Tài liệu Phương pháp phân tích tiêu chuẩn xác định hàm lượng nước trong dầu thô bằng phương pháp chưng cất và phương pháp ly tâm

de ĐỒ ÁN THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TIÊU CHUẨN XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG DẦU THÔ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP LY TÂM 1 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thiện báo cáo này đó là một sự nỗ lực lớn đối với hai sinh viên chúng em và không thể hoàn thành nếu không có sự đóng góp quan trọng của rất nhiều người. Lời đầu tiên chúng em xin gửi lời tri ân và biết ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo Viện Kỹ Thuật - Kinh tế biển, trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu đã nhiệt tình giảng dạy, định hướng cho chúng em ngay từ những ngày đầu tiên làm quen với môi trường nghiên cứu khoa học. Chúng em xin cảm ơn ThS. Nguyễn Thị Thu Dung đã cung cấp cho chúng em nhiều kiến thức khoa học, tận tình chỉ bảo cho chúng em trong suốt quá trình thực tập. Chúng em xin trân trọng cảm ơn Viện nghiên cứu Khoa học và Thiết kế dầu khí biển, Liên doanh Việt - Nga “Vietsovpetro”, đặc biệt là tập thể các anh chị phòng “Nghiên cứu lưu chất trong điều kiện chuẩn” đã tạo điều kiện cho chúng em tiếp xúc thực tế với môi trường làm việc cùng các thiết bị và máy móc hiện đại. Chúng em xin chân thành cảm ơn các anh chị KS. Đỗ Dương Phương Thảo, KS. Trương Sỹ Giang, KS. Phạm Văn Đồng và KS. Ngọc Anh đã truyền đạt những kinh nghiệm quý giá, kỹ năng chuyên môn và đã bổ sung thêm cho chúng em rất nhiều kiến thức để hoàn thiện bài báo cáo này. Chúng em xin chân thành cảm ơn! 2 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Trong quá trình thực tập chuyên ngành tại phòng Nghiên cứu chất lưu trong điều kiện chuẩn, thuộc Viện Nghiên cứu Khoa học và Thiết kế dầu khí biển từ ngày 04/11/2019 đến ngày 30/11/2019, sinh viên Ngô Khánh Linh, Nguyễn Triệu Phương Linh đã hoàn thành tốt những tiêu chí sau đây: - Chuyên cần, chăm chỉ, thực tập đều đặn, đầy đủ và đúng giờ. Nề nếp tác phong lịch sự, có ý thức chấp hành nghiêm túc nề nếp, kỷ luật của công ty và các quy định trong phòng thí nghiệm. Chịu khó, có tinh thần ham học hỏi, tìm hiểu tài liệu, hoạt động – tổ chức của công ty để phục vụ cho báo cáo của mình, thái độ làm việc đúng mực. Khả năng làm việc nhóm tốt, tinh thần hòa đồng, trách nhiệm cao, phân công hợp lý và hoàn thành tốt, đúng hạn những công việc được giao. Hoàn thành bài báo cáo đúng thời hạn với nội dung nghiên cứu và tìm hiều đầy đủ. Đánh giá quá trình thực tập: Tốt Vũng Tàu, ngày tháng năm 2019 Xác nhận của Viện NCKH và TK dầu khí biển Ký tắt Phòng Nghiên cứu chất lưu trong điều kiện chuẩn: …………………………. 3 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẨN 1. Thái độ, tác phong khi tham gia thực tập ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ 2. Kiến thức chuyên môn ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ 3. Nhận thức thực tế ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ 4. Đánh giá khác ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ 5. Đánh giá kết quả thực tập ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ Vũng Tàu, ngày tháng năm 2019 Giảng viên hướng dẫn 4 MỤC LỤC PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ VIỆT NAM VÀ LIÊN DOANH VIỆT – NGA VIETSOVPETRO............................................................9 I. Tổng quan về công nghiệp dầu khí ở Việt Nam................................................9 II.Liên doanh Việt –Nga Vietsovpetro...................................................................9 1. Lịch sử hình thành.................................................................................................9 2. Tiềm năng và năng lực........................................................................................10 3. Lĩnh vực hoạt động..............................................................................................10 III. Viện nghiên cứu khoa học và thiết kế dầu khí biển......................................10 1. Lịch sử hình thành...............................................................................................10 2. Chức năng nhiệm