ĐÁNH GIÁ, lựa CHỌN QUY TRÌNH NÂNG cấp và xử lý dầu NẶNG TRONG cụm THIẾT bị LOẠI MUỐI NHÀ máy lọc dầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN HỮU ĐẠT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐÁNH GIÁ, LỰA CHỌN QUY TRÌNH NÂNG CẤP VÀ XỬ LÝ DẦU
NẶNG TRONG CỤM THIẾT BỊ LOẠI MUỐI NHÀ MÁY LỌC DẦU

HÀ NỘI, THÁNG 6 NĂM 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN HỮU ĐẠT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐÁNH GIÁ, LỰA CHỌN QUY TRÌNH NÂNG CẤP VÀ XỬ LÝ DẦU
NẶNG TRONG CỤM THIẾT BỊ LOẠI MUỐI NHÀ MÁY LỌC DẦU

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

GIÁO VIÊN CHẤM

PGS.TS. Phạm Xuân Núi

HÀ NỘI, THÁNG 6 NĂM 2015


3

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn, biết ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS. Phạm Xuân
Núi, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian qua để em có thể
hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Đồng thời em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô
giáo trong bộ môn Lọc-Hóa dầu, Trường Đại học Mỏ-Địa chất đã tạo điều kiện, hỗ
trợ để em có thêm những kiến thức liên quan tới đồ án tốt nghiệp.
Cảm ơn thầy Phạm Xuân Núi, các thầy cô trong bộ môn đã dạy dỗ và cung cấp
cho em nhiều kiến thức là hành tranh trong công việc và tương lai sau này.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn bạn bè và người thân trong gia đình,
những người luôn là chỗ dựa vững chắc và luôn ủng hộ em trong mọi việc.
Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC


4


5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN
STT

HÌNH VẼ

TÊN HÌNH VẼ

TRANG

1

Hình 1.1

Phân loại dầu thô theo độ nhớt và tỉ trọng
API

2

2

Hình 1.2

Mối quan hệ giữa các đặc tính khác nhau
trong dầu nặng

5

3

Hình 1.3

Tỉ lệ H/C của các loại nguyên liệu

6

4

Hình 1.4

Mô hình phân tử Asphaten và tương tác
của nó với kim loại, hợp chất

7

5

Hình 1.5

Dự trữ dầu Thế giới năm 2010

8

6

Hình 1.6

Trữ lượng dầu nặng của một số quốc gia

9

7

Hình 1.7

Sản lượng khai thác dầu nặng trên toàn
Thế giới năm 2006 và dự báo khai thác dầu
nặng năm 2030

10

8

Hình 2.1

Sơ đồ cụm thiết bị tách muối với thiết bị
loại muối nằm ngang

15

9

Hình 2.2

Cụm thiết bị gia nhiệt dầu thô [10]

16

10

Hình 2.3

Cụm thiết bị tách muối và gia nhiệt cho dầu
thô

18

11

Hình 2.4

Thiết bị loại muối (tiết diện ngang)

19

12

Hình 2.5

Hệ thống thiết bị rửa bùn, mùn ở đáy thiết
bị loại muối

20

13

Hình 2.6

Mô hình lực hút tĩnh điện giữa hai giọt
nước. Thu hút lưỡng cực là lực hút tĩnh
điện giữa hai đầu tích điện trái dấu những
giọt nước

21

14

Hình 2.7

Mô hình lực hút tĩnh điện giữa điện cực và

giọt nước

21

15

Hình 2.8

Lò gia nhiệt

22

16

Hình 2.9

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khối lượng
riêng và độ nhớt của dầu thô (nhà máy lọc
dầu Dung Quất)

23

17

Hình 2.10

Hiệu quả của tổn thất áp suất qua van tạo
nhũ tới hàm lượng muối và nước trong dầu

24

6

thô
18

Hình 3.1

Sơ đồ lò phản ứng trang bị siêu âm cộng
hưởng sóng dừng cho khử muối và nước
trong nhũ tương dầu thô [11]

28

19

Hình 3.2

Thời gian chiếu xạ khác nhau (3, 6, 9 và 12
phút), với tần số 28 kHz, thời gian lắng 60
lắng, liều lượng chất khử nhũ là 2 ppm,
tiêm nước 7% thể tích dầu, nhiệt độ 100°C

30

20

Hình 3.3

Nước và thời gian chiếu xạ tại công suất
khác nhau (25, 40, 50, 75 và 100 W). Tần
3số 28 kHz, thời gian lắng 60 phút, liều
lượng chất khử nhũ 2 ppm, tiêm nước 7%V,
nhiệt độ 100°C

