Tài liệu Các phương pháp vận chuyển dầu nặng

Tiểu luận Các phương pháp vận chuyển dầu nặng Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng TÓM TẮT Hai trở ngại lớn nhất của vận chuyển dầu thô nặng là độ nhớt cao ( do chứa nhiều asphalten) và nhiệt độ đông đặc cao ( 0API cao chứa nhiều wax). Do đó chi phí đầu tư cho quá trình vận chuyển dầu nặng cao và phức tạp hơn nhiều so với dầu truyền thống. Do đó, để vận chuyển dầu nặng chúng cần phải qua một quá trình xử lý trước đó. Nội dung bài báo cáo này sẽ đề cặp đến các phương pháp sau: - Phương pháp vận chuyển bằng đường giao thông - Phương pháp vận chuyển bằng đường ống Phương pháp gia nhiệt Phương pháp nhũ tương hóa Phương pháp pha loãng Phương pháp tạo dòng chảy tâm ống Phương pháp dùng dòng hơi nước áp lực cao Trong đó, chủ yếu đề cặp đến đặc điểm kỹ thuật của các phương pháp vận chuyển bằng đường ống GVHD: Dương Thành Trung i Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng Mục Lục Chương I: Tính Chất Dầu Nặng Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Vận Chuyển ............................................... 1 I.1 Giới Thiệu................................................................................................................................ 1 I.2 Độ nhớt ................................................................................................................................... 2 I.3 Tỉ trọng ................................................................................................................................... 5 Chương II : Vận Chuyển Dầu Nặng ..................................................................................................... 7 II.1 Giới Thiệu.................................................................................................................................... 7 II.2 Vận chuyển dầu nặng bằng các phương tiện giao thông ............................................................... 7 II.2 Vận chuyển dầu nặng bằng đường ống......................................................................................... 8 II.2.1 Vận chuyển dầu nặng bằng phương pháp gia nhiệt ............................................................... 8 II.2.1.1. Quy Trình........................................................................................................................ 9 II.2.1.2 Ưu điểm và nhược điểm .............................................................................................. 10 II.2.2 Phương pháp tạo nhũ tương với nước................................................................................ 11 II.2.2.1 Công nghệ nhũ tương hóa dầu nặng .............................................................................. 11 II.2.2.2 Ưu điểm và nhược điểm ................................................................................................ 17 II.2.3 Phương pháp pha loãng ...................................................................................................... 18 II.2.3.1 Dung môi ...................................................................................................................... 18 I.2.3.2 Quy Trình ....................................................................................................................... 