Tài liệu Nghiên cứu thu hồi dầu cặn từ quá trình làm sạch hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại nhà máy lọc dầu dung quất

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  VÕ TẤN PHƯƠNG NGHIÊN CỨU THU HỒI DẦU CẶN TỪ QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH HỆ THỐNG BỒN BỂ CHỨA DẦU THÔ TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Đà Nẵng – Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  VÕ TẤN PHƯƠNG NGHIÊN CỨU THU HỒI DẦU CẶN TỪ QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH HỆ THỐNG BỒN BỂ CHỨA DẦU THÔ TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật Hoá học Mã số: 8520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân Đà Nẵng – Năm 2019 LỜI CẢM ƠN Với tình cảm chân thành và trân trọng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Quý Thầy, Cô trong Khoa Hóa, cũng như các Cán bộ giảng viên - Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng và phía Trường Đại học Phạm Văn Đồng – Quảng Ngãi đã tạo điều kiện cho tôi hoàn tất khóa đào tạo Thạc sỹ và định hướng, hoàn thành nghiên cứu Luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Cán bộ Hướng dẫn khoa học TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân đã trực tiếp và tận tụy hướng dẫn để tôi hoàn thành đề tài Luận văn này. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đề tài “Nghiên cứu thu hồi dầu cặn từ quá trình làm sạch hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Võ Tấn Phương TÓM TẮT “NGHIÊN CỨU THU HỒI DẦU CẶN TỪ QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH HỆ THỐNG BỒN BỂ CHỨA DẦU THÔ TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT” Học viên: VÕ TẤN PHƯƠNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC Mã số: 8520301 Khóa: K35KHH.QNg Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Trong quá trình chế biến, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất chế biến chủ yếu dầu thô Bạch Hổ và các loại dầu thô tương đương. Những chủng loại dầu thô này có điểm chảy (pour point) cao và thường tạo cặn (sludge) trong quá trình tồn chứa trong bể. Đặc tính này sẽ gây ra một số vấn đề, điển hình như:  Làm giảm thể tích làm việc của bể.  Gây cản trở trong việc di chuyển của khớp mềm của đường ống thoát xả nước mưa từ mái bể và gây hư hỏng hệ thống này.  Gây tiêu tốn chi phí, thời gian cho việc nạo vét cặn dầu ra khỏi hệ thống bồn bể.  Gây ô nhiễm môi trường do phát sinh cặn bùn thải. Đối với những chủng loại dầu thô có điểm chảy cao, quá trình nghiên cứu đã xác định thành phần chính của cặn bùn hình thành trong bể là hydrocarbon. Điều này gây ra vấn đề hao hụt dầu thô trong quá trình vận hành nhà máy Lọc dầu. Nếu lựa chọn phương án cơ khí để nạo vét, thu gom bùn thải từ bể chứa và chuyển đến Công ty Lilama để xử lý thì chi phí nhân công và chi phí xử lý môi trường đối với cặn thải là rất cao, đồng thời gây thất thoát, lãng phí một lượng lớn hydrocacbon từ cặn bùn. Vì vậy, việc nghiên cứu thu hồi dầu cặn từ quá trình làm sạch hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại nhà máy lọc dầu Dung Quất sẽ mang lại nhiều ý nghĩa về mặt kinh tế và môi trường. Từ khóa – Thu hồi dầu, cặn bùn thải, vệ sinh bể chứa, mềm hóa cặn bùn, tách pha dầu và nước. “STUDY RECOVERING OIL IN SLUDGE FROM CRUDE TANK CLEANING IN DUNG QUAT REFIENRY - BSR” Abstract – Currently, Dung Quat Refinery is storing and processing the domestic crude oils mainly such as Bach Ho and/or equivalent crude oils as well... The properties of these crude oils are light, sweet and high pour point. Therefore, the sludge is formed and accumulated at the bottom tankage in normal operation with temperature of 50 deg C. This sludge causes some issues as following:  Reduce tank capacity.  