31

21

Hình 3.4

Hàm lượng muối và công suất ở thời
gian chiếu xạ khác nhau (3, 6, 9 và 12
phút). Tần số 28 kHz, thời gian lắng 60
phút, liều lượng chất khử nhũ 2 ppm, tiêm
nước 7%V, nhiệt độ 100°C

31

22

Hình 3.5

Hàm lượng muối và thời gian chiếu xạ tại
công suất khác nhau (25, 40, 50, 75 và 100
W). Tần số 28 kHz, thời gian chiếu xạ 60
phút, liều lượng chất khử nhũ 2 ppm, tiêm
nước 7%V, nhiệt độ 100

32

23

Hình 3.6

Thực nghiệm hiệu quả khử muối so với hiệu
quả tính toán khử muối

32

24

Hình 3.7

Thực nghiệm hiệu quả loại nước với hiệu
quả tính toán loại nước

33

25

Hình 3.8

Hệ thống kết hợp siêu âm-điện trường xử lý
nước và muối của dầu thô

34

26

Hình 3.9

So sánh hàm lượng nước, muối bị khử khi
sử dụng điện trường và sử dụng kết hợp
sóng siêu âm-điện trường

35

27

Hình 3.10

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng
muối bị khử

36


7

28

Hình 3.11

Ảnh hưởng tần số sóng siêu âm đến loại
muối và nước

37

29

Hình 3.12

Ảnh hưởng của công suất sóng siêu âm trên
kết quả khử muối

38

30

Hình 3.13

Ảnh hưởng của sự sụt giảm áp suất trộn
trên kết quả khử muối

39

31

Hình 3.14

Ảnh hưởng của chất khử nhũ tương trên kết
quả khử muối và nước

39

32

Hình 3.15

Ảnh hưởng của nước bơm vào kết quả khử
muối, nước

40

33

Hình 3.16

Dòng kiểm tra dữ liệu từ nhà máy lọc của
YPC, SINOPEC

41

34

Hình 3.17

Hàm lượng nước so với thời gian ở điều
kiện tốt nhất sử dụng kết hợp sóng siêu âmđiện trường

42

35

Hình 3.18

Hàm lượng muối so với thời gian ở điều
kiện tốt nhất sử dụng kết hợp sóng siêu âmđiện trường

42

36

Hình 3.19

Các điện cực trong công nghệ tổ hợp AC
và DC

45

37

Hình 3.20

Thiết bị xử lý công nghệ tổ hợp AC và DC

45

38

Hình 3.21

Điện áp sụt giảm và trường trung bình

46

39

Hình 3.22

Thiết bị xử lý phân cực kép

46

40

Hình 3.23

Sự biến đổi tần số trong hệ thống công
nghệ tần số cao kết hợp AC và DC

47

41

Hình 3.24

Sự dao động tần số cộng hưởng hưởng

47

42

Hình 3.25

Công suất xử lý cho thiết bị 12’x80’ sử
dụng công nghệ tĩnh điện khác nhau cho
dầu thô API 20.60

48


8

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN
STT BẢNG BIỂU

TÊN BẢNG BIỂU

TRANG

1

Bảng 1.1

Thành phần, tính chất của các loại dầu thô

3

2

Bảng 1.2

Tính chất dầu thô một số nước trên Thế giới

4

3

Bảng 3.1

Thuộc tính tiêu biểu của dầu thô khảo sát

34

4

Bảng 3.2

Một số kết quả thu khác nhau giữa hai công nghệ

49

5

Bảng 3.3

Hiệu quả giữa công nghệ loại muối sử dụng công
nghệ điện cực thép và điện cực kim loại màu

49


9

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AC
DC

ETP
BS&W
PTB

Dòng điện xoay chiều
Dòng điện một chiều
Phân xưởng xử lý nước thải
Cặn đáy và nước, đo bằng tổng số hàm
lượng tạp chất lẫn trong dầu thô
Pound/nghìn thùng


10

MỞ ĐẦU
Dầu khí ngày càng thể hiện vai trò và đóng góp lớn cho kinh tế, an ninh xã hội,
năng lượng của các nước trên Thế giới. Và Việt Nam cũng vậy, dầu khí được tìm
thấy và khai thác với trữ lượng lớn, phần lớn dầu thô khai thác ở nước ta là dầu
ngọt, nhẹ, có nhiều parafin, là loại dầu có giá trị cao trong khu vực và trên Thế giới.
Nhưng hiện tại sản lượng khai thác hàng năm đang giảm xuống báo động, hầu hết
các nhà máy lọc dầu đều sử dụng dầu nhẹ làm nguyên liệu xử lý, với tốc độ tiêu thụ
nhanh, công nghệ khai thác và xử lý hiện đại như hiện nay thì nguồn nguyên liệu
nhẹ sẽ cạn dần.
Chất lượng dầu thô trên Thế giới tác động rất lớn đến ngành công nghệ lọc dầu,
các nhà máy lọc dầu mới và hiện đang nâng cấp thiết kế tương ứng để xử lý nguyên
liệu nặng hơn hoặc pha trộn của các loại dầu thô khác nhau với tỉ lệ cao của dầu mỏ
nặng. Dầu nặng chứa một lượng lớn các tạp chất (lưu huỳnh, kim loại, nitơ,
asphalten) khó khăn trong xử lý và chế biến, nhưng nhu cầu của các sản phẩm
chưng cất nhẹ (nhiên liệu sạch ví dụ cực thấp diesel lưu huỳnh và xăng dầu) đang
gia tăng trên toàn Thế giới. Vì vậy, việc nghiên cứu, chế biến và nâng cấp dầu nặng

