Bài toán của ngành dầu
Với chiều dài của hệ
thống đường ống dẫn dầu lên đến hàng trăm km, “làm sao để việc vận chuyển dầu
được thông suốt?” là một bài toàn “kinh điển” của ngành dầu khí Việt Nam. Lý do
là bởi, đa phần dầu tại các mỏ trong nước, đặc biệt là mỏ Bạch Hổ, có điểm đặc
thù là hàm lượng parafin cao, đồng nghĩa với việc nhiệt độ đông đặc của chúng
cũng cao không kém. “Đây là một vấn đề rất lớn bởi khi nhiệt độ hạ xuống,
parafin sẽ dần tạo thành mạng lưới liên kết gây hiện tượng vón cục và tắc nghẽn
đường ống, khiến cho việc bảo quản, vận chuyển hay bơm hút các sản phẩm này gặp
rất nhiều khó khăn”, TS. Nguyễn Mạnh Huấn cho biết.
Mỏ dầu Bạch Hổ- Ảnh: Tập đoàn dầu khí VIệt Nam
Vấn đề này càng nghiêm trọng
hơn với các loại dầu đốt FO có chứa hàm lượng parafin cao. “Theo TCVN 6239,
nhiệt độ đông đặc tối đa của loại dầu FO No2B là 24°C, tuy nhiên hiện nay
mức nhiệt này chỉ phù hợp với các tỉnh miền Nam - vốn có mức nhiệt nền khoảng
25°C, còn ngoài miền Bắc nhiều khi nhiệt độ xuống 15°C thì dầu theo tiêu chuẩn
này vẫn bị đông cứng lại ngay”, TS. Huấn giải thích, “muốn dùng được dầu thì
phải gia nhiệt - một phương án tốn nhiều chi phí, hoặc phải thêm các chế phẩm
giảm điểm đông đặc (PPD) vào khối dầu”.
Thực tế, trên thị trường
Việt Nam hiện nay cũng đã có không ít chế phẩm giảm điểm đông đặc. Nhưng có lẽ
nhiều người sẽ bất ngờ khi biết rằng, gần như tất cả các chế phẩm đều phải nhập
ngoại. “Cái khó ở đây là với mỗi hệ nguyên liệu khác nhau, mình lại phải điều
chỉnh tỉ lệ polyme (thành phần của chế phẩm), mà thị trường trong nước lại chưa
đủ lớn để lập ra một đội chuyên làm công đoạn như vậy”, TS. Huấn giải thích. Và
như bao câu chuyện lệ thuộc “hàng ngoại” khác, “mình bị phụ thuộc nhiều vào
nguồn cung và giá thành bên ngoài. Trong những đợt như COVID-19 khiến việc vận
chuyển bị tắc nghẽn như thế này thì mệt mỏi lắm”, TS. Huấn cho biết.
Thách thức này đã khiến
cho anh và các đồng nghiệp theo đuổi việc giải mã các hệ phụ gia chống đông đặc
trên thị trường trong nhiều năm qua. Song, việc phối trộn đơn thuần theo các
công thức giải mã được không khiến những người làm nghiên cứu thỏa mãn. Nhóm
của TS. Huấn nhận thấy, các chế phẩm đã có hiện nay thường là chế phẩm “vinyl”
bởi chúng có giá thành rẻ và dễ chế tạo, tuy nhiên lại chưa hiệu quả trong việc
giảm kết tụ cục bộ, cũng như vẫn có các đặc tính chỉ phù hợp cho một số loại
dầu cụ thể.
Đó là lúc họ nghĩ đến
việc kết hợp các vật liệu có kích thước cỡ nano vào các vật liệu polymer. “Với
sự phát triển của công nghệ nano, các chế phẩm chứa các hạt vật liệu có kích cỡ
nano đã giải quyết được rất nhiều vấn đề kỹ thuật trước đó, chẳng hạn như cải
thiện đáng kể khả năng chịu nhiệt, tính năng cơ lý, các tính chất về dẫn/kháng
điện nhờ các hiệu ứng kích cỡ, bề mặt và đường hầm lượng tử (hiệu ứng chỉ sự
chuyển dịch của hệ vật chất từ trạng thái này sang trạng thái khác mà thông
thường bị các quy luật vật lý cổ điển ngăn chặn) xuất hiện tại bề mặt của các
hạt nano, từ đó làm thay đổi kết cấu của các mạng tinh thể trong vật liệu”, TS.
Huấn cho biết.
Nâng cao độ linh hoạt
Nhờ tiền đề là các kết
quả nghiên cứu về vật liệu nanosilica, nhóm của TS. Huấn nảy ra ý tưởng sử dụng
hạt nano này kết hợp với hệ nhựa vinyl để thử nghiệm thành các hệ chế phẩm
nano, với kỳ vọng “đặc tính nano của hạt silica sẽ giúp nhựa tương tác với
paraffin trong hệ dầu được đồng đều hơn”.
Điểm khó đầu tiên mà TS.