Obstruct moving of flexible joint of roof drain and cause damage of this system.  High cost for cleaning and off service in long time will negatively impact on crude oils import and storage planning.  Significant impact on the environment. After testing and studying on sludge sample at tankage bottom, it demonstrated that the sludge contains mostly hydrocarbons. It is causing oil loss for refinery along with sludge. Actually, manual or mechanical tankage cleaning is applied for Dung Quat Refinery. The sludge will be taken out manually and remove to Refinery’s outside for disposal by outsources (Lilama Company) under high cost with very big sludge volume, reesults of crude oils loss along with sludge. Therefore, it is necessary and extremely important to study for recovering crude oils from sludge during tankage cleaning and forseens bringing the profit to BSR. Key words – recovering oil, sludge, crude tank cleaning, sluge softening, water and oil phase separation MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài...................................................................................................1 2. Mục đích và nội dung nghiên cứu.........................................................................2 3. Đối tượng và phậm vi nghiên cứu ........................................................................2 4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................. 3 6. Cấu trúc luận văn ..................................................................................................3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................4 1.1. Tổng quan về NMLD Dung Quất .............................................................................4 1.1.1. Công suất thiết kế và nguồn nguyên liệu ........................................................5 1.1.2. Các phân xưởng công nghệ chính trong Nhà máy ..........................................5 1.1.3. Sản phẩm .........................................................................................................6 1.1.4. Các loại dầu thô đang được sử dụng để chế biến tại NMLD Dung Quất .......6 1.2. Hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại NMLD Dung Quất ..............................................7 1.3. Giới thiệu chung về cặn dầu trong quá trình tồn chứa ..............................................8 1.3.1. Tác hại của cặn dầu .........................................................................................8 1.3.2. Sự hình thành cặn dầu trong quá trình tồn chứa dầu thô ................................ 9 1.4. Các phương pháp làm sạch bồn bể chứa dầu thô ....................................................10 1.4.1. Phương pháp cơ học......................................................................................10 1.4.2. Phương pháp hóa học ....................................................................................11 CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM.......................................................13 2.1. Nguyên vật liệu .......................................................................................................13 2.1.1. Cặn bùn .........................................................................................................13 2.1.2. Dung môi hòa tan .......................................................................................... 