Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất thường

Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất thường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TÙ DO – HẠNH PHÓC

NHIỆM Vễ

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Phùng Văn Việt

Khoá: 43

Khoa: Công Nghệ Hóa Học

Ngành học: Công Nghệ Hữu Cơ - Hoá Dầu

1 Đầu đề thiết kế:

Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất thường

2 Các số liệu ban đầu:

- Công suất 6 triệu tấn/năm

- Dầu thô: Mỏ Bạch Hổ

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

- Lời nói đầu

- Kết luận và tài liệu tham khảo

4 Các loại bản vẽ đồ thị (ghi rõ các loại bản vẽ về kích thước bản vẽ):

1 bản vẽ dây truyền công nghệ A0

1 bản vẽ thiết bị chính A1

1 bản vẽ mặt bằng xây dung A0

5 Cán bộ hướng dẫn Họ và tên cán bộ:

Phần:

Công nghệ TS Lê Văn Hiếu

Xõy dùng TS Lê Văn Hiếu

Kinh tế TS Lê Văn Hiếu

6 Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 10/2/2003

7 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:……….

Ngày … tháng … năm 2003.

CHỦ NHIỆM KHOA

(KÝ TÊN VÀ GHI RÕ HỌ TÊN)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (KÝ TÊN VÀ GHI RÕ HỌ TÊN)

SINH VIÊN ĐÃ HOÀN THÀNH

(và nép toàn bộ bản thiết kế cho khoa)

Ngày … tháng … năm 2003

Mục lục

MỞ ĐẦU

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1: NỀN CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ

I Quá trình phát triển

II Lĩnh vực phát triển của ngành dầu khí

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU DẦU THÔ

I Nguồn gốc của dầu thô

Thành phần hoá học của dầu thô

1 Thành phần nguyên tố của dầu thô

2 Thành phần hydrocacbon trong dầu thô

3 Các thành phần phi hydrocacbon trong dầu mỏ

II Các đặc tính vật lý quan trọng của dầu thô

1 Tỷ trọng

2 Độ nhít

3 Thành phần chưng cất của phân đoạn

4 Nhiệt độ sôi trung bình

5 Hệ số đặc trưng K

6 Đường cong điểm sôi thực

7 Nhiệt độ đông đặc, điểm vẩn đục và điểm kết tinh

CHƯƠNG 3: SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT

VI Phân đoạn mazut

VII Phân đoạn Gudron

CHƯƠNG 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT DẦU THÔ

I Chưng đơn giản

I.1 Chưng bay hơi dần dần

I.2 Chưng cất bằng cách bay hơi một lần

I.3 Chưng cất bằng cách bay hơi nhiều lần

II Chưng cất phức tạp

II.1 Chưng cất có hồi lưu

II.2 Chưng cất có tinh luyện

III Chưng cất chân không và chưng cất bằng hơi nước

CHƯƠNG 5: CHƯNG CẤT DẦU THÔ

I Mục đích và ý nghĩa của quá trình chưng cất dầu thô

II Chuẩn bị nguyên liệu dầu khí trước khi chế biến

III Giới thiệu một số sơ đồ chưng cất

IV Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất

CHƯƠNG 6: CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA QÚA TRÌNH CHƯNG CẤT

I Các loại tháp chưng

II Lò đốt

III Thiết bị trao đổi nhiệt

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ

I Tính cân bằng vật chất

II Thiết lập đường cân bằng cho các sản phẩm

III Xác định các đại lượng trung bình cho sản phẩm

IV Tính tiêu hao hơi nước

V Tính kích thước của tháp chưng cất

PHẦN III: AN TOÀN LAO ĐỘNG

I An toàn lao động trong phân xưởng chưng cất khí quyển

II Tự động hóa

PHẦN IV: THIẾT KẾ XÂY DỰNG

I Yêu cầu chung

II Yêu cầu về kỹ thuật

III Yêu cầu về vệ sinh công nghiệp

IV Giải pháp thiết kế xây dựng

PHẦN V: TÍNH TOÁN KINH TẾ

1 Mục đích

2 Chế độ công tác của phân xưởng

3 Nhu cầu về nguyên liệu và năng lượng

4 Xác định nhu cầu công nhân cho phân xưởng

5 Chi phí chung cho phân xưởng

cả ở các nước khác người ta cũng đã tìm thấy dầu Từ đó sản lượng dầu khaithác ngày càng được tăng lên rất nhanh

Nghành công nghiệp chế biến dầu do tăng trưởng nhanh đã trở thànhnghành công nghiệp mòi nhọn của thế kỷ 20 Đặc biệt từ sau đại chiến thếgiới lần thứ II, công nghiệp dầu khí phát triển nhằm đắp ứng 2 mục tiêuchính:

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

- Cung cấp các hoá chất cơ bản cho nghành tổng hợp hoá dầu và hoá học tạo

ra sù thay đổi lớn về cơ cấu phát triển các chủng loại sản phẩm của nghànhhoá chất, vật liệu Hoá dầu đã thay thế dần hoá than đá và vượt lên côngnghiệp chế biến than

Dầu đựơc coi như là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phương tiện giaothông và nền kinh tế quốc dân Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn nănglượng quan trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới Khoảng 65 - 70% nănglượng sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ còn 20 - 22% năng lượng đi từ than, 5 - 6%năng lượng đi từ nước, 8 - 12% từ năng lượng hạt nhân và nền kinh tế quốcdân Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất củamọi quốc gia trên thế giới Khoảng 65 - 70% năng lượng sử dụng đi từ dầu

mỏ, chỉ còn 20 22% năng lượng đi từ than, 5 6% năng lượng đi từ nước, 8 12% từ năng lượng hạt nhân

Bên cạnh đó, hướng ứng dụng mạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ làlàm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu như: Sản xuất cao su, chấtdẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón thậm chí cả protein

Ở Việt Nam, dầu khí đã được phát hiện từ những năm 1970 và đang trên đàphát triển, ngày 26/6/1986 tấn dầu đầu tiên đã khai thác được từ dầu mỏ Bạch

Hổ Tiếp theo nhiều mỏ dầu khí ở thềm lục địa phớa Nam đã đi vào khai thácnhư mỏ Đại Hùng, mỏ Rồng, mỏ Rạng Đông, các mỏ khí như Lan Tây, LanĐỏ Năm 1994 chóng ta đã khai thác được 6,7 triệu tấn dầu, năm 1995 đãkhai thác được 7,5 triệu tấn, năm 1997 chóng ta đã khai thác tới 10,1 triệu tấndầu không kể khí

Như vậy ngành công nghiệp chế biến dầu khí nước ta đang bước vào thời

kỳ mới, thời kỳ mà cả nước ta đang thực hiện mục tiêu công nghiệp hoá, hiệnđại hoá Do vậy, việc hiểu biết để dẫn đến áp dụng khoa học, công nghệ tiêntiến trong lĩnh vực hoá dầu là rất quan trọng

Các chất hữu cơ nói chung, cụ thể là các động vật, thực vật lắng chìmxuống đáy biển, lâu ngày tích tụ lại và trộn lẫn cát mịn dưới đáy biển, tạothành một khối bùn thối rữa, còn gọi là cỏc lớp trầm tích, lượng tích tụ tăngdần theo thời gian, dưới tác dụng của lực địa tầng, tác dụng của nhiệt độ vàhoạt động của các vi khuẩn trong môi trường không có oxy, từng bước khối

bùn nhão này chuyển hoá dễ dàng thành dầu mỏ Trong một số mỏ dầu nhấtđịnh, người ta đã phát hiện được các vi khuẩn, thấy có cả nitơ, lưu huỳnh, đôikhi cũn cú cả photpho Ngoài ra, cũn cú một líp nước mặn bao quanh mỏ Đó

là những điều hỗ trợ thêm cho lập luận nguồn gốc hữu cơ của dầu mỏ

Nơi hình thành dầu mỏ được gọi là “đỏ mẹ” Tuy nhiên, dầu mỏ khôngbao giê chịu nằm im nơi “đỏ mẹ” sinh sản ra nó Dưới tác dụng của nhiều áplực như: chênh lệch khối lượng riêng với nước biển, các lực địa tầng và lípcặn biển… dầu mỏ luôn luôn di chuyển để tạo thành một thế cõn bằng mới.Cuộc di chuyển này tiến hành qua các khối đá xốp hoặc các khe nứt tồn tạitrong lòng đất và thường theo xu hướng “đi lờn” hiếm khi di chuyển xuống.Cuộc di chuyển của dầu mỏ cứ tiếp tục khi chưa đạt thế cân bằng nhưng sẽdừng lại khi khối dầu mỏ này bị rơi vào khối “đỏ bẫy” Do cấu trúc của khối

đá này có một lớp khụng thẩm thấu bao phủ phía trên nên dầu mỏ phải nằmlại đó và tạo nên “tỳi dầu” Tói dầu thường là một khối đá xốp có dạng cái

“chỏm mũ” tích tụ dầu mỏ tập trung vào đấy Dầu mỏ nằm im trong tói dầulâu đời nờn đó lắng phân tầng ba lớp: khớ ở trên cùng, đến dầu mỏ ở líp kếtiếp và cuối cùng là nước mặn

Các mỏ dầu khi ở dạng khí, được gọi là khí mỏ, loại này dễ dàng khaithác và được dùng làm khí đốt hoặc cung cấp cho công nghiệp hoá dầu

Các mỏ dầu nằm sâu trong lòng nờn cỏc nhà địa chất phải tiến hànhkhảo sát thăm dò tìm kiếm bằng các phương pháp địa vật lý hoặc viễn thám.Sau khi phát hiện được khu vực có dầu người ta tiến hành khoan sâu để lấymẫu phân tích mới đánh giá chính xác khả năng có dầu, gọi đấy là mòi khoanthăm dò Tuy nhiên, vì giá thành một mòi khoan sâu rất đắt tùy thuộc vào độsâu và địa điểm khoan, do đó nếu mòi khoan thăm dò được xác định có dầuthì người ta tiến hành mở rộng thành giếng khoan khai thác luôn Đối vớinhững dầu mỏ nằm gần mặt đất thì có thể khai thác bằng bơm ly tâm hoặcbơm pittụng, nhưng đối với các mỏ dầu nằm sâu thì phải dùng khí nén để khaithác

Dầu má khi nằm trong lòng đất hoà tan một lượng lớn khí hydrocacbontương ứng áp suất tại đó Theo số liệu nghiên cứu, 1 m3 dầu mỏ có thể hoà tan

