Dầu nặng và các công nghệ nâng cấp

DẦU NẶNG VÀ CÁC CÔNG NGHỆ NÂNG CẤP ĐẶT VẤN ĐỀ  Dầunặng là gì?  Tạisaophải nghiên cứuvề dầunặng?  Các công nghệ chế biếndầunặng ?  Mô hình nhà máy chế biếndầunặng ? Dầunặng? Dầu nặng? Dầunặng là mộtloạidầuthôrấtnhớtvàkhôngthể lưu chuyểndễ dàng. Đặctínhchungc ủanólà tỉ trọng cao, tỉ số H/C thấp, hàm lượ ng cặn cacbon, hàm lượng asphalten, kim lo ạinặng, hàm l ượng S, N cao Dầunặng? Các tính chất của dầu nặng  Hiệusuất phân đoạncặnrất cao, cặn khí quyểncóthể chiếm trên 70% thể tích.  Hàm l ượng thành phầnnh ẹ rấtthấp  Hàm l ượng asphalt, asphalten cao do trong thành phầnchứanhiều acromatic đa vòng ngưng tụ.  Hàm lượng c ốcrất cao, có thểđạt đếntrên30% klđốivớiloạidầucónguồn gốc bitumen.  Hiệusuất phân đoạnxăng thấp.  Hiệusu ất phân đo ạn gasoil thấp, đặ cbiệt đốivớiloạidầu thô có nguồn bitumen  Hàm l ượng các tạpch ấtl ưuhu ỳnh, nitơ, kim loạir ấtcao.  Độ nh ớtrất cao, có thểđế nhàngvạnCstở nhiệt độ 100 F, gây khó khăntrong quá trình vậnchuyển.  Điểmchảy cao.  Tỉ trọng API thấp, Mộtsố dầunặng tiêu biểu 537.8oC 537.8oC (Oil &Gas Journal) Tính chất dầu Cerro Negro, Venezuela Tính chất Giá trị Tính chất Giá trị Hàm lượng cacbon,%kl 85,3 API 8,0 Hàm lượng hydro, %kl 9,7 Độ nhớt,mPa.s ở 25C 8 x 104-105 Hàm lượng nitơ,%kl Khốilượng riêng,kg/m3(ở 0,54 1,019 15C) Hàm lượng oxi,%kl 0,30 Nhiệttổng, MJ/kg 42,8 Hàm lượng l ưuhuỳ nh,%kl 4,04 Điểmchớp cháy, C 120 Hàm lượng tro,%kl 0,12 Điểmchảy, C 38 Hàm lượng natri, ppm 40 Hàm lượng hợpchất no, % 10,7 Hàm lượng vanadi, ppm 440 Hàm lượng acromatic, % 58,0 Hàm lượng niken, ppm 110 Hàm lượng nh ựa, % 19,3 Hàm lượng s ắt, ppm 12 Hàm lượng asphalten, % 11,9 Tính chất dầu bitumen Athabasca, Canada Tính chất Giá trị Tính chất Giá trị oAPI 9 Phân đoạnLPG, %V 0,0 Phân đoạn naphtha, Hàm lượng Nitơ,%kl 4,9 1,5 %V Hàm lượng lưuhuỳnh,%kl 0,5 Phân đoạnJet, %V 1,7 Phân đoạn Diesel, Hàm lượng kim loại, ppm 280 13,9 %V Độ nhớt, m2/s x 106 (40C) 7000 Phân đoạn VGO, %V 31,9 Phân đoạncặn, %V 50,8 Trữ lượng và tiềmnăng củadầunặng 1. Douglas Lanier, 7th International Conf. on Heavy Oil and Bitumen 1998. 2. US Geological Survey World Petroleum Assessment 2000 (PetroCanada) Quy trình khai thác,vận chuyển, nâng cấpdầunặng Vận chuyểndầunặng  Gia nhiệt: cổđiển, dầu thô không cần phân tách dung môi, khó khăn trong thiết kếđường ống (công suất, bơm, nhiệtlượng, ăn mòn,…), thay đổicấutrúckeolàm xấu đitínhchấtcủadầu thô, tiêu thụ nhiều nhiên liệu hạnchế sử dụng  Pha loãng: sử dụng rộng rãi, pha loãng dầub ằng các HC khác có độ nh ớtnhỏ hơnnhư condensate, naphtha, kerosene, hay dầu thô nhẹ (25-50%). Vì độ nhớt củadầu sau pha loãng tỉ lệ theo hàm mũ vớilượng chất pha loãng nên rấthiệuquả  Tạonhũ tương vớin ướ c: phân tán các giọtd ầu thô nặng trong nướ c (30%) với sự có mặtcủachấthoạt động bề mặt (500-2000ppm) để hệ nhũ tương này ổn định hơn, có độ nhớtthấphơn, đượcsử dụng chủ yếu làm nhiên liệu cho các nhà máy nhiệt điệnvànhiều ứng dụng khác thay cho than đá.  Nâng cấpsơ bộ: thường kế thợpv ới pha loãng để gi ảm độ nhớttrước khi chuyển đếnnhàmáynângcấp để loạibỏ bớt thành phầnnặng và tạpchất, do đó độ nhớt củadầunặng giảm đi  Tạodòngchảytâmố ng CAF : Tạomàngnước bao quanh dầu trong đường ống, vai trò như chất bôi trơn, ma sát giữadầuvới thành ống lúc này trở thành ma sát giữadầuvớinước, áp suấtbơmsẽ tương đương vớiápsuấtvận chuyểnnước trong đường ống. Tỷ lệ nướcthường vào khoảng 10-30%, vậntốc dòng chảythích hợp để ổn định  dùng chưa nhiều, còn mang tính thử nghiệm NÂNG CẤP DẦU NẶNG? (upgrading heavy oil)  Là quá trình biến đổitừ bitumen hay dầunặng thành dầuthô tổng hợp (synthetic crude oil) hay còn gọil àdầunân gcấ p  tăng tỉ lệ H/C, tách loạil ưuhu ỳnh, nitơ và kim loại,  Cảithiện độ nh ớtc ủadầu thô giúp cho quá trình vận chuy ển được dễ dàng.  