Tổng quan hóa hoc dầu mỏ pps

TS. Nguyễn Thị Phương Phong
HÓA HỌC DẦU MỎ
PETROCHEMISTRY
CHEMISTRY OF PETROLEUM

Chương 1. Dầu mỏ và khí (4 tiết)
1.1.Nguồn gốc dầu mỏ và khí hydrocacbon
trong thiên nhiên

1.2. Thành phần hóa học của dầu mỏ và khí
1.3. Phân loại dầu mỏ và khí
1.4. Các đặc trưng hoá lý và sự đánh giá chất
lượng dầu mỏ.

Chương 2.Xúc tác cho quá trình chế biến dầu mỏ và
khí (10 tiết)

2.1. Quá trình Cracking xúc tác
2.2. Quá trình Reforming xúc tác.
2.3. Quá trình đồng phân hoá.
2.4. Quá trình dehydro hoá

2.5. Quá trình oxi hoá

2.6. Các quá trình khác

Chương 3. Các sản phẩm từ qúa trình chế biến dầu
mỏ và khí (8 tiết)

3.1.Các sản phẩm năng lượng


3.2.Các sản phẩm phi năng lượng

3.3.Các sản phẩm hoá học

Chương 4. Dầu khí ở Việt Nam (8 tiết)

4.1. Lịch sử hình thành và phát triển Công nghiệp
dầu khí tại Việt Nam

4.2. Sản lượng và tiềm năng khai thác dầu khí ở Việt
Nam

4.3. Đặc điểm dầu thô và khí hydrocacbon tại Việt
Nam

4.4.Nhu cầu và thị trường các sản phẩm dầu khí
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Chemistry of Petrochemical Processes - Sami Matar
2. Dầu khí và Dầu khí ở Việt Nam – Trần Mạnh Trí (1996)
2. Hóa học dầu mỏ và khí – Đinh Thị Ngọ (2002)
3. Giáo trình Xúc tác dị thể - Hồ Sĩ Thoảng (2009)
4. Năng lượng cho thế kỷ 21- Những thách thức và triển vọng – Hồ Sĩ Thoảng
Trần Mạnh Trí (2009)

Năng lượng dầu mỏ và khí là tài nguyên hóa thạch, là
năng lượng không tái tạo (khái niệm năng lượng tái
tạo và năng lượng không tái tạo).

Dầu mỏ đã được sử dụng cách đây 4.000 năm để xây
các bức tường của Babylon.


Vào thế kỷ thứ tư, người Trung Quốc đã từng khoan
những giếng sâu 200m và khai thác dầu thông qua
những ống tre.

1848 đã có những ống khoan công nghiệp đầu tiên
khai thác dầu ở gần Baku (Nga)

Dầu mỏ được khai thác ở Bắc Mỹ và Châu Âu ở độ sâu
40-50m dưới mặt đất.

Từ năm 1859 dầu bắt đầu được khai thác ở Hoa Kỳ,
sản phẩm chủ yếu là dầu mỏ dùng để thắp sáng.

Đến đầu thế kỷ 20, lượng dầu khai thác trên toàn thế
giới là vài chục tấn.

Công nghiệp dầu mỏ phát triển mạnh mẽ khi các
phương tiện xe hơi và máy bay phát triển.

Hiện nay công nghiệp dầu mỏ đã phát triển đến mức
độ các sản phẩm dầu khí chiếm 60% năng lượng
toàn cầu

Về bản chất hóa học, sự hình thành dầu và khí giống
như sự hình thành than, có nguồn gốc từ xác động
vật và thực vật và phải trải qua hàng triệu năm trong
điều kiện nhiệt độ cao và áp suất cao.

Khác với than có nguồn gốc là xác động vật và thực

vật trên đất liền, nguồn gốc của dầu và khí chủ yếu
là xác các động vật và thực vật phiêu linh lắng
xuống đáy đại dương.

Dầu và khí ở dạng lỏng và khí nên sau khi hình
thành phải tìm những chổ trú ẩn được gọi là “bẫy
dầu”

Nguồn gốc vô cơ

Cuối thế kỷ 19 nhà hóa học người Nga
Dmitri Ivanovich Mendeleev đã đưa ra lý thuyết
vô cơ giải thích sự hình thành của dầu mỏ.

