Đồ án nghiên cứu các phương pháp tách cặn dầu ra khỏi dung dịch chất tẩy rửa từ bồn bể chứa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG………………….

Đồ án
Nghiên cứu các phương pháp
tách cặn dầu ra khỏi dung dịch
chất tẩy rửa từ bồn bể chứa


Đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Tham gia nghiên cứu khoa học là ước mơ của mọi sinh viên, nhất là sinh viên
ngành hố vì đây là con đường ngắn nhất để tiếp cận với thực tiễn.
Trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp, em có may mắn được làm trong
nhóm nghiên cứu của GS. TS. Đinh Thị Ngọ. Dưới sự hướng dẫn tận tình của
cơ, em đã được tiếp cận với nguồn tài liệu phong phú, được định hướng tư duy
khoa học tiên tiến. Đây là hành trang, thuận lợi khi tốt nghiệp, là tiền đề để em
trở thành một kỹ sư tốt trong công cuộc xây dựng đất nước XHCN.
Em chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, quan tâm, nhắc nhở của cô!
Em chân thành cảm ơn cô đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành bản
đồ án này!
Em chân thành cảm ơn sự động viên, khích lệ của gia đình và bạn bè trong
suốt q trình thực hiện đồ án này!

Nguyễn Thị Ngọc Hương

1

HD1001

Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 4
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ...................................................... 5
I.Tổng quan về chất tẩy rửa. .................................................................................. 5
I.1. Thành phần chất tẩy rửa. ................................................................................. 5
I.1.1. Thành phần của các chất tẩy rửa thông thường. .......................................... 5
I.2. Thành phần chất tẩy rửa cặn xăng dầu. ........................................................ 17
I.2.1. Tinh dầu thông. .......................................................................................... 17
I.2.2. Axit dicacboxylic. ...................................................................................... 19
I.2.3. Chất hoạt động bề mặt. .............................................................................. 22
II. Tổng quan về cặn dầu. .................................................................................... 24
II.1. Tác hại của cặn dầu. .................................................................................... 24
II.2. Nguồn gốc phát sinh cặn dầu....................................................................... 25
II.3. Thành phần của cặn dầu .............................................................................. 29
III. Tổng quan về chất điện ly. ............................................................................ 32
III.1. Mối quan hệ giữa độ tẩy rửa và điện thế Zeta............................................ 32
III.2. Ảnh hưởng của chất điện ly đến điện thế zeta. .......................................... 32
CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM ...................................................................... 34
I. Tách cặn dầu từ dung dịch chất tẩy rửa. .......................................................... 34
I.1. Nguyên tắc. ................................................................................................... 34
I.2. Hoá chất và dụng cụ. ..................................................................................... 34
I.2.1. Hoá chất ..................................................................................................... 34
I.2.2. Thiết bị và dụng cụ .................................................................................... 35
I.3. Cách tiến hành............................................................................................... 35
I.3.1 Khảo sát hiệu suất tách theo nhiệt độ. ........................................................ 35
I.3.2 Khảo sát hiệu suất tách theo tốc độ sục khí khác nhau............................... 35
I.3.3. Khảo sát hiệu suất tách khi sử dụng các chất điện ly khác nhau. .............. 35
I.3.4. Khảo sát hiệu suất tách khi sục khí và sử dụng các chất điện ly khác nhau.

............................................................................................................................. 36
II. Xác định thành phần cặn dầu bằng phương pháp hoá học. ............................ 37
II.1. Chưng cất tách nước .................................................................................... 37
II.1.1. Nguyên tắc ................................................................................................ 38
II.1.2. Dụng cụ và hố chất ................................................................................. 38
II.1.3. Quy trình tiến hành ................................................................................... 38
II.1.4. Tính tốn kết quả ...................................................................................... 39
II.2. Xác định các tạp chất cơ học và cacbonit bằng phương pháp trích ly ........ 40
II.2.1. Định nghĩa ................................................................................................ 40
II.2.2. Nguyên tắc ................................................................................................ 40
II.2.3. Dụng cụ và hố chất ................................................................................. 40
II.2.4. Quy trình tiến hành ................................................................................... 40
II.2.5. Tính tốn kết quả ...................................................................................... 41