20 I.2.3.3 Ưu điểm và nhược điểm ............................................................................................... 20 II.2.4 Phương pháp tạo dòng chảy tâm ống .................................................................................. 21 II.2.4.1 Core annular flow (CAF) ................................................................................................. 21 II.2.4.2 Hệ thống, thiết bị ......................................................................................................... 21 II.2.4.3 Ưu điểm và nhược điểm .............................................................................................. 24 II.2.5 Phương pháp dùng dòng hơi nước áp lực cao ..................................................................... 24 II.2.5.1 Một cải thiện so với phương pháp gia nhiệt truyền thống ............................................. 24 II.2.5.2 Máy bơm phun ............................................................................................................. 25 II.2.5.3 Thời gian gia nhiệt và lượng hơi nước được sử dụng .................................................... 26 II.2.5.4 Khởi động lại hệ thống ................................................................................................ 28 II.3 Kết luận...................................................................................................................................... 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................................ 29 GVHD: Dương Thành Trung ii Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng Danh Sách Hình Vẽ Hình 1-1. Độ API, khối lượng riêng và cách phân loại dầu .................................................... 1 Hình 1-2. Nguồn dầu nặng chủ yếu ở một số quốc gia.. ….................................................... 2 Hình 1-3. Sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ của bitumen Athabasca, Canada (8,60API)....... 3 Hình 1-4. Sự thay đổi độ nhớt của dầu theo số hydrocacbon ở 250C .....................................4 Hình 1-5. Sự thay đổi độ nhớt theo trọng lượng phân tử trung bình....................................... 5 Hình 2-1. Vận chuyển dầu nặng bằng phương pháp gia nhiệt............................................... 9 Hình 2-2. Độ nhớt hệ nhũ tương dầu/nước theo ứng suất cắt ............................................. 14 Hình 2-3. Độ nhớt của dầu thô và hỗn hợp sau khi được xử lí............................................. 15 Hình 2-4. Độ nhớt của dầu thô sau theo hàm lượng dung môi ............................................ 19 Hình 2-5. Bộ phận tạo dòng chảy tâm ống .......................................................................... 22 Hình 2-6. Hệ thống tách dầu và nước tại các trạm bơm ...................................................... 23 Hình 2-7. Bộ phận tách và cung cấp nước .......................................................................... 23 Hình 2-8. Máy bơm phun..................................................................................................... 25 Hình 2-9. Hệ thống gia nhiệt gồm nhiều máy bơm phun...................................................... 27 GVHD: Dương Thành Trung iii Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng Chương I: Tính Chất Dầu Nặng Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Vận Chuyển I.1 Giới Thiệu: Dầu nặng là loại dầu thô có độ nhớt cao và khó lưu chuyển. Đặc tính chung của loại dầu này là tỉ trọng cao, tỉ số Hydro/Cacbon thấp, hàm lượng asphalten cao, hàm lượng lưu huỳnh, nitơ và kim loại cao. Tùy vào độ nhớt, tỉ trọng API mà người ta chia ra thành dầu nặng,dầu siêu nặng và bitumen. Thông thường, khi đề cập đến khái niệm dầu nặng thì nó đã bao hàm cả dầu siêu nặng và bitumen. Hình 1-1. Độ API, khối lượng riêng và cách phân loại dầu (Nguồn: viện Dầu Khí Mỹ – America Petroleu Institute) Hình 1-1 là cách phân loại dầu theo viện Dầu Khí Mỹ. Dầu truyền thống là loại dầu có độ API lớn hơn 20. Và ngược lại, loại dầu có độ API nhỏ hơn 20 là dầu nặng. Trong các loại dầu nặng, người ta phân chia thành ba loại là: dầu nặng, dầu siêu nặng và bitumen. GVHD: Dương Thành Trung 1 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng Hình 1-2. nguồn dầu nặng chủ yếu ở một số quốc gia. I.2 Độ nhớt Độ nhớt biểu thị khả năng lưu chuyển của dầu. Dầu nặng có độ nhớt cao nên rất khó lưu chuyển ở điều kiện thông thường như dầu truyền thống. Độ nhớt của dầu nặng có giá trị rất lớn. Nó có thể lên đến hàng vạn cSt ở 1000F. GVHD: Dương Thành Trung 2 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng Hinh 1-3 Sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ của bitumen Athabasca, Canada (8,60API) (Nguồn:http://www.heavyoilinfo.com/blogposts/bitumen_viscosity.ppt/view) Độ nhớt của dầu nặng thay đổi theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm dần theo hàm lũy thừa. đối với các loại dầu khác nhau thì sự thay đổi độ nhớt cũng khác nhau. GVHD: Dương Thành Trung 3 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng Độ nhớt (cP) Hình 1-4. Sự thay đổi độ nhớt của dầu theo số hydrocacbon ở 250C Hình 143 cho ta thấy sự thay đổi độ nhớt của dầu bitumen (có nguồn gốc từ Canada, độ API là 8,6) theo nhiệt độ. Theo đó, khi nhiệt độ tăng độ nhớt của dầu giảm. Ngoài nhiệt độ, độ nhớt của dầu còn phụ thuộc vào số hydrocacbon và trọng lượng phân tử trung bình. Theo Hình 1-2, khi số hydrocacbon tăng thì độ nhớt của dầu cũng tăng theo. Đường biểu diễn có độ dốc cao cho thấy số hydrocacbon có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất nhớt của dầu. GVHD: Dương Thành Trung 4 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng Độ nhớt (mPa.s) Hình 1-5. Sự thay đổi độ nhớt theo trọng lượng phân tử trung bình Trọng lượng phân tử trung bình (Nguồn: P.J. Closmann & R.D. Seba JCPT, July-August, 1990 vol.29, No4 pp115) Tương tự như trên, độ nhớt của dầu cũng tăng theo trọng lượng phân tử trung bình của dầu (Hình 1-3) I.3 Tỉ trọng Để phân biệt dầu nặng và dầu truyền thống, người ta dựa vào thông số độ API. API  141,5  131,5 SG Trong đó : SG là tỉ trọng dầu. Dầu nặng có API lớn hơn 10. Dầu siêu nặng và bitumen có độ API nhỏ hơn 10. Loại dầu có độ API càng nhỏ thì khối lượng riêng càng lớn và gây khó khăn cho quá trình vận chuyển. GVHD: Dương Thành Trung 5 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng Bảng 1-1 trình bày tính chất của ba loại dầu từ Venezuela và Canada. Bảng 1-1. Tính chất của một số loại dầu Độ nhớt 8x104 đến 105 dầu CerroLoại Negro, Bitumen Venezuela 7x10-3 (m2/s) ở0400C (mPa.s) ở 25 C Morichal, Athabasca, 14257 (cSt) ở 500C Canada Venezuela Dựa vào Bảng