Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển với năng suất là 8 triệu tấn trên năm

Dầu mỏ là khoáng vật phong phú trong tự nhiên, là một trong những nguyên liệu quan trong nhất mà loài người có được và nó là một trong những nguồn cung cấp hydrocacbon phong phú trong tự nhiên. Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ XVII dầu mỏ được sử dụng làm nhiên liệu để đốt và thắp sáng. Sang thế kỷ XIX, dầu được coi như là nguồi nguyên liệu chình cho mọi phương tiện giao thông và cho nền kinh tế. Hiện tại, dầu mỏ dã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới. Khoảng 6570% năng lượng được sử dụng đi từ dầu mỏ, 2022% đi từ than, 56% từ năng lượng nước và 812% từ năng lượng hạt nhân. Bên cạnh việc sử dụng dầu mỏ để chế biến thành các dạng nhiên liệu hướng sử dụng mạnh mẽ và hiệu quả nhất của dầu mỏ là nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hữu cơhóa dầu như: sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón..... Ngành khai thác chế biến dầu khí là một ngành công nghiệp mũi nhọn, trong một tương lai dài vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực năng lượng và nguyên liệu hóa học mà không có tài nguyên thiên nhiên nào thay thế được. Hiệu quả sử dụng phụ thuộc chất lượng của các quá trình chế biến. Theo các chuyên gia hóa dầu Châu Âu, việc đưa dầu mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao được hiệu quả sử dụng của dầu mỏ lên 5 lần, và như vậy tiết kiệm được tài nguyên quý giá này. Dầu thô Việt Nam tập trung nghiên cứu các giải pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu và duy trì mức sản lượng khai thác dầu khí tối ưu, đảm bảo an toàn và hạn chế nguy cơ bị ngập nước của các mỏ đang khai thác; tích cực mở rộng hoạt động đầu tư khai thác dầu khí ra nước ngoài. Dầu mỏ muốn sử dụng được phải phân chia thành từng phân đoạn nhỏ. Sự phân chia đó dựa vào các phương pháp chưng cất để thu được các sản phẩm có nhiệt độ sôi khác nhau. Trong nhà máy lọc dầu, quy trình công nghệ chưng cất dầu thô là một quy trình quan trọng, cho phép ta thu được các phân đoạn dầu mỏ để chế biến tiếp theo. Đồ án này đưa ra các vấn đề lý thuyết liên quan và thiết kế quy trình công nghệ chưng cất dầu thô với nguyên liệu là dầu Bạch Hổ.

Khoa hóa học & CNTP Nam Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

-oOo -Họ và tên nhóm sinh viên: Đặng Xuân Hải MSSV: 1052010064

Lê Minh Hải MSSV: 1052010066

Nguyễn Thị Thu Hiền MSSV: 1052010073

Nghành : Công nghệ kỹ thuật hóa học

Đề tài : Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển với năng suất là 8

Xác nhận của trưởng khoa cho phép

bảo vệ

sinh viên đã hoàn thành đầy đủ nhiệm

vụ được giao

Hội đồng bảo vệ gồm:

1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

5 ………

Điểm: Số : …………

Chữ :………

Vũng Tàu, ngày… tháng… năm…

LỜI CẢM ƠN

Qua th i gian hoàn thành đ án công ngh , chúng em h c đời gian hoàn thành đồ án công nghệ, chúng em học được thêm ồ án công nghệ, chúng em học được thêm ệ, chúng em học được thêm ọc được thêm ược thêmc thêmnhi u đi u b ích, c ng c thêm hi u bi t c a mình và rèn luy n tác phongổ ích, củng cố thêm hiểu biết của mình và rèn luyện tác phong ủng cố thêm hiểu biết của mình và rèn luyện tác phong ố thêm hiểu biết của mình và rèn luyện tác phong ểu biết của mình và rèn luyện tác phong ết của mình và rèn luyện tác phong ủng cố thêm hiểu biết của mình và rèn luyện tác phong ệ, chúng em học được thêmtrong công vi c Đ đ t đệ, chúng em học được thêm ểu biết của mình và rèn luyện tác phong ạt được những kết quả trên chúng em xin chân thành ược thêmc nh ng k t qu trên chúng em xin chân thànhững kết quả trên chúng em xin chân thành ết của mình và rèn luyện tác phong ả trên chúng em xin chân thành

c m n Khoa Hóa H c và Công Ngh Th c Ph m cùng các th y cô đã t n tìnhả trên chúng em xin chân thành ọc được thêm ệ, chúng em học được thêm ực Phẩm cùng các thầy cô đã tận tình ẩm cùng các thầy cô đã tận tình ầy cô đã tận tình ận tình

ch d y, giúp đ , truy n đ t nh ng ki n th c và kinh nghi m quý báu, t o m iạt được những kết quả trên chúng em xin chân thành ỡ, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu, tạo mọi ạt được những kết quả trên chúng em xin chân thành ững kết quả trên chúng em xin chân thành ết của mình và rèn luyện tác phong ức và kinh nghiệm quý báu, tạo mọi ệ, chúng em học được thêm ạt được những kết quả trên chúng em xin chân thành ọc được thêm

đi u ki n cho chúng em h c t p trong su t th i gian qua.ệ, chúng em học được thêm ọc được thêm ận tình ố thêm hiểu biết của mình và rèn luyện tác phong ời gian hoàn thành đồ án công nghệ, chúng em học được thêm

Đ c bi t, chúng em xin g i l i c m n chân thành đ n T.S Lê Thanhệ, chúng em học được thêm ửi lời cảm ơn chân thành đến T.S Lê Thanh ời gian hoàn thành đồ án công nghệ, chúng em học được thêm ả trên chúng em xin chân thành ết của mình và rèn luyện tác phongThanh người gian hoàn thành đồ án công nghệ, chúng em học được thêmi đã tr c ti p hực Phẩm cùng các thầy cô đã tận tình ết của mình và rèn luyện tác phong ướng dẫn và giúp đỡ chúng em nhiệt tình trongng d n và giúp đ chúng em nhi t tình trongẫn và giúp đỡ chúng em nhiệt tình trong ỡ, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu, tạo mọi ệ, chúng em học được thêm

su t th i gian th c hi n đ án.ố thêm hiểu biết của mình và rèn luyện tác phong ời gian hoàn thành đồ án công nghệ, chúng em học được thêm ực Phẩm cùng các thầy cô đã tận tình ệ, chúng em học được thêm ồ án công nghệ, chúng em học được thêm

Đ hoàn thành đ án này, chúng em đã c g ng r t nhi u vì đây là bểu biết của mình và rèn luyện tác phong ồ án công nghệ, chúng em học được thêm ố thêm hiểu biết của mình và rèn luyện tác phong ắng rất nhiều vì đây là bước ất nhiều vì đây là bước ướng dẫn và giúp đỡ chúng em nhiệt tình trongc

đ u làm quen v i công tác thi t k nên ch c h n không tránh kh i nh ng saiầy cô đã tận tình ớng dẫn và giúp đỡ chúng em nhiệt tình trong ết của mình và rèn luyện tác phong ết của mình và rèn luyện tác phong ắng rất nhiều vì đây là bước ẳn không tránh khỏi những sai ỏi những sai ững kết quả trên chúng em xin chân thànhsót Chúng em luôn mong nh n đận tình ược thêmc nh ng ý ki n đóng góp quý báu t quýững kết quả trên chúng em xin chân thành ết của mình và rèn luyện tác phong ừ quý

th y cô.ầy cô đã tận tình

Chúng em xin chân thành c m n!!!ả trên chúng em xin chân thành

Vũng Tàu, ngày… tháng… năm…

(Nhóm SVTH)

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 5

PHẦN I TỔNG QUAN LÍ THUYẾT 6

I Tổng quan lý thuyết của quá trình chưng cất dầu thô 6

1.1 Tổng quan về dầu thô mỏ Bạch Hổ 6

1.2 Thành phần dầu thô mỏ Bạch Hổ 9

II Xử lý dầu thô trước khi chưng cất 10

2.1 Tách bằng phương pháp cơ học (lắng  lọc  ly tâm) 12

2.2 Tách nhũ tương nước trong dầu bằng phương pháp hoá học 13

2.3 Tách bằng phương pháp dùng điện trường 13

III Các phương pháp chưng cất 13

3.1 Chưng đơn giản 14

3.2 Chưng phức tạp 16

IV Các yếu tố ảnh hưởng 19

4.1 Chế độ nhiệt của tháp chưng cất 20

4.2 Yếu tố áp suất của tháp chưng cất 22

4.3 Điều khiển, khống chế chế độ làm việc của tháp chưng cất 23

V Sơ đồ công nghệ 23

5.1 Các loại tháp chưng cất 23

5.2 Phân loại sơ đồ công nghệ 25

5.3 Dây chuyền công nghệ 28

5.4 Thiết bị chính trong dây chuyền 31

Phần II TÍNH THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ 39

I Thiết lập đường cân bằng cho các sản phẩm 39

II Xác định các đại lượng trung bình của sản phẩm 46

1 Tỷ trọng trung bình 46

2 Nhiệt độ sôi trung bình có hiệu chỉnh 47

3 Hệ số đặc trưng K 47

III Tính cân bằng vật chất 48

1 Tại tháp tách sơ bộ 48

2 Tại tháp tách phân đoạn 49

3 Tổng kết cân bằng vật chất: 50

IV Tính tiêu hao hơi nước 50

1 Tính tiêu hao hơi nước cho tháp phân đoạn 50

2.Tiêu hao hơi nước cho các tháp tách 50

V Tính chế độ của tháp 51

1 Tính áp suất 51

2 Tính chế độ nhiệt của tháp 52

3 Tính chỉ số hồi lưu đỉnh tháp 59

VI Tính kích thước tháp 59

1 Tính đường kính tháp 59

2 Tính chiều cao tháp 61

3 Tính số chóp và đường kính chóp 62

PHẦN III AN TOÀN LAO ĐÔNG 63

I An toàn lao động trong phân xưởng chưng cất khí quyển 63

1 Yêu câu về phòng cháy chữa cháy 63

2 Trang thiết bị phòng hộ lao động 65

3 Yêu cầu đối với vệ sinh môi trường 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

MỞ ĐẦU

Dầu mỏ là khoáng vật phong phú trong tự nhiên, là một trong những nguyênliệu quan trong nhất mà loài người có được và nó là một trong những nguồn cungcấp hydrocacbon phong phú trong tự nhiên

Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ XVII dầu mỏ được

sử dụng làm nhiên liệu để đốt và thắp sáng Sang thế kỷ XIX, dầu được coi như lànguồi nguyên liệu chình cho mọi phương tiện giao thông và cho nền kinh tế Hiệntại, dầu mỏ dã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc gia trênthế giới Khoảng 65-70% năng lượng được sử dụng đi từ dầu mỏ, 20-22% đi từthan, 5-6% từ năng lượng nước và 8-12% từ năng lượng hạt nhân Bên cạnh việc sửdụng dầu mỏ để chế biến thành các dạng nhiên liệu hướng sử dụng mạnh mẽ vàhiệu quả nhất của dầu mỏ là nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hữu cơ-hóa dầunhư: sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phânbón

Ngành khai thác chế biến dầu khí là một ngành công nghiệp mũi nhọn, trongmột tương lai dài vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực năng lượng vànguyên liệu hóa học mà không có tài nguyên thiên nhiên nào thay thế được Hiệuquả sử dụng phụ thuộc chất lượng của các quá trình chế biến Theo các chuyên giahóa dầu Châu Âu, việc đưa dầu mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao đượchiệu quả sử dụng của dầu mỏ lên 5 lần, và như vậy tiết kiệm được tài nguyên quýgiá này

Dầu thô Việt Nam tập trung nghiên cứu các giải pháp nâng cao hệ số thu hồidầu và duy trì mức sản lượng khai thác dầu khí tối ưu, đảm bảo an toàn và hạn chếnguy cơ bị ngập nước của các mỏ đang khai thác; tích cực mở rộng hoạt động đầu

tư khai thác dầu khí ra nước ngoài Dầu mỏ muốn sử dụng được phải phân chiathành từng phân đoạn nhỏ Sự phân chia đó dựa vào các phương pháp chưng cất đểthu được các sản phẩm có nhiệt độ sôi khác nhau Trong nhà máy lọc dầu, quy trìnhcông nghệ chưng cất dầu thô là một quy trình quan trọng, cho phép ta thu được cácphân đoạn dầu mỏ để chế biến tiếp theo Đồ án này đưa ra các vấn đề lý thuyết liênquan và thiết kế quy trình công nghệ chưng cất dầu thô với nguyên liệu là dầu BạchHổ

PHẦN I TỔNG QUAN LÍ THUYẾT

I Tổng quan lý thuyết của quá trình chưng cất dầu thô.

1.1 Tổng quan về dầu thô mỏ Bạch Hổ

Dầu thô Bạch Hổ là loại dầu mỏ có chứa nhiều Parafin nên được mang tên là

loại dầu mang họ parafinic, chiếm phần lớn trong tổng sản lượng dầu thô ở ViệtNam trong thời gian qua và cả hiện nay Vì vậy dầu thô Bạch Hổ được xem là mộttrong hai loại dầu tiêu biểu nhất của Việt Nam và thông qua các nghiên cứu về dầuthô Bạch Hổ ta rút ra được những tính chất quan trọng như sau

a Dầu Bạch Hổ thuộc loại nhẹ và vừa phải

Dầu thô Bạch Hổ có tỷ trọng 0,8319(36,6oAPI) ,đặc tính này quyết định tổnghiệu suất sản phẩm trắng (xăng, kerosen, diezel) trong dầu thô cao hay thấp

Dầu càng nhẹ, tổng hiệu suất sản phẩm trắng càng cao và dầu đó càng có giátrị vao Với dầu Bạch Hổ, khi cưng cất ta được hiệu suất các sản phẩm như ở bảngsau:

Bảng 1.1: Hiệu suất các sản phẩm cất trực tiếp từ dầu thô Bạch Hổ

b Dầu Bạch Hổ là loại dầu ngọt và sạch chứa rất ít các độc tố, ít lưu huỳnh, ítkim loại nặng, ít các hợp chất nhựa và asphanten

 Về hàm lượng lưu huỳnh (S), dầu thô Bạch Hổ chứa rất ít chỉ 0,03 đến 0,05%lưu huỳnh Những loại dầu thô chứa ít lưu huỳnh như vậy trên thế giới rất hiếm Trongkhi đó dầu thô chứa nhiều lưu huỳnh (trên 2% S) gặp rất nhiều ở Trung Đông Dầu thôchứa dưới 0,5% S được liệt vào dầu thô ít lưu huỳnh và có giá trị cao trên thị trườngthế giới Nguyên nhân là do chi phí dể sản xuất các sản phẩm đạt chất lượng cao vềhàm lượng lưu đối với dầu ít lưu huỳnh thấp hơn nhiều so với dầu thô có hàm lượng

lưu huỳnh cao Trường hợp với dầu thô Bạch Hổ của Việt Nam, không cần phải quátrình xử lý gì thêm mà các sản như xăng, kerosen, diezel, FO vẫn đạt chất lượng cao vìhàm lượng lưu huỳnh nhỏ hơn nhiều so với định mức như số liệu bảng sau:

Bảng 1.2 Hàm lượng lưu huỳnh trong các sản phẩm chưng cất trực tiếp

Mức quy định Sản phẩm từ dầu thô Bạch HổNaphta

0,00070,00140,01660,09

* Quy định chung cho xăng

** Dầu hỏa dân dụng

 Các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ trong dầu thuộc loại có hại gây ngộ độc xúc táckhi chế biến hoặc làm cho sản phẩm kém ổn định khi tồn chứa thì trong dầu Bạch Hổchỉ chứa 0,04%

