thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô có nhiều cấu tử nhẹ năng suất 4.600.000 tấn-năm

Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh là nhờ các đặc tính quý riêng của nguyên liệu dầu mỏ và nguyên liệu từ than hoặc các khoáng chất khác không thể có,đó là giá thành thấp, thuận ti

Bộ giáo dục và đào tạo cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam

Trường đại học bách khoa hà nội Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

***** -o O

o -nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp Họ và tên: Hoàng Danh Kiên Khoá học: Hoá dầu 2 Khoa: Công nghệ hoá học Nghành học : Công nghệ hữu cơ - Hoá dầu 1.Đầu đề thiết kế:

Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô có nhiều cấu tử nhẹ

Năng suất 4.600.000 tấn/năm 2.Các số liệu ban đầu ………

………

………

………

………

………

………

………

3 Nội dung phần thuyết minh và tính toán:

- Tổng quan lý thuyết dầu mỏ

-Công nghệ của quá trình chưng cất

-Tính toán công nghệ

-Xây dùng

-Tính toán kinh tế

4 Các bản vẽ(Ghi rõ các loại bản vẽ và kích thước các bản vẽ)

- Dây chuyền sản xuấ t - khổ A0

- Thiết bị chính - khổ A1

- Xây dùng - khổ A0

5 Cán bộ hướng dẫn :

Phần công nghệ:

Phần Xây dùng:

6 Ngày giao nhiệm vụ:

7 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Ngày tháng năm

(ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên)

Kết quả điểm đánh giá Học sinh hoàn thành

- Quá trình thiết kế: (và nộp toàn bộ thiết kế co khoa)

- Điểm duyệt :

- Bản vẽ thiết kế: :

Ngày tháng năm 2004 Ngày tháng năm2004

(ký và ghi rõ họ tên)

1 Phân loại dầu mỏ

2 Phân loại dầu mỏ theo họ hydrocacbon

3 Thành phần hoá học

II Sản phẩm của khí chưng cất

1 Phân loại khí hydrocacbon

2 Phân loại xăng

3 Phân loại kerosene

4 Phân loại diezen

5 Phân loại mazut

6 Phân loại dầu nhờn

7 Phân đoạn Gudron

III Xử lý dầu thô trước khi chưng cất

1 Tách tạp chất cơ học

IVCác phương pháp chưng cất

1.Chưng đơn giản

2.Chưng Phức tạp

V Các yếu tố ảnh hưởng

1.Chế độ nhiệt của tháp chưng luyện

2 Yếu tố áp suất của tháp chưng luyện

3 Điều khiển khống chế chế độ làm việc của tháp chưng cất

4 Các loại tháp chưng cất

Phần II

Công nghệ của quá trình

I Phân loại sơ đồ công nghệ

II Dây chuyền công nghệ

1.Chọn chế độ công nghệ và sơ đồ công nghệ

2.Chọn sơ đồ công nghệ

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

4 Ưu điểm của sơ đồ chưng cất 2 tháp

III Thiết bị chính trong dây chuyền

I.1 Tại tháp tách sơ đồ

I.2 Tại tháp tách phân đoạn

II Thiết Lập đường cân bằng (VE) cho các sản phẩm

II.1 Đường cân bằng (VE) của sản phẩm xăng

II.2 Đường cân bằng (VE) của sản phẩm kerosenIII Xác định các đại lượng trung bình của sản phẩm

III.1 Tỷ trọng trung bình

III.2 Xác định nhiệt độ sôi trung bình

III.3 Tính phân tử lượng trung bình của các sản phẩm

IV Tính tiêu hao hơi nước

IV.1 Tính tiêu hao hơI cho các phân đoạn

IV.2 Tính tiêu hao nước cho các tháp tách

I Xác định địa điểm xây dựng nhà máy

II Các yêu cầu về vệ sinh công nghiệp

III Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy

Phần VI

An toàn

I Khi thiết kế mặt bằng xí nghiệp

II Kỹ thuật an toàn khi thiết kế sử dụng máy móc, thiết bịIII An toàn điện

IV An toàn trong xây dựng

V Biện pháp phòng chống cháy nổ trong nhà máy

Kết luận TàI liệu tham khảo

Lời cảm ơn

Em xin chân thành cảm ơn ts.Nguyễn Hữu Trịnh người đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em về mặt kiến thức khoa học, với sự ân cần chỉ bảo của thầy đã giúp đỡ em hiểu được những vấn đề cần thiết và hoàn thành bản đồ

án này đúng thời gian qui định

Tuy nhiên với khối lượng công việc hoàn thành trong thời gian có hạnnên em không thể tránh khỏi nhwngx sai sót và vướng mắc nhất định Vậy em kính mong thầy giáo, cô giáo chỉ bảo cho em

Một lần nữa cho em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ác thầy giáo cô giáo trong Bộ môn Công Nghệ Hữu Cơ - Hoá dầu đã tạo điều kiện giúp đỡ

em trong thời gian vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn!

Hoàng Danh Kiên

Mở đầu

Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỉ 18, dầu mỏ được sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng Sang thế kỉ 19, dầu mỏ được coi nh là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho nền kinh tế quốc dân

Hiện nay, đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới Khoảng 65 - 70% năng lượng được sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ có 20 - 22% năng lượng đi từ than, 5 - 6% năng lượng đi từ nước và 8 - 12% từ năng lượng hạt nhân

Bên cạnh đó hướng sử dụng mạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ

là làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu nh:sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón, thậm chí cả prôtêin

Ngoài các sản phẩm nhiên liệuvà sản phẩm hoá học của dầu mỏ, các sản phẩm phi nhiên liệu nh dầu mỡ bôi trơn, nhựa đường, hắc Ýn… cũng là một phần quan trọng trong sự phát triển của công nghiệp Nếu không có dầu

mỡ bôi trơn thì không thể có công nghiệp động cơ, máy móc, là nền tảng của kinh tế xã hội

Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh là nhờ các đặc tính quý riêng của nguyên liệu dầu mỏ và nguyên liệu từ than hoặc các khoáng chất khác không thể có,đó là giá thành thấp, thuận tiện cho quá trình tự động hoá, dễ khống chế các điều kiện công nghệ và có công suất chế biến lớn, sản phẩm thu được có chất lượng cao, Ýt tạp chất và dễ tinh chế, dễ tạo ra nhiều chủng loại sản phẩm đáp ứng mọi nhu cầu của các nghành kinh tế quốc dân

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí, trên thế giới, dầu khí Việt Nam cũng đã được phát triển từ những năm 1970 và đang trên

đà phát triển Chóng ta đã tìm ra nhiều mỏ chứa dầu trữ lượng tương đói lớn

nh mỏ Bạch Hổ,Đại Hùng, mỏ Rồng vùng Nam Côn Sơn;

Các mỏ khí nh Tiền Hải(Thái Bình), Lan Tây, Lan Đỏ….Đây là

nguồn tàI nguyên quí để giúp nước ta có thể bước vào kỷ nguyên mới của công nghệ dầu khí Nhà máy lọc đầ số 1 Dung Quất với công suất 6,5 triệu tấn /năm sắp hoàn thành dể hoạt động và đang tiến hành phê chuẩn nhà máy lọc dầu số 2 Nh vậy nghành công nghiệp chế biến dầu khí ở nước ta đang bước vào thời kỳ mới, thời kỳ mà cả nước ta đang thực hiện mục tieu công nghiệp hoá và hiện đại hoá Chắc chắn ự đóng góp của nghành dầu khí sẽ rất

có ý nghĩa, không những chỉ bằng các chỉ tiêu kinh tế cụ thể mà nghành kinh

tế mũi nhọn này còn là nguồn đoọng viêntinh thần của toàn Đảng ,toàn dân ta

và nhất là các thành viên đang hoạt động trong nghành dầu khíhăng hái lao động sáng tạo, góp phần xây dựng đÊt nước

Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng của quá trình chế biến Theo các chuyên gia vÒ hoá dầu ở Châu Âu, Việc đưa dầu má qua các quá trình chế biến nâng cao được hiệu quả sử dụng của dầu mỏ lên 5 lần, và như vậy tiết kiệm được nguồn tài nguyên quí hiÕm này

Dầu mỏ là hỗn hợp phhức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ và các hợp chất khác nh co2, N2, H2S, He, Ar … Dầu mỏ muốn sử dụng được thì phảI tiến hành phân chia thành từng phân đoạn nhỏ.Sự phân chia đó dựa vào phương pháp chưng cất ở các khoảng nhiệt độ khác nhau Quá trình chưng cất dầu là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các thành phần gọi là các phân đoạn Quá trình này được thực hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm để tách các cấu tử có trong dầu thô theo từng khoảng nhiệt độ sôi khác nhau mà không làm phân huỷ chúng Tùy theo biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia quá trình chưng cất thành chưng cất đơn giản ,chưng cất phức tạp ,chưng cất nhờ cấu tử bay hơi hay chưng cất trong chân không.Trong các nhà máy lọc dầu ,phân xưởng chưng cất dầu thô cho phép ta thu được các phân đoạn dầu mỏ đÓ chế biến tiếp theo

Trong đồ án này sẽ tiến hành đề cập tới các vấn đề lý thuyết có liên

quan.Trên cơ sở đó thiết kế dây chuyền chưng cất dầu thô nhiều phần nhẹ Đồng thời xem xét thiết kế mặt bằng phân xưởng và vấn đề an toàn lao động

Thành phần hoá học của dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp, gồm rất nhiều hydrocacbon Các hydrocacbon thường thuộc vào 3 họ: họ parafinic, họ naphtenic, họ aromatic hay còn gọi là hydrocacbon thơm.

Với mức độ phức tạp khác nhau, trong cấu trúc dầu mỏ đồng thời cũng

có nặt hydrocacbon loại cấu trúc hỗn hợp cả 3 loại trên Trong dầu mỏ

nguyên khai không có họ olephinic và sự phân bố của các hydrocacbon kể trên trong dầu mỏ quyết định công nghệ chế biến, hiệu suất và chất lượng sản phẩm

1 Phân loại dầu mỏ

Nh ta đã biết các loại dầu mỏ trên thế giới đều khác nhau về thành phần hoá học và đặc tính Do đó để phân loại chúng thành từng nhóm có tính chất giống nhau rất khó Trong dầu mỏ thành phần chủ yếu và quan trọng nhất quyết định các đặc tính cơ bản của dầu mỏ chính là thành phần các hợp chất hydrocacbon chứa trong nã Cho nên dầu mỏ thông thường được chia thành nhiều loại Tuy nhiên bên cạnh hydrocacbon còn có những thành phần không phải là hydrocacbon, tuy Ýt nhưng chúng không kém phần quan trọng Do đó chưa có một sự phân loại bao trùm các tính chất khác nhau và vì vậy cho đến nay cũng chưa có cách phân loại nào được hoàn hảo

2 Phân loại dầu mỏ theo họ hydrocacbon

Phân loại dầu mỏ theo họ hydrocacbon là phương pháp phân loại

thông dụng nhất Theo cách phân loại này dầu mỏ nói chung sẽ mang đặc tính của loại hydrocacbon nào chiếm ưu thế trong đó nhất Như vậy trong dầu

mỏ có 3 loại hydrocacbon chính: paraffin, naphaten và hydrocacbon thơm, có nghĩa là sẽ có 3 loại dầu mỏ tương ứng là dầu mỏ parafinic, dầu mỏ

naphtenic, dầu mỏ aromatic, nếu một trong từng loại trên lần lượt chiếm ưu thế về số lượng trong dầu mỏ

Dầu má parafinic sẽ mang tính chất hoá học và vật lý đặc trưng của các hydrocacbon họ parafinic, tương tự dầu mỏ naphtenic sẽ mang tính chất hoá học và vật lý đặc trưng của hydrocacbon họ naphtenic Dầu mỏ aromatic sẽ mang tính chất hoá học và vật lý đặc trưng của hydrocacbon họ thơm.

Tuy nhiên trong thành phần nặng trên 3500C các hydrocacbon thường không còn nằm ở dạng thuần chủng nữa mà bị hỗn hợp lẫn nhau,lai hoá lẫn nhau Do đó để phân loại thường phải xét sự phân bố từng họ hydrocacbon chỉ trong các phân đoạn chưng cất Trong thực tế những họ dầu thuần chủng rất Ýt gặp đặc biệt là họ dầu aromatic hầu nh trên thế giới không có Vì vậy những trường hợp mà hydrocacbon trong đó chiếm tỷ lệ không chênh lệch nhau nhiều, dầu mỏ sẽ mang đặc tính hỗn hợp trung gian giữa những loại hydrocacbon đó

Nh vậy 3 họ dầu chính sẽ gặp những họ dầu trung gian giữa parafinic - naphtenic - aromatic

Bằng cách nh vậy rõ ràng dầu mỏ có thể phân thành các họ sau:

Có 3 họ chính

+ Họ parafinic+ Họ naphtenic+ Họ aromatic

Có 6 họ dầu trung gian:

Họ parafino – aromano – naphtenic

Họ aromato – parafino – naphtenic

Họ naphteno – parafino – aromatic

Họ parafino – naphteno – aromatic

Họ naphteno – aromato – parafinic

Họ aromato – naphteno – parafinic

Trong thực tế, dầu họ aromatic, dầu họ aromato – parafinic, parafino – aromatic hầu nh không có, còn những họ dầu hỗn hợp chiếm tỉ lệ cũng rất Ýt Chủ yếu là các họ dầu trung gian

Để có thể phân loại dầu mỏ theo họ hydrocacbon nh trên có thể sử dụng phương pháp phân tích xác định thành phần hoá học nhằm khảo sát sự phân bố hydrocacbon các loại khác nhau trong dầu mỏ.

Tuy nhiên, cách làm nh vậy rất phức tạp Ngày nay để đơn giản hoá việc phân loại , thường sử dụng các thông số vật lý nh tỷ trọng, nhiệt độ sôi v.v…

*Phân loại dầu mỏ theo hydrocacbon bằng cách đo tỷ trọng của 2 phân đoạn dầu mỏ tách ra trong giới hạn sau:

- Phân đoạn 1: Bằng cách chưng cất dầu mỏ áp suất thường lấy ra phân đoạn có giới hạn nhiệt độ sôi từ 250-2700C

- Phân đoạn 2: Bằng cách chưng cất phần còn lại trong chân không(ở

40 mmHg) lấy ra phân đoạn sôi ở 275-3000C ở áp suất chân không (tương ứng 390 - 4150C ở áp suất thường)

Căn cứ vào tỷ trọng ta đo được 2 phân đoạn và đối chiếu vào giới hạn qui định cho từng loại dầu trong bảng dưới đây mà xếp dầu thuộc họ nào

Họ parafino - trung gian

Họ trung gian - parafinic

≥0,8602

≥0,8602

≤0,87620,8767 ữ 0,334

< 0,8762

< 0,8767 ữ 0.9334

≥ 0.93400.8767 ữ 0.9334

≥ 0.9304

dưới dạng hoà tan trong dầu mỏ trước khi đưa vào các thiết bị chế biến dầu đều phảI qua giai đoạn loại bỏ các khí này trong các thiết bị đặc biệt: Các thiết bị ổn định thành phần phân đoạn dầu mỏ Những hydrocacbon họ

parafinic từ C5 - C16 đều là những hydrocacbon ở dạng lỏng chúng nằm trong các phân đoạn xăng, phân đoạn kerosene, phân đoạn gazoil của dầu mỏ

Về cấu trúc chúng có nhiều dạng đồng phân với mức độ phân nhánh khác nhau Trong dầu mỏ có 2 loại paraffin: n-parafin và izo-parafin Trong

đó n-parafin chiếm đa số (25 - 30% thể tích), chúng có số nguyêntử cacbon

từ C1 - C45 Một điểm cần chú ý là các n-parafin có số cacbon ≥ 18, ở nhiệt

độ thường chúng đã là chất rắn Chúng có thể hoà tan trong dầu hoặc tạo thành các tinh thể lơ lửng trong dầu Nếu hàm lượng của cac paraffin rắn này cao, dầu có thể đông đặc lại gây khó khăn cho vấn đề vận chuyển Do vậy, các chất paraffin rắn có liên quan đến độ linh động của dầu mỏ Hàm lượng của chúng càng cao, nhiệt độ đông đặc của dầu càng lớn Tuy nhiên các

parafin rắn tách từ dầu thô lại là nguyên liệu quý để tổng hợp hoá học, nh để điều chế : Chất tẩy rửa tổng hợp, tơ sợi, phân bón, chất dẻo …

Các izo-parafin thường chỉ nằm ở phần nhẹ và phần có nhiệt độ sôI trung bình của dầu Chúng thường có cấu trúc đơn giản: mạch chính dài, nhánh phụ Ýt và ngắn, nhánh phụ thường là nhánh metyl Các izo-parafin có

số các bon từ C5 - C10 là các cấu tử rất quí trong phần nhẹ của dầu mỏ, chúng làm tăng khẳnng chống kích nổ của xăng So với n-parafin thì izo-parafin có

độ linh động cao hơn

Thành phần và cấu trúc của cac hydrocacbon họ parafinic này trong các phân đoạn của dầu mỏ quyết định rất nhiều đến hiệu suất và chất lượng của các sản phẩm thu được Những hydrocacbon họ parafinic từ C17 trở lên

có cấu trcs thẳng n-parafin, trong dầu mỏ là những hydrocacbon rắn, chúng thường nằm dưới dạng các tinh thể lẫn lộn với các hợp chất khác trong dầu

mỏ Các parafin này có cấu trúc tinh thể dạng tấm hoặc dạng dài có nhiệt độ nóng chảy từ 40 - 470C chúng thường có trong các phân đoạn dầu nhờn Sự

có mặt của các hydrocacbon parafinic loại này trong dầu mỏ tuỳ theo mức độ nhiều Ýt mà sẽ có ảnh hưởng lớn nhỏ đến tính chất lưu biến của dầu mỏ nguyên khai

Các hydrocacbon parafinic trong dầu mỏ (dạng khí và lỏng) còn là một nguyên liệu ban đầu rất quí để tổng hợp hoá học, vì vậy thường sử dụng hoặc

cả phân đoạn (phân đoạn khí và xăng hay còn gọi là naphten) hoặc tách ra khỏi phân đoạn dưới dạng các hydrocacbon riêng lẻ bằng cách chưng cất, hấp thụ qua dãy phân tử, kết tinh ở nhiệt độ thấp Những parafin rắn thường được tách ra sử dụng trong công nghiệp sản xuất giấy, nến, giấy cách điện

b) Hydrocacbon họ naphtenic

Hydrocacbon họ naphtenic trong dầu mỏ la những hydrocacbon vòng no (xyclo parafin), thường ở dạng vòng 5,6 cạnh có thể ở dạng ngưng tụ 2 - 3 vòng, với số vòng từ 1 - 4 là chủ yếu Naphtenic là một trong sè hydrocacbon phổ biến và quan trọng trong dầu mỏ Hàm lượng của chúng có thể thay đổi

từ 30 - 60% trọng lượng

Hydrocacbon naphtenic là cac thành phần rất quan trọng của nhiên liệu

mô tơ và dầu nhờn Các naphtenic một vòng làm cho xăng có chất lượng cao, những hydrocacbon naphtenic một vòng có mạch nhánh dài là thành phần rất tốt của dầu nhờn vì chúng có độ nhớt cao và độ nhớt Ýt thay đổi theo nhiệt

độ Đặc biệt , chúng là các cấu tử rất quí cho nhiên liệu phản lực, vì chúng cho nhiệt cháy rất cao, đồng thời giữ được tính linh động ở nhiệt độ thấp, điều này rất phù hợp khi động cơ phảI làm việc ở nhiệt độ âm ngoài ra,

những naphtenic nằm trong dầu mỏ là nguyên liệu quí để từ đó điều chế được các hydrocacbon thơm: benzene, toluene, xylem (BTX), là các chất khởi đầu

để điều chế tơ sợi tổng hợp và chất dẻo

Hydrocacbon họ naphenic là một thành phần quan trọng có hàm lượng cấu trúc, cấu trúc và sự phân bố của chúng trong các phân đoạn có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm thu được

Mặt khác trong quá trình chế biến dầu mỏ để sản xuất nguyên liệu cơ

sở cho tổng hợp hoá dầu thì các hydrocacbon naphtenic trong các phân đoạn nhẹ (phân đoạn xăng) có ý nghĩ quan trọng, quyết định hiệu suất các hydr naphten tạo thơm nhận được qua phản ứng khử hydro naphten tạo thơm của quá triính reforming xúc tác

c) Các hydrocacon họ aromatic (hydrocacbon thơm)

Hydrocacbon họ aromatic trong dầu mỏ thường chiếm tỷ lệ Ýt hơn hai loại trên khoảng 5 - 30%, chúng thường là hững loại vòng thơm ảnh hưởng của hydrocacbon loại này trong thành phần các sản phẩm dầu mỏ thay đổi khác nhau Loại hydrocacbon aromatic thường gặp là loại một vòng và đồng đẳng của chúng (BTX) Các chất này thường nằm trong phần nhẹ và là cấu tử làm tăbg khẳ năng chống kích nổ của xăng Các chất ngưng tụ 2,3 hoặc 4 vòng thơm có mặt trong phần có nhiệt độ sôi trung bình à cao của dầu mỏ; hàm lượng các chất này thường Ýt hơn

Trong thành phần cặn các loại dầu mỏ đều tập trung các hydrocacbon loại thơm ngưng tụ cao song ở đây cấu trúc đã bị lai hợp với các mức độ khác nhau giữa 3 loại: thơm – naphten – parafin

Ngoài thành phần các hydrocacbon kể trên trong dầu mỏ bao giờ cũng chứa các hợp chất khác không phải hydrocacbon, ngoài hydro và cacbon

trong phân tử của chúng có chứa các nguyên tố O, N ,S và các kim loại Đó

là các hợp chất phi hydrocacbon trong đó đáng kể nhất là các hợp chưa S và nhựa asphanten

d) Các hợp chất chứa lưu huỳnh

Các hợp chất chứa lưu huỳnh của dầu mỏ có thể ở dạng khí hoà tan trong dầu (H2S) hoặc ở dạng lỏng phân bố hầu hết trong các phân đoạn dầu mỏ Phân đoạn càng nặng các hợp chất chứa lưu huỳnh càng nhiều so với các phân đoạn nhẹ Các chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh là loại hợp chất phổ biến nhất, làm xấu đi chất lượng của dầu thô

ảnh hưởng của các hợp chất chứa lưu huỳnh chủ yếu gây ăn mòn thiết

bị công nghệ khi chế biến, ăn mòn độngncơ khi sử dụng, các sản phẩm chứa nhiếu lưu huỳnh gây ô nhiễm môi trường Vì vậy dầu mỏ chứa nhiều các hợp chất chứa lưu huỳnh phải sử dụng nhiều quá trình công nghệ phụ thêm để làm sạch các sản phẩm cũng như sử dụng các thiết bị công nghệ với các vật liệu chịu ăn mòn ( tháp chưng sở khởi) do đó giá thành hạ các sản phẩm khi chế biến dầu mỏ nhiều S, rất nhiều sản phẩm cũng không đạt chất lượng mong muốn

c) Các hợp chất nhựa – asphanten

Các hợp chất nhựa – asphenten thường nằm trong phần cặn của dầu

mỏ ở nhiệt đọ sôI 3500C Đó là những hợp chất hữu cơ có trọng lượng phân

tử lớn, trong cấu trúc có cả vòng thơm, vòng asphenten, các mạch thẳng đính xung quanh đồng thời còn chứa các nguyên tố C, H, O, S, N dưới dạng dị vòng hay cầu nối Hàm lượng và thành phần hoá học các chất này trong dầu

mỏ quyết định đến việc chọn lựa các phương pháp, đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm

Ngoài ra trong nhóm chất phi hydrocacbon của dầu mỏ cần phảI kể đến các hợp chất chứa nitơ, oxy, các hợp chất cơ kim chứa kim loại nh Ni,

Fe, Cu…

Tất cả các hợp chất này đều gây cản trở cho việc chế biến dầu mỏ

II Sản phẩm của quá trình chưng cất

Khi tiến hành chưng cất sơ bộ dầu mỏ chúng ta nhận được nhiều phân đoạn dầu mỏ Chúng được phân biệt với nhau bởi giói hạn nhiệt độ sôi hay nhiệt độ chưng bởi thành phần hydrocacbon, độ nhớt, nhiệt độ chớp cháy,

nhiệt độ đông đặc và nhiều tính chất khác có liên quan đến việc sử dụng Tử chưng cất ta nhân được các sản phảm sau:

- Phân đoạn khí hydrocacbon

Phân đoạn xăng còn có thể chia thành 2 phân đoạn: Xăng nhẹ chứa các cấu

tử tf C5 - C8 có nhiệt độ sôi dưới 1100C Xăng nặng chứa các cấu tử từ C5 -

C10 với nhiệt độ sôi từ 110 - 1800C

- Phân đoạn kerosene có nhiệt độ sôi từ 180 - 2500C Bao gồm các cấu tử từ C11 - C15

- Phân đoạn gazoi nhẹ có khoảng nhiệt độ sôI 250 - 3500C bao gồm các cấu tử từ C10 - C20

- Phân đoạn gazoil nặng hay còn gọi là phân đoạn dầu nhờn bao gồm các cáu tử từ C21 - C35.

- Phân đoạn cặn goudron co nhiệt độ sôi > 5000C bao gồm các cấu tử từ C41 trở lên và có thể lên tới C50, C60

1 Phân đoạn khí hydrocacbon

Khí hydrocacbon chủ yếu là C3 - C4 tuỳ thuộc vào công nghệ chưng cất phân đoạn C3 - C4 nhận được là thể khí Phân đoạn này thường được làm nguyên liệu cho quá trình chia khí để nhận các khí riêng biệt cho công nghệ chế biến tiếp theo thành những hoá chất cơ bản hay được làm nguyên liệu dân dụng

2.Phân đoạn xăng

Phân đoạn xăng thường được sử dụng vào 3 mục đích chủ yếu

sau:

- Sản xuất nguyên liệu cho động cơ xăng

- Sản xuất nguyên liệu cho công nghiệp hoá dầu

- Sản xuất dung môi cho công nghiệp hoá học

Trong thành phần nguyên liệu xăng nói chung đều có nhiều hydrocacbon, parafin, và aromat chiếm Ýt hơn nghĩa là hàm lượng các cấu tử có trị số octan cao Vì vậy phân đoạn xăng lấy trực tiếp từ dầu mỏ thường không đáp ứng được yêu cầu về khẳ năng chống kích nổ khi ứng dụng làm nguyên liệu cho động cơ xăng, chúng có trị số octan thấp từ 30 - 60 trong khi yêu cầu trị

số octan cho động cơ xăng phải từ trên 70 Vì vậy để có thể sử dụng được phải áp dụng các biện pháp nâng cao khả năng chống kích nổ của xăng ( nâng cao trị số octan) lấy trực tiếp từ dầu mỏ

Phân đoạn xăng còn được sử dụng vào mục đích sản xuất nguyên liệu cho hoá dầu, chủ yếu dùng đÓ sản xuất các hydrocacbon thơm (BTX) và dùng để sản xuất các hydrocacbon olefin nhẹ (etylen, propylene, butadien).

3 Phân đoạn kerosen

Nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực được chế tạo từ phân đoạn kerosene hoặc từ hỗn hợp giửa phân đoạn kerosene với xăphan đoạn xăng

Do đặc điểm cơ bản nhất của nhiên liệu ding cho động cơ phản lực là làm sao có tốc độ cháy lớn, dễ dàng tự bốc cháy ở bất kỳ nhiệt đọ và áp suất nào, cháy điều hoà không bị tắt trong dòng không khí có tốc độ xoáy lớn nghĩa là quá trìh cháy phảI có ngọn lửa ổn định Để đáp ứng yêu cầu trên người ta they trong thành phần các hydrocacbon của phân đoạn kerosene thì các hydrocacbon naphten và parafin thích hợp với đặc điểm của quá trình cháy trong động cơ phản lực nhất Vì vậy phân đoạn kerosene và phân đoạn xăng của họ dầu mỏ naphteno – parafin hoặc parafino- naphten là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất nhiên liệu cho động cơ phản lực nêu hàm lượng lưu huỳnh hoạt động lớn, người ta phảI tiến hành làm sạch nhờ xử lý hydro

Phân đoạn kerosene của dầu mỏ họ parafinic được sử dụng để sản xuất dầu hoả dân dụng mà không đòi hỏi quá trình biến đổi thành phần bằng các phương pháp hoá học phức tạp vì nó đapớ ứng được yêu cầu

4.Phân đoạn diezen

Phân đoạn diezen là phân đoạn có nhiệt đọ sôI từ 240 - 3600C ding làm nguyên liệu diezen, khi nhận nguyên liệu này từ dầu mỏ có rất nhiều lưu huỳnh cho nên người ta phảI khử các hợp chất lưu huỳnh bằng hydro hoá làm sạch

Phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 200 - 3000C, cao nhất là 3400C Phân đoạn này

từ dầu mỏ chứa rất nhiều hydrocacbon parafin còn phảI tiến hành tách parafin n-Parafin tách được sẽ dùng để sản xuất parafin láng

n-3 Phân đoạn mazut

Đó phân đoạn cặn chưng cất khí quyển, phân đoạn này dùng làm nhiên liệu đốt lò cho các lò công nghiệp, lò phản ứng, Nó hay được sử dụng cho các quá trình chưng cất chân không để nhận các cấu tử dầu nhờn hay nhận nhiên liệu cho quá trình cracking xúc tác, cracking nhiệt và hydrocacking

4.Phân đoạn dầu nhờn

Phân đoạn này có nhiệt độ từ 350 - 5000C, 350 - 5400C được gọi là gazoil chân không Đó là nguyên liệu cho quá trinh cracking xúc tác hay hydrocracking Còn phân đoạn dầu nhờn có nhiệt độ sôi hẹp từ 320 - 4000C,

300 - 4200C, 400 - 4500C được làm nguyên liệu cho sản xuất dầu nhờn bôI trơn

5 Phân đoạn gudron

Là sản phẩm cặn của quá trình chưng cất được làm nguyên liệu cho quá trình cốc hoá để sản xuất cốc hoặc để chế tạo bitum các loại khác nhau hoặc để chế tạo thêm phần dầu nhờn nặng

* Trong các phân đoạn trên thì phân đoạn xăng, kerosene, diezen là

những phân đoạn quan trọng, chúng được gọi là các sản phẩm trắng, vì

chúng chưa bị nhuốm màu, Phân đoạn mazut, dầu nhờn, gudron người ta gọi là sản phẩm đen

Do vậy trong dầu mỏ loại nào có trữ lượng các sản phẩm trắng cao thì đó

là loại dầu rất tốt cho quá trình chế biến thu các sản phẩm về nhiên liệu Chính vì thế mà tiềm lượng sản phẩm trắng được xem là một trong những chỉ tiêu đánh giá chất lượng của ầu thô

III xử lý dầu thô trước khi chưng cất

Dầu thô trước khi 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

có các loại khí hoà tan nh khí đồng hành và các khí phi hydrucacbon Khi dầu phun ra khỏi các giếng khoan thì áp suất giảm, nhưng dù sao vẫn còn lại mọt lượng nhất định lẫn vào trong dầu và phảI tách tiếp trước khi chế bíên, mục đích là hạ thấp áp suất hơi khi chưng cất dầu thô và nhận thêm nguồn nguyên liệu cho chế biến dầu Vì trong các khí hydrocacbon nhẹ từ C1 - C4 là nguyên liệu quý cho quá trình nhận olefin Xử lý chế biến thực chất là chưng tách bớt phần nhẹ những 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 bay hơi, 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 những bước 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 chứ không có dạng nhũ tương Khi khai thác, bơm, phun dầu, các quá trình khuấy trộn thì nước cùng với các tạp chất tạo thành ở dạng nhũ tương

Nước nằm dưới dạng nhũ tương thì rất bèn vững và khó tách Có hai dạng nhũ tương:

+ Dạng nhũ tương nước trong dầu+ Dạng nhũ tương dầu trong nướcLượng nước ở trong dầu nhiều hay Ýt trong nhũ tương dầu ở mỏ khai thác bằng cách nhìn màu sắc, qua thực nghiệm người ta kiểm tra thấy nếu dầu chứa 10% nước thì 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 mà phảI khử chúng ra khỏi dầu Khử nước và muối ra khỏi dầu đến giới hạn cho phép, cần phải tiến hành 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

a) tách bằng phương pháp cơ học (lắng- lọc- ly tâm)

khi dầu và nước trong dầu chưa bị khuấy trộn mạnh và nước ở trong dầu ở dạng 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 Ýt

và nhũ tương chưa bền vững, nước ở dạng tự do còn tương đối lớn Dầu mỏ này người ta đem đi lắng, nhờ tỷ trọng nước lớn hơn dầu nước sẽ lắng sơ bộ

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

g: gia tốc trọng trường, cm/s2

η: độ nhớt động học của hỗn hợp

Từ công thức (1) ta thấy kích thước hạt của pha phân tán càng nhỏ và

tỷ trọng của nước và dầu khác nhau càng Ýt Độ nhớt của môi trường càng lớn thì sự phân lớp và lắng càng xảy ra chậm

Việc tách nước và tạp chất thực hiện ở nơI khai thác và gia nhiệt ở thiết

bị đốt nóng

ở các nhà máy chế biến dầu tách nước thường gia nhiệt để lắng, khống chế nhiệt độ từ 120 - 1600C và p = 8 - 15 at để cho nước không bay hơi Quá trình lắng thường xảy ra trong thời gian 2 - 3 giê

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

tác động 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

K = 260π 2

m: khối lượng hạt nước (g)r: bán kính quay (cm)n: số lượng vòng quay của máy ly tâm (vòng/phút)

Lực ly tâm và tốc độ tách nước thay đổi tỷ lệ thuận với bán kính quay

và tỷ lệ với bình phương số vong quay của roto Trong công nghiệp thường dùng máy ly tâm có vòng quay từ 3500 - 5000 vòng trong một phút Số vòng quay càng lớn thì khẳ năng chế tạo thiết bị càng khó khăn và không thể chế tạo thiết bị với công suất lớn

Nhùơc điểm của phương pháp này là công suất máy bé, khẳ năng phan chia không cao, vốn chi tiêu lớn vì vậy phương pháp này không phổ biến trong công nghệ tách nước và tạp chất

* Phương pháp lọc:

Là tách nước ra khỏi dầu sử dụng khi mà hỗn hợp nhũ tương dầu đã

bị phá vỡ nhưng nước vẫn ở dạng lơ lững trong dầu mà chưa được lắng

xuống đáy Dùng phương pháp này là nhờ lợi dụng tính chất thấm ướt chọn lọc của các chất lỏng khác nhau lên các chất lọc khác Phương pháp lọc đạt hiệu quả rất cao và đồng thời có thể tách cả nước lẫn muối

b) Tách nhũ tương nước trong dầu bằng phương pháp hoá học

Bản chất của phương pháp hoá học là cho thêm một hoá học hoạt động

bề mặt để phá nhũ tương

Khi các điều kiện thao tác như nhiệt độ, áp suất được chọn ở chế độ thích hợp thì hiệu quả của phương pháp cũng rất cao nhưng khó khăn nhất là

phảI chọn được chất bề mặt thớch hợp khụng gõy hậu quả khú khăn cho chế

biến sau này cũng như khụng phõn huỷ hay tạo mụI trường thiết bị

c) Tỏch bằng phương phỏp dựng điện trường.

LC

Máy biến áp

Dầu đã tách muối nuớc

Nuớc sạnh Dầu thô

Trao đổi nhiệt

nờn cỏc nhà mỏy chế biến dầu lớn đều sử dụng phương phỏp này

Vỡ bản thõn cỏc tạp chất đó là cỏc hạt dễ nhiễm điện tớch nếu ta ding

lực điện trường mạnh sẽ làm thay đổi điện tớch, tạo điều kiện cho cỏc hat

đụng tụ hay pứ triển làm cho kớch thước lớn lờn do vậy chỳng dễ tỏch ra khỏi dầu

Sự tương tỏc giữa điện trường và cỏc hạt làm cho cỏc hạt tớch điờn lắng xuống Nguyờn tắc này được ỏp dụng để tỏch muối ra khỏi dầu thụ Dầu thụ được đốt núng trong cỏc thiờt bị trao đổi nhiệt rồi trọn lại với mọt lượng

nước sạch để tạo thành nhũ tương chứa muối Lực hỳt giữa cỏc hạt tớch điện làm chỳng lơn lờn và ngưng tụ thành hạt cú kớch thước lớn, chỳng dễ tỏch

thành lớp nước nằm dưới dầu

Trờn thực tế người ta pha thờm nước vào dầu một lượng từ 3 - 8% so

với dầu thụ và cú pha thờm hoỏ chất rồi cho qua van tạo nhũ tương sau khi

qua thiết bị trao đổi nhiệt ở nhiệt độ từ 130 -1500C muối trong dầu thụ được chuyển vào nhũ tương Khi dẫn vào khoảng cỏch giữa hai điện cực cú hiệu

điện thế từ 20.000 vụn trở lờn chỳng tớch điện vào nhau và tăng dần kớch

thước cuối cựng tỏch thanh lơp nước nằm ở dưới dầu Trỏnh sự bay hơi dầu

do tiếp xỳc ở nhiệy độ cao, ỏp suất ở trong thiết bị tỏch muối được giữ ở ỏp suất 9 - 12 kG/cm2, bộ phận an toàn được bố trớ ngay trong thiết bị Khi tỏch

một bậc người ta có thể tách 90 - 95% muối, còn tách hai bậc hiệu suất tách muối lên tới 99%.

IV các phương pháp chưng cất

ý nghĩa của qúa trình chưng cất :trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô sau khi qua xử lý như: tách nước, muối và tạp chất cơ học được đưa vào chưng cất, quá trình chưng cất dầu ở áp suất khí quển AD và chưng cất chân không VD thuộc về các quá trình chế biến vật lý

Chưng cất ở á suất khí quyển AD với nguyên liệu là dầu thô đôi khi còn gọi là CDU Còn chưng cất VD dung nguyên liệu là cặn của quá trình chưng cất AD Trong thực tế đôI khi còn được gọi là cặn chưng cất Tuỳ theo bản chất nguyên liệu và mục 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 ding công nghệ AVD Khi áp dụng loại hình công nghệ AD chóng ta chỉ chưng cát dầu thô để nhậ các phân đoạn: xăng (naphta nhẹ, naphta nặng) , phân đoạn kerosen, phân đoạn diezen và phần cặn còn lại sau khi chưng cất

Nh vậy tuỳ thuộc vào thành phần dầu mỏ nguyên liệu và mục đích chế biến

mà người ta áp dụng một trong các loại hình công nghệ chưng cất (hình 1: a,

b, c, d)

- Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất

Qúa trình chưng cất dầu thô là một quá trình phân đoạn Quá trình này được thực hiện băng các biện pháp khác nhau nhằm tách các phần dầu theo nhiệt độ sôi của các cấu tử trong dầu mà không xảy ra sự phân huỷ Hơi nhẹ bay lên và ngưng tụ thành phần lỏng tuỳ theo biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia quá trình chưng cất thành chưng cất đơn giản, chưng cất phức tạp, chưng nhờ cấu tử bay hơi hay chưng trong chân không

1 Chưng đơn giản

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

mô tả trên hình 2 ( a, b, c)

a) Chưng cất bay hơi dần dần

Sơ đồ chưng cất bay hơI dần dần được trình bày trên hình 2a gồm: thiết bị đốt nóng lên tục, một hỗn hợp chất lỏng trong bình chưng 1 Từ nhiệt

độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối khi liên tục tách hơI sản phẩm và ngưng tụ hơI bay lên trong thiết bị ngưng tụ 3 và thu được sản phẩm lỏng trong bể chứa 4 Phương pháp này thường được áp dụng trong phòng thí nghiệm

b)Chưng cất bằng cách bay hơi một lần

Sơ đồ chưng cất bằng cách bay hơi một lần được trình bày trên hình 2b, phương pháp này còn gọi là phưng pháp bay hơi cân bằng phương pháp này người ta tiến hành ở nhiệt độ nhất định cho trước và áp suất cố định

- Ưu điểm của quá trình chưng cất cho phép áp dụng trong điều kiện thực tế chưng cất dầu, tuy với nhiệt độ chưng cất dưới hạn nhưng vẫn cho phép nhận được một 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 ở nhiệt độ tăng dân hay áp suất thấp hơn đối với phần cặn (hình 2c ) trình bày sơ đồ chưng cất lần 2 Phần cặn của chưng cất lần một là nguyên liệu cho chưng cất lần hai, sau khi được đốt nóng đến niệt độ cao hơn từ đỉnh của thiết bị chưng lần một ta nhận được sản phẩm đỉnh còn đáy chưng cất lần hai ta nhận được sản phẩm cặn

Phương pháp chưng cất dầu bằng bay hơi một lần và bay hơI nhiều lần

có ý nghĩa rất lớn trong thực tế công nghiệp chế biến dầu, ở đây các dây chuyền hoạt động liên tục Quá trình bay hơI một lần được áp dụng khi đốt nóng dầu trong các thiết bị trao đổi nhiệt, trong lò ống và quá trình tách rời pha hơi khái pha lỏng ở bộ phận cung cấp, phân phối của tháp tinh luyện

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

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 chất lỏng ngưng tụ từ hơi tách ra cho quay lại tưới vào dòng bay hơI lên nhờ có sự tiếp xúc đồng đều và thêm một lần nữa giữa pha lỏng và pha hơI mà pha hơI khi tách khỏi hệ thống lại được làm giàu thêm cấu tử nhẹ ( có nhiệt độ sôI thấp hơn) so với khi khong có hồi lưu, nhờ vậy có sự phân chia cao hơn Việc hồi lưu lại chất lỏng được khống chế bằng bộ phận phân chia đặc biệt và được bố trí phí trên bộ phận chưng

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 trinh tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả hai phía giữa pha lỏng và pha hơi chuyển động ngược chiều nhau Quá trình này được thực hiện bằng phương pháp tinh luyện Để đảm bảo cho sự tiếp xúc hoàn thiện hơn giữa pha hơi và pha láng trong tháp được trang bị các đĩa hay đệm Độ phân chia một hỗn hơp các cấu tử trong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các pha vào lượng hồi lưu ở mỗi đĩa và hồi leu ở đỉnh tháp

Công nghệ hiện đại chưng cất sơ khởi dầu thô dựa vào quá trình chưng cất một lần và nhiều lần có tinh luyện xảy ra trong tháp chưng cất phân loại trong tháp có bố trí đĩa

Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chưng cất

Pha hơi Vn bay lên từ đĩa n lên đĩa thứ n-1 được tiếp xúc với pha láng

Ln-1 chảy từ đĩa n-1 xuống, còn pha láng Ln từ đĩa n, chảy xuống đĩa phía dưới n+1 lại tiếp xúc với pha hơi Vn+1 bay từ dưới lên Nhờ quá trình tiếp xúc như vậy mà quá trinh trao dổi chất xảy ra tốt hơn Pha hơi bay lên ngày càng được làm giàu thêm nhièu cấu tử nhẹ, còn pha lỏng chảy xuống phía dưới ngày cang chứa nhiều cấu tử nặng Số lần tiếp xúc càng nhiều, sự trao đổi chất ngày càng tăng và sự phân chia ngày càng tốt, hay nói cách khác, tháp

có độ phân chia càng cao Đĩa trên có hồi lưu đỉnh, còn đĩa dưới cùng có hồi lưu đáy Nhờ có hồi lưu đỉnh và đáy cho làm 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 cạnh sườn tháp cho qua trao đổi nhiệt làm lạnh rồi quay lại tưới vào tháp, còn khi lấy sản phẩm cạnh sườn của tháp người tat rang bị thêm các bộ phận tách trung gian cạnh sườn của tháp

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

Gồm hỗn hợp các cấu tử có trong dầu thô thường không bền, dễ bị phân huỷ khi tăng nhiệt độ Trong số các hựp chất dễ bị phân huỷ nhiệt nhất

là các hợp chất chứa lưu huỳnh và các hợp chất cao phân tử nh nhựa … Các hợp chất parafin kém bền nhiệt hơn các hợ chất naphten, và naphten lại kém bền hơn các hợp chất thơm Độ bền nhiệt của cấu tử tạo thành dầu không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc cả thời gian tiếp xúc ở nhiệt độ đó Trong thực tế chưng cất,đói các phan đoạn có nhiệt đọ sôi cao, người ta còn tránh sự phân huỷ nhiệt khi chúng đốt nóng Tuỳ theo loại dầu thô, trong thực

tế không nên đốt nóng quá 4200C không có hay chứa rất Ýt lưu huỳnh, và không quá 320 - 3400C với dầu có và niều lưu huỳnh

Sự phân huỷ khi chưng cất sẽ làm xấu đi các tính chất của sản phẩm,

nh làm giảm độ nhớt và nhiệt độ bốc cháy cốc kín của chúng, giảm độ Òn oxi hoá

Nhưng quan trọng hơn cả là chúng gây nên nguy hiểm cho quá trình chưng cất vì chúng tạo thành các tạp chất ăn mòn và làm tăng áp suất của tháp Để giảm sự phân huỷ, thời gian ưu của nguyên liệu ở nhiệt độ cao cũng cần được hạn chế Khi nhiệt độ sôi của 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 phân huỷ nhiệt, chân không làm giảm nhiệt độ sôi, còn hơi nước cũng có tác dụng làm giảm nhiệt độ sôi, giảm

áp suất riêng phần của cấu tử hỗn hợp làm cho chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn HơI nước được dung ngay cả trong chưng cất khí quyển Khi tinh luyện, hơi nước được dùng để tái bay hơi phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp còn chứa

trong mazut hay trong gudron, trong nguyên liệu hoặc dầu nhờn Kết hợp dùng chân không và hơi nước khi chưng cất phần cặn sẽ đảm bảocho phép tách sâu hơn phân đoạn 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 năng lượng hơi nước 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 khoảng từ 2 - 3% so với nguyên liệu đem chưng cất khi mà số cấp tiếp xúc là 3 hoặc 4 Trong điều kiện nh vậylượng 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 theo phương trình sau:

G =

18

f M

f

f P P

P

Trong đó :

G và Z: sè 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 chưngNhiệt độ của hơi nước cần phải không thấp hơn nhiệt độ của hơi dầu

để tránh sản phẩm dầu ngậm nước Do vậy, người ta thường dùng hơi nước

có nhịêt độ từ 380 - 4500C , áp suất hơi từ 0,2 - 0,5 Mpa Hơi nước

dùngtrong công nghệ chưng cất dầu có rất nhiều ưu điểm: làm giảm áp suất hơi riêng phần của dầu, tăng cường khuấy trộn chất lỏng tránh tích điện cục

bộ, tăng diên tích bề mặt bay hơi do tậo thàh các tia và bong bang hơi người

ta cũng dùng hưi nước để tăng cương đốt nóng cặn dầu trong lo ống khi

chưng cất chân không khi đó đạt mức độ bay hơi lớn cho nguyên liệu dầu, tránh sự tạo cố trong các lò đốt nóng Tiêu hao hơi nước trong trường hợp này vào khoảng 03 - 0,5 % với nguyên liệu

1 Chế độ nhiệt của tháp chưng luyện

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

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

- Nhiệt độ đáy tháp chưng luyện phụ thuộc vào phương pháp bay hơi

và phần hồi lưu đáy Nếu bay hơi hồi lưu đá bằng một thiết bị đốt nóng riêng thì nhiệt độ đáy tháp sẽ ứng với nhiệt độ bay hơi cân bong ở áp suấy tại đáy tháp nếu bốc hơi bằng cáchdùng hơi nước quá nhiệt thì nhiệt độ phần đáy tháp sẽ thấp hơn nhiệt độ vùng nạp liệu Nhiệt độ đáy tháp phải chọn tối ưu tránh sự phân huỷ các cấu tử nặng nhưng phải đủ để tách hết hơi nhẹ khỏi phần cặn đay

- Nhiệt đé đỉnh tháp phải được khống chế nhằm đảm bảo sự bay hơi hoàn toàn sản phảm đỉnh mà không gây sự cuốn theo các phần nặng Muốn vậy người ta phải dùng hồi lưu dỉnh tháp để tách xăng khỏi các phân đoạn khác Nhiệt độ đỉnh tháp chưng khi chưng cất ở áp suất khí quyểncần giữ trong khoảng 100 - 1200C Còn với tháp chưng chân không khi P chưng 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 2 dạng:

+ Hồi lưu nóng được thực hiệnbằng cách cho ngưng tụ một phần hơi sản phẩm dỉnh ở nhiệt độ sôi của nó, sau đó cho tưới lại đỉnh tháp Như vậy chỉ cần cung cấp một lượng nhiệt để bốc hơi Tác nhân làm lạnh có thể dùng nước hay chính sản phẩm lạnh, công thức của nhiệt lượng hồi lưu nóng

Rn = Q L

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

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

L là lung nhệt ngưng tụ của sản phẩm lỏng (kcal/h)

Do thiết bị hồi lưu nóng khó lắp ráp và có nhiều khó khăn cho việc vệ sinh, đặc biệt công suất thấp nên ngày càng được Ýt dùng

+ Hồi lưu nguội

là loại được thực hiện bằng cách làm nguội và ngưng tụ toàn bộ sản phẩm đỉnh rồi tứi trở lại đỉnh thps Khi đó lượng nhiệt cần thiết để cấp cho phần hồi lưu bao gồm nhiệt cần để nung nóng nó đến nhiệt độ sôi và lượng nhiệt cần đẻ hoá hơi, do vậy hồi lưu nguội tính bằng công thức:

Rng = l

t

h

t q q

Trong đó: Rng là lượng hồi lưu nguội

Q là lượng nhiệt mà hồi lưu cần

2 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

Ýt, làm tăng rõ ràng chất lượng mà không làm giảm nhiều năng suất của tháp chưng ngoài hồi lưu đỉnh, đáy người ta còn sử dụng hồi lưu trung gian để tăng cường chấ lượng của các sản phẩm cạnh sườn và điều chỉnh nhiệt độ trong tháp

+ Hồi lưu trung gian: Quá trình hồi lửutung gian được thực hiện bằng cách lấy một sản phẩm lỏng nằm trên các đĩa có nhiệt độ t1 đưa ra ngoài làm nhiệt độ t0 rồi tưới hồi lưu lại tháp khi đó chất lỏng hồi lưu cần thu một lượng nhiệt để đun nóng nhiệt độ từ t0 đến t1

Xác định lượng hồi ưu trung gian theo công thức:

gtg =

0

1 l t t

l q q

Người ta thường kết hợp hồi lưu trung gian với hồi lưu lạhcho phép điều chỉnh chính xá nhiệt độ của đỉnh tháp chưng dẫn đến đảm bảo hiệu suất

và chất lượng sản phảm của quá trình

2 YÕu tố áp suất của tháp chưng luyện

Khi chưng luyện dầu mỏ ở áp suất thường,áp suất trong toàn tháp và ở mỗi tiết diện cũng khác nhau áp suất trong mỗi tiết diện của tháp chưng luyện phụ thuộc vào lực thuỷ tĩnh khi hơi nước đi qua các đĩa nghĩa là phụ thuọc

vào số đĩa và cấu trúc đĩa, lưu lượng riêng của chất lỏng và hơi Thông

thường từ đĩa này sang đĩa khác áp suất giảm đi 5 - 10 mmHg từ dưới lên,

ở áp suất thấp qua mỗi đĩa giảm đi từ 3 mmHg

áp suất làm việc của tháp phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất của nguyên liệu và áp suất riêng phần của từng cấu tử

áp suất hơi nước đưa vò cũng ảnh hưởng đến áp suất chưng của tháp Nếu tháp chưng luyện dùng hơi nước truực tiếp cho vào đáy tháp thì hơi nước làm giảm áp suất riêng phần của hơi sản phẩm dầu mỏ, cho phần chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn Lượng hơi nước tiêu hao phụ thuộc vào áp suất chưng của tháp và áp suất riêng phần của sản phẩm dầu mỏ

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 ở áp suất 10 -70 mmHg Độ chân không càng sâu càng cho phép chưng sâu hơn, nhưng nếu áp suất quá thấp sẽ khó chế tạo thiết bị với năng suất lớn

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

Để có sự làm việc ổn định của tháp chưng cất choc ta phải thực hiện các nguyên 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 quả phân chia

+ Nếu các điều kiện khác trong tháp là cố định thì sản phẩm đỉnh, sản phẩm sườn và sản phẩm đáy sẽ 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 nhá cho nên phần lỏng nhiều và chảy xuống phía dưới vào bộ phận chưng 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 quá nhẹ và có Ýt sản phẩm

+ Nhiệt độ cần thiết tách phân đoạn dầu thô nặng sẽ cao hơn so với dầu thô loại nhẹ

+ Chó ý nhât là nhiệt độ đỉnh tháp, tránh nhiệt độ quá cao mà nguyên nhân có thể là làm lạnh không đủ dẫn đến chế độ thay đổi hồi lưu ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

4 Các loại tháp chưng cất

Muốn có hiệu quả phân tích tốt, quá trình tiếp xúc pha trong tháp tinh luyện phải xảy ra đồng đều ,triệt để Do vậy người ta phảit rang bị các thiết bị

trong tháp Trong thực tế thường chế tạo tháp với các loại đĩa khác nhau nh đĩa chop, đĩa lưới, đĩa đệm, đĩa lòng máng hay đĩa supap…

* Cấu tạo tháp đệm:

Trong tháp đệm người ta bố trí các ngăn có chứa đệm hình vành

khuyên hoặc hình trụ có tâm chắn để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa pha hơi và pha láng

Nhược điểm: Quá trình tiếp xúc giữa hai pha lỏng và hơi chưa tốt, chưa đồng đều ở toàn bộ đệm theo tiết diện ngang của tháp Nhưng nếu

đường kính tháp nhỏ hơn một mét thì tháp đệm cũng có hiệu quả tương

đương như loại tháp khác cho nên loại tháp đệm hay được dung ở thiết bị có công suất bé do chế tạo và vốn đầu tư thấp

* cấu tạo tháp đĩa chụp

Loại tháp này được dùng khá phổ biến trong công nghệ chưng cất dầu

mỏ và các phân đoạn dầu Các đĩa chop có nhiều loại, chúng khác bởi cấu tạo

và hình dáng của chóp

- Đĩa hình chóp: là đĩa kim loại mà trong đố 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 chop Khoảng giữa ống nối và chụp có vùng khống chế hơi

đi qua, đi từ đĩa dưới lên đĩa trên

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

Nói chung có nhiều loại đĩa chop nhưng được dùng phổ biến nhất là loại đĩa chụp 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 ( chỉ khoảng 30% diện tích của đĩa) điều đó làm tăng tốc độ hơi và tăng sự cuốn chất lỏng đi

- Đĩa hình chữ S: khác với đĩa hình máng, đĩa hình chữ S chất lỏng chuyển động theo phương nằm ngang của các chụp, còn mỗi chụp của đĩa như là một lòng máng của đĩa

Đĩa hình chữ S dùng cho các tháp làm việc ở áp suất không lớn như áp suất khí quyển Công suất của đĩa cao hơn cao hơn loại đĩa 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 tính động học

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

Sau này người ta nghiên cứu ra một số loại đĩa không có chụp nh đĩa lưới, đĩa sàng có bộ phận gắn.

- Cấu tạo của đĩa sàng : lớp chất lỏng 1 có chiều cao khoảng 25 - 30

mm, giữ ở trên các đĩa, hơi đi qua các lỗ sàng 2 và làm sủi bọt qua các lớp chất lỏng Lớp chất lỏng trên mà dư chảy xuống thì theo ống chảy 3 xuống đĩa dưới Loại đĩa này yêu cầu chế độ không đỗi vì khi giảm hiệu suất thiết bị thì làm giảm gặp nhaugiữa dòng hơi và dòng chất lỏng đi hết xuống, làm cho đĩa hở ra Khi tăng công suất thì làm tăng dong hơi gặp nhau làm cho một lượng lớn hơi và cấu tử nặng đi ra khỏi chất lỏng, làm phá vỡ cân bằng trạng thái và làm tồi đi sự phân chia trong tháp

Phần II

công nghệ của quá trình

I phân loại sơ đồ công nghệ

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

- Sơ đồ bốc hơi một lần và tinh luyện một lần trong cùng một tháp chưng luyện

Hình 4

Loại sơ đồ này có ưu điểm là sự bốc hơi đòng thời các phân đoạn sẽ giảm được nhiệt độ bốc hơi và nhiệt lượng đun nóng dầu trong lò Thiêt bị đơn giản gọn gàng, nhưng lại có nhược điểm: đối với loại dầu có chứa nhiều khí hoà tan cũng như có nhiều phân đoạn nhẹ, nhiều tạp chất lưu huỳnh thì gặp nhiều khó khăn trong quá trình chưng cất, do áp suất trong các thiết bị trong sơ đồ lớn, nên thiết bị phải có độ bền lớn làm bằng vạt liệu dắt tiền, đôi khi có hiện tượng nổ, hỏng thiết bị do áp suất trong tháp tăngđột ngột ( không quá 8 - 10%)

- Sơ đồ bốc hơi 2 lần và tinh luyện 2 lần trong tháp nối tiếp nhau

Loại này có 2 sơ đồ: sơ đồ 1 ( hình 5), sơ đồ 2 ( hình 6)

Thiết bị chưng cất theo sơ đồ 1 gồm hai tháp nối tiếp nhau, quá trình bốc hơi hai lần và tinh luyện hai lần trong tháp nối tiếp nhau Loại này thường áp dụng để chế biến các loại dầu có chứa nhiều phân đoạn nhẹ, những hợp chất chứa lưu huỳnh và nước.

Nhờ các cấu tử nhẹ, nước được tách sơ bộ ở tháp thứ nhất nên trong các ống xoắn của lò và tháp thứ hai không có hiện tượng tăng áp suất đột nhột như trong sơ đồ trên Mặt khác các hợp chất chứa lưu huỳnh gây ăn mòn thiết bị đã được thoát ra ở tháp thứ nhất Nh vậy trong tháp chưng thứ hai không cần dùng vật liệu đắt tiền, có thể sử dụng thép thường

Những hydrocacbon nhẹ được loại ra ở tháp thứ nhất cho phép đun dầu làm việc với hệ số traođổi nhiệt lớn, giảm đáng kể công suất cần thiết kế của

lò đun dầu chính Nhờ loại này loại bỏ được nước ngay ở tháp thứ nhất nên tháp chính thứ hai làm việc an toàn

Nhược điểm của sơ đồ này là phải đun dầu trong lò với nhiệt độ cao hơn 5 - 10% so với sơ đồ trên Có thể hạn chế hay khắc phục hiện tượng này bằng cách cho hơi nước vào những ống cuối cùng của lò để giảm áp suất riêng phần của các hydrocacbon

Sơ đồ 2 ( hình 6 ) là hệ thống bốc hơi hai lần và tinh luyện một lần trong tháp chưng luyện Sơ đồ loại này dùng phổ biến, ở sơ đồ này có sự tinh luyện phần nhẹ và phần năng xảy ra đồng thời trong cùng một tháp chính thứ hai Nh vậy có phần nào giảm bớt nhiệt độ đun nóng dầu trong lò

II dây chuyền công nghệ

1 Chọn chế độ công nghệ và sơ đồ công nghệ

Chưng cất hoàn toàn phụ thuộc các đặc tính của nguyên liệu và mục đích của quá trình chế biến

Với dầu mỏ chứa lượng khí hoà tan bé từ 0,5 - 1,2%, trữ lượng xăng thấp từ ( 12 - 15% phân đoạn có nhiệt độ sôi đến 1800C) và hiệu suất các phân đoạn cho tới 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 lần 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 một bay hơi sơ bộ nhẹ và tinh cất chúng ở tháp sơ bộ Lần hai tinh cất phần dầu còn lại Nh vậy

ở tháp chưng sơ bộ ta tách được phần khí hoà tan và phần xăng có nhiệt độ sôi thấp ra khỏi dầu để ngưng tụ hoàn toàn bay hơi lên người ta tiến hành chưng cất ở áp suất cao hơn khoảng P = 0,14 - 0,16 MPa và nhận được từ dầu thô sản phẩm trắng nhiều hơn

2 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 phân đoạn 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 đưa vào cột cất phân đoạn nên tháp chính thứ hai làm việc an toàn Mặt khác những hợp chất lưu huỳnh gây

ăn mòn thiết bị đã được tách ra ở đỉnh tháp sơ bộ nên trong tháp chưng thứ hai không cần sử dụng vật liệu đắt tiền, có thể dùng bằng thép thường Ngoài

ra nó còn có ưu điểm riêng biệt có thể dùng cho một số mục đích đặc biệt

Bên cạnh đó nó cũng có hược điểm là phân đoạn 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 ọân bốc hơi đồng thời Có thể khắc 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

Mà chưng cất dầu muốn nhận được nhiều phần nhẹ ta chọn sơ đồ loại chưng cất hai tháp

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

2 Tháp lắng làm sạch sơ bộ 13 Thiết bị làm lạnh ngưng tụ

3 Thiết bị khử muối và nước 14 Bể chứa sản phẩm khí C1,C2

4 Thiết bị trao đổi nhiệt 15 Bể chứa sản phẩm khí

5 Thiết bị làm mát 16 Bể chứa xăng nhẹ

6 Thiết bị làm lạnh 17 Bể chứa xăng nặng

7 Tháp chưng sơ bộ 18 Bể chứa kerosen

9 Tháp chưng cất chính 20 Bể chứa gazoil nặng

10 Thiết bị tái sinh bay hơi 21 Bể chứa dầu cặn

11 Tháp khử butan ( tháp ổn định) 22 Van