vụ............................................................................................11 IV. Phòng Nghiên cứu chất lưu trong điều kiện chuẩn.......................................11 PHẦN 2. TỔNG QUÁT VỀ NHŨ TƯƠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG CÁC MẪU DẦU.............................................12 I. Lý thuyết về nhũ tương.....................................................................................12 1. Định nghĩa và phân loại.......................................................................................12 2. Sự hình thành nhũ...............................................................................................13 3. Độ bền nhũ..........................................................................................................13 4. Tính chất.............................................................................................................13 5. Ảnh hưởng của nhũ tương đến quá trình khai thác, vận chuyển, mua bán và chế biến dầu thô.........................................................................................................14 II. Phương pháp xác định hàm lượng nước trong phòng thí nghiệm................14 1. Phương pháp chưng cất.......................................................................................14 1.1. Định nghĩa.........................................................................................................14 1.2. Nguyên lý làm việc...........................................................................................14 1.3. Thiết bị, hóa chất và cách tiến hành..................................................................14 1.3.1. Thiết bị..........................................................................................................14 2.3.2. Hóa chất........................................................................................................15 2.3.3. Cách tiến hành..............................................................................................15 1.3. Tính toán kết quả...............................................................................................16 1.4. Sai số cho phép.................................................................................................16 5 2. Phương pháp ly tâm.............................................................................................17 2.1. Định nghĩa.........................................................................................................17 2.2. Nguyên lý làm việc...........................................................................................17 2.3. Thiết bị, hóa chất và cách tiến hành..................................................................17 2.3.1. Thiết bị.........................................................................................................17 2.3.2. Hóa chất.........................................................................................................20 2.3.3. Cách tiến hành...............................................................................................20 2.4. Tính toán kết quả...............................................................................................20 2.5. Sai số cho phép.................................................................................................21 3. So sánh 2 phương pháp.......................................................................................21 PHẦN 3. THỰC HÀNH........................................................................................21 I. Phương pháp chưng cất....................................................................................21 1. Quy trình thực nghiệm........................................................................................21 1.1. Chuẩn bị mẫu....................................................................................................21 1.2. Lấy mẫu và thực hành.......................................................................................21 2. Kết quả và tính toán............................................................................................22 3. Sai số cho phép....................................................................................................22 II.Phương pháp ly tâm..........................................................................................22 1. Quy trình thực nghiệm........................................................................................22 1.1. Chuẩn bị mẫu....................................................................................................22 1.2. Lấy mẫu và thực hành.......................................................................................22 2. Kết quả tính toán.................................................................................................23 3. Sai số cho phép....................................................................................................23 KẾT LUẬN............................................................................................................23 TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................24 6 DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢN Hình 1. Công ty liên doanh Việt – Nga Vietsovpetro................................................9 Hình 2. Hệ nhũ tương nước trong dầu và dầu trong nước........................................12 Hình 3. Dụng cụ chưng cất......................................................................................15 Hình 4. Độ chụm của nước......................................................................................17 Hình 5. Máy ly tâm..................................................................................................18 Hình 6. Ống ly tâm..................................................................................................19 DANH MỤC VIẾT TẮT NCKH – TK: Nghiên Cứu Khoa Học và Thiết Kế. TKTD: Thiết kế thăm dò XNLD: Xí nghiệp liên doanh LD: Liên doanh ASTM (American Society for Testing and Materials): Hiệp hội về phân tích và Vật liệu Quốc gia Mỹ 7 LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghiệp dầu khí là một ngành mới hình thành và phát triển ở nước ta, song đã chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Trong năm 1996, ngành dầu khí đã sản xuất được hơn 7 triệu tấn dầu thô thì năm 1997 đã sản xuất được hơn 10 triệu tấn tức là tăng khoảng 14%, ngang tầm với các ngành khác. Theo kết quả thăm dò, nghiên cứu nhiều năm của các nhà địa chất trong nước và nước ngoài đã khẳng định rằng lòng đất Việt Nam, kể cả thềm lục địa và các vùng trên đất liền có chứa đựng một tiềm năng dầu khí hấp dẫn. Hàng loạt các phát hiện thương mại nối tiếp nhau được công bố đã chứng minh điều đó và đã lôi kéo các Công ty nước ngoài đầu tư vào Việt Nam. Công nghiệp dầu khí có thể là một ngành phát triển mạnh trong tương lai. Thực tế đó, đã đặt ra cho đội ngũ những người làm công tác kỹ thuật và các nhà sản xuất hàng loạt các vấn đề hoàn thiện công nghệ khai thác xử lý và vận chuyển dầu khí , tiến tới khai thác sử dụng hợp lý, có hiệu quả nhất nguồn tài nguyên quý giá của đất nước. Dầu mỏ đang được khai thác ở thềm lục địa phía Nam bao giờ đưa lên khỏi lòng đất cũng chứa một lượng nước vỉa dưới dạng nhũ. Lượng nước này càng tăng lên khi áp dụng các phương pháp thứ cấp, tam cấp, bơm điện phân nước có phụ gia hóa phẩm… để tăng hệ số thu hồi dầu mỏ. Quá trình xử lý tách nước ra khỏi dầu thô là không thế thiếu được để đảm bảo cho chất lượng dầu thô xuất khẩu và trong tương lai đảm bảo cho chất lượng nguyên liệu nhà máy lọc dầu. Hơn nữa, hàm lượng nước và cặn có trong dầu thô có ý nghĩa quan trọng, vì nước và cặn có thể gây ăn mòn thiết bị và gây ra các khó khăn trong quá trình chế biến. Vì vậy, việc xác định hàm lượng nước và cặn được đòi hỏi để đo chính xác các thể tích thực của loại dầu thực tế trong các khâu buôn bán, tính thuế, trao đổi và chuyển nhượng quyền quản lý. Tại công ty Liên doanh Việt – Xô Vietsovpetro trong phòng thí nghiệm Nghiên cứu chất lưu trong điều kiện chuẩn chúng em đã được tiếp cận và thực hành xác định tách nước khỏi các mẫu dầu thô dưới sự hướng dẫn tận tình của các anh chị KS, bên cạnh đó lại là lần đầu tiên tiếp xúc với việc làm khoa học, thiết bị, nghiên cứu và xử lý tài liệu, hơn nữa trình độ và điều kiện có hạn nên không tránh khỏi những sai xót. Chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến quý báu