tính toán thiết kế nhà máy lọc dầu có năng suất 8.5 triệu tấn/năm

tính toán thiết kế nhà máy lọc dầu có năng suất 8.5 triệu tấn/năm

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

CHƯƠNG 1 : MỞ ĐẦU

GIỚI THIỆU VỀ DẦU THÔ VÀ CÁC SẢN PHẨM.

CHỨC NĂNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU.

NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN VÀ HƯỚNG GIẢI QUYẾT

1.1 Giới thiệu về dầu thô.

1.1.1 Tính chất vật lý của dầu thô.

Dầu thô là một chất lỏng nhớt có màu thay đổi từ xanh (dầu Monie: Australia)đến nâu đen (dầu Ghawar: Saudi Arabia), có mùi của H2S, nhựa thông hay đơn giảncủa hydrocacbon Các đặc trưng của dầu thô thường thay đổi trong giới hạn rất rộng:chúng thay đổi theo từng mỏ và trong cả từng mỏ Trong các vỉa dầu thì chúng lạithay đổi theo từng giếng và trong từng giếng thì các đặc trưng vật lý thay đổi theotừng lớp khoan Một số đặc trưng vật lý quan trọng của dầu thô

1.1.1.1 Tỷ trọng.

Tỷ trọng của dầu thô thường từ 0.8 ÷ 1.0 Tỷ trọng dầu thô có quan hệ mật thiếtđến thành phần hóa học của dầu thô Do đó, thông qua tỷ trọng của dầu thô có thểnhận định sơ bộ thành phần hoá học của dầu, và nó còn có ý nghĩa thương mại vì đạilượng này quyết định đến hiệu suất thu các sản phẩm thương mại và sơ đồ công nghệchế biến, thể tích trong mua bán dầu thô

1.1.1.2 Độ nhớt.

Việc xác định chính xác độ nhớt của dầu thô có ý nghĩa đối với vận chuyển dầubằng đường ống, việc tính toán tổn thất áp suất trong các đường ống dẫn dầu cũng nhưviệc chọn các thiết bị bơm chuyển và thiết bị trao đổi nhiệt thích hợp

1.1.1.3 Áp suất hơi và điểm chớp cháy của dầu thô

Việc xác định áp suất hơi và điểm chớp cháy của dầu thô cho phép dự đoánhàm lượng các Hydrocacbon nhẹ, mức độ hoả hoạn trong quá trình vận chuyển và tồntrữ dầu Nói chung, người ta chấp nhận dầu thô có áp suất hơi lớn hơn 0.2 bar ở 37.8

1.1.1.4 Điểm chảy, điểm vẩn đục của dầu thô.

Điểm chảy của dầu thô thường nằm trong khoảng: - 60 ÷ + 30 0C Điểm chảy

là một tính chất nó quyết định khả năng vận chuyển bằng bơm của dầu thô Với dầu

có điểm chảy quá cao thì trong quá trình vận chuyển bằng đường ống đòi hỏi phảiđược gia nhiệt để đảm bảo tính linh động cho dầu Tuy nhiên, điểm này có một số bấtlợi về mặt kinh tế do phải tiêu tốn năng lượng

1.1.1.5 Thành phần phân đoạn.

Đối với dầu thô, người ta dùng phương pháp chưng cất điểm sôi thực TBP(True Boiling Point) để thu được đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa phần trămchưng cất được và nhiệt độ hoặc nhiệt độ tại đó thu được phần trăm xác định Từ đó

có thể đánh giá hiệu suất của từng phân đoạn và khả năng bay hơi của dầu thô

1.1.2 Bản chất hóa học của dầu thô.

Dầu thô là hợp chất chủ yếu của C, H nhưng được kết hợp với nhiều tỷ lệ và cấutạo những vòng khác nhau tạo nên sự đa dạng các họ Hydrocacbon Trong thành phầncủa dầu thô còn có mặt các nguyên tố phi kim như S, N, O và một số kim loại nhưVanadi, Niken

1.1.2.1 Hợp chất Hydrocacbon.

Những hợp chất hydrocacbon là thành phần chủ yếu nhất, có thể chiếm tới 90%trọng lượng của dầu Chúng thường thuộc các họ Parafinic, Naphtenic và Aromaticvới với số lượng nguyên tử Cacbone khác nhau do đó tạo nên sự đa dạng về cấu trúctrong chính mỗi họ Đồng thời trong dầu thô còn có các Hydrocacbon lai hợp Hàmlượng các Hydrocacbon kể trên trong các dầu thô rất khác nhau Đây là yếu tố quyếtđịnh các quá trình chế biến dầu thô cũng như hiệu suất, chất lượng sản phẩm thuđược

a Họ Hydrocacbon Parafin (alkan).

Các Alkan trong dầu thô tồn tại ở trạng thái khí, lỏng, rắn Hàm lượng chiếmkhoảng 25 ÷ 30% thể tích dầu thô (không kể khí hòa tan) Nếu tính cả lượng khí hòatan thì hàm lượng của chúng có thể lên đến 40 ÷ 50% thậm chí 50 ÷ 70% thể tích Tuynhiên có loại dầu thô lượng Alkan chỉ chiếm 10 ÷ 15% thể tích

b Họ Hydrocacbon Olefin (Alken).

Các Alken hầu như không có trong dầu thô hoặc nếu có thì chỉ ở dạng vết

c Họ Hydrocacbon Cyclo Alkan (Naphten).

Naphten chiếm một lượng đáng kể trong dầu thô: 25 ÷ 75% khối lượng Chúng

có mặt hầu như trong tất cả các phân đoạn dầu mỏ Thường gặp nhất là loại đơn vòng,chủ yếu là vòng 5 nguyên tử Cacbone và vòng 6 nguyên tử Cacbone Ngoài ra, trongcác phân đoạn có nhiệt độ sôi cao thường gặp vòng Naphten dạng ngưng tụ, có thể làvới vòng Naphten hay với vòng thơm

d Họ Hydrocacbon thơm (Aromatic).

Họ hợp chất này chiếm khoảng 10 ÷ 20% khối lượng dầu thô Các Aromaticthường gặp trong phần nhẹ của dầu thô là Benzen và các dẫn xuất có nhánh alkyl Cáchợp chất đa vòng ngưng tụ có hàm lượng thấp tìm thấy trong các phần nặng

1.1.2.2 Các hợp chất phi hydrocacbon.

Các hợp chất phi Hydrocacbon thường gặp trong dầu thô là các hợp chất củaHydrocacbone với sự có mặt nguyên tố lưu huỳnh, oxy, các kim loại, nước và muốikhoáng Các chất này nói chung đều là chất có hại Trong quá trình chế biến, chúngthường tạo ra các hợp chất gây ăn mòn thiết bị, gây ngộ độc xúc tác, làm giảm chấtlượng của các sản phẩm chế biến Một số chất khi cháy sinh ra các khí gây ô nhiễmmôi trường Do đó khi chế biến dầu thô cần phải có các biện pháp tách loại chúng

a Các hợp chất của lưu huỳnh.

Đây là loại hợp chất có phổ biến nhất và cũng đáng chú ý nhất trong số cáchợp chất không thuộc loại hydrocacbon của dầu mỏ Hiện nay, trong dầu mỏ đã xácđịnh được 250 loại hợp chất của lưu huỳnh Những hợp chất này thuộc vào những họnhư: mercaptan (R-S-H), sunfua (R-S-R’), đisunfua (R-S-S-R’), Thiophen, lưuhuỳnh tự do (S, H2S).Những loại dầu ít lưu huỳnh thường có hàm lượng lưu huỳnhkhông quá 0,3-0,5% Những loại dầu nhiều lưu huỳnh thường có 1-2% trở lên Lưuhuỳnh là hợp chất được nghiên cứu nhiều nhất trong số các phi hydrocacbon bởinhững tác hại của nó (gây ăn mòn, gây ô nhiễm môi trường, giảm nhiệt trị) Hàmlượng của nó lớn hơn so với N và O

b Các hợp chất của nitơ.

Các hợp chất của nitơ đại bộ phận đều nằm trong phân đoạn có nhiệt độ sôi caocủa dầu mỏ Ở các phân đoạn nhẹ, các hợp chất chứa N chỉ thấy dưới dạng vết Hợpchất chứa nitơ có trong dầu mỏ không nhiều lắm, hàm lượng nguyên tố nitơ chỉ từ0,01 đến 1% Những hợp chất chứa nitơ trong dầu, trong cấu trúc phân tử của nó cóthể có loại chứa một nguyên tử nitơ, hay loại chứa 2, 3 thậm chí 4 nguyên tử nitơ

Sự có mặt của nitơ trong dầu thô cũng như trong các sản phẩm dầu mỏ sẽ làmngộ độc xúc tác trong các quá trình chế biến ở nhà máy lọc dầu và làm nhuốm màusản phẩm

c Các hợp chất của oxitrong dầu mỏ

Trong dầu mỏ, các hợp chất chứa oxy thường có dưới dạng các axit (tức cónhóm –COOH) các xêtôn (có nhóm –C=O) các phenol, và các loại ester và lactonnữa Tuy vậy trong số này các hợp chất chứa oxy dưới dạng các axit là quan trọnghơn cả Các axit trong dầu mỏ hầu hết là các axit một chức Trong các phân đoạn cónhiệt độ sôi thấp của dầu mỏ các axit hầu như không có Axit chứa nhiều nhất ở phânđoạn có nhiệt độ sôi trung bình của dầu mỏ (C20-C23) và ở phân đoạn có nhiệt độ sôicao hơn thì hàm lượng các axit lại giảm đi

d Nhựa và asphanten.

Các chất nhựa và asphalten của dầu mỏ là những chất mà trong cấu trúc phân

tử của nó ngoài C và H còn có đồng thời các nguyên tố khác như : S, O, N, chúng cótrọng lượng phân tử rất lớn, từ 500-600 trở lên Bởi vậy các chất nhựa và asphalten chỉ

có mặt trong những phân đoạn có nhiệt độ sôi cao và cặn của dầu mỏ

Asphalten của hầu hết các loại dầu mỏ đều có tính chất giống nhau Asphalten cómàu nâu sẫm hoặc đen dưới dạng bột rắn thù hình, đun nóng cũng không chảy mềm,chỉ có bị phân hủy nếu nhiệt độ đun cao hơn 300oC tạo thành khí và cốc Asphaltenkhông hòa tan trong rượu, trong xăng nhẹ (eter dầu mỏ), nhưng có thể hòa tan trongBenzen, clorofor và CS2

Các chất nhựa, nếu tách ra khỏi dầu mỏ chúng sẽ là những chất lỏng đặc quánh,đôi khi ở trạng thái rắn Chúng có màu vàng sẫm hoặc nâu, tỷ trọng lớn hơn 1, trọng

lượng phân tử từ 500 đến 2000 Nhựa tan được hoàn toàn trong các loại dầu nhờn củadầu mỏ, xăng nhẹ, cũng như trong Benzen, cloroform, ete.

Sự có mặt của các chất nhựa và asphalten trong nhiên liệu sẽ làm cho sản phẩm bịxẩm màu, khi cháy sẽ tạo cặn, tro Trong quá trình chế biến chúng dễ gây ngộ độc xúctác, tuy nhiên nó là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất nhựa đường

e Các hợp chất cơ kim.

Kim loại có trong dầu mỏ không nhiều, thường từ vài phần triệu đến vài phần vạn.Chúng nằm trong dầu mỏ thường ở các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao và dưới dạngphức với các hợp chất hữu cơ (chủ yếu là phức của 2 nguyên tố V và Ni) Ngoài racòn một lượng rất nhỏ các nguyên tố khác như Fe, Cu, Zn, Ti, Ca, Mg…

Hàm lượng kim loại nặng nhiều sẽ gây trở ngại cho các quá trình chế biến dochúng gây ngộ độc xúc tác, gây ăn mòn và mài mòn

f Nước lẩn theo dầu mỏ(Nước khoan).

Trong dầu mỏ bao giờ cũng có lẫn một lượng nước nhất định nhưng không đượcxem là thành phần của dầu mỏ Chúng tồn tại ở dạng nhũ tương, trong các nhũ tươngnày thường có chứa một lượng khoáng chất nhất định, chính các khoáng chất này gây

ăn mòn trong quá trình chế biến dầu mỏ Vì vậy, vấn đề làm sạch các nhủ tương

“nước trong dầu” là một vấn đề quan trọng trước khi đưa dầu mỏ vào các thiết bị côngnghệ để chế biến

1.2 Các sản phẩm.

Các sản phẩm của quá trình lọc dầu nói chung được chia làm 2 loại: các sản phẩm

sử dụng cho mục đích năng lượng và những sản phẩm không năng lượng

1.2.1 Sản phẩm năng lượng.

Các sản phẩm năng lượng gồm có nhiên liệu và chất đốt Nhiên liệu là những cấu

tử hóa học, dạng lỏng hoặc khí, mà quá trình cháy với sự toả ra năng lượng và chophép chuyển thành động năng như ở động cơ xăng, động cơ Diezen, động cơ máy bayphản lực Với chất đốt thì đây là những sản phẩm được sử dụng để sinh ra năng lượngnhiệt trong nồi hơi, lò đốt, nhà máy nhiệt điện

đốt vừa là nhiên liệu tùy theo mục đích sử dụng: trong đầu đốt hoặc trên động cơDiezen của tàu thủy

Các sản phẩm năng lượng bao gồm: khí dầu mỏ hóa lỏng, xăng động cơ, nhiên liệuphản lực, Gasoil, xăng máy bay, dầu đốt dân dụng, dầu đốt nặng

1.2.1.1 Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG).

a LPG sử dụng làm nhiên liệu.

Việc sử dụng LPG làm nhiên liệu chỉ chiếm một phần rất nhỏ Trên thế giới,phần LPG sử dụng trong các phương tiện vận tải khoảng 5%, các ứng dụng khác chủyếu liên quan đến hóa dầu (25%) và lĩnh vực chất đốt (70%)

Tiêu chuẩn Châu Âu năm 1992 quy định các đặc trưng của loại nhiên liệu nàynhư sau: chỉ số Octane động cơ MON > 89, hàm lượng Butadien tối đa là 0.5% khốilượng, áp suất hơi Mặt khác, để đảm bảo sự khởi động dễ dàng, người ta ấn định mộtgiá trị tối thiểu của áp suất hơi trong mùa đông, khác nhau tùy theo điều kiện khí hậucủa mỗi quốc gia Ở Châu Âu xác định 4 loại sản phẩm a, b, c, d với áp suất hơi tốithiểu 250 mbar tương ứng ở -100C (a), -50C (b), 00C (c) và 100C (d)

cơ hội và cả những thách thức mới, bởi trong thực tế, bên cạnh những lợi ích mà động

cơ này mang lại cho con người thì đồng thời nó cũng thải ra môi trường một lượng lớncác chất độc hại làm ảnh hưởng đến sức khoẻ và cả môi trường sinh thái Vì vậyxăng thương phẩm bắt buộc phải bảo đảm được các yêu cầu không những liên quanđến quá trình cháy trong động cơ, hiệu suất nhiệt mà còn phải bảo đảm các yêu cầu vềbảo vệ môi trường

Thông thường xăng thương phẩm cần đạt được các yêu cầu cơ bản như sau:

• Khởi động tốt khi đang ở nhiệt độ thấp

• Động cơ hoạt động không bị kích nổ

• Không kết tủa, tạo băng trong bình chứa và cả trong bộ chế hoà khí

• Không tạo nút hơi trong hệ thống cung cấp nhiên liệu

• Dầu bôi trơn bị pha loãng bởi xăng là ít nhất

• Trị số octan ít bị thay đổi khi thay đổi tốc độ động cơ

• Các chất độc hại thải ra môi trường càng ít càng tốt

• Khối lượng riêng.

Thường được đo bằng phù kế ở 150C, được biểu diễn bằng kg/l Khối lượngriêng liên quan mật thiết đến các chỉ tiêu khác như thành phần cất, áp suất hơi bãohòa Chỉ tiêu này thường nằm trong một giới hạn phổ biến, đối với xăng ô tô là 0.68 ÷0.75 kg/l Khối lượng riêng cho phép phân loại xăng hay các loại nhiên liệu khác vàđánh giá sơ bộ chất lượng tương đối của xăng là nhẹ hay nặng

• Áp suất hơi của xăng.

Áp suất hơi bão hoà đặc trưng cho khả năng bay hơi của xăng Áp suất hơicàng cao thì độ bay hơi càng cao, dễ tạo nút hơi trong động cơ, gây ra hao hụt trongtồn chứa và gây ô nhiểm môi trường Tuy nhiên áp suất hơi quá thấp cũng ảnh hưởngtrực tiếp đến khả năng khởi động của động cơ

• Thành phần cất.

Người ta quan tâm đến một số điểm đặc biệt trên đường cong: điểm đầu PI,điểm cuối PF, phần trăm thể tích chưng cất được ở 70, 100, 180 và 2100C, ký hiệu

Điểm cuối của xăng không được vượt quá một giá trị giới hạn, hiện nay ở Châu Âu

là 2150C

• Trị số Octan.

Về nguyên tắc, trị số Octane càng cao càng tốt, tuy nhiên phải phù hợp với từng loại động cơ Xăng có RON = 80 - 83 (MON = 72 - 76) thường được dùng cho các loại xe có tỷ số nén < 7.5 Xăng có RON = 90 - 95 dùng cho các loại xe có tỷ số nén từ 7.5 đến 9.5 Xăng có RON > 95 là loại xăng đặc biệt, cao cấp, thường dùng chocác loại xe có tỷ số nén > 9.5 như xe đua, xe ô tô cao cấp, xe đặc nhiệm

Ngày nay, do các yêu cầu về bảo vệ môi trường, buộc phải loại bỏ các phụ giachì Thay vào đó người ta sử dụng các phụ gia dạng oxygen, chủ yếu bao gồm:Methanol, Ethanol, Tertiary - Butyl Alcohol (TBA), Methyl Tertiary - Buthyl Ether(MTBE) Hàm lượng của chúng trong xăng thường được giới hạn bởi tuỳ theo yêu cầutừng nơi Theo tiêu chuẩn của EU: EC - EN 228 nồng độ tối đa được phép là 2,8 % m

Ngoài các phụ gia trên, để đáp ứng được các yêu cầu của động cơ, xăng cònđược pha các phụ gia: phụ gia chống oxy hóa, phụ gia tẩy rửa, phụ gia chống gỉ, phụgia biến đổi cặn

• Hàm lượng lưu huỳnh tổng: mức qui định hiện nay nằm trong khoảng từ 0.05

÷ 1% khối lượng Sự có mặt của lưu huỳnh trong dầu mỏ nói chung và trong xăng nóiriêng là nguyên nhân của sự ăn mòn thiết bị và đặc biệt sự có mặt của H2S trong khícháy không hết gây ô nhiểm môi trường

 Phối liệu xăng động cơ.

Khi nhu cầu về xăng tăng lên thì phân đoạn này không đủ để cung cấp cho cácnhu cầu thực tế, vì vậy bắt buộc con người phải chế biến các phần thu khác nhằm thuhồi xăng với hiệu suất cao hơn, điều này đã làm xuất hiện các phân xưởng khác nhưphân xưởng cracking, alkyl hoá Ngoài lý do vừa nêu ở trên thì do yêu cầu về hiệusuất của động cơ ngày càng tăng và chất lượng xăng ngày càng cao nên các nhà sảnxuất nhiên liệu phải đưa ra nhiều quá trình sản xuất khác nhằm đảm bảo các yêu cầucủa xăng thương phẩm

Thực tế trong các nhà máy lọc dầu hiện nay xăng thương phẩm được phối trộn

từ những nguồn sau:

• Xăng của quá trình FCC

• Xăng Reformat

• Xăng chưng cất trực tiếp

• Xăng của quá trình isomer hoá

• Xăng Alkylat

• Xăng của quá trình giảm nhớt, cốc hoá, các quá trình xử lý bằng hydro

• Xăng thu được từ các quá trình tổng hợp như Methanol, Ethanol,MBTE

Nói chung hai loại đầu tiên là các nguồn chính để phôi trộn, phần còn lại phụthuộc vào yêu cầu về chất lượng của xăng và yêu cầu của từng Quốc gia mà nguồnphối liệu và hàm lượng của nó được chọn khác nhau

1.2.1.3 Nhiên liệu Gasoil.

Nhiên liệu Gasoil là một loại nhiên liệu lỏng, nặng hơn dầu hỏa vàxăng Loại nhiên liệu này được cung cấp cho các động cơ Diezel, đây là các phươngtiện tương đối phổ biến và đa dạng chủng loại từ các loại xe đặc biệt, xe chuyên dụng,

từ xe tải nhỏ cho đến các xe tải nặng tải trọng đến 38 tấn và các động cơ Diezel khôngthuộc đường bộ: đầu máy xe lửa, tàu đánh cá, xe chuyên cho ngành xây dựng, máykéo nông nghiệp, tàu thủy lớn Và một phần được sử dụng cho các Turbin khí Ngàynay động cơ Diesel đã phát triển mạnh mẻ, đa dạng hoá về chủng loại cũng như kíchthước và được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống sản xuất và sinhhoạt của con người bởi tính ưu việt của nó so với động cơ xăng Do vậy, nhu cầu vềnhiên liệu Diesel ngày càng tăng, điều này đã đặt ra cho các nhà sản xuất nhiên liệunhững thách thức mới, và điều này càng khó khăn hơn bởi những yêu cầu ngày càngkhắt khe của luật bảo vệ môi trường

• Khối lượng riêng.

Khối lượng riêng của Gasoil theo tiêu chuẩn Châu Âu (EW 590) có giá trị từ0,82 đến 0,86 kg/l

Tỷ trọng ảnh hưởng trực tiếp đến công suất của động cơ vì nhiên liệu được nạpvào động cơ và điều chỉnh theo thể tích Mặt khác, phải khống giá trị tối đa của tỷ

trọng để tránh hiện tượng đưa vào nhiên liệu các phân đoạn nặng gây khó khăn choquá trình tự bốc cháy, làm tăng độ giàu của nhiên liệu, tăng sự thải khói và muội than.

• Độ nhớt.

Độ nhớt của nhiên liệu rất quan trọng, độ nhớt quá cao sẽ ảnh hưởng đến chế

độ tạo sương của nhiên liệu khi đưa vào buồng đốt Ngoài ra, còn khả năng bơm vàphun nhiên liệu vào buồng đốt, kích thước và hình dạng của kim phun Độ nhớt củaGasoil ở 40 oC nằm trong khoảng 2.5 mm2/s ÷ 4.5 mm2/s

• Các đặc trưng ở nhiệt độ thấp.

Điểm vẩn đục: thông thường có giá trị từ -10 ÷ 0 0C

Điểm chảy: điểm chảy thay đổi theo loại Gasoil, thông thường có giá trị từ -15

• Đường cong chưng cất.

Tiêu chuẩn của Pháp và Châu Âu quy định phần trăm thể tích chưng cất đượcnhư sau:

Để cải thiện chỉ số cetane người ta dùng các phụ gia gọi là Procetane Có hai

họ sản phẩm hữu cơ được thử nghiệm: các Peroxyde và các Nitrat Trong thực tế thìNitrat được sử dụng phổ biến do có sự thỏa hiệp giữa giá cả, hiệu quả và lắp đặt tốthơn Được biết đến nhiều hơn là các Nitrat alkyl, chính xác hơn là Nitrat của 2 - Ethyl

- Hexyl

Gasoil thường được phối liệu từ các phân đoạn sau

• Phân đoạn GO của quá trình chưng cất trực tiếp dầu thô: tính chất của nó phụthuộc đồng thời vào bản chất của dầu thô và việc chọn khoảng chưng cất Dầu thôParafinic cung cấp phân đoạn GO có chỉ số Cetane thỏa mãn nhưng các đặc trưng ởnhiệt độ thấp kém Đối với dầu thô Naphtenic và Aromatic thì ngược lại Việc gia tăngnhu cầu của GO buộc các nhà lọc dầu phải tăng điểm cuối của phân đoạn, điều nàydẫn đến sự xuống cấp của điểm vẩn đục Người ta nhận thấy khi tăng hiệu suất GOtrên dầu thô 0.5 % m thì điểm vẩn đục tăng 10C

• Phân đoạn GO từ quá trình Cracking xúc tác (LCO) được đặc trưng bởi chỉ sốCetane rất thấp (khoảng 20), hàm lượng Aromatic, S và N cao Điều này dẫn đến việchạn chế rất nhiều việc đưa phân đoạn này vào phối trộn GO (tối đa là 5 - 10%)

Việc xử lý bằng Hydro LCO cho phép tăng chỉ số Cetane lên khoảng 40 vànhằm đạt được hàm lượng lưu huỳnh ở mức cho phép Tuy nhiên công nghệ này tiêutốn rất nhiều H2 mà kết quả nói chung là thấp, các Aromatic được chuyển hóa thànhNaphten, quá trình tự bốc cháy thì khó khăn Vì vậy, LCO được định hướng ưu tiêncho phối trộn dầu đốt dân dụng (FOD)

• Quá trình Hydrocracking cung cấp một phân đoạn GO có chất lượng rấttốt, bao gồm cả chỉ số Cetane, các tính chất ở nhiệt độ thấp, tính ổn định và hàm lượng

S Tuy nhiên, loại phối hiệu này chỉ có thể sử dụng với một lượng giới hạn vì phươngpháp này vẫn còn ít phát triển, nguyên nhân chính là do chi phí cao

Ngoài ra còn có các quy trình mới khác cung cấp các phối liệu có thể sử dụng

để phối trộn GO Quy trình Olygome hóa các Olefin nhẹ, quy trình Hydro hóa liêntục, cung cấp các sản phẩm có chỉ số Cetane từ 40 - 50 không có S và Aromatic

1.2.1.4 Nhiên liệu phản lực.

Nhiên liệu cho động cơ phản lực là một loại nhiên liệu được sử dụng cho cácđộng cơ trên máy bay phản lực, loại động cơ này làm việc trong điều kiện rất đặc biệt(nhiệt độ và áp suất môi trường thấp, ở độ cao lớn) Vì vậy nhiên liệu cho nó đòi hỏimột sự khắt khe nhất trong tất cả các loại phương tiện giao thông

Tồn tại nhiều loại nhiên liệu phản lực, tùy theo chúng được áp dụng cho dân sựhoặc quân sự Sản phẩm được sử dụng phổ biến nhất là TRO hoặc JP8 còn được gọi

là OTAN F34 va F35 Ở Mỹ, các nhiên liệu tương ứng, có cùng đặc trưng, được gọi

là JETA1 Trong quân đội đôi khi còn sử dụng các loại nhiên liệu phản lực có độ bayhơi cao hơn gọi là TR4, JP4, JETB, F45 hoặc F40 Còn có một loại nhiên liệu phảnlực khác hơi nặng hơn và ít bay hơi hơn TRO, mà cho phép dự trữ không gây nguyhiểm trong chiến đấu cơ, đó là TR5 hoặc JP5

Trong tất cả sản phẩm trên, TRO hoặc JET A1 có thị trường tiêu thụ mạnh hơn,bởi vì nó cung cấp cho hầu như toàn bộ các máy bay dân sự trên thế giới

• Tính chất vật lý của nhiên liệu phản lực

Để quá trình cháy diễn ra thuận lợi, nhiên liệu phải hóa hơi nhanh và trộn lẫntốt với không khí Điều này gắn liền với các chỉ tiêu kỹ thuật liên quan đến khốilượng riêng (từ 0.775 - 0.84 kg/l), đường cong chưng cất (>10% chưng cất ở 204 0C,điểm cuối < 300 0C) và độ nhớt động học (< 8 mm2/s ở -20 0C)

• Tính chất hóa học của nhiên liệu phản lực

Để duy trì một hiệu suất năng lượng cao và đảm bảo tuổi thọ của các vật liệucấu tạo nhiên liệu phản lực cần phải có các tiêu chuẩn sau

Điểm khói: là chiều cao tối đa có thể của ngọn lửa mà không hình thành khói.Các giá trị nhận được thường từ 10 ÷ 40 mm và tiêu chuẩn của TRO ấn định ngưỡngtối thiểu là 25 mm Điểm khói liên quan trực tiếp đến cấu trúc hóa học của nhiên liệu

Nó cao với các Parafin mạch thẳng thấp hơn với các Parafin mạch nhánh và còn thấphơn nữa với các Naphten và Aromatic

Chỉ số độ sáng: Đối với các sản phẩm thương mại giá trị này thường từ 40 ÷

70, đối với TRO bằng 45 Chỉ số độ sáng phụ thuộc trực tiếp vào hàm lượng các hợpchất Monoaromatic và Diaromatic Vì lý do này, các chỉ tiêu kỹ thuật ấn định hàmlượng tối đa của Aromatic trong Kerosen là 20%

• Hàm lượng lưu huỳnh: lưu huỳnh trong nhiên liệu bị hạn chế trongkhoảng từ 0.2 ÷ 0.4% khối lượng

• Tồn chứa nhiên liệu phản lực ở nhiệt độ thấp

Sau một vài giờ bay, bình chứa của máy bay phản lực có nhiệt độ khoảng từ-40 ÷ -500C Trong trường hợp này cần phải quan tâm xem nhiên liệu có còn đủ lỏng

để đảm bảo việc cung cấp cho động cơ hay không ? Tính chất này được biểu thị bởinhiệt độ biến mất tinh thể hoặc điểm đông đặc (ASTM D2386) Đối với JETA1 tối đa

là -50oC nhưng thông thường chấp nhận giá trị -470C Để cải thiện tính chất này có thể

sử dụng các phụ gia chống tạo băng để hút nước và làm giảm điểm đông Đó là cácEther - Alcol với lượng dùng tối đa là 1500 ppm

Các phối liệu để chế tạo nhiên liệu phản lực gần như duy nhất đến từ quá trìnhchưng cất trực tiếp dầu thô, tương ứng với khoảng phân đoạn từ 145 ÷ 2400C Hiệusuất của phân đoạn phụ thuộc nhiều vào bản chất của dầu thô, nhưng thường là lớnhơn so với nhu cầu và hầu như là các tính chất của sản phẩm đều được thoả mãn ỎChâu Âu nhiên liệu phản lực chiếm khoảng 6% thị trường dầu mỏ

Ngoài ra các phân đoạn trung bình nhận được từ quá trình Hydrocracking làđặc biệt thích hợp cho việc phối trộn nhiên liệu phản lực

1.2.1.5 Dầu đốt dân dụng (FOD).

Nhu cầu về dầu đốt dân dụng đang giảm dần do sự phát triển của năng lượnghạt nhân và năng lượng điện Dầu đốt dân dụng cũng bị cạnh tranh mạnh mẽ bởi khí

tự nhiên Tuy nhiên sự có mặt của nó trong cân bằng dầu mỏ ở Pháp, Châu Âu và trênthế giới vẫn còn rất lớn sau năm 2000

• Tính chất vật lý

Dầu đốt dân dụng có một sự tương tự lớn với GO Sự khác nhau chủ yếu giữachúng là các tính chất ở nhiệt độ thấp Đối với dầu đốt dân dụng chỉ tiêu này là nhưnhau cho tất cả các mùa Các giá trị đòi hỏi là 20C, -40C và -90C tương ứng với điểmvẩn đục, nhiệt độ lọc tới hạn và điểm chảy Đối với các tính chất vật lý khác, sự khácbiệt các chỉ tiêu kỹ thuật giữa hai sản phẩm này rất nhỏ Do đó để phân biệt giữa FOD

và GO thường thì người ta pha thêm màu đặc trưng vào FOD (nhuộm màu đỏ thắm)

Nói chung dầu đốt dân dụng nặng hơn, nhớt hơn, điểm đầu và điểm cuối chưngcất cao hơn GO

• Đặc tính hóa học của FOD

Để dầu đốt hoạt động hiệu quả không hình thành cặn và gây ô nhiễm thấp nhất,thì cần thiết khi đốt FOD phải không sinh ra cặn Tính chất này được biểu diễn bởimột đại lượng gọi là Carbon Conradson Các tiêu chuẩn kỹ thuật ấn định CarbonConradson tối đa là 0.35% Giới hạn này rất dễ thỏa mãn, trong thực tế giá trị thôngdụng nhận được với các sản phẩm thương phẩm hiếm khi vượt qúa 0,1%

Đối với các động cơ Diesel (xe tải, máy nông nghiệp hoặc máy công trình côngcộng) mà dùng nhiên liệu là FOD tiêu chuẩn qui định: chỉ số Cetane tối thiểu là 40.Trong thực tế, chỉ số Cetane của sản phẩm này khá cao và thường lớn hơn 45

• Hàm lượng lưu huỳnh của FOD

Tiêu chuẩn châu âu quy định đối với FOD, kể từ ngày 1/10/1994, hàm lượng lưu huỳnh tối đa là 0.2%

Sự phối trộn của FOD hiện nay được thực hiện mà không gây khó khăn cho cácnhà lọc dầu, trong số các phân đoạn trung bình có sẵn, FOD đòi hỏi một số đặc tính(chỉ số Cetane, tính chất ở nhiệt độ thấp) không khe khắt như của GO

1.2.1.6 Dầu nặng.

Dầu nặng được áp dụng chủ yếu trong hai lĩnh vực: quá trình đốt cháy côngnghiệp (nhà máy điện, lò đốt ), và cung cấp cho các tàu thủy cỡ lớn vận hành nhờ cácđộng cơ Diesel chậm và có công suất rất lớn Dầu nặng dùng làm nhiên liệu cho động

cơ Diesel có thị trường tương đối ổn định trong vòng nhiều năm, trong khi đó nhu cầutiêu thụ dầu nặng công nghiệp tụt giảm nghiêm trọng do sự phát triển của năng lượnghạt nhân Tuy vậy, việc tiêu thụ dầu nặng vẫn được duy trì ổn định trong thời gian đến

trong các lĩnh vực mà nó khó có thể bị thay thế (các nhà máy xi măng, sấy khô và chếbiến thực phẩm) Tồn tại nhiều cách phân loại dầu nặng khác nhau tùy theo từng nước.

Khối lượng riêng của dầu nặng > 0.92 kg/l ở 15oC Các nhà sử dụng động cơ Diesel tàu thủy rất chú ý đến khối lượng riêng của dầu nặng do liên quan đến sự cần thiết phải loại bỏ nước có lẫn trong nhiên liệu bằng phương pháp ly tâm

Dầu nặng cần phải được gia nhiệt lại một cách hệ thống trước khi sử dụng để việc

sử dụng và phun nhiên liệu trong các đầu đốt được dễ dàng Sự thay đổi của độ nhớt động học theo nhiệt độ là một dữ liệu tuyệt đối cần thiết để tính toán tổn thất áp suất

• Nhiệt trị cháy của dầu nặng

Nhiệt trị cháy là một trong những đặc tính quan trọng nhất, là thông tin cầnthiết cho biết về hiệu suất cháy của nhiên liệu

• Carbon Conradson và hàm lượng Asphalten của dầu nặng

Carbon conradson của dầu nặng thường từ 5 - 10%, đôi khi tới 20%, nó xácđịnh chất lượng của quá trình cháy, đặc biệt trong các đầu đốt phun nhiên liệu kiểucốc quay

• Các tạp chất trong dầu nặng

Vấn đề thải ra các khí SO2 và NOX gắn liền với sự có mặt của S và N trong dầunặng Các tạp chất có hại khác trong dầu nặng là các kim loại (Vanadi, Nikel, Natri)đến từ dầu thô, hoặc các muối kim loại (Aluminium Silicat) sinh ra bởi xúc tác củacác phân xưởng chuyển hóa Hàm lượng Aluminium Silicat trong dầu nặng khôngđược vượt quá 300 ppm (30 ppm Aluminium)

• Chỉ số Cetane của dầu nặng dùng trong các động cơ Diesel

Chỉ số Cetane của dầu nặng thường từ 30 - 40, nhưng việc xác định nó ít chínhxác, do những khó khăn trong việc ứng dụng sản phẩm này trên động cơ CFR

 Phối trộn dầu nặng.

Trong những năm 1970, dầu nặng chủ yếu được tạo thành từ cặn chưng cất khí

cất nhận được dùng làm nguyên liệu cho các phân xưởng chuyển hóa (Cracking xúctác, giảm nhớt, cốc hóa ) Điều này cung cấp các sản phẩm nhẹ hơn - khí và xăng -nhưng cũng tạo ra những hợp chất rất nặng, nhớt và chứa nhiều tạp chất mà sau đódùng phối trộn cho dầu nặng.

Một vài phối liệu được sử dụng để sản xuất dầu nặng bao gồm: cặn khí quyển,cặn chân không, cặn của quá trình giảm nhớt, LCO, HCO

Đối với các nhà lọc dầu, các ràng buộc chính liên quan đến việc tuân thủ cáctiêu chuẩn về độ nhớt động học và hàm lượng lưu huỳnh Việc pha loãng bởi các lưuchất nhẹ (FOD, LCO), việc lựa chọn các phối liệu đến từ dầu thô có hàm lượng lưuhuỳnh thấp, còn đảm bảo một sự uyển chuyển nhất định, tuy nhiên dần dần phải hạnchế, trong viễn cảnh nhiều quy tắc chống ô nhiễm mới nghiêm ngặt hơn, buộc phảichấp nhận hàm lượng S và N thấp hơn

1.1.1.1 Xăng máy bay.

Xăng máy bay được dùng cho các máy bay du lịch nhỏ, máy bay thể thao vàmáy bay được trang bị động cơ kiểu piston Nhu cầu cho loại sản phẩm này cực kỳthấp và quá trình sản xuất chỉ thực hiện với một lượng rất giới hạn trong các nhà máylọc dầu

Có nhiều loại xăng máy bay, mỗi loại được đặc trưng bởi hai chữ số, chẳng hạn80/87, 100/130, 115/145 mà gắn liền với chỉ số Octan Giá trị thấp hơn (80, 100, 115)

là chỉ số Octane động cơ MON (phương pháp ASTM D2700), giá trị cao hơn là phẩm

độ (l'indice de performance) (ASTM D909)

Xăng máy bay dân sự tương đương với cấp 100/130 có hàm lượng chì thấp(0.56 g Pb/l) so với các loại xăng quân sự kiểu 115/145 chứa tới 1.28 g Pb/l

Ngoài khả năng chống quá trình tự bốc cháy rất mạnh, xăng máy bay còn đượcđặc trưng bởi áp suất hơi Reid từ 385 ÷ 490 mbar, khoảng phân đoạn (điểm cuối nhỏhơn 1700C), nhiệt độ biến mất tinh thể (-600C) và hàm lượng lưu huỳnh (< 500 ppm)

Xăng máy bay được chế tạo trong nhà máy lọc dầu từ các phối liệu được đặctrưng bởi khoảng phân đoạn hẹp và chỉ số Octane cao

1.2.1.7 Dầu hỏa.

Dầu hỏa tương đương với các phân đoạn Hydrocacbon từ C10 ÷ C14 Các đặctrưng của chúng

Thành phần cất: < 90% ở 210 0C.

≥ 65% ở 250 0C

≥ 80% ở 285 0C

Hàm lượng lưu huỳnh < 0.3% khối lượng

Chiều cao ngọn lửa không khói ≥ 20 mm

Chúng được dùng riêng cho loại đèn dầu đặc biệt như đèn tín hiệu đường sắt,đèn hải đăng, đèn thắp sáng cho các loại tàu nhỏ, trong hệ thống tín hiệu cấp cứu.Trong kỹ thuật, dầu hỏa thường được dùng làm dung môi cho một số qui trình côngnghiệp như sản xuất Polyvinyl Clorua và làm nguyên liệu cho quá trình nhiệt phân

1.2.2 Các sản phẩm phi năng lượng.

Nhu cầu về các sản phẩm dầu mỏ phi năng lượng tăng theo từng năm Ở Phápnăm 1973 chúng chiếm 9% thị trường sản phẩm dầu mỏ, đến năm 1992 đã tăng lên15.7%

Các sản phẩm phi năng lượng có số lượng khá lớn Chúng ta chỉ khảo sát ở đâychỉ trong phạm vi các sản phẩm quan trọng có lượng lớn

1.2.2.1 Dung môi hydrocacbon.

Dung môi Hydrocacbon là những phân đoạn dầu mỏ tương đối nhẹ, gồm cácHydrocacbon từ C4 đến C14, mà được ứng dụng nhiều trong công nghiệp cũng nhưtrong nông nghiệp Việc sử dụng chúng dựa trên khả năng bốc hơi nhanh của chúng,chúng được phân loại theo cấp nhiệt độ sôi Người ta phân biệt

• White - Spirits

White - Spirits là dung môi hơi nặng hơn so với xăng đặc biệt, khoảng chưngcất từ 135 - 205 0C Nó tồn tại một tính chất gọi là "tách Aromatic" Sản phẩm nàyđược sử dụng chủ yếu làm dung môi pha sơn.

• Các sản phẩm Aromatic tinh khiết: Benzen, Toluen, Xylen (B, T, X) B, T, Xđược dùng hoặc làm dung môi, hoặc làm sản phẩm cơ sở của công nghiệp hóa họchoặc hóa dầu

Có hai loại yêu cầu được hình thành khi hợp đồng cung cấp Naphta: thànhphần và hàm lượng tạp chất

1.2.2.3 Dầu nhờn dầu công nghiệp và các sản phẩm liên quan.

Dầu nhờn được tạo thành từ thành phần chính là dầu gốc, được thêm vào cácphụ gia để làm gia tăng hoặc cung cấp cho dầu nhờn thêm các tính năng đặc biệt màđược yêu cầu khi sử dụng

Có hai loại dầu gốc: dầu gốc khoáng (có nguồn gốc dầu mỏ) và dầu tổng hợp.Dầu gốc khoáng là kết quả tinh chế phân đoạn cất chân không và cặn khí quyểntách Asphalt Tùy theo bản chất của dầu thô và hoạt động tinh chế, loại dầu gốc này

có thể có cấu trúc chính là Parafin hoặc Isoparafin hoặc Naphten

Dầu gốc tổng hợp có nhiều loại: các Polyme của Olefin, các Polyester hữu cơ,các Polyalkylen Glycol, các Ester Phosphoric, các sản phẩm đặc biệt: Silicon, Silicat,Polyphenylether

Các tính chất của dầu gốc được tăng thêm bởi sự góp mặt của các phụ gia Cácloại phụ gia chính là: phụ gia cải thiện chỉ số nhớt, phụ gia hạ điểm chảy, phụ gia tẩyrửa và phân tán, phụ gia chống mài mòn và cực áp, phụ gia chống oxy hóa và loại bỏchất phóng xạ, chất ức chế ăn mòn, chất chống tạo bọt.

Các tính chất này liên quan chủ yếu đến tác nhân tạo gen và chất bôi trơn lỏng.Các tính chất khác như: độ ổn định oxy hóa, bảo vệ chống lại ăn mòn, bảo vệchống mài mòn và chống dính, thì liên quan chủ yếu đến việc sử dụng các phụ gia

Chất bôi trơn lỏng được sử dụng thường xuyên hơn là: dầu gốc khoáng (thường

là dầu Naphtenic), các Ester (hoặc là Diester, hoặc các Ester phức), các Polyalpha vàPolyalkylen Glycol

Chất tạo gen gồm có: chất tạo gel vô cơ và chất tạo gel hữu cơ

1.2.2.4 Cire và Parafin.

Khi chế tạo dầu khoáng từ phần cất chân không có quá trình tách Parafin nhằmmục đích lấy đi các sản phẩm có điểm chảy cao, để cung cấp cho loại dầu này các tínhchất điểm chảy thỏa mãn Sản phẩm thu được từ quá trình tách Parafin là Parafin vàCire

Parafin gồm chủ yếu là các Alkan mạch thẳng với một tỷ lệ rất thấp cácIsoalkan và Cycloalkan Điểm chảy thông thường nằm trong khoảng 30 ÷ 700C, khốilượng phân tử trung bình khoảng 350, các Aromatic chỉ tồn tại dưới dạng vết

Cire là một hỗn hợp thuộc dãy béo, khó định nghĩa đúng Tỷ lệ giữa n - Alkan,Isoalkan và Cycloalkan có thể thay đổi Khối lượng phân tử trung bình cao hơn: từ

Việc sử dụng các sản phẩm này rất khác nhau Nếu được tách hoàn toànAromatic, Parafin được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt để đóng góithực phẩm Thông thường được bổ sung các Polyme, Parafin được dùng rất nhiều đểngâm giấy hoặc bìa Cacton để làm kín bao bì Parafin hoặc Cire cũng được trộn lẫntrong thành phần của gỗ bột Ngoài ra cire và Parafin còn được dùng để chế tạo nến,dầu sơn, mỹ phẩm, xi.

1.2.2.5 Bitum.

• Phân loại: bitum là một loại sản phẩm được gọi là "các Hydrocacbon dễ kếtdính " Bao gồm:

- Bitum nguyên chất thu trực tiếp từ quá trình lọc dầu

- Bitum lỏng: hỗn hợp bitum với một dung môi có nguồn gốc dầu mỏ, thường làphân đoạn Kerosen chất lượng thấp Độ nhớt của sản phẩm này được hạ thấp, chophép sử dụng ở nhiệt độ thấp hơn

- Bitum pha loãng: hỗn hợp bitum với một dầu có độ nhớt thấp Sản phẩm nàythường nhớt cao hơn so với bitum lỏng Sản phẩm trợ dung này thông thường là dầuthan đá, nhưng có thể là một dầu có nguồn gốc dầu mỏ

- Bitum nhũ tương

• Chế tạo bitum : có nhiều quá trình chế tạo bitum từ dầu thô

- Chưng cất chân không cặn khí quyển cho ra sản phẩm chính là các phân đoạndầu khác nhau và sản phẩm phụ là bitum

- Tách Asphalt bằng dung môi: quá trình này tách được từ cặn chân không hoặcphần cất nặng các phân đoạn nặng hơn được dùng để chế tạo bitum Quá trình phântách dựa trên sự kết tủa của Asphalten và sự hòa tan của dầu trong dung môi loạiAlkan

- Thổi không khí ở nhiệt độ cao để oxy hóa các loại dầu cặn thu được các hợp phầnbitum có chất lượng cao, có điểm chảy mềm rất cao, gọi là bitum oxy hóa

• Ứng dụng : có hai loại ứng dụng của bitum

- Bitum làm đường

- Bitum công nghiệp : bitum dùng cho xây dựng, dùng làm tấm lợp, dùng bọc ống

và cách ly (cách điện, cách âm), bitum đặc chủng (dùng để sản xuất sơn nhuộm, vecni,matit gắn ăcquy và dùng trong công nghiệp điện tử )

1.2.2.6 Các sản phẩm khác.

Là loại dầu bôi trơn được tinh chế ở mức cao, mà quá trình tách Aromatic đặcbiệt rất sâu Sản phẩm này đôi khi còn gọi là dầu Vaselin

Theo quan điểm lịch sử, dầu trắng được chế tạo từ dầu khoáng nhẹ mà chịu sự

xử lý nghiêm ngặt bằng Oleum Quá trình này có bất lợi là sinh ra cặn bùn Acid nêndần được thay thế bởi quá trình xử lý các phần cất nhẹ bằng Hydro trên xúc tác vớinhững điều kiện nghiêm ngặt

Có hai loại dầu trắng: loại dầu trắng kỹ thuật và loại dùng làm thuốc Dầu kỹthuật đã tách Aromatic ở mức cao, được dùng cho một vài quá trình bôi trơn đặc biệtnhư trong công nghiệp dệt Chúng cũng là thành phần của các sản phẩm tẩy rửa, chấthóa dẻo trong công nghiệp cao su và chất dẻo, chất tạo nhũ tương cho một vài sảnphẩm nông nghiệp dạng bột Dầu trắng dùng làm thuốc còn được tách Aromatic sâuhơn được dùng trong ngành dược hoặc trong công nghiệp thực phẩm

Khi chế tạo dầu cơ bản có quá trình trích ly bằng dung môi thích hợp các phânđoạn có chứa nhiều Aromatic và các sản phẩm phân cực Aromatic trích ly là sảnphẩm màu đen, thành phần chủ yếu là các polyaromatic ngưng tụ và các hợp chất dịvòng có N hoặc S, có khả năng hòa tan tốt

Aromatic trích ly được dùng trong công nghiệp sơn để thay thế dần dầu lanh,dùng chế tạo mực in Mặt khác, nó còn được ứng dụng rộng rãi như chất hóa dẻotrong công nghiệp cao su hoặc để chế tạo một vài chất dẻo như PVC

1.3 Chức năng và nhiệm vụ của nhà máy lọc dầu.

Mặc dù dầu thô đã được biết đến từ rất lâu nhưng việc sử dụng chúng còn rấthạn chế cho đến đầu thế kỷ 19, nguyên nhân là do kỹ thuật khai thác, công nghệ chếbiến và nhu cầu thị trường Dầu thô sau khi khai thác lên được sử dụng trực tiếp màkhông qua công đoạn chế biến nào cả nên có giá trị sử dụng rất hạn chế, trong khithành phần của nó có rất nhiều cấu tử quí sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau.Vìvậy vấn đề đặt ra cần phải xây dựng các nhà máy lọc dầu

Đầu tiên dầu thô trải qua các quá trình lọc tách vật lý nhằm mục đích phânriêng hỗn hợp nhiều cấu tử thành các phân đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau, sản phẩmtrung gian khác nhau nhờ vào các quá trình sau:

Quá trình chưng cất (khí quyển, chân không, các tháp phân tách)

Phân xưởng Reforming cho phép tăng chỉ số Octane và cải thiện tính chất củaphân đoạn xăng, đồng thời là nguồn cung cấp Hydro cho nhà máy

Phân xưởng HDS nhằm khử S cho Gasoil, Kerosene và một số bán sản phẩmkhác nếu cần thiết như VD(phần cất chân không)…

Phân xưởng xử lý khí axit cho khí

Nhu cầu ngày càng tăng của các sản phẩm trắng, cùng với việc cải thiện chấtlượng sản phẩm, đồng thời tận dụng tối đa phần cặn → các phân xưởng chuyển hoásâu đã ra đời:

Phân xuởng cracking (FCC) cho phép sản xuất xăng có chỉ số Octane cao hơn,với lượng lớn hơn

Phân xưởng HDC cho phép tăng các sản phẩm trung bình (Kerosene, Gasoil)

có IC cao, hàm lượng Ar, S thấp

Phân xưởng giảm nhớt, nhằm giảm độ nhớt của VR, đồng thời thu thêm đượcmột lượng xăng, Gasoil Lượng dầu cặn còn lại chiếm khoảng 20 25 % so với dầuthô ban đầu, và hàm lượng các chất gây ô nhiểm trong dầu cặn tăng

Hiện nay và trong tương lai, các quy định khắt khe về môi trường, yêu cầuchất lượng sản phẩm ngày càng cao, giảm hàm lượng S, Ar, Olefine.Trong các sảnphẩm thương phẩm, nhu cầu sản phẩm trắng tăng nhanh, tận dụng triệt để phần dầucặn và nhu cầu dầu nặng ngày càng giảm dần Cùng với trữ lượng dầu thô ngày càngcạn kiệt dần.Vì vậy nhiều phân xưởng chế biến sâu đã được bổ sung nhằm hoàn thiện

và hiện đại nhà máy lọc dầu:

Phân xưởng Isomer hoá, có chức năng chuyển các n-parafine thành các parafine có trị số Octane cao

Phân xưởng Alkyl hoá nhằm sản xuất xăng Alkylat sạch có trị số Octane cao,

độ nhạy thấp, chất lượng tốt

Phân xưởng Ether hoá sản xuất MTBE, ETBE, TAME

Phân xưởng Oligomer hoá

Các phân xưởng xử lý và chuyển hoá bằng Hydro

Như vậy chức năng và nhiệm vụ của một nhà máy lọc dầu hiện đại là làm tănggiá trị sử dụng của dầu thô, từ nguyên liệu dầu thô ban đầu qua các quá trình chế biến,chuyển hoá tạo ra nhiều loại sản phẩm ngày càng đa dạng có chất lượng ngày càng tốtđáp ứng được nhu cầu của thị trường và các tiêu chuẩn về môi trường, đồng thời manglại hiệu quả kinh tế cao nhất

1.4 Nhiệm vụ của đồ án và hướng giải quyết.

1.4.1 Nhiệm vụ của đồ án

Nguồn nguyên liệu là dầu thô Arabe nhẹ với các số liệu đã cho về các phânđoạn sản phẩm, chất lượng yêu cầu cùng với nhu cầu thị trường về lưu lượng vàchủng loại sản phẩm Đồ án phải tính được lượng các sản phẩm có thể thu được, giảthiết các phân xưởng có thể để tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao nhằm phối liệusản phẩm Biện luận cách phối liệu tối ưu đảm bảo được số lượng cũng như chấtlượng các sản phẩm Từ đó chọn được năng suất làm việc của mỗi phân xưởng, thiết

bị và đề nghị sơ đồ công nghệ cho nhà máy

Nhà máy lọc dầu với nguyên liệu là dầu thô Arabe nhẹ, năng suất 8,5 triệutấn/năm.Tháp chưng cất khí quyển (DA) thu được các phân đoạn sau:

Sơ đồ công nghệ nhà máy gồm có:

- Một phân xưởng chưng cất chân không để xử lý phần cặn khí quyển để tách khí

và các phân đoạn dầu thô

- Một phân xưởng chưng cất chân không để xử lý phần cặn khí quyển (AR) đểchuẩn bị nguyên liệu:

o Phần cất chân không cung cấp cho phân xưởng FCC: 370 ÷ 535oC

o Phần cặn chân không cung cấp cho phân xưởng giảm nhớt (VB) vàsản xuất bitume: 535+ oC

- Một phân xưởng Reforming xúc tác (CCR) với nguồn nghuyên liệu có thể là:

o Phân đoạn xăng nặng thu đươc từ quá trình chưng cất khí quyển

o Xăng thu được từ quá trình giảm nhớt, quá trình xử lý lưu huỳnh

- Một phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi (FCC) để xử lý phần cất chân

không

- Một phân xưởng giảm nhớt (VB) để xử lý phần cặn của chưng cất chânkhông.

- Một phân xưởng HDS để xử lý các loại nguyên liệu cần thiết

Tính cân bằng vật liệu cho mỗi công đoạn, từng phân xưởng và toàn bộ nhàmáy

Tính phối liệu sán phẩm, đảm bảo được nhu cầu thị trường (số lượng cũngnhư chất lượng sản phẩm)

Tính cân bằng nhiệt lượng cho nhà máy

1.4.2 Hướng giải quyết

1.4.2.1 Cân bằng vật liệu của từng phân xưởng.

o Phân xưởng chưng cất khí quyển

Từ các số liệu ban đầu về dầu thô Arabe (từ số liệu trong bảng, từ đồ thị) và điểm cắt đã cho xác định lưu lượng của các phân đoạn

Sử dụng đồ thị, tra bảng, các công thức cho tính toán để xác định các tính chất của các phân đoạn như: trị số octan, cetan, tỷ trọng, áp suất hơi, hàm lượng S…

o Phân xưởng chưng cất chân không

Nguyên liệu là toàn bộ phần cặn của chưng cất khí quyển

Tính toán lưu lượng và tính chất của các sản phẩm

Năng suất của phân xưởng ban đầu cũng chọn lớn nhất, nguyên liệu là distillat của

VD, tuỳ thuộc vào lưu lượng xăng thương phẩm mà thay đổi năng suất cúa phân xưởng

Ban đầu chọn RON bằng 92, có thể thay đổi tăng hay giảm tuỳ thuộc vào tiêu chuẩn

kỹ thuật của sản phấm sau này

o Phân xưởng giảm nhớt:

Phần còn lại sau khi đảm bảo lưu lưọng của Bitum, nhằm giảm độ nhớt của VR để phối liệu FO2

1.4.2.2 Phối liệu sản phẩm

Lựa chọn nguồn phối liệu sao cho đúng và thích hợp

Dùng Solver để phối liệu cho từng sản phẩm, sao cho đảm bảo được lưu lượng cũng như chất lượng sản phẩm

Lựa chọn năng suất làm việc của từng phân xưởng sao cho tối ưu

Đưa ra sơ đồ công nghệ cho nhà máy

Cân bằng nhiệt lượng cho nhà máy: đảm bảo sao cho cung cấp đủ năng lượng cho nhà máy, không được để thiếu hay thừa quá nhiều

CHƯƠNG 2 : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Tính cân bằng vật chất cho mỗi công đoạn theo năng suất tối đa mỗi phân xưởng

và cho toàn nhà máy

2.1 PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN

Phân xưởng chưng cất khí quyển là phân xưởng xử lý một lượng nguyên liệu lớnnhất so với các phân xưởng khác trong nhà máy Đây là quá trình xử lý sơ bộ đầu tiênthực hiện quá trình vật lý chưng cất nhằm phân tách dầu thô ra làm các phân đoạn: khí(GAS), xăng nhẹ (LG), xăng nặng (HG), kerosen (KER), Gasoil nhẹ (LGO), Gasoilnặng (HGO) và cặn của quá trình chưng cất khí quyển (AR).Từ các phân đoạn thuđược này ta có thể đem phối liệu để tạo các sản phẩm nếu thoả mãn các tiêu chuẩnhoặc được làm nguyên liệu cho các quá trình chuyển hoá tiếp theo

Nguyên liệu của quá trình này là dầu thô sau khi đã qua các quá trình tiền xử lý

để tách muối, tạp chất cơ học và ổn định dầu Tháp chưng cất khí quyển dùng để táchcác sản phẩm có nhiệt độ sôi thấp hơn 370-380 oC

Phân xưởng chưng cất khí quyển là phân xưởng cơ bản nhất của một nhà máy lọcdầu và có vai trò quyết định đến nhà máy

 Tính cân bằng vật chất cho phân xưởng chưng cất khí quyển

Khoảng nhiệt độ sôi của các phân đoạn sản phẩm: Ti - Tf

Theo các số liệu khoảng nhiệt độ các phân đoạn sản phẩm được lấy ra tại tháp chưngcất khí quyển như sau

V = V1 + (V2-V1)*

Hoặc:

m = m1 + (m2-m1)*

Trong đó T là giá trị nhiệt độ cần nội suy ở giữa hai giá trị nhiệt độ T1, T2

Bảng2-1 : Phần trăm thể tích (%Vol) và phần trăm khối lượng (%mass) các sản phẩm thu được:

Ti-Tf (oC) <20 20 - 62 62 - 175 175 - 238 238 - 315 315 - 370 370+

2.1.1 Tỷ trọng các phân đoạn sản phẩm ( d 4 15 ).

Khối lượng các phân đoạn được tính theo công thức sau:

Nên tỷ trọng các phân đoạn tính theo phương pháp cộng tính về thể tích

20 0.56 0.6119 0.3413

Vậy d415(GAS) = = 0.574Với phân đoạn LG.

Cấu tử %Vi d15

4*%ViiC5 0.21 0.6238 0.1324nC5 1.54 0.6299 0.9700

d415(LG)=0.8745

Với phân đoạn AR

(Dùng giản đồ 6.) ta có kết quả sau: d15

Kiểm tra lại kết quả so với kết quả khi tính theo giản đồ

Bảng2-2 : Tỷ trọng các phân đoạn tính toán và tra đồ thị

 Nhận xét: ta thấy sai số giữa kết quả giữa tính toán và tra đồ thị là rất nhỏ 2.1.2 Tỉ trọng tiêu chuẩn S (Standard density) và Độ API:

• Tỉ trọng tiêu chuẩn S: S = 1.002d415

15 4

(tính toán)

d15 4

Theo đường cong TBP xác định được các giá trị nhiệt độ theo các phần trăm chưngcất t10, t20,t30, t50, t70, t80 của từng phân đoạn, từ đó xác định tv, s theo công thức trên vàtra giản đồ, ta có bảng sau:

Ở đây, ta xét đường cong chưng cất cho từng phân đoạn chỉ là phương phápgần đúng Vì thực tế trong chưng cất có sự chồng lấn (hay sự pha trộn) giữa các phânđoạn (giá trị GAP, OVERLAP)

Bảng 2-4 : Nhiệt độ sôi trung bình thể tích t mav của các phân đoạn

Người ta có thể xác định KUOP dựa vào công thức sau:

Bảng2-5 : Hằng số đặc trưng K W của các phân đoạn

Tmav (K) 314.0 396.0 479.0 550.1 615.3

2.1.5 Hàm lượng lưu huỳnh trong các phân đoạn sản phẩm (%m S ).

Hàm lượng lưu huỳnh trong mỗi phân đoạn dầu thô được tính theo phương pháp cộng tính về khối lượng

Do đó: =

Với phân đoạn LG.

Vậy hàm lượng lưu huỳnh của phân đoạn LG

% S (LG) = = 0.024Nếu tra trên đồ thị %S (LG) = 0.024

Với phân đoạn HG.

Với phân đoạn KER.

Với phân đoạn LGO.

Với phân đoạn HGO

343.3 3.36 1.820 6.115

370 2.72 2.200 5.984

Vậy hàm lượng lưu huỳnh của phân đoạn HGO

% S (HGO) = = 1.906Nếu tra đồ thị và cộng tính khối lượng ta có %S (HGO) = 1.914

Với phân đoạn AR

Vậy, ta có bảng số liệu sau: