Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng loại 1 tháp năng suất 4.000.000 tấn/năm

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

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Hiếu

Bộ giáo dục và đào tạo Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt NamTrờng Đại học Bách Khoa Hà nội Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

***** -o O

o -Nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp

Họ và tên: hoàng Thị kim oanh

Khoá học: Hoá dầu QN _ K-45 Khoa: Công nghệ hoá học

Ngành học : Công nghệ hữu cơ - Hoá dầu

- An toàn lao động và tự động hoá

3 Các bản vẽ (Ghi rõ các loại bản vẽ và kích thớc các bản vẽ)

5 Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 17- 1- 2005.

6 Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế: 30- 5- 2005.

Ngày tháng năm 2005

Kết quả điểm đánh giá

- Quá trình thiết kế :

- Điểm duyệt :

- Bản vẽ thiết kế :

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Hiếu

Mục lục

Mở đầu

Phần I

Tổng quan lý thuyết Chơng I: Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình chng cất

I Nguyên liệu 3

1.Thành phần của dầu thô 3

1.1.Thành phần nguyên tố 3

1.2.Thành phần hoá học 3

2 Phân loại dầu thô 10

2.1 Phân loại dầu thô dựa vào bản chất hoá học 10

2.2 Phân loại dầu thô dựa vào bản chất vật lý 11

3 Các dặc tính vật lý quan trọng của dầu thô 11

3.1 Tỷ trọng 11

3.2 Thành phần phân đoạn 12

3.3 Hệ số đặc trng K 12

II Chuẩn bị nguyên liệu trớc khi chng cất 13

1 ổn định dầu nguyên khai 13

2 Tách các tạp chất cơ học, nớc, muối khoáng 13

2.1 Tách bằng phơng pháp cơ học 14

2.2 Tách nhũ tơng nớc trong dầu bằng phơng pháp hoá học 15 2.3 Tách bằng phơng pháp dùng điện trờng 15

III Sản phẩm của quá trình chng cất 16

1 Khí hydrocacbon 17

2 Phân đoạn xăng 17

3 Phân đoạn kerosen 17

1 4 Phân đoạn diezel 17

5 Phân đoạn mazut 18

6 Phân đoạn dầu nhờn 18

7 Phân đoạn gudron 18

Chơng II Công nghệ chng cất dầu thô I Vai trò, mục đích và ý nghĩa của quá trình chng cất dầu thô 19

1 Vai trò 19

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Hiếu

2 1 Chng đơn giản 22

1.1 Chng cất bằng cách bay hơi dần dần 22

3 1.2 Chng cất bằng cách bay hơi một lần 22

1.3 Chng cất bằng cách bay hơi nhiều lần 23

4 2 Chng phức tạp 24

2.1 Chng cất có hồi lu 24

5 2.2 Chng cất có tinh luyện 24

3 Chng cất chân không và chng cất hơi nớc 26

III Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình chng cất 27

1.Chế độ nhiệt của tháp chng luyện 27

2 Yếu tố áp suất của tháp chng luyện 29

3 Điều khiển, khống chế chế độ làm việc của tháp chng cất 30

IV Các loại sơ đồ công nghệ 31

6 1 Sơ đồ công nghệ bay hơi một lần và một tháp tinh cất 31

7 2 Sơ đồ công nghệ bốc hơi hai lần và tinh luyện hai lần trong hai tháp nối tiếp nhau 32

V Lựa chọn sơ đồ công nghệ và chế độ công nghệ của quá trình chng cất 33

1 Phân tích và lựa chọn sơ đồ công nghệ 33

2.Thuyết minh sơ đồ công nghệ chng cất loại một tháp 34

3 Sơ đồ công nghệ 35

VI Thiết bị chính trong dây chuyền 36

Phần II Tính toán công nghệ I Tính cân bằng vật chất 38

1 Lu lợng các sản phẩm 38

1.1 Lu lợng sản phẩm khí 38

8 1.2 Lu lợng xăng 39

1.3 Lu lợng dầu hoả 39

9 1.4 Lu lợng diezel 39

1.5 Lu lợng cặn 39

10 2 Tính tiêu hao hơi nớc 39

2.1 Lợng hơi nớc dùng cho đáy tháp chng 40

2.2 Lợng hơi nớc dùng để tách các sản phẩm 40

II Vẽ đờng cong điểm sôi thực (PRF) của dầu thô và đờng cong cân bằng (VE) của các sản phẩm dầu 40

1 Đờng cong điểm sôi thực PRF 40

2 Đờng cong cân bằng VE 42

2.1 Đờng cong VE của xăng 42

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Hiếu

2.2 Đờng cong VE của dầu hoả 43

2.3 Đờng cong VE của diezel 44

III Xác định các đại lợng trung bình của sản phẩm 45

11 1 Tỷ trọng trung bình 45

12 2 Nhiệt độ sôi trung bình phân tử 46

13 3 Phân tử lợng trung bình của các sản phẩm 47

IV Tính chế độ của tháp chng cất 47

1 Xác định áp suất trong tháp 47

1.1 áp suất tại đỉnh tháp 47

1.2 áp suất tại đĩa lấy dầu hoả 47

1.3 áp suất tại đĩa láy diezel 47

1.4 áp suất vùng nạp liệu 47

2 Xác định nhiệt độ trong tháp 48

2.1 Nhiệt độ tại vùng nạp liệu và nhiệt độ đáy tháp 48

2.2 Nhiệt độ tại đĩa lấy diezel và dầu hoả 49

2.3 Nhiệt độ tại đỉnh tháp 54

2.4 Tính chỉ số hồi lu trên đỉnh tháp 57

V Tính kích thớc của tháp 58

14 1 Tính đờng kính tháp 58

15 2 Tính chiều cao tháp 60

16 3 Tính số chóp và đờng kính chóp 61

Phần III Tính toán kinh tế I Mục đích 62

II Chế độ công tác của phân xởng 62

III Nhu cầu về nguyên liệu và năng lợng 64

17 1 Nhu cầu về nguyên liệu 64

2 Nhu cầu về năng lợng 64

IV Xác định nhu cầu công nhân cho phân xởng 65

18 V Tính khấu hao cho phân xởng 66

VI Chi phí khác cho một thùng sản phẩm 67

19 VII Xác định hiệu quả kinh tế 68

Phần IV

Xây dựng công nghiệp

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Hiếu

II Giải pháp thiết kế tổng mặt bằng 70

1 Bố trí mặt bằng phân xởng 70

2 Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản 71

Phần V An toàn lao động và tự động hoá I An toàn lao động 73

1 Giáo dục về an toàn lao động 73

2 Trang bị bảo hộ lao động 73

3 Các biện pháp kỹ thuật về an toàn lao động 74

4 Công tác vệ sinh lao động 74

II Tự động hoá 74

1 Mục đích và ý nghĩa 74

2 Các ký hiệu dùng trong tự động hoá 75

3 Các dạng tự động hoá 76

4 Cấu tạo một số thiết bị tự động 78

Kết luận 81

Tài tiệu tham khảo 82

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lê Văn Hiếu

Lời cảm ơn

Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: TS Lê Văn Hiếu, thầy

đã tận tình hớng dẫn giúp đỡ em về mặt kiến thức khoa học, với sự chỉ bảo của thầy đã giúp em hiểu đợc những vấn đề cần thiết và hoàn thành bản đồ án này

đúng thời gian qui định

Đồng thời cho em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Công nghệ Hữu cơ - Hoá dầu đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian vừa qua

Tuy nhiên với khối lợng công việc hoàn thành trong thời gian có hạn nên

em không thể tránh khỏi những sai sót và vớng mắc nhất định Vậy em kính mong các thầy giáo, cô giáo chỉ bảo thêm cho em

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

Hoàng Thị Kim Oanh

Mở đầu

Công nghệ chế biến dầu mỏ đợc xem nh bắt đầu ra đời vào năm 1859 khi mà Edwin Drake (Mỹ) khai thác đợc dầu thô Lúc bấy giờ lợng dầu thô còn rất ít, chỉ phục vụ cho mục đích để đốt cháy, thắp sáng Sang thế kỷ XIX, dầu đợc coi nh là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phơng tiện giao thông và cho nền kinh tế quốc dân

Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lợng quan trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới Khoảng 65 đến 70% năng lợng đợc sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ có 20 đến 22% năng lợng đi từ than, 5 đến 6% năng lợng đi từ n-

ớc và 8 đến 12 từ năng lợng hạt nhân

Ngành công nghiệp dầu khí do tăng trởng nhanh đã trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của thế kỷ XX Đặc biệt sau đại chiến Thế giới thứ II, công nghiệp dầu khí phát triển nhằm đáp ứng hai mục tiêu chính là :

- Cung cấp các “sản phẩm trắng“ cho nhu cầu về nhiên liệu động cơ, nhiên liệu công nghiệp và các sản phẩm về dầu mỡ bôi trơn

- Cung cấp các hoá chất cơ bản cho ngành tổng hợp hoá dầu và hoá học, tạo ra sự thay đổi lớn về cơ cấu phát triển của chủng loại sản phẩm của ngành hoá chất và vật liệu Hoá dầu đã thay thế dần hoá than đá và vợt lên công nghệ chế biến than

Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh là nhờ các đặc tính quý riêng của nguyên liệu dầu mỏ mà 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 đợc có chất lợng cao, ít tạp chất và dễ tinh chế, dễ tạo ra nhiều chủng loại sản phẩm đáp ứng mọi nhu cầu của các ngành kinh tế quốc dân