là vấn đề cấp bách và đáng quan tâm. Nâng cấp dầu nặng được nghiên cứu nhiều

năm qua, các dự án lớn đã được triển khai tại các quốc gia có sản lượng dầu
nặng lớn như Venezuela, Canada,…Ở nước ta cũng vậy, tuy là quốc gia có sản
lượng dầu thô chính là dầu ngọt, nhưng đội ngũ các kĩ sư, công ty khoan thăm dò
khai thác luôn tìm tòi, hợp tác mở rộng khai thác dầu khí, đặc biệt chú tâm tới
khai thác, nâng cấp dầu nặng. Nhiều dự án lớn được kí kết với các trên Thế giới,
điển hình là dự án khai thác dầu nặng lô Junin 2 (Venezuela), lô 76 Peru
(Malayxia),…[17-18]. Qua đó ta thấy được tầm quan trọng của nghiên cứu các
quá trình nâng cấp dầu nặng.
Vỉ vậy em chọn đề tài “Đánh giá, lựa chọn quy trình nâng cấp và xử lý dầu
nặng trong cụm thiết bị loại muối nhà máy lọc dầu” để tìm hiểu, nghiên cứu. Qua
đó có cái nhìn tổng quát về nâng cấp dầu nặng, các quy trình nâng cấp, chế biến.
Đặc biệt nâng cấp xử lý dầu nặng trong cụm thiết bị loại muối nhà máy lọc dầu.


11
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DẦU NẶNG
1.1. Khái niệm, thành phần, tính chất dầu nặng

1.1.1. Khái niệm, tính chất dầu nặng
Dầu nặng là loại dầu thô có độ nhớt rất cao, đặc tính chung là tỉ trọng lớn, tỷ số
H/C thấp, thành phần Aromatic đa vòng ngưng tụ nhiều, hàm lượng Aspalten cao,
phân tử lớn kết hợp với hầu hết các lưu huỳnh, nitơ và hàm lượng phần trăm kim
loại, cặn cacbon cao.
Tùy vào độ nhớt, tỉ trọng API mà người ta chia ra thành dầu nặng, dầu siêu nặng
và nhựa đường. Thông thường khi đề cập tới dầu nặng thì nó đã bao hàm cả dầu
siêu nặng và nhựa đường. Ta có bảng phân loại dầu theo độ nhớt và tỉ trọng API
trong hình sau:

Hình 1.1. Phân loại dầu thô theo độ nhớt và tỉ trọng API [1]
Ta phân loại theo 4 nhóm cơ bản:
Loại A: Dầu nhẹ là dầu có API > 20 và độ nhớt µ > 100 cP.
Loại B: Dầu nặng là dầu có 20 > API > 10 và độ nhớt 1000 cP < µ < 10000 cP.
Loại C: Dầu siêu nặng là dầu có API < 10.Và độ nhớt 10000cP < µ < 1000000
cP


12
Loại D: Bitum tự nhiên, còn gọi là cát hắc ín, hoặc dầu cát, thuộc tính chất của
dầu nặng nhưng có độ dày đặc hơn và nhớt hơn và có độ nhớt µ > 1000000 cP, API
< 10.
Vì Thế dầu nặng khó khăn trong quá trình bơm lên mặt đất, trong đường ống
dẫn dầu, vận chuyển, trở ngại cho quá trình lọc dầu, chi phí đầu tư khai thác cao,
sản lượng khai thác không được nhiều và thách thức lớn trong vấn đề môi trường.