Theo lý thuyết này dầu mỏ phát sinh từ phản
ứng hóa học giữa cacbua kim loại với nước tại
nhiệt độ cao ở sâu trong lòng trái đất tạo thành
các hidrocacbon và sau đó bị đẩy lên trên. Theo
lý thuyết này dầu mỏ phát sinh từ phản ứng
hóa học giữa cacbua kim loại với nước tại nhiệt
độ cao ở sâu trong lòng trái đất tạo thành các
hidrocacbon và sau đó bị đẩy lên trên.
Năm 1866, Berthelot đã tiến hành quá trình tổng hợp được
các hợp chất hydrocacbon thơm từ axtylen ở nhiệt độ cao
với sự có mặt của xúc tác.
Năm 1901, Sabatier và Sendereus tiến hành phản ứng hydro
hoá axetylen trên xúc tác Niken và Sắt ở nhiệt độ trong
khoảng 200 đến 300oC, đã thu được một loạt các
hydrocacbon tương ứng như thành phần của dầu 
Nguồn gốc vô cơ


Hàm lượng các hợp chất cacbua trong lòng đất thì
khá hạn chế trong khi đó thì dầu mỏ ngày càng tìm
được với số lượng rất lớn và hầu như có mặt khắp
nơi

Các phản ứng tạo hợp chất thơm và các hợp chất có
thành phần tương tự như thành phần của dầu mỏ từ
CH
4
và C
2
H
2
đòi hỏi có nhiệt độ cao trong khi đó thực
tế nhiệt độ đạt được trong các mỏ dầu thì ít khi vượt
quá 150 đến 200oC
Nguồn gốc vô cơ

Theo giả thiết này thì dầu mỏ được hình thành từ
các hợp chất có nguồn gốc hữu cơ, cụ thể là từ xác
chết của động thực vật và trải qua một quá trình
biến đổi phức tạp trong một thời gian dài (hàng chục
đến hàng trăm triệu măn) dưới tác động của nhiều
yếu tố khác nhau như vi khuẩn, nhiệt độ, áp suất và
xúc tác có sản trong lòng đất và đôi khi còn có sự
tác động của các bức xạ do sự phóng xạ ở trong
lòng đất.
Nguồn gốc hữu cơ
Gồm 4 giai đoạn


Tích đọng các vật liệu hữu cơ ban đầu

Biến đổi các chất hữu cơ ban đầu thành dầu khí

Sự di cư của dầu - khí đến các bồn chứa thiên nhiên

Biến đổi tiếp tục trong bồn chứa tự nhiên.

Dầu và khí hydrocacbon trong thiên nhiên đều có
cùng một nguồn gốc. Chính vì vậy, nơi nào có dầu
cũng sẽ có khí và ngược lại. Tuy nhiên do quá trình
di cư có thể khác nhau, nên mặc dù chúng được
sinh ra ở một nơi chúng vẫn có thể cư trú ở những
nơi khác xa nhau. Vì vậy có thể gặp những “bẫy”
chứa khí nằm xa “ bẫy” chứa dầu.
Nguồn gốc hữu cơ

Tích đọng các vật liệu hữu cơ ban đầu

Thành phần các xác động thực vật chia làm:

*Các chất hữu cơ như cacbon hydrat (ko bền vững, dưới
tác dụng vi khuẩn tạo thành khí và các chất tan trong
nước)

*Các chất lipid (bao gồm các acid béo, nhựa, các HC cao
phân tử) khó bị phá hủy bởi vi khuẩn.

*Các chất albumin


Trong thành phần chất HC của xác động vật thì xác chất
lipid là bền vững nhất, ko bị phân hủy do đó được bảo vệ
nguyên vẹn khi lắng đọng nên là chất mẹ đẻ để biến đổi
về sau tạo thành dầu khí
Nguồn gốc hữu cơ

Biến đổi các chất hữu cơ ban đầu thành dầu khí

Các chất hữu cơ có trong trầm tích chịu nhiều biến đổi
hóa học dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất, xúc tác
và thời gian.

Thời gian càng dài, độ lún càng sâu, khả năng tạo những
phân tử bé hơn, mạch hydrocacbon ngắn hơn dầu sẽ nhẹ
hơn.

Theo tính toán khi độ sâu khoảng từ 5-7km thì quá trình
tạo dầu xem như kết thúc và chuyển sang quá trình tạo
khí.
Nguồn gốc hữu cơ

Sự di cư của dầu đến bồn chứa thiên nhiên

Dầu và khí được tạo thành thường phân bố rải rác trong
các lớp trầm tích chứa dầu được gọi là đá mẹ. Dưới tác
dụng của áp suất và sự biến động của địa chất, dầu và
khí trong đá mẹ bị đẩy ra và di chuyển đến những nơi
khác. Quá trình di cư đến những lớp đá rỗng xốp, còn gọi
là đá chứa và sẽ ở lại đó và tạo thành những bồn chứa

thiên nhiên gọi là “bẫy”.

Trong quá trình di cư, tính chất và thành phần của dầu
biến đối.
Nguồn gốc hữu cơ
Nguồn gốc hữu cơ
Bẫy dầu là khối đá rỗng xốp mà dầu vào được chứ không
ra được do các tấng đá chắn và nút muối.Trong quá trình
vận chuyển qua các tầng đá xốp một số chất nhựa và
asphanten bị hấp phụ bởi các lớp đất làm dầu trở nên nhẹ
hơn và sạch hơn.
Về bản chất, dầu và khí là hydrocacbon nhưng khác nhau ở
chỗ các mỏ khí thiên nhiên chỉ chứa khí trong khi đó các
mỏ dầu đều chứa dầu và khí.
Khi đi sâu vào lòng đất nhiệt độ và áp suất càng cao nên
quá trình phân hủy các chất hữu cơ xảy ra càng mạnh,dầu
càng nhẹ và sinh ra nhiều khí hơn.

Thành phần hoá học của dầu mỏ và khí nói chung
rất phức tạp.

Khi khảo sát thành phần dầu mỏ và khí của nhiều
mỏ dầu trên thế giới, đều thấy không dầu nào giống
hẳn dầu nào, có bao nhiêu mỏ dầu thì có bấy nhiêu
loại dầu mỏ.

Ngay trong bản thân một lổ khoan, dầu mỏ lấy từ
các tầng dầu khác nhau, cũng đều khác nhau.

Các hợp chất hydrocacbon (HC), là hợp chất mà trong

thành phần của nó chỉ chứa hai nguyên tố là cacbon và
hydro

Các hợp chất phi HC, là các hợp chất mà trong thành
phần của nó ngoài cacbon, hydro thì chúng còn chứa
thêm các nguyên tố khác như nitơ, lưu huỳnh, oxy .

Tổng cộng các hydrocacbon riêng lẻ cho đến nay đã
xác định được là 425. Còn đối với các chất không
thuộc loại hydrocacbon trong dầu mỏ, đến nay cũng đã
xác định được khoảng 380 hợp chất, trong đó phần lớn
là các hợp chất lưu huỳnh (khoảng 250 hợp chất).

Các hợp chất hydrocacbon (HC) thành phần chính yếu
của dầu mỏ và khí, quan trọng nhất của dầu thô chiếm từ
60-90% trọng lượng dầu khô

Gồm 3 loại HC: HC paraffinic; HC aromatic; HC naptenic

Trong mỏ dầu có các HC thuần chủng nhưng cũng có các
HC tạp chủng, trong khi đó đối với khí, ngay cả khí đồng
hành lẫn khí thiên nhiên chỉ có HC paraffinic không có
các HC nào khác.

Khí đồng hành (tức là khí đi cùng với dầu trong quá trình
khai thác):metan, etan, propan, butan, một ít pentan).

Khí thiên nhiên từ các mỏ khí cũng gồm các thành phần
giống khí đồng hành nhưng metan và etan là chủ yếu


Các hợp chất parafin:

Hàm lượng chung các n-parafin trong dầu mỏ thường
từ 25-30% thể tích.Tùy theo dầu mỏ được tạo thành
từ những thời kỳ địa chất nào, mà sự phân bố các n-
parafin trong dầu sẽ khác nhau.

Nói chung sự phân bố này tuân theo quy tắc sau:

tuổi càng cao, độ sâu lún chìm càng lớn, thì hàm
lượng n-parafin trong phần nhẹ của dầu mỏ càng
nhiều.

HC paraffinic C5-C10 mạch nhánh trong thành phần
nhẹ của dầu là thành phần rất qúy, làm cho xăng có
tính chống kích nổ cao. Ngược lại cấu trúc thẳng
làm giảm chất lượng xăng.

HC paraffinic C10-C15 mạch thẳng nằm ở phân đoạn
trung bình là cấu tử rất qúy cho nhiên liệu phản lực
và diezen vì có khả năng tự bốc cháy dễ dàng khi
nén ép

HC từ C17 trở lên nằm trong phân đoạn nặng, là tinh
thể rắn trong dầu thô làm ảnh hưởng đến tính linh
động của dầu.