Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng năng suất 3.000.000 tấn/năm

Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng năng suất 3.000.000 tấn/năm

SVTH:mai xu©n ®«ng Trang 1 Đồ án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Năng suất 3.000.000 tấn/năm SVTH:mai xu©n ®«ng Trang 2 Bộ giáo dục và đào tạo Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Trường Đại học Bách Khoa Hà nội Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ***** o O o NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ và tên: MAI XUÂN ĐÔNG Khoá học: Hoá dầu QN _ K-48 Khoa: Công nghệ hoá học Ngành học : Công nghệ hữu cơ - Hoá dầu 1.Đầu đề thiết kế: Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Năng suất 3.000.000 tấn/năm 2. Nội dung phần thuyết minh và tính toán: - Tổng quan lý thuyết. - Tính toán công nghệ. 3. Các bản vẽ (Ghi rõ các loại bản vẽ và kích thước các bản vẽ) - Bản vẽ thiết bị phản ứng chính - khổ A 1 . 4. Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Lê Văn Hiếu. 5. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 18_02_2008. 6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế: 05_03_2008. Ngày tháng năm 2008 Chủ nhiệm bộ môn Cán bộ hướng dẫn (ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên) Nguyễn Hữu Trịnh Lê Văn Hiếu Kết quả điểm đánh giá - Quá trình thiết kế : - Điểm duyệt : - Bản vẽ thiết kế : SVTH:mai xuân đông Trang 3 CHNG I CễNG NGHệ CHƯNG CấT Dầu thô Chng ct du thụ l mt quỏ trỡnh ch bin vt lý trong ú cỏc cu t cú trong du thụ khụng h b bin i m chỳng ch c phõn chia n thun thnh cỏc nhúm sn phm gi l cỏc phõn on. Phng phỏp ny bao gm quỏ trỡnh sụi v bay hi hn hp cht lng sau ú ngng t hi v lm lnh bng nc. Nh vy hi nh bay lờn ngng t thnh lng, cht lng thu c ny s tinh khit hn nguyờn liu ban u m thnh phn cht vn khụng thay i. Thc cht ca quỏ trỡnh chng ct l da trờn s khỏc nhau v nhit sụi ca cỏc cu t trong hn hp lng. õy l quỏ trỡnh quan trng nht trong nh mỏy tinh ch nhm tỏch cỏc sn phm ỏp ng nhu cu th trng. I. Vai trò, mục đích và ý nghĩa của quá trình chng cất: 1.Vai trũ: Quỏ trỡnh chng ct l quỏ trỡnh u tiờn lm c s cho cỏc quỏ trỡnh ch bin khỏc. V phõn xng chng ct du thụ l phõn xng quan trng s 1 trong mi nh mỏy lc du, cú nú thỡ cỏc phõn xng ch bin tip theo mi hot ng c. 2. Mc ớch: Mc ớch ca quỏ trỡnh chng ct du thụ l chia du thụ (l nguyờn liu ban u) thnh nhng phõn on hp tin li cho cỏc quỏ trỡnh ch bin v sau, chng hn nh cỏc quỏ trỡnh cracking, reforming hay quỏ trỡnh sn xut du nhn Trong ú yờu cu ca quỏ trỡnh chng ct l khụng xy ra cỏc phn ng phõn hy v phõn chia cng cao cng tt. 3. ý ngha: Trong cụng nghip ch bin du, du thụ sau khi ó c x lý qua cỏc quỏ trỡnh tỏch nc, mui v tp cht c hc s c a vo chng ct. Tựy theo bn cht ca nguyờn liu v mc ớch ca quỏ trỡnh m chỳng ta s ỏp dng chng ct du ỏp sut khớ quyn AD (Atmospheric Distillation) hay chng ct trong chõn khụng VD (Vacuum Distillation) hay kt hp c 2 cụng ngh AD-VD gi tt l AVD (hỡnh 1d). SVTH:mai xu©n ®«ng Trang 4 - 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 chưng cất người ta sử dụng công nghệ AD (hình 1a). - Còn khi muốn chưng cất sâu thêm phần cặn thô nhằm nhận các phân đoạn gasoil chân không hay phân đoạn dầu nhờn người ta dùng chưng 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 được dùng để chế tạo các sản phẩm dầu mỡ bôi trơn, còn phân đoạn cặn gudron dùng để chế tạo bitum, nhựa đường hay làm nguyên liệu cho quá trình cốc hóa sản xuất cốc dầu mỏ. Như vậy tùy theo tính chất dầu thô và mục đích chế biến mà người ta áp dụng loại hình công nghệ chưng cất cho thích hợp. Hình 1a: Sơ đồ chưng cất dầu thô loại AD SVTH:mai xu©n ®«ng Trang 5 Hình 1b: Sơ đồ chưng cất dầu thô loại VD Hình 1c: Sơ đồ chưng cất dầu thô loại VD nhận dầu nhờn Hình 1d: Sơ đồ chưng cất kết hợp AVD Chú thích: 1. Thiết bị trao đổi nhiệt; 2. Lò đốt; 3 Làm lạnh; 4. Tháp chưng cất; 5. Tháp tái sinh hơi; 6. Bể chứa; 7. Tháp chưng cất chân không; I. Dầu thô; II. Xăng; III. Khí; IV. Xăng nặng; V. Hơi nước; VI. Kerosen; VII. Gazoil nhẹ; VIII. Gazoil nặng; IX. Cặn AD; X, XI, XII, XIII, XIV, XV. Các loại dầu nhờn. II. C¬ së lý thuyÕt cña qu¸ tr×nh chng cÊt: Quá trình chưng cất dầu thô là một quá trình phân đoạn. Quá trình này được 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 ngưng tụ thành phần lỏng. Tùy theo biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia SVTH:mai xu©n ®«ng Trang 6 quá trình thành chưng đơn giản, chưng phức tạp, chưng cất trong chân không và chưng cất với hơi nước. 1. Chưng đơn giản : Chưng đơn giản là quá trình chưng cất được tiến hành bằng cách bay hơi dần dần, một lần hay nhiều lần, một hỗn hợp chất lỏng cần chưng được mô tả trên hình 2 (a, b, c). 1.1. Chưng cất bằng cách bay hơi dần dần: Sơ đồ chưng cất bay hơi dần dần được trình bày trên hình 2a gồm: thiết bị đốt nóng lên tục, một hỗn hợp chất lỏng trong bình chưng 1 từ nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối khi liên tục tách hơi sản phẩm và ngưng tụ hơi bay lên trong thiết bị ngưng tụ 3 và thu được sản phẩm lỏng trong bể chứa 4. Phương pháp này thường được áp dụng trong phòng thí nghiệm. Hình 2a 1.2. Chưng cất bằng cách bay hơi một lần: Sơ đồ chưng cất bằng cách bay hơi một lần được trình bày trên hình 2b, phương pháp này còn gọi là phưng pháp bay hơi cân bằng. Hỗn hợp chất lỏng I được cho liên tục vào thiết bị đun sôi 2 và được đốt nóng đến một nhiệt độ xác định và ở áp suất p cho trước. Pha hơi thu được cho qua thiết bị ngưng tụ 3 rồi vào bể chứa 4, từ đó nhận được phần cất II; còn pha lỏng được lấy ra liên tục và ta nhận được phần cặn III. - Ưu điểm của quá trình chưng cất cho phép áp dụng trong điều kiện thực tế chưng cất dầu, tuy với nhiệt độ chưng cất bị giới hạn nhưng vẫn cho phép nhận được một lượng phần cất lớn hơn. - Nhược điểm của phương pháp là độ phân chia chưa cao. SVTH:mai xu©n ®«ng Trang 7 1 2 4 I II III 3 Hình 2b 1.3. Chưng cất bằng cách bay hơi nhiều lần: Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chưng bay hơi một lần nối tiếp nhau ở nhiệt độ tăng dần hay áp suất thấp hơn đối với phần cặn (được trình bày ở hình 2c). Phần cặn của chưng cất lần một là nguyên liệu cho chưng cất