 Các hợp chất nhựa asphanten trong dầu Bạch Hổ ít, nên không thể sử dụng đểsản xuất nhựa đường hoặc than cốc có chất lượng và hiệu quả kinh tế Mặc khác khichế biến dầu thô bằng các quá trình có sử dụng xúc tác thì các chất này mau chóng làmhỏng xúc tác Hơn nữa có mặt của chúng trong sản phẩm làm sản phẩm kém ổn định,làm sẫm màu hạ thấp chất lượng sản phẩm Vì vậy khi chến biến các loại dầu thô chứa

ít nhựa và asphanten bắt buộc phải xử lý nguyên liệu bằng chưng cất chân không Đốivới dầu thô Bạch Hổ chỉ có 1,97% nhựa, 0,77% Asphanten, chỉ số cốc conradson0,86%

 Như vậy dầu thô Bạch Hổ được xem như loại dầu sạch, ít lưu huỳnh, ít kimloại nặng, ít nitơ ít các chất nhựa asphanten nên chúng buộc loại dầu có giá trị cao

trên thị trường thế giới Theo nghiên cứu của viện dầu mỏ Mỹ UOP, cặn chưng cấtkhí quyển của dầu thô Bạch Hổ có thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho quá trìnhcracking xúc tác mà không phải xử lý bằng chưng cất chân không gây tốn kém.Điều này có ý nghĩa rất quan trọng trong giảm tối thiểu đầu tư cho xây dựng nhàmáy lọc dầu Mặt khác cũng vì dầu thô Bạch Hổ sạch nên phân đoạn FO của nóchứa hàm lượng Vanadi rất nhỏ nên làm nguyên liệu cho các lò công nghiệp rấtthích hợp và không gây ô nhiễm môi trường.

c Dầu Bạch Hổ chứa nhiều hydrocacbon parafinic

Trong dầu Bạch Hổ hàm lượng parafinic chiếm rất nhiều 29%

Trên thế giới những loại dầu thô chứa trên 6% parafin đã thuộc loại dầu nhiềuparafin Sự có mặt của parafin với hàm lượng cao như vậy làm giàu Bạch Hổ giảm độlinh hoạt ở nhiệt độ thấp và ngay cả ở nhiệt độ thường Điểm đông của dầu Bạch Hổ là

330C Do vậy gây khó khăn cho bốc rót tồn chứa, đặc biệt là khi vận chuyển vàođường ống dẫn dầu khai thác ngầm dưới đáy biển, buộc phải cho phụ gia hạ điểmđông Mặt khác khi chế các parafin nằm trong sản phẩm cũng gây ảnh hưởng tương tự

rõ nhất là các nhiên liệu cung cấp cho các xứ lạnh Vì vậy muốn thu được các sảnphẩm đạt chất lượng yêu cầu cần phải áp dụng các công nghệ và thiết bị chuyên biệt

để loại bỏ parafin Hàm lượng parafin cao trong dầu Bạch Hổ ảnh hưởng đến giá cảmua bán trên thị trường

Tuy nhiên xét về phương diện khác, parafin không những là những tạp chất cóhại, parafin từ C10 – C20 ở dạng lỏng là nhiên liệu tốt nhất để sản xuất các hóa chấttrung gian của rượu béo, chất hóa dẻo dung môi, đặc biệt trong sản xuất các chất hoạtđộng bề mặt và tẩy rửa không ảnh hưởng đến môi trường, do có thể bị phẩn hủy sinhhọc khi nằm trong nước thải parafin từ C20-C40 dùng làm diêm, mỹ phẩm, giấy sáp baogói thực phẩm, chất cách điện, sản phẩm y tế…

1.2 Thành phần dầu thô mỏ Bạch Hổ

Bảng 1.3 Các chỉ tiêu và thành phần dầu Bạch Hổ

Các chỉ tiêu Kết quả phân tích dầu Bạch Hổ

Cặn cacbon, % khối lượng

Asphanten, % khối lượng

V/Ni, % khối lượng

Nitơ, % khối lượng

Muối Nacl, ml/l

Độ xít, mgKOH/g

38,6-0,83190,03-0,05339,726,584,730,65-1,080,052/20,067220,05

II Xử lý dầu thô trước khi chưng cất

Dầu thô được khai thác từ các mỏ dầu và chuyển vào các nhà máy chế biến.Trước khi chế biến phải tiến hành làm ổn định dầu vì trong dầu còn chứa các khíhoà tan như khí đồng hành và các khí phi hydrocacbon Khi dầu phun ra khỏi giếngkhoan thì áp suất giảm, nhưng dù sao vẫn còn lại một lượng nhất định lẫn vào trongdầu và phải tách tiếp trước khi chế biến mục đích là hạ thấp áp suất hơi khi chưngcất dầu thô và nhận thêm nguồn nguyên liệu cho chế biến dầu Vì trong các khíhydrocacbon nhẹ từ Cl C4 là nguồn nguyên liệu quý cho quá trình nhận olefin Xử

lý dầu thực chất là chưng tách bớt phần nhẹ nhưng để tránh bay hơi cả phần xăng,tốt nhất là tiến hành chưng cất ở áp suất cao khi đó chỉ có các cấu tử nhẹ hơn C4 bayhơi, còn phần từ C5 trở lên vẫn còn lại trong dầu

Muốn xử lý dầu thô trước khi đưa vào chưng cất chúng ta phải trải qua nhữngbước tách cơ bản

 Tách tạp chất cơ học, nước, muối lẫn trong dầu

Nước lẫn trong dầu ở dưới mỏ chỉ ở dạng tự do không có dạng nhũ tương Khikhai thác, bơm, phun dầu, các quá trình khuấy trộn thì nước cùng với dầu và các tạpchất tạo thành ở dạng nhũ tương

Nước nằm dưới dạng nhũ tương thì rất bền vững và rất khó tách Có 2 dạngnhũ tương:

+ Dạng nhũ tương nước ở trong dầu

+ Dạng nhũ tương dầu ở trong nước

Lượng nước ở trong dầu nhiều hay ít trong nhũ tương dầu ở mỏ khai thác bằngcách nhìn màu sắc, qua thực nghiệm người ta kiểm tra thấy nếu dầu chứa 10% nướcthì màu cũng tương tự dầu không chứa nước Nếu nhũ tương dầu chứa 15  20%nước, có màu ghi đến vàng, nhũ tương chứa 25% nước có màu vàng.

Dầu mỏ có lẫn nước ở dạng nhũ tương đưa đi chế biến thì không thể được màphải khử chúng ra khỏi dầu Khử nước và muối ra khỏi dầu đến giới hạn cho phép,cần tiến hành khử ngay ở nơi khai thác là tốt nhất

Tiến hành tách nước ở dạng nhũ tương có 3 phương pháp:

 Phương pháp cơ học (lắng  lọc  ly tâm)

 Tách nhũ tương nước trong dầu bằng phương pháp hoá học

 Tách bằng phương pháp dùng điện trường.

Trong trường hợp nước tạo thành hệ nhũ tương bền vững, lúc đó muốntách được hết nước phải dùng phụ gia phá nhũ

Có hai nguyên nhân dẫn đến sự có mặt của nước trong dầu, đó là : nước có từkhi hình thành nên dầu khí do sự lún chìm của vật liệu hữu cơ dưới đáy biển ; nước

từ khí quyển (như nước mưa) ngấm vào các mỏ dầu

Trong nước chứa một lượng rất lớn các muối khoáng khác nhau Các cation vàanion thường gặp là : Na2+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, K+, Cl-, HCO3-, SO42-, Br, I

Ngoài ra còn có một số oxit không phân ly ở dạng keo như là Al2O3, Fe2O3,SiO2

Trong số các cation và anion thì nhiều nhất là Na+ và Cl- Một số mỏ dầu mànước khoan có chứa lượng 2 ion này có khi lên đến 90% Hàm lượng chung cácmuối khoáng của nước khoan có thể nhỏ hơn 1% cho đến 2026%

Ví dụ : Nước khoan ở các mỏ dầu vùng Geoson có hàm lượng các muốikhoáng dưới 6%

Nước khoan ở các mỏ dầu Bacu có hàm lượng các muối khoáng lên cao đến17%

Điều cần chú ý rằng, một số muối khoáng trong nước có thể bị phân huỷ tạothành axit (dưới dạng của nhiệt)