của thầy cô để đồ án này được hoàn chỉnh hơn. 8 PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ VIỆT NAM VÀ LIÊN DOANH VIỆT – NGA VIETSOVPETRO I. Tổng quan về công nghiệp dầu khí ở Việt Nam Từ những năm đầu của thập kỉ 60, khi đất nước còn chiến tranh công tác tìm kiếm, thăm dò dầu khí đã được các đoàn địa chất dầu khí của Tổng cục địa chất tiến hành ở miền Bắc. Với sự giúp đỡ về tài chính và kỹ thuật của Liên Xô (cũ), tiến hành thăm dò trên địa bàn sông Hồng. Hàng chục giếng khoan đã được thực hiện bằng các thiết bị của Liên Xô khoan trong đất liền với độ sâu từ 1200 – 4200 m và đã phát hiện có dầu khí và Condensate, nhưng trữ lượng không đáng kể. II.Liên doanh Việt –Nga Vietsovpetro 1. Lịch sử hình thành Liên đoàn dầu khí Việt Xô  (trước đây là Xí nghiê ̣p Liên doanh dầu khí Viê ̣t – Xô, gọi tắt là Vietsovpetro) được thành lập trên cơ sở các hiệp định hợp tác giữa Việt Nam và Liên Xô, về hợp tác thăm dò và khai thác dầu khí trên thềm lục địa Việt Nam ký ngày 03/07/1980 và hiệp định giữa hai chính phủ ký ngày 19/06/1981 về việc thành lập công ty liên doanh dầu khí Việt- Xô Vietsovpetro (nay là liên doanh Việt- Nga VIETSOVPETRO ), một biểu tượng của tình hữu nghị Việt Nam và Liên bang Nga. Từ năm 1993, Liên bang Nga tiếp nhận nghĩa vụ và quyền lợi của Liên Xô trong Liên doanh. Hiện nay, Vietsovpetro đang hoạt động theo Hiệp định Liên Chính phủ Việt Nam và Liên bang Nga ký ngày 27/12/2010 về tiếp tục hợp tác trong lĩnh vực thăm dò địa chất và khai thác dầu khí tại thềm lục địa Việt Nam. 9 Hình 1. Công ty liên doanh Việt – Nga Vietsovpetro 2. Tiềm năng và năng lực LD Việt – Nga Vietsovpetro luôn sẵn sàng hợp tác với các công ty dầu khí trong nước và quốc tế để cung cấp các loại hình dịch vụ chất lượng cao trong các lĩnh vực sau đây:  Nghiên cứu, thăm dò và khai thác mỏ;  Thiết kế, chế tạo, lắp đặt các công trình dầu khí biển;  Khảo sát và sửa chữa các công trình khai thác dầu khí;  Điều hành khai thác mỏ;  Vận hành, sửa chữa và bảo dưỡng các công trình dầu khí, thiết bị năng lượng;  Khoan, sửa chữa giếng khoan;  Đo địa chấn và địa vật lý các giếng khoan;  Thu gom và vận chuyển khí, vận hành và bảo dưỡng các giàn nén khí;  Dịch vụ vận tải biển và công tác lặn;  Phòng, chống và thu gom dầu tràn;  Dịch vụ cảng và cung ứng vật tư thiết bị;  Phân tích thí nghiệm; mô hình vỉa;  Dịch vụ vận tải ô tô, vận tải siêu trường siêu trọng;  Dịch vụ công nghệ thông tin và liên lạc;  Dịch vụ kiểm tra sức khỏe, khám chữa bệnh. 3. Lĩnh vực hoạt động  Tìm kiếm, thăm dò, khai thác, thu gom, xử lý, vận chuyển, tàng trữ và bán các sản phẩm dầu, khí và condensate tại CHXHCN Việt Nam, Liên bang Nga và nước thứ ba thông qua tổ chức của CHXHCN Việt Nam trên cơ sở hợp đồng;  Nghiên cứu khoa học, khảo sát thiết kế, xây dựng và phát triển các mỏ dầu khí, thiết kế và xây dựng các công trình dầu khí;  Mua,  bán, xuất nhập khẩu vật tư thiết bị ngành dầu khí; Thực hiện và cung cấp các dịch vụ dầu khí cho các tổ chức Việt Nam và nước ngoài; III. Viện nghiên cứu khoa học và thiết kế dầu khí biển 1. Lịch sử hình thành Tiền thân của Viện NCKH và TK là Xưởng NCKH và TKTD, hình thành năm 1982 với biên chế nhỏ, gọn gồm chủ yếu các chuyên gia trong lĩnh vực địa chất, địa vậy lý. Giai đoạn này, nhiệm vụ chính của XNLD là tìm kiếm thăm dò các cấu tạo triển vọng chứa dầu để phát hiện các mỏ chứa trữ lượng công nghiệp. Các công tác chính là thực hiện các khảo sát địa chấn thềm lục địa Nam Việt Nam, chủ yếu trong 10 vùng Trũng Cửu Long, nghiên cứu, phân tích, xử lý số liệu địa chất và thiết kế, biện luận vị trí các giếng tìm kiếm thăm dò trên thếm lục địa miền Nam Việt Nam. Thành công trong việc phát hiện cấu tạo Bạch Hổ, và sau đó là khoan các giếng tìm kiếm cho dòng dầu công nghiệp, cho thấy triển vọng trong việc phát triển mỏ và sự cần thiết hình thành một đơn vị nghiên cứu và thiết kế đủ khả năng thực hiện các dự án liên quan tới phát triển mỏ. Ngày 26 tháng 10 năm 1985 Viện chính thức được thành lập. 2. Chức năng nhiệm vụ - Soạn thảo, giám sát triển khai và đề xuất các giải pháp đảm bảo thực thi hiệu quả nhất các văn liệu thiết kế tìm kiếm, thăm dò, khai thác và quy hoạch xây dựng công nghiệp các mỏ dầu khí; - Nghiên cứu cấu trúc địa chất, xác định sự tồn tại