intTypePromotion=3

Tóm tắt 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:27

0
28
lượt xem
2
download

Tóm tắt 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

Mô tả tài liệu
  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:
Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt 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

  1. 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 hoá học Mã số: 62520301 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội - 2015
  2. Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. GS. TS. ĐÀO VĂN TƯỜNG 2. TS. NGUYỄN ĐỨC HUỲNH Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
  3. GIỚI THIỆU 1 Tính cấp thiết của đề tài Chất thải, bao gồm nước thải nhiễm dầu (NTND), là một trong những thách thức lớn, cản trở sự phát triển bền vững của công nghiệp dầu khí. Phát triển các công nghệ xử lý hiệu quả và nghiên cứu lựa chọn công nghệ phù hợp để xử lý NTND, luôn là yêu cầu và công việc bắt buộc cho các hoạt động thực tế của sản xuất dầu khí. Xử lý nhũ tương dầu trong nước (dầu/nước) trong NTND, bằng công nghệ vi sóng điện từ là phương pháp mới, có nhiều tính ưu việt và đang phát triển trên thế giới. Phương pháp tuyển nổi áp lực là phương pháp xử lý nước thải truyền thống, rất phổ biến, được chọn làm phương pháp đối chứng trong luận án. Ở Việt Nam hiện nay chưa có công trình nghiên cứu chuyên sâu nào liên quan đến xử lý nhũ tương 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 của các mỏ dầu khí bằng phương pháp vi sóng điện từ. 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 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu Mục tiêu của luận án là 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 (hệ HP) thân thiện môi trường có nguồn gốc từ mỡ cá ba sa. Để đạt được mục tiêu này, nội dung luận án gồm: a) Nghiên cứu chế tạo hệ nhũ tương dầu/nước từ dầu thô Bạch Hổ có các đặt trưng lý-hóa tương tự với NTND tự nhiên từ các giàn khai thác; b) Nghiên cứu các điều kiện tối ưu xử lý tách dầu từ NTND mỏ Bạch Hổ bằng phương pháp vi sóng điện từ; c) Nghiên cứu tổng hợp hệ HP thân thiện môi trường, phù hợp với tính chất paraffinic của dầu thô Bạch Hổ trên cơ sở chất hoạt động bề mặt (HĐBM) không ion gồm methyl este và acid alkyl hydroxamic từ mỡ cá ba sa Việt Nam; d) Nghiên cứu các điều kiện tối ưu xử lý tách dầu bằng phương pháp tuyển nổi kết hợp hệ HP chế tạo từ mỡ cá ba sa; 1
  4. e) So sánh hai công nghệ tách vi sóng điện từ và tuyển nổi, từ đó đưa ra các đề xuất phát triển và ứng dụng phương pháp xử lý NTND thích hợp. 3. Điểm mới của luận án 1. Đã nghiên cứu, khảo sát và tìm ra các điều kiện tối ưu để xử lý tách dầu ở dạng nhũ tương trong NTND có nguồn gốc dầu thô Bạch Hổ bằng công nghệ vi sóng điện từ và tuyển nổi. 2. Đã chế tạo hệ hóa phẩm sinh học thân thiện môi trường từ mỡ cá ba sa Việt Nam trên hệ xúc tác MgO-ZrO2/γ-Al2O3, phù hợp với tính chất paraffinic của dầu thô Bạch Hổ và đã đánh giá tìm được tỷ lệ tối ưu cho hiệu quả tách dầu của hệ HP này. Đã nghiên cứu kết hợp hệ hóa phẩm chế tạo từ mỡ cá ba sa với hệ hóa phẩm Alcomer 7125 của hãng BASF và tìm ra được tỷ lệ cho hiệu quả tách dầu cao nhất. Kết quả ban đầu mở ra triển vọng thay thế từng phần các hệ HP đang nhập ngoại của ngành dầu khí Việt Nam và mở ra hướng nghiên cứu mới nhằm nâng cao hiệu quả xử lý tách dầu của các hệ HP trong ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam. 3. Đề xuất ứng dụng phương pháp “So sánh lựa chọn các công nghệ xử lý tách dầu theo phương pháp xếp hạng 5 bậc” đã giúp 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. 