Ví dụ : MgCl2+ 2H2O Mg(OH2) + HCl

2.1 Tách bằng phương pháp cơ học (lắng  lọc  ly tâm)

Khi dầu và nước trong dầuchưa bị khuấy trộn mạnh và nước lẫn trong dầu ởdạng tự do với hàm lượng lớn có thể gần 50% và cao hơn

* Phương pháp lắng: phương pháp này dùng khi dầu mới khai thác ở giếng

khoan lên, dầu và nước chưa bị khuấy trộn nhiều nên nhũ tương mới tạo ít và nhũtương chưa bền vững, nước ở dạng tự do còn tương đối lớn Dầu mỏ này người tađưa đi lắng, nhờ có tỷ trọng nước nặng hơn dầu nước sẽ được lắng sơ bộ và tháo rangoài

Tốc độ lắng của các hạt nước tính theo công thức Stockes nếu kích thước hạtlớn hơn 0,5m

g d d r

2

(1)Trong đó:

V:Tốc độ lắng, cm/s

r: Đường kính của hạt

d1, d2: Tỷ trọng nước và dầu tương ứng, g/cm3

g: Gia tốc trọng trường, cm/s2

: Độ nhớt động học của hỗn hợp.

* Phương pháp ly tâm: phương pháp ly lâm tách nước ra khỏi dầu nhờ tác

dụng của lực ly tâm để tách riêng các chất lỏng có tỷ trọng khác nhau

Giá trị lực ly tâm xác định theo phương trình sau:

f = K.m.r.n2

2 60

2

2.2 Tách nhũ tương nước trong dầu bằng phương pháp hoá học.

Bản chất của phương pháp hoá học là cho thêm một chất hoạt động bề mặt đểphá nhũ tương

2.3 Tách bằng phương pháp dùng điện trường

Phương pháp dùng điện trường để phá nhũ, tách muối khỏi dầu là một phươngpháp hiện đại công suất lớn, quy mô công nghiệp và dễ tự động hoá nên các nhàmáy chế biến dầu lớn đều áp dụng phương pháp này

III Các phương pháp chưng cất

Ý nghĩa của quá trình chưng cất: Trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô saukhi đã qua xử lý như: tách nước, muối và tạp chất cơ học được đưa vào chưng cất,các quá trình chưng cất dầu ở áp suất khí quyển AD và chưng cất chân không VDthuộc về nhóm các quá trình chế biến vật lý

Chưng cất ở áp suất khí quyển AD với nguyên liệu là dầu thô đôi khi còn gọi

là CDU Còn chưng cất VD dùng nguyên liệu là cặn của quá trình chưng cất AD

Trong thực tế đôi khi còn gọi là cặn chưng cất Tùy theo bản chất của nguyên liệu vàmục đích của quá trình chúng ta áp dụng chưng cất AD, VD hay kết hợp cả hai AD và

VD Các nhà máy hiện đại ngày nay luôn dùng loại hình công nghệ AVD Khi áp dụngloại hình công nghệ AD chúng ta chỉ chưng cất dầu thô để nhận các phân đoạn: xăng(naphata nhẹ, naphta nặng), phân đoạn kerosen, phân đoạn diezen và phần cặn còn lạisau khi chưng cất Như vậy tuỳ thuộc vào thành phần dầu mỏ nguyên liệu và mục đíchchế biến mà người ta áp dụng một trong các loại hình công nghệ chưng cất

I.Tháp chưng cất II.Xăng III.Khí IV Xăng nặng

V Hơi nước VI Kerosen VII.Gasoil nhẹ VIII Gasoil nặngXI.Cặn AD X,XI: Các loại cặn dầu nhờn

3.1 Chưng đơn giản

Chưng đơn giảnlà quá trình chưng cất được tiến hành bằng cách bay hơi dầndần, một lần hay nhiều lần, một hỗn hợp chất lỏng cần chưng

a Chưng cất bay hơi dần dần







IV V

VI VII VIII

3

3 3 3 3

1 1 1 1

1

V

V V

XIII XIV

XV

V V

3 1

3 1

3 1

V

3 1

Sơ đồ chưng cất bay hơi dần dần gồm thiết bị đốt nóng liên tục, một hỗn hợpchất lỏng trong bình chưng 1 Từ nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối khi liên tục táchhơi sản phẩm và ngưng tụ hơi bay lên trong thiết bị ngưng tụ 3 và thu sản phẩmlỏng trong bể chứa 4 Phương pháp này thường được áp dụng trong phòng thínghiệm.

b Chưng cất bằng cách bay hơi một lần

Sơ đồ chưng cất bằng cách bay hơi một lần là phương pháp bay hơi cân bằng.Phương pháp này người ta tiến hành ở nhiệt độ nhất định cho trước và áp suất cốđịnh

Ưu điểm của quá trình chưng cất cho phép áp dụng trong điều kiện thực tếchưng cất đầu, tuy với nhiệtđộ chưng bị giới hạn nhưng vẫn cho phép nhận đượcmột lượng phần cất lớn hơn

Nhược điểm của phương pháp là độ phân chia chưa cao

c Chưng cất bằng cách bay hơi nhiều lần

Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chưng bay hơi một lần nối tiếp nhau ởnhiệt độ tăng dần hay ở áp suất thấp hơn đối với phần cặn trình bày sơ đồ chưng lần

2 Phần cặn của chưng lần một là nguyên liệu cho chưng lần hai, sau khi được đốtnóng đến nhiệt độ cao hơn từ đỉnh của thiết bị chưng lần một ta nhận được sảnphẩm đỉnh còn đáy chưng lần 2 ta nhận được sản phẩm cặn

Phương pháp chưng cất dầu bằng bay hơi một lần và bay hơi nhiều lần có ýnghĩa rất lớn trong thực tế công nghiệp chế biến dầu, ở đây các dây chuyền hoạtđộng liên tục Quá trình bay hơi một lần được áp dụng khi đốt nóng dầu trong cácthiết bị trao đổi nhiệt, trong lò ống và quá trình tách rời pha hơi khỏi pha lỏng ở bộphận cung cấp, phân phối của tháp tinh luyện

Chưng đơn giản nhất là với loại bay hơi một lần, không đạt được bộ phận phânchia cao khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phần của hỗn hợp chất lỏngngười ta phải tiến hành chưng cất có tinh luyện đó là chưng phức tạp

3.2 Chưng phức tạp

a Chưng cất có hồi lưu

Quá trình chưng cất có hồi lưu là một quá trình chưng khi lấy một phần chấtlỏng ngưng tụ từ hơi tách ra cho quay lại tưới vào dòng bay hơi lên nhờ có sự tiếpxúc đồng đều và thêm một lần nữa giữa pha lỏng và pha hơi mà pha hơi khi tách rakhỏi hệ thống lại được làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn) so vớikhi không có hồi lưu, nhờ vậy có sự phân chia cao hơn Việc hồi lưu lại chất lỏngđược khống chế bằng bộ phận phân chia đặc biệt và được bố trí ở phía trên thiết bịchưng.

b Chưng cất có tinh luyện

Chưng cất có tinh luyện còn cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với hồi lưu

Cơ sở của quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả 2 phía giữa phalỏng và pha hơi chuyển động ngược chiều nhau Quá trình này được thực hiện trongtháp linh luyện Để đảm bảo sự tiếp xúc hoàn thiện hơn giữa pha hơi và pha lỏngtrong tháp được trang bị các đĩa hay đệm Độ phân chia một hỗn hợp các cấu tửtrong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các pha vào lượng hồi lưu ở mỗi đĩa

và sự phân chia càng tốt, hay nói cách khác, tháp có độ phân chia càng cao Đĩa trêncùng có hồi lưu đỉnh, còn đĩa dưới cùng có hồi lưu đáy Nhờ có hồi lưu đỉnh và đáylàm cho tháp hoạt động liên tục, ổn định và có khả năng phân tách cao Ngoài đỉnh

và đáy người ta còn thiết kế hồi lưu trung gian bằng cách lấy sản phẩm lỏng ở cạnhsườn tháp cho qua trao đổi nhiệt làm lạnh rồi quay lại tưới vào tháp, còn khi lấy sảnphẩm cạnh sườn của tháp người ta trang bị thêm các bộ phận tách trung gian cạnhsườn của tháp

Như vậy theo chiều cao của tháp tinh luyện ta sẽ nhận được các phân đoạn có giới hạn sôi khác nhau tùy thuộc vào chế độ công nghệ chưng cất dầu thô, nguyên liệu ban đầu.

c Chưng cất chân không và chưng cất hơi nước

Gồm hỗn hợp các cấu tử có trong dầu thô thường không bền, dễ bị phân huỷkhi tăng nhiệt độ Trong số các hợp chất dễ bị phân huỷ nhiệt nhất là các hợp chấtchứa lưu huỳnh và các hợp chất cao phân tử như nhựa Các hợp chất parafin kémbền nhiệt hơn các hợp chất naphten, và các naphten lại kém bền nhiệt hơn các hợpchất thơm Độ bền nhiệt của cấu tử tạo thành dầu không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ

mà còn phụ thuộc cả vào thời gian tiếp xúc ở nhiệt độ đó Trong thực tế chưng cất,đối với các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao, người ta cần tránh sự phân huỷ nhiệt khichúng đốt nóng Tuỳ theo loại dầu thô, trong thực tế không nên đốt nóng quá 4200Cvới dầu không có hay chứa rất ít lưu huỳnh, và không quá 320  3400C với dầu có

và nhiều lưu huỳnh

Sự phân huỷ khi chưng cất sẽ làm xấu đi các tính chất của sản phẩm, như làmgiảm độ nhớt và nhiệt độ bốc cháy cốc kín của chúng, giảm độ bền oxy hoá

Nhưng quan trọng hơn là chúng gây nguy hiểm cho quá trình chưng cất vìchúng tạo các hợp chất ăn mòn và làm tăng áp suất của tháp Để giảm sự phân huỷ,thời gian lưu của nguyên liệu ở nhiệt độ cao cũng cần phải hạn chế Khi nhiệt độ sôicủa hỗn hợp ở áp suất khí quyển cao hơn nhiệt độ phân huỷ nhiệt của chúng, người

ta phải dùng chưng cất chân không VD, hay chưng cất với nước để tránh sự phânhuỷ nhiệt, chân không làm giảm nhiệt độ sôi, còn hơi nước cũng có tác dụng làmgiảm nhiệt độ sôi, giảm áp suất riêng phần của cấu tử hỗn hợp làm cho chúng sôi ởnhiệt độ thấp hơn Hơi nước được dùng ngay cả trong chưng cất khí quyển Khi tinhluyện, hơi nước được dùng để tái bay hơi phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp còn chứatrong mazut hay trong gudron, trong nguyên liệu và dầu nhờn Kết hợp dùng chânkhông và hơi nước khi chưng cất phần cặn sẽ cho phép đảm bảo tách sâu hơn phânđoạn dầu nhờn

Tuy nhiên tác dụng của hơi nước làm tác nhân bay hơi còn bị hạn chế vì nhiệt

độ bay hơi khác xa so với nhiệt độ đốt nóng chất lỏng Vì thế nếu tăng lượng hơinước thì nhiệt độ và áp suất hơi bão hoà của dầu giảm xuống và sự tách hơi cũng

giảm theo Do vậy, lượng hơi nước có hiệu quả tốt nhất chỉ trong khoảnh từ 2  3%

so với nguyên liệu đem chưng cất khi mà số cấp tiếp xúc là 3 hoặc 4 Trong điềukiện như vậy lượng hơi dầu tách ra từ phân đoạn mazut đạt tới 14  23%

Khi chưng cất với hơi nước số lượng phân đoạn tách ra được có thể tính theophương trình sau:

ZPP

P18

M G

G và Z: số lượng hơi dầu tách được và lượng hơi nước

Mf: phân tử lượng của hơi dầu

18: phân tử lượng của nước

P: áp suất tổng cộng của hệ

Pf: áp suất riêng phần của dầu ở nhiệt độ chưng

Nhiệt độ hơi nước cần phải không thấp hơn nhiệt độ của hơi dầu để tránh sảnphẩm dầu ngậm nước Do vậy, người ta thường dùng hơi nước có nhiệt độ 380 

4500C, áp suất hơi từ 0,2 0,5 MPa Hơi nước dùng trong công nghệ chưng cất dầu

có rất nhiều ưu điểm: làm giảm áp suất hơi riêng phần của dầu, tăng cường khuấytrộn chất lỏng tránh tích điện cục bộ, tăng diện tích bề mặt bay hơi do tạo thành cáctia và bong bóng hơi Người ta cũng dùng hơi nước để tăng cường đốt nóng cặn dầutrong lò ống khi chưng cất chân không Khi đó đạt mức độ bay hơi lớn cho nguyênliệu dầu, tránh sự tạo cốc trong các lò ống đốt nóng Tiêu hao hơi nước trong trườnghợp này vào khoảng 0,3 0,5% so với nguyên liệu

IV Các yếu tố ảnh hưởng.

Các thông số công nghệ ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất và chất lượng quátrình chưng cất như nhiệt độ, áp suất, phương pháp chưng cất

Chế độ công nghệ chưng cất phụ thuộc vào chất lượng dầu thô ban đầu, vàomục đích và yêu cầu của quá trình, chủng loại sản phẩm cần thu và phải có dâychuyền công nghệ hợp lý Vì vậy khi thiết kế quá trình chưng cất chúng ta phải xét

kỹ và kết hợp đầy đủ tất cả các yếu tố để quá trình chưng cất đạt hiệu quả kinh tếcao Sơ đồ nguyên lý của tháp chưng cất được trình bày trên hình 3 Các yếu tố ảnh

hưởng tới công nghệ chưng cất dầu chính là yếu tố ảnh hưởng tới quá trình làm việccủa tháp chưng cất.

4.1 Chế độ nhiệt của tháp chưng cất.

Nhiệt độ là một thông số quan trọng nhất của tháp chưng, bằng cách thay đổinhiệt của tháp sẽ điều chỉnh được chất lượng và hiệu suất của sản phẩm, chế độnhiệt của tháp gồm: nhiệt độ của nguyên liệu vào tháp, nhiệt độ đỉnh tháp, nhiệt độtrong và đáy tháp

Nhiệt độ của nguyên liệu dầu thô vào tháp chưng được khống chế tuỳ theobản chất của loại dầu thô, mức độ cần phân chia sản phẩm, áp suất trong tháp vàlượng hơi nước đưa vào đáy tháp nhưng phải tránh được sự phân huỷ nhiệt củanguyên liệu ở nhiệt độ cao, do vậy nhiệt độ lò ống đốt nóng phải được khống chếchặt chẽ

Nhiệt độ đáy tháp chưng luyện phụ thuộc vào phương pháp bay hơi và phầnhồi lưu đáy Nếu bay hơi hồi lưu đáy bằng một thiết bị đốt nóng riêng thì nhiệt độđáy tháp sẽ ứng với nhiệt độ bốc hơi cân bằng ở áp suất tại đáy tháp Nếu bốc hơibằng cách dùng hơi nước quá nhiệt thì nhiệt độ đáy tháp sẽ thấp hơn nhiệt độ vùngnạp liệu Nhiệt độ đáy tháp phải chọn tối ưu tránh sự phân huỷ các cấu tử nặngnhưng phải để đủ tách hết hơi nhẹ khỏi phần cặn đáy

Nhiệt độ đỉnh tháp phải được khống chế nhằm đảm bảo sự bay hơi hoàn toànsản phẩm đỉnh mà không gây ra sự cuốn theo các phần nặng Muốn vậy người taphải dùng hồi lưu đỉnh tháp để tách xăng khỏi các phân đoạn khác Nhiệt độ đỉnhtháp chưng khi chưng cất ở áp suất khí quyển cần giữ trong khoảng 100  1200C.Còn với tháp chưng chân không khi Pchưng từ 10  70 mmHg thường không quá

