Quy trình chưng cất dầu thô

Mục lụcMỞ ĐẦU1PHẦN I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT4I. Lý thuyết về dầu thô41. Thành phần hóa học của dầu thô42. Phân loại dầu mỏ83. Các đặc tính vật lý quan trọng của dầu thô94. Nguyên liệu dầu thô Bạch Hổ13II. Sản phẩm của quá trình chưng cất141. Phân đoạn khí hydrocacbon142. Phân đoạn xăng143. Phân đoạn kerosene154. Phân đoạn Diesel155. Phân đoạn mazut166. Phân đoạn dầu nhờn167. Phân đoạn gudron (phân đoạn cặn dầu mỏ)17III. Chưng cất dầu thô171. Mục đích và ý nghĩa của phân xưởng chưng cất dầu thô172. Chuẩn bị dầu thô trước khi chế biến173. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất22IV. Công nghệ chưng cất dầu thô241. Lựa chọn công nghệ242. Sơ đồ công nghệ chưng cất AD 2 tháp bay hơi 2 lần25V. Một số thiết bị chính291. Tháp chưng luyện292. Thiết bị lò đốt (Lò gia nhiệt)353. Thiết bị trao đổi nhiệt37Phần 2: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT411. Tại tháp tách sơ bộ411.1. Lưu lượng sản phẩm khí421.2. Lưu lượng sản phẩm L.naphta422. Tại tháp tách phân đoạn432.1. Lưu lượng sản phẩm H. Naphta432.2.Lưu lượng sản phẩm Kerosen442.3 Lưu lượng sản phẩm gasoil442.4. Lưu lượng sản phẩm Mazut45 3. Tổng kết cân bằng vật chất46KẾT LUẬN47TÀI LIỆU THAM KHẢO48

MỞ ĐẦU

Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ 18, được sử dụnglàm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng Sang thế kỷ19, dầu được coi như là nguồnnhiên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho nền kinh tế quốc dân.Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọiquốc gia trên thế giới Khoảng 65  70% năng lượng sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ có

20  22% năng lượng đi từ than, 5  6% từ năng lượng nước và 8  12% từ nănglượng hạt nhân

Bên cạnh đó hướng sử dụng mạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ là làmnguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu như: sản xuất cao su, chất dẻo, tơsợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón, thậm chí cả protêin

Ngoài các sản phẩm nhiên liệu và sản phẩm hoá học của dầu mỏ, các sảnphẩm phi nhiên liệu như dầu mỡ bôi trơn, nhựa đường, hắc ín cũng là một phầnquan trọng trong sự phát triển của công nghiệp.Nếu không có dầu mỡ bôi trơn thìkhông thể có công nghiệp động cơ, máy móc, là nền tảng của kinh tế xã hội

Dầu mỏ là hỗn hợp rất phức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí dầu

được thì phải tiến hành phân chia thành từng phân đoạn nhỏ Sự phân chia đó dựavào phương pháp chưng cất ở các khoảng nhiệt độ sôi khác nhau Quá trình chưngcất dầu là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các thành phần gọi là cácphân đoạn Quá trình này được thực hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm đểtách các cấu tử có trong dầu thô theo từng khoảng nhiệt độ sôi khác nhau mà khônglàm phân huỷ chúng Trong các nhà máy lọc dầu, phân xưởng chưng cất dầu thôcho phép ta thu được các phân đoạn dầu mỏ để làm nguyên liệu cho các quà trìnhchế biến tiếp theo

Trong đồ án này em xin trình bày các vấn đề lý thuyết liên quan và trên cơ sở đóthiết kế và xây dựng dây chuyền chưng cất dầu thô với nguyên liệu đầu vào là 100% dầuthô Bạch Hổ

M c l c ục lục ục lục MỞ ĐẦU 1

PHẦN I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 4

I Lý thuyết về dầu thô 4

1 Thành phần hóa học của dầu thô 4

2 Phân loại dầu mỏ 8

3 Các đặc tính vật lý quan trọng của dầu thô 9

4 Nguyên liệu dầu thô Bạch Hổ 13

II Sản phẩm của quá trình chưng cất 14

1 Phân đoạn khí hydrocacbon 14

2 Phân đoạn xăng 14

3 Phân đoạn kerosene 15

4 Phân đoạn Diesel 15

5 Phân đoạn mazut 16

6 Phân đoạn dầu nhờn 16

7 Phân đoạn gudron (phân đoạn cặn dầu mỏ) 17

III Chưng cất dầu thô 17

1 Mục đích và ý nghĩa của phân xưởng chưng cất dầu thô 17

2 Chuẩn bị dầu thô trước khi chế biến 17

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất 22

IV Công nghệ chưng cất dầu thô 24

1 Lựa chọn công nghệ 24

2 Sơ đồ công nghệ chưng cất AD 2 tháp bay hơi 2 lần 25

V Một số thiết bị chính 29

1 Tháp chưng luyện 29

2 Thiết bị lò đốt (Lò gia nhiệt) 35

3 Thiết bị trao đổi nhiệt 37

Phần 2: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 41

1 Tại tháp tách sơ bộ 41

1.1 Lưu lượng sản phẩm khí 42

1.2 Lưu lượng sản phẩm L.naphta 42

2 Tại tháp tách phân đoạn 43

2.1 Lưu lượng sản phẩm H Naphta 43

2.2.Lưu lượng sản phẩm Kerosen 44

2.3 Lưu lượng sản phẩm gasoil 44

2.4 Lưu lượng sản phẩm Mazut 45

3 Tổng kết cân bằng vật chất 46

KẾT LUẬN 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHẦN I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

I Lý thuy t v d u thô ết về dầu thô ề dầu thô ầu thô

1 Thành ph n hóa h c c a d u thô ầu thô ọc của dầu thô ủa dầu thô ầu thô

1.1 Thành ph n nguyên t ầu thô ố

Dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp, trong dầu có chứa tới hàng trăm chấtkhác nhau,nhưng các nguyên tố cơ bản chứa trong dầu là cacbon và hydro.Trong đó C chiếm 83 ÷

87 %, H chiếm 11,5 ÷ 14% Ngoài các nguyên tốchính trên, trong dầu còn có các nguyên

tố khác như lưu huỳnh chiếm 0,1 ÷7%, nitơ chiếm 0,001 ÷ 1,8%, oxy chiếm 0,05 ÷ 1,0%

và một lượng nhỏcác nguyên tố khác như halogen (clo, iot) các kim loại như: niken,vanadi,volfram…Dầu mỏ càng chứa nhiều hydrocacbon, càng ít các thành phần dịnguyên tố thì chất lượng càng tốt và loại dầu mỏ đó có giá trị kinh tế cao.[1][2][9][10]

1.2 Thành ph n Hydrocacbon ầu thô

Hydrocacbon là thành phần chính trong dầu, hầu như tất cả các loại hydrocacbon(trừ olefin) đều có mặt trong dầu mỏ Chúng chiếm tới 90% trọng lượng của dầu Chúngđược chia thành các nhóm: parafin, naphaten, aromat, lai hợp naphaten – aromat [1][10]

a Hydrocacbon Parafin

Parafin còn là loại hydrocacbon phổ biến nhất Về mặt cấu trúc, hydrocacbonparafin có hai loại Loại cấu trúc mạch thẳng gọi là n-parafin và loại cấu trúc mạch nhánhgọi là iso-parafin Trong đó, n-parafin chiếm đa số (25 ÷ 30% thể tích) chúng có sốnguyên tử cácbon từ C1 ÷ C45

Một điểm cần chú ý là các n-parafin có số C > 18, ở nhiệt độ thường chúng đã làchất rắn Chúng có thể hoà tan trong dầu hoặc tạo thành các tinh thể lơ lửng trong dầu.Nếu hàm lượng của các parafin rắn này cao, dầu có thể bị đông đặc lại gây khó khăn chovấn đề vận chuyển [1][9][10]

b Các hydrocacbon naphtenic

Naphtenic hay còn gọi là xycloparafin, có công thức tổng quát là CnH2n Hàm lượng

có thể thay đổi 30 ÷ 60% trọng lượng Những hydrocacbon này thường gặp là loại mộtvòng, trong đó chiếm chủ yếu là loại vòng 5 cạnh Loại vòng naphten 7 cạnh hoặc lớnhơn ít gặp trong dầu Những naphten có từ 2 hay 3 vòng ngưng tụ cũng ít gặp, nhưng loạinaphten có vòng ngưng tụ với hydrocacbon thơm hay có mạch nhánh dài lại hay gặptrong dầu mỏ Hydrocacbon lai hợp có số lượng lớn ở nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ.Những loại naphten hai vòng có số nguyên tử C từ C20 ÷ C25 cũng đã thấy có trong dầumỏ

Còn những naphten 4 và 5 vòng cũng đã phát hiện thấy trong phần có nhiệt độ sôi

Ngoài ra, những naphtenic nằm trong dầu mỏ còn là nguyên liệu quý từ đó điềuchế được các hydrocacbon thơm: Bezen, Toluen, Xylen (BTX) là chất khởi đầu để sảnxuất tơ sợi tổng hợp và chất dẻo.[1][9][10]

c Hydrocacbon aromatic (hydrocarbon th m) ơm)

Hydrocacbon thơm là các cấu tử có trị số octan cao nhất nên chúng là những cấu

tử quý cho xăng Nhưng nếu chúng có mặt trong nhiên liệu phản lực hay nhiên liệu diesellại làm giảm chất lượng của các loại nhiên liệu này Những hydrocacbon thơm 1 hay 2vòng có mạch nhánh ankyl dài có cấu trúc nhánh cũng là những cấu tử quý để sản xuấtdầu nhờn có chỉ số độ nhớt cao Những hydrocacbon thơm đa vòng ngưng tụ cao hoặckhông có nhánh parafin dài lại là những cấu tử có hại trong s ản xuất dầu nhờn, cũngnhư trong các quá trình chế biến có xúc tác, do chúng nhanh chóng gây ngộ độc xúc tác.[1][9][10]

d Hydrocacbon lo i h n h p naphten-th m ại hỗn hợp naphten-thơm ỗn hợp naphten-thơm ợp naphten-thơm ơm)

Loại này rất phổ biến trong dầu, chúng thường 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 dầu càng có độ biến chất thấp sẽ có nhiều các hydrocacbon loại này.[10]

e Thành ph n phi hydrocacbon ầu thô

Những hợp chất phi hydrocacbon thường hay gặp trong dầu khí là CO2, H2S, N2,

He, Ar…và các hợp chất của lưu huỳnh, nito, oxy, các chất nhựa, asphanten và các kimloại trong dầu mỏ.[1][10]

Các hợp chất chứa lưu huỳnh

Người ta phát hiện trong dầu có khoảng 380 hợp chất lưu huỳnh Chúng tạo ra cáchợp chất ăn mòn thiết bị, gây ô nhiễm môi trường do tạo ra các khí SOx, gây ngộ độc xúctác và làm giảm chất lượng của sản phẩm chế biến Hàm lượng lưu huỳnh cao hơn giớihạn cho phép thì người ta phải áp dụng các biện pháp xử lý tốn kém Do vậy hàm lượnglưu huỳnh được gọi là một chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu thô và sản phẩm dầu.[1][9]Các chất chứa lưu huỳnh thường gặp ở các dạng như:lưu huỳnh dạng mercaptan, lưuhuỳnh dạng sunfua và disunfua, lưu huỳnh dạng thiophen, lưu huỳnh dạng tự doDựa vào hàm lượng có trong dầu mà người ta phân ra hai loại:

- Dầu chua: Khi lượng H2S >3,7ml H2S /1lít dầu

Dầu ngọt: Lượng H2S < 3,7ml H2S /1lít dầu

Các hợp chất chứa Nitơ

Các hợp chất chứa nito có trong dầu mỏ thường là những hợp chất loại pyridine vàcác hợp chất nitơ trung tính loại đồng đẳng của pyrol, indol hay cacbazol…Có thể chiếmtới 3% trong dầu Chúng là những chất có hại cho xúc tác trong quá trình chế biến, đồngthời chúng ứng tạo nhựa, làm tối màu sản phẩm trong thời gian bảo quản Khi có mặttrong nhiên liệu, các hợp chất nitơ cháy tạo ra khí NOx là những khí rất độc, gây ăn mònmanh Do vậy cũng như các hợp chất lưu huỳnh, khi hàm lượng các chất nito vượt quágiới hạn cho phép, người ta cũng phải tiến hành loại bỏ chúng.[1][9][10]

Các chất chứa oxy

Hàm lượng của oxy trong dầu thường từ 0,1 ÷ 3%, cũng có thể lên đến 4% Hàm lượng của oxy trong các phân đoạn của dầu mỏ tăng theo nhiệt độ sôi của phân đoạn

Hơn 20% khối lượng các hợp chất chứa oxy trong dầu mỏ tập trung ở phần nhựa và asphanten.[1][9]

Các chất nhựa và asphanten

Nhựa và asphanten là những chất chứa đồng thời các nguyên tố C, H, O, S, N; có phân tửlượng rất lớn (500 ÷ 600 đ.v.C trở lên) Trong dầu mỏ hàm lượng nhựa và asphan daođộng trong giới hạn khá rộng, nhựa có thể từ 4 đến 18% còn asphan có thể từ 0 đến 6%

Những hợp chất nhựa, asphan nếu có trong sản phẩm dầu sẽ làm giảm chất lượngcủa sản phẩm là cho sản phẩm có màu tối sẫm dễ tạo cốc, dễ tạo cặn muội khi cháy.Trong quá trình chế biến có xúc tác, chúng gây ngộc độc xúc tác, làm giảm hoạt tính củaxúc tác Chúng chỉ có ích khi có mặt trong phần cặn dùng làm nguyên liệu để sản xuátbitum hoặc để sản xuất cốc dầu mỏ, vì khi đó chúng cho sản phẩm có chất lượng tốt.[1][9]

Các kim loại nặng

Các kim loại nặng trong dầu dưới dạng các phức chất cơ kim và chỉ có số lượng nhỏ,phổ biến là hợp chất của Niken, Vannadi, ngoài ra còn có các kim loại khác như sắt, chìđồng với một số lượng ít hơn Các kim loại chứa trong dầu là thành phần có hại chúnggây ngộ độc xúc tác trong chế biến, gây ăn mòn kim loại, làm giảm độ chịu nhiệt củathiết bị khi chúng có mặt trong nhiên liệu đốt lò

Đối với quá trình cracking hay reforming xúc tácyêu cầu các kim loại này không quá

5 ÷ 10 ppm.[1][2]

Nước lẫn trong dầu mỏ.

Có một hàm lượng nước nhỏ chúng tồn tại dạng nhũ tương do nước có từ khi hìnhthành nên dầu khí do sự lún chìm của các vật liệu hữu cơ dưới đáy biển và nước từ khíquyển ngấm vào trong các dầu mỏ.[1][2]

Trong nước chứa một lượng rất lớn các muối khoáng khác nhau Các cation vàanion thường gặp là: Na2+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, K+, Cl-, HCO3-, SO42-, Br-, I-… ngoài ra còn

có một số oxit không phân ly ở dạng keo như là Al2O3, Fe2O3 , SiO2

2 Phân lo i d u m ại hỗn hợp naphten-thơm ầu thô ỏ

2.1 Phân lo i d u m d a vào b n ch t hóa h c ại hỗn hợp naphten-thơm ầu thô ỏ ựa vào bản chất hóa học ản chất hóa học ất hóa học ọc của dầu thô

Họ hydrocacbon nào chiếm phần chủ yếu thì dầu mỏ sẽ mang tên loại đó Ví dụ,dầu parafin thì hàm lượng hydrocacbon parafin trong đó chiếm 75% trở lên Trong thực

tế, không tồn tại các loại dầu thô thuần chủng như vậy, mà chỉ có các loại dầu trung giannhư dầu naphteno-parafinic ( 50% parafin, 25% naphten, còn lại là các loại khác).[1][10]

2.2 Phân lo i d u m theo b n ch t v t lý [1][10] ại hỗn hợp naphten-thơm ầu thô ỏ ản chất hóa học ất hóa học ật lý [1][10]

Cách phân loại này dựa vào tỷ trọng (d154 ) Biết tỷ trọng, có thể chia dầu thô theo ba cấp:

3 Các đ c tính v t lý quan tr ng c a d u thô ặc tính vật lý quan trọng của dầu thô ật lý [1][10] ọc của dầu thô ủa dầu thô ầu thô

3.1 T tr ng ỷ trọng ọc của dầu thô

Khối lượng riêng của dầu là khối lượng của một lít dầu tính bằng kilogam Tỷtrọng của dầu là khối lượng của dầu so với khối lượng của nước ở cùng một thể tích và ởnhiệt độ xác định Do vậy tỷ trọng sẽ có giá trị đúng bằng khối lượng riêng khi coi khốilượng riêng của nước ở 4oC bằng 1 Trong thực tế tồn tại các hệ thống đo tỷ trọng sau:

d4

20, d4

15, d15,615,6, với chỉ số bên trên là nhiệt độ của dầu trong lúc thử nghiệm còn chỉ số bêndưới là nhiệt độ của nước khi thử nghiêm Tỷ trọng của dầu dao động trong khoảng rộng,tuỳ thuộc vào loại dầu và có trị số từ 0,8 ÷0,99 Tỷ trọng của dầu rất quan trọng khi đánhgiá chất lượng dầu thô.Sở dĩ như vậy vì tỷ trọng có liên quan đến bản chất hoá học cũngnhư đặc tính phân bố các phân đoạn trong dầu thô.[1]

Dầu thô càng nhẹ tức là có tỷ trọng thấp, càng mang đặc tính dầu parafinic, đồngthời tỷ lệ các phân đoạn nặng sẽ ít.Ngược lại, dầu càng nặng tức tỷ trọng cao, dầu thôcàng mang đặc tính dầu aromatic hoặc naphtenic các phân đoạn nặng sẽ chiếm tỷ lệcao.Sở dĩ như vậy vì tỷ trọng hydrocacbon parafinic bao giờ cũng thấp hơn so vớinaphtenic và aromatic khi chúng có cùng một số nguyên tử cacbon trong phân tử Mặtkhác những phần không phải là hydrocacbon như các chất nhựa, asphanten, các hợp chấtchứa lưu huỳnh, chứa nitơ, chứa các kim loại lại thường tập trung trong các phần nặng,các nhiệt độ sôi cao vì vậy dầu thô có tỷ trọng cao, chất lượng càng giảm

3.2 Đ nh t c a d u và s n ph m d u ộ nhớt của dầu và sản phẩm dầu ớt của dầu và sản phẩm dầu ủa dầu thô ầu thô ản chất hóa học ẩm dầu ầu thô

Độ nhớt đặc trưng cho tính lưu biến của dầu cũng như ma sát nội tại của dầu Dovậy, độ nhớt cho phép đánh giá khả năng bơm vận chuyển và chế biến dầu Quan trọnghơn độ nhớt của sản phẩm đánh giá khả năng bôi trơn, tạo mù sương nhiên liệu khi phunvào động cơ, lò đốt.Độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm.cóhai loại độ nhớt: - Độ nhớt động học (St hay cSt) - Độ nhớt quy ước (độ nhớt biểu kiến)còn gọi là độ nhớt Engler

3.3 Thành ph n phân đo n ầu thô ại hỗn hợp naphten-thơm.

Vì dầu mỏ là thành phần hỗn hợp của nhiều hydrocacbon, có nhiệt độ sôi khácnhau, nên dầu mỏ không có một nhiệt độ sôi nhất định đặc trưng như mọi đơn chất khác

Ở nhiệt độ nào cũng có những hợp chất có nhiệt độ sôi tương ứng thoát ra, và sự khácnhau của từng loại dầu thô chính là sự khác nhau về lượng chất thoát ra ở các nhiệt độtương ứng khi chưng cất Vì thế, để đặc trưng cho từng loại dầu thô, thường đánh giábằng đường cong chưng cất, nghĩa là các đường cong biểu diễn sự phân bố lượng các sảnphẩm chưng cất theo nhiệt độ sôi Những điều kiện khi chưng cất khác nhau sẽ cho cácđường cong chưng cất khác nhau

Đường cong chưng cất là đường cong biểu diễn tương quan giữa thành phần cất vànhiệt độ sôi

Để đặc trưng cho từng loại dầu thô thường xác định bằng hai đường cong chưngcất sau:

- Đường cong chưng cất đơn giản (đường cong chưng cất Engler): là đường congbiểu diễn quan hệ giữa nhiệt độ sôi và % thể tích khi chưng cất dầu trong dụng cụ chuẩnhóa Engler, khi chưng cất không có tinh luyện, không có hồi lưu Đường cong này dùng

để đánh giá khả năng sử dụng của sản phẩm dầu hay phân đoạn dầu.[2]

- Đường cong điểm sôi thực là đường cong chưng cất có chưng luyện Đườngcong chưng cất nhận được khi chưng cất mẫu dầu thô trong thiết bị chưng cất có trang bịphần tinh luyện và hồi lưu, có khả năng phân chia tương ứng số đĩa lý thuyết trên 10 với

tỷ số hồi lưu sản phẩm khoảng 5 Về lý thuyết trong chưng cất điểm sôi thực đã sử dụng

hệ chưng cất có khă năng phân chia rất triệt để nhằm làm cấu tử có mặt trong hỗn hợpđược phân chia riêng biệt ở chính nhiệt độ sôi của từng cấu tử và với số lượng đúng bằng

số lượng cấu tử có trong hỗn hợp Đường cong này phản ánh chính xác hơn sự phân bốtừng hợp chất theo nhiệt độ sôi thực của nó trong dầu thô.[2]

3.4 Nhi t đ sôi trung bình ệt độ sôi trung bình ộ nhớt của dầu và sản phẩm dầu

Nhiệt độ sôi trung bình của dầu thô và các phân đoạn dầu có quan hệ với các tínhchất vật lý khác nhau như tỷ trọng, độ nhớt, hàm nhiệt và trọng lượng phân tử của dầu

Do vậy nó là một thông số quan trọng được sử dụng trong đánh giá và tính toán côngnghệ chế biến dầu Từ đường cong chưng cất ta dễ dàng xác định được nhiệt độ sôi trungbình thể tích hay trọng lượng bằng các đồ thị chuyển đổi, ta có thể xác định được nhiệt độsôi trung bình mol, nhiệt độ sôi trung bình.[2]

3.5 H s đ c tr ng K ệt độ sôi trung bình ố ặc tính vật lý quan trọng của dầu thô ưng K

Hệ số đặc trưng K được dùng để phân loại dầu thô, tính toán thiết kế hay chọnđiều kiện công nghệ chế biến thích hợp cũng như nhiệt độ sôi trung bình, K có quan hệvới thông số vật lý quan trọng khác như tỷ trọng, trọng lượng phân tử và cả trị số octanhay xetan của sản phẩm dầu K được xác định theo công thức sau:

Hệ số K thường dao động trong khoảng từ 10 -13, trong đó[1] :

Họ dầu paraffinic K=13÷12,5

Họ dầu naphtenic K=11,45÷10,5

Họ dầu aromatic K=10,5÷10

3.6 Nhi t đ đông đ c, đi m v n đ c và đi m k t tinh ệt độ sôi trung bình ộ nhớt của dầu và sản phẩm dầu ặc tính vật lý quan trọng của dầu thô ểm vẩn đục và điểm kết tinh ẩm dầu ục lục ểm vẩn đục và điểm kết tinh ết về dầu thô

Dầu mỏ mất tính linh động khi nhiệt độ hạ xướng thấp Tính linh động mất đi là do

sự tạo thành những mạng liên kết tinh parafin hoặc do độ nhớt tăng mạnh

Mạng tinh thể parafin được tạo thành vì trong sản phẩm gồm hỗn hợp hydrocacbon

có nhiệt độ nhất định, những parafin có phân tử lượng lớn kết tinh trước, nhữnghydrocacbon có phân tử lượng nhỏ hơn sẽ chui vào khung tinh thể đó, dẫn đến sự vẫn đục

Sự phụ thuộc nhiệt độ đông đặc vào hàm lượng parafin được biểu diễn qua biểuthức: To

4 Nguyên li u d u thô B ch H ệt độ sôi trung bình ầu thô ại hỗn hợp naphten-thơm ổ

Bạch Hổ là mỏ dầu lớn nhất trên thềm lục địa Việt Nam, trữ lượng khoảng 300triệu tấn, được khai thác thương mại từ năm 1986.Mỏ Bạch Hổ nằm ở vị trí đông nam,cách bờ biển Vũng tàu khoảng 145 km.Đây là mỏ cung cấp dầu mỏ chủ yếu cho ViệtNam hiện nay

Đơn vị khai thác mỏ này là Xí nghiệp liên doanh Dầu khí Việt-Xô thuộc Tập đoànDầu khí Quốc gia Việt Nam Từ mỏ này có đường ống dẫn khí đồng hành vào bờ cungcấp cho nhà máy khí hóa lỏng Dinh Cố, nhà máy điện Bà Rịa và Trung tâm điện lực Phú

Mỹ cách Vũng Tàu 40 km.Mỏ Bạch Hổ hiện đang khai thác bằng chế độ tự phun, gópphần không nhỏ cho nền kinh tế nước nhà

Một số tính chất cơ bản của dầu thô Bạch Hổ được trình bày ở bảng sau[11]:

Tỷ trọng, d60

600FKhối lượng riêng ở 150C, g/ml

40,20,82410,8236

II S n ph m c a quá trình ch ng c t ản chất hóa học ẩm dầu ủa dầu thô ưng K ất hóa học

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

độ động đặc và nhiều tính chất khác có liên quan đến việc sử dụng Từ chưng cất

ta nhận được các sản phẩm sau:

1 Phân đo n khí hydrocacbon ại hỗn hợp naphten-thơm.

thể khí hay đã được nén hoá lỏng

2 Phân đo n xăng ại hỗn hợp naphten-thơm.

mặt trong phân đoạn Tuy nhiên thành phần, số lượng các hydrocacbon đều khácnhau, phụ thuộc vào nguồn gốc dầu thô ban đầu Chẳng hạn, từ họ dầu parafinic sẽthu được xăng chứa parafin, còn dầu naphtenic sẽ thu được nhiều cấu tử vòng nohơn Các hydrocacbon thơm thường có rất ít trong xăng

Ngoài hydrocacbon, trong phân đoạn xăng còn có các hợp chất chứa S, N, O.Các chất chứa lưu huỳnh thường ở dạng hợp chất không bền như mercaptan (RSH)

Các hợp chất chứa nitơ ở dạng pyridin là chủ yếu, còn các hợp chất chứa oxy rất ít,thường ở dạng phenol và đồng đẳng Các chất nhựa và asphanten đều chưa có.[1][2][3][9]

3 Phân đo n kerosene ại hỗn hợp naphten-thơm.

hydrocacbon có số cacbon từ C11 đến C15,C16

Trong phân đoạn này, hầu hết là các n-parafin, rất ít iso-parafin Cáchydrocacbon naphten và thơm ngoài loại có cấu trúc 1 vòng và nhiều nhánh phụ,còn có mặt các hợp chất hai hoặc ba vòng đặc biệt là loại naphten và thơm hai vòngchiếm phần lớn Trong kerosen bắt đầu có mặt các hợp chất hydrocacbon có cấutrúc hỗn hợp giữa vòng thơm và vòng naphten như tetralin và đồng đẳng củachúng Các hợp chất chứa S, N, O tăng dần Lưu huỳnh dạng mercaptan giảm dần,xuất hiện lưu huỳnh dạng sunfua Các hợp chất chứa nitơ với hàm lượng nhỏ, dạngquinolin, pyrol, indol.[1][2][3][9]

4 Phân đo n Diesel ại hỗn hợp naphten-thơm.

Phân đoạn diesel hay còn gọi là phân đoạn gasoil nhẹ, có khoảng nhiệtđộ sôi

250 ÷ 380oC, chứa các hydrocacbon có số cacbon từ C16 ÷ C20, C21

Phần lớn trong phân đoạn này là các n-parafin, iso-parafin còn hydrocacbonthơm rất ít Ở cuối phân đoạn có những n-parafin có nhiệt độ kết tinh cao, chúng lànhững thành phần gây mất tính linh động của phân đoạn ở nhiệt độ thấp Diesel từdầu mỏ chứa nhiều hydrocacbon parafin cần phải tiến hành tách bớt n-parafin, n-parafin tách ra được dùng để sản xuất parafin lỏng

Trong gasoil, ngoài naphten và thơm hai vòng là chủ yếu, những chất có bavòng bắt đầu tăng lên và còn có các hợp chất với cấu trúc hỗn hợp (giữa naphten vàthơm)

Hàm lượngchứa các chất S, N, O tăng nhanh Lưu huỳnh chủ yếu ở dạngdisunfua, dị vòng Các chất chứa oxy (ở dạng axit naphteic) nhiều và đạt cực đại ở

phân đoạn này Ngoài ra còn các chất dạng phenol như dimetylphenol Trong gasoil

đã xuất hiện nhựa, song còn ít, trọng lượng phân tử của nhựa còn thấp (300 ÷ 400đ.v.C).[1][2]

5 Phân đo n mazut ại hỗn hợp naphten-thơm.

Phân đoạn mazut là phân đoạn cặn chưng cất khí quyển, được dùng làmnhiên liệu đốt cho các lò công nghiệp hay được sử dụng làm nhiên liệu cho quátrình chưng cất chân không để nhận các cấu tử dầu nhờn hay nhận nhiên liệu choquá trình cracking nhiệt, cracking xúc tác hay hydrocracking.[1][2][9]

6 Phân đo n d u nh n ại hỗn hợp naphten-thơm ầu thô ờn

Với khoảng nhiệt độ sôi từ 350 ÷ 500oC, phân đoạn này bao gồm cáchydrocacbon từ C21 ÷ C35, có thể lên tới C40

Do phân tử lượng lớn, thành phần hoá học của phân đoạn dầu nhờn rất phứctạp n-parafin và iso-parafin ít, naphten và thơm nhiều

Hàm lượng các hợp chất của S, N, O tăng mạnh: hơn 50% lượng S có trongdầu mỏ tập trung ở phân đoạn này, gồm các dạng như disunfua, tiophen, sunfuavòng… các hợp chất nitơ thường ở dạng đồng đẳng của pyridin và pyrol, cabazol.Các hợp chất oxy ở dạng axit Các kim loại nặng như V, Ni, Cu, Pb… các chấtnhựa, asphanten đều có mặt ở phân đoạn

Thông thường người ta tách phân đoạn dầu nhờn bằng cách chưng cất chânkhông phần cặn dầu mỏ, để tách phân huỷ ở nhiệt độ cao.[1][3]

7 Phân đo n gudron (phân đo n c n d u m ) ại hỗn hợp naphten-thơm ại hỗn hợp naphten-thơm ặc tính vật lý quan trọng của dầu thô ầu thô ỏ

Phân đoạn gudron là phần cặn của quá trình chưng cất chân không, có nhiệt

giới hạn cuối cùng có thể đến C80.[1][3]

III Ch ng c t d u thô ưng K ất hóa học ầu thô

1 M c đích và ý nghĩa c a phân x ục lục ủa dầu thô ưng K ởng chưng cất dầu thô ng ch ng c t d u thô ưng K ất hóa học ầu thô

Tách sơ bộ dầu thô mục đích là để tạo ra những sản phẩm làm nguyên liệu cho nhữngphân xưởng chế biến sau

Vai trò [1]

Phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU) là một phân xưởng không thể thiếu được củabất kì nhà máy lọc dầu nào trên thế giới Với nhiệm vụ tách sơ bộ các phân đoạn từ dầuthô ban đầu để làm nguồn nguyên liệu cho tất cả các quá trình sản xuất sau này mà phânxưởng CDU quyết định trực tiếp đến hiêu quả hoạt động của một nhà máy lọc dầu

2 Chu n b d u thô tr ẩm dầu ị dầu thô trước khi chế biến ầu thô ưng K ớt của dầu và sản phẩm dầu c khi ch bi n ết về dầu thô ết về dầu thô

2.1 Các h p ch t có h i trong d u thô [1][4][6] ợp naphten-thơm ất hóa học ại hỗn hợp naphten-thơm ầu thô

Dầu thô vừa khai thác ở mỏ lên, ngoài phần chủ yếu là các hydrocacbon trong dầuthô còn có khí, nước, muối, cát, đất nằm trong dầu mỏ Muối lẫn trong dầu thô như:NaCl, CaCl2, MgCl2 Nước lẫn trong dầu mỏ ở trạng thái tự do và cả trạng thái nhũ tương.Trong dầu mỏ còn lẫn các khí hữu cơ như: CH4, C2H6, C3H8, C4H10, và C5H12 và khí

vô cơ như: H2S, CO2 và He… Việc có mặt các tạp chất kể trên có hại tới quá trình vậnchuyển và chế biến rất lớn.[1][4]

Khi có mặt các tạp chất cơ học như đất, cát, làm mòn bề mặt trong của đường ốngvận chuyển Ngoài ra nó còn đọng lại từng lớp trong các đường ống hay thiết bị trao đổi

nhiệt, trong các lò và trong các thiết bị làm lạnh, làm giảm hệ số truyền nhiệt của quátrình chưng cất và còn tham gia vào tạo nhũ tương thêm bền vững [1][6]

Việc có mặt nước và dung dịch muối trong dầu mỡ làm tăng chi phí vận chuyển.Ngoài ra chúng còn tạo nhũ tương rất bền với dầu mỡ làm khó khăn cho quá trình chếbiến và gây ăn mòn thiết bị, gây hỏng thiết bị Nếu trong dầu còn hàm lượng lớn nước thìkhi đưa vào chưng cất nước bốc hơi sẽ làm tăng áp suất trong thiết bị chưng cất sẽ gây nổ

và hỏng thiết bị [1][6]

Vì vậy việc đầu tiên sau khi khai thác dầu thô lên là phải tách các tạp chất cơ học cótrong dầu

2.2 n đ nh d u nguyên khai Ổn định dầu nguyên khai ịnh dầu nguyên khai ầu nguyên khai

Dầu nguyên khai còn chứa các khí hoà tan như khí đồng hành và các khí phihydrocacbon Đại bộ phận chúng tách ra dễ dàng khi giảm áp suất trong lúc phun ra khỏigiếng khoan Nhưng dù sao vẫn còn lại một lượng nhất định lẫn vào trong dầu và cầnphải tách tiếp trước khi đưa vào chế biến nhằm mục đích hạ thấp áp suất hơi khi chưngcất dầu thô và nhận thêm nguồn nguyên liệu cho chế biến hoá dầu vì các khí hydrocácbonnhẹ (C1 ÷ C4) là nguồn nguyên liệu quý cho quá trình sản xuất olefin nhẹ Ổn định dầuthực chất là chưng cất tách bớt phần nhẹ Nhưng để tránh bay hơi cả phần xăng, tốt nhất

là tiến hành chưng cất ở áp suất cao Khi đó chỉ có các cấu tử nhẹ hơn C4 bay hơi còn cácphân tử từ C5trở lên vẫn còn lại trong dầu [1][5][6]

Sơ đồ ổn định dầu nguyên khai như sau:

(7) – Tách khử.

Hình 1: s đ n đ nh d u nguyên khai[2] ơm) ồ ổn định dầu nguyên khai[2] ổ ị dầu thô trước khi chế biến ầu thô

 Thuyết minh sơ đồ

Dầu thô vừa khai thác lên cho qua thiết bị lắng tách tạp chất cơ học (1) sau đó choqua thiết bị trao đổi nhiệt (2) và qua thiết bị phân ly (3) để tách sơ bộ nước, rồi đưa vàotháp chưng (4) Áp suất của tháp chưng được điều chỉnh tủy theo mức độ chứa các phầnnhẹ trong dầu thô Sản phẩm lỏng ở đáy tháp được đưa sang thiết bị đung sôi (5) kiểu lòđứng Ở đây dùng một phần khí khô thoát ra ở đỉnh tháp chưng để làm nhiên liệu đốt lò

chia khí để sử dụng làm nguyên liệu cho ngành tổng hợp hóa dầu Hoặc có thể nén lại cho

xuống các giếng khoan, hoặc thiêu đốt C1, C2.Ở đáy tháp (4) lấy dầu đã ổn định đưa vềcác nhà máy xử lý và chế biến.

2.3 Tách các t p ch t c h c, n ại hỗn hợp naphten-thơm ất hóa học ơm) ọc của dầu thô ưng K ớt của dầu và sản phẩm dầu c và mu i ố

2.3.1 Tách b ng ph ằng phương pháp cơ học[2][3] ưng K ơm) ng pháp c h c[2][3] ơm) ọc của dầu thô

Bản chất của phương pháp lắng là dựa vào sự khác nhau về tỷ trọng dầu và các tạpchất như đất đá, nước và muối.Nếu dầu có các tạp chất này khi để lắng lâu ngày thì tạpchất sẽ tách ra và lắng xuống tạo thành hai lớp rõ rệt và có thể tách ra dễ dàng.[1][5]

Ly tâm là phương pháp hay dùng để tách nước và các tạp chất đất đá Lực ly tâm cànglớn, càng có khả năng phân chia cao các hạt có tỷ trọng khác nhau trong dầu.[1][5]

 Phương pháp lọc

Để tách nước và các tạp chất đất đá khỏi dầu có thể dùng phương pháp lọc chúng

ta cho thêm vào dầu một chất dễ thấm nước, để giữ nước và tách chúng ra.Các chất nàythuộc loại các “chất trợ lọc”.Ví dụ trong thực tế người ta dùng bông thuỷ tinh để lọc nướckhỏi dầu Phương pháp lọc tuy đơn giản và có thể đạt hiệu quả cao nhưng gặp phải khókhăn là phải liên tục thay thế màng lọc do bẩn hay quá tải mà đôi khi việc thay thế cũngrất tốn kém và phức tạp [1][5]

2.3.2 Các ph ưng K ơm) ng pháp khác

 Tách nhũ tương nước trong dầu bằng phương pháp hoá học

Bản chất của phương pháp là cho thêm chất hoạt động bề mặt để phá nhũ tương(còn gọi là chất khử nhũ) Khi các điều kiện thao tác như nhiệt độ, áp suất… được chọn ởchế độ thích hợp thì hiệu quả của phương pháp cũng rất cao Song khó khăn là phải chọnđược chất hoạt động bề mặt thích hợp, không gây hậu quả khó khăn cho chế biến sau này,cũng như không phân hủy hay tạo môi trường ăn mòn thiết bị

Các phụ gia dùng để phá nhũ được chia thành 3 loại như sau: các chất điện phân,các chất không điện phân và phụ gia thuộc chất keo Các axit hữu cơ và vô cơ, các chấtkiềm và muối có thể được sử dụng làm phụ gia điện phân Các phụ gia này tạo thành cácsản phẩm không hòa tan làm giảm sự ổn định của lớp bảo vệ hạt nhũ hoặc thúc đẩy quátrình phá hủy nhũ

 Phương pháp dùng điện trường

Dùng điện trường để phá nhũ, tách muối khỏi dầu là một phương pháp hiện đại, công suấtlớn, quy mô công nghiệp và dễ tự động hoá nên các nhà máy chế biến dầu có công suấtlớn đều áp dụng phương pháp này

Vì bản thân các tạp chất đã là các hạt dễ nhiễm điện tích, do vậy nếu ta dùng lực điệntrường mạnh sẽ làm thay đổi điện tích, tạo điều kiện cho các hạt đông tụ hay phát triểnlàm cho kích thước lớn lên và như vậy chúng dễ bị tách ra khỏi dầu

Tương tác giữa điện trường và các hạt làm cho các hạt tích điện và lắng xuống Nguyêntắc này được áp dụng để tách muối, nước ra khỏi dầu thô Dầu thô được gia nhiệt trước ởcác thiết bị trao đổi nhiệt rồi được trộn với một lượng nước sạch để tạo thành nhũ tươngchứa muối Lực hút giữa các hạt tích điện làm cho các hạt lớn lên, ngưng tụ thành các hạt

có kích thước lớn và chúng dễ tách thành lớp nước nằm phía dưới lớp dầu Trong thực tếngười ta pha thêm nước vào dầu với lượng từ 3 ÷ 8% so với dầu thô và có thể thêm hoáchất rồi đưa qua van tạo nhũ tương Sau khi đã qua thiết bị trao đổi nhiệt ở nhiệt độ 130 ÷

giữa hai điện cực có hiệu điện thế từ 26.000V trở lên, chúng tích điện, va vào nhau vàtăng dần kích thước, cuối cùng tách thành lớp nước nằm phía dưới lớp dầu

3 Các y u t nh h ết về dầu thô ố ản chất hóa học ưng K ởng chưng cất dầu thô ng đ n quá trình ch ng c t ết về dầu thô ưng K ất hóa học

Chế độ công nghệ chưng cất phụ thuộc nhiều vào chất lượng dầu thô ban đầu, vàomục đích và yêu cầu của quá trình, vào chủng loại và sản phẩm cần thu và phải có dâychuyền công nghệ hợp lý Vì vậy khi thiết kế quá trình chưng cất, ta phải xét kỹ và kếthợp đầy đủ tất cả các yếu tố để quá trình chưng cất đạt hiệu quả cao nhất Các yếu tố

công nghệ chưng cất dầu chính là các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình làm việc của thápchưng cất [2][9]

3.1 Ch đ nhi t c a tháp ch ng luy n[2][10] ết về dầu thô ộ nhớt của dầu và sản phẩm dầu ệt độ sôi trung bình ủa dầu thô ưng K ệt độ sôi trung bình

Nhiệt độ là thông số quan trọng nhất của tháp chưng cất Bằng cách thay đổi nhiệt

độ của tháp sẽ điều chỉnh được nhiệt độ và hiệu suất của sản phẩm.Chế độ nhiệt của thápgồm nhiệt độ của nguyên liệu vào tháp, nhiệt độ đỉnh tháp, nhiệt độ trong tháp và nhiệt

độ đáy tháp

Nhiệt độ của nguyên liệu (dầu thô) vào tháp chưng phụ thuộc vào bản chất củaloại dầu thô, mức độ phân tách của sản phẩm, áp suất trong tháp và lượng hơi nước đưavào đáy tháp, nhưng chủ yếu phải tránh sự phân huỷ nhiệt ở nhiệt độ cao Nếu dầu thôthuộc loại dầu nặng mực độ phân chia lấy sản phẩm ít thì nhiệt độ vào tháp chưng luyện

sẽ không cần cao Trong thực tế sản phẩm khi chưng cất ở áp suất khí quyển, nhiệt độ

Nhiệt độ đáy tháp chưng luyện phụ thuộc vào phương pháp bay hơi và hồi lưuđáy Nếu bay hơi phần hồi lưu đáy bằng thiết bị đốt nóng riêng biệt thì nhiệt độ đáy tháp

sẽ ứng với nhiệt độ bốc hơi cân bằng ở áp suất tại đáy tháp, nếu bốc hơi bằng cách dunghơi nước quá nhiệt thì nhiệt độ đáy tháp sẽ thấp hơn vùng nạp liệu Nhiệt độ đáy thápphải chọn tối ưu, tránh sự phân huỷ các cấu tử nặng, nhưng lại phải đủ để tách hết hơinhẹ khỏi phần nặng

Nhiệt độ đỉnh tháp được khống chế nhằm đảm bảo sự bay hơi

Nhiệt độ đỉnh tháp chưng luyện ở áp suất thường để tách xăng ra khỏi dầu thôthường là 110 ÷ 130oC, còn đối với tháp chưng chân không, khi áp suất chưng là 10 ÷ 70

Để bảm bảo chế độ nhiệt của tháp, cũng như đã phân tích ở trên là để phân chiacác quá trình hoàn thiện thì phải có hồi lưu

Do thiết bị hồi lưu nóng khó lắp ráp và khó cho việc vệ sinh, đặc biệt khi côngsuất của tháp lớn, nên ít phổ biến và bị hạn chế ™

Được thực hiện bằng cách làm nguội và ngưng tụ sản phẩm đỉnh rồi tưới trở lạitháp chưng Khi đó lượng hồi lưu cần thu lại một lượng nhiệt cần thiết để đun nóng nóđến nhiệt độ sôi cần thiết để đun nóng nó đến nhiệt độ sôi và nhiệt độ cần để hoá hơi

Hồi lưu nguội sử dụng rộng rãi vì lượng hồi lưu thường ít, làm tăng rõ ràng chấtlượng mà không giảm nhiều năng suất của tháp chưng

Quá trình hồi lưu trung gian thực hiện bằng cách lấy một phần sản phẩm lỏng nằmtrên các đĩa có nhiệt độ là t1, đưa ra ngoài làm lạnh đến t0 rồi tưới trở lại tháp, khi đóchất lỏng hồi lưu cần thu một lượng nhiệt để đun nóng từ nhiệt độ to÷t2

3.2 Áp su t c a tháp ch ng ất hóa học ủa dầu thô ưng K

Khi chưng luyện dầu mỏ ở áp suất thường thì áp suất trong toàn tháp và ở một tiếtdiện cũng có khác nhau Áp suất trong tháp có thể cao hơn một ít hay thấp hơn một ít sovới áp suất khí quyển, tương ứng với việc tăng hay giảm nhiệt độ sản phẩm lấy ra khỏitháp Khi tháp chưng cất mazut trong tháp chưng chân không thì thường tiến hành áp suất

từ 10 ÷ 70 mmHg