Kỹ sư Võ Tấn Phương, đồng tác giả của giải pháp cho biết: Giải pháp góp phần mang lại sự chủ động trong việc kiểm soát hàm lượng Asen trong các dòng mẫu từ nguyên liệu dầu thô, đến các sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối propylene. Qua đó, góp phần đảm bảo chất lượng sản phẩm propylene cung cấp cho Phân xưởng Polypropylene để sản xuất ra sản phẩm hạt nhựa Polypropylene đảm bảo chất lượng, được khách hàng tin dùng.

Kiểm soát hàm lượng Asen làm lợi trên 1 tỷ đồng/năm

Tại Nhà máy Lọc dầu (NMLD) Dung Quất, trên cơ sở thiết kế và bàn giao từ Nhà thầu Technip, việc phân tích và kiểm soát hàm lượng Asen (As) đang thực hiện tại 3 dòng mẫu là: Dầu thô, sản phẩm trung gian Naptha và sản phẩm LPG/Propylen để kiểm soát các thông số vận hành và xác định chất lượng sản phẩm là việc làm cần thiết. Tuy nhiên một số phương pháp phân tích hiện nay vẫn chưa kiểm soát được hàm lượng As, đặc biệt ở nồng độ thấp.

Trong đó, hàm lượng Asen trong dầu thô đầu vào và dầu cặn (residue - nguyên liệu cho Phân xưởng RFCC) nhiều năm qua vẫn chưa có kế hoạch kiểm soát. Đối với dòng sản phẩm LPG/Propylene, Công ty đã có kế hoạch kiểm soát hàm lượng Arsine (AsH3) theo phương pháp ASTM D4599 (sử dụng dragger tube, so màu), với giới hạn phát hiện từ 0.05 ppm (tương đương 50 ppb).

Tuy nhiên, theo quy định kỹ thuật, hàm lượng Arsine tối đa cho phép trong sản phẩm Propylene là 0.03 ppm (tương đương 30 ppb). Như vậy, phương pháp ASTM D4599 không phù hợp với việc phân tích Arsine ở hàm lượng thấp. Đối với dòng sản phẩm trung gian Naptha, Công ty sử dụng phương pháp UOP 946 để phân tích hàm lượng As và đã đáp ứng quy định kỹ thuật của công nghệ.

Sau khi nhận biết được các vấn đề đang tồn tại, nhóm nghiên cứu đề xuất giải pháp “Phân tích hàm lượng Asen trong các dòng mẫu tại nhà máy lọc dầu nhằm chủ động phòng ngừa, kiểm soát ảnh hưởng của asen tại phân xưởng công nghệ”. Kỹ sư Võ Tấn Phương cho biết: Mục tiêu của giải pháp này là nghiên cứu, xây dựng phương pháp phân tích hàm lượng Arsine trong sản phẩm LPG/Propylenen có giới hạn định lượng ở ngưỡng 5ppb, nhằm đáp ứng các quy định kỹ thuật về chất lượng sản phẩm. Đồng thời, nghiên cứu quá trình xử lý mẫu dầu thô và dầu cặn, tối ưu hóa thông số vận hành thiết bị phân tích AAS (thiết bị hiện hữu tại phòng thí nghiệm của Công ty) để tăng độ nhạy của thiết bị nhằm phân tích được hàm lượng Asen trong nền mẫu dầu thô theo phương pháp UOP 986.

Trước khi áp dụng giải pháp này, Công ty phải gửi mẫu thuê đơn vị bên ngoài kiểm tra, phân tích hàm lượng Asen, rất bị động và tốn kém chi phí. Việc áp dụng thành công giải pháp này, hằng năm đã tiết giảm được chi phí khoảng 1 tỷ đồng, Kỹ sư Võ Tấn Phương cho biết thêm.

Con người là then chốt, thiết bị là nền tảng

Kỹ sư Trần Thị Khánh Linh, người cùng thực hiện giải pháp này cho biết: Để nghiên cứu thành công giải pháp này, chúng tôi lấy yếu tố con người là then chốt và thiết bị là nền tảng giúp giải pháp đi đến kết quả tốt nhất. Việc phân tích Asen với hàm lượng ppb thường sử dụng 2 thiết bị đó là thiết bị quang phổ hấp thu nguyên tử không ngọn lửa Graphite Furnace - AAS và thiết bị quang phổ phát xạ plasma khối phổ ICP-MS.

Tuy nhiên, Phòng Thí nghiệm BSR hiện nay chỉ có thiết bị quang phổ hấp thu nguyên tử không ngọn lửa Graphite Furnace - AAS. Chúng tôi sử dụng nguyên lý của thiết bị AAS - Graphite Furnace để tiến hành xây dựng các chương trình xử lý mẫu phù hợp, đồng thời tối ưu hóa các thông số kỹ thuật của thiết bị AAS để đáp ứng yêu cầu đề ra của giải pháp. Có hai kiểu mẫu chính cần nghiên cứu là: mẫu khí LPG/Propylene chứa arsine (AsH3) và mẫu dầu thô/dầu cặn (petroleum products) chứa các hợp chất Asen hữu cơ và vô cơ.

Trong mẫu khí LPG/Propylene, Asen tồn tại ở dạng khí là hợp chất Arsine AsH3. Tại phân xưởng công nghệ, tháp A2101 được sử dụng để loại bỏ Arsine trong Propylene dựa trên nguyên lí hấp phụ Arsine bằng chất hấp phụ. Trên cơ sở đó, tại phòng thí nghiệm cũng tìm kiếm chất hấp phụ thích hợp để tách Arsine ra khỏi dòng mẫu Propylene, sau đó giải hấp để đưa Arsine vào pha nước. 

Do phân tử Arsine AsH3 có kích thước phân tử nhỏ hơn các phân tử mạch dài của các hợp chất chiếm hàm lượng lớn trong mẫu như propylen, propane, butane,… nên nhóm nghiên cứu sử dụng chất hấp phụ có kích cỡ lỗ xốp phù hợp để hấp thụ Arsine mà không hấp thụ các hợp chất có hàm lượng lớn trong mẫu. Chất hấp phụ được sử dụng là Activated charcoal 8-12 mesh (tương ứng với kích thước lỗ xốp (opening size) là 1679 - 2380 µm). Arsine sau khi được hấp thụ bằng chất hấp phụ charcoal 8-12 mesh sẽ được giải hấp Arsine dựa trên phản ứng chuyển Arsine về dạng Asen trong hợp chất vô cơ. Asen ở dạng hợp chất vô cơ sẽ được nguyên tử hóa và phát hiện, tính toán hàm lượng trên thiết bị Graphite - AAS.

Asen trong mẫu dầu thô và cặn chưng cất có thể tồn tại cả ở dạng hợp chất hữu cơ và hợp chất vô cơ. Về cơ bản, phân tích các nguyên tố trong các mẫu dầu thô/dầu cặn thông thường phải áp dụng kỹ thuật phá mẫu để đưa toàn bộ nguyên tố ở dạng hợp chất hữu cơ, vô cơ về dạng ion trong dung dịch mới có thể phát hiện trên các thiết bị phân tích phù hợp. Có hai kỹ thuật cơ bản để phá mẫu đối với dầu thô/dầu cặn để phân tích nguyên tố kim loại như tro hóa sau đó axit hóa hoặc phá mẫu bằng lò vi sóng với hợp chất ô xy hóa mạnh. Đối với trường hợp của nguyên tố Asen, nhiệt độ hóa hơi 613°C là khá thấp, nên quá trình tro hóa sẽ dễ dẫn đến hiện tượng mất mát, dẫn đến sai số lớn trong phân tích.

Phương pháp phá mẫu sử dụng lò vi sóng với hợp chất oxy hóa mạnh như H2O2 ở nhiệt độ hơn 200°C sẽ phù hợp với nguyên tố Asen và tránh hiện tượng mất mát trong quá trình phá mẫu.

Ngoài việc nghiên cứu thành công phương pháp xử lý, giải pháp còn tiến hành tối ưu hóa các thông số kỹ thuật trên thiết bị AAS để cải thiện tín hiệu hấp thụ tốt nhất nhằm tăng độ nhạy của thiết bị, góp phần cải thiện giới hạn định lượng của thiết bị là 5ppb As.

Ông Phạm Công Nguyên - Trưởng Ban QLCL cho biết: Với những kết quả đạt được, giải pháp đã áp dụng vào thực tiễn nhằm kiểm soát hàm lượng Asen của tất cả các dòng mẫu tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất như dầu thô, dầu cặn, Naptha, LPG/Propylen, giúp Công ty hoàn toàn chủ động trong công việc và tiết kiệm chi phí, góp phần gia tăng lợi nhuận của Công ty. Việc ứng dụng thành công giải pháp này, đã khẳng định đội ngũ nhân lực Ban Quản lý chất lượng ngày càng trưởng thành và hoàn toàn làm chủ được hệ thống thiết bị phòng thí nghiệm.

Đức Chính