4 Cấu trúc của luận án Luận án gồm 103 trang, ngoài phần mở đầu, kết luận và đóng góp mới, luận án được chia làm 3 chương với nội dung chính: Chương 1- Tổng quan tài liệu (33trang), Chương 2-Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu (22trang) và Chương 3-Kết quả và thảo luận (44trang). Luận án có 31bảng, 50hình và 108 tài liệu tham khảo. Phần phục lục bao gồm: 06 phụ lục. 2
  5. NỘI DUNG LUẬN ÁN CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN TÀI LIỆU Tổng quan những thông tin và lý thuyết liên quan tới nước thải nhiễm dầu/nước khai thác (NTND/NKT) trong công nghiệp dầu khí và quá trình hình thành nhũ tương trong NTND; Các công nghệ xử lý tách dầu ở thể nhũ tương trong NTND, bao gồm phương pháp vi sóng điện từ và tuyển nổi; So sánh công nghệ xử lý và thu hồi dầu ở thể nhũ tương trong NTND và hệ hóa phẩm hỗ trợ xử lý NTND. CHƯƠNG 2-THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Chế tạo các mẫu nước thải nhiễm dầu dạng nhũ tương dầu/nước từ dầu thô Bạch Hổ 2.1.1 Tiến hành tạo mẫu nhũ tương dầu/nước từ dầu thô Bạch Hổ Mục đích là tạo ra các mẫu NTND có chứa nhũ tương dầu/nước giống với NTND tự nhiên tại mỏ Bạch Hổ với dãy nồng độ dầu thường gặp, phục vụ cho các nghiên cứu của luận án. Việc tạo mẫu được tiến hành theo phương pháp phân tán, theo hai giai đoạn: Giai đoạn tiền nhũ hóa và giai đoạn nhũ tương hóa. Các mẫu NTND này không được tách thành những hạt dầu (dầu tự do) sau 3 ngày. 2.1.2 Kiểm tra độ bền nhũ tương bằng phương pháp li tâm siêu tốc 2.1.3 Xác định kích thước, phân bố hạt nhũ tương bằng hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 2.2 Khảo sát hiệu quả tách dầu ở thể nhũ tương trong nước thải nhiễm dầu bằng phương pháp vi sóng điện từ 2.2.1 Chế tạo thiết bị vi sóng điện từ Hệ thiết bị vi sóng điện từ để tách dầu được thiết kế và chế tạo tại Trung tâm Kỹ thuật Viễn thông-Bộ Quốc phòng. 2.2.2 Khảo sát hiệu quả xử lý tách dầu của thiết bị vi sóng điện từ Thông số khảo sát: Nhiệt độ; thời gian tách; pH; công suất và hàm lượng dầu trong NTND. Điều kiện thí nghiệm: pH: 7; công suất: 1,5KW; thời gian:40giây; nhiệt độ: 55oC; mẫu NTND: hàm lượng dầu 150mg/L. 3
  6. 2.2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ Chuẩn bị 10 mẫu NTND; nhiệt độ thay đổi cho từng mẫu thí nghiệm, từ 35-80oC theo thứ tự: 35; 40; 45; 50; 55; 60; 65; 70; 75 và 80oC. 2.2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian Chuẩn bị 10 mẫu NTND; thời gian tách thay đổi cho từng mẫu thí nghiệm từ 30-75giây theo thứ tự: 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60; 65; 70 và 75giây. 2.2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng pH của NTND Chuẩn bị 05 mẫu NTND; pH của NTND thay đổi cho từng mẫu thí nghiệm từ 6,0-8,0 theo thứ tự: 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0. 