Nguyễn Thị Ngọc Hương

2

HD1001


Đồ án tốt nghiệp
II.3. Xác định asphanten...................................................................................... 41
II.3.1. Nguyên tắc ................................................................................................ 41
II.3.2. Quy trình tiến hành ................................................................................... 41
II.3.3. Tính tốn kết quả ...................................................................................... 41
II.4. Xác định hàm lượng nhựa ........................................................................... 42
II.4.1. Nguyên tắc ................................................................................................ 42
II.4.2. Quy trình tiến hành ................................................................................... 42
II.4.3. Tính tốn kết quả ...................................................................................... 42

CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 43
I. Thành phần của cặn dầu................................................................................... 43
I.1. Kết luận về thành phần cặn dầu. ................................................................... 43
I.2. Ảnh hưởng của cặn dầu đến bản chất nhiên liệu. ......................................... 43
II. Vai trò, ý nghĩa của việc thu hồi cặn dầu. ...................................................... 44
III. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tách dầu. .............................................. 44
III.1. Biện luận về sự cần thiết của việc sử dụng chất tẩy rửa. ........................... 44
III.2. Khảo sát các phương pháp thu hồi cặn dầu................................................ 45
III.2.1. Thu hồi cặn dầu bằng phương pháp để lắng. .......................................... 45
III.2.2. Thu hồi cặn dầu bằng phương pháp sục khí. .......................................... 47
III.2.3. Thu hồi cặn dầu bằng phương pháp sử dụng chất điện ly, khơng sục khí.
............................................................................................................................. 48
III.2.4. Thu hồi cặn dầu bằng phương pháp sử dụng chất điện ly, có sục khí. ... 50
III.2.5. Kết luận về các phương pháp thu hồi cặn dầu. ....................................... 52
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 55

Nguyễn Thị Ngọc Hương

3

HD1001


Đồ án tốt nghiệp
MỞ ĐẦU
Trong thời kỳ hiện nay, khi đất nước đang cùng hịa nhập với chủ trương cơng
nghiệp, hiện đại hóa, các khu cơng nghiệp ngày càng nhiều, trong đó dầu khí
đóng một vai trị chủ đạo trong chiến lược phát triển kinh tế của đất nước. Tốc
độ của các nghành cơng nghiệp nói chung và của nghành dầu khí nói riêng đang