13 2.1.3. Nước ..............................................................................................................14 2.1.4. Hóa chất hoạt động bề mặt............................................................................14 2.2. Điều kiện vận hành .................................................................................................15 2.3. Xây dựng mô hình thực nghiệm .............................................................................15 2.3.1. Quy trình xác lập mô hình thực nghiệm .......................................................15 2.3.2. Các mô hình thực nghiệm của Đề tài ............................................................ 18 2.4. Phương pháp phân tích ........................................................................................... 20 2.4.1. Phân tích chất lượng cặn bùn ........................................................................20 2.4.2. Phân tích chất lượng dầu thu hồi ..................................................................20 2.4.3. Phân tích chất lượng nước thải phát sinh ......................................................22 2.4.4. Phân tích chất lượng cặn rắn còn lại ............................................................. 23 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .............................................................. 24 3.1. Đánh giá chất lượng cặn bùn lấy từ bồn bể ............................................................ 24 3.2. Đánh giá ảnh hưởng của hóa chất đến hệ thống vi sinh .........................................25 3.3. Tối ưu hóa các thông số của mô hình thu hồi dầu thô từ cặn bùn .......................... 27 3.3.1. Tối ưu hóa chủng loại dung môi hòa tan ......................................................27 3.3.2. Tối ưu hóa tỷ lệ LGO và nhiệt độ .................................................................28 3.3.3. Tối ưu hóa nồng độ hóa chất.........................................................................30 3.4. Đánh giá chất lượng dầu thu hồi .............................................................................31 3.4.1. Phân tích chất lượng dầu thu hồi ..................................................................31 3.4.2. Đánh giá kết quả ........................................................................................... 32 3.5. Đánh giá chất lượng nước thải phát sinh ................................................................ 32 3.5.1. Phân tích chất lượng nước thải phát sinh ......................................................32 3.5.2. Đánh giá kết quả ........................................................................................... 33 3.6. Kết luận lựa chọn mô hình để áp dụng vào thực tiễn .............................................33 CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG VÀO THỰC TIỄN TẠI NMLD DUNG QUẤT .........34 4.1. Xây dựng quy trình thu hồi dầu từ quá trình vệ sinh bể TK6001A ........................34 4.2. Kết quả thực hiện quá trình thu hồi dầu tại bể TK6001A.......................................37 4.2.1. Giai đoạn 1: Cho nước, hóa chất, LGO vào bể .............................................38 4.2.2. Giai đoạn 2: Khuấy trộn và gia nhiệt ............................................................ 38 4.2.3. Giai đoạn 3: Chờ lắng, tách pha....................................................................41 4.2.4. Giai đoạn 4: Thu hồi dầu ..............................................................................43 4.2.5. Giai đoạn 5: Thu gom nước thải ...................................................................44 4.2.6. Giai đoạn 6: Thu gom cặn rắn ......................................................................46 4.3. Đánh giá hiệu quả của quá trình thu hồi dầu tại bể TK6001A ............................... 47 4.3.1. Đánh giá kỹ thuật .......................................................................................... 47 4.3.