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí trên thế giới,

ở Việt Nam dầu khí cũng đã đợc phát hiện từ những năm 1970 và đang trên đà phát triển Chúng ta đã tìm ra nhiều mỏ dầu với trữ lợng tơng đối lớn nh mỏ

Đại Hùng, mỏ Rồng, mỏ Rạng Đông vùng Nam Côn Sơn, các mỏ khí nh Tiền Hải (Thái Bình), Lan Tây, Lan Đỏ Đây là nguồn tài nguyên quí để giúp nớc

ta có thể bớc vào kỷ nguyên mới của công nghệ dầu khí Nhà máy lọc dầu số

1 Dung Quất - Quảng Ngãi với công suất 6,5 triệu tấn/năm, sắp hoàn thành để

đa vào hoạt động và đang tiến hành phê duyệt dự án tiền khả thi nhà máy lọc dầu số 2 tại Nghi Sơn - Thanh Hoá với công suất 7 triệu tấn/năm Nh vậy ngành công nghiệp chế biến dầu khí ở nớc ta đang bớc vào thời kỳ mới, thời

kỳ mà cả nớc ta đang thực hiện mục tiêu công nghiệp hoá và hiện đại hoá

Chắc chắn sự đóng góp của ngành dầu khí sẽ rất có ý nghĩa, không những chỉ bằng các chỉ tiêu kinh tế cụ thể mà ngành kinh tế mũi nhọn này còn góp phần xây dựng đất nớc, để sau vài thập niên tới sánh ngang với các nớc tiên tiến trong khu vực và trên thế giới.

Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lợng của quá trình chế biến Theo các chuyên gia về hoá dầu ở Châu Âu, việc đa dầu mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao đợc hiệu quả sử dụng của dầu mỏ lên 5 lần và nh vậy tiết kiệm đợc nguồn tài nguyên quí hiếm này

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

đến chng cất dầu thô Trên cơ sở đó thiết kế dây chuyền chng cất dầu thô ít phần nhẹ với công suất 4 triệu tấn/năm Để từ đó giúp cho sinh viên củng cố

và nắm vững các kiến thức cơ bản về hoá học dầu mỏ

đất gọi là các mỏ dầu Trong thiên nhiên dầu mỏ nằm ở dạng chất lỏng nhờn,

dễ bắt cháy Khi khai thác ở nhiệt độ thờng nó có thể ở lỏng hoặc đông đặc,

có màu từ vàng đến đen

Dầu mỏ không phải là một đơn chất mà là hỗn hợp của rất nhiều chất trong đó có hàng trăm các cấu tử khác nhau Mỗi loại dầu mỏ đợc đặc trng bởi thành phần riêng và sự khác nhau về số lợng cũng nh về hàm lợng của các hợp chất có trong dầu thô dẫn đến sự khác nhau về thành phần của dầu Tuy nhiên

về cơ bản chúng đều có các hydrocacbon là thành phần chính (chiếm từ 60

đến 90 % trọng lợng dầu thô), còn lại là các hợp chất khác Và nhìn chung dầu

mỏ chứa càng nhiều hydrocacbon, càng ít các thành phần dị tố thì chất lợng dầu càng tốt và loại dầu thô đó càng có giá trị kinh tế cao

1.Thành phần của dầu mỏ:

1.1 Thành phần nguyên tố:

Tuy trong dầu có chứa tới hàng trăm các hợp chất khác nhau nhng hai nguyên tố cơ bản chiếm phần lớn đó là cacbon C (chiếm 82-87%) và hydro H (chiếm11-14%) Ngoài hai nguyên tố chính trên trong dầu thô còn chứa các nguyên tố khác nh lu huỳnh, nitơ, oxy và một lợng nhỏ (tính bằng phần triệu)

các halogen (clo, iot, ), các kim loại nh niken, vanadi, volfram,

1.2 Thành phần hóa học:

1.2.1 Hydrocacbon- thành phần chủ yếu của dầu thô:

Các loại dầu thô trên thế giới đều khác nhau về thành phần hóa học và

đặc tính vật lý, trong đó thành phần chủ yếu và quan trọng nhất quyết định chất lợng dầu thô chính là các hợp chất hydrocacbon chứa trong nó Hầu nh tất cả các loại hợp chất hydrocacbon đều có mặt trong dầu chỉ trừ hydrocacbon olefinic là không có trong hầu hết các loại dầu thô hoặc nếu có thì hàm lợng cũng rất nhỏ Sau đây là các loại hợp chất hydrocacbon cụ thể:

a Hydrocacbin parafin RH:

Các hydrocacbon parafin có công thức tổng quát là CnH2n+2 (n là số nguyên tử cacbon có trong mạch) hay còn gọi là ankan là loại hydocacbon phổ biến nhất Trong dầu mỏ chúng tồn tại ở 3 dạng: khí (C1 đến C4), lỏng (C5 đến

C17), rắn (> C18)

Các hydrocacbon khí, khi nằm trong dầu mỏ, do áp suất cao cho nên chúng hoà tan trong dầu Sau khi khai thác do áp suất giảm, chúng thoát ra ngoài tạo nên khí đồng hành gồm metan, etan, propan và butan Trong khí

đồng hành C3, C4 chiếm phần chủ yếu (khác với khí thiên nhiên, C1 chiếm tới

80 % thể tích), ngoài ra còn có một lợng rất nhỏ pentan bay hơi ra cùng

Về cấu trúc hydrocacbon parafin có hai loại: loại mạch thẳng (n-parafin)

và loại có cấu trúc mạch nhánh (iso-parafin) trong đó n-parafin chiếm đa số (25 - 30% thể tích)

Các hydrocacbon parafin từ C5 đến C10 nằm trong phần nhẹ (trong xăng) của dầu, với các cấu tử có nhánh là những cấu tử tốt của nhiên liệu xăng, vì làm cho xăng có khả năng chống kích nổ tốt (chỉ số octan cao) Trong khi đó , n-parafin lại có tác dụng xấu cho khả năng chống kích nổ của xăng (n-C7 có trị số octan = 0)

Các hydrocacbon parafin có số nguyên tử cacbon từ C10 đến C16 nằm trong phần nhiên liệu phản lực và nhiên liệu diezel, khi có cấu trúc thẳng lại là các cấu tử có ích cho nhiên liệu diezel, vì chúng có khả năng bắt cháy tốt (chỉ số xetan cao)

Trong chế biến dầu, những RH chứa trong phần nhẹ của dầu hay trong khí đồng hành lại là nguyên liệu rất tốt cho quá trình sản xuất olefin thấp nh etylen, propylen, butylen và butadien Đó là những nguyên liệu “cơ sở” cho tổng hợp hoá học, để sản xuất sợi, chất dẻo, cao su nhân tạo,

Cần chú ý rằng các n-parafin có số cacbon bằng hoặc lớn hơn C18, ở nhiệt độ thờng chúng đã là chất rắn Các parafin nay có thể hoà tan trong dầu hoặc tạo thành các tinh thể lơ lửng trong dầu Khi hàm lợng các parafin rắn quá cao, dầu bị đông đặc gây khó khăn cho vấn đề khai thác, vận chuyển Hàm lợng của chúng càng cao thì nhiệt độ đông đặc càng lớn Ví dụ dầu Minas (Indonexia) có 13% parafin rắn, nhiệt độ đông đặc +300C ; còn dầu Libi, có 10 % parafin rắn, nhiệt độ đông đặc là 180C Nh vậy, đối với những

mỏ dầu có nhiệt độ đông đặc cao nh dầu Minas khi khai thác, vận chuyển ngời

parafin rắn tách đợc từ dầu thô lại là nguồn nguyên liệu quí để tổng hợp hoá học nh điều chế chất tẩy rửa tổng hợp, tơ sợi nhân tạo, phân bón, chất dẻo,

b Hydrocacbon naphtenic:

Hydrocacbon họ naphtenic trong dầu mỏ là những hydrocacbon vòng

no (xyclo parafin, công thức tổng quát CnH2n), thờng ở dạng vòng 5, 6 cạnh có thể ở dạng ngng tụ 2, 3 vòng Naphtenic là một trong số hydrocacbon phổ biến

và quan trọng trong dầu mỏ Hàm lợng của chúng có thể thay đổi từ 30 đến 60% trọng lợng

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

và dầu nhờn Các naphtenic một vòng làm cho xăng có chất lợng 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 ít 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 đợc 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 đợc các hydrocacbon thơm: benzen, toluen, xylen (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 lợng khá lớn, cấu trúc và sự phân bố của chúng trong các phân đoạn có ảnh hởng rất lớn đến hiệu suất và chất lợng sản phẩm thu đợc

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 nghĩa quan trọng, quyết định hiệu suất các hydrocacbon naphten tạo thơm nhận đợc qua phản ứng khử hydro naphten, tạo thơm của quá trình reforming xúc tác

Một số ví dụ về các RH naphtenic có trong dầu mỏ nh sau :

Dầu mỏ càng chứa nhiều hydrocacbon naphtenic thì càng có giá trị kinh

tế cao

c Hydrocacbon aromatic (hydrocacbon thơm):

Hydrocacbon họ aromatic (công thức tổng quát CnH2n-6), trong dầu mỏ thờng chiếm tỷ lệ ít hơn hai loại trên khoảng 30%, chúng thờng là những loại vòng thơm ảnh hởng của hydrocacbon loại này trong thành phần các sản

R R (CH2)10- CH3

R

phẩm dầu mỏ thay đổi khác nhau Loại hydrocacbon aromatic thờng gặp là loại một vòng và đồng đẳng của chúng (BTX) Các chất này thờng nằm trong phần nhẹ và là cấu tử làm tăng khả năng chống kích nổ của xăng Các chất ng-

ng tụ 2, 3 hoặc 4 vòng thơm có mặt trong phần có nhiệt độ sôi trung bình và cao của dầu mỏ; hàm lợng các chất này thờng ít hơn

Dới đây là một số loại aromatic thờng gặp trong dầu :

benzen toluen xylen naphtalen antraxen

phenantren diphenyl pyren

Hydrocacbon thơm trong xăng là các cấ tử có trị số octan cao nhất nên chúng là những cấu tử quý cho xăng Nhng nếu chúng có mặt trong nhiên liệu phản lực hay nhiên liệu diezel thì lại làm giảm chất lợng của các loại nhiên liệu này

Các loại dầu mỏ điển hình chứa nhiều hydrocacbon aromatic trên thế giới

là dầu thô ở đảo Bornéo, Sumatra và Java của Indonexia, hoặc dầu thô Đại Hùng ở Việt Nam, những loại dầu thô này chứa từ 30 đến 40 % aromatic trong phần nhẹ

d Hydrocacbon loại hỗn hợp naphten - thơm:

Loại này rất phổ biến trong dầu, chúng thờng nằm ở phần có nhiệt độ sôi cao Cấu trúc của chúng rất gần với cấu trúc trong các vật liệu hữu cơ ban

đầu tạo thành dầu, nên càng có độ biến chất thấp sẽ càng có nhiều RH loại này

Một số RH hỗn hợp naphten-thơm thờng gặp trong dầu mỏ có cấu trúc

1- xyclohexyl -2- phenyl etan

1.2.2 Các thành phần phi hydrocacbon:

Những hydrocacbon thờng hay gặp trong dầu khí là CO2, H2S, He, Ar (trong khí thiên nhiên) và các hợp chất chứa lu huỳnh, nitơ, oxy, các chất nhựa, asphanten và kim loại trong dầu mỏ

a Các hợp chất hữu cơ chứa lu huỳnh:

Các chất hữu cơ chứa lu huỳnh là loại hợp chất phổ biến nhất, chúng làm xấu đi chất lợng của dầu thô Ngời ta đã phát hiện trong dầu có khoảng

450 loại hợp chất khác nhau, thì các hợp chất chứa S đã chiếm tới 380 hợp chất

Các loại dầu chứa ít hơn 0,5% lu huỳnh là loại dầu tốt, còn dầu chứa từ

1 đến 2% lu huỳnh trở lên là dầu xấu Các chất chứa lu huỳnh thờng gặp ở các dạng nh:

đoạn nhẹ Các chất hữu cơ có chứa lu huỳnh là loại hợp chất phổ biến nhất, làm xấu đi chất lợng của dầu thô

Nói chung, các hợp chất chứa S trong dầu là các chất có hại, vì ảnh hởng của các hợp chất chứa lu huỳnh chủ yếu là gây ăn mòn thiết bị công nghệ khi chế biến, ăn mòn động cơ khi sử dụng, các sản phẩm chứa nhiều lu huỳnh gây

ô nhiễm môi trờng Vì vậy dầu mỏ chứa nhiều các hợp chất chứa lu huỳnh phải sử dụng nhiều quá trình công nghệ phụ thêm để làm sạch các sản phẩm cũng nh sử dụng các thiết bị công nghệ với các vật liệu chịu ăn mòn (tháp ch-

ng sơ khởi), do đó giá thành tăng; các sản phẩm khi chế biến dầu mỏ nhiều S, rất nhiều sản phẩm cũng không đạt chất lợng mong muốn Do vậy mà hàm l-

S

ợng lu huỳnh đợc coi là một chỉ tiêu rất quan trọng để đánh giá chất lợng của dầu thô và các sản phẩm dầu.

b Các hợp chất chứa nitơ:

Các chất chứa nitơ thờng rất ít trong dầu mỏ (chiếm từ 0,01 đến 1% trọng lợng), chúng nằm ở phần có nhiệt độ sôi cao; thờng có 1, 2 hoặc 3 nguyên tử N Những hợp chất có một nguyên tử N thờng có tính bazơ và là loại chính; còn các chất chứa từ 2 nguyên tử trở lên thờng rất ít Những chất này thờng có xu hớng tạo phức với kim loại nh V, Ni

Một số hợp chất chứa một nitơ nh :

pyridin quinolin izo-quinolin

acridin pyrol indol

Tuy các hợp chất chứa N có số lợng nhỏ hơn các hợp chất chứa S, nhng các hợp chất chứa N cũng là có hại, rất độc cho xúc tác trong quá trình chế biến, đồng thời chúng phản ứng tạo nhựa, làm tối màu sản phẩm trong thời gian bảo quản Khi có mặt trong nhiên liệu, các hợp chất chứa N cháy tạo ra khí NOX là những khí rất độc, gây ăn mòn mạnh Do vậy, cũng nh các hợp chất chứa S, khi hàm lợng các hợp chất chứa N vợt quá giới hạn cho phép, thì cũng tiến hành loại bỏ chúng trớc khi đa vào các quá trình chế biến

c Các hợp chất chứa oxy:

Các hợp chất chứa oxy có trong dầu ở các dạng axit hữu cơ, phổ biến là axit naphtenic, phenol, xeton, ete, este Trong đó, các axit và phenol là quan trọng hơn cả, chúng thờng nằm ở phần có nhiệt độ sôi trung bình và nhiệt độ sôi cao Các axit naphtenic chủ yếu là loại vòng 5 hay 6 cạnh Ngời ta cũng tìm thấy các axít hữu cơ mạch thẳng với số nguyên tử cacbon từ C20, C21 trở lên

Các axit thờng có một chức và nhiều nhất ở phần nhiệt độ sôi trung

phenol crezol β-naphtol

d Các hợp chất cao phân tử và các kim loại nặng:

Các hợp chất cao phân tử là nhóm các chất nhựa, asphanten, cacben và cacboit thờng gặp ở phần có nhiệt độ sôi cao của dầu Hàm lợng nhựa và asphanten dao động trong giới hạn khá rộng: nhựa có thể từ 4 đến 18%, còn asphanten có thể từ 0 đến 6%

Những hợp chất nhựa, asphanten làm xấu đi chất lợng của dầu mỏ và sản phẩm dầu, dễ tạo cặn, cốc khi cháy Ngoài ra còn gây ngộ độc xúc tác trong các quá trình chế biến Tuy nhiên khi có mặt trong phần cặn chúng là những cấu tử có lợi để sản xuất bitum, nhựa đờng hoặc sản xuất cốc dầu mỏ

Các kim loại nặng có trong dầu thờng không nhiều và tồn tại dới dạng phức chất cơ kim, phổ biến nhất là các hợp chất của niken, vanadi và một ít các kim loại khác nh sắt, đồng, chì Hàm lợng các kim loại này càng nhiều sẽ gây trở ngại cho các quá trình chế biến có xúc tác, gây ăn mòn kim loại thậm chí có thể gây thủng lò khi sử dụng làm nhiên liệu đốt lò

e Nớc lẫn trong dầu mỏ (nớc khoan):

Trong dầu mỏ bao giờ cũng lẫn một lợng nớc nhất định, chúng tồn tại ở dạng nhũ tơng

Khi khai thác dầu, để lắng nớc sẽ tách ra khỏi dầu Trong trờng hợp nớc tạo thành hệ nhũ tơng bền vững, lúc đó muốn tách đợc hết nớc phải dùng phụ gia phá nhũ Cần chú ý rằng, một số muối khoáng trong nớc bị thủy phân tạo

ra axít, gây ăn mòn thiết bị, bơm, đờng ống theo các phản ứng sau:

MgCl2 + 2 H2O Mg(OH)2 + 2 HCl

MgCl2 + H2O Mg(OH)Cl + HClVì vậy, phải nghiên cứu kỹ về nớc khoan và có biện pháp ngăn ngừa sự

ăn mòn đó

OH

OH

2 Phân loại dầu thô:

Dầu thô muốn đa vào chế biến hoặc buôn bán trên thị trờng, cần phải xác định xem chúng thuộc loại nào: dầu nặng hay dầu nhẹ; dầu có chứa nhiều parafinic, naphtenic hay aromatic; dầu có chứa nhiều lu huỳnh hay không? Từ

đó mới xác định đợc giá trị của dầu trên thị trờng và hiệu quả thu đợc của các sản phẩm khi chế biến

Có nhiều phơng pháp để phân loại dầu mỏ, song chủ yếu dựa vào hai phơng pháp, đó là: dựa vào bản chất hoá học và bản chất vật lý

2.1 Phân loại dầu thô dựa vào bản chất hoá học:

Phân loại theo bản chất hoá học có nghĩa là dựa vào thành phần của hydrocacbon có trong dầu Nếu trong dầu, họ hydrocacbon nào chiếm phần chủ yếu thì dầu sẽ mang tên loại đó Ví dụ, dầu parafinic thì hàm lợng RH parafin trong đó phải chiếm 75% trở lên Trong thực tế, không tồn tại các loại dầu thô thuần chủng nh vậy, mà chỉ có các loại dầu trung gian, chẳng hạn: dầu naphteno-parafinic, có nghĩa là hàm lợng parafin trội hơn (50% parafin, 25% naphten, còn lại các loại khác) Có nhiều phơng pháp khác nhau để phân loại theo bản chất hoá học

a Phơng pháp của Viện dầu mỏ Nga:

Phơng pháp này phân tích hàm lợng của từng loại RH trong phân đoạn

có nhiệt độ sôi từ 250 đến 3000C, kết hợp với xác định hàm lợng parafin rắn

và asphanten có trong dầu, rồi tuỳ theo số liệu có đợc để xác định loại dầu

b Phơng pháp của Viện dầu mỏ Pháp:

Phơng pháp này đo tỷ trọng (d415) của phân đoạn 250 đến 3000C của dầu thô, trớc và sau khi xử lý với axit sunfuric Sau đó dựa vào khoảng tỷ trọng để phân loại dầu tơng ứng

c Phơng pháp của Viện dầu mỏ Mỹ:

Chng cất dầu thô sơ bộ, tách ra làm hai phân đoạn: phân đoạn 250 đến

2750C và phân đoạn 275 đến 4150C, sau đó đo tỷ trọng ở 15,60C (600F) của mỗi phân đoạn So sánh chúng với các giá trị tỷ trọng để xếp loại dầu thô

d Phân loại theo Nelson, Watson và Murphy:

Theo các tác giả này, dầu mỏ đợc đặc trng bởi hệ số K, là một hằng số vật lý quan trọng, đặc trng cho bản chất hoá học của dầu, đợc tính theo công thức:

d : tỷ trọng dầu thô, xác định ở 15,60C (600F) so với nớc ở cùng nhiệt độ

Giới hạn hệ số K đặc trng để phân chia dầu mỏ nh sau :

Dầu mỏ họ parafinic : K = 13 ữ 12,15Dầu mỏ họ trung gian : K = 12,1 ữ 11,5Dầu mỏ họ naphtanic : K = 11,45 ữ 10,5Dầu mỏ họ aromatic : K = 10

2.2 Phân loại dầu thô theo bản chất vật lý:

Cách phân loại này dựa theo tỷ trọng Biết tỷ trọng có thể chia dầu thô theo ba cấp:

Dầu nhẹ : d415 < 0,830Dầu trung bình : d = 0,830 ữ 0,884Dầu nặng : d > 0,884

Hoặc có thể phân loại theo 5 cấp sau :

Dầu rất nhẹ : d415 < 0,830Dầu nhẹ vừa : d = 0,830 ữ 0,850Dầu hơi nặng : d = 0,850 ữ 0,865Dầu nặng : d = 0,865 ữ 0,905Dầu rất nặng : d > 0,905

Ngoài ra, trên thị trờng dầu thế giới còn sử dụng độ 0API thay cho tỷ trọng và đợc tính nh sau:

- 131,5

Dầu thô thờng có độ 0API từ 40 (d = 0,825) đến 10 (d ≈ 1)

3 Các đặc tính vật lý quan trọng cuả dầu thô:

3.1 Tỷ trọng:

Tỷ trọng của dầu là khối lợng của dầu so với khối lợng của nớc ở cùng một nhiệt độ và thể tích xác định Đây là đặc tính vật lý quan trọng để đánh giá chất lợng dầu thô: dầu nặng hay nhẹ, mức độ biến chất cao hay thấp, khả năng chứa lu huỳnh nhiều hay ít Trị số tỷ trọng của dầu dao động trong khoảng rộng từ 0,8 ữ 0,99 và tùy thuộc vào từng loại dầu Tỷ trọng càng nhỏ dầu càng nhẹ, hàm lợng các sản phẩm trắng cao và càng chứa ít lu huỳnh do

đó sẽ có giá trị kinh tế cao khi dùng làm nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu

0API = 141,5

d15,6 15,6

chất lợng tốt Ngợc lại, dầu càng nặng thì khả năng sản xuất các sản phẩm bitum, cốc càng có giá trị.

3.2 Thành phần phân đoạn:

Nh ta đã biết dầu mỏ không phải là một đơn chất mà là một hỗn hợp rất phức tạp của nhiều chất nên không có nhiệt độ sôi cố định mà có thể thay đổi

từ nhiệt độ thờng cho đến 7500C và đợc chia thành từng phân đoạn, trong đó

sự phân bố về hàm lợng các phân đoạn trong dầu thô gọi là thành phần phân

đoạn của dầu thô

Có 2 cách phân chia nh sau:

- Phân chia dầu thô thành 3 phân đoạn :

Phân đoạn nhẹ là phân đoạn gồm các cấu tử (C5 ữ C10) có khoảng nhiệt độ sôi từ 30 ữ 2000C dùng làm nguyên liệu để sản xuất xăng cho động cơ hay để tổng hợp hóa dầu

Phân đoạn trung bình có nhiệt độ sôi từ 200 ữ 3500C (gồm các cấu tử C10

ữ C20) dùng làm nguyên liệu để chế tạo nhiên liệu phản lực diezel hoặc làm nguyên liệu cho quá trình Cracking

Phân đoạn nặng (C20 ữ C60) có nhiệt độ sôi trên 3500C dùng để chế tạo dầu nhờn, nhựa đờng hoặc làm nguyên liệu cho quá trình Cracking, hydrocracking

- Phân chia dầu thô dựa trên các sản phẩm chế biến gồm có 7 phân đoạn sau: khí, xăng, kerosen, diezel, mazut, dầu nhờn và gudron (sẽ nói rõ hơn ở mục sản phẩm của quá trình chng cất)

Các phân đoạn xăng, kerosen, diezel là các sản phẩm sáng màu nên đợc gọi

là sản phẩm trắng và với mỗi loại dầu thô khác nhau hiệu suất các phân đoạn trên sẽ khác nhau

3.3 Hệ số đặc trng K:

Hệ số đặc trng K đợc dùng để phân loại dầu thô, tính toán thiết kế hay chọn điều kiện công nghệ chế biến thích hợp Dựa vào hệ số đặc trng K ngời

ta biết đợc dầu thô mang đặc tính của loại hydrocacbon nào là chính

Dầu thô mang đặc tính parafinic thờng cho hiệu suất xăng, kerosen, gasoil cao, cho dầu nhờn chất lợng tốt Còn dầu thô mang đặc tính naphtenic thờng cho hiệu suất sản phẩm trắng thấp nhng chất lợng xăng cao, khả năng

đặc tính vật lý trên chúng ta có thể phân tích đánh giá dầu thô để đa ra phơng

án sử dụng dầu thô sao cho hợp lý và hiệu quả nhất

II CHUẩN Bị NGUYÊN LIệU TRƯớc KHI CHƯNG CấT:

Nguyên liệu dùng cho quá trình chng cất ở đây là loại dầu nặng do đó

để phù hợp với yêu cầu này chúng ta chọn dầu thô Mandji Đây là loại dầu có chứa nhiều lu huỳnh, là hợp chất có hại cho quá trình chng cất cũng nh các quá trình chế biến khác Chúng chủ yếu gây ăn mòn hệ thống đờng ống, các thiết bị gia nhiệt và tháp chng luyện sơ khởi Vì vậy trớc khi tiến hành chng cất cần phải qua công đoạn xử lý lu huỳnh Phơng pháp làm sạch lu huỳnh th-ờng dùng đó là làm sạch bằng phơng pháp hóa học (sử dụng axit H2SO4, kiềm NaOH, hay dùng dung dịch hấp phụ phenolat natri, kaliphotphat) hoặc làm sạch bằng hấp phụ và xúc tác (chất hấp phụ nh đất sét, silicagel; chất xúc tác Mo-Co/Al2O3, Ni-Mo/Al2O3) hay dùng dung môi chọn lọc để làm sạch lu huỳnh Trong các phơng pháp trên thì phơng pháp làm sạch bằng xúc tác là

đem lại hiệu quả cao nhất

Mặt khác dầu thô vừa khai thác lên ngoài thành phần chính là hydrocacbon ra còn chứa nhiều tạp chất cơ học, đất đá, nớc và cả muối khoáng Chúng lẫn vào trong dầu và nằm phổ biến ở dạng nhũ tơng nên khó tách ở điều kiện thờng Nhng nếu không tách các tạp chất này khi vận chuyển hay tồn chứa và đặc biệt là khi chng cất dầu chúng sẽ tạo cặn bùn và các hợp chất ăn mòn, phá hỏng thiết bị làm giảm công suất chế biến Vì thế trớc khi đa vào chế biến, dầu thô phải đợc cho qua các bớc xử lý khác nhau nh sau:

1 ổn định dầu nguyên khai:

Dầu nguyên khai còn chứa các khí hoà tan nh khí đồng hành và các khí phi hydrocacbon Đại bộ phận chúng dễ tách ra khi giảm áp suất trong lúc phun ra khỏi giếng khoan Nhng dù sao vẫn còn lại một lợng nhất định lẫn trong dầu và cần phải tách tiếp trớc khi đa chúng vào chế biến nhằm mục đích hạ thấp áp suất hơi khi chng cất dầu thô và nhận thêm nguồn nguyên liệu cho chế biến hóa dầu vì các khí hydrocacbon nhẹ từ C1 ữ C4 là nguyên liệu quý cho quá trình sản xuất olefin nhẹ ổn định dầu thô thực chất là chng tách bớt phần nhẹ; để tránh bay hơi cả phần xăng tốt nhất là tiến hành chng cất ở áp suất cao khi đó chỉ có các cấu tử nhẹ hơn C4 bay hơi, còn phần tử từ C5 trở lên vẫn còn lại trong dầu