200 m3 khí (tương ứng với áp suất khí quyển) Do đó, khi đưa dầu lên khỏimặt đất, người ta phải dẫn dầu đến thiết bị phân ly để tách bớt khí hoà tantrong dầu đồng thời cũng phải tách nước và các chất bẩn khác, sau đó đưa về

bể chứa Khí hòa tan này, còn gọi là khí đồng hành, có thể sử dụng làm khínén để bơm trở lại vào giếng khai thác dầu mỏ hoặc đưa đi chế biến phânđoạn thành sản phẩm của khí hoặc xử lý đốt bỏ ở dạng bó đuốc lớn trước khithải ra môi trường không khí

II THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA DẦU MỎ

Trong thiên nhiên, dầu mỏ nằm ở dạng chất lỏng nhờn dễ bắt cháy Khikhai thác, ở nhiệt độ thường nó có thể ở dạng lỏng hoặc đông đặc, có màu từvàng đến đen, là nguyên liệu chính cho qỳa trỡnh chưng cất dầu thô

1 Thành phần nguyên tố của dầu mỏ

Dầu mỏ là một hỗn hợp rất phức tạp, khi khảo sát thành phần dầu mỏ củanhiều mỏ dầu trên Thế Giới, đều thấy không dầu nào giống dầu nào Có baonhiêu mỏ dầu khớ thỡ cú bấy nhiêu loại dầu mỏ Ngay bản thân trong một lỗkhoan, dầu mỏ lấy ở các tầng chứa dầu khác nhau cũng đều khác nhau

Về thành phần nguyên tố của dầu mỏ, ngoài C (chiếm 82-87%) và H(0,001-1,8%) cũn cú S, O (0,05-1,0%), N, một số kim loại như V, Ni, Fe,Cu,

Ca, Na, As…(và trong khớ cũn cú cả He, Ar, N2, Fe, Kr, Xe, H …), cáchalogen (clo, i ốt) Một điều đáng chú ý là tuy dầu mỏ trên thế giới khác nhaurất nhiều về thành phần hoá học song về thành phần nguyờn tố (chủ yếu là C

và H) lại rất gần với nhau, thay đổi trong phạm vi rất hẹp

2 Thành phần hydrocacbon trong dầu mỏ

Hydrocacbon là thành phần chính và quan trọng nhất của dầu mỏ Trongdầu thô các hợp chất này có nhiều nhất có thể đến 97 - 98% trọng lượng củadầu, Ýt nhất cũng trên 50%

Các hydrocacbon có trong dầu mỏ được chia làm 5 loại sau:

- Các parafin cấu trúc thẳng (n-parafin)

- Các parafin có cấu trúc nhánh (iso- parafin)

- Các parafin có cấu trúc vòng (cyclo parafin hay naphaten)

số olefin và trong phân đoạn nặng của một số loại dầu khỏc cú phát hiện thấymột số cyclo olefin, nhưng những điều này vẫn không có ý nghĩa gì lớn

Số nguyờn tử cacbon của các hydrocacbon trong dầu thường từ C5 đến C 60(còn C1- C4 nằm trong khí) tương ứng với trọng lượng phân tử khoảng 850-

880 Cho đến nay với những phương pháp phân tích hiện đại cũng đã xác địnhđược những hydrocacbon riêng lẻ trong dầu

Tổng cộng các hydrocacbon riêng lẻ có trong dầu mỏ cho đến nay đã xácđịnh được là 425 Còn đối với các hợp chất không thuộc loại hydrocacbontrong dầu mỏ đến nay cũng đã xác định được khoảng 380 hợp chất, trong đóphần lớn là các hợp chất của lưu huỳnh (khoảng 250 hợp chất)

a Các hợp chất hydrocacbon parafin

Các hydrocacbon parafin có công thức tổng quát là Cn H2n +2 trong đó n là

số nguyên tử C có trong mạch Các hydrocacbon này là loại hydrocacbon no

và có tên gọi tận cùng bằng - an

Vớ dô: metan, etan, propan, butan, heptan …

Về cấu trúc, hydrocacbon parafin có 2 loại: Loại cấu trúc mạch thẳng còngọi là n-parafin và loại cấu trúc mạch nhỏnh cũn gọi là iso- parafin

Ở điều kiện bình thường (nhiệt độ là 25oC, áp suất khí quyển), các parafinmạch thẳng chứa từ 1 tới 4 nguyên tử C trong phân tử đều nằm ở thể khí Cácn-parafin mà phân tử chứa từ 5 tới 17 nguyên tử C nằm ở thể lỏng, cũn cỏc

parafin chứa từ 18 nguyên tử C trở lên nằm ở dạng tinh thể rắn Như vậytrong dầu mỏ các hydrocacbon parafin có tồn tại ở cả 3 dạng: rắn - lỏng -khớ.

+ Các hydrocacbon n-parafin của dầu mỏ

Hydrocacbon n- parafinic là loại hydrocacbon có phổ biến nhất trong số cáchydrocacbon của dầu mỏ Dầu mỏ có độ biến chất càng cao, tỷ trọng càng nhẹcàng có nhiều hydrocacbon loại này Mặt khác hydrocacbon n-parafinic lại làloại hydrocacbon dễ tách và dễ xác định nhất trong số các hydrocacbon củadõự mỏ, cho nên hiện nay với việc sử dụng phương pháp sắc ký kết hợp dâyphân tử để tỏch cỏc n- parafin đã xác định được tất cả các n- parafin từ C1 đến

C45

Hàm lượng chung các n- parafin trong dầu mỏ thường từ 25-30% thể tích.Tuỳ theo dầu mỏ được tạo thành vào những thời kỳ địa chất nào và những độsâu nào, mà sự phân bố các n- parafin trong dầu sẽ khác nhau Nói chung sựphân bố này thường tuân theo 2 quy tắc Tuổi của dầu càng cao độ sõu lỳnchỡm càng lớn, thì hàm lượng n-parafin trong phần nhẹ của dầu mỏ càngnhiều

Các hydrocacbon parafin từ C5-C10 nằm trong phần nhẹ (trong xăng) củadầu, với cấu trúc nhánh là những cấu tử tốt của nhiên liệu xăng, vì làm choxăng có khả năng chống kích nổ cao Trong khi đó, các n-parafin lại có tácdụng xấu cho khả năng chống kích nổ (n-C7 có trị số ốc tan bằng 0) Cáchydrocacbon parafin có số nguyên tử cacbon từ C10-C16 nằm trong phần nhiênliệu phản lực, nhiên liệu diezel, khi có cấu trúc thẳng lại là các cấu tử có Ýchcho nhiên liệu vỡ chỳng có khả năng tự bốc cháy tốt khi trộn với không khí bịnén trong động cơ Trong chế biến hoá dầu, những hydrocacbon parafin chứatrong phần nhẹ của dầu hay trong khí đồng hành lại là nguyên liệu rất tốt choquá trình sản xuất olefin thấp như etylen, propylen, butylen và butadien, đó lànhững nguyên liệu cơ sở cho tổng hợp hóa học để sản xuất chất dẻo, sợi hoáhọc, cao su nhân tạo… Những n-parafin có số nguyên tử cacbon cao từ C17 trởlên ở nhiệt độ thường ở dạng tinh thể rắn trong dầu Nếu hàm lượng của các

hydrocacbon loại này đủ lớn, chúng có thể làm cho toàn bộ dầu thô bị đôngđặc, mất hẳn tính linh động, gây khó khăn cho việc khai thác, vận chuyển vàbảo quản Khi đó người ta phải áp dụng các biện pháp kỹ thuật chuyên biệt vàcông nghệ phức tạp xử lý nhằm mục đích loại các parafin rắn đến mức độ cầnthiết, sao cho sản phẩm có đủ linh động trong điều kiện sử dông

Ví dụ: Dầu Minas (Indonờsia) có 13% parafin rắn nên ở 33oC dầu đã

bị đông đặc

Dầu LiBi có 10% parafin rắn, nhiệt độ đông đặc là 18oC

Dầu Bạch Hổ có nhiệt độ đông đặc là 330C

Dầu Đại Hùng có nhiệt độ đông đặc là 27oC

Nếu bơm và vận chuyển các loại dầu này ta phải áp dụng các biện phápnhư: gia nhiệt đường ống, cho thêm phụ gia, tách bớt parafin rắn ngay tại nơikhai thác để hạ điểm đông đặc Các biện pháp này gây tốn kém, làm giảm giáthành dầu thô

Các parafin rắn tách ra này, rất may chúng là nguyên liệu quý cho cácquá trình chế biến, sản xuất các sản phẩm tiêu dùng như nến, giấy sỏp, diờmhay các vật liệu chống thấm, hay để điều chế chất tẩy rửa tổng hợp, tơ sợi,phân bón, chất dẻo… Mặt khác nếu đem oxy hoỏ chỳng, người ta nhận đượccác axit béo và alcol cao, đó là cỏc nguyờn liệu quý để tổng hợp các chất hoạtđộng bề mặt là loại chất có nhiều ứng dụng trong sinh hoạt

+ Các hydrocacbon izo-parafinic của dầu mỏ

Loại izo-parafinic thường chỉ nằm ở phần nhẹ và phần có nhiệt độ sôitrung bình của dầu mỏ, còn ở những phần có nhiệt độ sôi cao thì nói chungchúng rất Ýt

Về vị trí của các nhánh phụ, có 2 đặc điểm sau đây:

Nói chung các izo-parafinic trong dầu mỏ đều có cấu trúc đơn giản, mạchchính dài và mạch nhánh phụ Ýt và ngắn

Các nhánh phụ thường là các gốc metyl Đối với các iso-parafin có mộtnhánh phụ thì thường đính vào vị trí cacbon sè 2 hoặc số 3, chứ vào trong nữathì rất Ýt Đối với loại có 2,3 nhánh phụ thì xu hướng tạo nên cacbon bậc 3

nhiều hơn là tạo nên cacbon bậc 4, nghĩa là 2 nhánh phụ đính vào nhau cùng 1cacbon trong mạch chính thường Ýt hơn.

Đặc điểm thứ 2 là trong dầu có những iso-parafin với các nhánh phụ nằmcách đều nhau 3 nguyên tử cacbon (cấu tạo iso prenoid), vì trong các vật liệuhữu cơ ban đầu để tạo nên dầu mỏ, có mặt những hợp chất có cấu trúc isoprenoid, cho nên trong quá trình biến đổi, chúng sẽ để lại những di chứng với

số lượng và kích thước khác nhau, tuỳ theo mức độ của quá trình biến đổi đó.Như vậy dầu có quá trình biến đổi càng Ýt, hàm lượng của chúng sẽ nhiềuhơn so với dầu cú quỏ trình biến đổi sâu rộng

So với n-parafin các iso-parafin chỳng cú độ linh động cao hơn Chúnglàm tăng trị số octan của xăng

b Các hydrocacbon naphtenic (cyclo parafin) của dầu mỏ

Loại hợp chất này có công thức tổng quát là CnH2n naphtenic cũng là mộttrong số các hydrocacbon phổ biến và quan trọng của dầu mỏ Hàm lượng củachúng trong dầu mỏ có thể thay đổi từ 30-60% trọng lượng

Hydrocacbon naphtenic của dầu mỏ thường gặp dưới 3 dạng chính: loạivòng 5 cạnh, loại vòng 6 cạnh và loại nhiều vòng ngưng tụ hoặc qua cầu nối.Những loại vòng 7 cạnh trở lên thường không đáng kể Bằng phương phápphân tích phổ khối, có cho biết số vòng naphtenic có thể đến 10-12 trong phần

có nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ, nhưng thực tế chưa tách ra được hợp chất nhưvậy Chỉ có loại naphten 5 vòng được xem là naphten có số vòng cao nhấtđược tách ra từ dầu mỏ

Tuy nhiên trong dầu mỏ thì loại naphten một vòng 5 cạnh và 6 cạnh cú cỏcnhánh phụ chung quanh là loại chiếm phần chủ yếu nhất, và cũng đượcnghiên cứu đầy đủ nhất Vì thế người ta đã tách ra được hàng loạt các naphten

1 vũng cú 1,2,3 nhánh phụ trong nhiều loại dầu mỏ khác nhau Ở trong nhữngphần nhẹ của dầu mỏ, thì chủ yếu là các naphten 1 vòng với nhánh phụ rấtngắn (chủ yếu là metyl) và có thể có nhiều (1, 2, 3) Còn trong những phần có

nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ thỡ cỏc nhánh phụ lại dài hơn nhiều Trongnhững trường hợp nhánh phụ quá dài, tính chất của loại hydrocacbon nàykhông còn mang đặc tính đặc trưng của naphten nữa, mà đã chịu ảnh hưởngcủa mạch parafin đính ngoài Vì vậy, những loại này thường có thể được ghépvào 1 loại riêng, là loại hydrocacbon hỗn hợp (loại lai hợp) Theo Rossini đốivới những loại này (loại naphten 1 vòng có nhánh bên dài, tức là khi sốnguyên tử trong phân tử của chúng cao từ C20 trở lên) thì thường có 2 - 4nhánh phụ, trong các nhánh phụ đó, chỉ có 1 là nhánh dài (thông thường làmạch thẳng, nếu có cấu trúc nhỏnh thỡ chỉ rất Ýt nhánh) và những nhánh cònlại thì chủ yếu là nhóm etyl hay iso propyl Gần đây Lideman dùng phươngpháp phổ khối và phổ cộng hưởng từ hạt nhân đã xác định được trong dầu máCalifornia những loại có cấu trúc như sau:

c Các hydrocacbon thơm của dầu mỏ

Hydrocacbon thơm có công thức tổng quát là CnH2n – 6, có cấu trúc vòng 6cạnh, các hydrocacbon thơm của dầu mỏ thường gặp là loại 1 vòng thơm vàloại nhiều vòng thơm có cấu trúc ngưng tụ hoặc qua cầu nối

Loại hydrocacbon thơm 1 vòng và các đồng đẳng của nó là loại có rất phổbiến Benzen thường gặp với số lượng Ýt hơn tất cả Những đồng đẳng củabenzen nói chung đều đó tỏch và xác định được trong nhiều loại dầu mỏ,những loại alkylbenzen với 1,2,3,4 nhánh phụ như toluen, xylen, 1,2,3-

trimetylbenzen đều là những loại chiếm đa số trong các hydrocacbon thơm.Tuy vậy loại 4 nhánh phụ tetrametylbenzen (1,2,3,4 và 1,2,3,5) thường lạithấy với tỷ lệ cao nhất Trong dầu mỏ Aclan (Liờn Xụ) nhận thấy trong số cáchydrocacbon thơm 1 vòng với 2,3,4 nhóm thế metyl thì loại 1,3; 1,3,5; 1,2,4,5chiếm phần chủ yếu Theo Smit thì hàm lượng tối đa của toluen trong dầu vàokhoảng 2,3%, xylen và benzen vào khoảng 1- 1,6%.

Hydrocacbon thơm là các cấu tử có trị số octan cao nhất nờn chỳng lànhững cấu tử quý cho xăng Nhưng nếu chúng có mặt trong nhiên liệu phảnlực hay nhiên liệu diezel lại làm giảm chất lượng của nhiên liệu này Nhữnghydrocacbon thơm 1 hay 2 vòng có mạch nhánh alkyl dài và có cấu trúcnhánh cũng là những cấu tử quý để sản suất dầu nhờn có chỉ số nhít cao.Những hydrocacbon thơm đa vòng ngưng tụ cao hoặc không có nhánh parafindài lại là những cấu tử có hại trong sản xuất dầu nhờn có chỉ số nhít cao, cũngnhư trong các quá trình chế biến có xúc tác, do chóng nhanh chóng gây ngộđộc xúc tác

Loại hydrocacbon thơm 2 vũng cú cấu trúc ngưng tô như naphtalen vàđồng đẳng hoặc cấu trúc cầu nối như diphenyl nói chung đều trong dầu mỏ.Loại cấu trúc đơn giản kiểu diphenyl thì Ýt hơn so với cấu trúc 2 vòng ngưng

tụ kiểu naphtalen Trong các diphenyl này cũng xác định được 1 số đồng đẳngcủa nó như 2- metyl, 3- metyl, 4- metyl diphenyl, 3- etyl và izopropyldiphenyl, cũng như loại 2 và 3 nhóm thế metyl Trong những phần có nhiệt độsôi cao của dầu mỏ, có mặt các hydrocacbon thơm và nhiều vòng ngưng tụ

d Các Hydrocacbon loại hỗn hợp naphten- thơm

Nếu hydrocacbon thơm thuần khiết như trên vừa khảo sát có không nhiềutrong dầu mỏ, thì hydrocacbon dạng hỗn hợp thơm và naphten (tức là loại màtrong cấu trúc của nó vừa có vòng thơm vừa có vòng naphten) lại thấy rất phổbiến và chiếm đa số trong phần có nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ Cấu trúchydrocacbon hỗn hợp này trong dầu mỏ rất gần với cấu trúc hỗn hợp tương tựtrong các vật liệu hữu cơ ban đầu tạo thành dầu, cho nên dầu càng có độ biếnchất thấp sẽ càng nhiều hydrocacbon loại này

Loại hydrocacbon hỗn hợp dạng đơn giản nhất là tetral indan đó là loạigồm 1 vòng thơm và 1 vòng naphten kết hợp

Điều đáng chú ý: khi so sánh về cấu trúc các đồng đẳng của tetral indancủa dầu mỏ và những đồng đẳng tương ứng cuả naphten thì thấy có 1 sựtương tự về số lượng còng như vị trí cỏc nhúm thế metyl đính vào phân tử củachúng Do đó có thể xem chỳng cú cùng một nguồn gốc ban đầu và sự tạothành hydrocacbon tetralin có lẽ là giai đoạn biến đổi tiếp sau của naphtentrong quá trình tạo thành dầu mỏ

Những hydrocacbon hỗn hợp phức tạp hơn (1 vòng thơm ngưng tụ với 2vòng naphten trở lên) so với loại đơn giản thì số lượng của chúng ở trong dầu

có Ýt hơn, và vì vậy cấu trúc loại tetralin và indan được xem là cấu trúc chủyếu của họ này Trong những cấu trúc hỗn hợp như vậy thì thường nhánh phụđính vào vòng thơm là nhóm metyl, còn nhánh phụ đính vào vòng naphtenthường là mạch thẳng, dài hơn

Đối với các hydrocacbon 1 vòng thơm và 1 vòng naphten hỗn hợp, ngoàidạng ngưng tụ cũng có mặt dạng cầu nối giống như diphenyl

mỏ Trong phần nặng hơn thấy loại 3 vòng thơm ngưng tụ với 2 vòngnaphten Nói chung tổng số vòng tối đa của loại cấu trúc hỗn hợp cũng chỉđến 6 Những nhánh phụ đính chung quanh cỏc vũng này cũng mang các đặctính như trên nghĩa là chung quanh cỏc vũng thơm thường chỉ có 1 số nhánhphụ ngắn chủ yếu là metyl, còn họa hoằn lắm mới có 1 số nhánh phụ etyltrong khi đó quanh cỏc vũng naphten thường có 1 hoặc 2 nhánh dài Số nhánhphụ nói chung có thể có từ 2 đến 6.

3 Các thành phần phi hydrocacbon trong dầu mỏ

Đây là những hợp chất mà trong thành phần của chúng có chứa O, N,S tứcnhững hợp chất hữu cơ của oxy, của nitơ, của lưu huỳnh Một loại hợp chấtkhác mà trong thành phần của nó cũng có cả đồng thời O, N, S, sẽ khụng xột

ở đây nó thuộc nhóm các chất nhựa và asphaten Nói chung những loại dầunon, độ biến chất thấp, hàm lượng các chất chứa các dị nguyên tố trên đều caohơn trong những loại dầu già độ biến chất cao Ngoài ra tuỳ theo loại vật liệuhữu cơ tạo thành ban đầu khác nhau, hàm lượng và tỷ lệ của từng loại hợpchất của S, O, N trong từng loại dầu sẽ khác nhau Cần chú ý là đứng về thànhphần nguyên tố thì hàm lượng S, O, N trong dầu mỏ rất Ýt, tuy nhiên vìnhững nguyên tố này nằm trong hỗn hợp kết hợp với các gốc hydrocacbon,nên trọng lượng phân tử của chúng cũng tương đương với trọng lượng phân

tử hydrocacbon mà nó đi theo

Thí dụ: ở phân đoạn nặng của dầu mỏ, trọng lượng phân tử trung bình củahydrocacbon là 300 nếu trong phân đoạn đú cú 1% thì hàm lượng các hợpchất chứa lưu huỳnh trong phân đoạn này có thể đến 10% Cho nên hàmlượng lưu huỳnh trong dầu mỏ thường chiếm 0,02 - 7%, như vậy sẽ tươngứng hàm lượng các hợp chất chứa lưu huỳnh trong dầu mỏ sẽ từ 0,05 - 3,6%như vậy sẽ tương ứng có 0,5 - 40% các hợp chất chứa oxy trong dầu mỏ Hàmlượng Nitơ trong dầu mỏ thường từ 0,02 – 1,7% như vậy tương ứng trong dầu

mỏ có khoảng 0,2 – 20% các hợp chất chứa nitơ

a Các hợp chất chứa lưu huỳnh trong dầu mỏ

Đây là loại hợp chất phổ biến nhất và cũng đáng chú ý nhất trong số cáchợp chất không thuộc loại hydrocacbon của dầu mỏ Các hợp chất lưu huỳnhlàm xấu đi chất lượng dầu thô Những loại dầu Ýt lưu huỳnh thường có hàmlượng lưu huỳnh không quá 0,5% là loại dầu tốt Những loại dầu lưu huỳnhthường có 1 - 2% trở lên là loại dầu xấu.

Hiện nay trong dầu mỏ đã xác định được khoảng 250 hợp chất của lưuhuỳnh Những hợp chất này thuộc vào những họ sau:

+ Mercaptan RSH (với R là mạch thẳng hay vòng)

+ Sulfua R- S - R

+ Disulfua R- S - S - R

+ Tiofen (dị vòng)

+ Lưu huỳnh dạng tự do S, H2S

- Lưu huỳnh dạng mercaptan: chỉ gặp trong phần nhẹ của dầu mỏ dưới

200oC Các mercaptan này có gốc hydrocacbon với cấu trúc thẳng, nhánhvòng naphtan Lưu huỳnh ở dạng mercaptan khi ở nhiệt độ khoảng 300oC

dễ bị phân huỷ và tạo thành H2S và các sulfit Ở nhiệt độ cao hơn nữachúng có thể phân huỷ tạo thành H2S và các hydrocacbon không no tươngứng với gốc hydrocacbon của nó

- Lưu huỳnh dạng sulfua: Có trong dầu mỏ có thể ghép làm 3 nhúm: cỏc

sulfua với gốc hydrocacbon mạch thẳng hoặc nhỏnh, cỏc sulfua nằm trongcấu trúc vòng no (tiofan) hoặc không no (tiofen) các sulfua với các gốchydrocacbon thơm, naphten

Nói chung các sulfua nằm trong vòng naphten (sulfua vòng no) có thể xem

là dạng hợp chất chứa lưu huỳnh chủ yếu nhất trong phân đoạn có nhiệt độ sôitrung bình của dầu mỏ Cấu trúc của chúng giống hoàn toàn cấu trúc của cácnaphten 2,3 vòng ở phân đoạn đó

Những sulfua có gốc là các hydrocacbon thơm hỗn hợp 1,2 hay nhiều vònghoặc những gốc là hydrocacbon thơm hỗn hợp với cỏc vũng naphten, lại làloại hợp chất chứa lưu huỳnh chủ yếu ở phân đoạn có nhiệt độ sôi cao

Tương tù như các hydrocacbon hỗn hợp naphten – thơm có những phânđoạn có nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ, các hợp chất của lưu huỳnh cũng códạng hỗn hợp không ngưng tụ mà qua cầu nối như:

(CH2)n hoặc (CH2)n

- Lưu huỳnh dạng sulfua: thường có rất Ýt trong dầu mỏ, nhất là ở các phân

đoạn có nhiệt độ sôi cao, thì lưu huỳnh dạng này có nhiều và phổ biến Nhữngloại dầu mỏ trong quá trình di cư hay ở những tầng chứa không sâu bị oxyhoá thường có nhiều lưu huỳnh disulfua vỡ cỏc mercaptan dễ dàng bị oxy hoáchuyển thành disulfua

- Lưu huỳnh dạng tiofen (hoặc tiofen đa vòng) là những dạng có cấu tróc

như sau:

Tiofen Benzotiofen Dibenzotiofen Naphtobenzotiofen Naphtotiofen

Những loại này thường chiếm từ 45 – 92% trong tất cả các loại hợp chấtchứa lưu huỳnh của dầu mỏ nhưng trong số đú thỡ tiofen và các đồng đẳngcủa nó thường lại Ýt hơn cả thậm chí có những loại dầu mỏ không có (dầu

wasson) Những đồng đẳng của tiofen đã xác định được là những loại 1 nhómthế (chủ yếu là nhóm metyl) hoặc có cả 2,3 và 4 nhóm thế Đối vớibenzentiofen đã xác định được 4 đồng đẳng 1 nhóm thế metyl, 8 đồng đẳng

có 2 nhóm thế metyl 1 đồng đẳng có 1 nhóm thế propyl

Ngoài các hợp chất chứa lưu huỳnh trên trong dầu mỏ còn chứa lưu huỳnhdưới dạng tự do và lưu huỳnh dạng H2S không phải trong dầu nào cũng cú,chỳng thay đổi trong 1 giới hạn rất rộng đối với các loại dầu khác nhau Thídụ: lưu huỳnh nguyên tố có thể khác nhau đến 60 lần nghĩa là có thể có từ0,008 – 0,48% trong dầu mỏ còn lưu huỳnh H2S cũng vậy, có thể từ rất Ýtcho đến 0,02% Vì lưu huỳnh dạng H2S nằm dưới dạng hoà tan trong dầu mỏ,

dễ dàng thoát ra khỏi dầu khi đun nóng nhẹ, nờn chỳng gõy ăn mòn rất mạnhcác hệ thống đường ống, thiết bị trao đổi nhiệt, chưng cất Do đó người tathường căn cứ vào hàm lượng lưu huỳnh H2S trong dầu mà phân ra dầu mỏthuộc loại “chua” hay “ngọt” khi hàm lượng H2S trong dầu dưới 3,7 ml/lit dầuđược gọi là “ngọt” ngược lại quá giới hạn đó dầu được gọi là “chua” Cần chú

ý khi đun nóng thì lưu huỳnh dạng mercaptan cũng dễ dàng bị phân huỷ, tạo

ra H2S và do đó tổng hàm lượng H2S thực tế trong các thiết bị đun nóng sẽcao lên Do vậy mà hàm lượng của hợp chất lưu huỳnh được coi là chỉ tiêuđánh giá chất lượng dầu thô và sản phẩm dầu

b Các hợp chất của nitơ trong dầu mỏ

Nói chung các hợp chất của nitơ đại bộ phận đều nằm vào phân đoạn cónhiệt độ sôi cao của dầu má Ở các phân đoạn nhẹ các hợp chất chứa nitơ chỉthấy dưới dạng vết

Các hợp chất chứa nitơ có trong dầu mỏ không nhiều lắm Hàm lượngnguyên tố nitơ chỉ chứa 0,01 – 1% trong dầu mỏ Những hợp chất chứa nitơtrong dầu, trong cấu trúc phân tử của nó, có thể có loại 1 nguyên tử N, có loạichứa 2,3 thậm chí 4 nguyên tử N

Những hợp chất chứa 1 nguyên tử N được nghiên cứu nhiều chúng thường

có đặc tính bazơ như piridin, quinolin, izoquinolin, acridin hoặc có tính chấttrung tính như cỏc vòng pirol, indol, cacbazol, benzocacbazol

Trong các dạng hợp chất chứa 1 nguyên tử nitơ kể trên thì dạng piridin vàquinolin thường có nhiều hơn cả Trong dầu California cũng đã xác định được

10 đồng đẳng của piridin C6 – C11, có 1,2,3 nhóm thế metyl, đồng thời có cảnhững nhóm thế etyl và propyl, butyl Các quinolin với số nguyên tử cacbon

C9 – C15 còng tìm thấy trong phân đoạn có nhiệt độ sôi 230 – 330oC của dầu

má Ở phân đoạn có nhiệt độ sôi cao hơn, thấy có những hợp chất 3 vòng như2,3 - và 2,4- dimetyl bezoquinolin Nói chung, ở phân đoạn có nhiệt độ sôithấp và trung bình của dầu mỏ thì thường được gặp các hợp chất chứa nitơdạng piridin, quinolin, còn ở những phân đoạn có nhiệt độ sôi cao cảu dầu

mỏ, thỡ cỏc hợp chất chứa nitơ dạng cacbazol và pirol là chủ yếu Những hợpchất chứa 2 nguyên tử nitơ trở lên thường có rất Ýt so với các loại kể trên.Những loại này thuộc dạng indolquinolin, indolcacbazol và porfirin Đối vớicác porfirin là những chất chứa 4 nguyên tử nitơ, lại thường có xu hướng tạonên những phức chất với kim loại như vanadi, niken và sắt Các hợp chất nitơ

có thể chiếm tới 3% trong dầu Tuy với số lượng nhỏ hơn lưu huỳnh nhưngcác hợp chất nitơ cũng là các hợp chất có hại, rất độc cho xúc tác trong quỏtrỡnh chế biến, đồng thời chúng phản ứng tạo nhựa làm tối màu sản phẩmtrong thời gian bảo quản Khi có mặt trong nhiên liệu các hợp chất nitơ cháytạo ra khí NOX là những khí rất độc gây ăn mòn mạnh Do vậy còng như cáchợp chất lưu huỳnh Khi hàm lượng các hợp chất nitơ vượt quá giới hạn chophép người ta cũng phải tiến hành loại bỏ chúng trước khi đưa dầu thô hayphân đoạn dầu vào quá trình chế biến

c Các hợp chất của oxy trong dầu mỏ

Trog dầu mỏ các hợp chất chứa oxy thường có dưới dạng các axit (tức cónhóm –COOH), các xeton (=CO), các phenol, và các loại este và lacton nữa.Tuy vậy trong số này các hợp chất chứa oxy dưới dạng các axit là quan trọnghơn cả

Các axit trong dầu mỏ hầu hết là các axit một chức Ở trong các phân đoạn

có nhiệt độ sôi thấp của dầu mỏ, các axit hầu như không có Axit chứa nhiềunhất ở phân đoạn có nhiệt độ sôi trung bình của dầu mỏ và ở phân đoạn cónhiệt độ sôi cao hơn thì hàm lượng các axit lại giảm đi Về cấu trúc nhữngaxit có số nguyên tử cacbon trong phân tử dưới C6 thường là các axit béomạch thẳng Nhưng loại có số nguyên tử cacbon trong phân tử cao hơnthường là axit có gốc là vòng naphten 5 cạnh hoặc 6 cạnh Những loại này làloại chiếm phần chủ yếu ở phân đoạn có nhiệt độ sôi trung bình của dầu mỏ.Tuy vậy ngay cả trong phần có nhiệt độ sôi cao, vẫn còn cú cỏc axit béomạch thẳng hoặc nhánh kiểu izoprenoid, nhưng số lượng chúng không nhiềubằng những loại vòng kể trên Ở những phân đoạn rất nặng thỡ cỏc vũng của

nó lại mang tính hỗn hợp giữa naphten và thơm, nên các axit ở phân đoạn nàycũng có cấu trúc hỗn hợp naphten thơm tương tự Các axit nằm trong phầncặn của dầu có cấu trúc phức tạp giống như cấu trúc các chất nhựa asphanten,nờn chỳng được gọi là axit asphanten trong thành phần của nó có thể cả dịnguyên tố S, N

Các phenol trong dầu mỏ thường gặp là các phenol và các đồng đẳng của

d Các phức cơ kim của dầu mỏ (kim loại trong dầu mỏ)

Kim loại có trong dầu mỏ không nhiều thường từ vài phần triệu đến vàiphần vạn Chúng nằm trong dầu mỏ thường ở các phân đoạn có nhiệt độ sôicao và dưới dạng tạo phức với các hợp chất hữu cơ (cơ - kim) thông thường làdạng phức với porfirin và dạng phức với các chất hữu cơ khác trong dầu mỏ.Trong đó dạng phức với porfirin thường có số lượng Ýt hơn

Những kim loại nằm trong phức với porfirin thường là niken và vanadi.Qua nghiên cứu các phức cơ - kim của một số dầu mỏ Liờn Xụ cho thấy,trong những loại dầu nhiều S chứa nhiều porfirin dưới dạng phức với vanadi Ngược lại trong những dầu Ýt S , đặc biệt dầu có nhiều nitơ thì thườngchứa nhiều porfirin dưới dạng phức với niken Do đó trong những dầu mỏchứa nhiều S, tỉ lệ vanadi/niken >1 (từ 3 –10 lần) còn trong dầu mỏ chứa S, tỉ

lệ vanadin/niken <1 (thường 0,1) Những phức kim loại với các chất hữu cơkhác trong dầu có đặc tính chung là không phản ứng với các axit khác với cácphức kim loại porfirin Điều này có thể do cấu trúc của nó Bên cạnh porfirincũn cú thờm những vòng thơm hoặc naphten ngưng tụ Loại phức như thế nàytuy chiếm phần lớn nhưng vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ

Kim loại trong các phức cơ - kim nói trên ngoài vanadi và niken còn có thể

có sắt, đồng, kẽm, titan, canxi, mangan… Số lượng các phức kim loại nàythường rất Ýt so với các phức vanadi và niken

e Các chất nhựa và asphanten của dầu mỏ

Là những chất trong cấu trúc phân tử của nó, ngoài C và H cũn cú nhữngnguyên tố khác như S, O, N đồng thời chỳng cú trọng lượng phân tử rất lớn,

từ 500 – 600 trở lên Bởi vậy các chất nhựa và asphanten chỉ có mặt trongnhững phân đoạn có nhiệt độ sôi cao và cặn của dầu mỏ

+ Asphanten của dầu mỏ

Asphanten của dầu mỏ hầu hết các loại dầu mỏ đều có tính chất giốngnhau nếu tách ra khỏi dầu, thỡ trụng bề ngoài của asphanten đều có màu nâusẫm hoặc đen, dưới dạng bột rắn thự hỡnh Đun nóng cũng không chảy mềm,chỉ có bộ phận huỷ nếu nhiệt độ đun cao hơn 300oC tạo thành khí và cốc.Asphanten không hoà tan trong rượu, trong xăng nhẹ (este petrol) nhưng cóthể hoà tan trong benzen, cloroform và sunfua cacbon

Đặc tính đáng chú ý của asphanten là tính hoà tan trong một số dung môi

kể trên, khi hoà tan đó là quá trình trương trong dung môi để hình thành dungdịch keo nên có thể nói asphanten là những phân tử keo ưa dung môi nàynhưng lại ghét dung môi khỏc Nờn bằng cách thay đổi dung môi có thể tách

asphanten ra khỏi dầu mỏ Khi asphanten nằm trong dầu mỏ thì dầu mỏ làmột hỗn hợp dung môi, nên những loại dầu có độ biến chất cao, mang đặctính parafinic, rất nhiều hydrocacbon parafinic trong phần nhẹ thì lượngasphanten trong những loại dầu đó rất Ýt và nằm dưới dạng phân tán lơ lửng,đôi khi chỉ có dưới dạng vết Ngược lại, trong những loại dầu biến chất thấptức dầu nặng, nhiều hydrocacbon thơm, thì thường chứa nhiều asphanten vàchúng thường ở dạng dung dịch keo bền vững.

Về cấu trúc, nói chung các asphanten rất phức tạp, chúng được xem là hợpchất hữu cơ cao phân tử, với những mức độ trùng hợp khác nhau Nên trọnglượng phân tử của chúng có thể thay đổi trong khoảng 1000 – 10000 hoặc caohơn Các asphanten có chứa các nguyên tố S, O, N có thể nằm dưới dạng các

dị vòng trong hệ nhiều vòng thơm ngưng tụ cao, và các hệ vòng thơm nàycũng có thể được nối với nhau qua những cầu nối ngắn để trở thành nhữngphân tử có trọng lượng phân tử lớn

+ Các chất nhựa của dầu mỏ

Các chất nhựa, nếu tách ra khỏi dầu mỏ chúng sẽ là những chất nửa lỏngđặc quánh đôi khi rắn, chúng có màu vàng sẫm hoặc nâu Tỉ trọng lớn hơnmột, trọng lượng phân tử từ 500 – 2000 Nhựa có thể được hoà tan trong cácloại dầu nhờn của dầu mỏ, xăng nhẹ, còng như trong benzen, cloroform, ete.Khác với asphanten nhựa khi hoà tan trong các dung môi kể trên chúng tạothành một dung dịch thực, thành phần nguyên tố và trọng lượng phân tử củanhựa thì từ các loại dầu mỏ khác nhau hoặc từ các phân đoạn khác nhau trongcác loại dầu đó hầu như gần giống nhau, có nghĩa chúng khong phụ thuộc vàogốc Nhựa của phân đoạn nhẹ bao giê cũng có trọng lượng phân tử bé hơn ởphân đoạn nặng, đồng thời tỉ lệ C/H của nhựa trong phân đoạn nặng thườngcao hơn nhựa trong phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp hơn

Nhựa có khả năng nhuộm màu rất tốt, đặc biệt là nhựa từ các phân đoạnnặng hoặc từ dầu thô Khả năng nhuộm màu của những loại nhựa này gấp 10– 20 lần so với nhựa của những phân đoạn nhẹ như kerosen Chính vì vậy,những sản phẩm trắng (xăng, kerosen, gasoil) khi có lẫn nhựa (hoặc tạo nhựa

khi bảo quản) đều trở nên có màu vàng Những loại dầu Ýt asphanten mà vẫn

có màu sẫm đến nâu là do sự có mặt của các chất nhựa nói trên

Về tính chất hoá học, nhựa rất giống asphanten, từ nhựa dễ chuyển thànhasphanten, chỉ cần bị oxy hoá nhẹ khi có sự thâm nhập của oxy không khí ởnhiệt độ thường hay đun nóng thậm chí khi không có không khí chỉ đun nóngchúng cũng có khả năng từ nhựa chuyển thành asphanten do các quá trìnhphản ứng ngưng tụ được thực hiện sâu rộng Vì thế các loại dầu mỏ khi có độbiến chất cao thì sự chuyển hoá từ nhựa sang asphanten càng dễ, vì vậy hàmlượng giảm đi, asphanten tạo thành nhiều lên Nhưng vì những loại dầu nàymang đặc tính parafinic nên asphanten tạo thành đều được tách ra khỏi dầu (vìasphanten không tan trong dung môi parafinic) Do đó dầu càng nhẹ càngmang đặc tính parafinic càng Ýt nhựa và asphanten Về bản chất hoá học,nhựa và asphanten cựng một nguồn gốc và thực chất asphanten chỉ là kết quảbiến đổi sâu hơn của nhựa chính vì vậy trọng lượng phân tử của asphantenbao giê cũng cao hơn nhựa

Trong dầu mỏ hàm lượng nhựa và asphanten dao động trong phạm vi rấtrộng, nhựa có thể từ 4 – 18%, asphanten có thể từ 0 – 6%

Những hợp chất nhựa, asphanten nếu có trong sản phẩm dầu sẽ làm giảmchất lượng của sản phẩm, làm cho sản phẩm có màu tối sẫm, dễ tạo cốc, tạocặn muội khi cháy Trong quá trình chế biến có xúc tác nhựa và asphanten sẽgây ngộ độc xúc tác, làm giảm hoạt tính xúc tác Chúng chỉ có Ých khi có mặttrong phần cặn dùng làm nguyên liệu để sản xuất bi tum (nhựa đường ) hoặc

để sản xuất cốc dầu mỏ, vì khi đú chỳng cho sản phẩm có chất lượng tốt

+ Axit asphanten

Như ta đã biết các axit trong phần cặn nặng của dầu mỏ có trọng lượngphân tử rất lớn, đặc tính phần gốc của nó rất gần với đặc tính của các chấtnhựa asphanten, nờn nú được gọi là axit asphantic Các axit asphantic tách rakhỏi dầu cũng là một chất giống như nhựa, trọng lượng riêng lớn hơn một.Nhưng axit asphantic khó hoà tan trong xăng nhẹ, chỉ hoà tan trong rượu vàcloroform Do đó khi xác định chất nhựa – asphanten bằng phương pháp kết

tủa asphanten trong dung môi parafinic (xăng nhẹ, ete petrol, n- heptan) thìaxit asphantic nằm vào kết tủa với asphanten Sau đó dùng rượu etylic rửa kếttủa với asphanten, sẽ tách được axit asphantic.

Axit asphantic trong dầu mỏ được xem như là sản phẩm trung gian của quátrình biến đổi từ hydrocacbon ban đầu thành nhựa và asphanten trong thiênnhiên Qỳa trỡnh oxy hoỏ cỏc hydrocacbon của dầu mỏ trong điều kiện tạothành dầu khi sẽ dẫn đến quá trình tạo thành các sản phẩm mang tính axit(axit asphanten) và sau đó biến đổi thành các sản phẩm trung tính (nhựa vàasphanten) Chính vì vậy, nếu do một sự thay đổi điều kiện địa chất nào đólàm cho các tầng chứa dầu bị nâng lên hoặc có nhiều khe nứt, điều kiện tiếpxúc và xâm nhập của oxy không khí xảy ra dễ dàng, thì dầu có thể thay đổithành phần theo chiều hướng tăng nhanh các chất nhựa asphanten, và giảmthấp thành phần hydrocacbon trong dầu Kết quả là tỷ trọng dầu tăng lên, chấtlượng dầu kém đi

f Nước lÉn theo dầu mỏ (nước khoan)

Nước lÉn theo dầu mỏ (nước khoan) sau khi được tách sơ bộ, phần còn lạichủ yếu là các nhò tương Những nhò tương này thuộc loại “nước trong dầu”tức là nhò tương mà dầu là môi trường phân tách Loại nhò tương này là loạighét nước Trong dầu luôn có mặt các hợp chất có cực các axit, có chất nhựa,asphanten Những chất này chỉ tan trong dầu, không tan trong nước, chính vìvậy khi xuất hiện cỏc nhũ tương “nước trong dầu” chúng sẽ tạo chung quanhcác hạt nhò tương này hấp thụ bền vững, phần có cực quay vào nước, phầnkhông cực quay về dầu Do đó càng làm cho nhò tương bền vững, lơ lửngtrong dầu, rất khú tỏch

Trong những nhò tương như vậy thì thường có nhiều muối hoà tan khácnhau, còng như một sè kim loại dưới dạng khử Các cation của nước khoanthường gặp là Na+, Ca2+, Mg2+ và Ýt hơn thỡ cú Fe2+, K+, các anion thườnggặp là Cl-, HCO3- và Ýt hơn có SO42- và CO32- Ngoài ra cũn cú một số axitkim loại không phân ly ở dạng keo Như Al2O3, Fe2O3 , SiO2 Ngoài các ion

này thì trong thành phần của nước khoan còn thấy cú cỏc ion Brom, Iot vàBo.

Vấn đề quan trọng của muối khoáng trong nước khoan là có một số muốikhoáng rất dễ bị phân huỷ dưới tác dụng của nhiệt, tạo ra một số sản phẩm cóhại Ví dụ: các muối clorua magie, clorua canxi Clorua magie bị thuỷ phânngay ở nhiệt độ thường tạo ra HCl gây ăn mòn mạnh hệ đường ống và thiết bịcông nghệ, khi tăng nhiệt độ thì sự phân huỷ càng mãnh liệt

MgCl2 + H2O MgOHCl + HCl clorua canxi bị thuỷ phân Ýt hơn còn clorua natri tương đối bền vững hầu nhưkhông bị thuỷ phân

Đỏng chó ý là trong nước khoan hoặc trong dầu có H2S thì khi có mặt cả

H2S và các muối phân huỷ trên, thiết bị càng bị ăn màn rất nhanh Nguyênnhân vì khi H2S tác dụng lên kim loại thí dụ hợp kim sắt, tạo ra líp suafua sắtFeS2, được xem như líp màng bảo vệ ngăn chặn sự ăn mòn tiếp của H2S.Nhưng khi có mặt các muối khoáng dễ thuỷ phân sẽ tạo ra HCl HCl lại tácdụng với líp suafua sắt FeS2, tạo ra FeCl2 và H2S, FeCl2 hoà tan vào dungdịch nước để lé bề mặt kim loại và lại tiếp tục gây ăn mòn

Vì vậy vấn đề làm sạch cỏc nhũ tương “nước trong dầu” là một vấn đềquan trọng trước tiên khi đưa dầu mỏ vào các thiết bị công nghệ để chế biến

II CÁC ĐẶC TÍNH VẬT LÝ QUAN TRỌNG CỦA DẦU THÔ

Dầu mỏ là nguyên liệu hydrocacbon có trong thiên nhiên, có thành phầnphức tạp, cú cỏc đặc tính vật lý thay đổi trong giới hạn rất rộng, như độ nhít,màu sắc, tỷ trọng v.v Chẳng hạn màu sắc của dầu mỏ nguyên khai có thể cómàu sáng cho đến màu đen, tỷ trọng có thể thay đổi từ 0,7-1, độ nhít cũng cóthể thay đổi trong giới hạn rộng từ 1- 50 cst ở 20oC

1 Thành phần chưng cất của phân đoạn

Thành phần chưng cất là một trong những chỉ tiêu quan trọng cần phải xácđịnh đối với các sản phẩm trắng như xăng, kerosel, diezel Theo thành phầncất phân đoạn có thể biết được các loại sản phẩm thu và khối lượng của

chúng Các phân đoạn dầu mỏ đều bao gồm rất nhiều các đơn chất khác nhauvới nhiệt độ sôi thay đổi trong suốt cả giới hạn sôi của phân đoạn đó Vì vậyđặc trưng cho tính chất bay hơi và sôi của một số phân đoạn dầu mỏ, thườngđánh giá bằng nhiệt độ bắt đầu sôi (tsđ), nhiệt độ sôi kết thúc sôi (tsc) và nhiệt

độ tương ứng với các phần trăm sản phẩm ngưng tụ khi chưng cất trong dụng

cụ chưng tiêu chuẩn (được gọi là thành phần chưng cất của phân đoạn dầumỏ)

Dông cụ chưng tiêu chuẩn này là bộ chưng cất Engler

4

5

Hình: Bé chưng cất Engler để xác định thành phần chưng cất của các

phân đoạn dầu mỏ

1-Bình chưng chuẩn; 2- nhiệt kế; 3- hộp sinh hàn bằng nước đá; 4- ốnglường tiêu chuẩn; 5- đèn khí

Đường cong chưng cất thu được biểu diễn trong hệ tọa độ nhiệt độ sôi –phần trăm sản phẩm chưng cất còn gọi là đường cong chưng cất Engler.Nhiệt độ bắt đầu sôi sẽ là nhiệt độ khi đó xuất hiện giọt chất lỏng đầu tiênngưng tụ rơi vào ống lường 4

Khi lượng sản phẩm chưng cất tăng lên 5%, 10%, 20%… , 90%, 95% sovới số lượng mẫu chưng cất, cũng sẽ cú cỏc giá trị nhiệt độ sôi tương ứng với

nã t5%, t50%, t95%….Nhiệt độ này tăng đều đặn theo số phần trăm sản phẩmchưng cất được, và cuối cùng khi nhiệt độ bắt đầu hạ xuống, nhiệt độ tươngứng với nó sẽ là nhiệt độ sôi cuối của phân đoạn

Ví dụ: chưng cất một phân đoạn xăng nhẹ, ta thu được các số liệu sau: Nhiệt độ sôi đầu ( tsđ ) 35oC

cơ và áp suất hơi ở những nhiệt độ và áp suất khác nhau

- Đối với phân đoạn xăng, nhiệt độ sôi từ 10–30% có ý nghĩa quyết địnhkhả năng khởi động của động cơ Khoảng nhiệt độ đó càng thấp, động cơcàng dễ khởi động khi máy nguội Tuy nhiên nếu thấp, nó dễ tạo nót hơi trong

hệ thống cấp nhiên liệu gây hao tốn nhiên liệu Nên ts 10% không vượt quá

70oC

- Nhiệt độ cất 50% có ý nghĩa quyết định khả năng tăng tốc của động cơ(khả năng nhanh chóng đạt được tốc độ cần thiết khi mở van tiết lưu) và quátrình đốt cháy động cơ Nếu nhiệt đô cất 50% quá cao (ít hydrocacbon nhẹ)khi thay đổi tốc độ, lượng nhiên liệu vào trong máy Ýt, công suất giảm điềukhiển xe khó khăn Do vậy nhiệt độ cất 50% (từ 40 – 70%) càng thấp càng tốt

vì dễ dàng tăng số vòng quay của động cơ lên mức tối đa trong thời gian ngắnnhất Tuy vậy nếu thấp quá dễ tạo nót hơi và gây thất thoát nhiên liệu Vì vậykhông nên vượt quá 140oC

- Nhiệt độ cất 90% có ý nghĩa về mặt kinh tế Nếu nhiệt độ cất 90% cao thìxăng không bốc hơi hoàn toàn trong buồng đốt Xăng ở trạng thái lỏng theoxylanh lọt qua xecmăng đi vào cacte chứa dầu, làm loãng dầu nhờn giảm khảnăng bôi trơn và gây mài mòn động cơ

- Nhiệt độ cất cuối (cặn cất) đánh giá mức độ bay hơi hoàn toàn và làmloãng dầu nhờn Nếu nhiệt độ sôi cuối cao quá thì dầu nhờn sẽ bị rửa trụi trờnthành xylanh, mài mòn piston Vì thế Tsc không nên quá 205oC

2 Tỷ trọng

Tỷ trọng là tỷ số giữa khối lượng riêng của 1 vật ở một nhiệt độ nhất định

và khối lượng riêng của 1 vật khác được chọn là chuẩn, xác định ở cùng điềukiện

Đối với các loại sản phẩm dầu lỏng đều lấy nước cất ở nhiệt độ ( +4oC) và

áp suất (760 mmHg) làm chuẩn

Tỷ trọng của dầu mỏ, hoặc một phân đoạn dầu mỏ ở nhiệt độ t được coi là

tỷ số khối lượng riêng của dầu trên khối lượng riêng của nước ở 4oC, ta có thểghi d4t và trong hệ CGS biểu thị bằng g/cm3/(g/cm3) Để có thể dễ so sánh, tỷ

trọng được biểu thị ở cùng một nhiệt độ Phần lớn các nước đều lấy ở 20oC(d420) hoặc 15,6oC (tương ứng với 60oF ) so với nước ở cùng nhiệt độ (d15,615,6).