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế .............................................................................48 4.3.3. Đánh giá tác động môi trường.......................................................................49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................50 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................52 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ASTM : American Society for Testing and Materials BS&W : Basic sediment and water C, H, N : Carbon, hydro, nitrogen CCR : Continuous Catalytic Reforming CDU : Crude Distillation Unit COD : Chemical oxygen demand DAF : Dissoved Air Floatation Pakage ETP : Effluent Treatment Plant ISOM : Light Naphtha Isomerization Unit LGO : Light Gas Oil LPG : Khí hóa lỏng NHT : Naphtha Hydrotreater Unit NMLD : Nhà máy Lọc dầu NTU : Naphenlometric Turbidity Unit QĐKT : Quy định kỹ thuật RFCC : Residue fluid catalytic cracking SPM : Single Point Mooring TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TDS : Total dissolved solids VSS : Volatile suspended solids DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 2.1. Mô hình thí nghiệm chủng loại dung môi pha loãng 18 2.2. Mô hình thí nghiệm tỷ lệ LGO và nhiệt độ gia nhiệt mẫu 19 2.3. Mô hình thí nghiệm nồng độ hóa chất 19 2.4. Các chỉ tiêu phân tích chất lượng cặn bùn 20 2.5. Các chỉ tiêu phân tích chất lượng dầu thu hồi 21 2.6. Các chỉ tiêu phân tích chất lượng nước thải phát sinh 22 2.7. Các chỉ tiêu phân tích chất lượng cặn rắn còn lại 23 3.1. Kết quả chất lượng cặn bùn từ bể TK6001A 24 3.2. Kết quả chất lượng nước của mô hình không có hóa chất 25 3.3. Kết quả chất lượng nước thải của mô hình có hóa chất 26 3.4. Kết quả BS&W của dầu thu hồi 27 3.5. Kết quả BS&W của dầu thu hồi 29 3.6. Kết quả BS&W của dầu thu hồi 30 3.7. Kết quả chất lượng dầu thu hồi từ mô hình MH-HC5 32 3.8. Kết quả chất lượng nước thải phát sinh 33 4.1. Kế hoạch thực hiện rửa bể và thu hồi dầu 38 4.2. Kết quả BS&W của mẫu lấy tại mức 2,5m của giai đoạn 2 38 4.3. Kết quả độ đục của mẫu nước tuần hoàn 40 4.4. Kết quả nhiệt độ bể 40 4.5. Kết quả BS&W của mẫu lấy tại mức 2,5m của giai đoạn 3 41 4.6. Kết quả BS&W của mẫu lấy tại mức 0,935m 42 4.7. Kết quả BS&W của dầu thu hồi 43 4.8. Kết quả chất lượng nước thải 45 4.9. Kết quả hàm lượng C trong cặn rắn 47 4.10. Đánh giá hiệu quả của quá trình thu hồi dầu 47 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình Trang 1.1. Sơ đồ tổng thể vị trí Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 4 1.2. Sơ đồ tổng quát các phân xưởng chính trong Nhà máy 6 1.3. Bảng vẽ về hệ thống gia nhiệt của bể chứa dầu thô 8 1.4. Bảng vẽ về hệ thống mái của bể chứa dầu thô 8 2.1. Giai đoạn pha trộn hỗn hợp mẫu. 16 2.2. Giai đoạn khuấy trộn và gia nhiệt 17 2.3. Giai đoạn chờ lắng, tách pha 17 2.4. Giai đoạn lấy mẫu 18 3.1. Mẫu cặn lấy tại bể TK6001A ngày 10/3/2018 24 3.2. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của hóa chất đến vi sinh 26 4.1. Sơ đồ thực hiện giai đoạn 1 34 4.2. Sơ đồ thực hiện giai đoạn 2 35 4.3. Sơ đồ thực hiện giai đoạn 3 36 4.4. Sơ đồ thực hiện giai đoạn 4 37 4.5. Kết quả BS&W của mẫu lấy tại mức 2,5m của giai đoạn 2 39 4.6. Các mẫu nước tuần hoàn 39 4.7. Kết quả độ đục của mẫu nước tuần hoàn 40 4.8. Nhiệt độ bể 41 4.9. Kết quả BS&W của mẫu lấy tại mức 2,5m của giai đoạn 3 42 4.10. Kết quả BS&W của mẫu lấy tại mức 0,935m 43 4.11. Kết quả BS&W của mẫu dầu thu hồi 44 4.12. Chất lượng nước thải 45 4.13. Kết quả pH của nước thải 46 4.14. Sự phân bố cặn rắn trong bể 46 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Nhà máy Lọc dầu Dung Quất thuộc Công ty Cổ phần Lọc hóa dầu Bình Sơn (BSR) được thiết kế có công suất chế biến 148.000 thùng dầu thô /ngày, tương đương 6,5 triệu tấn dầu thô/năm với dầu thô thiết kế là dầu thô Bạch Hổ (Việt Nam) và hỗn hợp dầu thô Bạch Hổ - Dubai (Trung Đông). Nhà máy Lọc dầu Dung Quất đã được đưa vào vận hành thương mại từ tháng 10/ 2009 cho đến nay. Theo kế hoạch, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất sẽ được nâng cấp mở rộng để tăng công suất chế biến từ 148.000 thùng/ngày lên 192.000 thùng dầu thô/ngày, tương đương 8,5 triệu tấn dầu thô/năm nhằm tăng độ linh động trong việc lựa chọn nguồn dầu thô chế biến thay thế dầu thô Bạch Hổ có trữ lượng khai thác đang ngày càng suy giảm. Dự kiến Nhà máy Lọc dầu Dung Quất sau nâng cấp mở rộng sẽ đưa vào vận hành từ năm 2025. Theo thiết kế hiện hữu, tổng số bể chứa dầu thô là 8 bể có tổng dung tích làm việc là 520.000 m3. Các bể chứa dầu thô có dung tích bằng nhau, đường kính 69,0 m, chiều cao 22,4 m. Bể được thiết kế mái nổi, vật liệu chế tạo bằng thép carbon. Trong quá trình chế biến, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất chế biến chủ yếu dầu thô Bạch Hổ và các loại dầu thô tương đương. Những chủng loại dầu thô này có điểm chảy (pour point) cao và thường tạo cặn (sludge) trong quá trình tồn chứa trong bể. Các cặn bùn này sẽ gây ra một số vấn đề, điển hình như:  Làm giảm thể tích làm việc của bể.  Gây cản trở trong việc di chuyển của khớp mềm của đường ống thoát xả nước mưa từ mái bể và gây hư hỏng hệ thống này.  Gây tiêu tốn chi phí, thời gian cho việc nạo vét cặn bùn ra khỏi hệ thống bồn bể.  Gây ô nhiễm môi trường do phát sinh cặn bùn thải. Đối với những chủng dầu thô này, kết quả phân tích mẫu thực tế đã xác định thành phần chính của mẫu cặn bùn hình thành trong bể chủ yếu là các hợp chất hydrocarbon. Điều này gây ra vấn đề hao hụt dầu thô trong quá trình vận hành nhà máy. Phương thức xử lý làm sạch và xử lý căn bùn của các bể dầu thô tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất chủ yếu bằng phương thức cơ học như nạo vét, thu gom bùn thải từ các bề chứa và chuyển đến Công ty Lilama để xử lý. Với phương thức này thì chi phí nhân công và chi phí xử lý môi trường đối với cặn thải rất cao, đồng thời gây thất thoát, lãng phí một lượng lớn hydrocacbon chưa được thu hồi từ cặn bùn xả thải. 2 Với những phân tích nêu trên, luận văn xin được lựa chọn trình bày đề tài: “Nghiên cứu thu hồi dầu cặn từ quá trình làm sạch hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất” 2. Mục đích và nội dung nghiên cứu 2.1. Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu thu hồi dầu cặn từ quá trình làm sạch hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất, nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế trong vận hành Nhà máy lọc dầu và giảm thiểu tác hại môi trường. 2.2. Nội dung nghiên cứu Phân tích, đánh giá chất lượng cặn bùn. - Nghiên cứu, xây dựng mô hình thu hồi dầu từ cặn bùn. Tiến hành thực nghiệm để tìm kiếm mô hình thu hồi dầu tối ưu. - Ứng dụng vào thực tiễn tại bể chứa dầu thô TK6001A của Nhà máy lọc dầu Dung Quất. 3. Đối tượng và phậm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu: Cặn bùn thu được từ bể chứa dầu thô TK6001A tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất. 3.2. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết. Nghiên cứu thực nghiệm. Nghiên cứu áp dụng vào thực tiễn sản xuất. 4. Phương pháp nghiên cứu Lý thuyết chuyên ngành về phương pháp thu gom bùn thải và thu hồi dầu cặn trong nhà máy lọc dầu. Phương pháp phân tích chất lượng lượng cặn bùn:  ASTM D5291: phân tích hàm lượng C, H  ASTM D482: phân tích hàm lượng tro. - -  UOP 614: phân tích hàm lượng asphantene. Phương pháp phân tích chất lượng dầu thu hồi:  ASTM 4007: phân tích hàm lượng cặn và nước.  ASTM D4530: phân tích hàm lượng cặn cacbon  ASTM D4294: phân tích hàm lượng lưu huỳnh.  ASTM D3230: phân tích hàm lượng muối.  ASTM D5708: phân tích hàm lượng lim loại. Phương pháp phân tích chất lượng nước thải:  ASTM D1293: phân tích độ pH. 3  APHA 4500C: phâm tích hàm lượng tổng chất rắn hòa tan.  ASTM D1252: phân tích hàm lượng nhu cầu oxy hóa học.    ASTM D7066: phân tích hàm lượng dầu. APHA 4500E: phân tích hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi. ASTM D7315: phân tích độ đục. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học: nâng cao hiểu biết về các phương pháp thu gom bùn thải và thu hồi dầu cặn trong nhà máy lọc dầu. - Ý nghĩa thực tiễn: nâng cao hiệu quả kinh tế trong vận hành nhà máy lọc dầu Dung Quất cũng như giảm thiểu giảm thiểu tác hại môi trường của quá trình lọc hóa dầu. 6. Cấu trúc luận văn Luận văn bao gồm phần Mở đầu, 4 Chương và phần Kết luận và kiến nghị. Các Chương có các nội dung chính như sau: Chương 1: Tổng quan. Chương này gồm 11 trang. Nội dung chính là xác định quá trình hình thành cặn dầu, tác hại của cặn dầu và các phương pháp xử lý cặn dầu. Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm. Chương này gồm 12 trang. Nội dung - chính là xây dựng các mô hình thu hồi dầu từ cặn bùn tại phòng thí nghiệm. Chương 3: Kết quả thực nghiệm. Chương này gồm 12 trang. Nội dung chính là phân tích, đánh giá, lựa chọn mô hình thu hồi dầu tối ưu. Chương 4: Ứng dụng vào thực tiễn tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất. Chương này gồm 19 trang. Nội dung chính là áp dụng mô hình tối ưu đã được thiết lập tại Chương 3 vào thực tiễn tại bể chứa dầu thô TK6001A của Nhà máy lọc dầu Dung Quất và đánh giá hiệu quả của quá trình thu hồi dầu từ cặn bùn. 4 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về NMLD Dung Quất Nhà máy lọc dầu Dung Quất là nhà máy lọc dầu đầu tiên tại Việt Nam, được xây dựng từ năm 2005 tại địa bàn hai xã Bình Trị và Bình Thuận, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi trong quy hoạch của Khu kinh tế Dung Quất và đưa vào thương mại từ tháng 10/2009. NMLD Dung Quất được xây dựng với tổng diện tích sử dụng trên 800 ha, trong đó có 337 ha mặt đất và 471 ha mặt biển. Công suất chế biến của Nhà máy là 148.000 thùng/ngày tương đương 6,5 triệu tấn dầu thô/năm. Mặt bằng nhà máy có 4 khu vực chính gồm: các phân xưởng công nghệ và phụ trợ, khu bể chứa sản phẩm, cảng xuất sản phẩm và phao rót dầu không bến, hệ thống lấy và xả nước biển. Hình 1.1. Sơ đồ tổng thể vị trí Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Nhà máy bao gồm các khu vực với diện tích như sau: - Nhà máy chính (toàn bộ các phân xưởng công nghệ, phụ trợ và khu vực ngoại vi): 110 ha. - Khu bể chứa dầu thô: 42 ha. 5 - Khu bể chứa sản phẩm: 44 ha. - Tuyến ống lấy nước biển và xả nước thải: 4 ha. - Hành lang an toàn cho tuyến ống dẫn sản phẩm: 40 ha. - Cảng xuất sản phẩm: 135 ha (mặt đất và mặt biển). - Hệ thống phao rót dầu không bến (SPM), đường ống ngầm dưới biển và khu vực vòng quay tàu: 336 ha (mặt biển). 1.1.1. Công suất thiết kế và nguồn nguyên liệu Nhà máy Lọc dầu Dung Quất được thiết kế có công suất chế biến là 148.000 thùng/ngày tương đương 6,5 triệu tấn/năm với hai nguồn nguyên liệu là 100% dầu thô Bạch Hổ hoặc dầu thô hỗn hợp 85% dầu thô Bạch Hổ và 15% dầu thô Dubai. Nguồn nguyên liệu dầu thô có một số đặc tính sau: - Dầu thô Bạch Hổ:       Tỷ trong: 828 kg/m3@15oC. o API: 39,2. Độ nhớt: 6,75 cst @38oC. Hàm lượng muối: 350 ppm wt. Water & Sediment: 0,5 vol %. Asphaltent: 0,15 wt %. - Dầu thô Dubai:  Tỷ trong: 869 kg/m3@15oC.  oAPI: 31,2.  Độ nhớt: 7,02 cst @38oC.  Hàm lượng muối: 350 ppm wt.  Asphaltent: 3,7 wt %. 1.1.2. Các phân xưởng công nghệ chính trong Nhà máy Nhà máy có 14 phân xưởng công nghệ và phân xưởng PolyPropylen nằm ngoài khu vực của nhà máy: - Phân xưởng chưng cất khí quyển - CDU Phân xưởng xử lý naphta bằng Hydro - NHT Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục - CCR Phân xưởng xử lý Kerosene - KTU Phân xưởng cracking xúc tác tầng sôi cặn khí quyển - RFCC Phân xưởng xử lý LPG - LTU Phân xưởng xử lý naphta của phân xưởng RFCC – NTU Phân xưởng xử lý nước chua – SWS - Phân xưởng tái sinh Amin – ARU 6 - Phân xưởng trung hòa kiềm thải – CNU - Phân xưởng thu hồi Propylene – PRU - Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh – SRU - Phân xưởng isome hóa – ISOM - Phân xưởng xử lý LCO bằng hydro – LCO HDT Hình 1.2. Sơ đồ tổng quát các phân xưởng chính trong Nhà máy 1.1.3. Sản phẩm Cơ cấu sản phẩm của Nhà máy gồm 6,5 triệu tấn các loại như sau: - Lưu huỳnh. - Hạt nhựa Polypropylene. - LPG. - Xăng 92/95. Nhiên liệu phản lực Jet A1. Dầu hỏa. Diesel. Dầu đốt (FO). 1.1.4. Các loại dầu thô đang được sử dụng để chế biến tại NMLD Dung Quất Theo thiết kế thì nhà máy lọc dầu Dung Quất sẽ được vận hành với hai nguồn nguyên liệu là 100% dầu thô Bạch Hổ hoặc dầu thô hỗn hợp 85% dầu thô Bạch Hổ và 15% Dubai. Tuy nhiên sau 10 năm vận hành thì Nhà máy đang cần nguồn nguyên liệu 7 tương đương thay thế. Hiện nay tại Dung Quất, các loại dầu thô sau đây đang được sử dụng để chế biến: - Dầu thô Việt Nam: Bạch Hổ, Rồng, Đại Hùng, Tê giác trắng, Sư tử đen, Chim Sáo, Ruby, Thăng Long; - Dầu thô nhập khẩu nước ngoài: có 11 loại dầu thô nhập khẩu đã được chế biến tại nhà máy: Azeri (Azerbaijan); Champion, SLEB (Brunei); Kikeh, Miri, Labuan, Kimanis (Malaysia); Kaji Semoga (Indonesia); Amna (Lybia); NKossa (Congo) và ESPO (Nga). 1.2. Hệ thống bồn bể chứa dầu thô tại NMLD Dung Quất Hệ thống bể chứa dầu thô gồm 8 bể TK6001A/B/C/D/E/F/G/H. Bể chưa dầu thô được thiết kế với các mục đích sau đây: - Tiếp nhận từ hệ thống phao rót dầu không bến (SPM). - Tồn chứa và tách nước khỏi dầu thô trong các bể có gia nhiệt. - Cung cấp dầu thô cho phân xưởng chưng cất khí quyển (CDU). - Tiếp nhận và tồn chứa cặn chưng cất từ CDU trong trường hợp xảy ra sự cố ở phân xưởng RFCC. - Cung cấp cặn chưng cất đến bể chứa nguyên liệu của phân xưởng RFCC (TK-5103). Một số đặc tính kỹ thuật của hệ thống bồn bể chứa dầu thô như sau: - Thể tích mỗi bể là 65000m3, đường kính là 69m, chiều cao 22,4m. - Thiết kế mái: mái nổi. - Đáy bể: hình chóp nón, độ dốc là 1/120, có hệ thống gia nhiệt bằng hơi nước thấp áp tại vị trí cao hơn đáy bể là 450mm. - Có 3 cánh khuấy để khuấy trộn dầu thô. 8 Hình 1.3. Bảng vẽ về hệ thống gia nhiệt của bể chứa dầu thô Hình 1.4. Bảng vẽ về hệ thống mái của bể chứa dầu thô 1.3. Giới thiệu chung về cặn dầu trong quá trình tồn chứa 1.3.1. Tác hại của cặn dầu Cặn dầu là một thực thể không thể tách rời với các sản phẩm dầu mỏ. Khi ngành công nghiệp dầu khí càng phát triển mạnh mẽ thì theo đó lượng cặn dầu sinh ra từ các quá trình khai thác, chế biến, vận chuyển, hay tồn chứa gia tăng ngày càng lớn. Nếu không được xử lý và kiểm soát chặt chẽ, cặn dầu sẽ gây ra những tác hại vô cùng nghiêm trọng. - Tác hại của cặn dầu khi sử dụng làm nhiên liệu: [1] 9  Trong nhiên liệu các nhựa không hòa tan cùng với nước, cặn bẩn và gỉ kim loại tạo thành chất kết tủa dưới dạng nhũ tương bền vững là nguyên nhân gây mài mòn các chi tiết kim loại, làm tắc bẩn bộ chế hòa khí, tắc vòi phun nhiên liệu động cơ.  Nước trong nhiên liệu làm gia tăng khả năng oxy hóa của dầu, làm giảm khả năng tỏa nhiệt của nhiên liệu. Ngoài ra, nước còn hòa tan các muối khoáng axit, bazơ có trong nhiên liệu gây hiện tượng ăn mòn, tạo gỉ ở các chi tiết kim loại và bồn bể chứa. - Tác hại của cặn dầu trong quá trình chế biến: trong quá trình chế biến, các tạp chất cơ học làm tăng sự bào mòn ống dẫn, chúng kết tụ trên bề mặt trong các thiết bị và lò ống, làm giảm hệ số dẫn nhiệt và kích thích quá trình cốc hóa dầu. [2] - Tác hại của cặn dầu trong quá trình tồn chứa: [2]  Làm giảm hiệu suất chứa đựng nhiên liệu của bồn bể.  Làm giảm chất lượng các lô dầu thô mới chứa trong bể do xảy ra quá trình hòa tan một phần cặn.  Gây ăn mòn hệ thống đáy bể do các thành phần có trong cặn như: nước, các hợp chất có tính axit hoặc tính kiềm, …  Cản trở quá trình vận hành các ống thoát nước mưa từ mái bể. - Tác hại đối với môi trường: cặn dầu có khả năng gây ô nhiễm trầm trọng đối với cả môi trường đất, nước và không khí. [1]  Gây ô nhiễm môi trường không khí vì sự bay hơi của các phân đoạn nhẹ dưới tác động của nhiệt độ môi trường.  Gây ô nhiễm môi trường nước vì các thành phần có trong cặn sau khi hòa tan vào nước sẽ được chuyển hóa thành các hợp chất gây độc đối với con người và môi trường thủy sinh như phenol và các dẫn xuất của phenol.  Gây ô nhiễm môi trường đất vì nếu được chôn lấp, các thành phần nguy hại trong đó có các hợp chất hydrocacbon sẽ phát tán vào môi trường đất và các mạch nước ngầm, gây chết cây xanh cũng như các sinh vật sinh sống gần đó.  Gây hỏa hoạn: nếu cặn bùn không được xử lý và bảo quản cẩn thận thì sự cố hỏa hoạn có thể xảy ra khi các thành phần hydrocacbon trong cặn bùn tiếp xúc với nguồn nhiệt tia lửa điện, sấm sét, … 1.3.2. Sự hình thành cặn dầu trong quá trình tồn chứa dầu thô 10 Theo tài liệu của hai công ty quản lý đường ống dẫn dầu Tatarxki và Barkiaxki thì trong bể chứa dầu mỏ dung tích 5000m3 thì độ cao trung bình của lớp cặn trong một năm là 500 – 800mm. [3] Các nguyên nhân chính làm xuất hiện cặn dầu trong quá trình tồn chứa đó là: do sự thay đổi tính chất của nguyên liệu trong quá trình bảo quản và sự nhiễm lẫn các tạp chất cơ học, nước trong quá trình khai thác, xuất nhập và tồn chứa. Trong quá trình tồn chứa, phẩm chất của dầu thô có thể bị kém đi do sự mất mát các thành phần nhẹ, do quá trình nhựa hóa dưới tác dụng của oxy trong môi trường có không khí và tác động của nhiệt độ. Sau một thời gian nhất định, tùy vào phẩm chất của dầu mỏ, tùy vào thời gian và nhiệt độ tồn chứa, sẽ xảy ra hiện tượng tích tụ, tức là hiện tượng các phần tử rắn to dần lên và lắng đọng xuống. Hiện tượng này xảy ra khi có sự xuất hiện các tinh thể paraffin (hiện tượng tạo mầm tinh thể), sau đó tùy thuộc vào kích thước của các tinh thể paraffin cũng như khả năng hợp thể của chúng, mà cấu trúc các phần tử rắn sẽ lớn dần lên và bắt đầu lắng đọng. Ngoài ra, sự lắng đọng này còn phụ thuộc vào các tính chất bề mặt của các tinh thể và các đặc điểm lý – hóa của môi trường xảy ra hiện tượng lắng đọng. [4] Đồng thời trong quá trình khai thác, vận chuyển và lưu trữ, dầu mỏ sẽ bị nhiễm lẫn nước cùng với các tạp chất cơ học khác như kim loại, đất cát, gỉ sắt, …. Các phần tử vô cơ này thường lẫn trong dầu mỏ dưới dạng huyền phù. Trong quá trình tồn chứa, các tạp chất này cùng với các tinh thể paraffin sẽ keo tụ thành những phức hệ riêng có đường kính khoảng 0,5 – 1mm và có xu hướng lắng xuống đáy bể, tại đây chúng dần dần kết chặt và tạo thành một lớp cặn bền vững, gây ảnh hưởng đến việc tồn chứa dầu thô. [4] 1.4. Các phương pháp làm sạch bồn bể chứa dầu thô Vấn đề xử lý cặn bùn phát sinh trong quá trình tồn chứa dầu thô là một trong những vấn đề cần được nghiên cứu và xử lý trong công nghiệp lọc hóa dầu, nhằm giảm thiểu các tác hại gây ra từ cặn bùn. Hiện nay, các phương pháp xử lý chính cặn bùn trong các bể chứa đó là: phương pháp cơ học và phương pháp hóa học. 1.4.1. Phương pháp cơ học Cơ chế: phương pháp này dùng các dụng cụ cơ khí chuyên dụng để nạo vét, thu gom cặn bùn từ bồn bể vào các vật dụng chứa đựng. Cặn bùn sau khi thu gom sẽ được vận chuyển đến các đơn vị chuyên xử lý nhằm đáp ứng yêu cầu xả thải và tiêu chuẩn môi trường theo quy định. Cách thức thực hiện: [5]