2 Tách các tạp chất cơ học, nớc, muối khoáng:

Muốn xử lý dầu thô trớc khi đa vào chng cất chúng ta phải trải qua những bớc tách cơ bản :

Nớc lẫn trong dầu ở dới mỏ chỉ ở dạng tự do chứ không có dạng nhũ

t-ơng Khi khai thác, bơm, phun dầu, các quá trình khuấy trộn thì nớc cùng với các tạp chất tạo thành ở dạng nhũ tơng Vì vậy rất bền và khó tách nhng nếu

để vậy đa đi chế biến thì không thể đợc mà phải khử chúng ra khỏi dầu Việc khử nớc và muối này tiến hành ở nơi khai thác là tốt nhất

Tốc độ lắng của các hạt đợc tính theo công thức Stockes nếu kính thớc hạt lớn hơn 0,5 àm

V=

η

18

) ( 1 2

2 d d g

r −

(1) Trong đó:

ở các nhà máy chế biến dầu tách nớc thờng gia nhiệt để lắng, khống chế

n: số lợng vòng quay của máy ly tâm (vòng/phút)

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

lệ với bình phơng số vong quay của roto Trong công nghiệp thờng dùng máy

ly tâm có vòng quay từ 3500 ữ 50000 vòng trong một phút Nhng nếu số vòng quay càng lớn thì khả năng chế tạo thiết bị càng khó khăn và không thể chế tạo thiết bị với công suất lớn Do đó, phơng pháp này ít đợc sử dụng vì nó có nhợc điểm là công suất máy bé, khả năng phân chia không cao, vốn chi tiêu lớn

2.1.3 Phơng pháp lọc:

Phơng pháp này dựa vào tính thấm ớt chọn lọc của các chất lỏng khác nhau lên các chất lọc khác nhau Khi đó ngời ta cho vào dầu một chất dễ thấm nớc, dễ giữ nớc và tách chúng ra khỏi dầu Phơng pháp lọc tuy đơn giản, đạt hiệu quả cao đồng thời có thể tách cả nớc lẫn muối nhng vấn đề khó khăn là phải liên tục thay thế màng lọc do bẩn hay quá tải mà đôi khi việc thay thế cũng rất tốn kém phức tạp

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

bề mặt để phá nhũ tơng Khi các điều kiện thao tác nh nhiệt độ, áp suất đợc chọn ở chế độ thích hợp thì hiệu quả của phơng pháp cũng rất cao nhng khó khăn nhất là phải chọn đợc chất hoạt động bề mặt thích hợp không gây hậu quả khó khăn cho chế biến sau này cũng nh không phân huỷ hay tạo môi tr-ờng ăn mòn thiết bị

2.3 Tách bằng phơng pháp dùng điện trờng:

Đây là một phơng pháp hiện đại, công suất lớn quy mô công nghiệp và

dễ tự động hóa nên đợc sử dụng rất nhiều.

Các tạp chất là các hạt dễ nhiễm điện vì vậy dới tác động của lực điện ờng mạnh sẽ làm thay đổi đIện tích các hạt và sẽ đông tụ lại hoặc phát triển thành hạt có kích thớc lớn rồi lắng xuống và dễ dàng tách ra khỏi dầu.

tr-Sơ đồ nh hình vẽ:

Sơ đồ công nghệ khử nớc, muối bằng điện

Nguyên lý làm việc nh sau:

Dầu thô đợc đốt nóng trong các thiết bị trao đổi nhiệt rồi trộn với một ợng nớc sạch để tạo thành nhũ tơng chứa muối Lực va chạm giữa các hạt tích

l-điện làm chúng lớn lên, ngng tụ thành hạt có kích thớc lớn và chúng dễ tách thành lớp nớc nằm dới dầu

Trên thực tế ngời ta pha thêm nớc vào dầu một lợng từ 3 - 8% so với dầu thô, có thể pha thêm hoá chất rồi cho qua van tạo nhũ tơng Sau khi qua thiết

bị trao đổi nhiệt ở nhiệt độ từ 130 đến 1500C, muối trong dầu thô đợc chuyển vào nhũ tơng Khi đợc dẫn vào khoảng cách giữa hai điện cực có hiệu điện thế

từ 20.000 vôn trở lên chúng tích điện, va vào nhau và tăng dần kích thớc cuối cùng tách thành lớp nớc nằm ở dới dầu Để tránh sự bay hơi dầu do tiếp xúc ở nhiệt độ cao, áp suất ở trong thiết bị tách muối đợc giữ từ 9 đến 12 kG/cm2,

bộ phận an toàn đợc bố trí ngay trong thiết bị Khi tách một bậc ngời ta có thể tách 90 đến 95% muối, còn tách hai bậc hiệu suất tách muối lên tới 99%

III Sản phẩm của quá trình chng cất:

Khi tiến hành chng cất sơ khởi dầu mỏ, chúng ta nhận đợc nhiều phân

đoạn và sản phẩm dầu Chúng đợc phân biệt với nhau bởi giới hạn nhiệt độ sôi (hay khoảng nhiệt độ chng), bởi thành phần hydrocacbon và nhiều tính chất khác

1- Máy biến áp2- Máy trộn3- Van điều khiển4- Bơm

5- Bộ phận trao đổi nhiệt.I- Dầu thô

II- Nớc sạchIII-Dầu đã tách muối và nớcIV- Muối, nớc

1 Khí hydrocacbon :

Khí hydrocacbon thu đợc chủ yếu là C3, C4 có thể ở thể khí hay đợc nén hóa lỏng tùy thuộc vào công nghệ chng cất Phân đoạn này thờng đợc dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu hoặc dùng làm nhiên liệu dân dụng

4 Phân đoạn diezel :

Phân đoạn diezel hay còn gọi là phân đoạn gasoil nhẹ, có khoảng nhiệt

độ sôi từ 140 ữ 3600C (3800C), chứa các hydrocacbon có số cacbon từ C16 ữ

C20, C21 Phân đoạn này đợc dùng làm nhiên liệu cho động cơ diezel tuy nhiên trong nhiên liệu sẽ có chứa nhiều lu huỳnh nên cần phải đợc hydro hoá làm

sạch Ngoài ra đối với phân đoạn 200 ữ 3200C cũng cần phải tách n-parafin rắn, n-parafin rắn tách ra sẽ dùng để sản xuất parafin lỏng, sáp

5 Phân đoạn mazut :

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

6 Phân đoạn dầu nhờn :

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

300 ữ 4200C; 400 ữ 4500C đợc làm nguyên liệu cho sản xuất các loại dầu nhờn bôi trơn khác nhau nh: dầu nhờn bôi trơn, dầu nhờn bảo quản và dầu nhờn cho các lĩnh vực khác

7 Phân đoạn Gudron:

Là sản phẩm cặn của quá trình chng cất trong chân không đợc dùng làm nguyên liệu cho quá trình cốc hoá để sản xuất cốc hoặc để chế tạo các loại bitum khác nhau hoặc để chế tạo thêm phần dầu nhờn nặng

Trong các phân đoạn trên thì phân đoạn xăng, kerosen, diezel là những phân đoạn quan trọng, chúng đợc gọi là các sản phẩm trắng, vì chúng cha bị nhuộm màu Phân đoạn mazut, dầu nhờn, gudron ngời ta gọi là sản phẩm đen

Do vậy trong dầu mỏ loại nào có trữ lợng 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 lợng sản phẩm trắng đợc xem là một trong những chỉ tiêu đánh giá chất lợng của dầu thô

CHƯƠNG II

CÔNG NGHệ CHƯNG CấT Dầu thô

Chng cất dầu thô là một quá trình chế biến vật lý trong đó các cấu tử có trong dầu thô không hề bị biến đổi mà chúng chỉ đợc phân chia đơn thuần thành các nhóm sản phẩm gọi là các phân đoạn Phơng pháp này bao gồm quá trình sôi và bay hơi hỗn hợp chất lỏng sau đó ngng tụ hơi và làm lạnh bằng n-

ớc Nh vậy hơi nhẹ bay lên ngng tụ thành lỏng, chất lỏng thu đợc này sẽ tinh khiết hơn nguyên liệu ban đầu mà thành phần chất vẫn không thay đổi Thực chất của quá trình chng cất là dựa trên sự khác nhau về nhiệt độ sôi của các cấu tử trong hỗn hợp lỏng Đây là quá trình quan trọng nhất trong nhà máy tinh chế nhằm tách các sản phẩm đáp ứng nhu cầu thị trờng

I Vai trò, mục đích và ý nghĩa của quá trình chng cất:

1.Vai trò:

Quá trình chng cất là quá trình đầu tiên làm cơ sở cho các quá trình chế biến khác Và phân xởng chng cất dầu thô là phân xởng quan trọng số 1 trong mỗi nhà máy lọc dầu, có nó thì các phân xởng chế biến tiếp theo mới hoạt

động đợc

2 Mục đích:

Mục đích của quá trình chng cất dầu thô là chia dầu thô (là nguyên liệu ban đầu) thành những phân đoạn hẹp để tiện lợi cho các quá trình chế biến về sau, chẳng hạn nh các quá trình cracking, reforming hay quá trình sản xuất dầu nhờn

Trong đó yêu cầu của quá trình chng cất là không xảy ra các phản ứng phân hủy và độ phân chia càng cao càng tốt

3 ý nghĩa:

Trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô sau khi đã đợc xử lý qua các quá trình tách nớc, muối và tạp chất cơ học sẽ đợc đa vào chng cất Tùy theo bản chất của nguyên liệu và mục đích của quá trình mà chúng ta sẽ áp dụng chng cất dầu ở áp suất khí quyển AD (Atmospheric Distillation) hay chng cất trong chân không VD (Vacuum Distillation) hay kết hợp cả 2 công nghệ AD-

VD gọi tắt là AVD (hình 1d)

- Với mục đích nhận các phân đoạn xăng (naphta nhẹ, naphta nặng), phân đoạn kerosen, phân đoạn diezel (nhẹ, nặng) và phần cặn còn lại sau chng cất ngời ta sử dụng công nghệ AD (hình 1a)

- Còn khi muốn chng cất sâu thêm phần cặn thô nhằm nhận các phân

đoạn gasoil chân không hay phân đoạn dầu nhờn ngời ta dùng chng cất chân không VD (hình 1b, 1c)

Phân đoạn gasoil chân không là nguyên liệu cho quá trình Cracking nhằm chế biến xăng có trị số octan cao

Phân đoạn dầu nhờn đợc dùng để chế tạo các sản phẩm dầu mỡ bôi trơn, còn phân đoạn cặn gudron dùng để chế tạo bitum, nhựa đờng hay làm nguyên liệu cho quá trình cốc hóa sản xuất cốc dầu mỏ

Nh vậy tùy theo tính chất dầu thô và mục đích chế biến mà ngời ta áp dụng loại hình công nghệ chng cất cho thích hợp

Hình 1c: Sơ đồ chng cất dầu thô loại VD nhận dầu nhờn

Hình 1d: Sơ đồ chng cất kết hợp AVD

Chú thích:

1 Thiết bị trao đổi nhiệt; 2 Lò đốt; 3 Làm lạnh; 4 Tháp chng cất;

5 Tháp tái sinh hơi; 6 Bể chứa; 7 Tháp chng cất chân không;

I Dầu thô; II Xăng; III Khí; IV Xăng nặng; V Hơi nớc; VI Kerosen; VII Gazoil nhẹ; VIII Gazoil nặng; IX Cặn AD; X, XI, XII, XIII, XIV, XV Các loại dầu nhờn

II Cơ sở lý thuyết của quá trình chng cất:

Quá trình chng cất dầu thô là một quá trình phân đoạn Quá trình này đợc thực hiện bằng 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

ngng tụ thành phần lỏng Tùy theo biện pháp tiến hành chng cất mà ngời ta phân chia quá trình thành chng đơn giản, chng phức tạp, chng cất trong chân không và chng cất với hơi nớc.

1 Chng đơn giản :

Chng đơn giản là quá trình chng cất đợc tiến hành bằng cách bay hơi dần dần, một lần hay nhiều lần, một hỗn hợp chất lỏng cần chng đợc mô tả trên hình 2 (a, b, c)

1.1 Chng cất bằng cách bay hơi dần dần:

Sơ đồ chng cất bay hơi dần dần đợc trình bày trên hình 2a gồm: thiết bị

đốt nóng lên tục, một hỗn hợp chất lỏng trong bình chng 1 từ nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối khi liên tục tách hơi sản phẩm và ngng tụ hơi bay lên trong thiết bị ngng tụ 3 và thu đợc sản phẩm lỏng trong bể chứa 4 Phơng pháp này thờng đợc áp dụng trong phòng thí nghiệm

Hình 2a

1.2 Chng cất bằng cách bay hơi một lần:

Sơ đồ chng cất bằng cách bay hơi một lần đợc trình bày trên hình 2b, phơng pháp này còn gọi là phng pháp bay hơi cân bằng Hỗn hợp chất lỏng I

đợc cho liên tục vào thiết bị đun sôi 2 và đợc đốt nóng đến một nhiệt độ xác

định và ở áp suất p cho trớc Pha hơi thu đợc cho qua thiết bị ngng tụ 3 rồi vào

bể chứa 4, từ đó nhận đợc phần cất II; còn pha lỏng đợc lấy ra liên tục và ta nhận đợc phần cặn III

- Ưu điểm của quá trình chng cất cho phép áp dụng trong điều kiện thực

tế chng cất dầu, tuy với nhiệt độ chng cất bị giới hạn nhng vẫn cho phép nhận

đợc một lợng phần cất lớn hơn

1 2

4

I

I I

I I I 3

Hình 2b

1.3 Chng cất bằng cách bay hơi nhiều lần:

Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chng bay hơi một lần nối tiếp nhau ở nhiệt độ tăng dần hay áp suất thấp hơn đối với phần cặn (đợc trình bày

ở hình 2c) Phần cặn của chng cất lần một là nguyên liệu cho chng cất lần hai sau khi đợc đốt nóng đến nhiệt độ cao hơn Từ đỉnh của thiết bị chng lần một

ta nhận đợc sản phẩm đỉnh, còn đáy chng cất lần hai ta nhận đợc sản phẩm cặn

Phơng pháp chng 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 đợc áp dụng khi đốt nóng dầu trong các thiết bị trao đổi nhiệt, trong lò ống và quá trình tách rời pha hơi khỏi pha lỏng ở bộ phận cung cấp, phân phối của tháp tinh luyện

Chng đơn giản, nhất là với loại bay hơi một lần thì không đạt đợc độ phận phân chia cao Do đó khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phần của các hợp chất lỏng, ngời ta phải tiến hành chng cất có tinh luyện đó là chng phức tạp

Hình 2c

2 Chng phức tạp :

2.1 Chng cất có hồi lu:

Quá trình chng cất có hồi lu là một quá trình chng khi lấy một phần chất lỏng ngng tụ từ hơi tách ra cho quay lại tới 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 đợc làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn) so với khi không có hồi lu, nhờ vậy có sự phân chia cao hơn Việc hồi lu lại chất lỏng đợc khống chế bằng bộ phận phân chia đặc biệt và đợc bố trí phía trên bộ phận chng

2.2 Chng cất có tinh luyện:

Chng cất có tinh luyện còn cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với hồi lu Cơ sở của quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả hai phía giữa pha lỏng và pha hơi chuyển động ngợc chiều nhau Quá trình này đ-

ợc thực hiện bằng phơng pháp tinh luyện Để đảm bảo cho sự tiếp xúc hoàn thiện hơn giữa pha hơi và pha lỏng trong tháp đợc trang bị các đĩa hay đệm

Độ phân chia một hỗn hợp các cấu tử trong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các pha (số đĩa lý thuyết) vào lợng hồi lu ở mỗi đĩa và hồi lu ở đỉnh tháp

Công nghệ hiện đại chng cất sơ khởi dầu thô dựa vào quá trình chng cất một lần và nhiều lần có tinh luyện xảy ra trong tháp chng cất phân đoạn có

bố trí nhiều đĩa

Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp ch ng cất:

Pha hơi Vn bay lên từ đĩa n lên đĩa thứ n-1 đợc tiếp xúc với pha lỏng Ln-1

chảy từ đĩa n-1 xuống, còn pha lỏng Ln từ đĩa n, chảy xuống đĩa phía dới n+1 lại tiếp xúc với pha hơi Vn+1 bay từ dới lên Nhờ quá trình tiếp xúc nh vậy mà quá trình trao đổi chất xảy ra tốt hơn Pha hơi bay lên ngày càng đợc làm giàu thêm nhiều cấu tử nhẹ, còn pha lỏng chảy xuống phía dới ngày càng 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 lu đỉnh, còn đĩa dới cùng có hồi lu đáy Nhờ có hồi lu

đỉnh và đáy mà làm cho tháp hoạt động liên tục, ổn định và có khả năng phân tách cao Ngoài đỉnh và đáy ngời ta còn thiết kế hồi lu trung gian bằng cách lấy sản phẩm lỏng ở cạnh sờn tháp cho qua trao đổi nhiệt làm lạnh rồi quay

Cöa th¸o håi l­u

3 Chng cất chân không và chng cất hơi nớc :

Hỗn hợp các cấu tử có trong dầu thô thờng không bền, dễ bị phân huỷ khi tăng nhiệt độ Trong số các hợp chất dễ bị phân huỷ nhiệt nhất là các hợp chất chứa lu huỳnh và các hợp chất cao phân tử nh nhựa Các hợp chất parafin kém bền nhiệt hơn các hợp 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 chng cất, đối với các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao, ngời ta còn tránh sự phân huỷ nhiệt khi chúng bị đốt nóng Đối với dầu không có hay có chứa ít lu huỳnh không nên đốt nóng quá 400 ữ 4200C, còn đối với dầu có và nhiều lu huỳnh thì nhiệt độ đốt không quá 320 ữ 3400C

Sự phân huỷ khi chng cất sẽ làm xấu đi các tính chất của sản phẩm, nh làm giảm độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy của chúng, giảm độ bền oxi hoá.Nhng quan trọng hơn cả là chúng gây nên nguy hiểm cho quá trình chng cất, vì chúng tạo thành các tạp chất ăn mòn và làm tăng áp suất của tháp Để giảm sự phân huỷ, thời gian lu của nguyên liệu ở nhiệt độ cao cũng cần đợc hạn chế Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí quyển cao hơn nhiệt độ phân huỷ nhiệt của chúng, ngời ta phải chng cất chân không VD hay chng cất với hơi nớc để tránh sự phân huỷ nhiệt Chân không làm giảm nhiệt độ sôi, còn hơi nớc cũng có tác dụng làm giảm nhiệt độ sôi tức là giảm áp suất riêng phần của cấu tử hỗn hợp làm cho chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn Hơi nớc đợc dùng ngay cả trong chng cất khí quyển Khi tinh luyện, hơi nớc đợc dùng để tái bay hơi phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp còn chứa trong mazut hay trong gudron hoặc dầu nhờn Kết hợp dùng chân không và hơi nớc khi chng cất phần cặn sẽ cho phép tách sâu hơn phân đoạn dầu nhờn

Tuy nhiên, tác dụng của hơi nớc 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 lợng hơi nớc thì nhiệt độ và áp suất hơi bão hoà của dầu giảm xuống và

sự tách hơi cũng giảm theo Do vậy lợng hơi nớc có hiệu quả tốt nhất chỉ trong khoảng từ 2 ữ 3% so với nguyên liệu đem chng cất khi mà số cấp tiếp xúc là 3 hoặc 4 Trong điều kiện nh vậy, lợng dầu tách ra từ phân đoạn mazut

đạt tới 14 đến 23%

Khi chng cất với hơi nớc số lợng phân đoạn tách ra đợc có thể tính theo

Trong đó :

G và Z: số lợng hơi dầu tách đợc và lợng hơi nớc

Mf: phân tử lợng của hơi dầu

18: phân tử lợng của nớc

P : áp suất tổng cộng của hệ

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

Nhiệt độ của hơi nớc cần phải không thấp hơn nhiệt độ của hơi dầu để tránh sản phẩm dầu ngậm nớc Do vậy, ngời ta thờng dùng hơi nớc có nhịêt

độ từ 380 ữ 4500C, áp suất hơi từ 0,2 ữ 0,5 MPa Hơi nớc dùng trong công nghệ chng cất dầu có rất nhiều u điểm: làm giảm áp suất hơi riêng phần của dầu, tăng cờng khuấy trộn chất lỏng tránh tích nhiệt cục bộ, tăng diện tích bề mặt bay hơi do tạo thành các tia và bong bóng hơi ngời ta cũng dùng hơi nớc

để tăng cờng đốt nóng cặn dầu trong lò ống khi chng cất chân không Khi đó

đạt mức độ bay hơi lớn cho nguyên liệu dầu, tránh sự tạo cốc trong các lò đốt nóng Tiêu hao hơi nớc trong trờng hợp này vào khoảng 0,3 ữ 0,5% với nguyên liệu

III Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình chng cất:

Các thông số công nghệ ảnh hởng trực tiếp tới hiệu suất và chất lợng của quá trình chng cất là nhiệt độ, áp suất và phơng pháp chng cất Trong đó ph-

ơng pháp chng cất ra sao sẽ đợc nói rõ hơn ở mục lựa chọn sơ đồ công nghệ Còn 2 yếu tố quan trọng ảnh hởng trực tiếp tới quá trình làm việc của tháp ch-

ng cất đó chính là nhiệt độ và áp suất mà 2 yếu tố này lại liên quan đến lợng dầu thô ban đầu, vào mục đích và yêu cầu của quá trình hay chủng loại sản phẩm cần thu Cụ thể nh sau:

1 Chế độ nhiệt của tháp chng luyện:

Nhiệt độ là một thông số quan trọng nhất của tháp chng, bằng cách thay đổi nhiệt của tháp sẽ điều chỉnh đợc chất lợng 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 (dầu thô) vào tháp chng đợc khống chế tuỳ theo bản chất của loại dầu thô, mức độ cần phân chia sản phẩm, áp suất trong tháp

và lợng hơi nớc đa vào đáy tháp nhng phải tránh đợc sự phân huỷ nhiệt của nguyên liệu ở nhiệt độ cao, do vậy nhiệt độ lò ống đốt nóng phải đợc khống chế chặt chẽ

- Nhiệt độ đáy tháp chng luyện phụ thuộc vào phơng pháp bay hơi và phần hồi lu đáy Nếu bay hơi phần hồi lu đáy bằng một thiết bị đốt nóng riêng thì nhiệt độ đáy tháp sẽ ứng với nhiệt độ bay hơi cân bằng ở áp suất tại đáy tháp Nếu bốc hơi bằng cách dùng hơi nớc quá nhiệt thì nhiệt độ phần đáy tháp sẽ thấp hơn nhiệt độ vùng nạp liệu Nhiệt độ đáy tháp phải chọn tối u tránh sự phân huỷ các cấu tử nặng nhng phải đủ để tách hết hơi nhẹ khỏi phần cặn đáy.

- Nhiệt độ đỉnh tháp phải đợc khống chế nhằm đảm bảo sự bay hơi hoàn toàn sản phẩm đỉnh mà không gây sự cuốn theo các phần nặng Muốn vậy ng-

ời ta phải dùng hồi lu đỉnh tháp Để tách xăng khỏi các phân đoạn khác nhiệt

độ đỉnh tháp chng khi chng cất ở áp suất khí quyển cần giữ trong khoảng 100

ữ 1200C Còn với tháp chng chân không khi áp suất chng từ 10 ữ70 mmHg ờng không quá 1200C để tách hết phần gazoil nhẹ còn lẫn trong nguyên liệu.Dùng hồi lu sẽ tạo điều kiện phân chia tốt Hồi lu đỉnh tháp thờng có 2 dạng:

+ Hồi lu nóng đợc thực hiện bằng cách cho ngng tụ một phần hơi sản phẩm đỉnh ở nhiệt độ sôi của nó, sau đó cho tới lại đỉnh tháp Nh vậy, chỉ cần cung cấp một lợng nhiệt để bốc hơi Tác nhân làm lạnh có thể dùng nớc hay chính sản phẩm lạnh, công thức tính lợng hồi lu nóng :

Rn =

L Q

Trong đó:

Rn : lợng hồi lu nóng, kg/h

Q : nhiệt lợng hồi lu cần lấy để bốc hơi, kcal/h

L : nhiệt ngng tụ của sản phẩm lỏng, kcal/h

Do thiết bị hồi lu nóng khó lắp ráp và có nhiều khó khăn cho việc vệ sinh, đặc biệt công suất thấp nên ngày nay ít đợc dùng

+ Hồi lu nguội là loại đợc thực hiện bằng cách làm nguội và ngng tụ toàn bộ sản phẩm đỉnh rồi tới trở lại đỉnh tháp Khi đó lợng nhiệt cần thiết để cấp cho phần hồi lu bao gồm nhiệt cần để nung nóng nó đến nhiệt độ sôi và nhiệt cần để hoá hơi, do vậy hồi lu nguội tính bằng công thức:

Rng = l

2 t

h 1

t qqQ

+ = i+(t2Q−t1)C

C : nhiệt dung của sản phẩm hồi lu.

t2, t1 : nhiệt độ của hơi và của lỏng tơng ứng

Hồi lu nguội đợc sử dụng tơng đối rộng rãi, vì lợng hồi lu thờng ít, làm tăng rõ ràng chất lợng mà không làm giảm nhiều năng suất của tháp chng Ngoài hồi lu đỉnh, đáy ngời ta còn sử dụng hồi lu trung gian để tăng cờng chất lợng của các sản phẩm cạnh sờn và điều chỉnh nhiệt độ trong tháp

+ Hồi lu trung gian: quá trình hồi lu trung gian đợc thực hiện bằng cách lấy một sản phẩm lỏng nằm trên các đĩa có nhiệt độ t1 đa ra ngoài làm nhiệt độ

t0 rồi tới hồi lu lại tháp Khi đó chất lỏng hồi lu cần thu một lợng nhiệt để đun nóng nhiệt độ từ t0 đến t1

Xác định lợng hồi lu trung gian theo công thức:

gtg =

0 t 1

t qq

u điểm : giảm lợng hơi đi ra ở đỉnh tháp, tận dụng đợc một lợng nhiệt

thừa rất lớn của tháp chng để đun nóng nguyên liệu ban đầu, tăng công suất làm việc của tháp

Ngời ta thờng kết hợp hồi lu trung gian với hồi lu lạnh cho phép điều chỉnh chính xác nhiệt độ của đỉnh tháp chng, dẫn đến đảm bảo hiệu suất và chất lợng sản phảm của quá trình

2 Yếu tố áp suất của tháp chng luyện:

Khi chng cất dầu mỏ ở áp suất khí quyển, áp suất tuyệt đối trong tháp thờng cao hơn một chút so với áp suất khí quyển, mặt khác áp suất trong toàn tháp và ở mỗi tiết diện cũng khác nhau áp suất trong mỗi tiết diện của tháp chng luyện phụ thuộc vào lực thuỷ tĩnh khi hơi đi qua các đĩa nghĩa là phụ thuộc vào số đĩa và cấu trúc đĩa, lu lợng riêng của chất lỏng và hơi Thông th-

ờng từ đĩa này sang đĩa khác áp suất giảm đi 5 ữ 10 mmHg từ dới lên, ở áp suất thấp qua mỗi đĩa giảm đi từ 1 ữ 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 nớc đa vào cũng ảnh hởng đến áp suất chung của tháp Nếu tháp chng luyện dùng hơi nớc trực tiếp cho vào đáy tháp thì hơi nớc làm giảm

áp suất riêng phần của hơi sản phẩm dầu mỏ, cho phần chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn Lợng hơi nớc tiêu hao phụ thuộc vào áp suất chung của tháp và áp suất riêng phần của sản phẩm dầu mỏ

Lợng hơi nớc dùng cho tháp chng ở áp suất khí quyển khoảng 1,2 ữ

3,5% trọng lợng

Khi chng cất ở áp suất chân không thì thờng tiến hành ở áp suất 10 ữ 70 mmHg Độ chân không càng sâu càng cho phép chng sâu hơn, nhng 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 chng cất:

Để duy trì sự làm việc ổn định của tháp chng cất chúng 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, lợng chất lỏng trong tháp sẽ nhiều dẫn đến hiện tợng sặc làm giảm hiệu quả phân chia

+ Nếu các điều kiện khác trong tháp là cố định thì sản phẩm đỉnh, sản phẩm sờn và sản phẩm đáy sẽ nhẹ hơn nếu áp suất trong tháp tăng lên

+ Nếu nhiệt độ cấp liệu vào tháp quá thấp, lợng hơi trên các khay đĩa sẽ nhỏ cho nên phần lỏng nhiều và chảy xuống phía dới vào bộ phận chng càng nhiều

+ Nếu nhiệt độ của reboiler quá thấp sẽ không tách hết phần nhẹ trong cặn và làm tăng lợng cặn

+ Nếu nhiệt độ đỉnh tháp quá cao, sản phẩm đỉnh nặng và có nhiều sản phẩm hơn so với thiết kế và ngợc lại nếu nhiệt độ đỉnh quá thấp thì sản phẩm

đỉnh sẽ quá nhẹ và có ít sản phẩm

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

Tóm lại, khi thiết kế quá trình chng cất chúng ta cần phải xem xét kỹ và kết hợp đầy đủ các yếu tố ảnh hởng trên để quá trình đạt hiệu quả kinh tế cao nhất.

- Sự bốc hơi đồng thời các phân đoạn sẽ giảm đợc nhiệt độ bốc hơi và nhiệt lợng đun nóng dầu trong lò

- Thiết bị đơn giản, gọn gàng

Nh ợc điểm:

- Đối với loại dầu có chứa nhiều khí hoà tan (> 1,2 %), cũng nh có nhiều phân đoạn nhẹ, nhiều tạp chất lu huỳnh thì gặp nhiều khó khăn trong quá trình chng cất, do áp suất trong các thiết bị trong sơ đồ lớn, chịu đợc áp suất cao Chính vì vậy, đòi hỏi thiết bị phải có độ bền lớn làm bằng vật liệu

đắt tiền, cho nên làm tăng chi phí về chế tạo thiết bị

- Đôi khi có hiện tợng nổ, hỏng thiết bị do áp suất trong tháp tăng đột ngột

Xăng

Phân đoạn 1Phân đoạn 2Phân đoạn 3

Cặn MazutDầu thô

2 Sơ đồ công nghệ bốc hơi hai lần và tinh luyện hai lần

trong hai tháp nối tiếp nhau: Loại này có 2 loại sơ đồ: sơ đồ 1 (hình 5),

sơ đồ 2 (hình 6)

∗ Thiết bị chng 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 thờng áp dụng để chế biến các loại dầu có chứa nhiều phần nhẹ, nhiều hợp chất chứa lu huỳnh và nớc

Nhờ các cấu tử nhẹ đợc tách sơ bộ ở tháp thứ nhất và tháp thứ hai không

có hiện tợng tăng áp suất đột ngột Mặt khác, các hợp chất chứa lu huỳnh gây

ăn mòn thiết bị đã đợc thoát ra ở tháp thứ nhất Nh vậy trong tháp chng thứ hai không cần dùng vật liệu đắt tiền, có thể sử dụng thép thờng

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

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

Nhợc điểm của sơ đồ này là phải đun dầu trong lò với nhiệt độ cao hơn

5 đến 10% so với sơ đồ trên Có thể hạn chế hay khắc phục hiện tợng này bằng cách cho hơi nớc vào những ống cuối cùng của lò để giảm áp suất riêng phần của các hydrocacbon

Hình 6

V Lựa chọn sơ đồ công nghệ và chế độ công nghệ của quá trình chng cất :

1 Phân tích và lựa chọn sơ đồ công nghệ:

Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ và chế độ công nghệ chng cất trớc hết hoàn toàn phụ thuộc vào các đặc tính của nguyên liệu và mục đích của quá trình chế biến Trên cơ sở đó chúng ta phải chọn đợc sơ đồ công nghệ nào phù hợp nhất, đáp ứng đợc yêu cầu của nhà máy đồng thời đem lại hiệu suất và hiệu quả kinh tế cao nhất

Với dầu mỏ chứa lợng khí hoà tan bé từ 0,5 đến 1,2%, trữ lợng xăng thấp từ (12 đến 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 chng cất AD với bay hơi một lần và một lần ch-

ng cất

Với dầu mỏ chứa nhiều phần nhẹ, tiềm lợng sản phẩm trắng cao (50 đến 65%), chứa nhiều khí hoà tan > 1,2%, chứa nhiều phân đoạn xăng (20 đến 30%) thì nên chọn sơ đồ chng cất AD với bay hơi hai lần Lần một bay hơi sơ

bộ phần nhẹ và tinh cất chúng ở tháp sơ bộ Lần hai tinh cất phần dầu còn lại

Nh vậy ở tháp chng sơ bộ ta tách đợc phần khí hoà tan và phần xăng có nhiệt

độ sôi thấp ra khỏi dầu Để ngng tụ hoàn toàn bay hơi lên ngời ta tiến hành

ch-ng cất ở áp suất cao hơn khoảch-ng P = 0,14 đến 0,16 MPa và nhận đợc từ dầu thô sản phẩm trắng nhiều hơn

Theo yêu cầu chúng ta phải thiết kế phân xởng chng cất dầu thô loại nặng (ít phần nhẹ) với tỷ trọng d415 >0,884 (theo đề tài ta chọn dầu thô Mandji) Đặc điểm của dầu nặng là có chứa nhiều lu huỳnh, asphanten và ít parafin rắn Với loại dầu thô này thì chúng ta chọn sơ đồ chng cất AD loại 1 tháp (bay hơi 1 lần và 1 tháp tinh cất) là tối u hơn cả

Xăng

Phân đoạn 1Phân đoạn 2Phân đoạn 3Dầu thô

Mazut

Ưu điểm nổi bật của sơ đồ 1 tháp so với 2 tháp là cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo và lắp đặt do đó tiết kiệm đợc vốn đầu t (giảm chi phí) mà vẫn đảm bảo đợc độ phân chia Sau đây là phần thuyết minh sơ đồ chng cất dầu thô Mandji loại 1 tháp.

2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ chng cất dầu thô loại một tháp:

Nguyên liệu sau khi đợc xử lý lu huỳnh, đợc đa vào bể chứa (1) Sau đó

đợc bơm (9) bơm qua các thiết bị trao đổi nhiệt với các sản phẩm lấy ra từ các

bộ phận hồi lu trung gian, để hâm nóng dầu và tiếp tục trao đổi nhiệt với phần cặn tháp chng Dầu đợc gia nhiệt đến khoảng 130 đến 1500C (nhằm để chuyển muối thành nhũ tơng), rồi đa vào thiết bị tách muối và nớc (5) Sau khi dầu đ-

ợc tách muối và nớc thì tiếp tục dẫn qua các thiết bị trao đổi nhiệt (11) với các phân đoạn lấy ra từ tháp (4) và đợc đa qua lò đốt (2) để đun nóng dầu đến nhiệt độ thích hợp từ 320 đến 3400C, P = 1040 mmHg, rồi đợc dẫn vào đĩa tiếp liệu của tháp chng cất (3), tại đây xảy ra quá trình chuyển khối Nghĩa là có sự phân tách pha, các cấu tử nhẹ đợc lấy ra ở đỉnh tháp tại nhiệt độ khoảng từ 100

đến 1400C, P = 900 mmHg, qua thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh đợc ngng tụ rồi đa vào bể chứa (6) Khí không ngng đợc lấy ra và phần nớc ngng cũng đợc tách ra khỏi sản phẩm, một phần đợc hồi lu quay trở lại tháp (3) để làm giàu thêm các cấu tử nhẹ, phần còn lại tiếp tục đợc làm lạnh ngng tụ rồi cho vào bể chứa (6), tại đây chúng ta cũng lấy ra phần khí không ngng và nớc ngng còn lẫn trong sản phẩm đỉnh, phần sản phẩm ngng tụ đợc bơm (9) bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt (11), rồi cho vào tháp (7) Sản phẩm đỉnh của tháp (7) đợc làm lạnh rồi đa vào bể chứa (6), khí không ngng và nớc lại đợc lấy ra, còn phần khí ngng tụ một phần đợc hồi lu trở lại tháp (7), một phần sản phẩm thu đợc là khí LPG Phần sản phẩm đáy của tháp (7) ta thu đợc sản phẩm là xăng, đợc đa qua trao đổi nhiệt rồi cho vào bể chứa (12), sau đó đem đi chế biến

Tại tháp chng cất (3), các phân đoạn đợc lấy ra ở cạnh sờn rồi qua tháp tái bay hơi (4), tại đây ta thu đợc các phân đoạn nh kerosen (210 đến 2700C ), phân đoạn gasoil nhẹ (260 đến 3600C) và phân đoạn gasoil nặng (360 đến

5000C) rồi đợc làm lạnh và đa vào các bể chứa (12), rồi đem đi chế biến Còn phần sản phẩm đáy của tháp (3) ta thu đợc cặn chng cất gọi là mazut