1200C để tách hết phần gazoil nhẹ còn lẫn trong nguyên liệu

Dùng hồi lưu sẽ tạo điều kiện phân chia tốt Hồi lưu đỉnh tháp thường có 2dạng:

+ Hồi lưu nóng được thực hiện bằng cách cho ngưng tụ một phần hơi sản

phẩm đỉnh ở nhiệt độ sôi của nó, sau đó cho tưới trở lại đỉnh tháp Như vậy chỉ cầncấp một lượng nhiệt đủ để bốc hơi Tác nhân làm lạnh có thể dùng nước hay chínhsản phẩm lạnh, công thức của lượng nhiệt hồi lưu nóng

Q

Rn 

Trong đó: Rn là lượng hồi lưu nóng (kg/h)

Q là lượng nhiệt hồi lưu cần lấy để bốc hơi (kcal/h)

L là lượng nhiệt ngưng tụ của sản phẩm lỏng (kcal/h)

Do thiết bị lồi lưu nóng khó lắp ráp và có nhiều khó khăn cho việc vệ sinh, đặcbiệt công suất thấp lớn ngày càng ít dùng

+ Hồi lưu nguội

Là loại được thực hiện bằng cách làm nguội và ngưng tụ toàn bộ sản phẩmđỉnh rồi tưới trở lại đỉnh tháp Khi đó lượng nhiệt cần thiết để cấp cho phần lồi lưubao gồm nhiệt cần để đun nóng nó đến nhiệt độ sôi và lượng nhiệt cần để hoá hơi,

do vậy hồi lưu nguội tính bằng công thức:

C ) t (t

Q

q q

Q R

1 2 l

t

h t ng

2 1

Trong đó: Rng là lượng hồi lưu nguội

Q là lượng nhiệt mà hồi lưu cần

q là lượng nhiệt của lỏng hồi lưu

i là lượng nhiệt phần hơi cần

C là nhiệt dung của sản phẩm hồi lưu

t2, t1 là nhiệt độ của hơi và của lỏng tương ứng

Hồi lưu nguội được sử dụng tương đối rộng rãi vì lượng hồi lưu thường ít, làmtăng rõ ràng chất lượng mà không làm giảm nhiều năng suất của tháp chưng Ngoàihồi lưu đỉnh, đáy người ta còn sử dụng hồi lưu trung gian để tăng chất lượng củacác sản phẩm cạnh sườn và điều chỉnh nhiệt độ trong tháp

+ Hồi lưu trung gian: Quá trình hồi lưu trung gian thực hiện bằng cách lấy

một phần sản phẩm lỏng nằm trên các đĩa có nhiệt độ t1 đưa ra ngoài làm nhiệt độ t0

rồi tưới hồi lưu trở lại tháp Khi đó chất lỏng hồi lưu cần thu một lượng nhiệt để đunnóng từ nhiệt độ t0 đến tl

Xác định lượng hồi lưu trung gian theo công thức:

l t

l t tr

0

1 q q

Q g

q : hàm lượng nhiệt của hồi lưu ở pha lỏng ứng với nhiệt độ t1 và t0 (kcal/kg)

Ưu điểm: giảm lượng hơi đi ra ở đỉnh tháp, tận dụng được một lượng nhiệtthừa rất lớn của tháp chưng để đun nóng nguyên liệu ban đầu tăng công suất làmviệc của tháp

Người ta thường kết hợp hồi lưu trung gian với hồi lưu lạnh cho phép điềuchỉnh chính xác nhiệt độ đỉnh tháp chưng dẫn đến đảm bảo hiệu suất và chất lượngsản phẩm của quá trình

4.2 Yếu tố áp suất của tháp chưng cất.

Khi chưng luyện dầu mỏ ở áp suất thường, áp suất trong toàn tháp và ở mỗitiết điện cũng khác nhau Áp suất trong mỗi tiết diện của tháp chưng luyện phụthuộc vào lực thuỷ tĩnh khi hơi nước đi qua các đĩa nghĩa là phụ thuộc vào số đĩa vàcấu trúc đĩa, lưu lượng riêng của chất lỏng và hơi Thông thường từ đĩa này sang đĩakhác áp suất giảm đi 5  10 mmHg từ dưới lên, ở áp suất thấp qua mỗi đĩa giảm đi

từ 1  3 mmHg Áp suất làm việc của tháp phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất củanguyên liệu và áp suất riêng phần của từng cấu tử Áp suất hơi nước đưa vào cũngảnh hưởng đến áp suất chưng của tháp Nếu tháp chưng luyện dùng hơi nước trựctiếp cho vào đáy tháp thì hơi nước làm giảm áp suất riêng phần của hơi sản phẩmdầu mỏ, cho phần chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn Lượng hơi nước tiêu haophụ thuộc vào áp suất chưng của tháp và áp suất riêng phần của các sản phẩm dầumỏ

Lượng hơi nước dùng cho tháp chưng ở áp suất khí quyển khoảng 1,2 3,5%trọng lượng

Khi chưng cất ở áp suất chân không thì thường tiến hành áp suất từ 10  70mmHg Độ chân không càng sâu càng cho phép chưng sâu hơn, nhưng nếu áp suấtquá thấp sẽ khó chế tạo thiết bị với năng suất lớn

4.3 Điều khiển, khống chế chế độ làm việc của tháp chưng cất.

Để có sự làm việc ổn định của tháp chưng cất chúng ta phải thực hiện cácnguyên tắc sau:

+ Điều chỉnh áp suất trong tháp làm thay đổi điểm sôi của chất lỏng.

+ áp suất tăng lên thì chất lỏng sôi ở nhiệt độ cao hơn Nếu áp suất tăng quá

cao, lượng chất lỏng trong tháp sẽ nhiều dẫn đến hiện tượng sặc làm giảm hiệu quảphân chia

+ Nếu các điều kiện khác trong tháp là cố định thì sản phẩm đỉnh, sản phẩm

sườn và sản phẩm đáy sẽ trở nên nhẹ hơn nếu áp suất trong tháp tăng lên

+ Nếu nhiệt độ cấp liệu vào tháp quá thấp, lượng hơi trên các khay đĩa sẽ nhỏ

cho nên phần lỏng nhiều và chảy xuống phía dưới vào bộ phận chưng sẽ càng nhiều

+ Nếu nhiệt độ của Repoiler quá thấp sẽ không tách hết phần nhẹ trong cặn và

làm tăng lượng cặn

+ Nếu nhiệt độ đỉnh tháp quá cao, sản phẩm đỉnh nặng và có nhiều sản phẩm

hơn so với thiết kế và ngược lại nếu nhiệt độ đỉnh quá thấp thì sản phẩm đỉnh sẽ quánhẹ và có ít sản phẩm

+ Nhiệt độ cần thiết tách phân đoạn dầu thô sẽ cao hơn với dầu thô loại nhẹ + Chú ý nhất là nhiệt độ đỉnh tháp, tránh nhiệt độ quá cao mà nguyên nhân có

thể do làm lạnh không đủ dẫn đến chế độ thay đổi hồi lưu ảnh hưởng đến chất lượngsản phẩm

V Sơ đồ công nghệ

5.1 Các loại tháp chưng cất

Muốn có hiệu quả phân tách tốt, quá trình tiếp xúc pha trong tháp tinh luyệnphải được xảy ra đồng đều, triệt để Do vậy người ta phải trang bị các thiết bị bêntrong tháp Trong thực tế thường chế tạo tháp với các loại đĩa khác nhau như đĩachụp, đĩa lưới, đĩa đệm, đĩa lòng máng hayđĩa supap

* Cấu tạo tháp đệm:

Trong tháp đệm người ta bố trí các ngăn có chứa đệm hình vành khuyên hoặchình trụ có tấm chắn để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng.Nhược điểm: Quá trình tiếp xúc giữa 2 pha lỏng và hơi chưa tốt, chưa đồngđều ở toàn bộ đệm theo tiết diện ngang của tháp Nhưng nếu đường kính tháp nhỏhơn một mét thì tháp đệm cũng có hiệu quả tương đương như các loại tháp khác chonên loại tháp đệm hay được dùng ở thiết bị có công suất bé do chế tạo và vốn đầu tưthấp

* Cấu tạo tháp đĩa chụp:

Loại tháp này được dùng khá phổ biến trong công nghệ chưng cất dầu mỏ vàcác phân đoạn dầu Các đĩa chụp có nhiều loại, chúng khác nhau bởi cấu tạo và hìnhdáng của chụp

 Đĩa hình chóp: là đĩa kim loại mà trong đó cấu tạo có nhiều lỗ để cho hơi đi

qua Theo chu vi các lỗ người ta bố trí ống nhánh có độ cao xác định gọi là cốc, nhờ

có ống nhánh này giữ mức chất lỏng xác định Phía trên các ống nhánh là các chụp.Khoảng giữa ống nối và chụp có vùng khống chế hơi đi qua, đi từ đĩa dưới lên đĩatrên

Mức chất lỏng ở các đĩa được giữ nhờ tấm chắn, phần chất lỏng thừa qua tấmchắn sẽ theo ống chảy chuyền cho ống đĩa dưới

Nói chung có nhiều loại đĩa chụp nhưng được dùng phổ biến nhất là loại đĩachụp hình máng, đĩa chụp hình chữ S, đĩa chụp tròn, đĩa xupap

Cấu tạo đĩa chụp hình máng: có cấu tạo đơn giản và rất dễ vệ sinh

Nhược điểm của cấu tạo đĩa chụp hình máng là có diện tích sủi bọt bé (chỉkhoảng 30% diện tích của đĩa) điều đó làm tăng tốc độ hơi và tăng sự cuốn chấtlỏng đi

Đĩa hình chữ S: khác với đĩa hình máng, đĩa hình chữ S chất lỏng chuyểnđộng theo phương nằm ngang của các chụp, còn mỗi chụp của đĩa như là một lòngmáng của đĩa

Đĩa hình cbữ S dùng cho các tháp làm việc ở áp suất không lớn như ápsuất khí quyển Công suất của đĩa cao hơn loại đĩa lòng máng là 20%

 Đĩa chụp xupap: loại đĩa này có hiệu quả làm việc khi mà tải trọng thay

đổi theo hơi và chất lỏng Loại đĩa xupap phân chia pha rất triệt để

Đĩa xupap khác với các đĩa là làm việc trong chế độ thay đổi và có đặc tínhđộng học

Sự hoạt động của van phụ thuộc vào tải trọng của hơi từ dưới lên trên

Sau này người ta nghiên cứu ra một số loại đĩa không có chụp như đĩa lưới,đĩa sàng có bộ phận ngắn

Cấu tạo đĩa sàng: lớp chất lỏng 1 có chiều cao khoảng 25  30 mm, giữ ởtrên các đĩa, hơi đi qua các lỗ sàng 2 và làm sủi bọt qua các lớp chất lỏng Lớp chất

lỏng trên đĩa mà dư chảy xuống thì theo ống chảy 3 xuống đĩa dưới Loại đĩa nàyyêu cầu chế độ không đổi vì khi giảm hiệu suất thiết bị thì làm giảm sự gặp nhaugiữa dòng hơi và dòng chất lỏng đi hết xuống, làm cho đĩa hở ra Khi tăng công suấtthì làm tăng dòng hơi gặp nhau làm cho một lượng lớn hơi và cấu tử nặng đi ra khỏichất lỏng, làm phá vỡ cân bằng trạng thái và làm tồi đi sự phân chia trong tháp.

5.2 Phân loại sơ đồ công nghệ

Các loại sơ đồ công nghệ chưng luyện dầu mỏ ở áp suất thường gồm:

Hình 3: Sơ đồ bốc hơi một lần và tinh luyện một lần.

Loại sơ đồ này có ưu điểm là sự bốc hơi đồng thời các phân đoạn sẽ giảmđược nhiệt độ bốc hơi và nhiệt lượng đun nóng dầu trong lò Thiết bị đơn giản gọngàng, nhưng lại có nhược điểm: đối với dầu chứa nhiều khí hoà tan cũng như chứanhiều phân đoạn nhẹ, nhiều tạp chất lưu huỳnh thì gặp nhiều khó khăn trong quátrình chưng cất, do áp suất trong các thiết bị trong sơ đồ đều lớn, nên thiết bị phải có

độ bền lớn làm bằng vật liệu đắt tiền, đôi khi còn có hiện tượng nổ, hỏng thiết bị do

áp suất trong tháp tăng đột ngột (không quá 8  10%)

Loại này có 2 sơ đồ: sơ đồ 1, sơ đồ 2

Phân đoạn 2 Phân đoạn 3 Phân đoạn 1 Xăng

Dầu thô

Mazut

Phân đoạn 2 Phân đoạn 1

Xăng

Dầu nóng

Xăng nhẹ

Hình 4 Sơ đồ bốc hơi 2 lần và tinh luyện 2 lần trong 2 tháp

Do vậy trong tháp chưng thứ hai không cần dùng vật liệu đắt tiền, có thể sửdụng thép thường

Phân đoạn 2 Phân đoạn 1

Xăng

Dầu nóng

Mazut Phân đoạn 3

Những hydrocacbon nhẹ được loại ra ở tháp thứ nhất cho phép đun dầu làmviệc với hệ số trao đổi nhiệt lớn, giảm đáng kể công suất cần thiết của lò đun dầuchính Nhờ loại này loại bỏ được nước ngay ở tháp thứ nhất nên tháp chính thứ hailàm việc hoàn toàn an toàn.

 Nhược điểm của sơ đồ này là phải đun nóng dầu trong lò với nhiệt độ caohơn 5  100C so với sơ đồ trên Có thể hạn chế hay khắc phục hiện tượng này bằngcách cho hơi nước vào những ống cuối cùng của lò để giảm áp suất riêng phần củacác hydrocacbon

Sơ đồ 2 (hình 6) là hệ thống bốc hơi hai lần và tinh luyện một lần trong thápchưng luyện Sơ đồ loại này dùng phổ biến, ở sơ đồ này có sự tinh luyện phần nhẹ

và phần nặng xảy ra đồng thời trong cùng mọt tháp chính thứ hai Như vậy có phầnnào giảm bớt nhiệt độ đun nóng dầu trong lò

*Chưng cất phức tạp:

Để nâng cao khả năng phân chia một hỗn hợp chất lỏng phải tiến hành chưngcất có hồi lưu hay chưng cất có tinh luyện - đó là chưng cất phức tạp

- Chưng cất có hồi lưu

Chưng cất có hồi lưu là quá trình chưng khi lấy một phần chất lỏng ngưng tụ

từ hơi tách ra cho quay laị tưới vào dòng hơi bay lên Nhờ có sự tiếp xúc đồng đều

và thêm một lần nữa giữa pha lỏng và pha hơi mà pha hơi khi tách ra khỏi hệ thốnglại được làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn) so với khi không cóhồi lưu Nhờ vậy mà có độ phân chia cao hơn Việc hồi lưu lại chất lỏng đượckhống chế bằng bộ phận đặc biệt và bố trí phía trên thiết bị chưng cất

Nguyên liệu (I) qua thiết bị đun nóng (2) rồi đưa vào tháp chưng (1) phần hơi

để lên đỉnh tháp sau đó qua thiết bị làm lạnh và thu được sản phẩm (II) Phần đáyđược tháo ra là cặn (III) một phần được gia nhiệt hồi lưu trở lại tháp đáy thực hiệntiếp qúa trình chưng cất thu được sản phẩm

5.3 Dây chuyền công nghệ

3500C không lớn hơn 45% thì thuận tiện nhất và cũng phù hợp hơn cả là nên chọn

sơ đồ chưng cất AD với bay hơi một lần và một tháp chưng cất

Với dầu mỏ chứa nhiều phần nhẹ, tiềm lượng sản phẩm trắng cao (50  65%),chứa nhiều khí hoà tan > 12%, chứa nhiều phân đoạn nặng (20  65%) thì nên chọn

sơ đồ chưng cất AD với bay hơi hai lần Lần 1 bay hơi sơ bộ nhẹ và tinh cất chúng

ở tháp sơ bộ Lần 2 là tinh cất phần dầu còn lại Như vậy ở tháp chưng sơ bộ ta táchđược phần khí hoà tan và phân xăng có nhiệt độ sôi thấp ra khỏi dầu Để ngưng tụhoàn toàn bay hơi lên người ta tiến hành chưng cất ở áp suất cao hơn khoảng P =

Hình 6: Sơ đồ chưng cất có hồi lưu

0,35 1 MPa Nhờ áp dụng chưng hai lần mà ta có thể giảm được áp suất trongtháp thứ hai đến áp suất P = 0,14  0,16 MPa và nhận được từ dầu thô lượng sảnphẩm trắng nhiều hơn.

b Chọn sơ đồ công nghệ

Ta chọn sơ đồ công nghệ chưng cất AD với bay hơi hai lần

Ưu điểm của loại sơ đồ này có hai cột chính là cột cất sơ bộ và cột cất phânđoạn Các hydrocacbon nhẹ được tách ra ở cột cất sơ bộ nên cho phép đun dầu với

hệ số trao đổi nhiệt lớn, giảm đáng kể công suất cần thiết của lò đun dầu chính.Nước được loại bỏ trước khi đi vào cột cất phân đoạn nên tháp chính thứ hai làmviệc hoàn toàn an toàn Mặt khác những hợp chất lưu huỳnh gây ăn mòn thiết bị đãđược tách ra ở đỉnh tháp sơ bộ nên trong tháp chưng thứ hai không dùng vật liệu đắttiền, có thể dùng bằng thép thường Ngoài ra nó còn có ưu điểm riêng biệt có thểdùng cho một số mục đích đặc biệt Bên cạnh đó nó cũng có nhược điểm là phânđoạn nặng, phân đoạn nhẹ bốc hơi riêng rẽ nên phải đun nóng dầu trong lò với nhiệt

độ cao hơn khi dùng loại sơ đồ mà các phân đoạn cùng bốc hơi đồng thời Có thểkhắc phục bằng cách dùng hơi nước cho vào các ống cuối cùng của lò đốt

Việc chưng cất dầu bằng áp suất thường ta có hai loại hình chưng cất Màchưng cất dầu muốn nhận được nhiều phần nhẹ ta chọn sơ đồ chưng cất loại haitháp

Sơ đồ chưng cất ở áp suất thường loại hai tháp dây chuyền công nghệ baogồm:

Thiết bị khử muối và nước

Thiết bị trao đổi nhiệt

c Thuyết minh sơ đồ chưng cất dầu bằng phương pháp loại hai tháp

Dầu thô được bơm (1) qua thiết bị tách sơ bộ (2) để tách tạp chất, sau đó đượcbơm chuyển qua các thiết bị trao đổi nhiệt (4) rồi vào thiết bị khử nước và muối (3)

Sau khi tách nước và muối, dầu thô lại chuyển qua các thiết bị trao đổi nhiệt(4) để nâng nhiệt độ đến 200  2200C rồi được nạp vào tháp chưng luyện (7), nhiệt

độ đỉnh tháp là 800C và nhiệt độ đáy tháp là từ 200  2200C, áp suất từ 3  5 at.Với chế độ công nghệ như vậy ở tháp chưng này chỉ nhằm tách phần khí hoàtan và một phần xăng nhẹ khỏi dầu thô, phần còn lại gọi là (sản phẩm đáy) đượcđưa qua lò đốt (8) nâng nhiệt độ lên 320  3600C rồi được nạp vào tháp chưng cấtchính (9)

Ở tháp chưng cất chính này, trên đỉnh tháp chưng một phần cấu tử nhẹ bay lênqua thiết bị làm lạnh ngưng tụ (13) rồi vào bể chứa (14) ở đây một phần khí bay lên

là khí C1, C2, một phần quay lại hồi lưu đỉnh tháp, phần còn lại được trộn với khí vàxăng tách ra ở tháp chưng (7) rồi đi vào tháp khử butan (11), nhờ tháp khử butan(11) chúng ta phân chia được sản phẩm lỏng LPG và xăng nhẹ

Bên cạnh tháp chưng cất chính nhờ thiết bị tái bay hơi (10) Dưới tháp bay hơingười ta cho hơi nước đi vào để trộn lẫn với cấu tử nhẹ trong tháp rồi lưu lại tháp (9),phần đáy tháp (10) tháo ra gọi là các phân đoạn như xăng nặng , kerosen, gazoil nhẹ,gazoil nặng Sản phẩm đáy của tháp chưng cất chính được tháo ra, vì sản phẩm đáy củatháp nhiệt độ còn cao cho nên phải qua các thiết bị làm lạnh để giảm nhiệt độ xuốngtrước khi cho cặn vào bể chứa

d Ưu điểm của sơ đồ chưng cất 2 tháp

Ưu điểm: Khí được tách riêng ở phần tháp sơ bộ, không sợ ăn mòn ở thápchưng thứ hai và kinh tế hơn

Dùng ít thép để tháp chưng cất chính đạt hiệu quả cao

Nhược điểm: Nhiệt độ nóng hơn so với một tháp từ 10  150C

Để khắc phục nhược điểm trên, các nhà công nghệ khắc phục bằng cách phunhơi nước vào ống xoắn ở cuối lò tránh hiện tượng phân huỷ

5.4 Thiết bị chính trong dây chuyền.

Thiết bị góp phần quan trọng nhất trong dây chuyền công nghệ chưng cất dầu

mỏ thô bằng áp suất thường là:

a.Lò đốt

Lò đốt là nguồn cung cấp nhiệt quan trọng trong dây chuyền chưng cất dầuthô Quá trình chưng cất là quá trình dựa vào nhiệt độ bay hơi giữa các cấu tử trong

hỗn hợp nguyên liệu Nhiệt độ là yếu tố chính điều khiển quá trình, yêu cầu đối vớithiết bị cấp nhiệt là phải đảm bảo hệ số cấp nhiệt cao và cung cấp nhiệt đồng đều.Phổ biến nhất là dạng lò đốt có vỏ bọc với vật liệu cách nhiệt.

Trong công nghiệp lọc hóa dầu lò đốt được sử dụng rất phổ biến

Trong dây chuyền công nghệ này ta chọn thiết bị đun nóng bằng lò ống với vỏbọc bằng vật liệu cách nhiệt

b Tháp chưng cất

Để có hiệu quả phân tách tốt, quá trình tiếp xúc pha trong tháp tinh luyện phảixảy ra đồng đều, triệt để Do vậy, người ta phải trang bị các cơ cấu bên trong thápnhằm đạt mục đích này Trong tháp chưng gồm 2 phần: phần phía trên đĩa nạp liệucủa tháp thực hiện quá trình làm tăng nồng độ của câu từ nhẹ trong pha hơi nênđược gọi là phần tinh luyện Còn phần phía dưới đĩa nạp liệu của tháp thực hiện quátrình làm tăng nồng độ cấu tử nặng trong pha lỏng nên gọi là phần chưng Do vậyphần đáy tháp phải cung cấp thêm nhiệt hay phải đưa thêm tác nhân bay hơi vào.Mức độ phân tách tốt hay không phụ thuộc vào số đĩa được bố trí trong tháp vàlượng hồi lưu Nếu số địa lý thuyết quá ít thì tách không triệt để, nhưng nếu số đĩaquá nhiều thì dẫn đến chiều cao của tháp quá lớn, gây khó khăn cho chế tạo và lắpđặt, tăng vốn đầu tư, trong khi chỉ cần đặt đủ độ phân tách để nhận các phân đoạndầu

1 Nguyên liệu vào tháp 5 Thân tháp chưng cất

2 Bể chứa 6 Các đĩa

3 Hồi lưu vào tháp 7 Thiết bị đun sôi

4 Thiết bị ngưng tụ và làm lạnh 8 Bể chứa cặn

9 Bể chứa sản phẩm đỉnh

Hình 7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chưng cất.

c Các loại tháp chưng luyện