có sự phát triển vượt bậc. Chính phủ đã xác định nghành dầu khí là “ trụ cột
kinh tế của cả nước”. Nhà máy lọc dầu Dung Quất đã đi vào hoạt động, nhà máy
lọc dầu Nghi Sơn, Long Sơn đang từng bước hình thành. Kéo theo đó là hàng
loạt những nhà máy, cụm cảng biển, kho bãi đã, đang và sẽ xây dựng.
Một trong những vấn đề quan tâm của ngành dầu khí nước ta hiện nay là xử lý
cặn bùn, cặn dầu sinh ra trong quá trình khai thác, chế biến, tồn chứa và vận
chuyển. Theo ước tính hệ số phát sinh cặn dầu cho một tấn dầu mỏ vào khoảng
7 kg/tấn. Như vậy với sản lượng dầu mỏ của nước ta khai thác năm 1997 là 10
triệu tấn/ năm thì lượng cặn tích tụ hàng năm là 70000 tấn/ năm.
Cặn dầu là phần dầu nặng có lẫn một số tạp chất cơ học bám vào hoặc sa lắng
xuống đáy của thiết bị tồn chứa hoặc vận chuyển. Lớp trên cùng là nhũ tương
của nước với sản phẩm dầu mỏ, lớp giữa là sản phẩm dầu mỏ bẩn và các hạt cơ
lửng, lớp đáy chiếm 3/4 là pha rắn và sản phẩm dầu mỏ.
Theo cơ quan quản lý tàu dầu Vietsovpetro thì hàng năm có khoảng 1500 –
6000 tấn cặn dầu thu gom từ quá trình vệ sinh tàu dầu được vận chuyển ra Đà
Nẵng chờ xử lý. Việc làm sạch bề mặt bị bám dầu là rất khó khăn và mất thời
gian. Hiện nay cũng có một số phương pháp làm sạch như gia nhiệt hay sử dụng
dung môi là các hydrocacbon để hồ tan hoặc làm mềm, sau đó dùng bơm áp lực
để phun hoặc dùng sức người để nạo vét. Hiệu quả của các phương pháp này
khơng cao, chi phí lớn, khơng an tồn cho người lao động và đặc biệt là làm ơ
nhiễm mơi trường. Vì vậy tìm một phương pháp để làm sạch các bể mặt nhiễm
bẩn dầu một cách hiệu quả là rất quan trọng. Một phương pháp hiện nay được
đưa ra nghiên cứu đó là sử dụng chất tẩy rửa. Phương pháp này có ưu điểm là
khơng gây độc hại, đơn giản, ít tốn kém và góp phần bảo vệ môi trường.
Một vấn đề đặt ra là xử lý hỗn hợp sau quá trình tẩy rửa cặn dầu từ bồn, bể
chứa để thu hồi tối đa lượng cặn dầu. Lượng cặn này sẽ được đem ô xi hoá để
tạo bitum, cracking để tạo nhiên liệu. Phần nước thải sau đó chứa càng ít cặn
dầu thì càng dễ dàng xử lý.
Như vậy, nghiên cứu các phương pháp tối ưu để thu hồi cặn dầu từ hỗn hợp
sau quá trình tẩy rửa bồn bể chứa khơng chỉ mang ý nghĩa kinh tế mà cịn góp

phần bảo vệ mơi trường, giúp cho ngành công nghiệp của Việt Nam phát triển
theo hướng xanh - sạch.
Và đó cũng là vấn đề chúng tôi nghiên cứu trong bản đồ án này.

Nguyễn Thị Ngọc Hương

4

HD1001


Đồ án tốt nghiệp

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
I. Tổng quan về chất tẩy rửa. [8]
I.1. Thành phần chất tẩy rửa.
I.1.1. Thành phần của các chất tẩy rửa thông thường.
Thành phần chính của chất tẩy dùng trong sinh hoạt và trong cơng nghiệp bao
gồm các nhóm chính như sau:


Chất hoạt động bề mặt.



Chất phụ gia.



Chất xây dựng.

Mỗi thành phần trong chất tẩy rửa đều có những chức năng riêng trong q
trình tẩy rửa, tuy nhiên chúng vẫn có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau. Ngồi các
thành phần chính trên, tuỳ thuộc vào q trình sử dụng mà ta có thể cho thêm
vào các chất phụ gia hoặc bớt những thành phần không cần thiết.
a. Chất hoạt động bề mặt [4, 5].
 Giới thiệu về chất hoạt động bề mặt
Nhiệm vụ của chất hoạt động bề mặt (HĐBM) là đảm bảo sự tẩy đi các vết
bẩn và những chất lơ lửng trong nước giặt để ngăn cản sự bám trở lại của chúng
trên bề mặt. Nó chiếm vai trị quan trọng nhất trong thành phần chất tẩy rửa và
có mặt ở tất cả các chất tẩy rửa.
 Các chất HĐBM có thể được phân thành bốn loại, căn cứ vào bản chất
của nhóm chức ưa nước và ion phân ly trong mơi trường nước:
 Chất HĐBM anion, mang điện tích âm.
 Chất HĐBM cation, mang điện tích dương.
 Chất hoạt động khơng ion.
 Chất HĐBM lưỡng ion, có điện tích âm hoặc dương tuỳ thuộc vào PH
của môi trường.
 Chất HĐBM thường cấu tạo bởi hai phần:
 Phần có cực: đó là các nhóm chức có cực: -COOH, -CONH2,
C6H4SO3, SO3, vv…Các nhóm này liên kết mạnh với dung mơi có cực
(như H2O …) nên phần có cực này được gọi là: đầu ưa cực (với dung
mơi là nước thì được gọi là đầu ưa nước).
 Phần khơng cực: đó là các gốc hydrocacbon. Các gốc này liên kết tốt
với các dung môi không cực, nên được gọi là đuôi không cực, hoặc
đuôi ưa dầu.
Nguyễn Thị Ngọc Hương

5

HD1001


Đồ án tốt nghiệp
Một chất hoạt động bề mặt gồm hai nhóm ưa nước và ưa dầu kết hợp với nhau
trong phân tử, nên được gọi là chất HĐBM lưỡng chức.
Người ta thường ký hiệu các chất HĐBM theo kiểu như sau:
đi kỵ nước
(khơng cực)

đi ưa nước
(có cực)

Ngồi ra người ta có thể đánh dấu thêm bằng các ký hiệu:
+

Chất HĐBM cation
Chất HĐBM anion

+

Chất HĐBM lưỡng ion
Chất HĐBM không ion

ở bề mặt của một chất
lỏng phân cực, các chất HĐBM
lưỡng chức định hướng vng
góc với bề mặt, sao cho nhóm ưa
nước nằm ở bề mặt, nhóm kị
nước hướng ra ngồi bề mặt tạo

ra một màng lỏng.

Hình 1.1. Sự phân bố chất HĐBM
trong nước
Sự lựa chọn chất HĐBM dùng trong sản phẩm tẩy rửa có thể khác nhau, song
một chất HĐBM phù hợp cho việc tẩy rửa được mong muốn có các đặc tính sau:
hấp phụ chọn lọc, tách được các chất bẩn, độ nhậy cảm với nước cứng thấp, có
tính chất phân bố, có khả năng chống chất bẩn tái bám trở lại, tính thấm ướt tốt,
Nguyễn Thị Ngọc Hương

6

HD1001


Đồ án tốt nghiệp
tính hồ tan cao, có đặc tính tạo bọt mong muốn, mùi thích hợp, bảo quản được
lâu, không độc hại đối với người sử dụng, không làm ảnh hưởng đến mơi
trường, nguồn ngun liệu dễ kiếm, tính kinh tế.
Hiện nay, nhiều nhà chế tạo sử dụng những chất HĐBM có lợi hơn đối với
mơi trường, nghĩa là những chất có tính phân huỷ sinh học nhiều hơn như:
những rượu béo có sunfat gốc dầu thực vật (PAS), những alkyl poly glycozit
(APG), các alkyl glucosamit …
 Một số chất HĐBM chính dùng trong các sản phẩm tẩy rửa.
 Các chất HĐBM anion.
Các chất HĐBM mặt hiện đại chứa một lượng chất HĐBM anion lớn hơn
chất HĐBM không ion. Dưới đây là các chất HĐBM anion được sử dụng rộng
rãi trong thành phần các chất tẩy rửa.
 Alkyl benzensunfonat mạch nhánh (ABS).
Cấu trúc hoá học:

H3C

CH3

CH3

C

C

H2C

CH3
CH2 C

CH3

CH3

CH3

SO3-

Cho đến những năm 1960 nó được sử dụng rộng rãi nhất. Các chất này đã thay
thế phần lớn xà phịng có mặt trong chất tẩy rửa, nhưng sau đó người ta phát
hiện ra rằng những mạch nhánh có trong phân tử ABS đã ngăn cản việc phân
huỷ sinh học. Vì vậy người ta đã tiến hành tìm kiếm một hợp chất khác có khả
năng phân huỷ sinh học tốt hơn và hợp chất linear alkyl benzensunfonat đã thay
thế cho ABS.

 Alkyl benzensunfonat mạch thẳng (LAS).
Cấu trúc hoá học:

Nguyễn Thị Ngọc Hương

7

HD1001


Đồ án tốt nghiệp
CH3 – (CH2)n – CH – (CH2)n – CH3

SO3Na

LAS có đặc tính tạo bọt tốt, thích hợp cho thành phần của chất tẩy rửa, ngồi
ra tính tạo bọt của LAS còn dễ dàng được điều chỉnh và điều này rất có giá trị
đối với thị trường chất tẩy rửa ở một số nơi. Do tính hồ tan tốt, LAS cũng được
sử dụng trong thành phần chất tẩy rửa dạng lỏng, tuy nhiên LAS là chất rất nhạy
cảm với nước cứng. Tính tẩy rửa của LAS sẽ giảm khi độ cứng của nước tăng
lên.
 Parafin sunfonat (SAS).
Cấu trúc hóa học:
R1

CH R2
SO3Na

Trong đó:
R1 + R2 = C11

C12

Hiện nay các sản phẩm này chưa được sử dụng nhiều trong các thành phần bột
giặt vì giá bán của nó cịn cao. SAS có đặc tính tẩy rửa gần giống với LAS. Tuy
nhiên SAS khơng nhạy cảm với nước cứng đó chính là vì trong phân tử của SAS
tồn tại liên kết S – C.
 Sulfat rượu bậc một (PAS).
R – CH2 – O – SO3 – Na trong đó R = C11 C12
Các sản phẩm được chế tạo bằng cách hoặc sunfat hoá các rượu béo (thiên
nhiên hay nhân tạo) với hỗn hợp khơng khí / SO3 theo phản ứng sau:
R – OH + SO3

R – O – SO3H

PAS có khả năng phân huỷ sinh học và có khả năng tái sinh được.
 Các alkylpolyglucozit (APG).

Nguyễn Thị Ngọc Hương

8

HD1001


Đồ án tốt nghiệp
Cơng thức hố học của chúng là:
CH2 - OH
O

H
OH

O

O

R
n

OH

Các sản phẩm APG được dùng trong các công thức bột, nhưng thường là
trong các sản phẩm lỏng, nước rửa chén hoặc gel tắm vòi. Chúng rất dễ chịu với
da, hơn nữa chúng dễ phân huỷ sinh học. Sự tổng hợp chúng được thực hiện từ
các sản phẩm hoàn tồn có thể tái sinh (rượu thiên nhiên và glucoza).
 Các chất HĐBM khơng ion.
Chất HĐBM khơng ion có một số tính chất sau:
 Khơng có tính tương tác điện tử.
 Thay đổi với sự có mặt của các chất điện phân.
 Có thể điều chỉnh thơng số kị nước – ưa nước mong muốn.
 Có tính hồ tan khác thường.
ưu điểm của chất HĐBM loại này là phân tử của nó dễ dàng đạt được cấu trúc
giữa nhóm ưa nước và nhóm kị nước. Nhóm ưa nước của phân tử có thể làm
tăng lên dần dần bằng cách cho dần các nhóm etylen oxyt. Điều này dẫn đến
tăng từng bước trong phản ứng hydrat hố và do đó làm tăng tính hồ tan.
Một vài chất HĐBM khơng ion như: alkyl phenol polyglycol ete (APEO),
alkyl polyglycol ete (AEO), các amin oxyt.
 Chất HĐBM cation
Chất HĐBM cation được coi là chất đối nghịch với chất HĐBM anion dựa

trên mối quan hệ điện tích.
Một lượng nhỏ chất HĐBM cation thêm vào chất HĐBM anion hay thậm chí
là chất HĐBM khơng ion có thể sẽ nâng cao việc thực hiện quá trình tẩy rửa.
Các chất HĐBM khơng ion cho phép sự có mặt của chất cation và hỗn hợp của
hai loại này được sử dụng cho chất tẩy rửa đặc biệt là để làm mềm sợi vải.
Một số chất HĐBM cation tiêu biểu như: Dialkyl dimetyl amino clorua
(DADMAC), các imidazoli bậc bốn sử dụng như là các chất làm mền đậm đặc,
alkyl dimetyl benzyl amino clorua (AMBAC).
 Chất HĐBM lưỡng tính.

Nguyễn Thị Ngọc Hương

9

HD1001