Dầu nặng được đặc trưng bởi tỷ trọng API thấp, hàm lượng cao các tạp chất
và chất lượng sản phẩm chưng cất thấp. Dầu thô nhẹ và nặng có sự khác biệt đáng
chú ý là có thể được quan sát thấy trong bảng sau:
Bảng 1.1. Thành phần, tính chất của các loại dầu thô [1]
Loại dầu thô
Dầu rất nhẹ

Dầu nhẹ

Dầu nặng

Dầu rất
nặng

22 – 32

10 - 22

< 10

0,0- 2

< 0,1 – 12

11 - 25

15 - 40

Nhựa, wt%

0,05 – 3

3 – 22

14 - 39

-

Dầu, wt%

-

67 – 97

24 - 64

-

S, wt%

0,02 – 0,2

0,05 - 4.0

0,1 – 5,0

0,8 – 6,0

N, wt%

0,0 - 0.01

0,02 – 0,5

0,2 – 0,8

0,1 – 1,3

< 10

10 – 200

50 - 500

200 – 600

Tỷ trọng API

>50

Hydrocacbons
Asphalten, wt
%

Tạp chất

Ni+V, ppm

Dầu nhẹ có tỷ trọng API > 22, trong hỗn hợp hydrocacbons thì thành phần khối
lượng Asphalten thấp < 0,1- 12 khối lượng, hàm lượng nhựa và dầu lần lượt bằng
322, 6797 khối lượng, hàm lượng tạp chất thấp.
Dầu nặng có tỷ trọng API < 22, trong hỗn hợp hydrocacbons thì thành phần
khối lượng Asphalten cao bằng 11- 25 khối lượng, hàm lượng nhựa và dầu lần lượt
bằng 1439, 2464 khối lượng, hàm lượng tạp chất cao.
Đặc tính dầu thô khác nhau của một số nước:
Bảng 1.2. Tính chất dầu thô một số nước trên Thế giới [1]


13

Mỏ dầu thô

Tỷ
trọng

N,

S,

Nhựa,

Asphalten

wt%

wt%

wt%

wt%

API
Algeria, Hassi Messaoud

45

-

-

3,3

0,15

Pháp, Lagrave

43

-

-

7,5

4

Mexico, Isthmus

38

0,14

1,45

8,1

1,3

Mexico, Maya

22

1,1a

3,5

87,6b

12,6

Canada, Lloyminster

15

-

4,3

38,4

12,9

Qayarah, Iraq

15

-

8,4

36,1

20,4

Venezuela, Boscan

10

0,52

5,6

34

14

Canada, Cold Lake

10

1,24

7,14

25

13

Canada, Althabasca

8

1,25

7,95

14

15

a

(N+O), b(nhựa + malten)

Dầu nhẹ ở Algeria, Pháp có tỉ trọng API > 40, hàm lượng N, S rất rất ít gần như
là không có, hàm lượng nhựa và Asphalten lần lượt là < 7,5% và 4% khối lượng
dầu.
Dầu nặng Venezuela và Canada có API < 10. Hàm lượng phần trăm về khối
lượng N, S lần lượt là 1,25% và < 7,14% khối lượng dầu. Hàm lượng nhựa và
asphalten > 14% và > 13% khối lượng dầu.
Qua bảng 1.1 và bảng 1.2, ta thấy sự khác biệt lớn giữa dầu nặng, dầu nhẹ trong
tỷ trọng, hàm lượng asphalten, nhựa, tạp chất và từ đó dẫn đến sự khác nhau trong
dầu thô giữa các nước.
Dầu nặng đặc trưng bởi một loạt các tính chất vật lý, mối quan hệ giữa các tính
chất vật lý khác nhau như thể hiện trong hình 1.2.


14

Hình 1.2. Mối quan hệ giữa các đặc tính khác nhau trong dầu nặng [1]
Hình 1.2 cho thấy mối quan hệ giữa các đặc tính khác nhau trong dầu nặng. Tỷ
trọng API và độ nhớt là 2 yếu tố hàng đầu quyết định tính chất dầu nặng. Ta thấy, tỷ
trọng của dầu nặng chủ yếu dao động từ 718 API thì độ nhớt dầu từ 50010000 Cp.
Thành phần phần trăm về khối lượng nhựa và asphalten trong dầu nặng tăng khi

tỷ trọng API giảm, với những dầu có API > 40 thì hầu như không có nhựa và
asphalten, với dầu nặng có API < 20 thì thành phần nhựa, asphalten dao động từ 1020% về khối lượng dầu. Cùng với đó là sự tăng hàm lượng các kim loại Vanadi,
Niken đặc biệt là kim loại Vanadi khi khối lượng Asphalten tăng trong dầu, hai
nguyên tố này là thành phần kim loại chủ yếu trong dầu nặng, gây ra hiện tượng
lắng cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt, đầu độc và phá hủy xúc tác các phân đoạn
xử lý sau.