Huấn và nhóm gặp phải là việc lựa chọn kích cỡ hạt nanosilica và nồng độ phù
hợp với mục đích giảm điểm đông đặc. “Kích thước hạt sẽ liên quan đến khả năng
phân tán đồng đều trong dung dịch ở sản phẩm cuối”, TS. Huấn giải thích, “kích
thước lớn quá thì sẽ dễ bị lắng xuống theo trọng lực, nhưng nếu nhỏ quá thì lại
khó đáp ứng được nhu cầu thực tế vì chưa có sản phẩm bán đại trà trên thị
trường để dùng ngay - dù về mặt lý thuyết hạt nano có kích thước càng nhỏ thì
càng tốt”. Để cân bằng được hai yếu tố này, nhóm đã chon một hệ nhựa vinyl phù
hợp chung với hệ dầu có khoảng parafin rộng, sau đó là thử nghiệm với các loại
kích thước hạt nanosilica khác nhau. Đây cũng là cách để nhóm đi đến việc giải
quyết vấn đề thách thức thứ hai là sự phân tán đều và ổn định của hạt nano
trong hệ nhựa, sự tương thích của hạt nano, và sau cùng là nồng độ của từng
thành phần trong chế phẩm để có hiệu quả kinh tế.
Sau thời gian dài thử
nghiệm, nhóm của TS. Huấn đã tạo ra được chế phẩm gồm các thành phần dung môi
thơm, copolyme gốc vinyl, và vật liệu nanosilica. Trong đó, “các hạt nanosilica
có kích cỡ nằm trong khoảng từ 20 đến 70nm, có thể mua trực tiếp sản phẩm có
sẵn mà không cần biến tính thêm”, TS. Huấn cho biết. Để tạo ra chế phẩm,
copolyme gốc vinyl sẽ được hòa tan vào dung môi thơm, sau đó bổ sung hạt
nanosilica và khuấy với tốc độ từ 100-500 vòng/phút trong mức nhiệt và thời
gian phù hợp.
Khi thử nghiệm với sản
phẩm dầu FO No2B, kết quả cho thấy chế phẩm đã giúp dầu hạ điểm đông đặc từ
24°C xuống còn 15°C. Kết quả này cũng thấp hơn 6°C so với một số chế phẩm
thương mại không có thành phần nanosilica ở cùng nồng độ 1000 ppm. “Nhìn chung,
chế phẩm giúp giảm điểm đông đặc cho các sản phẩm gốc dầu như DO, FO, dầu thô
tối thiểu là 3°C tùy vào lượng mà mình sử dụng”, TS. Huấn nói.
Không chỉ làm chủ được
công nghệ, chế phẩm của nhóm anh còn hứa hẹn có độ linh hoạt và đa năng hơn so
với các chế phẩm không sử dụng hạt nano. “Do đặc tính hóa học của mỗi loại phụ
gia, các chế phẩm không gắn hạt nano thường chỉ dùng được cho 1-2 loại dầu,
nhưng sản phẩm của chúng tôi có thể sử dụng được cho nhiều loại hơn thế”, TS.
Huấn cho biết và giải thích, “bản chất của chế phẩm chính là quá trình hòa tan,
phân tán nhựa vào trong hệ dầu, do đó khi đưa vào chế phẩm hạt nhựa ở dạng liên
kết với vật liệu nano thì nó sẽ giúp trợ tan hệ nhựa vào dầu, làm sự tiếp xúc
nhựa - dầu tốt hơn, tương thích với nhiều hệ dầu hơn, dẫn đến tăng hiệu quả của
sản phẩm”.
Nhờ thu được những hiểu
biết sâu sắc hơn về quá trình đông đặc, kết tinh parafin cũng như việc ứng dụng
nano, nhóm nghiên cứu dự định sẽ thử nghiệm chế phẩm trên nhiều loại dầu hơn,
cũng như phát triển thêm các ứng dụng của các hạt nano khác như nanocarbon,
nano titan dioxit (TiO2), nano cerium oxit (CeO2) để có thể tạo các chế phẩm đa
năng vừa có khả năng giảm điểm đông đặc, vừa có khả năng nâng cao hiệu quả cháy
cho dầu đốt. Mặc dù để thương mại hóa các sản phẩm này lại là một “câu chuyện
khác, từ đầu tư cơ sở vật chất, chi phí đến nhu cầu thị trường”, tuy nhiên, TS.
Huấn cho biết khi thị trường đã sẵn sàng, họ chắc chắn có thể đưa ra những giải
pháp phù hợp tùy theo bên có nhu cầu. Và do nồng độ của hạt nanosilica trong
chế phẩm rất thấp, “chi phí sẽ không thay đổi nhiều so với chế phẩm truyền
thống”, TS. Huấn cho biết.
Quy trình sản xuất chế phẩm làm
giảm điểm đông đặc cho các sản phẩm gốc dầu chứa hạt silic oxit kích cỡ nano
của Viện Dầu Khí Việt Nam (tác giả sáng chế: Nguyễn Mạnh Huấn;
Huỳnh Minh Thuận; Lê Dương Hải; Nguyễn Huỳnh Hưng Mỹ; Nguyễn Ánh Thu Hằng; Võ
Thị Thương; Đặng Ngọc Lương) đã được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ KH&CN)
cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 2-0002876 công bố ngày 25/4/2022.
|
Theo: Cục Sở hữu trí tuệ