Ở mét số nước còn biểu thị tỷ trọng bằng độ oAPI

Tỷ trọng của sản phẩm dầu mỏ thay đổi rất nhiều khi nhiệt độ thay đổi,nhưng không phụ thuộc vào áp suất Tuy nhiên, nếu áp suất cao thì cũng cóảnh hưởng chút Ýt

Có thể xác định tỷ trọng bằng các phương pháp như: dựng phù kế cânthuỷ tĩnh, picnomet Phương pháp picnomet là phổ biến nhất dùng cho bất kỳloại chất lỏng nào, phương pháp này dựa trờn thể tích và nhiệt độ

Có thể tính toán tỷ trọng từ các thành phần theo công thức:

d: Tỷ trọng của phân đoạn dầu cần tính

Độ nhít phụ thuộc nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng độ nhít giảm

- Độ nhít động lực ( hoặc ) là biểu thị cho các chất lỏng dòng không 

có gia tốc, được tính bằng công thức:

= ζ C

ζ : Thời gian chảy của chất lỏng

5,1315

,141

6 , 15 6 , 15

d

n

n n

V V

V

V d V

d V d d

+ + +

+ + +

=

2 1

2 2 1 1

C : Hằng số nhít kế, không phụ thuộc nhiệt độ mà chỉ phụ thuộc kíchthước hình học của nhít kế.

Nếu độ nhít lớn phải dùng mao quản có đường kính lớn, còn nếu độ nhítcần đo nhỏ, thỡ dựng nhớt kế có đường kính mao quản bé , sao cho thời gianchảy mà chất lỏng không quá 200 giây, nhưng không quá nhanh (180-200s)

Độ nhít động lực được tính bằng poazow (P) hay centipoazơ( cp)

1P = 100 cp = 0,1 N.S/m2 = 1 din.S/cm2 = 1g/cm.S

- Độ nhít động học (Ω)

Độ nhít động học là tỷ số giữa độ nhít động lực học và tỷ trọng của nã (xác định ở cùng nhiệt độ, áp suất)

Xác định độ nhít động học bằng cách đo thời gian chảy của dầu qua nhít

kế mao quản Pinkờvic

- Độ nhít qui ước ( độ nhít Engler)

Độ nhít qui ước hay độ nhít biểu kiến, còn gọi là độ nhít Engler là tỷ số giữathời gian chảy của 200ml mẫu ở nhiệt độ thí nghiệm và 200ml nước cất ở

20oC qua ống nhỏ trong dụng cụ đo độ nhít

ζt

oE20t =

ζo

oE20t : Độ nhít Engler ở nhiệt độ t

ζt : Thời gian chảy của mẫu ở nhiệt độ t

ζo : Thời gian chảy của nước ở 20oC

Thông thường đo thời gian chảy của mẫu dầu ở nhiệt độ t =20oC

4 Hệ số đặc trưng K

d

η

=Ω

Trong dầu mỏ là hỗn hợp với nhiều cấu trúc mạch cacbon khác nhau, do

đó người ta thêm một số yếu tố để biểu thị các tính chất và cơ cấu thành phầnnày được gọi là hệ số đặc trưng Hệ số đặc trưng K được dùng để phân loạidầu thô, thiết kế hay chọn điều kiện công nghệ thích hợp K có quan hệ vớicác thông số vật lý khác như: tỷ trọng, trọng lượng phân tử, số octan hay trị sốxờtan của các sản phẩm dầu

Hệ số K được tính theo công thức:

Trong đó Tm :nhiệt độ sôi trung bình (0C)

5 Nhiệt độ sôi trung bình của phân đoạn

Như đã biết dầu thô và các sản phẩm của nó là hỗn hợp của cáchydrocacbon, do đó các tính chất vật lý khác đều có ý nghĩa tương đối với cácgiá trị trung bình Đặc biệt là các tính chất vật lý quan trọng và hệ số đặctrưng K còn phản ánh bản chất hoá học của chúng Do đó người ta xây dựngđại lượng vật lý gọi là nhiệt độ sôi trung bình, để dễ dàng xác định các đạilượng vật lý còn lại theo một biểu đồ nhất định

Nhiệt độ sôi trung bình của dầu thô và các phân đoạn dầu thô có quan hệvới các tính chất vật lý khác như: Tỷ trọng, độ nhít, hàm nhiệt và phân tửlượng của dầu Vì vậy chúng là một thông số quan trọng được sử dụng đểđánh giá và tính toán công nghệ tính chế biến dầu Nhiệt độ sôi trung bình cóthể xác định theo đường cong chưng cất Engler hay theo đường cong chưngcất điểm sôi thực

Ví dụ nhiệt độ ứng với 50% thể tích:

Vỡ cỏc đường cong chưng cất này tính theo phần trăm thể tích Do đó khi

ta xác định nhiệt độ sôi trung bình theo các đường cong này được gọi là nhiệt

độ sôi trung bình thể tích (tv) Nếu đường cong tính theo % khối lượng hay %mol thì ta sẽ tính nhiệt độ sôi trung bình theo % khối lượng hay nhiệt độ sôitrung bình theo % mol Khi đó điểm t50% vẫn là điểm trung bình của hỗn hợpnhưng tất nhiên sẽ có sự sai lệch giữa các phần tính như trên Vì vậy khi tính

6 , 15 6 , 15

d

m ∗Τ

=Κ

( )C t

%50

%

=Τ

cần phải hiệu chỉnh cho phù hợp Tuy nhiên tất cả các loại nhiệt độ sôi trungbình đều không đặc trưng khái quát được cho hỗn hợp hydrocacbon nênkhông được dùng như đại lượng cơ sở Do đó người ta đề nghị thêm một loạinhiệt độ sôi trung bình khác được đặc trưng hơn cho tính hỗn hợp nhiều cấu

tử, đó là nhiệt độ sôi trung bình hỗn hợp Độ sai lệch giữa bốn loại nhiệt độsôi cần phải hiệu chỉnh Biểu đồ mô tả số liệu hiệu chỉnh này cùng với biểu đồdùng để xác định các đại lượng vật lý liên quan với nhau được chú thích ởphần phụ lục

6 Đường cong điểm sôi thực (ĐST)

Để xác định thành phần phân đoạn của dầu mỏ, thường tiến hành chưngcất trong bộ chưng cất tiêu chuẩn với các điều kiện qui định rõ ràng Qỳatrỡnh chưng cất này cho độ phân chia cao Sau đó dùng đồ thị quan hệ nhiệt

độ sôi - phần trăm sản phẩm chưng cất so với dầu thô (% thể tích hoặc trọnglượng) Đồ thị này gọi là đường cong điểm sôi thực ( ĐST )

Từ kết quả thu được xác định điểm sôi thực, có thể xác định thành phầncác phân đoạn của dầu mỏ có nhiệt độ sôi đến 200o, 300o 485 oC

Nhiệt độ o C

Đường cong chưng cất ĐST của dầu thô Bạch Hổ và Đại Hùng ( ) DT Bạch Hổ - ( )DT Đại Hùng

Nói chung đường cong ĐST là một đường cong quan trọng nhất của dầu

mỏ Nó cho phép đánh giá được thành phần của các phân đoạn có nhiệt độ sôikhác nhau, ngoài ra cũn giỳp cho việc xác định phương án chế biến để đạt yêucầu về chất lượng và số lượng các phân đoạn mong muốn

7 Nhiệt độ đông đặc, điểm vẩn đục và điểm kết tinh

Nhiệt độ đông đặc là nhiệt độ mà khi đú cỏc phân đoạn dầu mỏ trong điềukiện thử nghiệm qui định mất hẳn tính linh động và vì vậy nhiệt độ đông đặc

là đại lượng dùng để đặc trưng cho tính linh động của phân đoạn ở các nhiệt

độ thấp

Hiện tượng mất tính linh động này có thể vì nhiệt độ hạ thấp, độ nhít củaphân đoạn dầu mỏ tăng theo và đặc lại dưới dạng các chất thự hình, đồng thờicòn có thể do tạo ra nhiều tinh thể parafin rắn, các tinh thể này hình thànhdưới dạng lưới (khung tinh thể) và những phần còn lại của phân đoạn khôngkết tinh chui vào trong các khung tinh thể đó, nên làm cả hệ bị đông đặc lại.Hình dạng các tinh thể tách ra phụ thuộc vào thành phần hoá học củahydrocacbon, còn tốc độ phát triển các tinh thể này phụ thuộc vào độ nhít củamôi trường, vào hàm lượng và độ hoà tan của parafin ở nhiệt độ đó, cũng nhưvào tốc độ làm lạnh của nó Một số chất như nhựa lại dễ bị hấp thụ trên bềmặt tinh thể này phát triển, vì vậy phân đoạn dầu mỏ được làm sạch bởi cácchất này, nhiệt độ đông đặc lại cao lên Như vậy nhiệt độ đông đặc phụ thuộcvào thành phần hoá học của phân đoạn và chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượngcác parafin rắn trong đó Sự phụ thuộc nhiệt độ đông đặc vào hàm lượngparafin được biểu diễn qua biểu thức sau:

To

đđ =K1 +K2lgCTrong đó: C: hàm lượng parafin rắn có trong phân đoạn (% trọng lượng)

K1, K2: hằng số, đặc trưng cho từng loại dầu nhờn

To

đđ: nhiệt độ đông đặc của phân đoạn dầu nhờn (oC)

Trong trường hợp hàm lượng parafin nhỏ, sự đông đặc là do khi giảmnhiệt độ, độ nhít tăng mạnh làm cho cả khối nhiên liệu đông đặc lại.

Những đặc tính này phụ thuộc rất nhiều yếu tè như: tỷ lệ, cấu tạo cácHydrocacbon trong sản phẩm dầu mỏ, kiểu làm lạnh, độ nhít, lượng các chấtnhựa và asphaten, hàm lượng nước

CHƯƠNG II SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT

Dầu mỏ, khi muốn chế biến thành các sản phẩm phải được tiến hành chianhỏ thành từng phân đoạn hẹp với các khoảng nhiệt độ sôi nhất định Nhữngphân đoạn này nói chung tương ứng với các sản phẩm cuối cùng của quá trìnhchế biến, nờn chỳng được mang tờn cỏc sản phẩm đó Thông thường, dầu mỏđược chia thành các phân đoạn chính sau đây:

- Phân đoạn xăng, với khoảng nhiệt độ sôi dưới 180oC

- Phân đoạn kerosen, với khoảng nhiệt độ sôi từ 180 250 oC

- Phân đoạn gasoil, với khoảng nhiệt độ sôi từ 250 350 oC

- Phân đoạn dầu nhờn (hay còn gọi là phân đoạn gasoil nặng), với khoảngnhiệt độ sôi từ 350 - 500oC

- Phân đoạn cặn gudron có nhiệt độ sụi trờn 500oC

Trong các phân đoạn trên đây, sự phân bố các hợp chất hydrocacbon vàkhông hydrocacbon của dầu mỏ nói chung không đồng nhất chúng thay đổirất nhiều khi đi từ phân đoạn nhẹ sang phân đoạn nặng hơn Vì vậy tính chấtcủa từng phân đoạn đều khác nhau Hơn nữa, các loại dầu mỏ ban đầu đều cótính chất và sự phân bố các hợp chất hữu cơ trong đó cũng khác nhau, cho nêntính chất của từng phân đoạn dầu mỏ còn phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính hoáhọc của loaị dầu ban đầu

I Sản phẩm khí Hydrocacbon

Khí thu được trong quá trình chưng cất dầu bao gồm các hydrocacbon

C1-C4 và một lượng Ýt C5-C6 , hydrocacbon thu được chủ yếu là C3 và C4.Đây là nguồn nguyên liệu quớ cho quá trình tổng hợp hoá dầu cũng như sửdụng dân dụng bằng cách hoá lỏng (LPG) Từ C3 có thể chế tạo dung môi, C4

dùng để sản xuất dung môi, sản xuất cao su, dùng trong cracking hơi, sản xuấtphụ gia MTBE chống kích nổ cho xăng.

II Phân đoạn xăng

1 Thành phần hoá học

Với khoảng nhiệt độ sôi < 180oC, phân đoạn xăng sẽ bao gồm cácHydrocacbon từ C5-C10, C11 Cả 3 loại hydrocacbon: parafinic, naphtenic, vàhydrocacbon thơm đều có mặt trong phân đoạn xăng Hầu như tất cả các chấtđại diện và một số đồng phân của các parafin, cycloparafin (cyclopentan vàcyclohexan) và hydrocacbon thơm có nhiệt độ sôi đến 180oC đều tìm thấytrong phân đoạn này Tuy nhiên thành phần cũng như số lượng của cáchydrocacbon trên thay đổi rất nhiều theo từng loại dầu Đối với dầu họparafinic, phân đoạn xăng chứa rất nhiều hydrocacbon parafinic, trong đó cácparafin mạch thẳng thường chiếm tỷ lệ cao hơn các parafin mạch nhỏnh Cỏcparafin mạch nhánh lại thường có cấu trúc mạch chính dài, nhánh phụ rấtngắn (chủ yếu là nhóm metyl) và số lượng nhánh rất Ýt (chủ yếu là mộtnhỏnh, cũn 2, 3 nhỏnh thỡ Ýt hơn, 4 nhỏnh thỡ rất Ýt hoặc không có)

Đối với dầu họ naphtenic, phân đoạn xăng lại chứa nhiều hydrocacbonnaphtenic, nhưng thường những chất đứng vào đầu dãy đồng phân (nhưcyclopentan, cyclohexan) lại thường có số lượng Ýt hơn các đồng phân củachúng Những đồng phân này có đặc tính là có nhiều nhánh phụ, nhánh nàythường là ngắn (như metyl) chiếm phần lớn

Các hydrocacbon thơm có trong phân đoạn xăng thường không nhiều nhưquy luật phân bố giữa benzen và các đồng phân của nó thì cũng tương tù nhưnaphten Quy luật chung về sự phân bố hydrocacbon các loại kể trên trongphân đoạn xăng thường gặp ở loại dầu có tuổi địa chất khác nhau

Mét quy luật khá phổ biến về sự phân bố hydrocacbon trong phân đoạnxăng là ở nhiệt độ sôi càng thấp, hàm lượng hydrocacbon parafinic bao giêcũng rất lớn, và ở nhiệt độ sôi càng cao thì hydrocacbon loại này sẽ giảm dầnnhường chỗ cho hydrocacbon naphten và thơm

Ngoài hydrocacbon trong số các hợp chất thuộc họ phi hydrocacbon nằmtrong phân đoạn xăng thường cú cỏc hợp chất của lưu huỳnh, nitơ và oxy Cácchất nhựa và asphanten không có trong phân đoạn này.

Trong số các hợp chất lưu huỳnh của dầu mỏ đã khảo sát phần trước thì lưuhuỳnh mercaptan là dạng chủ yếu của phân đoạn xăng những dạng khác cũng

có nhưng Ýt hơn, các hợp chất của nitơ trong phân đoạn xăng rất Ýt, thườngdưới dạng vết, thường chỉ có các hợp chất chứa một nguyên tử nitơ mang tínhbazơ như pyridin Những hợp chất của oxi trong phân đoạn xăng cũng rất Ýt,dạng thường gặp là ở một số axit béo và đồng đẳng của phenol

2 Ứng dông

Phân đoạn xăng được sử dụng 3 mục đích sau:

- Sản xuất nhiên liệu dùng cho động cơ xăng

- Sản xuất nguyên liệu cho công nghiệp hoá dầu

- Sản xuất dung môi trong công nghiệp sơn, cao su, keo dán, ngoài ra được

sử dụng để trích ly chất béo, trong công nghiệp hương liệu, dược liệu.Trong phân đoạn xăng có nhiệt độ sôi từ 30-35oC tới nhiệt độ 180oC; đượctinh cất tiếp để nhận các phân đoạn hẹp như 30-62oC ; 62-85oC ; 85-105oC ;105-140oC hay phân đoạn rộng như 85-140oC dùng làm nguyên liệu cho quátrình izome hoá, reforming xúc tác với mục đích nhận xăng hay nhậnhydrocacbon thơm loại benzen (B), tuluen (T), xylen (X), hoặc làm nguyênliệu cho cracking nhằm sản xuất các olefin thấp như etylen, propylen, butylen,butadien Ngoài ra phân đoạn xăng còn được làm dung môi như dung môiparafinic (etepetrol) cho công nghiệp trích ly tinh dầu, pha chế mỹ phẩm

III Phân đoạn kerosen

Phân đoạn này còn gọi là dầu lửa, có nhiệt độ sôi từ 180-250oC, bao gồmcác hydrocacbon có số cacbon C11-C15, C16

1 Thành phần hoá học

Trong phân đoạn kerosen, hầu hết là các naphten-parafin, rất Ýt iso-parafin.Các hydrocacbon naphten và thơm ngoài loại có cấu trúc 1 vòng và nhiều

nhánh phụ, còn có mặt các hợp chất 2 hoặc 3 vòng đặc biệt là loại naphten vàthơm 2 vòng chiếm phần lớn Trong kerosen bắt đầu có mặt các hợp chấthydrocacbon có cấu trúc hỗn hợp giữa vòng thơm và vòng naphten nhưtetralin và đồng đẳng của chúng Các hợp chất chứa S, N, O tăng dần Lưuhuỳnh dạng mercaptan giảm dần, xuất hiện S dạng sulphua Các hợp chất Nvới hàm lượng nhỏ, dạng quinolin, pyrol, indol.

2 Ứng dông

Phân đoạn này được sử dụng cho 2 mục đích:

- Làm nhiên liệu phản lực (ứng dụng chính)

- Dầu hoả dân dụng

Nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực được chế tạo từ phân đoạn kerosenhoặc từ hỗn hợp phân đoạn kerosen với phân đoạn xăng Do đặc điểm cơ bảnchất của nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực là làm sao có tốc độ cháy lớn,

dễ dàng tự bốc cháy ở bất kỳ nhiệt độ và áp suất nào, cháy điều hoà và không

bị tắt trong dòng không khí có tốc độ xoáy lớn, nghĩa là quá trình cháy phải

có ngọn lửa ổn định Để đáp ứng yêu cầu trên, người ta thấy trong thành phầncác hydrocacbon của phân đoạn kerosen thỡ cỏc hydro naphten và parafinthích hợp nhất với những đặc điểm của quá trình cháy trong động cơ phảnlực Vì vậy phân đoạn kerosen và phân đoạn xăng của dầu mỏ họ naphten-paraffin hoặc parafino-naphten là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất nhiên liệucho động cơ phản lực Trong khi đó sự có mặt của hydrocacbon thơm khôngthuận tiện cho quá trình cháy, do đó nếu hàm lượng của chúng qỳa lớn, cầnphải loại bớt chúng ra để giữa trong giới hạn 20-25%

Chó ý hàm lượng của hydrocacbon paraffin trong nhiên liệu phản lựctrong khoảng 30-60%, nếu cao hơn cần phải tiến hành loại bỏ nhằm đảm bảotính linh động tốt của nhiên liệu ở nhiệt độ thấp

Phân đoạn kerosene của họ dầu mỏ paraffin còn được dùng để sản xuấtdầu hoả dân dụng (thắp sáng hoặc đun nấu) mà không đòi hỏi một quá trìnhbiến đổi thành phần bằng các phương pháp hóa học phức tạp vỡ nú đáp ứngđược yêu cầu của dầu hoả là ngọn lửa cháy xanh, không có màu vàng đỏ,

không tạo nhiều khói đen, không tạo nhiều tàn đọng ở đầu bấc và dầu phải dễdàng bốc hơi theo lên phía trên để cháy.

IV Phân đoạn Diezel

Hàm lượng các chất S, N, O tăng nhanh Lưu huỳnh chủ yếu ở dạngdisunfua, dị vũng Cỏc hợp chất chứa oxy (ở dạng axit naphtenic) nhiều vàđạt cực đại ở phân đoạn này Ngoài ra cũn cú cỏc dạng phenol nhưdimetylphenol Trong gasoil đã xuất hiện nhựa song còn Ýt, trọng lượng phân

tử của nhựa còn thấp (300-400 đvc)

2 Ứng dông

Phân đoạn gasoil nhẹ của dầu mỏ chủ yếu được sử dụng làm nhiên liệucho động diesel Do động cơ diesel đòi hỏi nhiên liệu phải có trị số xetan cao(có tính chất rất dễ oxy hoá để tự bốc cháy tốt) do phân đoạn gasoil (của dầu

mỏ họ paraffin) lấy trực tiếp từ quá trình chưng cất sơ khởi thường có trị sốxetan rất cao Vì vậy chúng thường được sử dụng trực tiếp làm nhiên liệudiesel thích hợp nhất mà không phải qua một quá trình biến đổi hoá học nào.Tuy nhiên cần làm tăng trị số xetan của nhiên liệu diesel, người ta cũng có thểcho thêm vào một số chất phụ gia thúc đẩy quá trình oxy hoá Với số lượngkhoảng 1,5% ta có thể tăng chỉ số xetan lên đến 15-20 đơn vị so với trị số banđầu của nó là 40 đơn vị

V Phân đoạn dầu nhờn (Gasoil chân không)