1.1.2. Thành phần hợp chất, dị nguyên tố trong dầu nặng
Tỉ lệ H/C của các loại dầu thô được đưa ra ở hình 1.3.


15

Hình 1.3. Tỉ lệ H/C của các loại nguyên liệu [2]
Hình 1.3 mô tả rõ tỉ lệ H/C giảm rõ rệt từ nguyên liệu xăng tới cặn chưng cất
chân công, theo đó tỉ lệ H/C của xăng, dầu thô, dầu nặng, cặn chưng cất chưng
không lần lượt là 2, 1,6, 1,4, 1,3. Cùng với giảm tỉ lệ H/C là tăng độ nhớt (độ nhớt
cao) trong nguyên liệu trên Asphalten trong dầu nặng [2]

Asphalten có cấu trúc phức tạp với các polime nhân thơm có chứa kim loại
(chủ yếu là Ni và V), ta không thể định nghĩa rõ asphalten với tính chất hóa học
của nó. Asphalten được cấu thành bởi các hạt nhân ngưng tụ thơm mang nhóm
alkyl, hệ thống vòng no và dị nguyên tố. Phân tử Asphalten liên kết với nhau trong
các hệ thống đến năm hoặc sáu lớp, được bao quanh bởi cái gọi là malten (tất cả
những cấu trúc khác nhau từ asphalten đểu hòa tan được trong n-heptan). Cấu trúc
chính xác của asphalten rất phức tạp và một số cấu trúc đã được đề xuất cho các
asphalten hiện diện trong dầu thô khác nhau. Chiều dài của chuỗi alkyl trong
asphalten đã là chủ đề của các nghiên cứu khác nhau. [Mojelsky (1992)] tìm thấy
chuỗi 3-4 nguyên tử cacbon trong khi [Speight (1999)] tìm thấy lên đến 30 nguyên
tử cacbon trong chuỗi alkyl. Các nghiên cứu khác về cấu trúc của asphalten đã thực

hiện [Miller 1998; Mullins 1999]. Một phân tử asphalten có thể có đường kính là 45 nm, kim loại trong asphalten được cho là có mặt hợp chất hữu cơ kim loại kết hợp
với tâm asphalten, làm cho asphalten nặng hơn khối lượng phân tử ban dầu của nó.


16

Hình 1.4. Mô hình phân tử Asphaten và tương tác của nó với kim loại, hợp chất
[2]
1.2. Tình hình, trữ lượng, tiềm năng dầu nặng trên Thế giới

1.2.1. Tình hình, trữ lượng dầu nặng Thế giới
Tình hình dự trữ trên toàn Thế giới của các loại dầu thô là rất rõ, trong khi dầu
thô nhẹ sản xuất sụt giảm, sản lượng dầu thô nặng và đặc biệt dầu thô siêu trọng
ngày càng tăng. Do đó, trong tương lai gần, nhà máy lọc dầu sẽ buộc phải thay Thế
dầu thô nhẹ bằng dầu thô nặng [3].
 Trữ lượng dầu thô trên Thế giới
Hơn một nửa dầu nặng trên Thế giới là dầu nặng và bitum (dầu nặng và bitum
chiếm khoảng 53,3% dự trữ dầu Thế giới, dầu nhẹ thông thường chiếm khoảng
46,7% trữ lượng Thế giới. Lượng dầu nhẹ ngày càng giảm xuống, còn dầu nặng và
bitum chưa được khai thác nhiều và được phát hiện thêm.


17

Hình 1.5. Dự trữ dầu Thế giới năm 2010 [3]

Và dầu nặng thế giới được đưa ra bởi hình 1.6


18

Hình 1.6. Trữ lượng dầu nặng của một số quốc gia [3]
Từ hình 1.6 cho thấy, Canada, Venuzuela và Russia (Nga) có trữ lượng dầu
nặng lớn nhất trên Thế giới (> 1 nghìn tỷ thùng). Mỹ, Trung Quốc và một số vùng ở
Venezuela có trữ lượng dầu nặng xấp xỉ 100 tỉ thùng.

1.2.2. Tiềm năng dầu nặng trên toàn Thế giới và Việt Nam
1.2.2.1. Tiềm năng dầu nặng trên toàn Thế giới
Quản lý năng lượng và thông tin (EIA) dự báo trong tương lai dầu nặng tăng
200 phần trăm từ năm 2006 đến năm 2030. Trong tổng trữ lượng dầu của Thế giới,
ước tính có khoảng 53 phần trăm là trong các hình thức dầu nặng hoặc bitum. Một
nghiên cứu công bố trong 2004 xác định 42 lĩnh vực nghiên cứu mà có thể cải thiện
dầu nặng hiện lên công nghệ phân loại. Với khoảng 15 dự án thương mại ở Canada
kể từ năm 2006, và nhiều dự án khác ở Mỹ. Các công nghệ này đang được thử
nghiệm mạnh mẽ và thí điểm đối với quy mô thương mại ứng dụng. Vì vậy lọc dầu
nặng là thách thức lớn đối với các nước trên Thế giới [3].