dầu khí, quy mô và các đặc trưng của chúng phục vụ công tác thiết kế khai thác và quy họach xây dựng mỏ; - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ kỹ thuật tiên tiến trong công tác khoan khai thác, thu gom, xử lý, vận chuyển và tàng trữ dầu khí trong điều kiện bỉển xa bờ; - Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật và công nghệ tiên tiến trong thiết kế kỹ thuật công nghệ và thiết kế thi công, dự tóan xây dựng và sửa chữa các công trình biển; - Làm dịch vụ khoa học, thiết kế phát triển mỏ. IV. Phòng Nghiên cứu chất lưu trong điều kiện chuẩn - Phân tích nhanh các mẫu dầu mỏ (Express – Analysis of Crude Oil). - Phân tích toàn diện các mẫu dầu mỏ trong quá trình khoan, thăm dò, khai thác và các mẫu dầu thương phẩm trong điều kiện thường: + Độ nhớt dầu thô và sản phẩm dầu các loại + Hàm lượng nhựa, asphalten + Hàm lượng muối và nước, lưu huỳnh tro, cốc, tạp chất cơ học + Nhiệt độ nóng chảy + Tỷ trọng, trọng lượng phân tử + Chưng cất dầu và các sản phẩm dầu + Điểm chớp cháy cốc hở, cốc kín và nhiệt độ đông đặc + Chỉ số axit, chỉ số kiềm tổng + Hàm lượng vi nguyên tố - Phân tích đánh giá thành phần các chất lắng trong tàu dầu, bồn, bể chứa, đường ống. - Phân tích chất lượng các loại dầu nhờn, dầu thủy lực - Các phân tích và hỗ trợ công nghệ khác cho khai thác và vận chuyển dầu. - Phân tích, nghiên cứu các chỉ số của nước và môi trường: + Phân tích toàn diện các chỉ số của nước bơm ép, nước đồng hành. 11 + Phân tích các tác động liên quan tới ô nhiễm môi trường. + Đánh giá chất lượng hóa phẩm sử dụng trong quá trình khai thác dầu khí. PHẦN 2. TỔNG QUÁT VỀ NHŨ TƯƠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG CÁC MẪU DẦU I. Lý thuyết về nhũ tương 1. Định nghĩa và phân loại  Định nghĩa Nhũ tương là một hệ chất lỏng không đồng nhất gồm hai chất lỏng không hòa tan vào nhau, trong đó một chất bị phân chia thành những hạt nhỏ hình cầu, phân tán trong chất lỏng thứ hai. Chất lỏng bị phân tán gọi là pha phân tán, chất lỏng thứ hai gọi là pha liên tục hay môi trường phân tán.  Phân loại nhũ trong dầu mỏ * Nhũ nghịch N/D (nước trong dầu): Là loại nhũ chính thường gặp trong khai thác dầu mỏ. Hàm lượng pha phân tán trong môi trường phân tán (nước phân tán trong dầu) có thể thay đổi 90% - 95%. Tính chất nhũ này ảnh hưởng lớn đến quá trình công nghệ khai thác, thu gom dầu đến việc lựa chọn công nghệ và kỹ thuật tách nhũ. * Nhũ thuận D/N (dầu trong nước): Nhũ này được tạo thành trong quá trình phá nhũ nghịch – nhũ dầu mỏ, trong quá trình tác động nhiệt hơi nước lên vỉa và trong quá trình xử lý nước thải. Do thuộc loại nhũ tương loãng nên công nghệ phá nhũ thuận lợi hơn so với phá nhũ nghịch. * Nhũ hỗn hợp: Có thể là nhũ thuận hoặc nhũ nghịch, trong đó pha phân tán cũng là nhũ chứa các hạt nhỏ trong môi trường phân tán. Nhũ này có thể xuất hiện khi đồng thời có trong hệ hai chất tạo nhũ có tác động trái ngược nhau. Được đặc trưng bởi lượng tạp chất cơ học cao và rất khó phá, nhũ tích tụ trên ranh giới phân pha trong các thiết bị xử lý dầu thô và nước, và là nguyên nhân gián đoạn công nghệ. Pha trong: các hạt nước Pha trong: các hạt dầu 12 Hình 2. Hệ nhũ tương nước trong dầu và dầu trong nước 2. Sự hình thành nhũ Nhũ tương chủ yếu được hình thành trong quá trình khai thác dầu thô. Phần lớn dầu thô được khai thác lên dưới dạng nhũ mà chủ yếu là nhũ nước trong dầu (N/D). Loại nhũ này thường rất bền và khó phá. Đa số các nghiên cứu cho rằng trong điều kiện vỉa hầu như không thể phân tách dầu, khí và nước, chúng chỉ bắt đầu tạo thành trong quá trình chuyển động theo thân giếng lên bề mặt, ở độ sâu 2000 m và áp suất 20 MPa thì một phần thể tích dầu mỏ có thể hòa tan tới 1000 phần thể tích khí. Khi lên tới bề mặt, do giảm áp khí tách ra với năng lượng đủ lớn để phân tán các giọt nước vỉa. Đây là nguyên nhân gây ra nhũ. 3. Độ bền nhũ Đây là chỉ tiêu quan trọng nhất đối với nhũ dầu mỏ. Nó chính là khả năng trong một khoảng nhất định không bị phá vỡ, không bị tách thành 2 pha, không trộn lẫn. Để đánh giá độ bền nhũ, người ta phân thành 2 loại: + Độ bền động học (sa lắng): là khả năng của hệ thống chống lại sự xa lắng hay nổi lên của hạt pha phân tán dưới tác dụng của trọng lực. + Độ bền tập hợp: là khả năng của hạt pha