Dầu thu hồi sau vụ tràn dầu là loại chất thải nguy hại. Tuy nhiên, để giảm thiểu tổn thất về môi trường và tài nguyên có nhiều phương pháp công nghệ - kỹ thuật đã được áp dụng. Bài viết nêu tổng quan về phương pháp điện trường trong công nghệ hóa dầu là phương pháp có thể áp dụng để tái chế, tái sử dụng hiệu quả dầu thu hồi sau các vụ tràn dầu ven bờ biển.
Dầu thu hồi sau vụ tràn dầu ven bờ biển thường có các tính chất vật lý, hóa học, … đã bị biến đổi so với trạng thái ban đầu của nó do quá trình tồn tại ngoài môi trường thường xuyên chịu tác động của môi trường nước, không khí, chịu tác động của các yếu tố khí tượng, thủy văn như sóng, dòng chảy, gió, nhiệt độ, …. Kết quả tổng hợp của các quá trình này là dầu trên biển thu hồi thường đã bị biến đổi theo hướng bị phong hóa, thành phần dầu lẫn nhiều tạp chất (nước, đất cát, mảnh rác, …), giảm các thành phần nhẹ, … các tính chất lý, hóa bị thay đổi mạnh so với ban đầu. Đặc biệt, trong quá trình trôi nổi trên nước dưới tác động liên tục của sóng, dòng chảy, .. cùng với nước một phần dầu kết hợp với nước tạo thành các hạt keo lỏng (dầu – nước hoặc nước – dầu phụ thuộc vào từng lọai dầu và môi trường tương tác). Sự tạo thành hệ thống keo trong dầu thu hồi làm phức tạp thêm cho quá trình tái chế để tái sử dụng dầu thu hồi.
Phương pháp này cho phép phá hủy hệ thống nhũ tương tạo bởi dầu và nước, tách tạp chất cơ học hạt nhỏ và loại bỏ muối trong dầu. Đây là một phương pháp hiện đại, hệ thống có công suất lớn, có thể phát triển ở quy mô công nghiệp, khả năng tự động hóa cao và do đó rất có hiệu quả về mặt kinh tế, kỹ thuật trong một hệ thống lọc hóa dầu cũng như làm sạch dầu thu hồi từ vụ tràn dầu.
Nguyên lý của phương pháp này là: các hạt tạp chất trong dầu như hạt keo, muối, tạp chất cơ học bản thân chúng đã là các hạt mang điện ở một mức độ nhất định, nên rất dễ nhiễm điện và thay đổi điện tích. Do vậy, nếu tạo ra một điện trường mạnh lên hệ thống sẽ làm thay đổi điện tích của các hạt, tạo điều kiện cho chúng đông tụ hay phát triển thành các tập hợp gồm nhiều hạt có kích thước lớn và dễ dàng tách ra khỏi dầu. Đối với các hạt keo (nhũ tương) dưới tác dụng của điện trường mạnh, cấu trúc nhân mixen của hạt keo bị thay đổi và thường dẫn đến sự phá hủy cấu trúc chung của các hạt nhũ tương. Khi đó nước và dầu sẽ tách khỏi nhau, tạo điều kiện để các phân tử nước tụ hợp và tách ra khỏi pha dầu.
Nguyên tắc này chủ yếu được áp dụng để tách muối và nước ra khỏi dầu thô trong công nghệ lọc hóa dầu. Dầu thô trước khi tách muối và nước được đưa vào hệ thống gia nhiệt rồi trộn thêm một lượng nước sạch để tạo ra nhũ tương chứa muối.
Dưới tác dụng của điện trường ngoài đủ mạnh, các hạt keo, muối, nước hút nhau tạo thành các tập hợp hạt lớn hơn và tách dần ra khỏi dầu, lắng xuống đáy hệ thống (theo nguyên lý trọng lực) bên dưới lớp dầu. Trong thực tế, tùy đặc điểm nguyên liệu cho lọc hóa dầu thô người ta thường pha thêm từ (3 ÷ 8)% nước vào dầu thô (so với tổng lượng dầu thô), có thể kết hợp với việc bổ sung thêm hóa chất hỗ trợ tạo nhũ tương nước - muối nhằm thúc đẩy quá trình tách pha xảy ra thuận lợi hơn.
Sơ đồ nguyên lý khử tạp chất, nước, muối trong nước - dầu bằng điện trường.
Sau khi gia nhiệt khối hỗn hợp lên đến nhiệt độ 1300C ÷ 1500C, muối trong dầu chuyển hoàn toàn vào nhũ tương nước - muối. Đưa hỗn hợp dầu - nhũ tương đi từ từ vào khu vực giữa 2 điện cực (xem sơ đồ nguyên lý hệ thống) có điện áp mạnh từ 26 kV trở lên, các hạt nhũ tương sẽ tích điện và va chạm vào nhau làm kích thước các hạt tăng dần, cuối cùng tách thành lớp nước - muối, tạp chất nằm dưới lớp dầu.
Để giảm tổn thất hydrocacbon phần nhẹ do sự bay hơi nhiệt, áp suất trong thiết bị tách nước và tạp chất thường được duy trì ở khoảng (9 ÷ 12) kg/cm2. Thiết bị dạng này có bố trí bộ phận an toàn khi quá áp lực danh định. Khi tách bậc 1 đối với muối, có thể loại được (90 ÷ 95)% muối, tạp chất có trong dầu, còn muốn tách triệt để hàm lượng muối, tạp chất tới 99% thì cần thực hiện tách bậc 2.
Đối với dầu tràn thu hồi trên biển, cách tách nước, tạp chất và muối cũng thực hiện tương tự như đối với dầu thô. Tuy nhiên, lượng nước thêm vào để tạo nhũ muối - nước phải tùy thuộc vào hàm lượng nước đã có trong dầu thu hồi. Phần dầu thu được sau quá trình tái chế dầu thu hồi sau vụ tràn dầu để loại bỏ tạp chất được làm nguyên liệu cho sản phẩm hóa dầu như từ nguyên liệu dầu thô.
Phương pháp điện trường trong chế biến dầu mỏ áp dụng tái chế dầu thu hồi sau vụ tràn dầu là loại thiết bị chuyên dụng và rất hiệu quả trong công nghệ hóa dầu. Tuy nhiên, chúng thường có kích thước lớn, hoạt động tiêu tốn nhiều năng lượng (điện). Do đó, để sử dụng thiết bị này trong tái chế dầu thu hồi từ vụ tràn dầu cũng đòi hỏi một số điều kiện sau:
- Thiết bị chỉ đáp ứng được loại dầu thu hồi phong hóa nhẹ, hệ thống keo không quá phức tạp.
- Phải thực hiện thí nghiệm đánh giá thành phần và chất lượng nguyên liệu trước khi quyết định tái chế dầu thu hồi bằng thiết bị này.
- Khối lượng dầu thu hồi được phải đủ lớn để đáp ứng mẻ sản xuất và hiệu quả kinh tế của việc vận hành thiết bị.