2.2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của công suất Chuẩn bị 03 mẫu NTND; công suất chiếu xạ thay đổi cho từng mẫu thí nghiệm lần lượt: 0,5; 1,0; 1,5KW. 2.2.2.5 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng dầu trong nước thải nhiễm dầu Chuẩn bị 46 mẫu NTND với hàm lượng dầu trong mẫu thay đổi từ 20 đến 470mg/L, với mức thay đổi là 10mg/L cho mỗi mẫu cách biệt. Các mẫu NTND của cả 05 thí nghiệm trên sau khi chiếu xạ vi sóng theo các điều kiện riêng được đưa qua thiết bị tách phụ trợ là ly tâm rồi đo hàm lượng dầu còn lại trên máy quang phổ huỳnh quang cực tím RF-1501. Hiệu suất tách dầu được tính như sau: (2.1) 2.3 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 2.3.1 Chế tạo methyl este từ các acid béo của mỡ cá ba sa 2.3.1.1 Chế tạo hệ vật liệu xúc tác dị thể MgO-ZrO2/γ-Al2O3 a. Tổng hợp γ-Al2O3 từ tiền chất Al(OH)3 b. Chế tạo hệ vật liệu xúc tác dị thể MgO-ZrO2/γ-Al2O3 c. Chế tạo methyl este từ các acid béo của mỡ cá ba sa 2.3.1.2 Các phương pháp lý-hóa xác định tính chất và đặc trưng xúc tác Phương pháp phổ hồng ngoại (IR); Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD); Phương pháp hấp phụ-giải hấp nitơ (BET); Phương pháp giải hấp amoniac theo chương trình nhiệt độ (TPD-NH3). 4
  7. 2.3.1.3 Khảo sát các đặc trưng sản phẩm methyl este Phương pháp phổ hồng ngoại (IR); Phương pháp phân tích GC-MS định tính và định lượng các thành phần trong sản phẩm. 2.3.2 Tổng hợp acid alkyl hydroxamic từ methyl este của mỡ cá ba sa Phản ứng amid hoá: Phản ứng được tiến hành theo hai bước: Bước 1: Chế tạo amin tự do vừa là tác nhân phản ứng vừa là xúc tác base cho phản ứng amid hóa. Bước 2: Tổng hợp acid alkyl hydroxamic. Hiệu suất của quá trình amid hóa được đánh giá thông qua giá trị chỉ số este. 2.3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến sự giảm giá trị chỉ số este 2.3.2.2 Xác định hiệu suất phản ứng qua phương pháp đánh giá giá trị chỉ số este Sản phẩm acid alkyl hydroxamic được khảo sát bằng phổ IR. 2.3.3 Chế tạo hệ hóa phẩm hỗ trợ phá nhũ 2.3.3.1 Xác định hàm lượng dầu trong NTND thông qua phép đo độ đục 2.3.3.2 Xác định tỷ lệ tối ưu giữa acid alkyl hydroxamic và methyl este 2.3.3.3 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 2.3.3.4 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 2.4 Khảo sát hiệu quả xử lý tách dầu bằng phương pháp tuyển nổi kết hợp hệ hóa phẩm chế tạo từ mỡ cá ba sa Thông số cố định của các thử nghiệm: pH: 7,0; thời gian: 40phút; nồng độ hệ HP 15mg/L, và mẫu NTND thử nghiệm có hàm lượng dầu 150mg/L. 2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng hệ hóa phẩm Chuẩn bị 04 mẫu NTND; hàm lượng hệ HP từ mỡ cá ba sa: thay đổi cho từng mẫu thí nghiệm từ mẫu 1 đến mẫu 4 là:10; 15; 20 và 30mg/L 2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng pH của nước thải nhiễm dầu Chuẩn bị 04 mẫu NTND; pH của NTND thay đổi theo thứ tự từ mẫu 01 đến mẫu 04 là: 6,5; 7,0; 7,5; 8,0. 2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tách Chuẩn bị 04 mẫu NTND; thời gian tách dầu thay đổi cho từng mẫu thí nghiệm theo thứ tự từ mẫu 1 đến mẫu 4 là: 30; 40; 50 và 60phút. 5