Tính 0 chất A 8 P Điểm chảy 38 I9 (0C) - 8 27 , (0C) 5533 (cSt) ở 600C 1-1 ta nhận thấy dầu có nguồn gốc5 khác nhau thì có tính chất khác nhau. Cụ thể ở đây là độ nhớt và độ API. Do đó, tùy vào từng loại dầu mà ta có cách xử lý khác nhau sao cho thuận lợi cho quá trình vận chuyển. Một điều dễ thấy là dầu có độ nhớt càng lớn thì việc vận chuyển càng tốn kém. Vấn đề vận chuyển dầu nặng sẽ được trình bày trong những phần sau. GVHD: Dương Thành Trung 6 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng Chương II : Vận Chuyển Dầu Nặng II.1 Giới Thiệu: Vận chuyển dầu là một khâu quan trọng không kém phần khai thác và chế biến. Chi phí vận chuyển thường chiếm 15 đến 20 % giá thành dầu thô. Đặc biệt, đối với dầu nặng, chi phí vận chuyển rất tốn kém. Chi phí này chủ yếu tập trung vào các quá trình xử lí nhằm làm giảm độ nhớt của dầu, cũng như một số kỹ thuật khác để dầu có thể di chuyển từ nơi này đến nơi khác. Do các tính chất hóa lý rất đặc biệt của dầu nặng nên việc vận chuyển nó là rất khó khăn. Do đó, quá trình vận chuyển dầu nặng trở thành một chiến lược, một thử thách có tính kinh tế và kỹ thuật. Để vận chuyển dầu nặng, người ta có thể sử dụng các phương tiện giao thông hoặc đường ống. Trong đó, việc vận chuyển dầu nặng bằng đường ống thì kinh tế hơn nhiều so với phương án vận chuyển bằng các phương tiện giao thông. II.2 Vận chuyển dầu nặng bằng các phương tiện giao thông: Phương tiện vận chuyển Ưu Điểm Nhược Điểm Vận chuyển bằng tàu thủy Khối lượng vận chuyển lớn Gây ô nhiễm môi trường Linh động Hiệu quả cao Không an toàn (do cướp biển, bão –) Được ứng dụng rộng rãi Vận chuyển bằng xe tải Tính linh động cao Chi phí cao Thời gian nhanh Ô nhiễm môi trường Khối lượng vận chuyển ít Phạm vi vận chuyển hẹp Vận chuyển bằng tàu hỏa Chi phí khá thấp Tính linh động thấp Vận chuyển nhanh Ô nhiễm Khối lượng dầu được vận GVHD: Dương Thành Trung 7 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng chuyển lớn Các phương tiện giao thông được sử dụng trong việc vận chuyển dầu, bao gồm: tàu thủy, xe tải và tàu hỏa. Các phương tiện này là các phương tiện chuyên dụng để vận chuyển dầu. II.2 Vận chuyển dầu nặng bằng đường ống: Phương pháp vận chuyển dầu bằng đường ống thường được sử dụng hơn so với các phương pháp khác. Ưu điểm của chúng là có thể vận chuyển được khối lượng lớn dầu với chi phí thấp trong thời gian nhanh. Thêm vào đó, phương pháp vận chuyển này ít gây ô nhiểm môi trường hơn phương pháp vận chuyển bằng các phương tiện giao thông. Nhược điểm chính của phương pháp vận chuyển dầu bằng đường ống là chi phí đầu tư rất cao. Bên cạnh đó, khả năng linh động của các hệ thống đường ống rất ít và phạm vi hoạt động thường không cao. Như đã đề cập ở phần trước, dầu nặng có độ nhớt rất cao nên rất khó khăn cho việc vận chuyển. Một phương pháp thường được sử dụng là giảm độ nhớt của chúng trước khi được vận chuyển bằng đường ống. Các phương pháp giảm độ nhớt của dầu đã được sử dụng như là: o Phương pháp gia nhiệt o Phương pháp tạo hệ nhũ tương dầu – nước o Phương pháp pha loãng dầu nặng với dung môi o Kỹ thuật tạo dòng chảy tâm ống o Kỹ thuật sử dụng dòng hơi nước áp lực cao II.2.1 Vận chuyển dầu nặng bằng phương pháp gia nhiệt Đây là phương pháp đã được sử dụng từ rất lâu. Phương pháp này dựa trên cơ sở sự giảm độ nhớt của dầu theo nhiệt độ. Do đó, để dầu có thể chảy được trong đường ống, nó phải được gia nhiệt trước khi đưa vào hệ thống đường ống. Như đã trình bày trong phần 1.1.1, khi tăng nhiệt độ thì độ nhớt của dầu giảm và tuân theo hàm lũy thừa (Hình 1-1). Tùy vào từng loại dầu và xuất xứ của chúng GVHD: Dương Thành Trung 8 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng mà đường cong độ nhớt theo nhiệt độ có kích thước khác nhau. Nhiệt độ nung nóng phải được tính toán sao cho cân bằng giữa chi phí năng lượng của quá trình và đảm bảo độ nhớt của dầu cho quá trình vận chuyển. Một điểm cần lưu ý là nếu nhiệt độ càng cao thì tổn thất nhiệt dọc theo đường ống càng lớn. Độ nhớt của dầu không giảm tuyến tính theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ càng cao, sự giảm độ nhớt của dầu theo nhiệt độ càng ít. Nhìn chung, nhiệt độ vận chuyển thường không quá 800C để giảm tổn thất nhiệt trong quá trình vận chuyển cũng như chi phí để gia nhiệt. Ví dụ nhiệt độ hoạt động của đường ống Aleyska ở Alaska xấp xỉ 600C. II.2.1.1. Quy Trình Hình 2-1. Vận chuyển dầu nặng bằng phương pháp gia nhiệt Vận chuyển Dầu Nặng Hình 2-1 trình bày sơ đồ gia nhiệt cho đường ống trước khi vận chuyển. Đầu tiên, dầu được đưa vào thiết bị gia nhiệt để gia tăng nhiệt độ của dầu. Thời gian gia nhiệt tùy thuộc vào loại dầu, loại thiết bị gia nhiệt và chế độ vận hành, cũng như nhiệt độ cần thiết cho quá trình vận chuyển. Sau khi đạt đến nhiệt độ vận hành (T 0C), dầu nặng sẽ có độ nhớt đảm bảo yêu cầu cho quá trình vận chuyển. khi đó, nó được bơm vào hệ thống đường ống để vận chuyển. Do nhiệt độ của dòng dầu bên trong đường ống cao hơn nhiệt độ môi trường bên ngoài nên sự tổn thất nhiệt là tất nhiên. Vì thế, đường ống phải được thiết kế sao cho dòng nhiệt tổn thất là ít nhất, ví dụ: sử dụng lớp bọc cách nhiệt. Tuy vậy, phương pháp bọc cách nhiệt cũng không thể ngăn cản dòng nhiệt tổn thất khi đường ống quá dài. Do đó, khả năng xảy ra hiện tượng nghẹt đường ống là rất lớn. để giải quyết vấn đề này, người ta lắp đặt thêm các trạm gia nhiệt trên hệ thống đường ống. GVHD: Dương Thành Trung 9 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng II.2.1.2 Ưu điểm và nhược điểm  Ưu điểm: Dầu thô khi đưa đến nhà máy lọc dầu có thể được sử dụng ngay mà không cần qua các khâu xử lý nhằm hoàn nguyên tính chất của dầu như các phương pháp khác. Ví dụ: đối với phương pháp pha loãng và tạo hệ nhũ tương, người ta phải tách dung môi và nước ra khỏi dầu trước khi dầu này được đưa vào làm nguyên liệu cho nhà máy.  Nhược điểm: Để gia nhiệt cho dầu người ta phải tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Do đó, nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là chi phí vận hành rất lớn. Đối với những đường ống dài, cần có nhiều trạm gia nhiệt được đặt dọc theo đường ống để đảm bảo nhiệt độ của dầu được duy trì ở mức cần thiết bên trong đường ống. Việc này giúp đường ống không bị nghẹt do sự tăng độ nhớt của dầu khi nhiệt độ giảm. Việc tiêu tốn nhiều năng lượng cho các quá trình này sẽ làm tăng giá thành của dầu thô. Việc thiết kế và xây dựng đường ống sẽ gặp nhiều khó khăn do nó liên quan đến nhiều yếu tố, như là: khả năng tăng công suất của đường ống, số lượng các trạm bơm và trạm gia nhiệt. Đường ống phải được xây dựng sao cho việc tổn thất nhiệt dọc theo đường ống là thấp