TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP HỮU CƠ HÓA DẦU TIỂU LUẬN CUỐI KỲ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BỂ CHỨA DẦU GỐC 1000m3 BẰNG PHẦN MỀM TANK Giảng viên hướng dẫn PGS TS N[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN CƠNG NGHỆ TỔNG HỢP HỮU CƠ HÓA DẦU TIỂU LUẬN CUỐI KỲ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỂ CHỨA DẦU GỐC 1000m3 BẰNG PHẦN MỀM TANK Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Anh Vũ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thanh Huyền Nguyễn Tuấn Linh Đặng Hồng Nhị Phan Thị Huyền Trang Hà Nội, 7/2020 20180769 20180810 20180886 20180984 MỤC LỤC 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Mục đích dầu gốc: 1.3 Thành phần hóa học dầu gốc: .5 1.3.1 Các Hydrocacbon Naphten Parafin: 1.3.2 Nhóm hydrocacbon thơm hydrocacbon naphten –thơm: 1.3.3 Hydrocacbon rắn: 1.4 Phân loại dầu gốc: 1.4.1 Phân loại theo độ nhớt: 1.4.2 Phân loại theo số độ nhớt (VI): 1.4.3 Phân loại theo nhóm: 1.5 Một số dầu gốc có thị trường CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỒN CHỨA DẦU KHÍ 13 2.1 Giới thiệu .13 2.2 Phân loại bồn chứa dầu khí 13 2.2.1 Phân loại theo chiều cao xây dựng .13 2.2.2 Phân loại theo hình dạng bể 14 2.2.3 Phân loại theo mái bể 15 2.2.4 Phân loại theo áp lực dư (do chất lỏng bay hơi) 15 2.3 Một số dạng bể chứa phổ biến 15 2.3.1 Bể chứa trụ đứng 16 2.3.2 Bể chứa cầu 19 2.3.3 Bể chứa hình giọt nước .20 2.3.4 Bể chứa trụ đứng mái dome 20 Hình 11 Cấu tạo bể trụ đứng mái dome 21 Hình 12 Mái dome 21 Hình 13 Bể chứa trụ đứng mái dome 22 2.4 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động nói chung bể chứa 23 2.4.1 Thân thiết bị 23 2.4.2 Đáy nắp bồn chứa 24 2.4.3 Các thiết bị phụ trợ 24 2.5 Các công tác kiểm tra trước đưa vào vận hành 25 2.5.1 Kiểm tra độ kín .26 2.5.2 Thử độ bền bể 27 2.5.3 Thử độ lún bể .27 2.5.4 Bảo quản bể chứa 28 2.5.5 Sự thất thoát thành phần nhẹ biện pháp hạn chế 29 2.5.6 Giảm thiểu bay 30 2.5.7 Thu hồi lại thành phần nhẹ 30 2.6 Thiết kế bồn chứa 31 2.7 Xác định tác động bên 32 PHẦN THIẾT KẾ BỂ CHỨA 35 3.1 Lựa chọn kích thước tối ưu bể chứa 35 3.2 Tính tốn sơ chiều dày thân bể .36 3.3 Tính tốn sơ phần đáy 38 3.3.1 Cấu tạo đáy bể 38 3.3.2 Tính tốn chiều dày đáy bể .39 3.4 Tính toán sơ phần mái 39 3.5 Làm phần mềm Intergraph Tank 40 3.5.1 Nhập số liệu general tank data 40 3.5.2 Nhập chiều dày từng tầng 41 3.5.3.Nhập số liệu mái 42 3.5.4 Nhập số liệu ống thứ 42 3.5.5 Nhập số liệu ống thứ 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHẦN GIỚI THIỆU VỀ DẦU GỐC 1.1 Giới thiệu chung Dầu gốc gọi dầu nhờn gốc, chưng cất từ sản phẩm phân đoạn mazut (dầu FO) trình chưng cất sơ khởi dầu mỏ Phân đoạn mazut phân đoạn cặn chưng cất khí quyển, dùng làm nguyên liệu đốt cho lị cơng nghiệp hay sử dụng làm ngun liệu cho q trình chân khơng Nhà bác học Nga tiếng D.l.Mendeleep người đặt vần đề dùng mazut để sản xuất dầu gốc, năm 1867 người ta bắt đầu chế biến dầu mỏ thành dầu gốc Khơng giống sản phẩm hóa chất hóa dầu khác, khơng có tiêu chuẩn cơng nghiệp cho dầu gốc Trong lĩnh vực sử dụng dầu động cơ, số độ nhớt, điểm đông đặc, độ ổn định ơxy hóa thành phần bay tiêu quan trọng, có