Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí mô phỏng phân xưởng chưng cất khí quyển của nhà máy lọc dầu nghi sơn bằng phần mềm PROII

Khái niệm về quá trình chưng cất Chưng là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng cũng như các hỗn hợp khí lỏngthành những cấu tử riêng biệt, dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong

Đồ án tốt nghiệp là những gì đúc kết lại sau một quá trình học tập, nghiên cứucủa sinh viên dưới sự hướng dẫn của các quý thầy cô Sau ba tháng làm việc, em đãhoàn thành đề tài Thành quả đạt được hôm nay là do sự nỗ lực của bản thân dưới sựhướng dẫn giúp đỡ động viên tận tâm của quý thầy cô, của bố mẹ cũng như các anhchị em, bạn bè.

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Trường Đại Học Bách Khoa ĐàNẵng đã truyền đạt kiến thức cơ bản và giúp đỡ chúng em trong những năm học vừaqua, đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Hóa và bộ môn công nghệ chế biến dầu-khí.Trên hết em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến cô TS Nguyễn Thị Thanh Xuân đãhướng dẫn đề tài và tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệpnày

Em xin trân trọng gửi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè của em lời cảm ơn vànhững lời chúc tốt đẹp nhất

Trong quá trình thực hiện, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu sót

là điều khó tránh khỏi Em rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và cácbạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Đà nẵng, ngày 2 tháng 6 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Ngân

M C L C Ụ Ụ

MỤC LỤC i

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT viii

LỜI MỞ ĐẦU ix

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN 1

I Giới thiệu tổng quan khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn – Thanh Hóa 1

1 Tổng quan về khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn 1

2 Mục đích xây dựng khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn – Thanh Hóa 1

3 Công suất thiết kế và nhu cầu sản phẩm thương mại của nhà máy 2

II Nguyên liệu dùng cho khu Liên hợp lọc hóa dầu nghi Sơn 2

1 Lý do chọn dầu Kuwait làm nguyên liệu cho nhà máy 2

2 Các tính chất đặc trưng của dầu Kuwait 3

III Các sản phẩm thương mại của liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn 4

1 Các sản phẩm năng lượng 5

1.1 LPG 5

1.2 Xăng (Gasoline) 5

1.3 Nhiên liệu phản lực JET A1 7

1.4 Nhiên liệu Diesel 7

1.5 Dầu đốt FO 9

2 Các sản phẩm phi năng lượng 10

2.1 Benzen 10

2.2 Poly-propylene 10

2.3 Lưu huỳnh 11

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT 12

I Sơ lược về quá trình chưng cất 12

1 Khái niệm về quá trình chưng cất 12

2 Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất 13

2.1 Cân bằng lỏng – hơi 13

2.2 Nguyên lí của quá trình chưng cất 14

2.3 Tháp chưng cất 18

II Chưng cất dầu thô 20

1 Khái niệm 20

2 Cách thức xác định tiêu chuẩn sản phẩm trong chưng cất dầu thô (GAP, OVERLAP) 23

3 Hệ thống phân xưởng chưng cất trong nhà máy lọc dầu 25

3.1 Giới thiệu chung về phân xưởng chưng cất khí quyển 25

3.2 Quy trình công nghệ 25

3.3 Thiết kế 26

3.4 Sản phẩm của phân xưởng chưng cất khí quyển gồm các phân đoạn 27

3.5 Công nghệ của hệ thống chưng cất khí quyển 29

3.6 Các thiết bị phụ trợ trong cụm chưng cất khí quyển 30

CHƯƠNG III: SƠ LƯỢC VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROII 32

I Giới thiệu về phần mềm ProII 32

II Các bước tiến hành mô phỏng 33

CHƯƠNG IV: TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN 35

I Phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn 35

1 Mục đích của quá trình 35

2 Mô tả quá trình 35

II Cơ sở thiết kế 36

1 Mục đích thiết kế 36

2 Các nguồn nguyên liệu thiết kế 37

3 Các trường hợp thiết kế 37

3.1 Thiết kế cơ bản 37

3.2 Trường hợp tối thiểu Kerosene 39

4 Các trường hợp kiểm tra 39

4.1 Trường hợp tối đa Kerosene 39

4.2 Trường hợp hồi lưu lạnh 39

4.3 Trường hợp Murban 39

CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THÁP CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN 40

I Nguyên liệu dầu thô Kuwait (theo trường hợp cơ bản) 40

II Lựa chọn mô hình nhiệt động và hệ đơn vị chính 40

1 Lưu lượng dòng nguyên liệu và các dòng sản phẩm chính: 41

2 Các điều kiện vào trước tháp của dầu thô: 41

3 Thông số các dòng hơi nước quá nhiệt: 41

4 Các tiêu chuẩn kỹ thuật: 41

5 Mô hình tháp 010-C-001 trong mô phỏng bằng phần mềm Pro/II: 42

III Tiến hành mô phỏng: 42

1 Chuyển số đĩa thực tế sang số đĩa lý thuyết: 42

2 Mô phỏng tháp chưng cất khí quyển: 44

2.1 Nhập dòng nguyên liệu: 44

2.2 Các thiết bị trước tháp chưng cất 47

2.3 Nhập các thông số cho tháp chính: 49

2.4 Nhập các thông số cho các stripper: 50

2.5 Nhập các thông số cho bình tách: 50

CHƯƠNG VI: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG THÁP CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN VÀ KẾT LUẬN 51

I Phân tích kết quả mô phỏng cụm tháp chính và các dòng sản phẩm trích ngang 51

1 Lưu lượng các dòng sản phẩm 51

2 Chất lượng sản phẩm 51

II Tính hiệu suất đĩa 59

1 Xác định số đĩa thực tế cho vùng NAPH – KER: 60

2 Xác định số đĩa thực tế cho vùng KER – AGO: 61

3 Xác định số đĩa thực tế cho vùng AGO – RA: 62

CHƯƠNG VII: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THU HỒI NHIỆT 64

I Thiết lập sơ đồ hệ thống thu hồi nhiệt 64

II Mô phỏng hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt 64

1 Cơ sở tính toán 64

2 Nhập dữ liệu và xử lý kết quả mô phỏng 66

2.1 Mô phỏng thiết bị trao đổi nhiệt 66

2.2 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt 68

CHƯƠNG VIII: THIẾT KẾ THÁP CHÍNH VÀ CÁC SIDE COLUMN 69

I Thiết kế sizing tháp chính và các side column: 69

1 Tháp chính (T1) 70

2 Các side column 70

II Rating tháp chính và các sidecolumn 71

1 Tháp chính 71

2 Các side column 72

KẾT LUẬN 75

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1 Tóm tắt một số tính chất đặc trưng của dầu thô Kuwait 4

Bảng 1-2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng LPG 5

Bảng 1-3 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng xăng không chì 6

Bảng 1-4 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu phản lực JET A1 áp dụng cho dự án 7 Bảng 1-5 Tiêu chuẩn chất lượng nhiên liệu diesel áp dụng cho dự án 8

Bảng 1-6 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu đốt FO áp dụng cho dự án 10

Bảng 1-7 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng Benzen 10

Bảng 4-1 Các điểm cắt của sản phẩm của CDU 37

Bảng 4-2 Tiêu chuẩn của sản phẩm 38

Bảng 4-3 Tiêu chuẩn của quá trình phân tách 38

Bảng 5-1 Một số tính chất của dầu thô Kuwait 40

Bảng 5-2 Lưu lượng các phân đoạn sản phẩm (Tính toán dựa vào điểm cắt và đường cong chưng cất dầu thô TBP) 41

Bảng 5-3 Thông số của hơi nước Stripping 41

Bảng 5-4 Số đĩa lý thuyết của các vùng 44

Bảng 5-5 Số liệu đường cong TBP của dầu thô Kuwait (lấy từ CRUDE OIL ASAY/3550-8110-PD-0003 REV D3) 45

Bảng 5-6 Số liệu các thành phần nhẹ của dầu thô Kuwait (lấy từ CRUDE OIL ASAY/3550-8110-PD-0003 REV D3) 45

Bảng 5-7 Các cấu tử giả trong thành phần dòng CRUDE1 46

Bảng 5-8 Áp suất làm việc của tháp chính 49

Bảng 5-9 vị trí các dòng nguyên liệu và sản phẩm 49

Bảng 5-10 thông số của các Pumparound 49

Bảng 5-11 Các ràng buộc cho tháp chính 50

Bảng 5-12 Các thông số làm việc của các Stripper 50

Bảng 6-1 Lưu lượng các dòng sản phẩm 51

Bảng 6-2 Chất lượng các phân đoạn của tháp CDU 52

Bảng 6-3 Gap và Overlap của các phân đoạn 52

Bảng 6-4 Khống chế chất lượng phân tách 54

Bảng 6-5 So sánh giá trị PFD và sau khi dùng Controller 55

Bảng 6-6 So sánh các tiêu chuẩn của sản phẩm 56

Bảng 6-7 Xác định số đĩa thực tế cho vùng Naphta – Kerosen 61

Bảng 6-8 Xác định số đĩa thực tế cho Kerosen – LGO 62

Bảng 6-9 Xác định số đĩa thực tế cho vùng AGO – RA 63

Bảng 7-1 Thông số của các thiết bị TĐN sau khi mô phỏng 67

Bảng 7-2 Tổng diện tích bề mặt TĐN của các thiết bị TĐN 68

Bảng 7-3 Nhiệt độ dòng nóng và dòng nguội qua từng thiết bị TĐN sau khi mô phỏng .68

Bảng 8-1 Các thông số để sizing tháp chính và side column 69

Bảng 8-2 Các thông số để thiết kế tháp chính từ kết qủa sizing 71

Bảng 8-3 Các thông số để thiết kế các Side Column từ kết qủa sizing 72

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2-1: Quan hệ giữa áp suất và nồng độ của dung dịch hai cấu tử 14

Hình 2-2: Quan hệ y – x 15

Hình 2-3: Quan hệ t – x, y 15

Hình 2-4: Đồ thị thể hiện quá trình bay hơi 16

Hình 2-5: Sơ đồ chưng nhiều lần có hồi lưu của Cellier-Blumenthal 17

Hình 2-6: Sơ đồ hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục 18

Hình 2-7: Đồ thị so sánh của 3 đường cong chưng cất TBP, ASTM, FC 21

Hình 2-8: Đồ thị đường cong TBP được chia thành 10 cấu tử giả 22

Hình 2-9: Đồ thị đường cong FC được xây dựng từ đường cong TBP 23

Hình 2-10: tiêu chuẩn tách phân đoạn dầu mỏ theo giá trị GAP 24

Hình 2-11: Tiêu chuẩn tách phân đoạn dầu mỏ theo giá trị OVERLAP 24

Hình 3-1: Biểu tượng phần mềm Pro/II

Hình 3-2: Giao diện phần mềm Pro/II

Hình 5.1 Mô hình tháp chính C-001

Hình 5.2 Đường cong chưng cất dầu thô TBP

Hình 5.3 Mô hình các thiết bị trước khi vào tháp chính

Hình 6.1: Đồ thị xác định hiệu suất sử dụng đĩa theo phương pháp O’Connell 60

Hình 6.2 Biểu đồ thể hiện thành phần của hai phân đoạn NAPH_KER 61

Hình 6.3 Biểu đồ thể hiện thành phần hai phân đoạn KER_AGO 62

Hình 6.4 Biểu đồ thể hiện thành phàn của hai phân đoạn AGO_RA

Hình 7.1: Sơ đồ mô phỏng Pro/II cụm tháp hệ thống thu hồi nhiệt 64

Hình 7.2: Đặc trưng sự chuyển động của lưu thể khi chảy xuôi chiều và ngược chiều 65

Hình 7.3: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của hệ số F theo P và R

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, nhu cầu năng lượng luôn là vấn đề được Đảng và Nhà nước ta đặt lênhàng đầu Để thúc đẩy tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì vấn đềquan trọng là sự đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia Chính vì lẽ đó Đảng và Nhànước ta đã chú trọng đầu tư các nhà máy lọc dầu, với mục đích khai thác tối đa nguồndầu thô sẵn có, đồng thời đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng gia tăng theo sự pháttriển của đất nước, cũng như đảm bảo sự phát triển bền vững không phụ thuộc quánhiều vào năng lượng của thế giới Bên cạnh đó việc xây dựng các nhà máy lọc dầukhông chỉ đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia mà còn rất hữu ích để sản xuất raphân đạm, nhựa, chất dẻo, sợi tổng hợp, các chất tẩy rửa, dược phẩm,…Với những ýnghĩa đó, Nhà máy lọc dầu Dung Quất đã được xây dựng với năng suất ban đầu là 6.5triệu tấn dầu thô/ năm, Tháng 6/2009, Petro Việt Nam đã vận hành nhà máy lọc dầuđầu tiên tại Dung Quất với nguồn nguyên liệu dầu thô Bạch Hổ, và đã cho ra dòng sảnphẩm đầu tiên, đánh dấu mốc lịch sử của nước ta về công nghệ lọc dầu, đã có thể tựcung, tự cấp nguồn năng lượng hóa thạch cho đất nước Tiếp sau nhà máy lọc dầuDung Quất dự kiến vào năm 2013, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn với công suất thiết kế 10triệu tấn/năm từ nguồn nguyên liệu dầu thô nhập từ Kuwait sẽ được khánh thành nhằmtạo ra các loại sản phẩm dầu mỏ khác nhau đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn kỹ thuật, môitrường, đồng thời thỏa mãn nhu cầu tiêu thụ năng lượng cho cả miền Bắc

Mô hình hóa và mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu khoa học được ứngdụng rất rộng rãi: từ nghiên cứu, thiết kế chế tạo đến vận hành các hệ thống Do đó, nóđược sử dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất và xã hội Ngày nay, khó có thể tìm thấylĩnh vực nào mà con người không sử dụng phương pháp mô hình hóa ở những mức độkhác nhau Điều này đặc biệt quan trọng đối với lĩnh vực điều khiển các hệ thống kỹthuật, bởi vì điều khiển chính là quá trình thu nhận thông tin từ hệ thống theo một môhình nào đó và đưa ra tác động để điều khiển hệ thống Và lĩnh vực chế biến dầu mỏcũng không là một ngoại lệ

Làm thế nào để thiết kế được các thiết bị, phải vận hành hệ thống ra sao để cóđược hiệu quả cao nhất đó là một bài toàn khó luôn đặt ra cho các nhà nghiên cứu, cácnhà kỹ thuật…Mô hình hóa và mô phỏng là một công cụ mạnh trong việc giải các bàitoán trên Ngày nay, với sự trợ giúp của máy tính tốc độ cao kết hợp với các phần mềm

chuyên dụng như ProII, Hysys, Dynsim…càng làm cho việc tối ưu hóa, qui hoạch và

mô phỏng thuận lợi hơn

Từ những điều phân tích ở trên, em đã quyết định chọn đề tài “Mô phỏng thiết

kế cụm phân xưởng chưng cất khí quyển của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn bằng phần mềm ProII” để hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình, đồng thời hiểu rõ hơn về

nhà máy lọc dầu Nghi Sơn và hi vọng có cơ hội vào làm việc tại nhà máy để đóng gópphần nhỏ kiến thức học được của mình vào công cuộc phát triển đất nước

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU

NGHI SƠN

I Giới thiệu tổng quan khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn – Thanh Hóa

1 Tổng quan về khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn

Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn thuộc khu kinh tế Nghi Sơn nằm ở phía Namcủa tỉnh Thanh Hóa, cách Hà Nội 200 km, có đường bộ và đường sắt Quốc gia chạy

qua, có cảng biển nước sâu cho tàu có tải trọng đến 30.000 DWT (Dead Weight

Tonnage) cập bến Khu kinh tế Nghi Sơn được đánh giá là trọng điểm phát triển phía

Nam của Vùng kinh tế Bắc Bộ, đồng thời là cầu nối giữa vùng Bắc Bộ với Trung Bộ,thị trường Nam Lào và Đông Bắc Thái Lan

Được Thủ tướng Chính phủ ký Quyết định thành lập và ban hành quy chế hoạtđộng số 102/2006/QĐ-TTg ngày 15 tháng 5 năm 2006, khu kinh tế Nghi Sơn đóng vaitrò và ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển kinh tế xã hội của tỉnh ThanhHoá và cả nước Chính phủ đã xác định mục tiêu xây dựng và phát triển khu kinh tếNghi Sơn thành một khu kinh tế tổng hợp đa ngành, đa lĩnh vực với trọng tâm là côngnghiệp nặng và công nghiệp cơ bản như: công nghiệp lọc hóa dầu, công nghiệp luyệncán thép cao cấp, cơ khí chế tạo, sửa chữa và đóng mới tàu biển, công nghiệp điện,công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, sản xuất hàng tiêu dùng, chế biến xuất khẩu,

… gắn với việc xây dựng và khai thác có hiệu quả cảng biển Nghi Sơn, hình thành cácsản phẩm mũi nhọn, có chất lượng và khả năng cạnh tranh cao, các loại hình dịch vụcao cấp đẩy mạnh xuất khẩu mở rộng ra thị trường khu vực và thế giới

2 Mục đích xây dựng khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn – Thanh Hóa

Công nghiệp lọc dầu là một trong những ngành công nghiệp nền tảng, có ýnghĩa hết sức quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân Bên cạnh việcđảm bảo an ninh năng lượng cho đất nước mà cụ thể là cung cấp các loại nhiên liệunhư: khí hóa lỏng LPG, xăng, dầu hỏa, nhiên liệu phản lực, diesel,… là các mặt hàngchiến lược, sự hình thành và lớn mạnh của ngành công nghiệp này với sự ra đời củaLiên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn sẽ là động lực phát triển cho các ngành tiếp sau làcông nghiệp hóa dầu, sản xuất hóa chất cơ bản, vận chuyển, lưu trữ, kinh doanh vàphân phối các sản phẩm dầu khí

Ngoài những lợi ích căn bản nói trên, sự tồn tại của Liên hợp lọc hóa dầu Nghi

hội, an ninh, quốc phòng, cũng như góp phần đẩy nhanh quá trình thực hiện chủtrương công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước do Chính phủ đề ra cụ thể là:

 Đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và đảm bảo an ninh nhiên liệu

 Cung cấp nguyên liệu phát triển công nghiệp Hóa Dầu

 Góp phần phát triển kinh tế khu vực phía Bắc và đảm bảo sự phát triểnđồng đều của cả nước

3 Công suất thiết kế và nhu cầu sản phẩm thương mại của nhà máy

Đầu tháng 5 năm 2008 khu Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn Thanh Hóa đã đượckhởi công với tổng vốn đầu tư là 6,2 tỷ USD do tập đoàn dầu khí quốc gia Việt Nam(Petro Vietnam) nắm giữ 25,1% cổ phần và các bên liên doanh là Kuwait PetroleumInternational (KPI) nắm giữ 35,1% cổ phần, công ty Idemitsu Kosan Co.,Ltd - Japan(IKC) nắm giữ 35,1% cổ phần và công ty dầu khí Mitsui Chemicals Inc (MCI) củaNhật nắm giữ 4,7% cổ phần Theo dự kiến, với công suất thiết kế 10 triệu tấn dầuthô/năm từ nguồn nguyên liệu dầu thô nhập từ Kuwait, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn sẽđảm bảo cung cấp xăng dầu và các sản phẩm dầu mỏ khác cho toàn bộ miền Bắc Khi

đi vào vận hành thương mại vào năm 2013 nhà máy sẽ cung cấp 2,3 triệu tấn xăng với

3 chủng loại RON92, RON95 và RON98; 3,7 triệu tấn diesel; 400.000 tấn nhựapolypropylene; 600.000 tấn nhiên liệu phản lực JetA1; gần 1 triệu tấn sản phẩm hóadầu khác cùng với 0,5 triệu tấn khí hóa lỏng LPG mỗi năm [1] Như vậy, khi đi vàohoạt động thương mại vào năm 2013, cùng với nhà máy lọc dầu Dung Quất nhu cầu sửdụng năng lượng của Việt Nam sẽ được đáp ứng khoảng 50%, đồng thời hoạt động củahai nhà máy này sẽ tạo tiền đề cho ngành công nghiệp hóa dầu, công nghiệp phụ trợ vàcác ngành dịch vụ khác phát triển

II Nguyên liệu dùng cho khu Liên hợp lọc hóa dầu nghi Sơn

1 Lý do chọn dầu Kuwait làm nguyên liệu cho nhà máy

Nước ta khai thác nguồn dầu thô tại mỏ Bạch Hổ - Vũng Tàu là nguồn dầutương đối sạch với hàm lượng lưu huỳnh thấp (0.041%wt) rất tốt để làm nguyên liệucho nhà máy lọc dầu Tuy nhiên, chúng ta khai thác mỏ dầu Bạch Hổ từ những năm

1973 khi đó đất nước chưa có nhà máy lọc dầu nên nguồn dầu thô khai thác được chủyếu là bán cho nước ngoài Đến năm 2009 nhà máy lọc dầu Dung Quất đi vào hoạtđộng thì nguồn nguyên liệu chủ yếu cho nhà máy là dầu Bạch Hổ, do đó để đảm bảo

sự hoạt động lâu dài và liên tục của khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn thì nguồn dầuthô cung cấp cho nhà máy chúng ta phải hợp tác và nhập dầu thô Trung Đông Các

phương án pha trộn dầu thô Kuwait, Dubai và Sư Tử Đen đã được nghiên cứu và cho

ta thấy rằng phương án 100% dầu Kuwait là cho lợi nhuận thô lớn nhất là 1041 triệuUSD/năm Chính vì vậy, dầu thô Kuwait được lựa chọn làm nguồn nguyên liệu chínhcho liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn

2 Các tính chất đặc trưng của dầu Kuwait

Dầu thô Kuwait thuộc loại dầu trung bình (d = 0,8760 và oAPI =29,9) và là dầuchua do có chứa hàm lượng lưu huỳnh cao (khoảng 2,65%) Vì vậy, khi chế biến loạidầu thô này cần xử lý lưu huỳnh sâu để sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng

Dầu Kuwait có chứa hàm lượng kim loại nặng tương đối cao như hàm lượng Ni

là 10,1ppm, Vanadi 31,1ppm và Iron 0,7ppm Với hàm lượng các kim loại cao như vậythì sẽ có hại cho quá trình chế biến vì sự có mặt của các kim loại này sẽ gây ngộ độcxúc tác, phá hủy thiết bị và làm giảm chất lượng thành phẩm

Hàm lượng Nitơ trong dầu Kuwait, cao khoảng 372 ppm, do vậy dễ gây ngộđộc xúc tác và làm cho dầu có tính ổn định không cao khi tồn chứa

Một số tính chất đặc trưng của dầu thô Kuwait được cho trong bảng 1-1

Bảng 1-1 Tóm tắt một số tính chất đặc trưng của dầu thô Kuwait

1

III Các sản phẩm thương mại của liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn

Theo tiến độ dự kiến, vào năm 2013 Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn sẽ bắt đầu

đi vào vận hành thương mại Không giống như các loại sản phẩm khác, yêu cầu đốivới nhiên liệu (LPG, xăng, Jet A1, dầu diesel, FO, ) luôn thay đổi theo chiều hướngngày càng nghiêm ngặt hơn, đặc biệt là các chỉ tiêu liên quan đến bảo vệ môi trường,sức khỏe cộng đồng Do đó, không thể lấy các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm hiện hànhcủa Việt Nam áp dụng cho dự án Vì vậy, cần phải nghiên cứu xây dựng chỉ tiêu chấtlượng sản phẩm áp dụng cho dự án dựa trên nền tảng tiêu chuẩn Euro 3, Euro 4 nhưngđồng thời vẫn phải đảm bảo hiệu quả kinh tế của dự án

Sản phẩm thương mại của Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn gồm:

 Các sản phẩm năng lượng như: LPG, xăng, jet A1, diesel, FO

 Các sản phẩm phi năng lượng như: benzen, para-xylene, propylene, lưu huỳnh

poly-1 Các sản phẩm năng lượng

1.1 LPG

Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG được tách ra từ phân đoạn nhẹ khi chưng cất dầu thô,thành phần gồm propan C3 và butan C4 được phối trộn theo tỉ lệ: C3/C4 = 7:3 hay C3/C4

= 5:5 tùy thuộc vào điều kiện sử dụng

Khi sử dụng LPG làm chất đốt thì tính chất quan trọng cần phải quan tâm là tỉ

lệ giữa C3/C4, do tỉ lệ C3/C4 ảnh hưởng đến áp suất hơi bão hòa Áp suất hơi bão hòacủa LPG phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài mà không phụ thuộc vào lượng LPG chứabên trong Nếu nhiệt độ LPG lỏng tăng lên lập tức LPG lỏng sẽ sôi hóa hơi để cânbằng lại áp suất bão hòa Do vậy, áp suất hơi bão hòa là một yếu tố quan trọng để đánhgiá tính an toàn khi sử dụng LPG làm chất đốt

Hàm lượng lưu huỳnh trong LPG đòi hỏi ngày càng khắt khe vì yêu cầu vềchống ô nhiễm môi trường ngày càng cao

Một số chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng của LPG đối với nhà máy được chotrong bảng 1-2

Bảng 1-2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng LPG

1.2 Xăng (Gasoline)

Phân đoạn xăng với khoảng nhiệt độ sôi dưới 1800C bao gồm các hydrocacbon

từ C5 – C11 Cả ba loại hydrocacbon parafinic, naphtenic, aromatic đều có mặt trongphân đoạn xăng, tuy nhiên thành phần, số lượng các hydrocacbon trên rất khác nhauphụ thuộc vào nguồn gốc dầu thô Ngoài các hydorocacbon, trong phân đoạn xăng còn

có các hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ và oxy Các hợp chất chứa lưu huỳnh thường ởdạng hợp chất không bền như mercaptan (RSH) Các hợp chất nitơ chủ yếu ở dạngpyridine

Hiện nay, trên thị trường Việt Nam loại xăng RON95 có thị phần không đáng

kể, tuy nhiên tuy nhiên nhu cầu về loại xăng này có khả năng tăng rất lớn trong thời

gian tới và giai đoạn sau năm 2015 sẽ chiếm phần lớn thị trường xăng Trong tươnglai, nhu cầu sử dụng xăng RON98 cũng sẽ xuất hiện do số lượng xe hơi cao cấp sẽtăng dần Xuất phát từ nhu cầu như vậy nhà máy được thiết kế sao cho có thể sản xuấtđược loại xăng này đáp ứng nhu cầu sử dụng Dưới đây là bảng chỉ tiêu đánh giá chấtlượng xăng không chì.

Bảng 1-3 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng xăng không chì

9585

9888

TCVN 2703 : 2002(ASTMD2699)ASTM D2700

(ASTM D 3237)Hàm lượng lưu huỳnh, ppm,

TCVN6701: 2000ASTMD 5453

1.3 Nhiên liệu phản lực JET A1

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

Nhiên liệu dùng trong động cơ phản lực được phối trộn từ phân đoạn kerosenehoặc từ hỗn hợp giữa phân đoạn kerosene với phân đoạn xăng Yêu cầu của nhiên liệuphản lực là dễ cháy ở bất kỳ điều kiện áp suất và nhiệt độ nào, cháy điều hòa, không bịtắt trong dòng không khí có tốc độ xoáy lớn

Nguyên lý hoạt động của động cơ phản lực khác với nguyên lý làm việc củađộng cơ piston, đó là nhờ năng lượng dòng khí để biến đổi thành cơ năng chạy turbin.Không khí được đưa từ máy nén vào buồng cháy, ở đây nhiên liệu đã được phun vàbay hơi, hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp cháy Sau đó, tia lửa điện được bậtlên một lần làm toàn bộ khối nhiên liệu bùng cháy Vì vậy, thành phần của nhiên liệucần có nhiều paraphinic mạch thẳng Để đảm bảo có nhiệt trị cao, nhiên liệu khôngđược chứa nhiều thành phần aromatic mà chủ yếu là paraphin và naphten.

Bảng 1-4 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu phản lực JET A1 áp dụng cho dự án

(ASTM D1266-98)

(ASTM D1298)

(ASTM D3828)Điểm đông đặc Freezing Point,

TCVN 7170 : 2002(ASTM D2386)

1.4 Nhiên liệu Diesel

Nhiên liệu diesel là một loại nhiên liệu lỏng được sử dụng cho động cơ diesel,động cơ diesel là một động cơ nhiệt dùng để biến năng lượng hóa học của nhiên liệukhi cháy thành năng lượng cơ học dưới dạng chuyển động quay Quá trình cháy trongđộng cơ diesel là khả năng tự bốc cháy Hỗn hợp nhiên liệu được phun vào xylanh, ở

đó không khí đã được nén trước và đang ở nhiệt độ cao Với nhiệt độ này nhiên liệu sẽ

tự bốc cháy Do đó, dầu diesel cần có nhiều cấu tử dễ bắt cháy như parafin hay có trị

số cetane (IC) cao

Nhiên liệu Diesel được lấy chủ yếu từ phân đoạn gasoil của quá trình chưng cấtdầu mỏ có khoảng nhiệt độ sôi trong khoảng 2500C-3500C, với thành phần gồm cáchydrocacbon từ C16-C20

Các tính chất sử dụng đối với nhiên liệu diesel thương phẩm cần lưu ý là: chỉ sốcetane, thành phần phân đoạn, độ nhớt, điểm chớp cháy, điểm vẩn đục, điểm chảy, hàmlượng gommer và hàm lượng các hợp chất ăn mòn,

Bảng 1-5 Tiêu chuẩn chất lượng nhiên liệu diesel áp dụng cho dự án

TCVN 3753 : 1995ASTM D 97Khối lượng riêng

- Độ nhớt của chất lỏng là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát

nội tại sinh ra ngay trong lòng chất lỏng khi có sự chuyển động tương đối của các phân

tử với nhau Độ nhớt có thể biễu diễn dưới dạng ba dạng chính như sau: độ nhớt độnglực (cP), độ nhớt động học (cSt) và độ nhớt quy ước

Độ nhớt nhiên liệu có ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của động cơ, khi độnhớt quá lớn sẽ làm tăng tổn thất áp suất trong bơm và trong kim phun, làm tăng kíchthước của các hạt sương nhiên liệu sẽ bay xa nên nó có thể va đập vào thành củabuồng cháy Khi độ nhớt quá thấp sẽ làm tăng lưu lượng thoát ra ở bơm nạp liệu, nhưvậy sẽ làm giảm lưu lượng thể tích thực thoát ra ở kim phun

Đối với dầu đốt FO, theo tiêu chuẩn Việt nam hiện nay có 4 loại dầu đốt khácnhau tương ứng với các giá trị độ nhớt quy định (độ nhớt động học ở 40oC) là 87, 180,

180 và 380 cSt Đối với dầu FO theo quy định của dự án có giá trị độ nhớt động học ở

40oC là 380 cSt, tương ứng với loại dầu đốt công nghiệp nặng, sử dụng chủ yếu vàomục đích cung cấp năng lượng cho nhà máy

- Hàm lượng lưu huỳnh cũng là một tiêu chuẩn quyết định chất lượng dầu đốt

FO Theo dự án Nghi Sơn, hàm lượng lưu huỳnh trong FO được quy định với hàmlượng < 1% khối lượng để thỏa mãn chỉ tiêu về ô nhiễm môi trường

Ngoài hai tính chất trên thì dầu đốt FO khi sử dụng cũng cần phải đáp ứngnhững tiêu chuẩn quy định khác như: nhiệt độ bắt cháy, điểm đông đặc, cặn cacbon,hàm lượng tro, nước và tạp chất cơ học,…

Bảng 1-6 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu đốt FO áp dụng cho dự án

2 Các sản phẩm phi năng lượng

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm: độ tinh khiết, hàm lượng lưu huỳnh,khối lượng riêng,… thể hiện trên bảng 1-7

Bảng 1-7 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng Benzen

2.2 Poly-propylene

Là nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp sản xuất vật liệu polymercomposite Ngoài ra với yêu cầu ngày càng khắc khe của vật liệu xây dựng về độ antoàn, mỹ quan cũng như ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người,poly-propylene là vật liệu xây dựng của ngày mai, nó đang thay thế dần các vật liệutruyền thống như: kim loại, gỗ, sứ,…

Hiện nay, Việt Nam chưa ban hành quy định về chất lượng đối với các sảnphẩm chất dẻo poly-propylene (PP) Chất lượng các sản phẩm này thay đổi tùy theotừng lô hàng nhập khẩu và các ứng dụng của chúng Trong giai đoạn thiết kế, tiêuchuẩn chất lượng của poly-propylene sẽ được đưa ra theo mục đích của người sử dụng.Đối với nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, tiêu chuẩn poly-propylene chủ yếu dựa trên độtinh khiết của sản phẩm là 99,5%

2.3 Lưu huỳnh

Được thu hồi từ các dòng khí chua có chứa hàm lượng lưu huỳnh cao như (H2S,COS, CS2)

Lưu huỳnh có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, vìvậy việc sản xuất lưu huỳnh có vai trò quan trọng cho sự phát triển nền công nghiệpcủa một quốc gia Ứng dụng chủ yếu của lưu huỳnh:

- 90% lượng lưu huỳnh dùng để sản xuất H2SO4

- Ngoài ra 10% lượng lưu huỳnh còn lại được ứng dụng để lưu hóa cao su,sản xuất chất tẩy trắng bột giấy, chế tạo diêm, dược phẩm, phẩm nhuộm,thuốc trừ sâu,…

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT

I Sơ lược về quá trình chưng cất

1 Khái niệm về quá trình chưng cất

Chưng là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng cũng như các hỗn hợp khí lỏngthành những cấu tử riêng biệt, dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗnhợp cùng một nhiệt độ

- Chưng đơn giản: dùng để tách các hỗn hợp có các cấu tử có độ bay hơi rất khácnhau Phương pháp này dùng để tách sơ bộ và làm sạch các cấu tử khỏi tạpchất

- Chưng bằng hơi nước trực tiếp: dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bayhơi và tạp chất không bay hơi, thường được ứng dụng trong trường hợp chấtđược tách không tan vào nước

- Chưng chân không: dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu tử

Ví dụ như trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ độcao hay trường hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao

- Chưng luyện: là phương pháp phổ biến nhất dùng để tách hoàn toàn hỗn hợpcác cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vàonhau

cao và các hỗn hợp có nhiệt độ sôi quá cao

+ Chưng luyện ở áp suất cao dùng cho các hỗn hợp không hóa lỏng ở áp suất thường

- Chưng hỗn hợp hai cấu tử: thì ta sẽ thu được hai sản phẩm, sản phẩm đỉnh chủyếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn hơn (dễ bay hơi) và một phần rất ít cấu tử có độ bayhơi bé, sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé (khó bay hơi) và một phầnrất ít cấu tử có độ bay hơi lớn

- Chưng hỗn hợp đa cấu tử: thu được nhiều sản phẩm và có thể bao nhiêu cấu tử

sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm, có hai cách chưng hỗn hợp nhiều cấu tử đó là chưngsao cho trong cả hai sản phẩm đỉnh và đáy đều có mặt tất cả các cấu tử (chỉ dùng cáchnày để tách sơ bộ) và chưng sao cho một hoặc nhiều cấu tử không có mặt trong sảnphẩm

Có hai dạng hỗn hợp đa cấu tử: đơn giản và phức tạp:

- Đối với hỗn hợp đa cấu tử đơn giản có thể thu được từng cấu tử riêngbiệt bằng cách chưng nhiều lần.

- Đối với hỗn hợp đa cấu tử phức tạp, không thể nào biết được số lượngcác cấu tử cũng như thành phần và tính chất của từng cấu tử trong hỗnhợp Ví dụ hỗn hợp đa cấu tử điển hình là dầu thô Vì vậy quá trìnhchưng cất sẽ có những đặc trưng riêng Phương pháp chưng cất dầu thô

sẽ được giới thiệu chi tiết trong những phần sau đây

2 Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất

Quá trình truyền chất giữ vai trò quan trọng trong nền công nghiệp hóa học Đó

là quá trình di chuyển vật chất từ pha này sang pha khác khi hai pha tiếp xúc trực tiếpvới nhau Quá trình chưng được bắt đầu áp dụng với công nghiệp sản xuất rượu từ thế

kỷ XI và liên tục sau đó được áp dụng đa dạng trong rất nhiều ngành công nghiệp khácnhau Đối với ngành công nghiệp dầu khí quá trình chưng cất giữ một vai trò vô cùngquan trọng, từ khâu đầu tiên chưng cất dầu thô thành các phân đoạn dầu mỏ cho đếnkhâu cuối cùng để thu được những sản phẩm dầu mỏ theo yêu cầu kinh tế, kỹ thuật

Ngày nay khi khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ và nền công nghiệp hiệnđại cũng đòi hỏi nhu cầu năng lượng rất lớn, tài nguyên dầu mỏ được khai thác và chếbiến với nhu cầu và số lượng ngày càng tăng nhanh, quá trình chưng cất dầu thô ngàycàng được chú trọng nghiên cứu và cải tiến Sản phẩm của quá trình chưng cất dầu thôgồm các phân đoạn dầu mỏ từ pha khí cho đến pha lỏng bao gồm: khí đốt, LPG, phânđoạn xăng (naphta), phân đoạn kerosen, phân đoạn diesel (nhẹ, nặng) và phân đoạncặn với khoảng nhiệt độ sôi trên 350oC

2.1 Cân bằng lỏng – hơi

 Dung dịch lý tưởng: là dung dịch mà lực liên kết giữa các phân tử cùng loại và

lực liên kết giữa các phân tử khác loại bằng nhau do đó các phân tử hòa tan vàonhau theo bất kỳ tỷ lệ nào Cân bẳng giữa lỏng và hơi tuân theo:

+ Định luật Raoult: áp suất hơi bão hòa riêng phần của một chất tỷ lệ thuận

với nồng độ phần mol của nó trong dung dịch

p i = x i p i bh (1)

+ Định luật Dalton: p i = y i p (2)

+ Định luật Raoult – Dalton: y i * = x i p i bh / p (3)

Trong đó: yi, xi: nồng độ phần mol của cấu tử i trong pha hơi và pha lỏng

pibh : áp suất hơi bão hòa của cấu tử i nguyên chất

p: áp suất chung

Áp suất hơi bão hòa của một chất lỏng là áp suất hơi riêng phần gây ra bởi cácphân tử hơi chất đó tồn tại trên mặt thoáng khi chất lỏng bay hơi nhiều nhất, hay nóicách khác, khi có cân bằng hơi – ngưng tụ

 Dung dịch thực: là những dung dịch không tuân theo định luật Raoult.

+ Nếu lực liên kết giữa các phân tử khác loại nhỏ hơn lực liên kết giữa các phân tử

cùng loại thì sự sai lệch là dương

+ Nếu lực liên kết giữa các phân tử khác loại lớn hơn lực liên kết giữa các phân tửcùng loại thì sự sai lệch là âm

Trong trường hợp lực liên kết giữa các phân tử khác loại rất bé so với lực liên kếtgiữa các phân tử cùng loại thì dung dịch sẽ phân lớp, nghĩa là các cấu tử không hòa tanvào nhau hoặc hòa tan không đáng kể

Hình 2-1: Quan hệ giữa áp suất và nồng độ của dung dịch hai cấu tử

1.Tuân theo định luật Raoult

2.Sai lệch dương 3.Sai lệch âm

2.2 Nguyên lí của quá trình chưng cất

 Đồ thị y – x

Trong chưng luyện thì đồ thị cân bằng y –x được sử dụng phổ biến Động lựccủa quá trình chưng luyện được tính qua hiệu số nồng độ giữa đường cân bằng vàđường chéo (Hình 2-2) Trên đường chéo có x = y Động lực được thể hiện qua nồng

độ pha hơi y* – y = ∆y hoặc pha lỏng x – x* = ∆x Điều kiện để có thể tiến hành chưngluyện là nồng độ của hơi phải lớn hơn nồng độ của lỏng trong trang thái cân bằng nhiệt

động Đường cân bằng được tính theo định luật Raoult, trong thực tế được lấy từ cácbảng cho sẵn trong sổ tay hoặc sách chuyên môn.

Khả năng bay hơi của từng cấu tử trong hỗn hợp được biểu thị qua α (độ bayhơi tương đối) là đại lượng tỉ lệ với động lực quá trình Vì vậy đường cân bằng càngcong (càng xa đường chéo) thì động lực quá trình càng lớn và độ bay hơi α càng lớn,nên khả năng tách cấu tử càng tốt Trường hợp α = 1 quá trình tách không thực hiệnđược, các cấu tử trong hỗn hợp có cùng nhiệt độ sôi và áp suất hơi bão hòa nên độnglực bằng không

Hình 2-2: Quan hệ y – x

 Đồ thị t – x,y

Ở áp suất không đổi thì có sự phụ thuộc của thành phần các cấu tử trong pha lỏng

và pha hơi, ta có đường sôi và đường ngưng tụ Chúng phân không gian làm ba phạmvi: có hai pha đồng nhất là pha lỏng và pha hơi bão hòa và một pha dị thể lỏng – hơi

Hình 2-3: Quan hệ t – x, y

(Hình 2-3) Nhiệt độ sôi của cấu tử A và B là tsA và tsB tương ứng với áp suất của

hệ (áp suất làm việc) Tại nhiệt độ t1 có nồng độ x1 trong pha lỏng tương ứng với nồng

độ y1 trong pha hơi ở trạng thái cân bằng nhiệt động

Quá trình bay hơi: Giả sử hỗn hợp đầu có thành phần cấu tử dễ bay hơi trongpha lỏng là x1 Hỗn hợp được nâng lên nhiệt độ sôi t1 (tại C) thu được thành phần hơiy1 Quá trình tiếp tục sẽ làm giảm thành phần cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng, nênnhiệt độ sôi tăng dần Ví dụ ở nhiệt độ t2 (tại E) thành phần lỏng là x2 và pha hơi là y2.Cuối cùng đạt đến đường ngưng tụ (điểm H) ứng với nhiệt độ t3, ta có nồng độ phalỏng là x3 và pha hơi y3 Qua biểu diễn của quá trình cho thấy quá trình bay hơi hoặcngưng tụ của hỗn hợp hai cấu tử ở áp suất không đổi có quan hệ chặt chẽ với sự thayđổi nhiệt độ

Hình 2-4: Đồ thị thể hiện quá trình bay hơi

* Cellier-Blumenthal (Pháp): phát minh sơ đồ chưng nhiều lần có hồi lưu năm1813: Khả năng phân chia hỗn hợp lỏng tăng Khi cho hồi lưu một phần sản phẩmđỉnh, thì có sự tiếp xúc thêm giữa pha lỏng hồi lưu và pha hơi trong tháp Cấu tử nhẹđược làm giàu thêm nhờ đó mà độ phân chia cao hơn

Trước bình tiếp liệu lắp thêm một số bình Chỉ cung cấp nhiệt vào bộ phận đunsôi ở bình dưới cùng và tỏa nhiệt đi ở thiết bị ngưng tụ sau bình trên cùng một lần.Cho pha lỏng từ bình trên chảy xuống bình dưới và pha hơi từ bình dưới sục vào bìnhtrên tiếp theo (hơi này ngưng tụ một phần, nhiệt tỏa ra của quá trình ngưng tụ sẽ đunsôi chất lỏng, làm bay hơi một phần chất lỏng trong bình này) Cho một phần dungdịch ngưng từ thiết bị ngưng tụ trở về bình trên cùng, gọi là lượng lỏng hồi lưu, để duy

trì quá trình truyền chất trong những bình trên bình tiếp liệu Sơ đồ này vẫn phức tạp

và cồng kềnh

Hình 2-5: Sơ đồ chưng nhiều lần có hồi lưu của Cellier-Blumenthal

Sơ đồ trên vẫn phức tạp và cồng kềnh, trong thực tế người ta sử dụng tháp gọi

là tháp chưng luyện

Nguyên lý làm việc của tháp: hơi đi từ dưới lên, lỏng đi từ trên xuống Nồng độcác cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp, nhiệt độ sôi cũng thay đổi tương ứng với

sự thay đổi nồng độ Trên đĩa 1, chất lỏng có nồng độ cấu tử dễ bay hơi x1, hơi bốc lên

có nồng độ y1, trong đó y1 > x1, hơi đó qua các lỗ đi lên đĩa 2, tiếp xúc với chất lỏng ở

đó Nhiệt độ của đĩa 2 thấp hơn của đĩa 1 cho nên một phần hơi được ngưng tụ lại, do

đó nồng độ cấu tử dễ bay hơi trên đĩa này là x2 > x1 Hơi bốc lên từ đĩa 2 có nồng độcấu tử dễ bay hơi là y2 > x2 đi lên đĩa 3 Nhiệt độ của đĩa 3 thấp hơn đĩa 2, hơi ngưng tụmột phần, do đó chất lỏng trên đĩa 3 có nồng độ x3 > x2 Trên mỗi đĩa xảy ra quá trìnhtruyền chất của pha lỏng và pha hơi Một phần cấu tử dễ bay hơi chuyển từ pha lỏngvào pha hơi và một phần ít chuyển từ pha hơi vào pha lỏng Quá trình ngưng tụ và bốchơi lặp lại nhiều lần, cuối cùng thu được:

+ Trên đỉnh tháp là cấu tử dễ bay hơi có nồng độ cao

Hình 2-6: Sơ đồ hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục

Hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục:

a) Tháp loại đĩa có chiều cao lớn với thiết bị đun sôi tuần hoàn và bố trí thiết bịngưng tụ bên dưới để tiết kiệm kinh phí xây lắp

b) Sơ đồ tháp đệm với kí hiệu thiết bị đun sôi đáy tháp và thiết bị ngưng tụ

2.3 Tháp chưng cất

Muốn có hiệu quả phân tách tốt, quá trình tiếp xúc lỏng hơi trong tháp chưngcất phải xảy ra đồng đều, triệt để Do vậy, người ta phải trang bị các cơ cấu bên trongtháp nhằm đạt được mục đích này Trong thực tế thường chế tạo tháp với các loại đĩakhác nhau như: đĩa chóp, đĩa lưới, đệm, hay đĩa xupap…

Phần phía trên đĩa nạp liệu của tháp thực hiện quá trình làm tăng nồng độ củacác cấu tử nhẹ trong pha hơi, gọi là phần luyện, còn phần dưới thực hiện quá trình táchpha hơi khỏi pha lỏng và làm tăng nồng độ của cấu tử nặng trong pha lỏng nên đượcgọi là phần chưng Do vậy, phần đáy phải cung cấp thêm nhiệt hay phải đưa thêm tácnhân bay hơi vào Mức độ phân tách tốt hay không phụ thuộc vào số đĩa được bố trítrong tháp và lượng hồi lưu

Trong thực tế thường sử dụng 2 loại tháp sau:

 Tháp đĩa

Loại tháp này được sử dụng khá phổ biến trong công nghệ chưng cất dầu mỏ vàcác công đoạn lọc dầu

Các loại đĩa thường được sử dụng là đĩa chóp, đĩa lưới, đĩa van

Tháp đĩa có thể được trang bị thêm ống chảy chuyền Sự tiếp xúc lỏng hơi được thựchiện trên mỗi đĩa

* Quá trình tiếp xúc lỏng hơi trong tháp đĩa có ống chảy chuyền

+ Dòng hơi: hơi đi dưới lên qua các lỗ van hay lỗ lưới trên đĩa nhờ vách chảychuyền Do dòng hơi khi đi qua lớp chất lỏng luôn kéo theo một lượng lỏng nhất địnhnào đó nên khoảng cách giữa 2 đĩa được lựa chọn để đảm bảo thu hồi lượng lỏng bịkéo theo hơi

+ Dòng lỏng: đi từ trên xuống dưới qua vách chảy chuyền và qua vùng tiếp xúcpha

Đối với tháp đĩa có ống chảy chuyền thì ống chảy chuyền có chức năng hướngdòng lỏng đi từ trên xuống và tách hơi ra khỏi dòng lỏng trước khi vào đĩa bên dưới,đồng thời trong ống chảy chuyền còn có chứa một lượng lỏng nhằm đảm bảo thời giantối thiểu để đạt mục đích tách hơi hoàn toàn ra khỏi lỏng

* Các hiện tượng bất thường xảy ra trong tháp

+ Hiện tượng sặc (engorgement): hiện tượng này xảy ra có thể do pha hơi hoặcpha lỏng

- Sặc do lưu lượng lỏng quá lớn: khi lưu lượng lớn, mức chất lỏng trong ốngchảy chuyền đã tách khí lớn, làm ảnh hưởng cân bằng thủy động của đĩa

+ Hiện tượng mưa: hiện tượng này xảy ra đối với các loại đĩa lớn, đĩa van, vìvới các loại đĩa này lượng chất lỏng có thể chảy từ trên xuống qua các lỗ đĩa Hiệntượng này chỉ xảy ra khi cân bằng lỏng hơi không đảm bảo, dẫn đến chất lỏng chảyqua các lỗ tạo dòng làm giảm hiệu suất đĩa

Trong tháp đệm, người ta bố trí vách ngăn có chứa đệm với hình dạng khácnhau (hình vách khuyên, hình trụ có tấm chắn, hình yên ngựa, hình vòng nhẫn…) đểtăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng Khác với tháp đĩa, sự tiếp xúclỏng hơi xảy ra liên tục, do đó tăng được hiệu quả chuyển khối giữa 2 pha, hiệu quảnày càng cao khi bề mặt tiếp xúc càng lớn và chế độ thủy động giữa 2 pha là chảy

xoáy Nhược điểm của tháp đệm là quá trình tiếp xúc giữa 2 pha không đồng đều ởtoàn bộ đệm theo tiết diện ngang của tháp.

Có 2 loại đệm chính được sử dụng trong quá trình chưng cất dầu khí, đó là:+ Đệm không có cấu trúc

+ Đệm có cấu trúc

Khi so sánh giữa tháp đệm và tháp đĩa ta thấy tháp đệm có ưu điểm là: tổn thất

áp suất bé, vì vậy thuận lợi cho quá trình chưng cất chân không khi có mặt các cấu tửkhông bền nhiệt, dễ dàng lắp đặt đối với tháp có đường kính nhỏ, đồng thời tháp đệm

có khả năng tăng năng suất quá trình chưng cất (đối với tháp có sử dụng đệm có cấutrúc), đơn giản, dễ chế tạo, với các hỗn hợp có tính ăn mòn cao thì giá thành của thiết

bị thấp hơn so với tháp đĩa cùng thể tích Tuy nhiên, tháp đệm cũng có nhược điểm:với các hỗn hợp có khả năng tạo cặn, phải thay đổi toàn bộ đệm sau một thời gian làmviệc, tính linh hoạt thấp, hơn nữa khi tháp có đường kính càng lớn thì hiệu suất đĩacàng nhỏ, do đó khó phân phối đều các dòng lưu thể đi trong tháp, cần phải có thiết bịphân phối lại dòng chảy này

II Chưng cất dầu thô

1 Khái niệm

Chưng cất dầu thô: nhằm phân tách dầu thô thành các phân đoạn thích hợp dựavào nhiệt độ sôi của các cấu tử và không làm phân hủy chúng

chưng cất đặc trưng cho tính bốc hơi của các phân đoạn dầu mỏ, nó biểu diễn mốiquan hệ giữa phần trăm chưng cất theo nhiệt độ Có 3 dạng đường cong chưng cất:

đây là đường cong chưng cất thu được từ việc thực hiện quá trình chưng cất đơngiản theo tiêu chuẩn ASTM Thiết bị chưng cất là một bình cầu 100ml, không

có hồi lưu và ống sinh hàn thẳng Trong lĩnh vực lọc dầu đường cong ASTM có

ý nghĩa rất quan trọng trong việc phân tích mẫu dầu thô trước khi đưa vào sảnxuất

dầu thô trong một thiết bị chưng cất gồm 15 đĩa lý thuyết với tỷ số hồi lưu bằng5

+ Mỗi hỗn hợp đều có một đường cong TBP đặc trưng riêng, dựa vào đó ta cóthể quyết định số lượng phân đoạn hoặc cấu tử giả trong chưng cất và các tính chấtcủa cấu tử giả.

+ Trong chưng cất phân đoạn hỗn hợp nhiều cấu tử, đường cong TBP có mộtđặc điểm quan trọng cần lưu ý là tính không nhất quán: hỗn hợp ban đầu nếu đemchưng cất được hai phân đoạn nhẹ hơn và nặng hơn thì đường TBP của hai phân đoạnnày sẽ lệch với đường TBP của hỗn hợp đầu (nằm trên hoặc dưới)

FC được viết tắt từ Flash Curve, hay còn gọi là đường cong EFV (EquilibrumFlash Vaporisation) Đường này mô tả mối quan hệ cần bằng giữa hai pha lỏng và hơi(theo phần trăm thể tích), đo ở nhiệt độ sôi bay hơi cân bằng tương ứng với áp suất dãcho Đường cong bốc hơi cân bằng xác định trong thiết bị tĩnh có tuần hoàn, áp suất

và nhiệt độ giữ cố định, còn lỏng và hơi thì tiếp xúc chặt chẽ trong một khoảng thờigian đủ để đạt đến cần bằng Hoặc nó được tiến hành trong thiết bị hoạt động liên tụcbốc hơi trong những điều kiện tốc độ bốc hơi không đổi, nhiệt độ và áp suất duy trìvới hai pha tiếp xúc nhau chặt chẽ sao cho cần bằng vẫn đạt được

Đường cong FC bắt đầu bằng điểm sôi và kết thúc bằng điểm sương của hỗnhợp tại áp suất làm việc và thay đổi theo nồng độ ban đầu của hệ Đường cong FCđược sử dụng chủ yếu để xác định nhiệt độ tại các điểm nạp liệu của quá trình chưngcất dầu thô cũng như các sản phẩm đi ra từ quá trình chuyển hóa

Cả 3 đường cong FC, TBP và ASTM của hỗn hợp nhiều cấu tử bất kỳ có liên hệchặt chẽ và có thể tính toán chuyển đổi từ đường cong này sang đường cong khác

Đồ thị dưới đây biểu diễn mối quan hệ giữa 3 đường cong chưng cất

Hình 2-7: Đồ thị so sánh của 3 đường cong chưng cất TBP, ASTM, FC.

Ta thấy đường cong TBP có độ dốc lớn nhất, thể hiện tính phân đoạn triệt để.Đường cong ASTM có độ dốc bé, khả năng phân đoạn kém.

Đường cong FC không mang tính phân đoạn khi chưng cất nên có độ dốc rấtbé.Nó chỉ thể hiện từng trạng thái cân bằng của hai pha lỏng và hơi theo yêu cầu củasản xuất

Trong tính toán chưng cất hệ đa cấu tử phức tạp mà số lượng các cấu tử cũngnhư tính chất của các cấu tử không xác định được người ta phải sử dụng quy ước cấu

tử giả Với quy ước này hỗn hợp sẽ được chia thành nhiều cấu tử giả khác nhau (sốlượng tùy thuộc độ chính xác mong muốn của việc tính toán), mỗi cấu tử sẽ được đặctrưng bằng một giá trị nhiệt độ sôi bằng với nhiệt độ sôi trung bình của cả phân đoạnphân chia Ví dụ như hình dưới đây, trên đường TBP hỗn hợp dầu thô được chia thành

10 cấu tử giả Mỗi cấu tử giả có một phần trăm thể tích nhất định trong hỗn hợp, cónhiệt độ sôi nhất định ở áp suất chưng cất và có cả tính chất vật lý trung bình như tỷtrọng, khối lượng phân tử, nhiệt độ sôi

Hình 2-8: Đồ thị đường cong TBP được chia thành 10 cấu tử giả

 Cân bằng pha cho hệ nhiều cấu tử phức tạp

Người ta sử dụng đường cong cân bằng lỏng-hơi FC để tính cân bằng pha chohỗn hợp đa cấu tử

Hình 2-9: Đồ thị đường cong FC được xây dựng từ đường cong TBP

Theo hình trên, để hỗn hợp sôi hay hơi cân bằng ở điều kiện 40% thể tích taphải nâng nhiệt độ lên t0C, tương ứng với 40% thể tích của đường cong FC Như vậy

ta phải xây dựng đường cong FC cho hỗn hợp đang nghiên cứu

Đối với hỗn hợp dầu mỏ ta có những biểu đồ thực nghiệm để tính chuyển đổi từASTM và TBP sang FC Trong chưng cất dầu mỏ ta phải chưng cất phân đoạn nhiềulần, do đó việc chưng cất lại và việc xây dựng đường cong TBP cho các phân đoạn làcần thiết để từ đó chuyển đổi sang đường FC

2 Cách thức xác định tiêu chuẩn sản phẩm trong chưng cất dầu thô (GAP,

OVERLAP).

Gọi t là nhiệt độ của điểm cắt phân đoạn, phân đoạn nhẹ sẽ không chứa nhữngcấu tử có nhiệt độ sôi > t; phân đoạn nặng chỉ gồm duy nhất những cấu tử có nhiệt độsôi > t

→ Điểm cuối trên đường cong ASTM của phân đoạn nhẹ < t và điểm đầu củaphân đoạn nặng > t

→ Giá trị chênh lệch ∆t giữa nhiệt độ 5% chưng cất của phân đoạn nặng vànhiệt độ 95% chưng cất của phân đoạn nhẹ đạt giá trị lớn nhất

Một quá trình tách thực tế sẽ bao gồm cả những cấu tử có nhiệt độ sôi > t trongphân đoạn nhẹ và những cấu tử có nhiệt độ sôi < t trong phân đoạn nặng => phần cuốiđường cong ASTM của phân đoạn nhẹ sẽ bị dịch chuyển đến vị trí có nhiệt độ lớn hơn

và ngược lại; phần đầu đường cong ASTM của phân đoạn nặng sẽ bị dịch chuyển đến

vị trí có nhiệt độ thấp hơn Kết quả là sự chênh lệch nhiệt độ ∆t’ và ∆t’’ giữa hai đườngcong này sẽ nhỏ hơn giá trị ∆t và phụ thuộc vào chất lượng quá trình tách

Một tiêu chuẩn tách phân đoạn dầu mỏ sẽ được biểu diển dưới các giá trị GAP

và OVERLAP Trong các tính toán thiết kế, người ta phải thể hiện những đặc trưng

thực của quá trình tách được thực hiện trên đường cong chưng cất ASTM của nhữngphân đoạn đạt được để đảm bảo đã thỏa mãn mục đích tách.

Hình 2-10: tiêu chuẩn tách phân đoạn dầu mỏ theo giá trị GAP

Hình 2-11: Tiêu chuẩn tách phân đoạn dầu mỏ theo giá trị OVERLAP

Về mặt khái niệm: GAP và OVERLAP là những đại lượng thể hiện tính chấtcủa sản phẩm thu được từ quá trình chưng cất dầu mỏ, thể hiện sự pha trộn của cáccấu tử nhẹ trong phân đoạn nặng và ngược lại, các cấu tử nặng trong phân đoạn nhẹ

Từ đó, nó ảnh hưởng đến các tính chất đặc trưng của sản phẩm

Về mặt giá trị: đó là chênh lệch ∆t giữa nhiệt độ 5% chưng cất của phân đoạnnặng trừ đi 95% chưng cất của phân đoạn nhẹ Nếu ∆t > 0 → GAP (Hình 2-10), còn

∆t < 0 → OVERLAP (Hình 2-11)

3 Hệ thống phân xưởng chưng cất trong nhà máy lọc dầu

3.1 Giới thiệu chung về phân xưởng chưng cất khí quyển

Phân xưởng chưng cất khí quyển là một phân xưởng quan trọng và luôn hiệndiện trong bất kỳ nhà máy lọc dầu nào, xử lý lượng nguyên liệu lớn nhất so với cácphân xưởng khác Đây là quá trình xử lý sơ bộ đầu tiên được thực hiện bằng phươngpháp chưng cất với thiết bị chính là tháp chưng luyện nhằm tách dầu thô thành cácphân đoạn khác nhau, các phân đoạn này có nhiệt độ sôi xấp xỉ khoảng nhiệt độ sôicủa các sản phẩm thương phẩm, chỉ một vài phân đoạn được sử dụng trực tiếp như làsản phẩm thương phẩm hoặc dùng phối liệu tạo sản phẩm thương phẩm Phần lớn cácphân đoạn đều trải qua quá trình chuyển hóa hóa học hoặc xử lý tiếp theo

Là một phân xưởng cơ bản của quá trình lọc dầu, xuất hiện từ cuối thế kỷ XIX,

do vị trí của nó trong nhà máy lọc dầu là đứng trước các phân xưởng khác, lại xử lýmột lượng lớn nguyên liệu Vì vậy, phân xưởng này đóng vai trò quan trọng và quyếtđịnh trong quá trình vận hành nhà máy lọc dầu

3.2 Quy trình công nghệ

Quy trình phân riêng thường diễn ra ở duy nhất một tháp, hoạt động dưới ápsuất từ 1 ÷ 3 (bar), áp suất làm việc càng thấp càng tốt Việc trích dòng sản phẩm đượcthực hiện bằng thiết bị stripper Các tháp stripper được đun sôi gián tiếp (khi ta muốnthu sản phẩm khô không chứa nước) hay thông thường hơn chúng được bốc hơi bằnghơi nước trực tiếp, các phần nhẹ bốc hơi được quay trở lại tháp chính tại vị trí trên đĩatrích dòng lỏng

Tháp chưng cất khí quyển, trong thực tế hoạt động như một tháp hấp thụ có hồilưu, nó có từ 1 ÷ 3 dòng hồi lưu tuần hoàn cho phép ta thu hồi được một lượng nhiệtkhá cao Dầu thô đươc đun nóng sơ bộ trong chuỗi thiết bị trao đổi nhiệt thứ nhất nhờ

sử dụng nhiệt thu hồi từ các sản phẩm và từ dòng hồi lưu tuần hoàn đến nhiệt độkhoảng 120 ÷ 1600C, tại nhiệt độ này dầu thô sẽ được khử muối Công đoạn này đượcthực hiện ở áp suất khá lớn (khoảng 12 bar) nhằm để hỗn hợp dầu thô và nước vẫn còntồn tại ở trạng thái lỏng tại nhiệt độ mong muốn Dầu thô đã được tách muối sẽ đượcđun tiếp trong chuỗi thiết bị gia nhiệt thứ hai rồi được đưa vào lò đun để đạt đượcnhiệt độ khoảng 330 ÷ 3900C để cấp liệu ở trạng thái hóa hơi một phần cho tháp chính.Dòng nguyên liệu vào tháp theo kiểu tiếp tuyến hoặc kiểu trục cánh nhằm tạo điềukiện thuận lợi cho việc phân giải cho phần hơi

Các quy trình công nghệ sử dụng trong phân xưởng chưng cất khí quyển là khágiống nhau Tháp chưng cất khí quyển (tháp chính) cao khoảng 50m, thường cókhoảng từ 20 – 50 đĩa van, còn thiết bị stripper có từ 4 – 10 đĩa cùng loại với thápchính Đa số thiết bị đều được chế tạo từ thép carbon thường, ngoại trừ các vùng bị đốtnóng ở nhiệt độ cao phải chế tạo bằng hợp kim Một phần của tháp thông thường đượcphủ lớp thép có 12% crom Trong các vùng chịu ăn mòn ở trạng thái lạnh như đỉnhtháp, thiết bị hồi lưu phải chế tạo bằng vật liệu quý hoặc phải phủ các hợp kim đặcbiệt.

Tháp thường được thiết kế với các đĩa cổ kiểu van Số ống hoặc vách chảy chuyềnđược xác định tùy theo tầm quan trọng của lưu lượng lỏng – hơi trong vùng xem xét.Hiệu suất trao đổi chất của đĩa thường là tốt nhất ở vùng đỉnh tháp và trung bình trongvùng nằm giữa vùng trích gasole và vùng nhập liệu (sự phân đoạn được tinh luyện kỹnhất nằm ở phía đỉnh tháp) Đĩa thường được chế tạo từ thép hợp kim (12% crom).Trong các vùng phân đoạn hoặc vùng rửa ngày nay đôi khi người ta sử dụng đĩa kếtcấu dạng đệm

Thiết bị gia nhiệt sơ bộ bằng không khí nóng có thể được thực hiện bằng traođổi nhiệt với khói lò Khói lò đi ra ở trạng thái tương đối lạnh nếu chất đốt đã đượckhử lưu huỳnh Một phần gia nhiệt sơ bộ cũng có thể thực hiện được nhờ dòng tácnhân nóng không phải hyđrocarbure (nước ngưng, nước muối) Hiệu suất gia nhiệt đạtđược từ 80 – 90% khi sử dụng nhiệt của tháp và từ 90 – 95% khi sử dụng nhiệt của lò

3.3 Thiết kế

Đường kính của tháp thay đổi tùy theo từng vùng xem xét Vùng đỉnh và đáytháp có đường kính nhỏ nhất còn các vùng trao đổi nhiệt thường có đường kính lớnnhất để đảm bảo có một lượng lỏng lớn cho bơm và cho hồi lưu Đường kính trungbình khoảng 9m đối với tháp xử lý 1000 tấn/h (tương ứng 8 triệu tấn/năm với 11 thánghoạt động)

Phân xưởng chưng cất khí quyển được thiết kế sao cho nó có khả năng xử lýđược nhiều loại dầu thô có tính chất gần nhau như:

+ Nguồn nguyên liệu dầu thô thường xuyên của nhà máy

+ Nguồn dầu nhẹ hơn chút ít, mà vì nó người ta phải tính đến việc thiết kế vùngđỉnh tháp và lò cấp nhiệt có kích thước lớn hơn do lượng hơi nhiều hơn

+ Nguồn dầu nặng hơn, mà nhờ nó ta sẽ tính thiết kế đáy tháp và bộ phận traođổi nhiệt có kích thước lớn hơn vì lượng hơi ít.

Trong cả 3 trường hợp, năng suất xử lý chế biến thực tế cho mỗi trường hợp sẽkhông như nhau nhằm giảm thiểu thiết kế dư (nâng cao hiệu năng của tháp) Cùng mộtloại lò, năng suất xử lý đối với dầu nặng sẽ lớn hơn và dầu nhẹ sẽ nhỏ hơn

Công đoạn chưng cất khí quyển cần được thiết kế sao cho trong trường hợp cầnthiết vẫn có thể hoạt động một cách hoàn hảo ở năng suất bằng khoảng 60% năng suấtthiết kế danh nghĩa

3.4 Sản phẩm của phân xưởng chưng cất khí quyển gồm các phân đoạn

* Phân đoạn xăng tổng: sau khi xử lý H2 sẽ được cung cấp cho hệ thống táchxăng và phân đoạn khí

* Phân đoạn naphta làm nguyên liệu cho hóa dầu

* Phân đoạn kerosen để sản xuất nhiên liệu phản lực và các loại dung môi,nhiêu liệu cho động cơ diesel và dầu đốt dân dụng (FOD)

* Phân đoạn cặn chưng cất khí quyển được dùng làm nguyên liệu cho phânxưởng chưng cất chân không

* Có một phân đoạn tách ra từ GOL và RA, tùy theo chất lượng của nó mà cóthể trộn chung với RA hay sử dụng môi chất giảm nhớt cho dầu nặng

* Các phân đoạn kerosen và gasoil thường phải xử lý trước khi phối liệu tạo sảnphẩm thương phẩm Thực tế các phân đoạn này có chứa một số lượng các hợp chấtkhông mong muốn, đó là lưu huỳnh và các hợp chất thơm

Trong quá trình chưng cất khí quyển, ta cũng có thể trích ngang phân đoạn xăngnhẹ Khi đó phân đoạn xăng được thực hiện như sau: ở đỉnh tháp ta sẽ thu được phânđoạn xăng nhẹ (có chứa khí) và qua stripper ta thu được phân đoạn xăng nặng Quátrình phân tách như vậy kém hiệu quả hơn so với quá trình phân tách thu được trongmột tháp riêng biệt Ngoài ra, các nguy cơ về ngưng tụ nước ở đỉnh tháp đã làm giớihạn ứng dụng của xăng nhẹ có nhiệt độ điểm cuối khá cao

Một công đoạn chưng cất khí quyển thường được thiết kế sao cho xử lý các loạidầu thô có tính chất khác nhau như:

+ Dầu thô cơ bản biểu diễn tiếp liệu trung bình của nhà máy lọc dầu

+ Dầu nhẹ ảnh hưởng đến thiết kế các vùng đỉnh tháp và hệ thống ngưng tụ.+ Dầu nặng sẽ cố định thiết kế đáy tháp và hệ thống trao đổi nhệt

 Nguyên liệu cho phân xưởng DA

Nguyên liệu cho phân xưởng chưng cất khí quyển là các loại dầu thô Mỗi nhà máyđược thiết kế cho một hoặc một vài loại dầu thô có tính chất gần tương tự nhau

Dầu thô trước khi đi vào tháp chưng cất khí quyển nhất thiết phải đi qua công đoạntách muối

* Mục đích và ý nghĩa của quá trình tách muối

+ Tách muối trong dầu thô là một quá trình chủ yếu trong nhà máy lọc dầu, bởi vì

nó tạo điều kiện tốt để vận hành các phân xưởng hạ nguồn

+ Thực vậy, quá trình tách muối không đảm bảo sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quátrình vận hành của tháp chưng cất khí quyển:

 Gây ăn mòn thiết bị trao đổi nhiệt và lò gia nhiệt

 Căn chưng cất khí quyển khi có lẫn muối sẽ gây ra các hiên tượng:

+ Tăng nhanh vận tốc đóng cặn trong lò gia nhiệt của tháp chưng cất chânkhông

+ Giảm thời gian vận hành của các thiết bị giảm nhớt

+ Gây ngộ độc xúc tác của quá trình FCC, đặc biệt đối với các quá trình xử lýnguyên liệu nặng

+ Gây ra các quá trình đóng cặn và ăn mòn trong lò nung và lò hơi

Do các tác hại trên nên cần phải tách loại muối khỏi dầu thô trước khi đi chếbiến

Phương pháp tách muối phổ biến nhất hiện nay là phương pháp trường điện từ.Phương pháp này tách muối dựa vào trường điện từ gây ra bởi các cực điện từ Trườngđiện từ sẽ gây nhủ hóa muối trong dầu và muối được tách ra nhờ quá trình rửa và lắnggạn

* Thông số của quá trình tách muối

+ Mức độ tiếp xúc bề mặt nước/ dầu

+ Nhiệt độ tách muối

+ Tỷ lệ nước rửa

+ Điểm phun nước rửa

+ Tính chất của nước rửa

+ Tổn thất áp suất trong van hòa trộn

+ Tính chất và tỷ lệ của quá trình giải nhũ

 Mô tả quá trình của tháp chưng cất khí quyển

Qui trình phân tách thường diễn ra ở duy nhất một cột hoạt động dưới áp suất từ

1 – 3 bar Việc trích dòng sản phẩm được thực hiện nhờ thiết bị stripper, các thápstripper được đun sôi lại hay thông thường nhất được bốc hơi bằng hơi nước, các phầnnhẹ bốc hơi được chuyển đến tháp chính tại vị trí phía trích dòng lỏng làm nguyên liệucho stripper

Tháp chưng cất khí quyển trong thực tế hoạt động như một tháp hấp thụ có hồilưu (có từ 1 – 3 dòng hồi lưu tuần hoàn) cho phép ta thu hồi nhiệt ở mức độ cao

Quá trình ngưng tụ ở đỉnh tháp là hoàn toàn hoặc không hoàn toàn tùy theonhiệt độ của lưu chất làm lạnh và bản chất của dầu thô

Tháp chưng cất khí quyển cao khoảng 50m, được trang bị quy ước từ 20 – 50đĩa clapet, còn thiết bị stripper có từ 3 – 10 đĩa cùng loại với tháp chính

Dầu thô được đun nóng sơ bộ trong cụm thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng nhiệt thuhồi từ các sản phẩm và từ dòng hồi lưu tuần hoàn đến nhiệt độ khoảng 120 – 1600C, tạinhiệt độ này dầu thô được khử muối Dầu thô đã tách muối được đun nóng tiếp tụctrong cụm thiết bị gia nhiệt thứ hai rồi được đưa tiếp vào lò đun để đạt được nhiệt độkhoảng 330 – 3900C nhằm nạp liệu ở trạng thái hóa hơi một phần cho tháp chính

3.5 Công nghệ của hệ thống chưng cất khí quyển

Sau khi qua quá trình xử lý ban đầu để ổn định tách các tạp chất và tách muối,dầu thô trước khi vào tháp được đun nóng đến nhiệt độ khoảng 350 – 3900C (nhằmđảm bảo quá trình nạp liệu ở trạng thái bay hơi một phần)

Nhập liệu chính cho tháp kiểu tiếp tuyến hoặc kiểu trục cánh nhằm tạo thuận lợicho việc phân ly phần hơi

Đường kính của tháp thay đổi tùy theo từng vùng Vùng đỉnh và đáy có đườngkính nhỏ nhất; còn các vùng trao đổi nhiệt có đường kính lớn nhất Đường kính trungbình khoảng 9m đối với tháp xử lý 1000 tấn dầu thô/ năm

Tại các điểm rút sản phẩm ở thân tháp chưng cất khí quyển có đặt các tháp phụstripper để tách các cấu tử nhẹ ra khỏi sản phẩm rút Tháp phụ thường có từ 4 đến 5đĩa Cũng tại đây, người ta bố trí thiết bị hồi lưu tuần hoàn để tăng độ uyển chuyển củatháp, thiết bị này rút lỏng ra ở nhiệt độ sôi, làm lạnh rồi đưa lại vào tháp chưng ở trạng