  8. 2.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng dầu trong nước thải nhiễm dầu Thực hiện tương tự mục: 2.2.2.5 ở trên. Sau khi tách dầu, các mẫu của 04 thí nghiệm được đưa qua thiết bị tách phụ trợ là ly tâm, sau đó tiến hành đo hàm lượng dầu còn lại trên máy quang phổ huỳnh quang cực tím RF-1501 để xác định hiệu quả khử nhũ tương. Hiệu suất tách dầu được tính theo công thức (2.1) ở trên. CHƯƠNG 3-KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 CHẾ TẠO CÁC MẪU NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU DẠNG NHŨ TƯƠNG DẦU/NƯỚC TỪ DẦU THÔ BẠCH HỔ Đã chế tạo thành công mẫu nhũ tương dầu/nước N4 giống với các mẫu NTND tại các giàn khai thác qua các tiêu chuẩn kiểm tra. 3.1.1 Kiểm tra độ bền nhũ tương dầu/nước 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 được xác định bằng phương pháp ly tâm siêu tốc. 3.1.2 Kiểm tra kích thước hạt nhũ bằng phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Hình 3.2 Ảnh TEM mẫu N1 Hình 3.3 Ảnh TEM mẫu N2 Kích thước hạt nhũ:10-35µm Kích thước hạt nhũ: 5-25µm 6
  9. Hình 3.4 Ảnh TEM mẫu N3 Hình 3.5 Ảnh TEM mẫu N4 Kích thước hạt nhũ:5- 30µm Kích thước hạt nhũ: 5-25µm Kết quả ảnh TEM được thể hiện trên các hình 3.2 đến hình 3.5. Mẫu N4-mẫu nhũ chế tạo từ dầu thô Bạch Hổ, có kích thước hạt nhũ nằm trong khoảng 5-25µm, tương tự kích thước hạt nhũ trong mẫu lấy từ các giàn khai thác, đảm bảo tiêu chuẩn cho các thí nghiệm tiếp theo của luận án. 3.2 KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XỬ LÝ TÁCH DẦU Ở THỂ NHŨ TƯƠNG TRONG NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SÓNG ĐIỆN TỪ 3.2.1 Khảo sát hiệu quả xử lý tách dầu bằng phương pháp vi sóng điện từ 3.2.1.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ Kết quả được biễu diễn trên hình 3.6. Hình 3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất tách dầu bằng phương pháp vi sóng 7
  10. Trên hình 3.6 cho thấy, khi tăng nhiệt độ mẫu NTND từ 35oC lên đến 55oC thì hiệu suất tách dầu tăng dần lên và đạt cực đại 98,5%. Sau đó, nhiệt độ tăng lên đến 80oC, nhưng hiệu suất tách dầu không thay đổi. Ảnh hưởng nhiệt độ chỉ tuyến tính ở vùng nhiệt độ 35-55oC, sau đó hàm lượng dầu trong NTND còn lại quá nhỏ, dưới giới hạn tách của thiết bị. Khi tăng nhiệt độ của mẫu thí nghiệm, nhũ tương dầu/nước chịu các tác dụng sau: - Giảm độ nhớt của dầu; - Tăng tính di động của các hạt dầu; - Tăng tốc độ sa lắng của pha nước; - Tăng va chạm giọt và tạo thuận lợi cho sự hợp nhất (kết tụ hạt dầu). - Làm suy yếu hoặc làm vỡ lớp màng (phim) bao phủ các hạt dầu, tạo thuận lợi cho các hạt dầu liên kết lại với nhau. - Tăng sự khác biệt về tỷ trọng giữa những chất lỏng, do đó, làm tăng nhanh sự sa lắng của nước và sự phân tách dầu/nước. 3.2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian chiếu xạ đến hiệu quả tách dầu Kết quả được biễu diễn ở hình 3.7, cho thấy hiệu suất tách dầu liên tục tăng lên cùng với thời gian chiếu xạ vi sóng, đạt 98,5% sau 40giây và giữ nguyên hiệu suất này thêm 5giây. Sau 45giây hiệu suất tách vi sóng giảm dần. Thời gian chiếu xạ vi sóng không đủ sẽ không có khả năng làm cho nhiều hạt dầu nhỏ kết lại thành khối lớn để tách ra. Còn thời gian chiếu xạ vi sóng quá dài thì sẽ tiêu tốn thêm năng lượng vô ích mà hiệu suất tách vi sóng lại còn giảm do năng lượng vi sóng sẽ làm sôi hệ nhũ. Hình 3.7 Ảnh hưởng thời gian chiếu xạ đến hiệu suất tách dầu bằng phương pháp vi sóng 8
  11. Với thời gian 40-45giây, năng lượng vi sóng đủ để tách gần như hoàn toàn lượng dầu có trong nhũ (98,5%). Vì vậy, thời gian chiếu xạ vi sóng đạt hiệu suất tách cao nhất là 40-45giây. 3.2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng công suất chiếu xạ đến hiệu quả tách dầu Hình 3.8 Ảnh hưởng công suất chiếu xạ đến hiệu suất tách dầu bằng phương pháp vi sóng Hiệu suất tách dầu liên tục tăng với sự tăng công suất chiếu xạ vi sóng. Công suất thiết bị vi sóng tăng từ 0,5KW (đạt 92%) lên 1KW (đạt 96%) và đạt hiệu suất tách cao nhất (98,5%) ở 1,5KW (hình 3.8). Các mối quan hệ giữa công suất chiếu xạ vi sóng tiêu hao được hấp thụ bởi một vật liệu có cường độ điện trường, điện môi đã được đưa ra trong phương trình 3.2: ρ = 2π f ε 0ε '' E2 = σ E2 (3.2) Trong đó, P là công suất chiếu xạ vi sóng tiêu hao cho mỗi đơn vị thể tích, E là cường độ điện trường và là độ dẫn điện. Mối quan hệ này cho thấy, tiêu hao năng lượng vi sóng tỷ lệ thuận với độ dẫn điện. Về phương diện kinh tế thì phải chọn công suất vận hành thiết bị ở mức tối ưu, bảo đảm hiệu quả tách dầu ra khỏi nhũ tương đạt mức độ mong muốn nhưng lại không tiêu tốn quá nhiều năng lượng. 3.2.1.4 Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu quả tách dầu Kết quả được biễu diễn trên hình 3.9, cho thấy hiệu suất tách dầu ở pH=6 là 98,9%. Sau đó pH càng tăng thì hiệu suất tách dầu càng giảm và khi giá trị pH=8 hiệu quả phá nhũ chỉ còn 96%. 9
  12. Hình 3.9 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất tách dầu bằng phương pháp vi sóng Độ pH của nước thải có ảnh hưởng lớn đến nhũ tương: - Sự ổn định của lớp màng bề mặt phân cách nhũ tương sẽ bền vững khi chứa (a) acid hữu cơ và các chất kiềm; (b) asphalten với các nhóm ion hóa; và (c) các chất rắn. - Độ pH của nhũ tương ảnh hưởng đến độ bền của lớp màng bề mặt, trong đó, lớp màng bề mặt hình thành bởi asphalten là mạnh nhất trong môi trường acid và trở nên yếu dần khi độ pH tăng lên. - Các lớp màng được hình thành bởi các loại nhựa là mạnh (bền) nhất trong môi trường kiềm và yếu nhất trong môi trường acid. - Chất rắn trong nhũ tương có thể được thấm ướt bằng asphalten và có ảnh hưởng mạnh trong môi trường acid mạnh, hơn là trong môi trường kiềm trung bình. - Giá trị pH tối ưu cho khử nhũ tương là khoảng 6,0-7,0 với điều kiện không có sự hiện diện chất khử nhũ tương. Trong thực tế, môi trường trung tính (pH=7) tạo thuận lợi cho việc xử lý nhũ tương, tránh phức tạp cho khâu xử lý thứ cấp, cũng như tránh được sự ăn mòn thiết bị. Hơn nữa, pH=7 cũng thường gặp đối với các loại NTND nói chung và NKT trong ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam nói riêng. 3.2.1.5 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng dầu trong nhũ tương đến hiệu quả tách dầu Kết quả được trình bày trên hình 3.10. Hình 3.10 Ảnh hưởng của hàm lượng dầu đến hiệu suất tách dầu bằng phương pháp vi sóng 10