lần hai sau khi được đốt nóng đến nhiệt độ cao hơn. Từ đỉnh của thiết bị chưng lần một ta nhận được sản phẩm đỉnh, còn đáy chưng cất lần hai ta nhận được sản phẩm cặn. Phương pháp chưng 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 được 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 . Chưng đơn giản, nhất là với loại bay hơi một lần thì không đạt được độ phận phân chia cao. Do đó khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phần của các hợp chất lỏng, người ta phải tiến hành chưng cất có tinh luyện đó là chưng phức tạp. Hình 2c 2. Chưng phức tạp : SVTH:mai xu©n ®«ng Trang 8 2.1. Chưng cất có hồi lưu: Quá trình chưng cất có hồi lưu là một quá trình chưng khi lấy một phần chất lỏng ngưng tụ từ hơi tách ra cho quay lại tưới 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 được làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn) so với khi không có hồi lưu, nhờ vậy có sự phân chia cao hơn. Việc hồi lưu lại chất lỏng được khống chế bằng bộ phận phân chia đặc biệt và được bố trí phía trên bộ phận chưng. 2.2. Chưng cất có tinh luyện: Chưng cất có tinh luyện còn cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với hồi lưu. 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 ngược chiều nhau. Quá trình này được thực hiện bằng phương pháp tinh luyện. Để đảm bảo cho sự tiếp xúc hoàn thiện hơn giữa pha hơi và pha lỏng trong tháp được 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 lượng hồi lưu ở mỗi đĩa và hồi lưu ở đỉnh tháp. Công nghệ hiện đại chưng cất sơ khởi dầu thô dựa vào quá trình chưng cất một lần và nhiều lần có tinh luyện xảy ra trong tháp chưng cất phân đoạn có bố trí nhiều đĩa. Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chưng cất: Pha hơi V n bay lên từ đĩa n lên đĩa thứ n-1 được tiếp xúc với pha lỏng L n-1 chảy từ đĩa n-1 xuống, còn pha lỏng L n từ đĩa n, chảy xuống đĩa phía dưới n+1 lại tiếp xúc với pha hơi V n+1 bay từ dưới lên. Nhờ quá trình tiếp xúc như vậy mà quá trình trao đổi chất xảy ra tốt hơn. Pha hơi bay lên ngày càng được làm giàu thêm nhiều cấu tử nhẹ, còn pha lỏng chảy xuống phía dưới 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 lưu đỉnh, còn đĩa dưới cùng có hồi lưu đáy. Nhờ có hồi lưu đỉnh và đáy mà làm cho tháp hoạt động liên tục, ổn định và có khả năng phân tách cao. Ngoài đỉnh và đáy người ta còn thiết kế hồi lưu trung gian bằng cách lấy sản phẩm lỏng ở cạnh sườn tháp cho qua trao đổi nhiệt làm lạnh rồi quay lại tưới vào tháp. Như vậy theo chiều cao của tháp tinh luyện ta sẽ nhận được các phân đoạn có giới hạn sôi khác nhau tuỳ thuộc vào chế độ công nghệ chưng cất nguyên liệu dầu thô ban đầu. SVTH:mai xu©n ®«ng Trang 9 Hình 3: Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp tinh luyện Thân tháp Tới tháp bay hơi phụ Cửa tháo hồi lưu Hơi V n+1 L n V n L n-1 Đĩa chụp Hồi lưu trung gian SVTH:mai xu©n ®«ng Trang 10 3. Chưng cất chân không và chưng cất hơi nước : Hỗn hợp các cấu tử có trong dầu thô thường 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 lưu huỳnh và các hợp chất cao phân tử như 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 chưng cất, đối với các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao, người ta còn tránh sự phân huỷ nhiệt khi chúng bị đốt nóng. Đối với dầu không có hay có chứa ít lưu huỳnh không nên đốt nóng quá 400  420 0 C, còn đối với dầu có và nhiều lưu huỳnh thì nhiệt độ đốt không quá 320  340 0 C. Sự phân huỷ khi chưng cất sẽ làm xấu đi các tính chất của sản phẩm, như làm giảm độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy của chúng, giảm độ bền oxi hoá. Nhưng quan trọng hơn cả là chúng gây nên nguy hiểm cho quá trình chưng cất, vì chúng tạo thành các tạp chất ăn mòn và làm tăng áp suất của tháp. Để giảm sự phân huỷ, thời gian lưu của nguyên liệu ở nhiệt độ cao cũng cần được hạn chế. Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí quyển cao hơn nhiệt độ phân huỷ nhiệt của chúng, người ta phải chưng cất chân không VD hay chưng cất với hơi nước để tránh sự phân huỷ nhiệt. Chân không làm giảm nhiệt độ sôi, còn hơi nước 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 nước được dùng ngay cả trong chưng cất khí quyển. Khi tinh luyện, hơi nước được 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 nước khi chưng cất phần cặn sẽ cho phép tách sâu hơn phân đoạn dầu nhờn. Tuy nhiên, tác dụng của hơi nước 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 lượng hơi nước thì nhiệt độ và áp suất hơi bão hoà của dầu giảm xuống và sự tách hơi cũng giảm theo. Do vậy lượng hơi nước có hiệu quả tốt nhất chỉ trong khoảng từ 2  3% so với nguyên liệu đem chưng cất khi mà số cấp tiếp xúc là 3 hoặc 4. Trong điều kiện như vậy, lượng dầu tách ra từ phân đoạn mazut đạt tới 14 đến 23%. Khi chưng cất với hơi nước số lượng phân đoạn tách ra được có thể tính theo phương trình sau: [...]... chng ct loi 1 thỏp (tớnh cho mt gi) l: 3.000.000 = 375 tn/h 8000 1 Lng cỏc sn phm: 1.1 Lu lng sn phm khớ: SVTH:mai xuân đông Trang 22 3.000.000 x 0,9 100 = 27000 tn/nm 27000 = 3,375 tn/h 80000 1.2 Lu lng xng: 3.000.000 x 18,2 = 546000 tn/nm 100 546000 = 68,25 tn/h 8000 1.3 Lu lng du ho: 3.000.000 x 9,6 = 288.000 tn/nm 100 288.000 = 36 tn/h 8.000 1.4 Lu lng diezel: 3.000.000 x 17,4 = 522.000 tn/nm 100... th hai Nh vy cú phn no gim bt nhit un núng du trong lũ SVTH:mai xuân đông Trang 16 Xng Du thụ Phõn on 1 Phõn on 2 Phõn on 3 Mazut Hỡnh 6 V Lựa chọn sơ đồ công nghệ và chế độ công nghệ của quá trình chưng cất : 1 Phõn tớch v la chn s cụng ngh: Vic la chn s cụng ngh v ch cụng ngh chng ct trc ht hon ton ph thuc vo cỏc c tớnh ca nguyờn liu v mc ớch ca quỏ trỡnh ch bin Trờn c s ú chỳng ta phi chn c s... chng ct chõn khụng Khi ú t mc bay hi ln cho nguyờn liu du, trỏnh s to cc trong cỏc lũ t núng Tiờu hao hi nc trong trng hp ny vo khong 0,3 0,5% vi nguyờn liu III Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất: Cỏc thụng s cụng ngh nh hng trc tip ti hiu sut v cht lng ca quỏ trỡnh chng ct l nhit , ỏp sut v phng phỏp chng ct Trong ú phng phỏp chng ct ra sao s c núi rừ hn mc la chn s cụng ngh Cũn 2 yu... nc tn/h 68,25 36 65,25 202,125 16,00525 M 105 168 225 18 kmol/h 650 214,285 290 889,236 20 15,6 d4 d15,6 0,729 0,819 0,855 0,955 - 0,733 0,823 0,858 0,958 - tmm 105,3 225,4 302,3 - IV Tính chế độ của tháp chưng: 1.Xỏc nh ỏp sut trong thỏp: 1.1 áp sut ti nh thỏp: Do mt mỏt ỏp sut trờn ng ng dn nờn ỏp sut ti nh thỏp thng ln hn ỏp sut ti thỏp tỏch (760 mmHg) khong 10 - 20% Chn Pnh = 900 mmHg 1.2 áp sut... 210 SVTH:mai xuân đông Trang 35 Il 113,833 kcal/kg 210 Q: nhit lng m hi lu cn thu, Q = 19352635,88 kcal/h Suy ra: m 19352635,88 (178,009 113,883).168 m = 1769,379 kmol/h áp sut phn hi: P Pdầu hoả m m m hnd m dầu hoả m hnd: s mol hi nc x vo ỏy thỏp m hnd = 748,611 kmol/h m du ho: s mol du ho ly ra m du ho= 214,285 kmol/h Pdu ho: ỏp sut trờn a ly du ho Pdu ho = 950 mmHg Suy ra P 950 1769,375 1769,375... 546000 = 68,25 tn/h 8000 1.3 Lu lng du ho: 3.000.000 x 9,6 = 288.000 tn/nm 100 288.000 = 36 tn/h 8.000 1.4 Lu lng diezel: 3.000.000 x 17,4 = 522.000 tn/nm 100 522.000 = 65,25 tn/h 8000 1.5 Lu lng cn: 3.000.000 x 53,9 = 1617.000 tn/nm 100 522.000 = 65,25 tn/h 8000 Tng lu lng sn phm: 3,375 + 68,25 +36 +65,25 + 202,125 = 375 tn/h SVTH:mai xuân đông Trang 23 Vy, lu lng nguyờn liu vo = lu lng sn phm ra... 90,618 kmol/h 100 Tng lng hi nc dựng cho quỏ trỡnh: 13,475 + 0,9 + 1,63125 = 16,00625 tn/h = 889,236 kmol/h Thụng s v hi nc: Nhit hi nc: 3200C áp sut hi nc : 10at II Vẽ đường cong điểm sôi thực (PRF) của dầu thô và đường cong cân bằng (VE) của các sản phẩm: 1 ng cong im sụi thc: Da vo cỏc s liu ban u ca du thụ Mandji ta v c ng cong im sụi thc PRF nh sau: SVTH:mai xuân đông Trang 24 0 Nhieọủoọ C t t, 400... trung bỡnh: Cỏc cụng thc chuyn i: 20 t d4 = d4 + .( t - 20 ) t t t d4 = dt - dt ( 1 - D ) Tớnh toỏn ta c: - T trng trung bỡnh ca xng: 15,6 d15,6 = d15 = 0,733 4 d20 = 0,729 4 - Tỷ trọng trung bình của dầu hoả: 15,6 15 d15,6 = d4 = 0,823 d20 = 0,819 4 - Tỷ trọng trung bình của diezel: 15,6 d15,6 = d15 = 0,858 4 SVTH:mai xuân đông Trang 29 d20 = 0,855 4 - Tỷ trọng trung bình của cặn: 15,6 d15,6 = d15... ca thỏp khụng ln lm - Gii hn lm vic tng i rng Nhc im : - Cu to phc tp - Hiu qu quỏ trỡnh ph thuc rt nhiu vo vn tc khớ SVTH:mai xuân đông Trang 21 Phần ii tính toán công nghệ S liu ban u: - Nng sut: 3.000.000 tn/nm - Nguyờn liu l du thụ m Mandji [4] 15 + T trng : d 4 = 0,89 ( thuc loi du nng) + Nhit ụng c : -6 oC + Hm lng lu hunh : 1,12% Bng 1: Sn phm ca quỏ trỡnh chng ct Hiu sut, %V Sn phm Xng nh... Lũ ng; 3 Thỏp chng ct 4 Thỏp tỏi bay hi; 5 Thit b tỏch mui v nc 6 B cha; 7 Thỏp n nh; 8 Thit b gia nhit; 9 Bm 10 Thit b lm lnh; 11 Thit b trao i nhit; 12 Thựng cha sn phm SVTH:mai xuân đông Trang 19 VI Thiết bị chính trong dây chuyền: Trong quỏ trỡnh chng ct hiu qu phõn tỏch cao thỡ s tip xỳc pha trong thỏp chng phi xy ra ng u, trit Trong thc t cú rt nhiu loi thỏp dựng cho quỏ trỡnh chng ct nhng loi . học : Công nghệ hữu cơ - Hoá dầu 1.Đầu đề thiết kế: Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Năng suất 3. 000. 000 tấn/năm 2. Nội dung phần thuyết minh và tính. Đồ án môn học Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Năng suất 3. 000. 000 tấn/năm