19

Hình 1.7. Sản lượng khai thác dầu nặng trên toàn Thế giới năm 2006 và dự báo
khai thác dầu nặng năm 2030 [3]
1.2.2.2. Tiềm năng dầu nặng Việt Nam
Dầu khí khai thác của nước ta chủ yếu là dầu nhẹ, với sản lượng dầu thô chính
từ mỏ Bạch Hổ (chiếm 80% sản lượng dầu thô khai thác cả nước), nhưng đứng
trước tình hình và thách thức lớn khi nguồn dầu mỏ nước ta đang cạn kiệt, đặc biệt
là dầu nhẹ. Từ đó các công ty, tập đoàn đã triển khai nhiều dự án tìm kiếm, khai
thác, thăm dò dầu khí [18].
Tổng công ty thăm dò-khai thác dầu khí (PVEP) hiện đang triển khai trên 50 dự
án, trong đó có 40 dự án trong nước và khoảng 15 dự án ở nước ngoài, trong số này

có 3 dự án đầu tư ra nước ngoài đang khai thác thương mại là các dự án lô PM 304
và SK 305 (Malaysia), dự án lô 67 Peru. Ngoài ra, một số dự án đã có phát hiện dầu
khí rất quan trọng như dự án M2 (Myanma), lô 39 Peru, hiện đang được triển khai
rất tích cực để có dòng dầu trong thời gian sớm nhất. Dự án khai thác dầu tại
Algerie cũng đang được PVEP tích cực triển khai, dự kiến sẽ có dòng dầu đầu tiên
vào cuối năm nay [19].
Sự hợp tác giữa tập đoàn dầu khí Việt Nam (PVN) và tổng công ty dầu khí quốc
gia Venezuela đang có sự tiến triển tốt trong tháo giỡ khó khăn dự án nâng cấp và
khai thác dầu nặng Lô Junin 2, với sản lượng 200.000 thùng dầu/ngày, tương đương


20
10 triệu tấn dầu một năm, đánh dấu sự hợp tác kinh tế quan trọng của hai nước, tạo
điều kiện cho dự án đạt hiệu quả kinh tế như kì vọng của hai bên. Dầu nặng sẽ được
liên doanh đưa qua nhà máy lọc dầu do hai bên góp vốn xây tại Việt Nam để nâng
cấp thành dầu nhẹ thương phẩm [19].
Vì vậy nghiêm cứu nâng cấp, xử lý dầu nặng không riêng nước ta mà với các
nước trên trên Thế giới có vai trò rất quan trọng trong sự phát triển năng lượng, an
ninh toàn cầu, phát triển kinh tế đất nước, khu vực và Thế giới.


21

CHƯƠNG 2. CỤM THIẾT BỊ LOẠI MUỐI TRONG PHÂN XƯỞNG CDU
NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT
2.1. Nguyên nhân, tác hại của việc xuất hiện muối
Dầu thô vừa khai thác ở mỏ lên, ngoài các thành phần chủ yếu là các
hydrocacbon trong dầu thô còn chứa khí, nước, muối, cát, đất nằm trong dầu mỏ.
Muối lẫn trong dầu thô như NaCl, CaCl2, MgCl2.... Nước lẫn trong dầu mỏ ở trạng
thái tự do và cả trạng thái nhũ tương. Tùy theo từng loại dầu, nguồn gốc mà thành

phần, hàm lượng muối, tạp chất khác nhau. Việc có mặt các tạp chất kể trên còn có
hại tới quá trình vận chuyển và chế biến [5].
Muối trong dầu tồn tại ở dạng hòa tan trong nước hoặc tinh thể có tính chất khác
nhau. Clorua natri hầu như không tan, clorua canxi trong điều kiện tương ứng có thể
thủy phân đến 10% và tạo HCl, clorua magie thủy phân 90% và quá trình diễn ra cả
ở nhiệt độ thấp. Do đó muối là nguyên nhân chính ăn mòn thiết bị. Ta có thể thấy
trong phản ứng đưới đây [8]:
Với 500 thì xuất hiện phản ứng: NaCl + H2O NaOH + 2HCl
Trong khi đó ở 1200C thì:

MgCl2 + 2H2O Mg(OH)2 + 2HCl

Và 200-2300C:

CaCl2 +2H2O Ca(OH)2 + 2HCl

Khi chưng cất dầu các hợp chất lưu huỳnh phân hủy tạo H2S ăn mòn thiết bị rất lớn.
Fe + H2S FeS + H2.
Muối còn lắng đọng lại từng lớp trong các đường ống, thiết bị trao đổi nhiệt, là
nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng đóng cặn, giảm hệ số truyền nhiệt của thiết
bị trao đổi nhiệt và tham gia tạo nhũ tương thêm bền vững. Kim loại từ muối và
chất rắn (Na, Mg, Ca.…) còn là nguyên nhân đầu độc xúc tác, giảm hoạt độ của xúc
tác trong các phân xưởng cracking xúc tác. Và dầu có hàm lượng lớn nước thì khi
đưa vào tháp chưng cất nước bốc hơi sẽ làm tăng áp suất trong thiết bị chưng cất,
gây nổ, chiếm diện tích và hỏng thiết bị [5].
Do đó, cần phải loại muối và nước trước khi đưa dầu thô vào tháp chưng cất.
Các phương pháp phá nhũ: cơ học, hóa học, điện trường.


22

2.2. Các phương pháp loại muối
Có nhiều phương pháp loại để loại muối trong dầu thô. Quá trình này đều dựa
trên nguyên tắc tách trọng lực, sử dụng bình hoặc bể chứa lớn cho phép nước, chất
bẩn, muối tách ra khỏi dầu dựa vào sự khác nhau về khối lượng riêng.

2.2.1. Phương pháp cơ học
2.2.1.1. Phương pháp lắng
Lắng được ứng dụng cho nhũ tương mới, không bền, có khả năng tách lớp dầu
và nước do chúng có trọng lượng riêng khác nhau. Nung nóng làm tăng nhanh quá
trình phá nhũ do sự hòa tan của màng bảo vệ nhũ tương vào dầu nặng, giảm độ nhớt
hỗn hợp. Bản chất của phương pháp là dựa vào sự khác nhau về tỷ trọng dầu và các
tạp chất như đất đá, nước, muối. Nếu dầu có các tạp chất này khi để lắng lâu ngày
thì tạp chất sẽ tách ra và lắng xuống tạo thành hai lớp rõ rệt và có thể tách ra dễ
dàng [6].
2.2.1.2. Phương pháp ly tâm
Ly tâm là phương pháp hay dùng để tách nước và các tạp chất đất đá. Lực ly
tâm càng lớn, càng có khả năng phân chia cao các hạt có tỷ trọng khác nhau trong
dầu. Lực ly tâm tỷ lệ với bình phương số vòng quay ly tâm của roto, nên số vòng
quay càng lớn thì hiệu quả càng cao. Trong công nghiệp thường dùng máy ly tâm
với số vòng quay lớn với số vòng quay từ 3500 – 5000 vòng/phút. Nhưng nếu số
vòng quay càng lớn thì việc chế tạo thiết bị càng khó khăn và không thể chế tạo với
công suất lớn. Do vậy việc sử dụng phương pháp này cũng bị hạn chế [6].
2.2.1.3. Phương pháp lọc
Để tách nước và các tạp chất đất đá khỏi dầu có thể dùng phương pháp lọc. Ta
thêm vào dầu một chất dễ thấm nước, để giữ nước và tách chúng ra. Các chất này
thuộc loại các “chất trợ lọc”. Ví dụ như trong thực tế người ta dùng bông thủy tinh
để lọc nước khỏi dầu.
Phương pháp lọc đơn giản và có thể đạt hiệu quả cao nhưng gặp phải khó khăn
là liên tục phải thay Thế màng lọc do bẩn hay quá tải mà đôi khi việc thay Thế cũng
rất tốn kém và phức tạp [6].

23

2.1.2. Phương pháp hóa học
Bản chất của phương pháp là cho thêm chất hoạt động bề mặt để phá nhũ tương
(còn gọi là chất khử nhũ). Khi các điều kiện như nhiệt độ, áp suất,…thích hợp thì
hiệu quả của phương pháp rất cao. Chất phá nhũ tốt là những chất có hiệu quả cao,
liều lượng thấp, sẵn có, không ăn mòn thiết bị, không làm thay đổi tính chất của
dầu, không độc hoạc dễ tách ra khỏi nước. Để tăng nhanh phá nhũ cần đun nóng
hỗn hợp dầu.
Song khó khăn là phải chọn được chất hoạt động bề mặt thích hợp, giảm sức
căng bề mặt, tăng khả năng kết dính các hạt nước với nhau, không gây hậu quả khó
khăn cho chế biến sau này, cũng như không phân hủy hay tạo môi trường ăn mòn
thiết bị [6].

2.1.3. Phương pháp điện trường kết hợp các phương
pháp khác
Sử dụng điện trường để tách nhũ được ứng dụng rộng rãi trong các xí nghiệp và
nhà máy từ đầu năm 1990. Thiết bị tách muối với hệ thống lưới điện và các bản điện
cực để tạo ra trường điện từ bên trong bình tách muối. Do trường điện từ, các hạt
nước sẽ liên kết lại với nhau để tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn. Các hạt
nước có dạng hình cầu có sức căng bề mặt là thấp nhất. Dưới tác động của trường
điện từ có hiệu điện thế cao, các hạt nước sẽ bị biến dạng và hình thành nên trạng
thái lưỡng cực. Các hạt mang điện tích dương sẽ bị hút về bản điện cực âm và
ngược lại các hạt mang điện tích âm sẽ bị hút về bản điện cực dương. Hai hạt liền
kề nhau sẽ hút lẫn nhau. Các lực hút giữa các hạt nước có xu hướng kéo chúng lại
với nhau, nếu lực này đủ lớn thì chúng có thể phá vỡ liên kết nhũ tương để kết hợp
lại với nhau và lắng xuống đáy của bình tách muối [4].
Sự liên kết giữa các hạt dưới tác dụng của trường điện từ diễn ra rất nhanh

chóng. Chưa đầy 1/10 giây, hầu hết các hạt đã kết hợp lại với nhau.


24

Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ thiết bị khử muối hai giai đoạn [8]
Nhũ tương sau khi được nung nóng sẽ tiếp xúc với nước sạch và chất phá nhũ
được đưa vào, sau đó đi vào thiết bị phá nhũ. Trong đó nhũ tương bị phá hủy, nước
lấy ra ở phía dưới, còn dầu nặng lấy ra ở phía trên và đưa vào bể lắng [5].
Thiết bị phá nhũ cần chọn một điện trường phù hợp [4].
Sự phân bố của các hạt nước là hợp lý (tối thiểu 3% thể tích của lớp nhũ tương
nước/dầu). Kích cỡ và sự phân bố của các hạt nước trong dầu là hợp lý (Bởi tác
động của thiết bị tạo nhũ). Nếu một trong các thông số trên không đảm bảo cũng
như không phù hợp, quá trình liên kết giữa các hạt nước xảy ra không hoàn toàn.
Kết hợp điện trường và các phương pháp khác:
-

-

Phương pháp loại muối sử dụng điện, 1 đòng diện xoay chiều (AC) hay
một chiều (DC) trong dầu thô, và nước rửa dầu thô để tăng cường khả
năng loại muối [8].
Phương pháp loại muối kết hợp hóa học và điện, Tổ hợp của phương
pháp tĩnh điện và hóa chất làm tăng khả năng tách muối, hiện nay các
thiết bị hầu hết sử dụng phương pháp này [7].

Công suất, kích thước, loại và giai đoạn của cụm thiết bị phụ thuộc và từng nhà
máy lọc dầu cụ thể dựa trên đặc trưng, giới hạn của nhà máy. Chức năng cơ bản của
thiết bị loại muối. Về cơ bản, quá trình loại muối có thể đạt được trong thiết bị một
giai đoạn hoặc hai giai đoạn, phụ thuộc vào yêu cầu của quá trình. Hiệu quả của

25
tách nước, muối của thiết bị loại muối thường là 95% đối với thiết bị 1 giai đoạn và
lên tới 99% đối với thiết bị 2 giai đoạn [4].
2.3. Sơ đồ công nghệ cụm thiết bị loại muối và gia nhiệt trong nhà máy lọc hóa
dầu Dung Quất
2.3.1. Đặc tính của nguyên liệu
Dầu Bạch Hổ là loại dầu nhẹ với độ API là 39,2 và hàm lượng sulphur là 0,03%.
Bạch Hổ là loại dầu Paraffin (hệ số đặc trưng K = 12,3). Dầu Bạch Hổ có chất
lượng cao; hàm lượng độc tố thấp thích hợp cho những nhà máy lọc dầu với quá
trình Cracking [4].
Dầu DuBai là loại dầu chua với độ API là 31.2 và hàm lượng lưu huỳnh tổng là
2,1% khối, hàm lượng hydro sunfua thấp hơn 0,0001% khối lượng [4].

2.3.2. Sơ đồ công nghệ
2.3.2.1. Tiền gia nhiệt cho dầu thô
Dầu thô được bơm vào từ bể chứa đến phân xưởng chưng cất dầu thô bởi bơm
nguyên liệu. Sau khi đi vào cụm phân xưởng, dầu thô được gia nhiệt tại 2 dãy thiết
bị trao đổi nhiệt (mỗi dãy gồm 2 nhánh xong xong) như hình. Nhằm thu hồi nhiệt,
nâng cao nhiệt độ dầu thô [4].

Hình 2.2. Cụm thiết bị gia nhiệt dầu thô [9]
Tại dãy gia nhiệt đầu tiên, nhiệt độ của dầu thô từ 50 được nâng lên 133-138 tùy
theo dầu bạch hổ hay Dubai [4]. Nhiệt độ đầu ra của dầu thô ở hai nhánh song song
là tương tương nhau, dòng dầu thô đi vào mỗi nhánh được điểu chỉnh bằng các van