tính chất quan trọng khác cho dầu gốc sử dụng ứng dụng bôi trơn công nghiệp Hiệp hội dầu khí Mỹ (API – American Petroleum Institute) phân chia nhóm dầu gốc sau: - Nhóm I: Hàm lượng hydrocarbon no < 90%, sulfur > 0,03%; Chỉ số độ nhớt theo Hiệp hội kỹ sư ô tô SAE (Society of Automotive Engineers) khoảng 80 – 120 Nhóm I đươc tinh chế phương pháp lọc/chiết tách, q trình cơng nghệ đơn giản Do vậy, dầu nhóm I có giá thấp - Nhóm II: Hàm lượng hydrocarbon no > 90%, lưu huỳnh < 0,03% số độ nhớt nằm khoảng 80 – 120 Dầu nhóm II sản xuất cơng nghệ hydrocracking, cơng nghệ phức tạp so với nhóm I Do phân tử hydrocacbon “no” hóa nên dầu nhóm II có tính chống oxi hóa tốt Dầu nhóm II có màu sáng giá thành cao nhóm I Ngày dầu nhóm II nhóm dầu thường thị trường giá thành gần với giá nhóm I - Nhóm III: Hàm lượng hydrocarbon no > 90%, lưu huỳnh < 0,03% số độ nhớt 120 Dầu nhóm III lọc tốt sản xuất công nghệ hydrocracking sâu (nhiệt lượng áp xuất cao hơn) Nhờ dầu nhóm III tinh khiết Mặc dù sản xuất từ dầu thơ, nhóm III đơi tính vào nhóm dầu tổng hợp Giống dầu nhóm II, dầu nhóm III ngày trở nên thơng dụng - Nhóm IV: Các Polyalphaolefins (PAOs) Dầu tổng hợp sản xuất cơng nghệ tổng hợp “synthesizing” Dầu PAO có giải nhiệt độ làm việc rộng, lựa chọn tuyệt vời nhiệt độ môi trường làm việc thấp cho ứng dụng nhiệt cao - Nhóm V: Nhóm V nhóm dầu khác nhóm I, II, III IV bao gồm silicone, phosphate ester, polyalkylene glycol (PAG), polyolester, biolubes,…Dầu nhóm V đơi pha trộn với dầu khác để cải thiện tính chất dầu Ví dụ dầu máy nén PAO pha trộn với polyester Bên cạnh đó, cơng nghiệp dầu nhớt người ta bổ sung thêm nhóm cơng nghệ bao gồm: - Group I+ có Chỉ số độ nhớt từ 103 – 108 - Group II+ có Chỉ số độ nhớt từ 113 – 119 - Group III+ có Chỉ số độ nhớt > 140 1.2 Mục đích dầu gốc: Mục đích sử dụng dầu gốc sản xuất dầu bôi trơn chủ yếu để sản xuất dầu bơi trơn, có hàng ngàn loại dầu bôi trơn khác Phổ biến dầu động cơ, có nhiều áp dụng dầu bơi trơn cơng nghiệp, có số dầu bơi trơn chun dụng Một lít dầu bơi trơn gồm từ 30 – 50 % dầu gốc, phần lại phụ gia 1.3 Thành phần hóa học dầu gốc: Dầu gốc sử dụng pha chế dầu bôi trơn thích hợp chủ yếu thu từ q trình chưng cất chân không sản phẩm đáy tháp chưng cất khí Dầu gốc thường chứa loại hydrocacbon sau đây: Parafin mạch thẳng mạch nhánh Hydrocacbon no đơn đa vịng (naphten) có cấu trúc vịng xyclohexan gắn với mạch nhánh parafin Hydrocacbon thơm đơn vòng đa vòng chủ yếu chứa mạch nhánh ankyl Các hợp chất chứa vòng naphten, vòng thơm mạch nhánh ankyl phân tử Các hợp chất hữu có chứa dị nguyên tố, chủ yếu hợp chất chứa lưu huỳnh, oxi nitơ Để đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng dầu gốc, dầu gốc cần chế biến sâu thu từ phân đoạn tháp chưng cất chân khơng q trình: chiết, tách, hydrotreating nhằm loại bỏ cấu tử không mong muốn khỏi dầu gốc Việc lựa chọn dầu gốc để pha chế dầu bôi trơn phụ thuộc vào độ nhớt, mức độ tinh chế, độ ổn định nhiệt khả tương hợp với chất khác (chất phụ gia) vật liệu mà dầu bơi trơn tiếp xúc q trình sử dụng 1.3.1 Các Hydrocacbon Naphten Parafin: Các hydrocacbon gọi chung nhóm hydrocacbon naphten-Parafin thành phần chủ yếu có dầu gốc Hàm lượng nhóm tùy thuộc vào chất dầu mỏ khoảng nhiệt độ sôi mà chúng chiếm từ 41%- 68% thành phần hóa học dầu nhờ gốc Các hợp chất n-parafin thường có khoảng 20 cacbon, hợp chất n-parafin có phân tử lượng lớn thường Parafin rắn (gọi sáp), nên hàm lượng chúng dầu bôi trơn phải giảm tới mức tối thiểu, đặc biệt dầu bôi trơn sử dụng nhiệt độ thấp Trong đó, parafin mạch nhánh lại thành phần tốt cho dầu bôi trơn chúng có độ ổn định nhiệt tính nhiệt nhớt tốt Mạch nhánh dài đặc tính thể rõ ràng parafin mạch nhánh Từ bảng (1) ta thấy mạch dài, nhánh phụ vị trí đầu mạch có nhánh chúng có trị số nhớt đặc biệt cao cấu tử thích hợp cho dầu nhờn gốc có chất lượng cao Thành phần hydrocacbon napten nhóm hydrocacbon napten-parafin có cấu trúc chủ yếu hợp chất vịng naphten, có kết hợp nhánh alkyl iso alkyl vá có nguyên tử cacbon phân tử từ 20 – 40, có lên đến 60, số vịng từ đến vịng (cũng có loại dầu phát có số vịng đến 9) Cấu trúc dạng: cấu trúc khơng ngưng tụ (phân tử chứa từ đến vịng )và cấu trúc ngưng tụ (phân tử 2-4 vòng ngưng tụ) Cấu trúc nhánh vòng napten đa dạng, chúng khác số nhánh, chiều dài mạch,mức độ phân nhánh mạch vị trí phân nhánh mạch vùng 1.3.2 Nhóm hydrocacbon thơm hydrocacbon naphten –thơm: Thành phần cấu trúc nhóm có ý nghĩa quan trọng dầu nhờn gốc Một loạt tính chất sử dụng dầu nhờn tính ổn định chống oxy hóa, tính bền nhiệt, tính chống mài mịn, độ hấp thụ phụ gia phụ thuộc chủ yếu vào tính chất hàm lượng nhóm hydrocacbon Các hydrocacbon thơm loại có 1, 2, vịng thơm, cịn loại có vịng thơm trở lên Ngồi khác số vòng thơm hydrocacbon thơm khac số nguyên tử cacbon, mạch nhánh vị trí nhánh Trong nhóm này, người ta cịn phát thấy có mặt vịng thơm ngưng tụ đa vòng Một phần chúng có mặt nguồn dầu nguyên liệu ban đầu có tỉ lệ thay dổi theo nguồn gốc dầu mỏ, phần khác chùng hình thành trình chưng cất phàn ứng trùng ngưng, trùng hợp tác dụng nhiệt độ Tuy nhiên đại phận hợp chất dầu nhờn loại lai hợp, lai hợp naphten hydrocacbon thơm hay prafin Nhìn chung hydrocacbon naphten hay hydrocacbon thơm vòng vòng với mạch nhánh parafin dài có nhiệt độ sơi độ nhớt chúng xấp sỉ Khi tăng chiều dài mạch nhánh độ nhớt tăng lên rõ rệt số độ nhớt tốt, đặc biệt nhánh ankyl lại phân nhánh Còn naphten hydrocacbon cacbon nhiều vòng dạng lai hợp naphten – hydrocacbon thơm thường có độ nhớt cao song số độ nhớt lại thấp Như hợp chất cấu tử cần thiết cho dầu gốc để chế tạo dầu bơi trơn có chất lượng tốt, mặc khác trình làm việc hợp chất có xu hướng tạo nhựa mạnh làm giảm nhanh chóng tính sử dụng dầu nhờn Tóm lại hợp chất hydrocacbon có cấu trúc gốm naphten hay hydrocacbon thơm vịng có nhánh iso-Parafin dài, hợp chất iso-parafin cấu tử tốt cho dầu nhờn chúng khơng có độ nhớt đảm bảo mà chúng cịn có số độ nhớt cao làm cho dầu nhờn có chất lượng tốt 1.3.3 Hydrocacbon rắn: Ngồi hydrocacbon cịn có nhóm hydrocacbon rắn gồm dãy paraffin có cấu trúc phân tử khác nhau, hydrocacbon napten chừa từ đến vòng phân tử có mạch nhánh dài có cấu trúc dạng thẳng iso, hydrocacbon thơm có số vòng số mạch nhánh khác Các hydrocacbon tách trình sản xuất dầu nhờn gốc hàm lượng chùng dầu nhờn Có hai loại hydrocacbon rắn: Parafin hỗn hợp chủ yếu cùa phân tử n-alkan với khối lượng cao (lớn 20 cacbon) Xerexin hỗn hợp chủ yếu hydrocacbon naphten rắn có mạch nhánh dạng thẳng dạng iso, iso chủ yếu Các thành phần khác: Ngồi cịn có thành phần là: nhựa, asphanten, hợp chất phi hydrocacbon 1.4 Phân loại dầu gốc: Phân loại theo thành phần: Căn vô thành phần loại Hydrocacbon no chiếm ưu dầu gốc mà phân dầu gốc thành loại như: dầu khoáng farafin, dầu gốc khoáng naphten, dầu gốc khoáng aromatic 1.4.1 Phân loại theo độ nhớt: Phần chưng cất sử dụng làm nguyên liệu cho trình sản xuất dầu gốc thường nằm khoảng 11 đến 150 cSt 40 oC Độ nhớt phân đoạn cặn khoảng 140 đến 1200 cSt Dầu gốc khống có cách gọi tên tạo khác biệt phân đoạn đầu chưng cất với dầu cặn theo độ nhớt: - Các phân đoạn dầu gốc trung tính SN (Sovent Neutral) phân loại theo độ nhớt Saybolt (SUS) 100oF: SN 70, SN 150, SN 500… Chẳng hạn, dầu gốc SN 150 phân đoạn dầu chưng cất có độ nhớt 150 SUS 100oF (29 cSt 40oC) - Các phân đoạn cặn BS (Bright Stock) phân loại theo độ nhớt Saybolt 2100F: BS 150, BS 250… Chẳng hạn, dầu BS 150 phân đoạn dầu cặn có độ nhớt 150 SUS 2100F (30,6 cSt 10oC) 1.4.2 Phân loại theo số độ nhớt (VI): - Dầu có số độ nhớt cao (HVI): VI > 85, sản xuất từ dầu gốc parafin qua công đoạn tách chiết dung môi tách sáp - Dầu có số độ nhớt trung bình (MVI): 30 < VI < 85, sản suất từ hai phần cất naphten parafin - Dầu có số độ nhớt thấp (LVI): VI < 30, sản suất từ phân đoạn dầu gốc naphten dùng số độ nhớt độ oxy hóa khơng cần thiết trọng Cơng nghệ hydrocracking tạo dầu gốc có số độ nhớt cao 140, loại dầu có số độ nhớt cao (VHVI) siêu cao (SHVI) hay gọi dầu gốc bán tổng hợp Dầu gốc bán tổng hợp dạng trung gian giữ dầu gốc khoáng tiêu biểu hydrocacbon tổng hợp, chúng tạo dầu gốc có tính chất tốt 1.4.3 Phân loại theo nhóm: Ngồi hệ thống phân loại biết, người ta phân loại dầu gốc theo nhóm dựa vô tiêu hàm lượng lưu huỳnh (S) số độ nhớt theo tiêu chuẩn API 1.5 Một số dầu gốc có thị trường - Dầu gốc 150N nhóm II: Dầu gốc Nhóm II ( Dầu gốc 150N ) có đặc tính chống oxy hóa tốt hơn, màu hơn, số cao dầu gốc nhóm giá cao Vì tất phân tử hydrocacbon trạng thái bão hịa Dầu có màu sáng, Độ nhớt động học 40oC, cSt: 29.1 - Độ nhớt động học 100oC, cSt: 5,0 - 5,5 - Chỉ số độ nhớt: 100 – 119 Được dùng làm nguyên liệu sản xuất loại dầu như: Dầu đa dụng - Dầu khuôn - Dầu thủy lực - Dầu truyền động - Dầu bánh - Dầu biến - Dầu SN150 nhóm II: Dầu có màu vàng nhạt - Độ nhớt động học 40oC , cSt: 28,94 - Độ nhớt động học 100oC, cSt: 5,058 - Chỉ số độ nhớt: 96 Dầu dùng làm nguyên lệu sản xuất loại dầu như: Dầu đa dụng, Dầu khuôn, Dầu thủy lực, Dầu truyền động, Dầu bánh răng, Dầu biến thế… - Dầu gốc SN500 nhóm I: 10 ... hồi lại thành phần nhẹ 30 2.6 Thiết kế bồn chứa 31 2.7 Xác định tác động bên 32 PHẦN THIẾT KẾ BỂ CHỨA 35 3.1 Lựa chọn kích thước tối ưu bể chứa 35... trơn cơng nghiệp, có số dầu bơi trơn chun dụng Một lít dầu bơi trơn gồm từ 30 – 50 % dầu gốc, phần cịn lại phụ gia 1.3 Thành phần hóa học dầu gốc: Dầu gốc sử dụng pha chế dầu bơi trơn thích hợp... Chỉ số độ nhớt: 96 Dầu dùng làm nguyên lệu sản xuất loại dầu như: Dầu đa dụng, Dầu khuôn, Dầu thủy lực, Dầu truyền động, Dầu bánh răng, Dầu biến thế… - Dầu gốc SN500 nhóm I: 10 Dầu có màu vàng nâu