phân tán khi va chạm với các hạt khác hay với ranh giới phân chia pha vẫn giữ nguyên kích thước ban đầu của mình. 4. Tính chất  Tỷ khối của nhũ Tỷ khối: tỷ khối của nhũ được tính theo công thức sau: ρnh= 1 100−W 0.01× W 0.01 × + ρd ρn Trong đó: + ρnh: Tỷ khối của nhũ + ρd : Tỷ khối của dầu + ρn: Tỷ khối của nước + W: Hàm lượng nước trong dầu, % thể tích  Độ nhớt Nhũ dầu mỏ là hệ phân tán, có độ nhớt dị thường và chuyển động của nó không tuân theo định luật Newton. Đối với hệ này độ nhớt không phải là hằng số, mà phụ thuộc vào điều kiện chuyển động. Khi tăng hàm lượng nước độ nhớt của nhũ tạo thành tăng, đăc biệt là khi hàm lượng nước > 20%.  Độ phân tán của nhũ 13 Độ phân tán đặc trưng cho mức độ phân tán của pha phân tán trong môi trường phân tán. Đây là đặc trưng cơ bản xác định tính chất của hệ nhũ tương và các hệ phân tán khác. Độ phân tán được đo bằng đường kính hạt phân tán. Độ phân tán được chia làm 3 loại: + Nhũ có độ phân tán nhỏ: kích thước giọt nhũ từ 0,2 ÷ 20 μm + Nhũ có độ phân tán trung bình: kích thước giọt nhũ 20 ÷ 50 μm + Nhũ có độ phân tán thô: kích thước giọt nhũ 50 ÷ 100 μm. 5. Ảnh hưởng của nhũ tương đến quá trình khai thác, vận chuyển, mua bán và chế biến dầu thô Nhũ tương có ảnh hưởng lớn trong quá trình khai thác, vận chuyển, mua bán và chế biến dầu thô. Sự có mặt của nước trong dầu có thể gây ăn mòn thiết bị, gây khó khăn và làm tiêu tốn nhiên liệu, chi phí xử lý cho quá trình vận chuyển, làm gia tăng chi phí xử lý tách nước cũng như các khó khăn trong quá trình chế biến. Việc đo hàm lượng nước là bắt buộc để xác định chính xác thể tích của dầu trong các khâu buôn bán, tính thuế, trao đổi và chuyển nhượng quyền quản lý. II. Phương pháp xác định hàm lượng nước trong phòng thí nghiệm 1. Phương pháp chưng cất I.1. Định nghĩa Chưng cất là quá trình tách một dung dịch bằng cách đun sôi nó, rồi ngưng tụ hơi bay ra để được 2 phần: Phần nhẹ là distillat có nhiệt độ sôi thấp, chứa nhiều chất dễ sôi, còn phần nặng còn lại là cặn chưng cất (redue). I.2. Nguyên lý làm việc Mẫu được đun hồi lưu với dung môi không tan trong nước. Dung môi sử dụng phải tạo thành hỗn hợp đẳng phí với nước và cùng được cất ra với nước có trong mẫu. Dung môi và nước bị ngưng tụ lại và phân ly liên tục trong ống thu, nước đọng lại ở phần có vạch chia của bẫy ngưng, còn dung môi chảy trở lại bình cất. 1.3. Thiết bị, hóa chất và cách tiến hành 1.3.1. Thiết bị Thiết bị bao gồm bình chưng cất, ống sinh hàn, bẫy nước bằng thủy tinh có vạch chia và bếp đun. Bình chưng cất: dung tích 500 ml, đáy tròn bằng thủy tinh, bình chưng cất lắp khít với khớp nối có độ côn 24/29. Bình lắp với bẫy nước loại 10 ml đã hiệu chuẩn có chia vạch với vạch chia là 0,1 ml. Bẫy này được lắp với ống sinh hàn dài 400 mm. Một ống làm khô nạp đầy chất hút ẩm được lắp trên đỉnh ống sinh hàn (ngăn hơi ẩm của không khí xâm nhập từ môi trường xung quanh). Bếp đun: bằng điện có áo bọc và khuấy từ, sao cho có thể phân phối nhiệt độ đều toàn bộ nửa dưới của bình đều được sử dụng. 14 Hình 3. Dụng cụ chưng cất II.3.2. Hóa chất Xylen (Cảnh báo – Cực kỳ bắt lửa, rất dễ cháy). Hơi rất độc. Xylen sử dụng trong quy trình này thường là hỗn hợp của các đồng phần ortho-, meta- và para- và có thể chứa một số etyl benzen. II.3.3. Cách tiến hành Bước 1: Làm sạch toàn bộ thiết bị để loại bỏ các màng và bụi bẩn bám trên bề mặt cản trở dòng chảy tự do của nước trong thiết bị thử. Để giảm thiểu hiện tượng những giọt nước bám trên bề mặt dụng cụ không lắng vào được bẫy ngưng để có thể đo làm độ chụm của phép thử có thể bị ảnh hưởng. Bước 2: Rót 50 ml mẫu vào trong ống đong có vạch chia và dung tích phù hợp. Rót cẩn thận lượng mẫu trong ống đong vào bình chưng cất và tráng phần bám dính ở thành ống bằng 50 ml xylen chia làm 2 lần mỗi lần 25 ml, rồi rót cả vào bình cất. Rót sạch chất lỏng trong ống đong vào bình cất môt cách hoàn toàn. Thêm đủ xylen vào bình cất để tổng dung tích xylen có trong bình là 100 ml. Bước 3: Lắp các chi tiết của thiết bị, chọn bẫy ngưng phù hợp với lượng nước dự đoán có trong mẫu, làm kín tất cả các khớp nối hơi và chất lỏng. Không nên bôi mỡ cho các khớp nối thủy tinh. Ống sinh hàn và bẫy ngưng phải được làm sạch bằng 15 hóa chất để đảm bảo rằng nước chảy tự do