacbon có phân tử lượng khác nhau, thường rất lớn.
- Cặn dầu mỏ liên kết với nhau tạo thành một khối kết chặt và ngày càng dày lên.
- Thành phần cặn trong bể chứa dầu mỏ STT Thành phần Phần trăm (%KL) 1 Nước 18 2 Tạp chất cơ học 12 3 Parafin 21 4 Các sản phẩm dầu lỏng 49 Theo hai công ty quản lý đường ống dẫn dầu Tatarxki và Barkiaxki ở Nga, thì trong các bể chứa dầu mỏ dung tích 5000 m3 độ cao trung bình của lớp cặn đáy Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng Nguyễn Ánh Thu Hằng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 14trong một năm là từ 500 - 800 mm.
- Cặn nhiên liệu đốt lò (FO) Nhiên liệu đốt lò (Fuel oil, viết tắt là FO), là sản phẩm của quá trình chưng cất, thu được từ phân đoạn dầu thô có nhiệt độ sôi lớn hơn 350oC.
- Tuy nhiên, nhiên liệu đốt lò cũng có thể nhận được từ phần cất nhẹ hơn, hoặc từ phần cặn của các công đoạn chế biến sâu (cracking, reforming…) hoặc được pha trộn với những thành phần nhẹ và được sử dụng cho các lò đốt nồi hơi, cho động cơ diezen tàu thuỷ và các quá trình công nghiệp khác…Vì vậy, khái niệm nhiên liệu đốt lò (FO) cũng bao hàm cả các loại nhiên liệu nhẹ hơn, có nhiệt độ cất trung bình, màu hổ phách…như nhiên liệu diezel, dầu hoả thắp đèn khi chúng được sử dụng làm nhiên liệu đốt lò.
- Nghiên cứu quá trình cracking chọn lọc cặn dầu thải nhằm thu nhiên liệu lỏng Nguyễn Ánh Thu Hằng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 15Nhiên liệu FO nặng hơn nhiên liệu DO, KO và xăng.
- Do đó, quá trình lắng tách và đông tụ các hydrocacbon cao phân tử xuống đáy bồn bể chứa nhiên liệu FO xảy ra mạnh hơn.
- Đồng thời đây cũng là nguyên nhân thúc đẩy quá trình tạo nhựa và asphanten trong nhiên liệu FO nhanh hơn trong các loại nhiên liệu khác.
- Trong cùng thời gian và điều kiện tồn chứa, phụ thuộc vào bản chất của nhiên liệu, nếu nhiên liệu càng nặng thì trong cặn càng chứa nhiều nhựa, asphanten, cacboit và tạp chất cơ học.
- Các phương pháp xử lý cặn dầu Sau khi loại bỏ cặn dầu mỡ từ bồn bể chứa, hỗn hợp thu được bao gồm cặn dầu, chất tẩy rửa.
- Vì chất tẩy rửa thân thiện với môi trường nên cấu tử gây ô nhiễm ở đây chính là cặn dầu.
- Trước đây, cặn dầu thu được sau mỗi lần xúc rửa bể đều được đem đi chôn trong các bể bêtông, đốt bỏ hoặc để phân huỷ tự nhiên trong không khí.
- Điều này gây ô nhiễm môi trường và lãng phí một lượng lớn nhiên liệu còn nằm trong cặn dầu.
- Do đó, cần thiết phải nghiên cứu để tìm ra hướng đi mới nhằm xử lý cặn dầu một cách tối ưu hơn [23].
- Các chất sẽ tự phân hủy trong một thời gian nhất định tùy thuộc vào lượng cặn dầu tẩy ra

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt