Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật hóa học: Xử lý tách dầu ở thể nhũ tương trong nước thải nhiễm dầu bằng phương pháp vi sóng điện từ và tuyển nổi áp lực (DAF) kết hợp hệ hóa phẩm phá nhũ chuyên dụng

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:124

Thêm vào BST

Báo xấu

116
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án nghiên cứu các vấn đề liên quan tới công nghệ tách dầu ở dạng nhũ tương bằng vi sóng điện từ và tuyển nổi kết hợp hệ hóa phẩm thân thiện môi trường có nguồn gốc từ mỡ cá ba sa; so sánh ưu nhược điểm giữa hai công nghệ vi sóng điện từ và tuyển nổi của luận án chuẩn xác, mở ra triển vọng ứng dụng phương pháp này cho các đơn vị sản xuất trong và ngoài ngành dầu khí.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật hóa học: Xử lý tách dầu ở thể nhũ tương trong nước thải nhiễm dầu bằng phương pháp vi sóng điện từ và tuyển nổi áp lực (DAF) kết hợp hệ hóa phẩm phá nhũ chuyên dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Thị Phượng XỬ LÝ TÁCH DẦU Ở THỂ NHŨ TƯƠNG TRONG NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SÓNG ĐIỆN TỪ VÀ TUYỂN NỔI ÁP LỰC (DAF) KẾT HỢP HỆ HÓA PHẨM PHÁ NHŨ CHUYÊN DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HOÁ HỌC Hà Nội - 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Thị Phượng XỬ LÝ TÁCH DẦU Ở THỂ NHŨ TƯƠNG TRONG NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SÓNG ĐIỆN TỪ VÀ TUYỂN NỔI ÁP LỰC (DAF) KẾT HỢP HỆ HÓA PHẨM PHÁ NHŨ CHUYÊN DỤNG Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 62443501 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HOÁ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS. TS. ĐÀO VĂN TƯỜNG 2. TS. NGUYỄN ĐỨC HUỲNH Hà Nội - 2015
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình của tác giả khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2015 TM. Tập thể hướng dẫn Nghiên cứu sinh GS.TS. Đào Văn Tường Lê Thị Phượng
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS. TS. Đào Văn Tường, TS. Nguyễn Đức Huỳnh đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ đạo nghiên cứu khoa học và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện đào tạo Sau Đại học đã luôn tạo mọi điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các thày cô giáo trong Bộ môn Công nghệ Hữu cơ – Hoá dầu đã giảng dạy và hướng dẫn khoa học cho tôi, giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN), Ban lãnh đạo Viện dầu khí Việt Nam (VPI), Trung tâm ứng dụng và chuyển giao công nghệ - Viện Dầu khí, Trung Tâm nghiên cứu ứng dụng và dịch vụ kỹ thuật - Chi nhánh tổng công ty dung dịch khoan và hóa phẩm dầu khí (DMC) cùng các đồng nghiệp đã tạo điều kiện, động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng, xin dành lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình tôi và bạn bè thân thiết, những người đã luôn ở bên cạnh, ủng hộ, động viên và giúp đỡ tôi trong những chặng đường tôi đi. Xin chân thành cảm ơn! Nghiên cứu sinh Lê Thị Phượng
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU ..................................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ........................................................................................................ 3 1.1 NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU/NƯỚC KHAI THÁC TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC DẦU KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH NHŨ TƯƠNG TRONG NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU/NƯỚC KHAI THÁC ...................................................................................... 3 1.1.1 Ảnh hưởng của nước khai thác tới môi trường .......................................................... 4 1.1.2 Khối lượng nước khai thác ........................................................................................ 5 1.2 NHŨ TƯƠNG DẦU MỎ ................................................................................................. 5 1.2.1 Quá trình hình thành và các loại nhũ tương dầu mỏ ................................................... 5 1.2.2 Độ bền nhũ tương ...................................................................................................... 8 1.2.2.1 Độ bền động học (sa lắng) ................................................................................. 8 1.2.2.2 Độ bền tập hợp................................................................................................... 8 1.3 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ TÁCH DẦU Ở THỂ NHŨ TƯƠNG TRONG NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU ........................................................................................................................10 1.3.1 Các yếu tố quyết định sự lựa chọn công nghệ xử lý nước thải nhiễm dầu.................10 1.3.1.1 Nồng độ dầu trong nước thải nhiễm dầu ...........................................................10 1.3.1.2 Mục đích chính của việc xử lý nước thải nhiễm dầu .........................................11 1.3.2 Công nghệ xử lý tách dầu trong nước thải nhiễm dầu...............................................12 1.3.2.1 Các công nghệ xử lý tách dầu phổ biến.............................................................12 1.3.2.2 Xử lý nước thải nhiễm dầu bằng phương pháp vi sóng điện từ .........................12 1.3.2.3 Xử lý nước thải nhiễm dầu bằng công nghệ tuyển nổi ......................................18 1.4 SO SÁNH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ TÁCH DẦU Ở THỂ NHŨ TƯƠNG TRONG NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU...................................................................................23 1.4.1 So sánh các phương pháp xử lý ................................................................................23 1.4.2 Phân cấp và lựa chọn công nghệ xử lý......................................................................24 1.4.3 Lựa chọn công nghệ để xử lý và thu hồi dầu ở thể nhũ tương trong nước khai thác .27 1.5 HỆ HÓA PHẨM HỖ TRỢ PHÁ NHŨ............................................................................29 1.5.1 Các tính năng hoạt động của hệ hóa phẩm hỗ trợ phá nhũ ........................................29 1.5.2 Khái niệm về chất hoạt động bề mặt .........................................................................29 1.5.2.1 Khái niệm chung...............................................................................................29 1.5.2.2 Phân loại chất hoạt động bề mặt........................................................................30 1.5.3 Các hệ hóa phẩm sinh học ........................................................................................31 1.5.4 Thành phần của hệ hóa phẩm ...................................................................................31 1.5.5 Các tác động của hệ hóa phẩm..................................................................................31 1.5.6 Cơ chế sự phá nhũ ....................................................................................................32 1.6 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN..........................................................35 CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM...................................................................................................36
2.1 CHẾ TẠO CÁC MẪU NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU DẠNG NHŨ TƯƠNG DẦU/NƯỚC TỪ DẦU THÔ BẠCH HỔ..............................................................................36 2.1.1 Tiến hành tạo mẫu nhũ tương dầu/nước từ dầu thô Bạch Hổ ....................................36 2.1.2 Kiểm tra độ bền nhũ tương bằng phương pháp ly tâm siêu tốc .................................37 2.1.3 Xác định kích thước hạt nhũ tương bằng hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ..........38 2.2 KHẢO SÁT HIỆU SUẤT XỬ LÝ TÁCH DẦU Ở THỂ NHŨ TƯƠNG TRONG NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SÓNG ĐIỆN TỪ ...............38 2.2.1 Sơ đồ khối chức năng của thiết bị vi sóng điện từ .....................................................38 2.2.2 Khảo sát hiệu suất xử lý tách dầu của thiết bị vi sóng điện từ ...................................39 2.2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tách dầu ..................................40 2.2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian chiếu xạ đến hiệu suất tách dầu..........................40 2.2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của công suất chiếu xạ đến hiệu suất tách dầu ..................41 2.2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất tách dầu ..........................................41 2.2.2.5 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng dầu trong NTND đến hiệu suất tách dầu ..41 2.3 CHẾ TẠO HỆ HÓA PHẨM HỖ TRỢ PHÁ NHŨ TỪ MỠ CÁ BA SA ĐỂ XỬ LÝ TÁCH DẦU CHO PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI ÁP LỰC ...........................................42 2.3.1 Chế tạo methyl este từ các acid béo của mỡ cá ba sa ................................................43 2.3.1.1 Chế tạo hệ vật liệu xúc tác dị thể MgO-ZrO2/γ-Al2O3.......................................43 2.3.1.2 Các phương pháp hóa-lý xác định tính chất và đặc trưng xúc tác......................45 2.3.1.3 Khảo sát các đặc trưng sản phẩm methyl este ...................................................48 2.3.2 Tổng hợp acid alkyl hydroxamic từ methyl este của mỡ cá ba sa .............................48 2.3.2.1 Hóa chất............................................................................................................48 2.3.2.2 Phản ứng amid hoá ...........................................................................................48 2.3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến sự giảm giá trị chỉ số este ...................................................................................................................49 2.3.2.4 Xác định hiệu suất phản ứng qua phương pháp đánh giá giá trị chỉ số este .......49 2.3.2.5 Đánh giá sản phẩm acid alkyl hydroxamic bằng phổ hồng ngoại (IR) ..............49 2.3.3 Chế tạo hệ hóa phẩm hỗ trợ phá nhũ.........................................................................49 2.3.3.1 Xác định hàm lượng dầu trong NTND thông qua phép đo độ đục ....................49 2.3.3.2 Các hóa phẩm được sử dụng trong các thực nghiệm .........................................50 2.3.3.3 Xác định tỷ lệ tối ưu giữa acid alkyl hydroxamic và methyl este ......................51 2.3.3.4 So sánh hiệu quả tách dầu của hệ hóa phẩm phá nhũ tổng hợp từ acid alkyl hydroxamic và methyl este của mỡ cá ba sa với các hệ hóa phẩm phá nhũ của hãng BASF ...........................................................................................................................51 2.3.3.5 Đánh giá hiệu quả tách dầu bởi hệ hóa phẩm hỗ trợ phá nhũ từ mỡ cá ba sa kết hợp với hệ hóa phẩm phá nhũ Alcomer 7125 của hãng BASF .....................................51 2.4 KHẢO SÁT HIỆU SUẤT XỬ LÝ TÁCH DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI ÁP LỰC KẾT HỢP HỆ HÓA PHẨM CHẾ TẠO TỪ MỠ CÁ BA SA................................52 2.4.1 Sơ đồ khối hệ thống thiết bị tuyển nổi ......................................................................52 2.4.2 Khảo sát hiệu suất xử lý tách dầu..............................................................................52 2.4.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng hệ hóa phẩm.............................................53 2.4.2.2 Khảo sát ảnh hưởng pH của nước thải nhiễm dầu .............................................53 2.4.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tách .............................................................53 2.4.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng dầu trong nước thải nhiễm dầu .................54 2.5 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HUỲNH QUANG CỰC TÍM RF-1501 ...............................................................................................54 2.5.1 Các yếu tố ảnh hưởng ...............................................................................................54 2.5.2 Thiết bị, dụng cụ .......................................................................................................55 2.5.3 Hóa chất ...................................................................................................................55
2.5.4 Quy trình phân tích ...................................................................................................55 CHƯƠNG 3................................................................................................................................58 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................................................................58 3.1 CHẾ TẠO CÁC MẪU NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU DẠNG NHŨ TƯƠNG DẦU/NƯỚC TỪ DẦU THÔ BẠCH HỔ..............................................................................58 3.1.1 Các đặc trưng lý-hóa cơ bản của dầu thô Bạch Hổ ...................................................58 3.1.2 Các đặc trưng lý-hóa cơ bản của nước biển dùng để chế tạo mẫu nhũ tương dầu/nước ..........................................................................................................................................59 3.1.3 Kiểm tra độ bền nhũ tương dầu/nước .......................................................................59 3.1.4 Kiểm tra kích thước hạt nhũ bằng phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ..............................................................................................................................61 3.2 KHẢO SÁT HIỆU SUẤT XỬ LÝ TÁCH DẦU Ở THỂ NHŨ TƯƠNG TRONG NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SÓNG ĐIỆN TỪ ...............62 3.2.1 Khảo sát hiệu suất xử lý tách dầu bằng phương pháp vi sóng điện từ .......................62 3.2.1.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất tách dầu .........................................62 3.2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian chiếu xạ đến hiệu suất tách dầu..........................64 3.2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng công suất chiếu xạ đến hiệu suất tách dầu.........................65 3.2.1.4 Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất tách dầu.................................................67 3.2.1.5 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng dầu trong nhũ tương đến hiệu suất tách dầu .69 3.3 CHẾ TẠO HỆ HÓA PHẨM HỖ TRỢ PHÁ NHŨ TỪ MỠ CÁ BA SA ĐỂ XỬ LÝ TÁCH DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI ÁP LỰC ........................................73 3.3.1 Chế tạo methyl este từ các acid béo của mỡ cá ba sa ................................................73 3.3.1.1 Khảo sát các tính chất của hệ vật liệu xúc tác cho phản ứng este hóa chéo các acid béo từ mỡ cá ba sa.................................................................................................73 3.3.1.2 Khảo sát các đặc trưng sản phẩm methyl este ...................................................80 3.3.2 Tổng hợp acid alkyl hydroxamic từ methyl este của mỡ cá ba sa .............................83 3.3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến sự giảm giá trị chỉ số este .................83 3.3.2.2 Khảo sát sản phẩm acid alkyl hydroxamic bằng phổ hồng ngoại (IR)...............84 3.3.3 Chế tạo hệ hóa phẩm hỗ trợ phá nhũ.........................................................................85 3.3.3.1 Xác định tỷ lệ tối ưu của acid alkyl hydroxamic và methyl este........................85 3.3.3.2 So sánh hiệu quả tách dầu của hệ hóa phẩm phá nhũ tổng hợp từ acid alkyl hydroxamic và methyl este của mỡ cá ba sa với các hệ hóa phẩm phá nhũ của hãng BASF ...........................................................................................................................86 3.3.3.3 Đánh giá hiệu quả tách dầu bởi hệ hóa phẩm hỗ trợ phá nhũ từ mỡ cá ba sa kết hợp với hệ hóa phẩm phá nhũ Alcomer 7125 của hãng BASF .....................................87 3.4 KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT XỬ LÝ TÁCH DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI ÁP LỰC KẾT HỢP HỆ HÓA PHẨM CHẾ TẠO TỪ MỠ CÁ BA SA.....................................................................................................88 3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng hệ hóa phẩm ....................................................88 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng pH ............................................................................................90 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tách .....................................................................92 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng dầu .........................................................................93 3.5 SO SÁNH HIỆU SUẤT TÁCH DẦU GIỮA PHƯƠNG PHÁP VI SÓNG ĐIỆN TỪ VÀ PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI.............................................................................................96 3.5.1 Hiệu suất tách dầu của phương pháp tách vi sóng điện từ và phương pháp tuyển nổi áp lực.................................................................................................................................96
3.5.2 So sánh lựa chọn công nghệ vi sóng điện từ và công nghệ tuyển nổi theo phương pháp xếp hạng 5 bậc ..........................................................................................................99 3.5.2.1 So sánh ưu nhược điểm của hai công nghệ vi sóng điện từ và công nghệ tuyển nổi ................................................................................................................................99 3.5.2.2 Xếp hạng cho hệ thống xử lý nước thải nhiễm dầu của công nghệ vi sóng điện từ và công nghệ tuyển nổi...........................................................................................100 KẾT LUẬN ..............................................................................................................................102 CÁC ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ...............................................................................103 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT %kl Phần trăm khối lượng %V Phần trăm thể tích API American Petroleum Institute (Viện Dầu mỏ Hoa Kỳ) ASTM American Society for Testing and Material BET Brunauer-Emmentt-Teller DAF Dissolved Air Flotation (Tuyển nổi áp lực) GC-MS Gas Chromatography Mass Spectroscopy (Sắc ký khí/khối phổ) HĐBM Hoạt động bề mặt HP Hóa phẩm NKT Nước khai thác NTND Nước thải nhiễm dầu IR Infrared (Phổ hồng ngoại) IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry (Hiệp hội Quốc tế về Hóa học tinh khiết và Hóa ứng dụng) TEM Transmission Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử truyền qua) TPD-NH3 Ammonia Temperature Programmed Desorption (Giải hấp chương trình nhiệt độ amoniac) v/p Vòng/phút XRD X-Ray Diffaction (Nhiễu xạ tia X)
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần hóa học và tính chất các hóa phẩm...........................................................50 Bảng 2.2 Số liệu xây dụng đường chuẩn trên máy quang phổ huỳnh quang cực tím RF-1501 ...55 Bảng 3.1 Các đặc trưng lý-hóa cơ bản của dầu thô Bạch Hổ ......................................................58 Bảng 3.2 Các đặc trưng lý-hóa cơ bản của nước biển dùng để chế tạo mẫu nhũ tương dầu/nước ....................................................................................................................................................59 Bảng 3.3 Kết quả đo độ bền nhũ tương của các mẫu nhũ được chế tạo từ dầu thô Bạch Hổ và các mẫu NTND từ các giàn khai thác dầu bằng phương pháp ly tâm siêu tốc ...................................60 Bảng 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất tách dầu của phương pháp vi sóng.........................62 Bảng 3.5 Ảnh hưởng thời gian chiếu xạ đến hiệu suất tách dầu của phương pháp vi sóng .........64 Bảng 3.6 Ảnh hưởng công suất chiếu xạ đến hiệu suất tách dầu của phương pháp vi sóng ........66 Bảng 3.7 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất tách dầu của phương pháp vi sóng ................................68 Bảng 3.8 Ảnh hưởng hàm lượng dầu đến hiệu suất tách dầu của phương pháp vi sóng..............69 Bảng 3.9 Kết quả khảo sát mẫu MgO-ZrO2/γ-Al2O3 bằng phương pháp XRD ...........................75 Bảng 3.10 Kết quả xác định bề mặt riêng và kích thước mao quản của γ-Al2O3 bằng phương pháp BET ....................................................................................................................................75 Bảng 3.11 Kết quả xác định bề mặt riêng và kích thước mao quản của MgO-ZrO2/γ-Al2O3 bằng phương pháp BET .......................................................................................................................76 Bảng 3.12 Diện tích bề mặt riêng và kích thước mao quản của γ-Al2O3 và của MgO-ZrO2/γ- Al2O3...........................................................................................................................................77 Bảng 3.13 Dữ liệu TPD-NH3 của mẫu γ-Al2O3...........................................................................77 Bảng 3.14 Dữ liệu TPD-NH3 trên hệ xúc tác MgO-ZrO2/γ-Al2O3 ..............................................78 Bảng 3.15 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất chuyển hóa của phản ứng.............................81 Bảng 3.16 Thành phần các cấu tử trong methyl este. ..................................................................81 Bảng 3.17 Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ đến độ giảm giá trị chỉ số este .........................83 Bảng 3.18 So sánh các đỉnh điển hình trong phổ hồng ngoại của sản phẩm methyl este và của acid alkyl hydroxamic .................................................................................................................84 Bảng 3.19 Kết quả đo độ đục (NTU) của các mẫu nhũ tương sau khi xử lý bằng hệ hóa phẩm acid alkyl hydroxamic và methyl este với các tỉ lệ khối lượng khác nhau ...................................85 Bảng 3.20 Kết quả đo độ đục (NTU) của các mẫu nhũ tương dầu/nước sau khi xử lý bằng các hệ hóa phẩm khác nhau ...............................................................................................................86 Bảng 3.21 Hiệu quả xử lý nước thải nhiễm dầu ở dạng nhũ tương của hỗn hợp Alcomer 7125 và hệ hóa phẩm phá nhũ từ mỡ cá ba sa...........................................................................................87 Bảng 3.22 Ảnh hưởng hàm lượng hệ hóa phẩm đến hiệu suất tách dầu bằng phương pháp tuyển nổi ..............................................................................................................................................88 Bảng 3.23 Ảnh hưởng của pH nhũ tương đến hiệu suất tách dầu bằng phương pháp tuyển nổi..90 Bảng 3.24 Ảnh hưởng của thời gian tách đến hiệu suất tách dầu bằng phương pháp tuyển nổi ..92 Bảng 3.25 Ảnh hưởng của hàm lượng dầu trong nhũ tương đến hiệu suất tách dầu bằng phương
pháp tuyển nổi.............................................................................................................................93 Bảng 3.26 So sánh hiệu suất tách dầu của 2 phương pháp tách vi sóng điện từ và tuyển nổi ......96 Bảng 3.27 So sánh ưu nhược điểm của công nghệ vi sóng điện từ và công nghệ tuyển nổi ........99 Bảng 3.28 Xếp hạng 5 bậc cho công nghệ vi sóng điện từ và công nghệ tuyển nổi ..................100 Bảng 3.29 Phân cấp tổng thể cho công nghệ vi sóng điện từ và công nghệ tuyển nổi ...............101
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cấu tạo các tầng chứa của mỏ dầu ................................................................................ 3 Hình 1.2 Quá trình hình thành nhũ tương dầu mỏ ....................................................................... 5 Hình 1.3 Các loại nhũ tương dầu mỏ phổ biến (nước/dầu và dầu/nước (W/O and O/W)) và nhũ tương dầu mỏ ít phổ biến (nước/ dầu/nước (W/O/W)) (nguồn: Schubert, H. and Armbroster, H. 1992 [104]) .................................................................................................................................. 6 Hình 1.4 Cấu trúc của nhũ tương dầu/nước (O/W) và nhũ tương nước/dầu (W/O) ..................... 7 Hình 1.5 Sự liên kết của các phân tử lưỡng cực với một dao động điện trường ..........................13 Hình 1.6 Minh họa đặc tính hấp thụ vi sóng cho dây dẫn, vật liệu cách điện và vật liệu hấp thụ 15 Hình 1.7 Cơ chế khử nhũ tương bằng chùm tia vi sóng ..............................................................16 Hình 1.8 Minh họa về hai phương pháp đun nóng: a) đun nóng nhiệt thông thường; b) đun nóng bằng vi sóng ................................................................................................................................16 Hình 1.9 Sơ đồ bộ phận chính của hệ thiết bị tách vi sóng..........................................................17 Hình 1.10 Sơ đồ khối thiết bị tuyển nổi ......................................................................................20 Hình 1.11 a) Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước với tuyển nổi áp lực ...................................21 b) Bể tuyển nổi với vùng tiếp xúc và vùng tách chất bẩn ............................................................21 Hình 1.12 Thể huyền phù của hạt dầu tại mặt phân giới không khí-nước ...................................22 Hình 1.13 Ví dụ về sự làm đậm đặc NTND ...............................................................................27 Hình 1.14 Quy trình khử nhũ tương bằng hóa chất.....................................................................32 Hình 1.15 Thoát nước khỏi lớp màng trong sự hiện diện của một chất khử nhũ tương. Các chất khử nhũ tương chiếm chỗ của các chất HĐBM tự nhiên trong bề mặt lớp màng ........................33 Hình 1.16 Phác thảo bốn hiệu ứng làm chậm việc thoát nước khỏi lớp phim do sự hiện diện của chất hấp phụ bề mặt ở giao diện ..................................................................................................33 Hình 2.1 Sơ đồ khối chức năng của thiết bị vi sóng điện từ ........................................................39 Hình 2.2 Sơ đồ điều chế chất mang -Al2O3 ...............................................................................43 Hình 2.3 Sơ đồ điều chế hệ vật liệu xúc tác dị thể MgO-ZrO2/γ-Al2O3 ......................................44 Hình 2.4 Sơ đồ khối hệ thống thiết bị tuyển nổi..........................................................................52 Hình 2.5 Quy trình phân tích dầu tổng số trong NTND ..............................................................56 Hình 3.1 Độ bền nhũ hóa các mẫu NTND và mẫu nhũ theo thời gian........................................60 Hình 3.2 Ảnh TEM mẫu N1.......................................................................................................61 Hình 3.3 Ảnh TEM mẫu N2.......................................................................................................61 Hình 3.4 Ảnh TEM mẫu N3.......................................................................................................61 Hình 3.5 Ảnh TEM mẫu N4.......................................................................................................61 Hình 3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất tách dầu của phương pháp vi sóng .........................63 Hình 3.7 Ảnh hưởng thời gian chiếu xạ đến hiệu suất tách dầu của phương pháp vi sóng..........65 Hình 3.8 Ảnh hưởng công suất chiếu xạ đến hiệu suất tách dầu của phương pháp vi sóng.........66
Hình 3.9 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất tách dầu của phương pháp vi sóng .................................68 Hình 3.10 Ảnh hưởng hàm lượng dầu đến hiệu suất tách dầu của phương pháp vi sóng ............72 Hình 3.11 Phổ hồng ngoại của mẫu γ-Al2O3..............................................................................74 Hình 3.12 Phổ hồng ngoại của mẫu MgO-ZrO2 /γ-Al2O ............................................................74 Hình 3.13 Giản đồ nhiễu xạ tia X của MgO-ZrO2 /γ-Al2O3 ........................................................75 Hình 3.14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp N2 trên γ-Al2O3 .................................................76 Hình 3.15 Đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp N2 trên mẫu MgO-ZrO2 /γ-Al2O3 ......................77 Hình 3.16 Giản đồ TPD-NH3 trên mẫu γ-Al2O3 .........................................................................78 Hình 3.17 Giản đồ TPD-NH3 của MgO-ZrO2 /γ-Al2O3 ..............................................................79 Hình 3.18 Phổ hồng ngoại của sản phẩm methyl este.................................................................80 Hình 3.19 Kết quả GC-MS sản phẩm methyl este tổng hợp được từ mỡ cá ba sa ......................81 Hình 3.20 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ giảm giá trị chỉ số este..........................83 Hình 3.21 Phổ hồng ngoại của acid alkyl hydroxamic từ methyl este của mỡ cá ba sa...............84 Hình 3.22 Đồ thị biểu diễn kết quả thí nghiệm xử lý nhũ tương dầu/nước bằng hệ hóa phẩm acid alkyl hydroxamic:methyl este với các tỉ lệ (khối lượng) khác nhau .............................................85 Hình 3.23 Kết quả thực nghiệm khảo sát hiệu quả xử lý dầu ở dạng nhũ tương trong NTND bằng các hệ hóa phẩm của BASF và hệ hóa phẩm tổng hợp từ mỡ cá ba sa với nồng độ 5mg/L 86 Hình 3.24 Ảnh hưởng hàm lượng hệ hóa phẩm đến hiệu quả tách dầu bằng phương pháp tuyển nổi ...............................................................................................................................................89 Hình 3.25 Cơ chế phá nhũ của hệ hóa phẩm...............................................................................90 Hình 3.26 Ảnh hưởng của pH nhũ tương đến hiệu suất tách dầu bằng phương pháp tuyển nổi..91 Hình 3.27 Ảnh hưởng của thời gian tách đến hiệu suất tách dầu bằng phương pháp tuyển nổi ..92 Hình 3.28 Ảnh hưởng của hàm lượng dầu trong nhũ tương đến hiệu suất tách dầu bằng phương pháp tuyển nổi.............................................................................................................................95 Hình 3.29 So sánh hiệu suất tách dầu của 2 phương pháp tách vi sóng điện từ và tuyển nổi ......98
MỞ ĐẦU Trong quá trình khai thác dầu khí thường sản sinh ra một lượng nước thải nhiễm dầu (NTND) được gọi là nước khai thác (NKT). NKT có thể là lớp nước nằm ở các lớp trầm tích cùng các vỉa dầu khí (hình 1.1) và cũng có thể là nước (thường là nước biển) được dùng để bơm ép vỉa nhằm tăng hiệu quả thu hồi dầu/khí trong quá trình khai thác [4, 40]. NTND chiếm tỷ lệ lớn nhất trong khối lượng chất thải phát sinh từ ngành công nghiệp dầu khí. Để khai thác một thùng dầu, trung bình phải xử lý từ 3-7 thùng NTND vừa để thu hồi dầu vừa để đạt giới hạn thải cho phép. Hàng năm, ngành công nghiệp dầu khí thế giới đã thải ra khoảng 50 tỷ thùng NTND và lượng nước thải ngày càng tăng theo tuổi thọ của các mỏ dầu/khí [25, 32]. NTND chứa nhiều chất hữu cơ dạng nhũ tương, các chất hữu cơ thường là dầu tự do ở dạng paraffinic, naphthenic, aromatic, các asphalten; ngoài ra còn có các hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ... NTND có hàm lượng dầu cao (khoảng từ 500-1.000mg/L), các ion vô cơ cao (20.000-50.000mg/L) và có pH trong khoảng 7,0-8,0 [32, 52]. NTND chứa một lượng dầu nhất định ở dạng nhũ tương thường vượt quá giới hạn cho phép, nên việc xử lý và thu hồi dầu trong NTND là bắt buộc đối với bất kỳ quốc gia nào. Có nhiều phương pháp xử lý NTND, nhưng chủ yếu là các phương pháp vật lý và hóa học. Tuy nhiên, trong thực tế chưa có phương pháp riêng biệt nào được coi là hoàn hảo, cho hiệu quả xử lý cao, phù hợp với mọi điều kiện và trạng thái của NTND. Do vậy, kết hợp các phương pháp khác nhau để xử lý NTND là phương cách đang được áp dụng phổ biến hiện nay trên thế giới và Việt Nam [15, 64]. Vì vậy, việc so sánh và lựa chọn công nghệ xử lý NTND trong công nghiệp dầu khí luôn là một yêu cầu thường xuyên. Xử lý tách dầu ở thể nhũ tương trong NTND nói riêng và tăng cường thu hồi dầu nói chung là mối quan tâm cho sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp dầu khí nói chung, Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, nói riêng. Tuy nhiên, chưa có công trình nghiên cứu chuyên sâu nào liên quan đến xử lý nhũ tương dầu trong nước (dầu/nước) của NTND, đặc biệt là chưa có nghiên cứu nào đề cập tới việc xử lý tách dầu ở thể nhũ tương trong NTND bằng phương pháp vi sóng điện từ. Nguyên lý của phương pháp này là sử dụng sự rung nhanh của trường điện-điện từ tạo một năng lượng để phá vỡ sự bền vững của nhũ tương dầu/nước (năng lượng chọn lọc cho các phân tử phân cực như các phân tử nước). Khi đó các hạt dầu có xu hướng tập hợp với nhau, lớn dần lên và tách khỏi pha nước [26, 48]. Hiện nay, phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách dầu và các tạp chất rắn không tan hoặc tan, hoặc chất lỏng có tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng của chất lỏng làm nền. Nếu sự khác nhau về tỷ trọng đủ để tách, được gọi là tuyển nổi tự nhiên. Đây là một trong những phương pháp tách truyền thống, phổ biến nhất, đang được sử dụng để xử lý nước thải nói chung và NTND nói riêng. Phương pháp tuyển nổi áp lực được chúng tôi lựa chọn như phương pháp đối chứng cho phương pháp vi sóng điện từ. Phương pháp tuyển nổi áp lực (DAF) phải sử dụng các hệ hóa phẩm hỗ trợ phá nhũ. Hệ hóa phẩm hỗ trợ phá nhũ cần phải thỏa mãn: Tốc độ khử nhũ nhanh và lượng nước sau khi xử lý đạt chất lượng theo yêu cầu [10, 88]. Các hệ hóa phẩm hỗ trợ phá nhũ thường là các chất hoạt động bề mặt (HĐBM), cơ chế phá nhũ của hệ hóa phẩm hỗ trợ phá nhũ thường được giải thích theo lý thuyết Rebinder [22, 78, 101]: chất HĐBM có hoạt tính bề mặt lớn 1