  13. Kết quả ở hình 3.10, cho thấy: (i) Vi sóng điện từ là phương pháp tách và thu hồi dầu trong NTND có thể đạt > 90% ở vùng nồng độ dầu 20- 470mg/L; (ii) Nếu hàm lượng dầu trong NTND từ 110 đến 280mg/L, thiết bị tách vi sóng cho hiệu quả tách dầu cao nhất 98,5%; (iii) Trong hai vùng hàm lượng dầu trong NTND 70-100mg/L và 290-320mg/L thiết bị tách vi sóng cho hiệu quả tách dầu cao, đến 98%; (iv) Với hàm lượng dầu trong NTND trong khoảng 20-30mg/L, thiết bị tách vi sóng cho hiệu quả tách dầu 94‐95%. 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 3.3.1 Chế tạo methyl este từ các acid béo của mỡ cá ba sa dùng xúc tác dị thể MgO-ZrO2/γ-Al2O3 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 a. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) Hình 3.11 Phổ hồng ngoại của mẫu γ-Al2O3 MgO - gama Al2O3 - ZrO2 100 90 2360.8 2341.7 2092.3 3854.9 80 70 1101.3 60 1457.7 %Transmittance 50 40 1638.6 30 20 10 3440.2 0 410 9 -10 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumbers (cm-1) Number of sample scans: 32 Number of background scans: 32 Resolution: 4.000 Sample gain: 4.0 Mirror velocity: 0.6329 Aperture: 100.00 Hình 3.12 Phổ hồng ngoại mẫu MgO-ZrO2/γ-Al2O3 11
  14. Phổ hồng ngoại của hai mẫu γ-Al2O3 (hình 3.11) và MgO-ZrO2/γ-Al2O3 (hình 3.12) cho thấy, phổ của mẫu γ-Al2O3 có hai đỉnh dao động nhỏ trong vùng 1561 cm- 1 và 1543 cm- 1 với cường độ rất thấp, trong khi mẫu MgO- ZrO2/γ-Al2O3 có một dãy dao động trong vùng 1457,7 cm- 1 với cường độ cao hơn. Các dao động đặc trưng thường thấy trong γ-Al2O3vẫn tồn tại trong mẫu MgO-ZrO2/γ-Al2O3 với cường độ xấp xỉ nhau, vị trí tương tự nhau chỉ dịch chuyển 1 cm-1 về phía số sóng thấp hơn, chứng tỏ pha tinh thể của hai mẫu này khá đồng nhất. b. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Theo kết quả phân tích, giản đồ nhiễu xạ tia X góc rộng (2θ trong khoảng 19-70o) của hệ xúc tác MgO-ZrO2/γ-Al2O3 cho các tín hiệu rất đặc trưng cho cấu trúc γ-Al2O3 ở giá trị 2θ=38o, 46o và 67o; MgO ở các peak 2θ=37o, 43o và 66o và ZrO2 ở các peak 2θ=27,5o; 51o và 61o. c. Phương pháp hấp phụ và giải hấp N2 Đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp N2 trên mẫu γ-Al2O3 (hình 3.14) và đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp N2 trên mẫu MgO-ZrO2/γ-Al2O3 (hình 3.16) đều cho thấy, cả hai cùng có xuất hiện vòng trễ ngưng tụ mao quản kiểu IV trong vùng áp suất tương đối lớn (P/Po≥ 0,5), thuộc 1 trong 6 kiểu đường hấp phụ đẳng nhiệt theo phân loại của IUPAC, chứng tỏ γ-Al2O3 là vật liệu mao quản trung bình, diện tích bề mặt theo phương pháp BET-N2 là 281m2/g và kích thước mao quản tập trung ở vùng 11nm. Mẫu MgO-ZrO2/γ- Al2O3 có diện tích bề mặt được xác định theo phương pháp BET-N2 là 128m2/g và kích thước mao quản tập trung ở vùng 9nm. Hình 3.14 Đường đẳng nhiệt hấp phụ N2 trên γ-Al2O3 Như vậy, do ảnh hưởng của việc mang MgO và ZrO2 lên bề mặt γ-Al2O3 nên, nhìn chung, diện tích bề mặt, kích thước và thể tích mao quản của mẫu MgO-ZrO2/γ-Al2O3 có giảm so với mẫu γ-Al2O3 trước khi biến tính, chứng tỏ MgO và ZrO2 đã phân tán vào trong mao quản của γ-Al2O3. 12
