công nghệ chế biến dầu nhờn sơ đồ chưng cất chân không

QUÁ TRÌNH TRÍCH LY LỎNG-LỎNGTrích ly lỏng-lỏng là một kỹ thuật phân tách dựa vào độ hòa tan khác nhau hay còn gọi là sự hòa tan có chọn lọc của các cấu tử trong nguyên liệu lỏng đồng nhấ

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU

NHỜN

ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU

Năm 2010

SƠ ĐỒ CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG

MAZUT MỘT THÁP

>500 o C 450÷500 o C 400÷450 o C

SƠ ĐỒ CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG

MAZUT HAI THÁP NỐI TIẾP

I – Mazut; II,III và IV-Dầu cất nhẹ, trung và nặng, V- gudron; VI- hơi nước; VII – khí không ngưng tụ và

hơi nước; VIII-gasoil chân không

>500 o C

450÷500 o C 400÷450 o C 350÷400 o C

Hơi nước và khí phân huỷ không ngưng tụ vào thiết bị tạo chân không

400-420 o C

350-360 o C

<350C

SƠ ĐỒ CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG

MAZUT HAI THÁP NỐI TIẾP

>500 o C

450÷500 o C

400÷450 o C 350÷400 o C

<350C

ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA SƠ ĐỒ CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG HAI THÁP

 Ưu điểm:

+ Tăng phần cất trong chân không cao hơn

+ Tăng độ phân tách distilat dầu nhờn

 Nhược điểm:

+ Thao tác phức tạp

+ Tăng đầu tư xây dựng và chi phí hoạt động cho các thiết bị bổ sung

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU

NHỜN GỐC

CÁC ỨNG DỤNG TRÍCH LY TRONG

CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT DẦU NHỜN

Mục đích của quá trình trích ly là chiếc tách các

cầu tử không mong muốn chứa trong các phân đoạn dầu nhờn mà bằng chưng cất chúng ta không thể loại

CÁC ỨNG DỤNG TRÍCH LY TRONG

CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT DẦU NHỜN

1 Quá trình khử asphalt của phần cặn chưng cất

chân không cặn gudron.

chất thơm đa vòng, các hợp chất nhựa asphalt

3 Quá trình tách sáp, tách các parafin phân tử lớn

QUÁ TRÌNH TRÍCH LY LỎNG-LỎNG

Trích ly lỏng-lỏng là một kỹ thuật phân tách dựa vào độ hòa tan khác nhau (hay còn gọi là sự hòa tan có chọn lọc) của các cấu tử trong nguyên liệu lỏng đồng nhất vào trong một dung môi thích hợp.

QUÁ TRÌNH TRÍCH LY LỎNG-LỎNG

Chúng ta phải sử dụng đến quá trình trích ly khi quá trình chưng cất không đảm bảo được về mặt kỹ thuật:

- Trường hợp các dung dịch đẳng phí

- Trường hợp các dung dịch có nhiệt độ sôi rất gần nhau.

- Mặt khác do mối liên hệ chặt chẽ giữa độ hòa tan và bản chất hóa học, trích ly bằng dung môi đặc biệt đáp ứng tốt đối với

trường hợp phân tách các cấu tử theo các họ hóa học vì độ hòa tan của các họ khác nhau là khác nhau (Ví dụ khử aromatic để sản xuất dầu nhờn, sản xuất nhiên liệu; khử asphalt để sản xuất dầu nhờn)

SƠ ĐỒ NGUYÊN TẮC QUÁ TRÌNH

TRÍCH LY

SƠ ĐỒ NGUYÊN TẮC QUÁ TRÌNH

Một quá trình trích ly bằng dung môi thường đòi hỏi hai giai đoạn chính bổ trợ lẫn nhau: giai đoạn trích ly nói riêng và giai đoạn hoàn nguyên hoặc tái sinh dung môi thường bằng quá trình chưng cất.

CÁC PHƯƠNG THỨC TRÍCH LY

Trích ly một giai đoạn, giống như quá trình hoá hơi trong chưng cất và chỉ cho phép phân tách sơ bộ, đơn giản, độ tinh khiết của các sản phẩm không cao.

CÁC PHƯƠNG THỨC TRÍCH LY

Trích ly chéo dòng cũng như trích ly ngược dòng đơn giản

thường được quan tâm hơn do tiết kiệm được dung môi nhiều hơn,

và có thể cho pha rafinat có các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu nhưng có hiệu suất giới hạn.

CÁC PHƯƠNG THỨC TRÍCH LY

Quá trình trích ly ngược dòng có hồi lưu, ngoại hoặc nội, đạt tới được các độ tinh khiết và hiệu suất mong muốn đối với cả hai pha rafinat và extract.

 Đối với một dạng hình học nhất định, các điều kiện

vận hành, đặc biệt là nhiệt độ, có ảnh hưởng trực tiếp (thông qua các hệ số phân bố) hoặc gián tiếp (tỷ trọng,

độ nhớt ) đến hiệu quả trích ly

YÊU CẦU ĐỐI VỚI CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ CÁC CẤU TRÚC BÊN TRONG CỦA THÁP TRÍCH LY

Việc lựa chọn công nghệ và thiết kế các cấu trúc bên trong cho một hệ trích ly lỏng-lỏng được định hướng bởi nhiều tiêu chuẩn như sau:

– Lưu lượng tổng (quyết định đến đường kính tháp D)

– Chất lượng sản phẩm (quyết định đến chiều cao tháp H)

– Sự khác nhau về tỷ trọng giữa 2 pha(quyết định đến tốc độ chuyển khối,

H)

– Tỷ lệ các pha (lượng pha nhẹ/lượng pha nặng, H)

– Đặc trưng của sự phân tán (độ ổn định, sự tạo thành nhũ tương bền , quyết định đến sự phân pha )

– Các điều kiện vận hành (nhiệt độ, áp suất , quyết định đến cấu tạo tháp)

– Thời gian lưu (quyết định đến nguy cơ phân hủy các sản phẩm)

– Các yếu tố khác (tính bắt cháy, ăn mòn, Sự có mặt của các chất rắn …)

PHÂN LOẠI THIẾT BỊ TRÍCH LY

LỎNG LỎNG

theo cơ chế tiếp xúc pha có hay không có tác động của năng lượng cơ học (khuấy trộn, đĩa quay ) trực tiếp lên hỗn hợp các pha đang tiếp xúc với nhau

1 Nhóm không có tác động của năng lượng cơ học gọi là thiết bị trích ly loại tĩnh.

2 Nhóm có tác động của năng lượng cơ học gọi là thiết bị trích ly loại động.

THIẾT BỊ TRÍCH LY LOẠI TĨNH

 Các thiết bị trích ly loại tĩnh trong đó động lực để 2 pha tiếp xúc với nhau đó là nhờ chênh lệch khối lượng riêng Pha có lưu lượng nhỏ phân tán vào trong lòng pha liên tục

 Tháp này có thuận lợi là có năng suất lớn song hiệu quả chuyển khối lại thấp do bị hiện tượng trộn ngược mạnh

 Loại này thường được dùng khi quá trình trích ly là đơn giản, dung môi dễ dàng kéo cấu tử cần tách ra

khỏi pha lọc

THIẾT BỊ TRÍCH LY LOẠI TĨNH

THIẾT BỊ TRÍCH LY LOẠI ĐỘNG

 Nhằm mục đích cải thiện quá trình

phân tán của các pha (tức là tăng hiệu

quả chuyển khối) bằng cách hạn chế tối

đa hiện tượng trộn ngược, gia tăng thời

gian lưu của pha phân tán đồng thời

cải thiện chất lượng của sự phân tán,

các thiết bị trích ly được trang bị thêm

các kết cấu bên trong như cánh khuấy,

đĩa quay hay các cơ cấu dao động nhận

năng lượng cơ học từ bên ngoài, đó là

các thiết bị trích ly loại động.

THIẾT BỊ TRÍCH LY LOẠI ĐỘNG

THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ

trong những thông số quan trọng quyết định công

nghệ của quá trình trích ly trong công nghiệp.

+ Trong một nhiệt độ xác định khả năng hòa tan của nguyên liệu và dung môi sẽ tăng lên cùng với sự tăng lên về tỷ lệ của dung môi so với nguyên liệu

+ Nếu tỷ lệ dung môi và nguyên liệu tăng đến một giá trị đủ lớn thì nó sẽ hoà tan hoàn toàn nguyên liệu ban đầu của chúng ta

THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ

TRÌNH TRÍCH LY

hai ảnh hưởng đến công nghệ của quá trình trích ly

trong công nghiệp.

+ Nhiệt độ hoà tan tới hạn: Là đại lượng nhiệt độ, mà tại đó nếu chúng ta tăng hoặc giảm nhiệt độ thì dung

dịch A sẽ tan hoàn toàn trong dung dịch B, tạo thành hệ một pha đồng nhất

+ Có hai loại nhiệt độ hoà tan tới hạn:

1 Nhiệt độ hoà tan tới hạn trên

THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ

TRÌNH TRÍCH LY

THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ

TRÌNH TRÍCH LY

Sự hoà tan của nguyên liệu sản xuất dầu nhờn và dung môi

phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu ban đầu và loại dung môi được sử dụng

Hệ hai pha

Hệ một pha

THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ

TRÌNH TRÍCH LY

3 Độ chọn lọc: là khả năng phân tách rõ ràng các cấu tử nguyên liệu thành hai phần khác nhau: phần bao gồm các hợp chất có ích và phần bao gồm các hợp chất có hại

4 Khả năng hoà tan của dung môi: là đại lượng thể hiện được bằng lượng dung môi cần thiết để hoà tan một lượng xác định các cấu tử của nguyên liệu, hay nói cách khác là trong điều kiện để nhận được phần bao gồm các hợp chất có ích, lượng dung môi cần thiết càng ít để nhận được cùng một lượng các hợp chất có ích có chất lượng tương đương, thì khả năng hòa tan của dung môi càng lớn

THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ

TRÌNH TRÍCH LY

ngược nhau, tăng chỉ số này sẽ dẫn tới làm giảm chỉ tiêu kia

môi không phải là đại lượng cố định mà chúng phụ thuộc điều kiện công nghệ của quá trình trích ly

cũng như thành phần hoá học của nguyên liệu

YÊU CẦU ĐỐI VỚI DUNG MÔI ĐƯỢC

CHỌN

 Phải có tính chọn lọc cao, và độ hoà tan thích hợp

 Phải có độ chênh lệch tỷ trọng đủ lớn đối với nguyên liệu ban đầu và có độ nhớt nhỏ để có thể dễ dàng tách sản

phẩm ra khỏi dung môi

 Có nhiệt độ sôi khác xa so với các cấu tử cần tách để dễ dàng thu hồi dung môi, tiết kiệm được năng lượng

NGUYÊN LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH

2 Phân đoạn Nhựa có cấu trúc phân tử được tạo thành từ các hợp chất

aromatic ngưng tụ có mạch vòng béo, dài bảo đảm được độ hòa tan của

chúng trong môi trường dầu Khối lượng phân tử trung bình của nhựa

khoảng 1000.

3 Phân đoạn Asphalt có cấu trúc thơm đa vòng ngưng tụ, có dạng phẳng, chứa khoảng chừng từ 6-20 vòng aromatic Khối lượng phân tử trung bình

NGUYÊN LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH

TRÍCH LY KHỬ ASPHALT

 Cặn chưng cất chân không là 1 hỗn hợp gồm 3 chất kể trên: + Trên phương diện vĩ mô: nó là một hỗn hợp đồng nhất, ổn định vì tất cả các hợp chất asphalt của chúng đều được (giả) hòa tan, không để lại bất kỳ cặn nào qua lọc

+ Trên phương diện vi mô: asphalt lại tồn tại dưới dạng các hạt nhỏ (có kích thước khoảng vài A o ) được bao bọc bởi nhựa

và lơ lửng trong môi trường dầu

=> Do vậy không thể tách asphalt và cả nhựa ra khỏi môi trường dầu bằng phương pháp lắng lọc mà phải sử dụng phương pháp trích ly.

QUÁ TRÌNH KHỬ ASPHALT TRONG PHẦN CẶN GUDRON

Mục đích quá trình: Loại bỏ các hợp chất nhựa-asphalt trong phân đoạn cặn gudron, ngoài ra quá trình này còn cho phép tách cả các hợp chất thơm đa vòng.

1 Làm tăng giá trị của phân đoạn dầu nhờn: sản xuất dầu gốc có giá trị cao hơn.

2 Làm tăng giá trị của phân đoạn asphalt: sản xuất nhựa đường, chất đốt rắn trong công nghiệp.

3 Bên cạnh giá trị là làm nguồn nguyên liệu sản xuất dầu gốc có độ nhớt cao, quá trình này còn cung cấp nguyên liệu cho công đoạn

cracking xúc tác, nhằm gia tăng các sản phẩm nhiên liệu nhẹ.

QUÁ TRÌNH KHỬ ASPHALT TRONG

PHẦN CẶN GUDRON

Cặn gudron sau chưng cất chân không

Volgagrad Perm Tuymazin Romachkin

Độ nhớt ở 100 o C 12-14 13-15 80 90

Hàm lượng lưu huỳnh 1.3 1.4 2.6 3

Sau khi tách asphalt môt cấp

Độ nhớt ở 100 o C 22-25 21-22 20-23 21-23

Hàm lượng cốc 0.8-1.2 1.0-1.1 0.9-1.2 1.0-1.2

Hàm lượng lưu huỳnh 0.4-0.5 0.6 1.8-2.0 2.3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH

 Các hợp chất nhựa, asphalt là những hợp chất phân cực có khả năng hoà tan rất kém trong dung môi không phân cực.

 Sử dụng dung môi parafin để đông tụ các chất nhựa asphalt

và hoà tan chọn lọc các hydrocacbon là biện pháp tối ưu và

hiệu quả nhất.

 Trong dung môi parafinic khả năng hoà tan có thể sắp xếp theo thứ tự giảm dần:

hydrocacbon thơm đa vòng

DUNG MÔI SỬ DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH

chất chứa lưu huỳnh

nhiều sản phẩm hơn hoặc là sản phẩm có độ nhớt cao hơn

propan.

THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ

Các thông số công nghệ trong quá trình trích ly khử asphalt trong gudron

1 Nhiệt độ

2 Tỷ lệ dung môi trên nguyên liệu

3 Đặc trưng của nguyên liệu

4 Áp suất

NHIỆT ĐỘ

Sự phụ thuộc của khả năng hoà tan của hydrocabon và propan vào nhiệt độ:

1 – Naphten và parafin 2 – Hydrocacbon thơm nhẹ

3 – Hydrocacbon thơm nặng 4 – Nhựa-asphalt

NHIỆT ĐỘ

propan:

+ Nhiệt độ < 50 o C propan hoà tan cả các hợp chất

hydrocacbon thơm và nhựa, do đó nhiệt độ sử dụng

+ Nhiêt độ > 85 khả năng hoà tan hydrocacbon của

hiệu suất phần khử quá nhỏ

NHIỆT ĐỘ

hành trong tháp trích ly với chế độ như sau

+ Nhiệt độ đỉnh tháp trích ly: 75-85 o C

+ Nhiệt độ đáy tháp trích ly: 50-60 o C

TỶ LỆ DUNG MÔI TRÊN NGUYÊN

giảm chất lượng của sản phẩm

tăng phần năng lượng sử dụng để hoàn nguyên dung

TỶ LỆ DUNG MÔI TRÊN NGUYÊN

LIỆU

 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu cho thấy tồn tại điểm thích hợp mà tại đó đạt được tỷ lệ nhỏ mà chất lượng dầu nhờn thu được là tốt nhất

Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu

TỶ LỆ DUNG MÔI TRÊN NGUYÊN

LIỆU

nặng như chất nhựa asphan thì tỷ lệ dung môi cần

sẽ thấp (từ 2/1 đến 4/1)

+ Nguyên liệu gudron chứa ít chất nhựa asphan thì

TỶ LỆ DUNG MÔI TRÊN NGUYÊN

LIỆU

Cặn gudron sau chưng cất chân không

Volgagrad Perm Tymenoki Romachkin

Cấp 1

Tỷ lệ propan/nguyên liệu 8:1 7:1 7:1 5:1 Nhiệt độ trong tháp trich ly

+ Đỉnh tháp

+ Đáy tháp

75÷77 57÷59

78÷80 61÷63

77÷79 62÷66

79÷82 55÷61 Cấp 2

ĐẶC TRƯNG NGUYÊN LIỆU

 Qua nghiên cứu, Bodarenko đã thiết lập được công

thức thực nghiệm để tính gần đúng hiệu suất phần

liệu:

Y = 94 – 4X + 0,1(X – 10) 2

Trong đó:

Y – Hiệu suất % của dầu nhờn đã khử

asphalt với độ cốc hoá (1,1 ÷1,2%);

X – Độ cốc hoá của nguyên liệu gudron sử

ÁP SUẤT

 Để đảm bảo propan ở trạng thái lỏng thì áp suất

atm (3,7-4,4 MPa)

 Áp suất quá cao, tỷ trọng của propan sẽ lớn và làm tăng khả năng hoà tan của nguyên liệu => chất

lượng sản phẩm sẽ không được đảm bảo

mục đích đảm bảo an toàn trong điều kiện áp suất cao

và có sự hoạt động của cánh khuấy

CÔNG NGHỆ TÁCH ASPHALT BẰNG

PROPAN

 Trong công nghiệp hiện nay có thể tiến hành tách

CÁC PHÂN ĐOẠN CHÍNH TRONG QUÁ

2 Hoàn nguyên dung môi từ dung dịch rafinat qua 4 giai đoạn

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ TÁCH ASPHALT

BẰNG PROPAN MỘT BẬC

Sơ đồ công nghệ quá trình tách asphalt bằng propan một bậc

K-1 – Tháp trích ly; K-2 – cột tách dung môi ra khỏi rafinat; K-3 – cột tách dung môi ra khỏi asphalt;

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ TÁCH ASPHALT

+ Phần rafinat được tách trong thiết bị bay hơi Э-1, Э-1a, Э-1б, sau đó đi qua tháp K-2 để tách sản phẩm ra khỏi hơi nước và propan

+ Phần extract được tách trong thiết bị bay hơi Э-2, sau khi được nung nóng trong lò đốt nóng П-1 Bitum được tách ra khỏi hơi nước và propan trong tháp K-3

 Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu và nhiệt độ trích ly đã được chọn trước tuỳ thuộc vào bản chất nguyên liệu và yêu cầu đối với sản phẩm

CÔNG NGHỆ TÁCH ASPHALT BẰNG

PROPAN HAI BẬC

nhớt cao hơn

cấp, và phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu đầu vào cũng như yêu cầu đối với sản phẩm.

trích ly thứ nhất

hơn

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ TÁCH ASPHALT

Sản phẩm sau khi đã loại bỏ asphalt bậc 2

CÔNG NGHỆ TÁCH ASPHALT BẰNG

PROPAN

bằng propan tiêu tốn một lượng năng lượng quá lớn Năng lượng này được sử dụng chủ yếu trong quá

trình hoàn nguyên dung môi.

đoạn, bay hơi sau đó ngưng tụ thành propan lỏng

trước khi tái sử dụng, lượng hơi nước sử dụng trong quá trình bay hơi dung môi không thể tái sử dụng

được cho quá trình ngưng tụ

XU HƯỚNG CẢI TIẾN CÔNG NGHỆ

TÁCH ASPHALT BẰNG PROPAN

 Những năm gần đây người ta hoàn nguyên dung môi

mà không sử dụng quá trình bay hơi và ngưng tụ.

=> Giảm bớt lượng năng lượng tiêu tốn cho quá

XU HƯỚNG CẢI TIẾN CÔNG NGHỆ

bỏ asphalt

C-1- thiết bị tách; K-2 - tháp bay hơi; A1 - thiết bị trao đổi nhiệt

A1

XU HƯỚNG CẢI TIẾN CÔNG NGHỆ

TÁCH ASPHALT BẰNG PROPAN

 Phần rafinat sau khi đi ra từ tháp K-1 được bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt A1 và thiết bị đốt nóng hơi, tại đây rafinat được đốt nóng đến nhiệt độ 120-130 o C, và áp suất 5MPa, sau đó được đưa vào thiết bị tách C-1, tại đây dung dich rafinat được tách ra làm hai pha Pha ở trên gồm propan đã được làm sạch được hồi lưu lại K-1 sau khi trao đổi nhiệt ở thiết bị trao đổi nhiêt A1 với phần rafinat ban đầu Phần pha bên dưới thiết bị chứa 80-90% sản phẩm Propan còn lại và hơi nước sẽ được tách ra khỏi sản phẩm ở tháp bay hơi K-2.

 Quá trình hoàn nguyên đối với phần extrac vẫn giống như

trường hợp trước

CÔNG NGHỆ TÁCH ASPHALT BẰNG DUNG MÔI VÀ CHẤT HẤP THỤ RẮN

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU

NHỜN GỐC