hấp phụ lên các hạt dầu làm thay đổi tính thấm ướt của chúng, tạo điều kiện cho quá trình chuyển các hạt dầu này ra khỏi bề mặt pha nước và tạo thuận lợi cho sự kết tụ nhanh các hạt dầu khi chúng tương tác với nhau. Quá trình phá nhũ tương dầu/nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần cấu tử của hệ chất HĐBM, tính chất dầu tạo nhũ tương dầu/nước trong NTND; loại chất HĐBM là anion, cation, không ion hay lưỡng tính; tính chất hoá keo của nhũ tương cũng như hàm lượng chất phá nhũ; nhiệt độ; tốc độ và thời gian khuấy trộn nhũ với chất phá nhũ [16, 18, 30]. Hiện nay mỏ Bạch Hổ đang dùng công nghệ bơm ép để gia tăng hiệu suất thu hồi dầu trong quá trình khai thác dầu khí. Công nghệ này phải sử dụng một lượng lớn nước biển để bơm ép, vì vậy, quá trình khai thác dầu phải thải ra một lượng lớn NTND (còn được gọi là NKT). Dầu Bạch Hổ là dầu paraffinic, tính chất các hạt dầu tạo nhũ tương trong NTND cũng mang đặc tính paraffinic này. Vì vậy, thành phần và loại chất của hệ hóa phẩm hỗ trợ phá nhũ phải tương thích với tính chất của dầu thô ở dạng nhũ tương trong NTND [2, 7, 15]. Với những lý do trên, nhiệm vụ luận án thực hiện nghiên cứu “Xử lý tách dầu ở thể nhũ tương trong nước thải nhiễm dầu bằng phương pháp vi sóng điện từ và tuyển nổi áp lực (DAF) kết hợp hệ hóa phẩm phá nhũ chuyên dụng”. 2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU/NƯỚC KHAI THÁC TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC DẦU KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH NHŨ TƯƠNG TRONG NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU/NƯỚC KHAI THÁC Đối tượng chính được nghiên cứu trong luận án này là NTND trong khai thác dầu khí, nên còn được gọi là NKT. NKT là một dạng của NTND phát sinh trong quá trình thăm dò và khai thác dầu khí (còn được gọi là khâu đầu (upstream)). NKT ở khâu đầu của công nghiệp dầu khí là thuật ngữ được sử dụng trong công nghiệp khai thác dầu khí để mô tả nước được khai thác cùng với dầu và khí [15, 25]. Tầng chứa dầu-khí có một lớp nước tự nhiên (còn gọi là nước thành tạo) nằm dưới tầng chứa dầu (hình 1.1). Để tăng cường khai thác dầu, thường phải bơm thêm một lượng nước xuống vỉa tạo áp suất để khai thác dầu hiệu quả hơn. Cả hai loại nước: nước thành tạo và nước bơm ép đều được khai thác cùng với dầu trong suốt quá trình khai thác các mỏ dầu/khí; lượng dầu/khí khai thác ngày càng cạn kiệt, còn lượng NKT ngày càng tăng lên. NKT không phải là sản phẩm đồng nhất. Các đặc trưng vật lý và hóa học của NKT phụ thuộc vào vị trí địa lý của mỏ, vào sự thành tạo địa chất, nơi NKT tiếp xúc nhiều năm và phụ thuộc vào dạng hydrocarbon được khai thác [44, 46, 50]. Các đặc trưng của NKT cũng có thể thay đổi theo thời gian khai thác mỏ, nhất là khi có sử dụng công nghệ bơm ép sẽ làm thay đổi đặc tính và khối lượng NKT. Vì vậy, NKT sẽ có sự khác biệt rất lớn về đặc tính giữa các mỏ dầu/khí khác nhau, rất khó tìm thấy một sự đồng nhất tuyệt đối [40, 65]. Hình 1.1 Cấu tạo các tầng chứa của mỏ dầu Nếu việc xử lý NKT rất tốn kém thì việc quản lý cũng rất phức tạp. Chi phí cho việc xử lý NTND thay đổi theo từng khu vực, ví dụ ở Mỹ 0,05-0,3 USD/thùng, ở Biển Bắc 0,19- 3,4 USD/thùng, thậm chí ở Ba Lan thì con số này lên đến 8 USD/thùng [19, 40, 55]. Từ những lý do kể đến ở trên, việc nghiên cứu, lựa chọn công nghệ xử lý NTND/NKT phù hợp cho hiện tại, tương lai là yêu cầu cấp thiết trong xử lý chất thải, nói riêng, và công 3
tác bảo vệ môi trường, nói chung, của ngành công nghiệp dầu khí. Việc quản lý và kiểm soát chi phí xử lý NTND/NKT có thể được thực hiện bằng cách lựa chọn phương thức thích hợp để thải bỏ NTND/NKT, hoặc tìm cách tái sử dụng NTND/NKT để mang lại lợi ích cho dự án [21, 52]. Dù lựa chọn phương thức thải bỏ hay tái sử dụng thì NTND/NKT đều phải được xử lý để đảm bảo chất lượng, theo quy định, trước khi xả thải ra môi trường. 1.1.1 Ảnh hưởng của nước khai thác tới môi trường Mức độ ảnh hưởng môi trường của NKT tùy thuộc vào nơi chúng được tháo thải. Tác động của việc thải NKT ra môi trường còn phụ thuộc vào thành phần vật lý, hóa học, nhiệt độ, nồng độ của các chất hữu cơ, các acid humic hoặc sự hiện diện của các chất nhiễm bẩn hữu cơ khác trong NKT [32, 54]. Các yếu tố gây ra ảnh hưởng tiêu cực khi thải ra môi trường biển phụ thuộc vào thành phần vật lý và hóa học của NKT. Các ảnh hưởng tiềm năng của NKT đối với các loài thủy sinh như sau [54]: Sự hòa tan của NKT vào môi trường tiếp nhận; Sự sa lắng tức thời và lâu dài; Sự bay hơi của các hydrocarbon có trọng lượng phân tử thấp; Các phản ứng lý-hóa với các loại thủy sinh hiện diện trong nước biển; Các độc tố được hấp thụ vào các hạt vật chất; Phân hủy sinh học các hợp phần hữu cơ thành các hợp phần đơn giản hơn. Với môi trường biển cần phải phân biệt mức độ ảnh hưởng từ NKT giữa vùng nước nông, các vùng ven bờ ngập triều và biển mở [54]. Khi thải NKT ở ven bờ thì môi trường tiếp nhận có thể bao gồm vùng nước nông, vùng bãi triều và các vùng đầm lầy… Rất nhiều nghiên cứu khác nhau đã chỉ ra các ảnh hưởng tiêu cực của việc thải NKT ra môi trường ven bờ thuộc vịnh Mexico, rằng NKT có thể làm nhiễm bẩn trầm tích, những nhiễm bẩn này có liên quan trực tiếp tới khối lượng thải và nồng độ hydrocarbon trong NKT được thải ra [32, 107]. Do những ảnh hưởng tiêu cực của việc thải NKT vào vùng nước nông ven bờ, Cục môi trường Mỹ (EPA) đã cấm thải NKT vào những khu vực này từ năm 1997 [54], ngoại trừ một vài khu vực ven bờ ở vùng Alaska là nơi mực nước khá sâu, dòng chảy mạnh có khả năng hòa tan nhanh [54, 56]. Đối với các hoạt động dầu khí ngoài khơi, các yếu tố ảnh hưởng chính của NKT tới môi trường biển là nồng độ của các hợp chất hóa học trong NKT và các đặc tính của chúng như độ độc, khả năng chịu đựng của sinh vật,.. [92, 98]. Các yếu tố khác của môi trường biển cũng có thể làm thay đổi mức độ ảnh hưởng của NKT đối với môi trường như chế độ hải văn và các đặc trưng vật lý của môi trường tiếp nhận. Một chất nào đó trong NKT có thể có tính độc nhưng không được hấp thụ hoặc được 4
hấp thụ và tiêu hóa bởi các thủy sinh thì có nghĩa các chất đó không ảnh hưởng đến thủy sinh [32, 109]. Độ độc tức thời của nước khai thác Các nghiên cứu khác nhau đã chỉ ra rằng, độ độc tức thời của NKT đối với sinh vật nhìn chung là thấp và có thể chấp nhận được. Nếu NKT được thải ở những vùng biển có dòng chảy mạnh, có khả năng pha loãng nhanh, thì sẽ hạn chế các ảnh hưởng bất lợi và mức độ tích tụ sinh học của các cấu tử độc hại trong NKT [36, 54]. Độ độc lâu dài của nước khai thác Hầu hết các nghiên cứu độ độc lâu dài của NKT được Cục môi trường Mỹ (EPA) yêu cầu thực hiện đã chỉ ra rằng, không có bất kỳ độ độc lâu dài đáng kể nào của NKT đối với các nguồn nước. Tuy nhiên, một số quốc gia ở Biển Bắc đã chú ý vào các ảnh hưởng tích tụ của các hóa chất khác nhau hiện diện trong NKT và từ đó đề ra phương cách đặc biệt để kiểm soát độ độc lâu dài của NKT [32, 36]. 1.1.2 Khối lượng nước khai thác Trong công nghiệp dầu khí, NKT chiếm khoảng 90% tổng khối lượng chất thải sản sinh ra trong giai đoạn thăm dò và khai thác dầu khí [25, 65]. Riêng ở Mỹ thì con số này chiếm tới trên 98% [40]. Theo Viện Dầu mỏ Hoa Kỳ (API) có khoảng 18 tỷ thùng NKT đã được sinh ra từ các hoạt động dầu khí trên đất liền tại Mỹ trong năm 1995 (API.2000). Theo John A Veil, Markus G. Puder et al (2007), ước đoán năm 1999 trên toàn thế giới có khoảng 210 triệu thùng NKT được thải ra mỗi ngày, hay 77 tỷ thùng NKT được thải ra trong năm, từ hoạt động dầu khí [56]. 1.2 NHŨ TƯƠNG DẦU MỎ Nhũ tương là một hệ chất lỏng không đồng nhất gồm hai chất lỏng không hòa tan vào nhau, trong đó một chất bị phân chia thành những hạt nhỏ hình cầu, phân tán trong chất lỏng thứ hai. Chất lỏng bị phân tán gọi là pha phân tán, chất lỏng thứ hai gọi là pha liên tục. 1.2.1 Quá trình hình thành và các loại nhũ tương dầu mỏ Hình 1.2 Quá trình hình thành nhũ tương dầu mỏ 5
Trong các dạng nhũ tương của dầu mỏ trong NTND thì dầu có lúc là pha phân tán nhưng cũng có khi là pha liên tục [30, 31]. Những hạt dầu được tạo thành có dạng hình cầu do sức căng bề mặt phân giới buộc chúng phải co lại để giảm diện tích của bề mặt tiếp xúc với nước. Đó là nhũ tương dầu/nước và được quy vào dạng nhũ tương thuận [30]. Nước cũng có thể phân tán vào dầu và được quy vào dạng nhũ tương nghịch [30]. Nhũ tương dầu/nước là đối tượng nghiên cứu của luận án. Quá trình hình thành nhũ tương dầu mỏ được thể hiện trong hình 1.2 [31, 104]. Hình dáng các loại nhũ tương được biểu diễn trên hình 1.3 [30, 104]. Hình 1.3 Các loại nhũ tương dầu mỏ phổ biến (nước/dầu và dầu/nước (W/O and O/W)) và nhũ tương dầu mỏ ít phổ biến (nước/ dầu/nước (W/O/W)) (nguồn: Schubert, H. and Armbroster, H. 1992 [104]) Nhũ tương đôi khi cũng chuyển đổi trạng thái để tồn tại dưới dạng hỗn hợp. Cũng có thể tồn tại cùng một lúc nhũ tương nước/dầu và dầu/nước như ở giai đoạn đầu hình thành đang còn tồn tại những hạt nước, hay hạt dầu kích thước lớn [18, 81]. Nhưng khi sự xung động trong dòng chảy tăng lên sẽ làm chúng chuyển thành thể siêu nhỏ. Lúc này, nếu như dạng nhũ tương nước/dầu mới được hình thành thì nhũ tương ở dạng “nước trong dầu trong nước” (water in oil in water emulsion) và một loại nhũ tương khác là “dầu trong nước trong dầu” (oil in water in oil) sẽ được hình thành muộn hơn [30]. Theo cách phân loại hệ phân tán dị thể, nhũ tương dầu mỏ được chia thành 3 nhóm chính (hình 1.3 và 1.4) [30, 31]: Nhóm 1: Nhũ nghịch, nước/dầu mỏ (W/O) Đây là loại nhũ chính thường gặp trong khai thác dầu mỏ [30]. Hàm lượng pha phân tán (nước) trong môi trường phân tán (dầu mỏ) có thể thay đổi từ vết đến 90-95%. Nhóm 2: Nhũ thuận, dầu/nước (O/W) Nhũ này tạo thành trong quá trình phá nhũ dầu mỏ, trong quá trình tác động nhiệt hơi nước lên vỉa và trong quá trình xử lý nước thải. Nhũ tương dầu/nước có nhóm ưa nước quay ra ngoài và nhóm kị nước quay vào trong. Do đó, để xử lý nhũ thuận cần sử dụng hệ hóa phẩm có tính ưa nước, có tác dụng kết hợp lôi kéo phần ưa nước khỏi bề mặt hạt dầu tạo điều kiện các hạt dầu kết cụm lại thành khối lớn để nổi lên. 6
Nhóm 3: Nhũ hỗn hợp Nhũ hỗn hợp có thể là nhũ thuận hoặc nhũ nghịch [39], trong đó pha phân tán cũng là nhũ chứa các hạt nhỏ của môi trường phân tán. Nhũ này có thể xuất hiện khi đồng thời có trong hệ hai chất tạo nhũ có tác động trái ngược nhau. Nhũ loại này đặc trưng bởi hàm lượng tạp chất cơ học cao và rất khó tách [39, 81]. Nhũ hỗn hợp tích tụ trên ranh giới phân pha trong các thiết bị xử lý dầu thô và nước, là nguyên nhân làm gián đoạn các vận hành công nghệ. Trong thực tế, người ta làm sạch định kỳ thiết bị, loại bỏ lớp nhũ tích tụ này vào các bể chứa dầu [81]. Nhũ hỗn hợp được xử lý theo chế độ công nghệ khắt khe hoặc đem đốt. Nhũ tương dầu/nước là đối tượng nghiên cứu của luận án và được chia thành 2 loại: Nhũ tương bền và nhũ tương không bền. Nhũ tương bền được hình thành khi có sự hiện diện của chất HĐBM trong NTND/NKT được hình thành ở những công đoạn có các chuyển động rối mạnh [39, 81]. Không thể tách dầu trong nhũ tương bền ra khỏi NTND bằng các công nghệ tách cơ học thông thường. Nhũ tương dầu loại này phải được phá nhũ bằng hóa phẩm hoặc bằng các phương pháp điện, điện-từ khác… Nhũ tương không bền có thể hiểu đơn giản là loại nhũ tương có thể tách dầu ra khỏi nước thải bằng các phương pháp cơ học thông thường. Loại nhũ tương này không bền vì không được ổn định bởi chất HĐBM hoặc không chịu tác động từ các khuấy động cơ học mạnh. Thông thường nhũ không bền được tạo thành từ các hạt dầu lớn hơn so với nhũ tương bền [39]. Đầu hydrophilic Đuôi lipophilic O/W W/O DẦU NƯỚC Hình 1.4 Cấu trúc của nhũ tương dầu/nước (O/W) và nhũ tương nước/dầu (W/O) Việc hình thành nhũ tương dầu/nước trong quá trình sản xuất đã tạo ra cho ngành công nghiệp dầu khí nhiều bất lợi [75, 81, 82]: - Ăn mòn của các thiết bị sản xuất như đường ống, máy bơm, ống chống và các van; - Bị tổn hao khối lượng hiệu quả trong các phương tiện chứa, đường ống do nước trong nhũ tương chiếm một thể tích và khối lượng lớn; - Tăng chi phí thiết bị bơm do tăng độ nhớt dầu thô bởi sự hình thành nhũ tương trong dầu được khai thác; - Thay đổi đáng kể các đặc tính và tính chất vật lý của dầu thô như tỷ trọng; tỷ trọng dầu 7