Loạibỏ m ộtphầntạpchấtvàcặn để đáp ứng chất lượng củadầuthô thị trườ ng.  Thông thường dầunặng sau khi được khai thác sẽ được pha loãng bằng dung môi nhẹ và đượ cvận chuy ển đế n nhà máy nâng cấp đặ tgầnn ơi khai thác Example Coal EHO or  Usual Naphtha Diesel Methane Ar.Heavy crudes Vac.resid H/C (atom.) 0.4 – 0.8 1.5 Around 2 2.3 1.9 4 Hydrogen wt% 11.1 Around 14 16 13.6 25 NÂNG CẤP DẦU NẶNG? (upgrading heavy oil)  Mức độ nâng cấp  Nâng cấ pm ộtphầ n: dầu8-9oAPI sẽđượcnângcấpthành dầu 14-22 oAPI  dầunângcấpcóchấtlượng trung bình và thấp.  Nâng cấpt ối đa: dầu8-9oAPI sẽđượcnângcấp thành dầu>2 6oAPI  dầunângc ấpcóchấtlượng cao.  Công nghệ nâng cấp  Lo ạibỏ cacbon  Bổ sung hydro NguNguồồnn:: PDVSAPDVSA SSơơ đđồồ ccáácc mmứứcc đđộộ nângnâng ccấấpp ddầầuu nnặặngng Công nghệ nâng cấp  Công nghệ loại cacbon (carbon rejection): cracking nhiệt, cracking xúc tác, tách asphalt bằ ng dung môi (solvent deasphalting).  Ưu điểm: có thể xử lý đượ cdầu thô có hàm lượng tạpchất cao (cracking nhiệt, tách asphalt bằng dung môi).  Nhược điểm: sảnxu ấtcácsảnph Nmcóchấtlượng thấp, đặcbiệt đốivới các quá trình cracking nhiệttạosảnphNm không ổn định, hiệusuấtsảnphNm lỏng thấp.  Công nghệ thêm hydro (hydrogen addition): gồm các công nghệ hydrocracking, hydrotreating.  Ưu điểm: sảnphẩmcóchấtlượng cao, ổn định, hiệusuấtdầu nâng cấp cao.  Nhược điểm: độ linh hoạt kém, với nguyên liệudầunặng có tỉ trọng cao, hàm lượng tạpchất nhiều thì dễ gây ngộđộcxúctác.  Để thu đượchi ệusuấ tdầunân gc ấp cao, ch ấtlượng dầunângcấptốt, thường phả ikế thợpcả 2 quá trình trên (nâng cấptoànphần). Mô hình hệ thống nâng cấpdầunặng Một số dự án nâng cấp dầu nặng ở Venezula Dự án Cerro Negro Một số dự án nâng cấp dầu nặng ở Venezula Dự án Sincor Một số dự án nâng cấp dầu nặng ở Venezula Dự án Petrolera Ameriven/Hamaca Một số dự án nâng cấp dầu nặng ở Venezula Dự án Petrozueta Một số dự án nâng cấp dầu nặng ở Canada Dự án Husky Oil Lloydminster Một số dự án nâng cấp dầu nặng ở Canada Dự án Heartland Một số dự án nâng cấp dầu nặng ở Canada Dự án Heartland Thống kê số lượng các công nghệ xử lí cặn đang đượcsử dụng trên thế gi ớin ăm 2003 Công nghệ Bắcvà Châu Âu và Các nước Tổng số Tỉ lệ % Nam Mỹ Nhậ tBản khác Hydroprocessing Fixed bed 12 21 27 60 9 Ebullated 7 4 1 12 2 Slurry 1 0 0 1 0  Công nghệ 20 25 28 73 12 thêm hydro Solvent 15 3 6 24 4 Deasphalting Thermal 131 155 147 433 69 Processing RFCC 19 26 57 102 16 Tổng 185 209 238 632 100 CÔNG NGHỆ KHỬ ASPHALT BẰNG DUNG MÔI ThiThiếếtt bbịị ThiThiếếtt bbịị phânphân ttááchch NguyênNguyên liliệệuu chichiếếtt HHơơii nnưướớcc HHơơii nnưướớcc PitchPitch DAODAO Propane n-butane n-pentane n-heptane Pressure, MPa 3.21 1.41 0.72 0.45 DAO yield, wt % 11.6 47.1 66 80.5 DAO properties Density, g/cc 0.956 1.001 1.022 1.038 Gravity, API 16.5 9.9 7.0 4.8 Oils, wt % 89.3 73.1 59.6 51.2 Resine, wt % 10.7 26.8 40.3 43.3 Asphaltenes, wt % 0 0.1 0.1 5.5 Sulphur, wt % 3.66 5.52 6.3 6.53 N itrogen, ppm 1537 3392 4784 5771 CCR, wt % 2.9 6.37 14.33 19.38 N i+V, ppm 55 140 270