nhất. Cách bố trí các trạm gia nhiệt để đảm bảo duy trì nhiệt độ của dầu bên trong đường ống. Ngoài chi phí năng lượng, khó khăn trong việc thiết kế và xây dựng, một nhược điểm khác là khả năng gây ăn mòn bên trong đường ống của dầu thô ở nhiệt độ cao. Với cùng một loại dầu và tốc độ chảy của dòng lưu chất, dầu có nhiệt độ cao hơn sẽ gây ăn mòn nhiều hơn cho đường ống. Hậu quả của các quá trình ăn mòn là không thể lường trước. Do đó, hoạt động kiểm tra, bảo trì phải được tiến hành thường xuyên để đảm bảo an toàn và liên tục trong quá trình vận chuyển. Do các nhược điểm trên, hiện nay, phương pháp này ít được sử dụng GVHD: Dương Thành Trung 10 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng II.2.2 Phương pháp tạo nhũ tương với nước Phương pháp tạo nhũ tương giữa dầu và nước nhằm giảm độ nhớt của dầu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận chuyển. Phương pháp này có cùng mục đích với phương pháp gia nhiệt. Tuy nhiên, nguyên lý và cách tiến hành thì hoàn toàn khác. Phương pháp này không dựa trên tính chất thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ của dầu mà dựa vào hiện tượng hình thành hệ nhũ tương giữa dầu và nước. II.2.2.1 Công nghệ nhũ tương hóa dầu nặng Hệ nhũ tương được tạo ra bằng cách trộn dầu nặng vào dung dịch NaOH. Dung dịch này đã được xử lí để loại bỏ khí và có độ pH tối thiểu là 11. Sự nhũ hóa dầu nhằm làm giảm độ nhớt của dầu tạo điều kiện thuận lợi để vận chuyển dầu bằng đường ống. Độ nhớt của hệ nhũ phải nhỏ hơn 200 cSt ở 500F (150C). Giá trị của hệ nhũ phải đạt điều kiện này để dầu có thể vận chuyển được bằng đường ống. Nhiệt độ càng cao thì hệ nhũ tương hình thành càng nhanh Nồng độ của dầu trong hệ nhũ tương phải đạt giá trị sao cho lượng dầu di chuyển được là lớn nhất trong một đơn vị thể tích nhũ tương được vận chuyển. Đối với bitumen, nồng độ thường từ 40% đến 60 % khối lượng bitumen (hoặc từ 70% đến 75% thể tích). Đối với dầu cát (sand oil), nồng độ bitumen thấp hơn, chỉ từ 10 đến 15 % khối lượng. Để đạt hàm lượng dầu cao hơn, hệ nhũ phải được hồi lưu để tăng thời gian tiếp xúc với dầu. Ngoài NaOH, ta cũng có thể sử dụng các loại hóa chất khác, như là: LiOH, KOH, NH4OH, ethylene diamine. Tuy nhiên, giá thành của các loại hóa chất này tương đối cao. Sự khử khí nhằm loại bỏ oxy hòa tan trong nước. Bởi vì, oxy sẽ gây ra những ảnh hưởng đối với những phản ứng hóa học trong quá trình nhũ hóa. Sự khử khí có thể được tiến hành với nhiều phương pháp, như là: sự cất bằng hơi nước. Nước phải được làm mềm bằng cách loại bỏ các ion Ca2+ và Mg2+. Vì những ion này sẽ ảnh hưởng đến phản ứng nhũ hóa. GVHD: Dương Thành Trung 11 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng Tính chất lưu biến của hệ nhũ phụ thuộc nhiệt độ nhiều hơn dầu thô. Do đó, để vận chuyển tốt phải giảm thiểu sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường bên ngoài đường ống lên tính chất lưu biến của hệ nhũ. Hệ nhũ dầu trong nước có thể được vận chuyển trong đường ống với bất kì tốc độ nào. Ví dụ: tốc độ vận chuyển dầu thô thường là từ 5 đến 6 ft/s ( khoảng 2 m/s) có thể được sử dụng để vận chuyển hệ nhũ. Có thể thêm vào hệ dầu natri clorua và chất hoạt động bề mặt để giảm nhiệt độ đông đặc của hệ nhũ. Việc này giúp cho quá trình vận chuyển có thể được tiến hành ở những nơi có điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Theo sơ đồ này, dầu nặng được pha với nước để tạo thành hệ nhũ tương. Quá trình pha trộn có thể được thực hiện trong các thiết bị, bồn bể hoặc trên đường GVHD: Dương Thành Trung 12 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng ống. Để ổn định các hệ nhũ tương này, người ta thêm vào đó các chất nhũ hóa. Để có thể vận chuyển trong đường ống, hệ nhũ tương được tạo thành là hệ dầu trong nước. Sau khi được nhũ hóa, hỗn hợp dầu – nước sẽ được vận chuyển đến nhà máy lọc dầu. Tại đây, hệ thống phân tách có nhiệm vụ khử hệ nhũ tương. Các chất nhũ hóa sẽ được hoàn lưu về hệ thống ban đầu.  Ứng dụng của hệ nhũ tương dầu – nước trong vận chuyển dầu nặng Khi dầu và nước được trộn lẫn với nhau trong tự nhiên, sự hình thành hệ nhũ tương theo kiểu nước trong dầu. Nguyên nhân của xu hướng này là vì tính chất của các chất hoạt động bề mặt có sẵn trong dầu: độ phân cực kém và trọng lượng phân tử lớn. độ nhớt của hệ nhũ tương này luôn cao hơn độ nhớt của pha liên tục. Do đó, để giảm độ nhớt của dầu thông, ta phải chống lại xu hướng hình thành hệ nhũ tương nước trong dầu. Có hai phương pháp để làm việc này, như sau: Cách thứ nhất là thêm vào dầu chất hoạt động bề mặt tự nhiên hoặc tổng hợp. Các chất này có tác dụng cân bằng giữa pha kị nước và pha háo nước. Thông thường, các chất nhũ hóa phi ion thì có ưu điểm nhiều hơn, như là: không bị ảnh hưởng bởi độ muốn của nước, tương đối rẻ tiền và không tạo ra các sản phẩm hữu cơ khác có ảnh hưởng đến tính chất của dầu. Các thứ hai là hoạt hóa chất hoạt động bề mặt có sẵn trong dầu để tăng tính háo nước của chúng bằng cách ion hóa các nhóm chức acid có trên các acid béo và asphalten. Để thực hiện việc này, người ta thường sử dụng các base mạnh như soda. Hình 2-2 cho thấy sự giảm độ nhớt của dầu theo thành phần của chúng trong hỗn hợp với nước. Dựa vào đồ thị, ta nhận thấy rằng độ nhớt tăng theo hàm lượng của dầu. Vì lí do kinh tế, người ta sẽ tính toán sao cho lượng dầu được di chuyển nhiều nhất với lượng nước bị tiêu tốn ít nhất. Để giữ độ nhớt của hỗn hợp dầu nước ở mức nhỏ hơn giá trị cần thiết cho quá trình vận chuyển (thông thường là 400 cP ở nhiệt độ môi trường), thành phần thể tích của bitumen lớn nhất là 70% đến 75%. GVHD: Dương Thành Trung 13 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng Độ nhớt (Pa.s) Hình 2-2. Độ nhớt hệ nhũ tương dầu/nước theo ứng suất cắt Ứng suất cắt (1/s) (Nguồn: Oil & Gas Science and Technology – Rev. IFP, Vol. 59 (2004), No. 5, pp. 511-521) Sự hình thành hệ nhũ tương dầu trong nước sẽ giúp giảm độ nhớt của dầu nặng. từ đó, nó giúp cho quá trình vận chuyển dầu nặng được dễ dàng hơn. Hơn thế nữa, độ nhớt của hệ nhũ tương dầu – nước ít chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn dầu nặng thông thường. Độ ổn định của hệ nhũ tương cũng là một vấn đề cần quan tâm. Để đảm bảo cho quá trình vận chuyển thì hệ nhũ tương phải đạt một độ bền nhất định. Độ bền của hệ nhũ tương phụ thuộc vào nhiều thông số, một trong những yếu tố chính là: thành phần dầu, độ muối và độ pH của nước, tỉ lệ dầu/nước, kích thước và độ phân tán của các giọt nhũ, nhiệt độ, loại chất hoạt động bề mặt và nồng độ của chúng, năng lượng pha trộn. Bên cạnh thông số độ nhớt, tính lưu biến của các hệ nhũ tương cũng cần được chú ý trong quá trình vận chuyển. Hai thông số chính quyết định tính chất lưu biến của hệ là thành phần thể tích của dầu so với nước và sự phân bố kích thước hạt nhũ tương. Tùy thuộc vào từng điều kiện mà tính lưu biến của hệ nhũ tương GVHD: Dương Thành Trung 14 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng có thể là tính chất của lưu chất newton hoặc phi newton. Sự phân bố kích thước của các giọt nhũ tương phụ thuộc vào nhiều thông số khác, bao gồm: loại chất hoạt động bề mặt và nồng độ của chúng, độ pH của môi trường, sức căng bề mặt, năng lượng pha trộn, độ ion hóa, nhiệt độ, tính chất hóa học của chất hoạt động bề mặt có sẵn trong thành phần của dầu, áp suất. Bên cạnh kiềm, amoni hydroxit cũng có thể được sử dụng làm tác chất nhũ hóa. Nó sẽ xà phòng hóa các acid béo để hình thành hệ nhũ tương dầu trong nước. Sau quá trình vận chuyển, amoniac sẽ dễ dàng được thu hồi bằng cách gia nhiệt. Độ nhớt (Pa.s) Hình 2-3. Độ nhớt của dầu thô và hỗn hợp sau khi được xử lí Nhiệt độ (0C) (Nguồn: Heavy Hydrocarbon Emulsions. Making use of the state of the art in formulation engineering-Jean-lousisn2001) Hình 2-3 biểu diễn sự thay đổi độ nhớt của dầu nặng (từ Orinoco Oil Belt) và các hỗn hợp (pha loãng với 25% dung môi – đường giữa và tạo nhũ tương với 30% nước-đường dưới cùng) theo nhiệt độ. Qua đồ thị, ta nhận thấy: hỗn hợp nhũ tương dầu –nước có độ nhớt thấp nhất và ít thay đổi theo nhiệt độ nhất so với hai hỗn hợp còn lại GVHD: Dương Thành Trung 15 Đề Tài : Các Phương Pháp Vận Chuyển Dầu Nặng Sau quá trình vận chuyển, hệ nhũ tương sẽ được phá vỡ để trả lại trạng thái ban đầu của dầu cũng như hoàn nguyên tác chất nhũ hóa. Việc này sẽ gặp một số khó khăn như: Khối lượng riêng của dầu và nước gần bằng nhau. Do đó, các phương pháp tách truyền thống (như là: hệ thống ly tâm, tách trọng lực) thì không hiệu quả. Hiệu quả tách có thể được nâng lên bằng nhiều cách, như là: tăng nhiệt độ của hỗn hợp, thêm các dung môi hoặc muối để tăng hoặc giảm tỷ trọng của dầu so với nước. Dầu nặng có chứa nhiều asphalten. Như đã trình bày ở trên, đây là chất có tác dụng làm bền hệ nhũ tương. Quá trình khử hệ nhũ khó tránh việc tạo ra các giọt nước nhỏ. Chúng sẽ phân tán trong dầu và hình thành các hệ nhũ tương nước trong dầu. Quá trình này sẽ làm tăng độ nhớt của dầu. Quá trình khử hệ nhũ có thể được tiến hành bằng cách kết hợp nhiều phương pháp với nhau, như là: gia nhiệt, sử dụng các chất khử nhũ, dùng dung môi, thêm muối, điều chỉnh độ pH, áp dụng kỹ thuật trường điện từ, phân tách bởi dòng khí.  Tách dầu ra khỏi hệ nhũ tương Sự phá vỡ hệ nhũ để thu dầu thô có thể được tiến hành theo nhiều biện pháp. Một trong số đó là gia nhiệt hệ nhũ với vôi tôi để tách kiềm. Sau khi kiềm được tách ra, hệ dầu nước sẽ hình thành và dễ dàng tách nước ra khỏi dầu. Hệ nước được tách ra sau quá trình tách dầu khỏi hệ nhũ tương có chứa một lượng lớn NaOH. Lượng hóa chất này có thể được hoàn lưu trở lại để tiếp tục quá trình nhũ hóa lúc ban đầu. Lưu ý, dung dịch chứa NaOH có thể cần phải được khử khí, làm mềm hoặc trộn với nước nếu cần. Một phương pháp khác để tách kiềm ra khỏi nước là dùng nhựa trao đổi ion. Nhựa trao đổi ion có thể được tái sinh nhiều lần trước khi bỏ đi. Một biện pháp khác đơn giản hơn là sử dụng bọt khí CO2 để trung hòa dung dịch kiềm hydroxit. GVHD: Dương Thành Trung 16