Tài liệu Nghiên cứu chế tạo chất tẩy rửa để xử lý cặn dầu trong các thiết bị tồn chứa và phương tiện vận chuyển

Bé khoa häc vµ c«ng nghÖ B¸o c¸o khoa häc thùc hiÖn ®Ò tµi ®éc lËp cÊp nhµ n−íc giai ®o¹n 2004-2005 Tªn ®Ò tµi : Nghiªn cøu chÕ t¹o chÊt tÈy röa ®Ó xö lý cÆn dÇu trong c¸c thiÕt bÞ tån chøa vµ ph−¬ng tiÖn vËn chuyÓn C¬ quan chñ tr× ®Ò tµi Chñ nhiÖm ®Ò tµi PGS. TS §inh ThÞ Ngä Bé chñ qu¶n 5695 26/02/2006 Bé khoa häc vµ c«ng nghÖ B¸o c¸o khoa häc thùc hiÖn ®Ò tµi ®éc lËp cÊp nhµ n−íc giai ®o¹n 2004-2005 (T¹i héi ®ång c¬ së) Tãm t¾t b¸o c¸o ®Ò tµi: Nghiªn cøu chÕ t¹o chÊt tÈy röa ®Ó xö lý cÆn dÇu trong c¸c thiÕt bÞ tån chøa vµ ph−¬ng tiÖn vËn chuyÓn M∙ sè: §T§L-2004/04 Thuéc ch−¬ng tr×nh KH & CN: §Ò tµi §éc lËp cÊp Nhµ N−íc Bé chñ qu¶n: Bé Gi¸o dôc vµ §µo t¹o C¬ quan chñ tr×: Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi Thêi gian thùc hiÖn : 1/2004 - 12/2005 Chñ nhiÖm ®Ò tµi: PGS. TS §inh ThÞ Ngä, Khoa C«ng nghÖ Ho¸ häc Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ néi Hµ néi 12/2005 C¸c ch÷ viÕt t¾t dïng trong b¸o c¸o CTR: ChÊt tÈy röa DT: DÇu th«ng DL: DÇu dõa DÇu l¹c DS: DÇu së DN: DÇu ng« DC: DÇu c¸m DTBT : DÇu th«ng biÕn tÝnh H§BM: ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt SCBM: Søc c¨ng bÒ mÆt CMC : Nång ®é mixen tíi h¹n HLB: ChØ sè c©n b»ng tÝnh −a dÇu - n−íc APG: Alkyl polyglucozit NI: Kh«ng ion GC - MS: Ph−¬ng ph¸p s¾c ký khÝ kÕt hîp phæ khèi COD: Nhu cÇu oxy ho¸ häc BOD: Nhu cÇu oxy sinh ho¸ KO: DÇu ho¶ DO: DÇu diezel FO: Nhiªn liÖu ®èt lß Greasemaster: ChÊt tÈy röa cña Mü BK-NT1: Tªn gäi chÊt tÈy röa cña ®Ò tµi GC-MS: Ph−¬ng ph¸p s¾c ký kÕt hîp víi phæ khèi IR: Phæ hång ngo¹i 1 Lêi nãi ®Çu Song song víi sù ph¸t triÓn nh− vò b·o cña c«ng nghiÖp dÇu khÝ còng n¶y sinh ra mét vÊn ®Ò ®¸ng quan t©m ®ã lµ cÆn bÈn x¨ng dÇu. CÆn dÇu ®−îc sinh ra trong qu¸ tr×nh khai th¸c, chÕ biÕn, tån chøa vµ vËn chuyÓn dÇu th« hay dÇu th−¬ng phÈm. Thµnh phÇn cña cÆn dÇu rÊt phøc t¹p, chóng lµ c¸c chÊt rÊt qu¸nh, dÝnh, b¸m chÆt vµo bÒ mÆt bån bÓ chøa,rÊt khã tÈy röa. T¸c h¹i cña cÆn dÇu thÓ hiÖn ë c¸c ®iÓm sau ®©y: - CÆn dÇu g©y ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn chÊt l−îng cña nhiªn liÖu vµ ®éng c¬ sö dông: lµm gi¶m thÓ tÝch chøa cña nhiªn liÖu trong c¸c lÇn tån chøa tiÕp theo, g©y hËu qu¶ xÊu cho ®éng c¬ sö dông, g©y ra hiÖn t−îng gØ trong bån bÓ chøa, ¨n mßn vagon xitec vËn chuyÓn, lµm cho c¸c thiÕt bÞ vËn chuyÓn, tån chøa h− háng tr−íc thêi h¹n qui ®Þnh. - CÆn dÇu ®ãng chÆt vµo ®−êng èng, bån bÓ, thµnh vµ ®¸y tÇu khiÕn cho viÖc n¹o vÐt mÊt rÊt nhiÒu thêi gian, ¶nh h−ëng ®Õn tiÕn ®é vËn chuyÓn dÇu. H¬n n÷a, nÕu ®Ó l©u ngµy, cÆn dÇu cã thÓ lµm t¾c èng dÉn. - CÆn dÇu g©y « nhiÔm m«i tr−êng Trªn thÕ giíi, viÖc tÈy röa bån bÓ chøa vµ xö lý cÆn dÇu ®· ®−îc nghiªn cøu hoµn tÊt tõ l©u vµ ®· cã c«ng nghÖ æn ®Þnh. ë n−íc ta, tõ tr−íc ®Õn nay, viÖc lµm s¹ch bån bÓ chøa x¨ng dÇu ®−îc thùc hiÖn b»ng ph−¬ng ph¸p thñ c«ng, võa cã n¨ng suÊt thÊp, võa ¶nh h−ëng ®Õn søc khoÎ cña c«ng nh©n ngµnh x¨ng dÇu. MÆt kh¸c, cÆn dÇu sau khi tÈy röa ®Ó ph©n huû tù do trong kh«ng khÝ, hoÆc ®em ch«n d−íi ®Êt, g©y « nhiÔm trÇm träng , ¶nh h−ëng ®Õn søc khoÎ cña céng ®ång. Tõ tÊt c¶ c¸c vÊn ®Ò ®∙ nªu ë trªn thÊy r»ng, ph¶i chÕ t¹o ®−îc mét lo¹i chÊt tÈy röa ®Æc chñng vµ t×m ra qui tr×nh c«ng nghÖ ®Ó lµm s¹ch cÆn dÇu trong c¸c thiÕt bÞ tån chøa, ph−¬ng tiÖn vËn chuyÓn. ViÖc nµy sÏ gãp phÇn n©ng cao chÊt l−îng cña nhiªn liÖu vµ b¶o vÖ bån bÓ chøa. MÆt kh¸c, còng cÇn ph¶i cã biÖn ph¸p xö lý cÆn dÇu thu gom ®−îc ®Ó tr¸nh « nhiÔm m«i tr−êng. §©y còng lµ môc ®Ých ®Æt ra ngay tõ ban ®Çu cña ®Ò tµi. §Ó hoµn thµnh c¸c tiªu chÝ ®· ®Æt ra, trong ®Ò tµi nµy bao gåm c¸c nhiÖm vô sau : 2 * Tæng quan lý thuyÕt vÒ t¸c h¹i cña cÆn dÇu, c¸c ph−¬ng ph¸p tæng hîp chÊt tÈy röa cÆn dÇu vµ biÖn ph¸p xö lý m«i tr−êng sau tÈy röa. * X¸c ®Þnh mét c¸ch cã hÖ thèng thµnh phÇn cÆn dÇu t¹i c¸c ®Þa ®iÓm, thêi gian tån chøa, lo¹i nhiªn liÖu tån chøa kh¸c nhau. * Tæng hîp chÊt tÈy röa cÆn dÇu tõ dÇu thùc vËt vµ c¸c nguyªn liÖu kh¸c s½n cã ë ViÖt nam, mµ tiªu biÓu lµ dÇu th«ng. Trong ®ã, ph¶i biÕn tÝnh dÇu th«ng ®Ó t¹o nguyªn liÖu tèt h¬n. * §−a ra h−íng dÉn qui tr×nh c«ng nghÖ tæng hîp CTR, * Thö nghiÖm tÈy röa cÆn dÇu trong c¸c thiÕt bÞ tån chøa vµ ph−¬ng tiÖn vËn chuyÓn t¹i H¶i Phßng Petolimex. X¸c ®Þnh c¬ chÕ tÈy röa vµ thiÕt lËp qui tr×nh c«ng nghÖ tÈy röa c¸c lo¹i thiÕt bÞ ë trªn. * Nghiªn cøu xö lý hçn hîp sau tÈy röa vµ ®−a ra h−íng dÉn qui tr×nh c«ng nghÖ xö lý cÆn dÇu chèng « nhiÔm m«i tr−êng. B¸o c¸o nµy sÏ chi tiÕt ho¸ c¸c néi dung nªu trªn d−íi gãc ®é khoa häc, cßn b¸o c¸o vÒ c¸c lo¹i s¶n phÈm cô thÓ thu ®−îc trong §Ò tµi sÏ ®−îc thÓ hiÖn theo biÓu mÉu HD1 vµ HD4. Chñ nhiÖm §Ò tµi vµ tËp thÓ c¸n bé tham gia xin ®−îc c¶m ¬n s©u s¾c tíi l·nh ®¹o Bé Khoa häc & C«ng nghÖ, Bé Gi¸o dôc & §µo t¹o, Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi ®· hÕt søc quan t©m vµ t¹o ®iÒu kiÖn ®Ó §Ò tµi ®¹t ®−îc c¸c kÕt qu¶ nh− mong muèn vµ ®óng thêi h¹n; gãp phÇn ®−a khoa häc c«ng nghÖ vµo ®êi sèng vµ n©ng cao hiÖu qu¶ kinh tÕ cho n−íc nhµ. 3 Ch−¬ng 1: Tæng quan lý thuyÕt I. Giíi thiÖu chung vÒ cÆn dÇu vµ bån bÓ chøa Thùc tÕ cho thÊy, ngµnh c«ng nghiÖp dÇu khÝ cµng ph¸t triÓn m¹nh mÏ th× theo ®ã, l−îng cÆn dÇu sinh ra tõ c¸c qu¸ tr×nh khai th¸c, chÕ biÕn, vËn chuyÓn hay tån chøa sÏ gia t¨ng ngµy cµng lín [6,10]. Nguån gèc ph¸t sinh cÆn dÇu bao gåm: - Qu¸ tr×nh chÕ biÕn dÇu má. - Qu¸ tr×nh tån chøa dÇu má, x¨ng dÇu th−¬ng phÈm trong hÖ thèng bån bÓ chøa. - Qu¸ tr×nh vËn chuyÓn dÇu má, x¨ng dÇu th−¬ng phÈm b»ng ®−êng bé, ®−êng thuû, ®−êng s¾t, ®−êng èng: xµ lan, tµu chë dÇu, wagon xitec, « t« xitec, tuyÕn èng dÉn dÇu… Thµnh phÇn cÆn dÇu còng rÊt ®a d¹ng vµ g©y ¶nh h−ëng xÊu ®Õn chÊt l−îng nhiªn liÖu, chÊt l−îng ®éng c¬ còng nh− bån bÓ chøa. Do vËy, sù hiÓu biÕt vÒ nguyªn nh©n sinh ra cÆn dÇu, thµnh phÇn vµ t¸c h¹i cña nã sÏ gióp cho viÖc tæng hîp ®−îc mét CTR ®Æc chñng, ®ång thêi xö lý cÆn dÇu ®−îc tèt h¬n, gãp phÇn n©ng cao hiÖu qu¶ kinh tÕ. 1.1 T¸c h¹i cña cÆn dÇu I.1.1. T¸c h¹i cña cÆn dÇu ®èi víi ®éng c¬ [46,48] Trong cÆn dÇu lu«n cã n−íc, nhùa, asphanten, dÇu mì cã ph©n tö l−îng lín, cacboit, cacben vv.... N−íc lu«n lµ t¸c nh©n cã h¹i, vÝ dô, n−íc trong dÇu nhên lµm t¨ng kh¶ n¨ng «xy ho¸ cña dÇu, lµm t¨ng qu¸ tr×nh ¨n mßn c¸c chi tiÕt kim lo¹i tiÕp xóc víi dÇu, lµm gi¶m tÝnh b«i tr¬n. N−íc trong nhiªn liÖu lµm gi¶m kh¶ n¨ng to¶ nhiÖt cña nhiªn liÖu, lµm t¾c bé chÕ hoµ khÝ, t¾c vßi phun nhiªn liÖu. ë nhiÖt ®é thÊp, n−íc ®ãng b¨ng vµ lµm t¾c h¼n c¸c thiÕt bÞ läc nhiªn liÖu, lµm t¾c èng dÉn, ®Êy cã thÓ lµ nguyªn nh©n tai n¹n cña c¸c ®éng c¬ hµng kh«ng. C¸c chÊt nhùa kÕt tña trong nhiªn liÖu sÏ lµm gi¶m h¼n c¸c tÝnh chÊt sö dông cña nhiªn liÖu ®ã vµ g©y hËu qu¶ xÊu cho sù ho¹t ®éng cña ®éng c¬. Nguyªn nh©n chñ yÕu cña nh÷ng sù cè x¶y ra trong ®éng c¬ lµ do sö dông lo¹i nhiªn liÖu cã lÉn nh÷ng s¶n phÈm «xy ho¸ sinh ra trong qu¸ tr×nh tån chøa l©u dµi. C¸c s¶n phÈm nhùa kh«ng hoµ tan (mÆc dï sè l−îng kh«ng lín l¾m) cïng víi n−íc, cÆn bÈn vµ gØ kim lo¹i t¹o thµnh 4 chÊt kÕt tña d−íi d¹ng nhò t−¬ng bÒn v÷ng, lµ nguyªn nh©n chñ yÕu g©y nªn bÈn t¾c bé läc. Khi lät vµo ®éng c¬, c¸c s¶n phÈm «xy ho¸ ®ã sÏ bÞt kÝn c¸c bé läc, ®ãng cÆn trong hÖ thèng hót vµ sÏ dÔ dµng g©y nªn sù cè trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña ®éng c¬. Khi cÊp nhiªn liÖu cho m¸y bay, « t« vµ m¸y kÐo, c¸c phÇn tö ®ã sÏ theo s¶n phÈm dÇu ®i qua c¸c líp läc máng, lät vµo ®éng c¬, ph¸ ho¹i chÕ ®é lµm viÖc b×nh th−êng cña ®éng c¬ vµ mµi mßn tr−íc thêi h¹n quy ®Þnh. Nh÷ng n¨m gÇn ®©y, do sù ph¸t triÓn v« cïng m¹nh mÏ cña nh÷ng ®éng c¬ ®èt trong vµ ®éng c¬ ph¶n lùc, ng−êi ta ®· chÕ t¹o ra nh÷ng lo¹i nhiªn liÖu vµ dÇu mì b«i tr¬n cã tÝnh æn ®Þnh nhiÖt cao ;viÖc tån chøa nh÷ng lo¹i nhiªn liÖu vµ dÇu mì ®ã ®ßi hái nhiÒu yªu cÇu cao h¬n n÷a vÒ chÊt l−îng c¸c bån bÓ chøa vµ ph−¬ng tiÖn vËn chuyÓn . I.1.2. T¸c h¹i cña cÆn dÇu ®èi víi bån bÓ chøa [46] Trong c¸c nhiªn liÖu ®Òu cã n−íc; hiÖn t−îng gØ sÏ xuÊt hiÖn ë nh÷ng n¬i tiÕp xóc gi÷a n−íc víi kim lo¹i. Trong qu¸ tr×nh tån chøa t¹i bÓ, c¸c s¶n phÈm dÇu dÇn dÇn bÞ lÉn n−íc do hÊp thô h¬i n−íc trong kho¶ng trèng chøa h¬i, do ®ã lµm cho bÓ bÞ gØ, chñ yÕu lµ n¾p vµ c¸c tÇng thÐp phÝa trªn cña thµnh bÓ lµ n¬i tiÕp xóc th−êng xuyªn víi kh«ng khÝ. Trong líp n−íc lãt bÓ, th−êng bao giê còng cã chøa nhiÒu lo¹i muèi kho¸ng hoµ tan. ChÝnh lo¹i n−íc nµy lµ nguyªn nh©n g©y nªn gØ d−íi d¹ng c¸c cÆp ®iÖn ph©n gi÷a c¸c tÊm kim lo¹i lµm ®¸y bÓ vµ tÇng d−íi thµnh bÓ víi kim lo¹i cña c¸c mèi hµn. PhÇn lín c¸c lo¹i nhiªn liÖu ®Òu cã chøa c¸c lo¹i axit vµ kiÒm tan trong n−íc, c¸c axit h÷u c¬ kh¸c nhau, c¸c peroxit vµ c¸c s¶n phÈm «xy ho¸ kh¸c, xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh tån chøa. C¸c hîp chÊt ho¹t tÝnh ®ã trong thµnh phÇn c¸c s¶n phÈm dÇu ®Òu lµ nguyªn nh©n g©y nªn hiÖn t−îng ¨n mßn kim lo¹i, lµm cho bÓ bÞ gØ. Mét sè nhiªn liÖu lµ m«i tr−êng x©m thùc ®èi víi c¸c kim lo¹i ®en. Bëi vËy c¸c lo¹i bÓ chøa, xitec vµ èng dÉn lµm b»ng kim lo¹i ®Òu bÞ ¨n mßn. Nguy hiÓm h¬n ®èi víi kim lo¹i lµ nÕu trong nhiªn liÖu cã chøa l−u huúnh, ®Æc biÖt lµ c¸c hîp chÊt l−u huúnh ho¹t tÝnh, mÆc dï chØ víi mét l−îng rÊt nhá, chóng còng cã thÓ g©y ¨n mßn . C¸c hîp chÊt l−u huúnh d¹ng mercaptan vµ dihydrosunfua H2S g©y nªn gØ m¹nh h¬n c¶. Dihydrosunfua t¸ch ra tõ c¸c s¶n phÈm dÇu, hoµ tan vµo c¸c giät n−íc, tÝch tô t¹i mÆt 5 trong n¾p bÓ vµ c¸c tÇng thµnh bÓ phÝa trªn, cïng víi axit trong kh«ng khÝ t¹o thµnh axit sunfuric vµ s¾t sunfua. Chóng r¬i tõ trªn n¾p vµ thµnh bÓ xuèng lµm nhiÔm bÈn s¶n phÈm dÇu vµ ®äng l¹i d−íi ®¸y bÓ. S¾t sunfua g©y nªn hiÖn t−îng ¨n mßn ®iÖn hãa, ph¸ huû m¹nh ®¸y vµ c¸c tÇng thµnh bÓ phÝa d−íi, lµm cho chóng háng tr−íc thêi h¹n quy ®Þnh, ngoµi ra, cßn lµm cho s¶n phÈm dÇu bÞ nhiÔm bÈn bëi nhiÒu s¶n phÈm ¨n mßn kim lo¹i kh¸c. Trong qu¸ tr×nh chÕ biÕn dÇu, t¹p chÊt c¬ häc lµm t¨ng bµo mßn èng dÉn, kÕt tô trªn bÒ mÆt trong c¸c thiÕt bÞ vµ lß èng, lµm gi¶m hÖ sè dÉn nhiÖt, kÝch thÝch qu¸ tr×nh cèc ho¸ èng lß. C¸c t¹p chÊt c¬ häc cøng trong dÇu nhên lµm t¨ng ¨n mßn thiÕt bÞ. 1. 2 Sù t¹o thµnh cÆn dÇu 1.2.1. Sù t¹o thµnh cÆn dÇu trong qu¸ tr×nh chÕ biÕn dÇu má [10,46,48] Trong qu¸ tr×nh chÕ biÕn dÇu má, phÇn cÆn dÇu tån t¹i chñ yÕu ë d¹ng dÇu cÆn FO hay bitum (bitum lµ lo¹i s¶n phÈm nÆng nhÊt thu ®−îc tõ dÇu má hoÆc b»ng con ®−êng ch−ng cÊt ch©n kh«ng rÊt s©u hoÆc b»ng con ®−êng khö asphan b»ng propan c¸c lo¹i cÆn ch−ng cÊt ch©n kh«ng, hoÆc b»ng con ®−êng «xy ho¸ tÊt c¶ c¸c lo¹i cÆn sinh ra trong qu¸ tr×nh chÕ biÕn dÇu má). Do vËy cã thÓ xem nh− qu¸ tr×nh chÕ biÕn dÇu má thµnh c¸c s¶n phÈm kh¸c nhau kh«ng sinh ra cÆn dÇu trùc tiÕp mµ cÆn dÇu chØ sinh ra trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn, tån chøa dÇu th« tr−íc khi ®−a vµo chÕ biÕn. 1.2.2. Sù t¹o thµnh cÆn dÇu trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn, tån chøa hay xuÊt nhËp trong hÖ thèng bån bÓ chøa [10] Trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn vµ tån chøa, phÈm chÊt cña dÇu má còng nh− c¸c s¶n phÈm dÇu cã thÓ bÞ kÐm ®i do mÊt c¸c phÇn nhÑ (bay h¬i), do nhiÔm bÈn c¸c t¹p chÊt c¬ häc, do lÉn lén c¸c lo¹i dÇu kh¸c nhau trong khi nhËp vµo c¸c ph−¬ng tiÖn ch−a ®−îc th¸o c¹n vµ ch−a röa s¹ch, hoÆc trong khi b¬m chuyÓn liªn tiÕp c¸c lo¹i s¶n phÈm dÇu kh¸c nhau trong cïng mét ®−êng èng, do lÉn n−íc, ho¸ nhùa d−íi t¸c dông cña «xy trong m«i tr−êng cã kh«ng khÝ cã t¸c ®éng cña nhiÖt ®é. Cho dï lµ tån chøa hay vËn chuyÓn dÇu d−íi h×nh thøc nµo ®i n÷a: ®−êng bé, ®−êng s¾t, ®−êng thuû, tuyÕn èng th× sau mét thêi gian nhÊt ®Þnh, tuú theo phÈm chÊt 6 cña c¸c s¶n phÈm ®ã, thêi gian vµ nhiÖt ®é tån chøa, vßng l−u chuyÓn...mµ cã hiÖn t−îng tÝch tô, tøc lµ hiÖn t−îng c¸c phÇn tö r¾n to lªn vµ l¾ng ®äng xuèng. NhiÒu nhµ nghiªn cøu ®· kh¼ng ®Þnh r»ng, hiÖn t−îng l¾ng ®äng nhùa-parafin tuú thuéc vµo kÝch th−íc c¸c tinh thÓ parafin, kh¶ n¨ng hîp thÓ cña chóng ; c¸c tÝnh chÊt bÒ mÆt cña c¸c tinh thÓ vµ c¸c ®Æc ®iÓm lý-ho¸ cña m«i tr−êng dÇu má, trong ®ã sÏ x¶y ra hiÖn t−îng l¾ng ®äng. Râ rµng lµ c¸c tinh thÓ parafin cµng nhá bao nhiªu th× chóng cµng l¾ng ®äng chËm bÊy nhiªu (tr−êng hîp kh«ng cã qu¸ tr×nh hîp thÓ), vµ ë mét møc ®é kÝch th−íc nhÊt ®Þnh, chóng kh«ng thÓ l¾ng ®äng ®−îc mµ ë trong tr¹ng th¸i chuyÓn ®éng Brao. VËy ng−êi ta thÊy r»ng, cÆn dÇu xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh tån chøa vµ vËn chuyÓn chÝnh lµ do hai nguyªn nh©n: thø nhÊt lµ do tÝnh thiÕu æn ®Þnh cña nhiªn liÖu trong qu¸ tr×nh b¶o qu¶n, thø hai lµ do trong qu¸ tr×nh xuÊt nhËp: n−íc, t¹p chÊt c¬ häc lÉn theo s¶n phÈm dÇu ®i vµo bån bÓ chøa.Ngoµi ra, trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn vµ tån chøa, dÇu má vµ c¸c s¶n phÈm dÇu th−êng bÞ lÉn n−íc còng nh− bÞ nhiÔm bÈn nhiÒu lo¹i t¹p chÊt c¬ häc nh− bôi, c¸t, gØ s¾t… Khi khai th¸c vµ vËn chuyÓn dÇu, mét phÇn n−íc vµ t¹p chÊt cã lÉn trong dÇu sÏ ®i vµo ®−êng èng vµ c¸c bÓ chøa cña c¸c nhµ m¸y. Trong qu¸ tr×nh tån chøa dÇu má, c¸c t¹p chÊt nµy ®äng l¹i trong bÓ chøa vµ trong bé phËn l¾ng bïn cña thiÕt bÞ l¾ng. N−íc lµ ng−êi b¹n ®−êng th−êng xuyªn cña c¸c lo¹i dÇu má nguyªn khai. N−íc cã trong dÇu th« ¶nh h−ëng trùc tiÕp ®Õn chÕ ®é lµm viÖc cña c¸c thiÕt bÞ ch−ng cÊt. N−íc vµ c¸c t¹p chÊt c¬ häc kh«ng nh÷ng lÉn trong dÇu má, mµ cßn lÉn trong c¸c s¶n phÈm dÇu má n÷a, ®Æc biÖt lµ trong mazut cÆn. Hµm l−îng n−íc trong c¸c s¶n phÈm dÇu, kÓ c¶ trong c¸c lo¹i dÇu nhên ®· ®−îc läc s¹ch, trong x¨ng, dÇu ho¶, nhiªn liÖu ph¶n lùc vµ nhiªn liÖu diezen th−êng rÊt nhá, trõ tr−êng hîp chóng bÞ n−íc trµn vµo. N−íc cã thÓ lät vµo c¸c bÓ chøa trong khi vËn chuyÓn c¸c s¶n phÈm dÇu b»ng ®−êng thuû, trong khi h©m nãng, do bÓ bÞ h− háng hoÆc trong khi xuÊt tõ c¸c wagon xitec vµo bÓ… N−íc lÉn trong dÇu má vµ c¸c s¶n phÈm dÇu d−íi d¹ng huyÒn phï gi¶n ®¬n, hoÆc d−íi d¹ng nhò t−¬ng (thµnh nhiÒu h¹t ph©n t¸n rÊt nhá), tr−êng hîp nµy ph¶i sö dông ph−¬ng ph¸p khö n−íc ®Æc biÖt. 7 Nh÷ng lo¹i dÇu nhên bÞ lÉn n−íc, kÓ c¶ tr−êng hîp lÉn n−íc d−íi d¹ng huyÒn phï gi¶n ®¬n, sau khi ®Ó l¾ng vÉn ph¶i tiÕp tôc läc cho hÕt nh÷ng vÕt n−íc cã thÓ vÉn cßn d−íi d¹ng h¹t rÊt nhá. Søc ®Èy cña c¸c ph©n tö dÇu lµm cho c¸c h¹t n−íc ®ã kh«ng l¾ng xuèng ®−îc; bëi vËy ph¶i läc cho nh÷ng dÇu nµy trong l¹i (hay gäi lµ khö n−íc) lµ mét viÖc t−¬ng ®èi khã kh¨n. Møc ®é hoµ tan cña n−íc phô thuéc vµo cÊu tróc ph©n tö cña s¶n phÈm dÇu vµ nhiÖt ®é tån chøa cña s¶n ph¶m dÇu ®ã. N−íc kh«ng nh÷ng g©y nªn ¶nh h−ëng xÊu trong khi s¶n xuÊt vµ sö dông c¸c s¶n phÈm dÇu, mµ cßn cã ¶nh h−ëng tíi c¸c qu¸ tr×nh ph©n tÝch c¸c chØ tiªu kh¸c. C¸c t¹p chÊt c¬ häc: C¸c phÇn tö v« c¬ th−êng lÉn trong dÇu má vµ c¸c s¶n phÈm dÇu d−íi d¹ng huyÒn phï. PhÇn lín c¸c t¹p chÊt c¬ häc gåm cã c¸t, ®Êt sÐt vµ bôi s¾t, ®«i khi cã thªm c¸c lo¹i muèi kho¸ng, ngoµi ra hµm l−îng t¹p chÊt th−êng thay ®æi trong mét giíi h¹n kh¸ réng. TÊt c¶ c¸c t¹p chÊt khi lät vµo èng dÉn chØ cã mét phÇn l¾ng ®äng l¹i trong èng, cßn phÇn lín lät vµo c¸c bÓ nhËp. Trong nh÷ng s¶n phÈm dÇu ®· ®−îc tinh chÕ b»ng ®Êt sÐt tr¾ng, phÇn lín c¸c t¹p chÊt c¬ häc chÝnh lµ lo¹i ®Êt hÊp thô nãi trªn; cßn trong nh÷ng s¶n phÈm dÇu ®−îc tinh chÕ b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c th× c¸c t¹p chÊt c¬ häc bao gåm gØ s¾t vµ nhiÒu muèi kho¸ng kh¸c nhau. Ngoµi ra, c¸c t¹p chÊt cßn cã thÓ theo thuèc nhuém lät thªm vµo c¸c lo¹i x¨ng « t« trong qu¸ tr×nh nhuém mµu x¨ng t¹i c¸c nhµ m¸y läc dÇu. Khi ph©n tÝch c¸c t¹p chÊt c¬ häc thu ®−îc sau khi läc lo¹i x¨ng nãi trªn, ng−êi ta thÊy r»ng, gÇn 10% lµ c¸c phÇn tö thuèc nhuém h÷u c¬ kh«ng tan vµ 90% lµ «xit s¾t ë d¹ng bôi gØ s¾t. C¸c s¶n phÈm dÇu s¸ng (x¨ng, dÇu ho¶, nhiªn liÖu ph¶n lùc) vËn chuyÓn b»ng wagon xitec th−êng bÞ lÉn t¹p chÊt c¬ häc nhiÒu nhÊt. Trong ®ã cã gØ cña thµnh trong xitec, bôi tõ kh«ng khÝ r¬i vµo trong khi xuÊt nhËp, nh÷ng m¶nh nhá jo¨ng n¾p bÞ h− háng… KÝch th−íc cña c¸c phÇn tö t¹p chÊt trong x¨ng lµ vµo kho¶ng 70micron vµ tæng sè c¸c phÇn tö ®ñ lo¹i to nhá trong 1l x¨ng lµ vµo kho¶ng 500. Râ rµng lµ trong khi b¬m dÇu vµo bÓ, phÇn lín dÇu ®· bÞ ®¶o trén lªn, trong ®ã cã c¸c h¹t gØ s¾t rÊt nhá vµ c¸c t¹p chÊt c¬ häc kh¸c ®· bÞ khuÊy tõ d−íi ®¸y lªn. 8 Ngoµi ra, do c¸c h¹t ng−ng kÕt lín bÞ ph©n huû còng lµm t¨ng tæng sè c¸c h¹t t¹p chÊt lªn, nh÷ng h¹t nµy sau mét thêi gian dµi sÏ kÕt tô l¹i d−íi tr¹ng th¸i huyÒn phï trong s¶n phÈm dÇu vµ sÏ lµm cho phÈm chÊt s¶n phÈm dÇu xÊu ®i. Th«ng th−êng sau mét thêi gian tån chøa, møc ®é nhiÔm bÈn cña c¸c lo¹i dÇu s¸ng trong bÓ chøa sÏ gi¶m ®i. Nh−ng còng trong thêi gian ®ã, dÇu l¹i bÞ nhiÔm bÈn bëi gØ cña bÓ chøa vµ ®−êng èng, bëi bôi tõ kh«ng khÝ lät vµo trong qu¸ tr×nh h« hÊp lín vµ nhá cña bÓ chøa, bëi c¸c s¶n phÈm mµi mßn cña c¸c thiÕt bÞ b¬m chuyÓn… Bëi vËy tæng møc nhiÔm bÈn bëi c¸c t¹p chÊt c¬ häc cña s¶n phÈm dÇu vÉn cßn rÊt cao. Theo tµi liÖu th× trung b×nh cø 100 tÊn x¨ng cã tõ 1,7÷3,9 kg t¹p chÊt l¾ng ®äng l¹i trong c¸c bÓ chøa cña c¸c kho chøa x¨ng dÇu. HiÖn t−îng lÉn n−íc vµ nhiÔm bÈn g©y nªn c¸c nguyªn nh©n tù nhiªn quyÕt ®Þnh thµnh phÇn ho¸ häc cña c¸c s¶n phÈm dÇu, còng nh− nãi lªn nh−îc ®iÓm cña c¸c ph−¬ng ph¸p tån chøa vµ xuÊt nhËp hiÖn hµnh. Mét trong c¸c ®iÒu kiÖn b¶o qu¶n phÈm chÊt chñ yÕu c¸c s¶n phÈm dÇu lµ ph¶i dïng bån bÓ s¹ch ®Ó tån chøa chóng; b»ng c¸ch th−êng xuyªn sóc röa cho hÕt c¸c cÆn s¶n phÈm dÇu, n−íc, bôi c¸t, gØ kim lo¹i vµ c¸c t¹p chÊt kh¸c. §Æc biÖt, nh÷ng lo¹i dÇu má cã nhiÒu nhùa vµ asphanten sÏ cã t¸c h¹i rÊt lín, do c¸c chÊt nµy cã thÓ tån t¹i trong dÇu d−íi d¹ng huyÒn phï, råi sau ®ã trong qu¸ tr×nh ch−ng cÊt, mét phÇn c¸c chÊt sÏ kÕt b¸m trªn thµnh thiÕt bÞ vµ thµnh lß èng, ®Èy nhanh qu¸ tr×nh t¹o cèc cña dÇu má /18, 40, 41/ 1.3. Thµnh phÇn cña cÆn dÇu [6, 10, 18, 19, 22] TÝnh chÊt vµ thµnh phÇn cña c¸c lo¹i cÆn ®¸y trong bÓ chøa phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè kh¸c nhau, trong ®ã chñ yÕu lµ lo¹i s¶n phÈm dÇu ®−îc tån chøa, c¸c ®iÒu kiÖn vµ thêi h¹n tån chøa. Tuú theo c¸c tÝnh chÊt lý häc cña chóng, c¸c lo¹i cÆn bao gåm lo¹i cøng (mµng c¸c «xÝt, gØ kim lo¹i, vÈy gØ s¾t) hoÆc lo¹i xèp, sinh ra do c¸c s¶n phÈm «xy ho¸ kÕt tô l¹i trªn mÆt kim lo¹i cña bÓ. 9 §Ó chän ®−îc ph−¬ng ph¸p sóc röa bÓ cho hîp lý, ta cã thÓ chia c¸c lo¹i cÆn ra lµm ba nhãm: h÷u c¬, v« c¬ vµ hçn hîp cña c¶ hai nhãm trªn. Ta th−êng thÊy cÆn v« c¬ trªn thµnh bÓ vµ mÆt trong n¾p bÓ d−íi d¹ng v¶y gØ (oxÝt s¾t, s¾t sunfua). CÆn h÷u c¬ bao gåm c¸c hîp chÊt hydrocacbon (cacben, cacboit...) dÔ hoµ tan trong x¨ng, trong dÇu ho¶ hoÆc c¸c chÊt dung m«i ho¸ häc kh¸c, ®ång thêi còng gåm cÆn h¾c Ýn vµ cÆn nhùa bitum. Theo tµi liÖu cña hai c«ng ty qu¶n lý ®−êng èng dÉn dÇu Tatarxki vµ Baskiarxki [10] th× trong c¸c bÓ chøa dÇu má dung tÝch 5000m3 ®é cao trung b×nh cña líp cÆn ®¸y trong mét n¨m lµ tõ 500 ÷ 800mm. Khi sóc röa c¸c bÓ nµy, ng−êi ta ph¶i bá tíi 400 ÷ 450m3 dÇu cÆn trong mçi bÓ. Trªn b¶ng 1.1 lµ thµnh phÇn gÇn ®óng cña phÇn cÆn trong c¸c bÓ chøa dÇu má (tÝnh ra %KL): B¶ng 1.1: Thµnh phÇn cÆn trong bÓ chøa dÇu má Thµnh phÇn Hµm l−îng (%KL) N−íc 18 C¸c lo¹i t¹p chÊt c¬ häc 12 DÇu mì vµ Parafin 21 C¸c s¶n phÈm dÇu láng vµ c¸c chÊt nhùa, asphanten 49 1.3.1. CÆn c¸c s¶n phÈm dÇu s¸ng TÝnh chÊt cña c¸c lo¹i cÆn ®¸y trong c¸c bÓ chøa dÇu s¸ng cã kh¸c ®«i chót so víi cÆn trong c¸c bÓ dÇu má nguyªn khai. T¹p chÊt chñ yÕu trong c¸c lo¹i cÆn ®¸y ë ®©y bao gåm c¸c s¶n phÈm ¨n mßn (v¶y gØ s¾t) vµ c¸c t¹p c¬ häc. C¸c s¶n phÈm ¨n mßn n»m lÉn trong khèi s¶n phÈm dÇu d−íi d¹ng c¸c h¹t cùc nhá trong suèt qu¸ tr×nh sö dông bÓ. Trong ®ã c¸c s¶n phÈm «xy ho¸ chiÕm phÇn lín (®Æc biÖt lµ trong c¸c s¶n phÈm chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p xóc t¸c). CÆn trong c¸c bÓ chøa dÇu nhên còng gåm c¸c s¶n phÈm ¨n mßn, c¸c t¹p chÊt c¬ häc vµ c¸c lo¹i nhò t−¬ng “dÇu lÉn n−íc’’. 10 1.3.2. CÆn dÇu mazut Kh¸c víi cÆn trong c¸c bÓ chøa s¶n phÈm dÇu s¸ng, dÇu nhên vµ dÇu má nguyªn khai, cÆn trong c¸c bÓ chøa mazut cã nh÷ng ®Æc ®iÓm riªng; bëi vËy c¸c thao t¸c sóc röa nh÷ng bÓ nµy còng cã mét sè ®iÓm kh¸c biÖt. Thµnh phÇn ho¸ häc cña c¸c lo¹i cÆn ®¸y trong c¸c bÓ chøa mazut kh¸c h¼n víi cÆn cña c¸c s¶n phÈm dÇu s¸ng. PhÇn chÝnh cña cÆn nµy lµ c¸c hîp chÊt cao ph©n tö thuéc lo¹i asphanten, phÇn cßn l¹i kh«ng tan gåm nh÷ng cacben vµ cacboit cã tû träng lín (th−êng lín h¬n hoÆc b»ng 1). Nh×n bÒ ngoµi th× lo¹i cÆn nµy cã mµu ®en ®Æc sÖt, rÊt nhít. Qu¸ tr×nh l¾ng c¸c asphanten, cacben vµ cacboit t¸ch ra tõ mazut chñ yÕu liªn quan tíi vÊn ®Ò t¨ng nhiÖt trong khi h©m nãng mazut t¹i bÓ chøa. §Æc biÖt kÐm æn ®Þnh nhÊt lµ lo¹i cÆn cracking cã chøa trªn 1% cacboit. Tr−êng hîp h©m nãng mazut trong qu¸ tr×nh tån chøa th× cacboit sÏ l¾ng kÕt trªn thµnh vµ ®¸y cña bÓ kim lo¹i, còng nh− trªn bÒ mÆt cña c¸c thiÕt bÞ h©m nãng ®Æt bªn trong bÓ. Nh− vËy lµ chÝnh chÕ ®é dïng nhiÖt ®Ó b¶o qu¶n mazut lµ mét trong nh÷ng yÕu tè quan träng ®Èy m¹nh qu¸ tr×nh t¸ch cacboit vµ l¾ng kÕt chóng trªn c¸c bÒ mÆt kim lo¹i cña bÓ chøa. Mét yÕu tè quan trong kh¸c g©y nªn t×nh tr¹ng t¹o thµnh cÆn trong bÓ n÷a lµ sù hót b¸m c¸c lo¹i nhùa trung tÝnh vµ nh÷ng hydrocacbon cao ph©n tö (cã trong mazut) trªn bÒ mÆt c¸c ph©n tö asphanten vµ cacboit. Do sù ®«ng tô cña c¸c phÇn tö nãi trªn , qu¸ tr×nh t¹o cÆn l¹i cµng m¹nh thªm. Qua kÕt qu¶ ph©n tÝch chóng ta biÕt thµnh phÇn cña cÆn ®¸y trong c¸c bÓ chøa mazut (tÝnh ra %KL) nh− sau / 10/: B¶ng 1.2: Thµnh phÇn cÆn ®¸y trong bÓ chøa mazut Thµnh phÇn Hµm l−îng (%KL) N−íc 6,0 Asphanten 8,1 Nhùa 4,5 11 DÇu mì vµ Parafin 1,3 Cacboit kh«ng tan trong 36,4 benzen vµ t¹p chÊt c¬ häc Than cèc (lÉn víi c¸c kho¸ng 45,9 t¹p kh«ng ch¸y) Tro 5,8 L−u huúnh 3,8 Tãm l¹i, cÆn ®¸y trong c¸c bÓ chøa mazut lµ mét khèi ®Æc sÖt. C¸c chÊt nhùa, asphanten l¾ng xuèng ®¸y bÓ, l©u dÇn dÝnh kÕt l¹i víi nhau, t¹o thµnh mét líp cÆn v÷ng ch¾c. NÕu cÆn nµy tån t¹i l©u dµi trong bÓ th× sù kÕt dÝnh l¹i cµng t¨ng thªm vµ cÆn sÏ trë thµnh mét lo¹i nhùa asphan cøng.ViÖc sóc röa bÓ cho s¹ch lo¹i cÆn nµy sÏ rÊt khã, nÕu ta kh«ng sö dông c¸c biÖn ph¸p c¬ häc chuyªn dông, c¸c biÖn ph¸p ho¸ lý hay chÊt tÈy röa ®Æc chñng. 1.4. Giíi thiÖu bån bÓ chøa [46,48] Trong ngµnh c«ng nghiÖp dÇu khÝ th× bÒ mÆt bÞ nhiÔm bÈn bëi c¸c cÆn bÈn dÇu chÝnh lµ c¸c lo¹i ph−¬ng tiÖn tån chøa chóng. DÇu má nguyªn khai vµ c¸c s¶n phÈm dÇu ®−îc tån chøa trong nhiÒu lo¹i ph−¬ng tiÖn kh¸c nhau: bÓ kim lo¹i næi trªn mÆt ®Êt, bÓ bª t«ng cèt thÐp nöa næi, nöa ngÇm vµ hoµn toµn ngÇm d−íi mÆt ®Êt, tói chøa s¶n phÈm dÇu ngÇm trong nh÷ng líp ®Êt ®¸ ®· ®−îc xö lý cho ph¼ng vµ kh«ng thÈm thÊu, c¸c lo¹i thïng phuy nhá vv… T¹i c¸c kho trung chuyÓn cì lín, ta cßn thÊy lo¹i bÓ chøa lµm theo kiÓu hè lín. Tïy theo lo¹i vËt liÖu lµm bÓ, ng−êi ta chia c¸c bÓ chøa ra lµm hai lo¹i: bÓ kim lo¹i vµ bÓ phi kim lo¹i (b»ng g¹ch, bª t«ng vµ bª t«ng cèt thÐp). ViÖc lùa chän ph−¬ng tiÖn tån chøa ®−îc dùa trªn c¬ së tÝnh to¸n kinh tÕ - kü thuËt, trong ®ã ng−êi ta ph¶i tÝnh ®Õn lo¹i s¶n ph¶m ®−îc tån chøa, kh¶ n¨ng gi¶m bít hao hôt do bay h¬i (®èi víi c¸c lo¹i dÇu s¸ng) còng nh− gi¸ thµnh thiÕt bÞ vµ gi¸ thµnh sö dông. 12 BÓ kim lo¹i: Th−êng sö dông réng r·i nhÊt lµ lo¹i bÓ thÐp h×nh trô ®øng, næi trªn mÆt ®Êt, cã ®¸y ph¼ng vµ m¸i h×nh nãn, ¸p suÊt d−¬ng lµ 200 mm cét n−íc vµ ¸p suÊt ©m lµ 25 mm cét n−íc (c¸c bÓ mÉu). BÓ ®−îc s¶n xuÊt theo c¸c dung tÝch danh ®Þnh 100, 200, 300, 400, 700, 1000, 2000, 3000 vµ 5000m3. Ngoµi ra, ng−êi ta còng ®· thiÕt kÕ c¸c lo¹i bÓ lªn tíi 10000, 15000 vµ 20000m3 nh− kho x¨ng dÇu B12 Qu¶ng Ninh. BÓ bª t«ng cèt thÐp: VÊn ®Ò tån chøa dÇu má vµ s¶n phÈm dÇu trong c¸c bÓ bª t«ng cèt thÐp ch«n ngÇm g¾n liÒn víi víi viÖc gi¶i quyÕt hai nhiÖm vô c¬ b¶n d−íi ®©y: - TiÕt kiÖm thÐp l¸. - Gi¶m bít ®−îc nhiÒu l−îng s¶n phÈm dÇu bÞ hao hôt so víi l−îng hao hôt trong qu¸ tr×nh tån chøa t¹i c¸c bÓ b»ng thÐp næi trªn mÆt ®Êt, d−íi ¸p suÊt th−êng. Ng−êi ta th−êng tån chøa dÇu má vµ c¸c lo¹i dÇu s¸ng trong bÓ kim lo¹i kÝn, th¼ng ®øng hoÆc n»m ngang, trong bÓ ngÇm bª t«ng cèt thÐp cã lãt kim lo¹i vµ trong c¸c lo¹i bÓ ngÇm kh¸c. DÇu nhên, dÇu tèi vµ c¸c lo¹i s¶n phÈm dÇu kh¸c kh«ng cã phÇn cÊt dÔ bay h¬i ®−îc phÐp tån chøa trong c¸c bÓ kim lo¹i kh«ng kÝn, tr¸nh ®−îc m−a, n¾ng, kh«ng cÇn xupap an toµn vµ xupap tho¸t h¬i, hoÆc tån chøa trong c¸c bÓ bª t«ng cèt thÐp. C¸c bÓ chøa ph¶i ®¸p øng ®−îc ®Çy ®ñ c¸c yªu cÇu kü thuËt ®Ò ra cho tõng tr−êng hîp tån chøa ®èi víi tõng lo¹i s¶n phÈm dÇu cô thÓ. Tuú theo kh¶ n¨ng thi c«ng, ph¶i lµm sao tr¸nh ®−îc ¶nh h−ëng cña c¸c ®iÒu kiÖn bªn ngoµi t¸c ®éng tíi phÈm chÊt cña s¶n phÈm ®−îc tån chøa. Ngoµi ra, trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn, c¸c ph−¬ng tiÖn tån chøa lµ xµ lan, tµu chë dÇu, wagon xitec, « t« xitec, èng dÉn dÇu hay c¸c lo¹i thïng phuy, thïng s¾t t©y, can, chai, lä vµ tói chÊt dÎo. C¸c bÒ mÆt kh¸c nhau ®Òu cã ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh tÈy röa, ®ã lµ: - BÒ mÆt tr¬n nh½n vµ bÒ mÆt sÇn sïi. - BÒ mÆt cã vïng chÕt vµ bÒ mÆt kh«ng cã vïng chÕt. - BÒ mÆt b×nh th−êng vµ bÒ mÆt ®· ®−îc s¬n chèng gØ, s¬n chèng «xy ho¸. - BÒ mÆt cã cùc vµ kh«ng cã cùc. 13 TÝnh chÊt cña c¸c lo¹i bån bÓ kh¸c nhau sÏ dÉn ®Õn cã nh÷ng ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau ®Ó tÈy röa lµm s¹ch. II. Thµnh phÇn vµ c¬ chÕ t¸c ®éng cña chÊt tÈy röa 2.1. Thµnh phÇn chÝnh trong c¸c chÊt tÈy röa th«ng th−êng ChÊt tÈy röa dïng trong sinh ho¹t vµ trong c«ng nghiÖp cã thµnh phÇn rÊt phøc t¹p, nh−ng cã thÓ bao gåm c¸c nhãm chÝnh nh− sau: - ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt. - ChÊt x©y dùng. - ChÊt phô gia. Mçi thµnh phÇn ®¬n lÎ trong chÊt tÈy röa ®Òu cã nh÷ng chøc n¨ng rÊt ®Æc biÖt trong qu¸ tr×nh tÈy röa, tuy nhiªn chóng vÉn cã ¶nh h−ëng qua l¹i lÉn nhau. Ngoµi c¸c thµnh phÇn chÝnh trªn ®©y, tuú thuéc vµo qu¸ tr×nh sö dông mµ ta cã thÓ cho thªm vµo c¸c chÊt phô gia hoÆc bá bít nh÷ng thµnh phÇn kh«ng cÇn thiÕt [1,20,32,64,66,82] 2.1.1. ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt (H§BM) [23,36,77,87,90] ChÊt H§BM chiÕm vai trß quan träng nhÊt trong thµnh phÇn chÊt tÈy röa. Nã cã mÆt ë tÊt c¶ c¸c lo¹i chÊt tÈy röa kh¸c nhau. NhiÖm vô cña nã lµ ®¶m b¶o sù tÈy ®i c¸c vÕt bÈn vµ nh÷ng chÊt l¬ löng trong n−íc giÆt ®Ó ng¨n c¶n sù b¸m l¹i cña chóng trªn bÒ mÆt. Mét ph©n tö chÊt H§BM gåm hai ®Çu: Mét ®Çu kþ n−íc (kh«ng tan trong n−íc) vµ mét ®Çu −a n−íc (tan trong n−íc). C¸c ph©n tö nµy cã t¸c ®éng lín vµo c¸c giao diÖn kh«ng khÝ/n−íc hoÆc dÇu/n−íc. Ng−êi ta ®Æt tªn cho chóng lµ nh÷ng t¸c nh©n bÒ mÆt, hoÆc ®¬n gi¶n lµ chÊt H§BM, ho¹t ®éng hai mÆt. Cã bèn lo¹i chÊt H§BM: c¸c anionic, c¸c chÊt kh«ng ion, c¸c cationic vµ c¸c chÊt l−ìng tÝnh. - ChÊt H§BM anionic: NÕu nhãm h÷u cùc ®−îc liªn kÕt b»ng ho¸ trÞ céng víi phÇn kþ n−íc cña chÊt H§BM mang ®iÖn tÝch ©m (-COO -, -SO3-, -SO4-), th× chÊt H§BM ®−îc gäi lµ anionic: c¸c xµ b«ng, c¸c alkylbenzen sulfonat, c¸c sulfat r−îu bÐo… lµ nh÷ng t¸c nh©n bÒ mÆt anionic. 14 - ChÊt H§BM cationic: Ng−îc l¹i, nÕu nhãm h÷u cùc mang mét ®iÖn tÝch d−¬ng (NR1R2R3+), s¶n phÈm ®−îc gäi lµ cationic: clorua dimetyl di-stearyl amoni lµ mét vÝ dô ®iÓn h×nh cña nhãm nµy. - ChÊt H§BM kh«ng ion (NI): C¸c chÊt H§BM NI cã nh÷ng nhãm h÷u cùc NI ho¸ trong dung dÞch n−íc. PhÇn kþ n−íc gåm d©y chÊt bÐo. PhÇn −a n−íc chøa nh÷ng nguyªn tö «xy, nit¬ hoÆc l−u huúnh kh«ng ion ho¸; sù hoµ tan lµ do cÊu t¹o nh÷ng liªn kÕt hydro gi÷a c¸c ph©n tö n−íc vµ mét sè chøc n¨ng cña phÇn kþ n−íc, ch¼ng h¹n nh− chøc n¨ng ete cña nhãm polyoxyetylen (hiÖn t−îng hydrat ho¸). Trong lo¹i nµy ng−êi ta thÊy, chóng chñ yÕu lµ c¸c dÉn xuÊt cña polyoxyetylen hoÆc polyoxypropylen ; nh−ng còng cÇn ph¶i thªm vµo ®©y c¸c este cña ®−êng, c¸c alkanolamit. - ChÊt l−ìng tÝnh: C¸c chÊt l−ìng tÝnh lµ nh÷ng hîp chÊt cã mét ph©n tö t¹o nªn mét ion l−ìng cùc. Axit xetylamino-axetic, ch¼ng h¹n, trong m«i tr−êng n−íc cho hai thÓ sau ®©y: + C16H33- N H2-CH2-COOH chÊt cationic trong m«i tr−êng axit. C16H33-NH-CH2-COO- chÊt anionic trong m«i tr−êng kiÒm. Trong tÊt c¶ c¸c ph©n tö Êy, phÇn kþ n−íc gåm mét d©y alkyl hay d©y bÐo. Chóng ®−îc biÓu thÞ b»ng: CH3-CH2-CH2-CH2--- hoÆc hoÆc R Bèn lo¹i chÊt H§BM cã ký hiÖu sau ®©y: - Anionic NI (kh«ng ph©n ly) + Cationic + - L−ìng tÝnh Sù lùa chän nh÷ng chÊt H§BM dïng trong s¶n phÈm tÈy röa cã thÓ kh¸c nhau, song mét chÊt H§BM phï hîp cho viÖc tÈy röa ®−îc mong muèn cã c¸c ®Æc tÝnh sau: - HÊp phô chän läc. - T¸ch ®−îc c¸c chÊt bÈn. - §é nh¹y c¶m víi n−íc cøng thÊp. - Cã tÝnh chÊt ph©n bè. 15 - Cã kh¶ n¨ng chèng chÊt bÈn t¸i b¸m trë l¹i. - TÝnh thÊm −ít tèt. - TÝnh hoµ tan cao. - Cã ®Æc tÝnh t¹o bät mong muèn. - Mïi thÝch hîp. - B¶o qu¶n ®−îc l©u. - Kh«ng ®éc h¹i ®èi víi ng−êi sö dông. - Kh«ng lµm ¶nh h−ëng ®Õn m«i tr−êng. - Nguån nguyªn liÖu dÔ kiÕm. - TÝnh kinh tÕ hîp lý Nh÷ng khuynh h−íng míi: HiÖn nay, nhiÒu nhµ chÕ t¹o sö dông nh÷ng chÊt H§BM cã lîi h¬n ®èi víi m«i tr−êng, nghÜa lµ nh÷ng chÊt cã tÝnh ph©n huû sinh häc nhiÒu h¬n nh−: - Nh÷ng r−îu bÐo cã sulfat gèc dÇu thùc vËt (dÇu dõa): PAS. - Nh÷ng alkyl poly glucosit: APG. - C¸c alkyl-glucosamit. - C¸c metyl este sulfonat. - C¸c r−îu bÐo etoxy ho¸ víi sù ph©n phèi hÑp cña sè oxit etylen. §èi víi mét chÊt H§BM NI b×nh th−êng cã trung b×nh 7 ph©n tö oxit etylen, con sè nµy thay ®æi tõ 1 ÷ 15. §èi víi cïng mét chÊt H§BM NI víi mét sù ph©n phèi hÑp, sè l−îng c¸c ph©n tö oxit etylen ë vµo kho¶ng gi÷a 3 vµ 12. Lo¹i chÊt H§BM NI nµy rÊt c«ng hiÖu, nh−ng gi¸ thµnh cßn cao v× c¸ch thøc chÕ biÕn nã phøc t¹p h¬n. Tû lÖ cña c¸c chÊt H§BM ®−îc sö dông: Còng khã ®Ó ®−a ra mét quy t¾c tæng qu¸t vÒ tû lÖ cña chÊt H§BM dïng trong tÈy röa. ThËt vËy, nhiÒu yÕu tè cÇn ®−îc l−u ý ®Ó x¸c ®Þnh tû lÖ cña chóng th−êng lµ: - Tû träng cña s¶n phÈm - Lo¹i chÊt x©y dùng - TÝnh chÊt cña c¸c chÊt x©y dùng 16 2.1.2. ChÊt x©y dùng C¸c chÊt x©y dùng ®ãng mét vai trß trung t©m trong suèt qu¸ tr×nh tÈy röa; chøc n¨ng cña chóng lµ lµm t¨ng ho¹t tÝnh tÈy röa vµ lo¹i bá ¶nh h−ëng cña c¸c ion Ca2+ vµ Mg2+ cã trong n−íc vµ ®«i khi cã trong thµnh phÇn chÊt bÈn vµ bÒ mÆt nhiÔm bÈn. C¸c chÊt x©y dùng hiÖn ®¹i ph¶i bao gåm nh÷ng tÝnh n¨ng sau: - Lo¹i bá ®−îc ¶nh h−ëng cña c¸c kim lo¹i kiÒm thæ tõ n−íc, bÒ mÆt, chÊt bÈn. - TÝnh n¨ng tÈy röa tèt ®èi víi c¸c chÊt mµu, chÊt bÐo, thÝch hîp víi c¸c bÒ mÆt nhiÔm bÈn kh¸c nhau, c¶i thiÖn tÝnh chÊt cña chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt, cã ®Æc tÝnh t¹o bät mong muèn. - Cã kh¶ n¨ng chèng t¸i b¸m trë l¹i cña c¸c chÊt bÈn, ng¨n c¶n sù ¨n mßn bÒ mÆt nhiÔm bÈn. - TÝnh th−¬ng m¹i: æn ®Þnh ho¸ häc, kh«ng hót Èm, mµu vµ mïi tèi −u, phï hîp víi c¸c thµnh phÇn kh¸c trong chÊt tÈy röa, nguyªn liÖu dÔ kiÕm. - Kh«ng ®éc h¹i cho ng−êi sö dông. - VÒ mÆt m«i tr−êng: Ph©n huû sinh häc tèt, kh«ng lµm « nhiÔm n−íc, kh«ng g©y h¹i cho sinh vËt. - Cã tÝnh kinh tÕ cao /100, 101,102, 107/ a- C¸c chÊt phøc Trong dung dÞch chÊt tÈy röa cã nhiÒu anion cã thÓ kÕt hîp víi canxi trong n−íc ®Ó t¹o thµnh nh÷ng muèi kh«ng hoµ tan (kÕt tña). C¸c phøc hîp cã ®Æc tÝnh riªng do chóng cã kh¶ n¨ng hoµ tan c¸c chÊt kÕt tña Êy vµ sau ®ã t¹o thµnh nh÷ng phøc hîp tan trong n−íc. Do ®ã cã mét ph¶n øng c¹nh tranh gi÷a c¸c anion phøc hîp vµ c¸c anion kÕt tña víi canxi. Trong mét dung dÞch chÊt tÈy röa, c¸c anion kÕt tña lµ tõ cacbonat, alkylbenzen sulfonat vµ xµ phßng, trong lóc ®ã c¸c anion phøc hîp th× tõ TPP, pyrophosphat, EDTA… * C¸c phosphat: C¸c polyphosphat lµ nh÷ng t¸c nh©n phøc ho¸. Mét t¸c nh©n phøc ho¸ lµ mét thuèc thö ho¸ häc t¹o víi ion kim lo¹i thµnh nh÷ng hîp chÊt tan trong 17 n−íc. ThuËt ng÷ phøc ho¸, chelat ho¸ ®−îc dïng ®Ó m« t¶ ph¶n øng Êy. D−íi ®©y lµ c«ng thøc cña mét sè phosphat chÝnh cã mÆt trong thµnh phÇn chÊt tÈy röa: O -O O P O Orthophosphat O - O O O P O - O- O -O P O P Diphosphat = Pyrophosphat O O O- O P O O - O P O - Triphosphat =Tripolyphosphat (TPP) * Phøc hîp cña c¸c phosphat: Phøc hîp lµ s¶n phÈm cña mét ph¶n øng ho¸ häc, trong ®ã t¸c nh©n phøc hîp t¹o cïng víi ion kim lo¹i trong dung dÞch nh÷ng phøc hîp tan trong n−íc. CÊu tróc ho¸ häc cña c¸c phøc víi canxi: Víi Pyrophosphat cã c«ng thøc sau ®©y: O O O O P P O O O Ca Víi Tripolyphosphat cã hai kh¶ n¨ng: O O P O O P O O O O O O P O O - P O Ca O O O P O O - P O O Ca * C¸c t¸c nh©n kh¸c vÒ phøc hîp, ngoµi TPP lµ c¸c chÊt sau ®©y: N.T.A (Nitrilo Tri-Axetic) cã c«ng thøc: CH2COOH N CH2COOH CH2COOH 18