xuống đáy bẫy ngưng. Lắp vào đầu ống sinh hàn chất hút ẩm để ngăn sự ngưng tụ hơi ẩm trong không khí xâm nhập vào trong sinh hàn. Cho nước có nhiệt độ 20 0C - 250C chảy tuần hoàn trong vỏ bọc của ống sinh hàn. Bước 4: Bật bếp đun bình cất và điều chỉnh tốc độ sôi, sao cho phần cất ngưng tụ chảy từ ống sinh hàn xuống với tốc độ từ 2 giọt đến 5 giọt trong một giây. Tiếp tục chưng cất cho đến khi không còn nhìn thấy nước ở bất cứ phần nào của dụng cụ ngoại trừ trong bẫy và thể tích nước trong bẫy duy trì không đổi trong vòng 5 phút. Nếu thấy các giọt nước vẫn còn bám lâu trên thành trong ống sinh hàn, phun rửa bằng xylen. Thêm một lượng nhỏ chất phá nhũ loại tan trong dầu với nồng độ 1/1000 vào xylen dùng để phun rửa sẽ giúp gạt các giọt nước còn bám xuống. Sau khi phun rửa, chưng cất lại thêm ít nhất 5 phút nữa (phải tắt nguồn nhiệt ít nhất 15 phút trước khi phun rửa để tránh sôi mạnh), gia nhiệt đun từ từ để tránh sôi mạnh. Lặp lại quy trình này cho đến khi thể tích nước trong bẫy duy trì không đổi trong vòng 5 phút. Nếu quy trình này không gạt được nước xuống, thì sử dụng que gạt nước (chế tạo từ nhựa TEFLON – florocacbon), hoặc dụng cụ tương đương gạt cho nước chảy vào bẫy. Bước 5: Khi chưng cất hoàn tất, để nguội bẫy ngưng đến 20 0C và lượng chứa trong ống đến nhiệt độ phòng. Dùng đũa thủy tinh hoặc dụng cụ làm từ nhựa TEFLON - florocacbon hoặc áp dụng phương tiện thích hợp khác gạt tất cả những giọt nước dính ở thành bẫy ngưng cho rơi xuống lớp nước lắng ở dưới. Đọc thể tích nước trong bẫy ngưng chính xác đến vạch chia của ống. Bẫy được chia vạch 0,1 ml nhưng thể tích được xác định chính xác đến 0,05 ml. I.3. Tính toán kết quả Hàm lượng nước trong mẫu được tính theo công thức như sau: %V= A−B × 100 C %V= A−B × 100 M/D %m= A−B × 100 M Trong đó: + A là lượng nước trong bẫy, tính bằng ml; + B là lượng dung môi mẫu trắng, tính bằng ml; + C là lượng mẫu thử, tính bằng ml; + M là khối lượng mẫu thử, tính bằng g; + D là tỷ trọng của mẫu, tính bằng g/ml. I.4. Sai số cho phép Độ chính xác của phương pháp này đã xác định trong khoảng 0,01 % đến 1%. 16 Độ lặp lại - Sai số giữa các kết quả phân tích thành công đạt được bởi cùng một người thực hiện trên cùng một dụng cụ thí nghiệm trong những điều kiện làm việc không thay đổi với những vật tư phân tích xác định, trong thời gian dài, với thao tác bình thường và chính xác của phương pháp phân tích này, thì, trong số 20 lần chỉ có một trường hợp vượt quá giá trị sau đây: + Từ 0,0% đến 0,1% nước, xem hình 4 + Lớn hơn 0,1% nước, độ lặp lại không đổi là 0,08 Độ tái lập – Sai lệch giữa hai kết quả phân tích độc lập và đơn lẻ đạt được bởi những người thực hiện khác nhau trong những phòng thí nghệm khác nhau trên vật tư phân tích xác định, thì, trong một thời gian dài với thao tác chính xác và bình thường của phương pháp phân tích này, cứ 20 lần thì chỉ có một lần vượt quá giá trị sau đây: + Từ 0,0% đến 0,1% nước, xem hình 4 + Lớn hơn 0,1% nước, độ tái lập không đổi là 0,11. Hàm lượng nước trung bình xác định theo phương pháp chưng cất, tính bằng phần trăm Hình 4. Độ chụm của nước 2. Phương pháp ly tâm 2.1. Định nghĩa Ly tâm là phương pháp sử dụng lực ly tâm để tách một cách nhanh chóng các phân tử có khối lượng riêng (ρ) khác nhau. Do ảnh hưởng của trọng lực, hai phần tử có khối lượng khác nhau sẽ lắng ở những tốc độ tương đương với trọng lượng. Sự khác nhau về tỷ trọng càng lớn thì càng dễ phân biệt. 2.2. Nguyên lý làm việc Lấy từng thể tích bằng nhau của dầu thô và toluen đã bão hoà nước vào trong hai ống quay ly tâm hình côn. Sau khi quay ly tâm, nước và tạp chất có tỷ trọng cao hơn sẽ đọng ở đáy ống, đọc và ghi nhận thể tích này. 17 2.3. Thiết bị, hóa chất và cách tiến hành 2.3.1. Thiết bị Máy ly tâm: Đầu quay, các vòng đai trục quay và ống đỡ, bao gồm cả vòng đệm phải được thiết kế thật khít và êm để chịu được lực ly tâm lớn nhất mà lực của nguồn tạo ra. Các ống đỡ và đệm lót phải giữ chắc các ống khi máy ly tâm chuyển động. Máy ly tâm được đậy chặt bằng nắp đủ chắc để tránh nguy hiểm nếu xảy ra vỡ, nứt ống. Máy ly tâm phải được gia nhiệt và kiểm soát về nhiệt độ để tránh các điều kiện không an toàn. Máy phải có khả năng duy trì nhiệt độ mẫu thử trong toàn bộ quá trình tại 600C. Việc kiểm soát nhiệt độ có khả năng duy trì nhiệt độ trong giới hạn đó và vận hành an toàn trong môi trường dễ cháy. Nguồn điện và bộ gia nhiệt của máy ly tâm phải đáp ứng yêu cầu an toàn khi sử dụng trong vùng có chất độc. Máy ly tâm có khả năng ly tâm hai hay nhiều ống ly tâm hình côn và phải tạo được lực ly tâm tương đối (rcf) tối thiểu là 600 tại đầu các ống quay. Tính toán tốc độ quay theo số vòng/phút: v/ph = 1335√ rcf /d Trong đó v 2 + rcf là lực ly tâm tương đối; rcf = ph d( ) 1335 + d (mm) là đường kính vòng quay, được đo giữa các đầu nhọn của hai ống đối diện ở vị trí quay. Bể phải là khối kim loại đặc hoặc bể chất lỏng có chiều cao đủ để ngâm ống ly tâm thẳng đứng tới vạch 100 ml. Các chức năng phải đảm bảo giữ nhiệt độ ở 60 oC ± 3oC. Hình 5. Máy ly tâm 18 Ống ly tâm: Mỗi ống ly tâm phải dài 203 mm, hình côn làm bằng thuỷ tinh đã được tôi kỹ, có chia độ và đánh số (như hình 5). Các ống này trong và sáng, miệng thu nhỏ để đóng được kín khít bằng nút cao su bền dung môi. Khoảng sai số của thang đo và các khoảng chia nhỏ nhất giữa các vạch chia được quy định trong Bảng 1, các vạch chia này được hiệu chuẩn bằng nước đã tách khí ở nhiệt độ 20 0C và đọc tại đáy của mặt cong bị bóng mờ. Độ chính xác của vạch chia trên ống ly tâm phải được kiểm tra bằng thể tích, hiệu chuẩn vạch chia cho đến 0,25 ml, và ở vạch 0,5 ml; 1 ml; 1,5 ml; 2 ml; 50 ml; 100 ml. Không dùng các ống nếu các sai số thang đo vượt quá các giá trị ghi trong Bảng 1. Khoảng chia, ml Vạch chia nhỏ, ml Dung sai về thể tích, ml 0 đến 0,1 0,05 ± 0,02 trên 0,1 đến 0,3 0,05 ± 0,03 trên 0,3 đến 0,5 0,05 ± 0,05 trên 0,5 đến 1,0 0,10 ± 0,05 trên 1,0 đến 2,0 0,10 ± 0,10 trên 2,0 đến 3,0 0,20 ± 0,10 trên 3,0 đến 5,0 0,50 ± 0,20 trên 5,0 đến 10 1,00 ± 0,50 trên 10 đến 25 5,00 ± 1,00 trên 25 đến 100 25,00 ± 1,00 Bảng 1-Sai lệch cho phép của vạch chia đối với ống ly tâm 203 mm. 19 Hình 6. Ống ly tâm 2.3.2. Hóa chất Toluene (Cảnh báo - Dễ cháy. Bảo quản xa nguồn nhiệt, tia lửa, và ngọn lửa trần. Dạng hơi toluen rất độc. Toluen là chất độc. Cần chú ý cẩn thận để tránh hít phải hơi và bảo vệ mắt khi tiếp xúc. Bảo quản trong bình chứa kín. Khi sử dụng phải có thông hút không khí bảo đảm. Tránh tiếp xúc lâu và nhiều lần với da). Toluene sử dụng phải được bão hòa nước tại 60oC ± 3oC. Chất phá nhũ: chất phá nhũ (demulsifier) được sử dụng là Tret-O-Lite, có thể sử dụng để thúc dẩy quá trình tách nước khỏi mẫu, để tránh việc nước bám trên thành ống ly tâm và làm tăng sự phân biệt bề mặt giao diện của dầu - nước. Tỷ lệ pha nhũ là 25% chất phá nhũ cho 75% toluene.TCVN 2.3.3. Cách tiến hành Bước 1: Rót thẳng từ chai đựng mẫu vào hai ống ly tâm đến vạch 50ml. Sử dụng pipet hoặc dụng cụ thích hợp khác để lấy 50ml toluene đã bão hòa nước. Sau đó, cho 0,2 ml dung dịch phá nhũ vào mỗi ống. Đậy chặt ống và lộn ngược ống 10 lần để bảo đảm là mẫu và dung môi hòa trộn hoàn toàn, hỗn hợp được đồng nhất. Bước 2: Nới nút đậy và đặt chìm ống đến vạch 100ml vào bồn bể ổn nhiệt ít nhất 15 phút ở nhiệt độ 600C. Đặt các ống vào các cốc quay đối diện của máy ly tâm để tạo cân bằng, như vậy các ống và các nút không chạm các ống bên cạnh hoặc đối diện. Để tránh hiện tượng bể ống trong cốc, phải chú ý cho ống nằm khít trong bộ đệm để không phần nào của ống chạm với vành cốc. Cho máy quay trong vòng 10 phút với tốc độ tính được theo công thức tính tốc độ quay, đủ tạo ra lực ly tâm tương đối (rcf) tối thiểu là 600 tại đầu các ống quay. Duy trì nhiệt độ trong toàn bộ quá trình ly tâm tại 600C. Bước 3: Ngay sau khi máy ly tâm ngừng quay, đọc và ghi thể tích chung của nước và tạp chất lắng ở đáy mỗi ống chính xác đến 0,05 ml cho khoảng chia từ 0,1ml đến 1ml; và 0,1ml cho khoảng chia trên 1ml. Dưới 0,1 ml thì đánh giá chính xác đến 0,025 ml đối với thể tích nước và cặn. Nếu thấy lượng nước và tạp chất nhỏ hơn 0,025 ml; thì thể tích đó không đủ để đánh giá bằng 0,025 ml; và ghi là nhỏ hơn 0,025 ml. Nếu không nhìn thấy cặn và nước thì ghi thể tích là 0,000 ml. Bước 4: Lặp lại quy trình này cho đến khi thể tích nước và tạp chất không thay đổi cho hai lần đọc liên tiếp là như nhau. Thông thường không quá 2 lần quay. 2.4. Tính toán kết quả Lấy tổng hai ống được chấp nhận như phần trăm thể tích của nước và tạp chất. 20