  15. Hình 3.15 Đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp N2 trên mẫu MgO-ZrO2 /γ-Al2O3 d. Hấp phụ và giải hấp NH3 theo chương trình nhiệt độ (TPD-NH3) Kết quả trên hình 3.16 và bảng 3.13 có thể thấy, các tâm acid trên bề mặt Al2O3 theo lực của chúng thì tỷ lệ các tâm “mạnh” cao hơn so với hai loại tâm “yếu” và “trung bình”. Kết quả trên hình 3.17 và bảng 3.14 có thể thấy khi phân tán MgO và ZrO2 lên chất mang γ-Al2O3 thì sự phân bố tâm acid có sự thay đổi. Lượng các tâm acid “trung bình” tăng lên. Có thể cho rằng, đây chính là các tâm acid thể hiện hoạt tính trong phản ứng este hóa chéo các acid béo của mỡ cá ba sa với methanol. Hình 3.16 Giản đồ TPD-NH3 trên mẫu γ-Al2O3 Bảng 3.13 Dữ liệu TPD-NH3 của mẫu γ-Al2O3 Số Nhiệt độ Thể tích NH3 giải % thể tích NH3 Lực acid peak (oC) hấp (cm3/g STP) 1 217,8 6,72 9,89 Yếu 2 364,7 9,50 10,02 Trung bình 3 481,8 7,60 9,90 Mạnh 4 541,0 1,09 9,79 Mạnh 13
  16. Hình 3.17 Giản đồ TPD-NH3 của MgO-ZrO2/γ-Al2O3 Bảng 3.14 Dữ liệu TPD-NH3 trên hệ xúc tác MgO-ZrO2/γ-Al2O3 Nhiệt độ Thể tích NH3 giải % thể tích Số peak Lực acid (oC) hấp (cm3/g STP) NH3 1 197 2,87 9,83 Yếu 2 320 5,93 10,43 Trung bình 3 342 2,32 10,12 Trung bình 4 357 9,41 10,01 Trung bình 5 480 7,75 9,94 Mạnh 6 545 0,57 9,80 Mạnh 3.3.1.2 Khảo sát các đặc trưng sản phẩm methyl este a. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) Hình 3.18 Phổ hồng ngoại của sản phẩm methyl este Có thể nhận thấy một số đỉnh đặc trưng tương ứng với số sóng của các nhóm: CH3 (2925cm-1), C= O (1744cm-1), … Đây chính là số sóng đặc trưng cho dao động của nhóm (–COOCH3) của hợp chất methyl este từ mỡ cá ba sa (hình 3.18). 14
  17. b. Phương pháp phân tích GC-MS định tính và định lượng các thành phần trong sản phẩm methyl este Hình 3.19 Kết quả phân tích GC-MS sản phẩm methyl este tổng hợp được từ mỡ cá ba sa Kết quả phân tích GC-MS các sản phẩm methyl este cho thấy, sản phẩm không chứa các acid béo tự do và chất lượng của khối phổ đạt từ 90 đến 99%. Các methyl este này đảm bảo chất lượng để chế tạo acid alkyl hydroxamic phục vụ sản xuất chế phẩm phá nhũ, một phần làm nguyên liệu cho hệ HP. 3.3.2 Tổng hợp acid alkyl hydroxamic từ methyl este của mỡ cá ba sa 3.3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến sự giảm giá trị chỉ số este Kết quả được biễu diễn trên hình 3.20. Hình 3.20 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ giảm giá trị chỉ số este Trên hình 3.20, phản ứng amid hóa bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiệt độ, cả ba nhiệt độ 140oC, 150oC và 160oC, trong 30phút đầu, phản ứng đã đạt độ chuyển hóa tạo acid alkyl hydroxamic rất cao, hiệu suất tương ứng là tương ứng là 81%; 86% và 93%; sau đó độ chuyển hóa giảm rất chậm theo thời gian. Ở nhiệt độ 160°C, sau thời gian 480phút, hiệu suất tạo acid alkyl hydroxamic đạt 98%, phản ứng xảy ra gần như hoàn toàn. 15
  18. 3.3.2.2 Khảo sát sản phẩm acid alkyl hydroxamic bằng phổ hồng ngoại Hình 3.21 Phổ IR của acid alkyl hydroxamic từ methyl este của mỡ cá ba sa Ngoài các đỉnh đặc trưng cho methyl este, trong phổ đồ acid alkyl hydroxamic còn xuất hiện các đỉnh đặc trưng cho các liên kết khác trong phân tử acid alkyl hydroxamic (hình 3.21), đó là đỉnh 3252 cm-1 đặc trưng cho dao động của nhóm N-H, đỉnh 1230 cm-1 đặc trưng cho dao động của nhóm C-N. Các kết quả trên cho thấy, acid alkyl hydroxamic đã được chế tạo thành công từ methyl este của mỡ cá ba sa. 3.3.3 Chế tạo hệ hóa phẩm hỗ trợ phá nhũ 3.3.3.1 Xác định tỷ lệ tối ưu của acid alkyl hydroxamic và methyl este 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 Các kết quả thí nghiệm ở hình 3.22 cho thấy, hệ HP có tỷ lệ acid alkyl hydroxamic:methyl este bằng 1:10 được coi là tốt nhất để xử lý các hệ nhũ tương dầu/nước. 16
  19. 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 Kết quả trên hình 3.23, có thể thấy, hệ HP được pha chế từ mỡ cá ba sa cho hiệu quả tách dầu ở mức trung bình so với các hệ HP thương mại nhập ngoại từ hãng BASF. 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 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 Kết quả ở bảng 3.22 cho thấy, khi tỷ lệ hàm lượng hệ HP từ mỡ cá ba sa chiếm khoảng 20% trong hỗn hợp với Alcomer 7125, hiệu quả xử lý nhũ tương dầu/nước đã tăng lên và đạt được 56,5% (mẫu M9). Hệ hỗn hợp này làm tăng gần 40% hiệu quả tách dầu ở dạng nhũ tương so với hệ Alcomer 7125. Bảng 3.22 Hiệu quả xử lý nhũ tương dầu/nước bằng hỗn hợp Alcomer 7125 và hệ HP từ mỡ cá ba sa Nồng độ Alcomer Nồng độ hệ HP từ Độ đục, Độ giảm TT Tên mẫu 7125 (mg/L) mỡ cá ba sa (mg/L) NTU độ đục, % 1 M0 - - 287,5 - 2 M6 5 0 171,3 40,4 3 M9 4 1 135,1 56,5 4 M10 3 2 152,6 46,9 5 M11 2 3 180,7 37,1 Nguyên nhân của sự tăng hiệu quả này có thể hoặc do tương tác giữa các phân tử polydiallyldimethyl ammonium chloride (Alcomer 7125) và 17
  20. các thành phần của hệ HP từ mỡ cá ba sa tạo ra phức chất có hiệu quả hơn trong việc tách dầu ra khỏi nước, hoặc có thể là kết quả của hiện tượng hợp trội của Alcomer 7125 và hệ HP từ cá ba sa. 3.4 KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XỬ LÝ TÁCH DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI ÁP LỰC KẾT HỢP HỆ HÓA PHẨM CHẾ TẠO TỪ MỠ CÁ BA SA 3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng hệ hóa phẩm Kết quả ở hình 3.24, cho thấy, khi sử dụng tới 15mg/L hệ HP thì lượng dầu còn lại trong nước thải là thấp nhất, hiệu suất đạt 98%. Tiếp tục tăng nồng độ hệ HP từ mỡ cá ba sa lên 20 và 30mg/L hiệu quả xử lý không tăng thêm mà vẫn đứng yên ở mức 98%. Hình 3.24 Ảnh hưởng hàm lượng hệ hóa phẩm đến hiệu quả tách bằng phương pháp tuyển nổi Hệ HP từ mỡ cá ba sa có các phần tử có thể làm thay đổi đặc tính của lớp màng bề mặt phân giới giữa chất lỏng/không khí hay bề mặt giữa chất lỏng/chất lỏng, bằng cách làm suy yếu lớp màng bề mặt hay làm giảm sức căng bề mặt phân giới. Do đó, khi ở nồng độ thấp vừa đủ (ở thí nghiệm khảo sát là 15mg/L) các hạt của hệ HP hấp phụ đều hết lên các hạt dầu, trung hòa điện tích trái dấu bởi các nhóm mang điện dương của chúng, làm triệt tiêu lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt dầu, thúc đẩy quá trình keo tụ-nổi lên của pha dầu. Nhưng nếu hàm lượng hệ HP từ mỡ cá ba sa cao quá, sẽ xảy ra hiện tượng hạt dầu sau khi được trung hoà điện tích sẽ hấp phụ thêm chất phá nhũ mang điện. Khi đó, xuất hiện hiện tượng đổi dấu điện tích bề mặt, thay vì điện tích âm lúc đầu, hạt dầu sẽ tích điện dương của hệ HP cho thêm, lực đẩy tĩnh điện sẽ tái xuất hiện và hạt dầu lại trở nên bền, điều này sẽ làm cho hiệu quả tách không cải thiện mà có nguy cơ suy giảm khi lượng hệ HP lớn hơn 30mg/L. 18

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản