Thử nghiệm giải pháp kỹ thuật nhiệt phân để xử lý thu hồi dầu từ cặn dầu của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất

LĨNH VỰC TÀI NGUYÊN, MÔI TRƯỜNGLĨNH VỰC TÀI NGUYÊN, MÔI TRƯỜNG 243 KỶ YẾU NHIỆM VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAI ĐOẠN 2016 - 2020 THỬ NGHIỆM GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NHIỆT PHÂN ĐỂ XỬ LÝ THU HỒI DẦU TỪ CẶN DẦU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Chủ nhiệm dự án: TS. Nguyễn Mạnh Huấn Cơ quan chủ trì: Công ty cổ phần Cơ - Điện - Môi trường Lilama Năm nghiệm thu: 2017 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Hàng năm, công ty Lilama EME tiến hành xử lý chất thải bùn cặn nhiễm dầu từ quá trình bảo dưỡng, vệ sinh của Nhà máy lọc dầu (NMLD) Dung Quất bằng phương pháp thiêu đốt trong lò đốt CTNH, tuy nhiên do khối lượng phát sinh hàng năm lớn (khoảng 600 tấn) và tập trung vào một thời điểm, cũng như đặc tính hóa lý phức tạp nên việc xử lý bằng phương pháp thiêu đốt còn chậm hơn so với yêu cầu, dẫn tới sự tồn đọng của chất thải. Bên cạnh đó, nhận thấy phương án xử lý thiêu đốt còn gây tốn kém chi phí và lãng phí tài nguyên do không tận thu được lượng dầu có trong cặn bùn. Do đó, công ty Lilama EME tiến hành thực hiện dự án “Thử nghiệm giải pháp kỹ thuật nhiệt phân để xử lý thu hồi dầu từ cặn dầu của Nhà máy lọc dầu Dung Quất”. II. MỤC TIÊU Hoàn thiện công nghệ xử lý chất thải từ cặn dầu của NMLD Dung Quất; thu hổi được sản phẩm dầu làm nhiên liệu đốt có chất lượng tương đương dầu FO và xử lý có hiệu quả về kinh tế, môi trường từ chất thải cặn dầu. III. KẾT QUẢ THỰC HIỆN 1. Xác định điều kiện công nghệ: Công nghệ nhiệt phân được hoàn thiện với các thông số phù hợp như sau: Bảng 1: Các thông số hoàn thiện điều kiện công nghệ STT Nội dung Thông số thử nghiệm 1 Nhiệt độ nhiệt phân 8000C 2 Chế độ nhiệt của lò quay 50C/phút 3 Tỷ lệ nạp liệu cặn dầu/thể tích lò 0,4 4 Tốc độ quay của lò 0,4 vòng/phút 5 Vật liệu bổ sung làm sạch lò Dây thép, 10% khối lượng 2. Nâng cấp chất lượng sản phẩm dầu thu hồi sau nhiệt phân Dầu nhiệt phân đã thu hồi từ các thử nghiệm hoàn thiện công nghệ, thành phần dầu nhiệt phân thu hồi được có chất lượng trong bảng 2: Bảng 2: Chất lượng dầu thu hồi khi nhiệt phân với tỷ lệ cho vật liệu làm sạch khác nhau. Nhiệt độ nhiệt phân tại 8000C, tốc độ gia nhiệt 100C/phút. Dây thép thêm vào 10% khối lượng. LĨNH VỰC TÀI NGUYÊN, MÔI TRƯỜNGLĨNH VỰC TÀI NGUYÊN, MÔI TRƯỜNG244 KỶ YẾU NHIỆM VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAI ĐOẠN 2016 - 2020 STT Thông số Phương pháp thử ĐVT Giá trị TCVN 6239- 2002 (FO- No2B) 1 Hàm lượng lưu huỳnh ASTM D 5453 mg/Kg 1270 < 3000 2 Hàm lượng nước ASTM D4928 g/kg 0,11 < 1,0 3 Tỉ trọng (~ 15oC) ASTM D1298 Kg/lít 0,86 0,90 – 0.95 4 Độ nhớt động học @50oC ASTM D445 cSt 4,1 <180 5 Nhiệt trị ASTM D240 kcal/kg 10340 9800-10500 6 Hàm lượng cặn cacbon Conradson ASTM D189 % 0,42 < 6,0 7 Điểm đông đặc ASTM D97 0C + 25 < +24 8 Chớp cháy cốc kín ASTM D93 0C 66 Kết quả bảng trên cho thấy dầu sau nhiệt phân hầu như đã đạt các chỉ tiêu chính của dầu FO-No2B, tuy nhiên tỷ trọng, điểm đông đặc và điểm chớp cháy cốc kín cần xử lý để dầu đạt hết các chỉ tiêu của dầu FO-No2B theo yêu cầu. Nguyên nhân là do đã thu được một phần lớn phân đoạn nhẹ là dầu diesel oil nên các chỉ tiêu như tỷ trọng, điểm đông đặc và chớp cháy cốc kín vượt so với tiêu chuẩn của dầu FO-2B. Để nâng cấp dầu sau nhiệt phân, sử dụng các phương pháp như chưng cất để các chỉ tiêu đạt TCVN 6239-2002, thu hồi dầu DO có giá trị cao và phần còn lại là dầu FO. Dầu sau nhiệt phân được gia nhiệt đến 3500C để bay hơi hết phần nhẹ, phần nặng sau chưng cất còn lại thu hồi và tiến hành phân tích các chỉ tiêu của dầu theo TCVN 6239-2002. Qua thử nghiệm, để ứng dụng vào công nghệ nhóm nghiên cứu đã sử dụng ngưng tụ nhiều cấp (3 cấp) do đó thu hồi được lượng DO, FO. Sau khi điều chỉnh, công nghệ nhiệt phân lò quay thu hồi được cả hai sản phẩm là dầu diesel và dầu FO 3. Xử lý bổ sung chất phát thải của dự án Nhóm thực hiện dự án nghiên cứu hoàn thiện quy trình xử lý nước thải, khí thải của dự án, đạt mục đích kết nối được với hệ thống xử lý nước thải và khí thải sẵn có của nhà máy đảm bảo xả thải ra môi trường đạt các tiêu chuẩn. 4. Hệ thống công nghệ xử lý cặn dầu bằng nhiệt phân theo phương pháp lò quay Nhóm tác giả hiệu chỉnh và đề nghị xử lý cặn dầu bằng phương pháp nhiệt phân lò quay theo sơ đồ công nghệ của hệ thống xử lý cặn dầu bằng nhiệt phân theo phương pháp lò quay được thể hiện qua sơ đồ (Hình 1). 5. Quy trình vận hành công nghệ Quy trình công nghệ xử lý cặn dầu NMLD Dung Quất bằng nhiệt phân theo phương pháp lò quay được thực hiện theo các bước sau Bước 1: Nạp liệu và phối xúc tác Cặn dầu được đưa vào phễu chứa của máy nạp liệu. Máy nạp liệu dùng vít tải kín đưa cặn dầu vào trong lò quay đã chứa sẵn dây thép. Bước 2: Nhiệt phân Khởi động đầu đốt dầu gia nhiệt cho lò quay nhiệt phân. Tuỳ thuộc vào tính chất của cặn LĨNH VỰC TÀI NGUYÊN, MÔI TRƯỜNGLĨNH VỰC TÀI NGUYÊN, MÔI TRƯỜNG 245 KỶ YẾU NHIỆM VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAI ĐOẠN 2016 - 2020 dầu để điều chỉnh những thông số nhiệt phân cho phù hợp: • Tốc độ quay của lò • Tốc độ gia nhiệt • Thời gian lưu nhiệt Khi kết thúc quá trình nhiệt phân tiếp tục duy trì nhiệt độ thích hợp để đảm bảo tro khô và không bị dính bám vào thành lò quay. Bước 3: Tách dầu nặng Bộ tách dầu nặng được kết nối sau lò quay nhiệt phân bằng đường ống chống co giãn nhằm đảm bảo an toàn. Qua tháp tách dầu nặng, phần dầu nặng sẽ bị tách ra, hỗn hợp khí còn lại sẽ thoát ra ngoài phía trên. Dầu nặng được tuần hoàn để đốt gia nhiệt cho lò quay. Bước 4: Tách nước Tại bộ ngưng tụ cấp 1, hơi nước được ngưng tụ triệt để, khi nhiệt độ của Bộ tách dầu nặng đạt đến nhiệt độ nhất định nước thải được lưu vào bồn nước thải và sẽ được bơm vào hệ thống xử nước thải để xử lý. Bước 5: Tách dầu Sau quá trình tách nước, hỗn hợp khí sẽ được ngưng tụ tại 3 bộ ngưng tụ , tuỳ theo loại cặn dầu để cài đặt nhiệt độ ngưng tụ của từng bộ ngưng tụ. Dầu sẽ được ngưng tụ thành 3 phân đoạn, từng phân đoạn dầu sẽ được chứa trong các bồn riêng biệt. Bước 6: Nén gas Sau quá trình tách dầu chỉ còn lại hỗn hợp khí không ngưng. Hỗn hợp khí không ngưng Hình 1. Sơ đồ công nghệ của hệ thống. LĨNH VỰC TÀI NGUYÊN, MÔI TRƯỜNGLĨNH VỰC TÀI NGUYÊN, MÔI TRƯỜNG246 KỶ YẾU NHIỆM VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAI ĐOẠN 2016 - 2020 được máy nén gas tăng áp suất, đảm bảo đủ áp suất tối thiểu đáp ứng yêu cầu của đầu đốt gas. Bước 7: Làm nguội gas Sau quá trình nén, hỗn hợp khí không ngưng sẽ được giải nhiệt để đảm bảo yêu cầu nhiệt độ khí gas đầu vào của đầu đốt khí gas đảm bảo an toàn vận hành. Bước 8: Xử lý khí Khí thải của lò đốt gia nhiệt được quạt hút thổi qua tháp hấp thụ, tại đây dung dịch NaOH được phun sương đối lưu với dòng khí thải cưỡng bức, các thành phẩn khí thải sẽ được hấp thụ, khí sạch đạt QCVN 19:2009 B.TN&MT sẽ được đưa ra ngoài môi trường bằng ống khói. Bước 9: Tách tro bột Sau quá trình nhiệt phân, tro bột được tháo ra ngoài bằng vít tải kín, được chứa trong silo. Khi tro bột nguội được đóng bao bằng vít tải kín. Quá trình tháo tro và đóng bao được hệ thống hút bụi đảm bảo tránh phát tán bụi ra môi trường vận hành. Bước 10: Xử lý nước thải Nước thải trong bồn được lắng sơ bộ, được thu hồi phần dầu theo phương pháp trọng lực, phần nước nhiễm dầu còn lại được đưa vào hệ thống xử lý nước thải chung của nhà máy 6. Hiệu chỉnh các thông số công nghệ Từ kết quả phần xác định thông số công nghệ, nhóm nghiên cứu giữ nguyên các thông số khi thực hiện trên hệ thống hoàn chỉnh, kết quả nghiên cứu được ghi nhận ở bảng 3 bên dưới Bảng 3. Thông số hiệu chỉnh. STT Nội dung Thông số thử nghiệm Thông số hiệu chỉnh 1 Thông số hiệu chỉnh 8000C 750 - 8800C 2 Chế độ nhiệt của lò quay 100C/phút 130C/phút 3 Tỷ lệ nạp liệu cặn dầu/thể tích lò 0,4 0,3 4 Tốc độ quay của lò 0,4 vòng/phút 0,35 5 Vật liệu bổ sung làm sạch lò Dây thép, 10% khối lượng Dây thép, 13% khối lượng Thu được kết quả dầu ổn định với cơ cấu sản phẩm theo bảng 4 như sau: Bảng 4. Cơ cấu sản phẩm của công nghệ. Đầu vào Quy trình Đầu ra Hiệu Suất Loại Ứng dụng Cặn dầu Nhiệt phân trong hệ lò quay Dầu nhẹ 20% Sản phẩm Nhiên liệu đốt; Nhiên liệu động cơ Dầu nặng 11% Phụ phẩm Nhiên liệu đốt, tuần hoàn cho hệ thống Nước thải 22% Chất thải Đưa vào hệ thống xử lý nước Khí gas 7% Phụ phẩm Nhiên liệu đốt tuần hoàn cho hệ thống Tro bột 41% Phụ phẩm Phụ gia ngành xây dựng LĨNH VỰC TÀI NGUYÊN, MÔI TRƯỜNGLĨNH VỰC TÀI NGUYÊN, MÔI TRƯỜNG 247 KỶ YẾU NHIỆM VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAI ĐOẠN 2016 - 2020 Trong đó tro đạt hàm lượng tổng dầu < 1000 ppm. 7. Hiệu quả kinh tế, môi trường – xã hội của dự án 7.1. Hiệu quả kinh tế Dự toán đầu tư, thông số về tài chính thuộc dự án dây chuyền xử lý dầu cặn công suất 600 tấn/năm tương ứng công suất 2 tấn/ngày: Dầu thành phẩm thu được 90 tấn, giá bán dự kiến 13.000.000 đồng/tấn, thu được 1,8 tỷ đồng đồng Cặn dầu 600 tấn, giá bán dự kiến 2.500.000 đồng/tấn, thu về 1,5 tỷ đồng Hiệu quả kinh tế của dự án phụ thuộc nhiều vào khối lượng cặn dầu có thể thu gom xử lý. Vì vậy, công ty sẽ tăng cường công tác thu gom cặn dầu, dầu thải cũng như mở rộng sản xuất thêm đối với các nguyên liệu khác như lốp cao su, nilon để tăng hiệu quả kinh tế của dự án. 7.2. Hiệu quả môi trường – xã hội Dự án tận dụng nguồn nguyên liệu là chất thải của NMLD Dung Quất để tái chế thu hồi sản phẩm dầu đốt, do vậy đây là dự án có ý nghĩa cao về mặt môi trường, xã hội. Việc nghiên cứu và áp dụng thành công dự án đã góp phần xây dựng được một phương án tái chế chất thải thu hồi nhiên liệu, giúp tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, giảm tiêu thụ năng lượng bên ngoài. Việc sử dụng phương án nhiệt phân thay thế cho phương án đốt cũng góp phần làm giảm phát thải thứ cấp ra ngoài môi trường. Mở ra một hướng mới trong việc xử lý tái chế các chất thải có tính chất tương tự như cao su thải, nilon, Dự án góp phần an sinh xã hội, tạo công việc làm cho lao động địa phương với khoảng 10 nhân công lao động trực tiếp và còn có thể mở rộng trong tương lai. Đồng thời, giúp đào tạo cán bộ công nghệ, kỹ thuật, nâng cao năng lực về khoa học công nghệ của của công ty, tăng khả năng cạnh tranh. IV. KẾT LUẬN Dự án sản xuất thử nghiệm “Thử nghiệm giải pháp kỹ thuật nhiệt phân để xử lý thu hồi dầu từ cặn dầu thải của Nhà máy lọc dầu Dung Quất” đã có các kết quả khoa học và sản phẩm như sau: Quy trình công nghệ, dây chuyền nhiệt phân cặn dầu thải của NMLD sản xuất công nghiệp, công suất 10 tấn/ngày; Sản phẩm dầu thu hồi từ cặn dầu từ công nghệ nhiệt phân bằng lò quay có chất lượng tương đương dầu nhiên liệu đốt lò 2B (FO2B); Quy trình công nghệ xử lý các chất thải phát sinh khác từ quá trình nhiệt phân cặn dầu với chất lượng: - Hàm lượng tổng dầu trong cặn sau khi nhiệt phân: < 1000 ppm (dưới ngưỡng CTNH quy định tại QCVN 07:2013/BTNMT); - Quy trình công nghệ xử lý các chất thải phát sinh khác từ quá trình nhiệt phân cặn dầu thải của NMLD Dung Quất để đảm bảo chất lượng khí ra khỏi môi trường đạt QCVN 19:2008/ BTNMT quy định kỹ thuật về khí thải công nghiệp