Chung cat dau mazut

Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Phần I: mở đầu Dầu mỏ đợc ngời biết đến sử dụng vào kỷ 18 với mục đích thắp sáng Năm 1853 Mỹ xuất giếng khoan dầu bớc chuyển lên ngành khai thác chế biến dầu mỏ Đến năm 1992, giới đà có tới 100 loại dầu mỏ khác thuộc sở hữu 48 qc gia ®ã cã ViƯt Nam Qc gia có sản lợng dầu mỏ lớn Arập Xêút chiếm 26% tổng sản lợng dầu mỏ giới Cho ®Õn cha cã sù thèng nhÊt nhng ®a sè d luËn khoa häc cho r»ng: DÇu má có nguồn gốc hữu Tuỳ thuộc vào tuổi dầu, độ sâu tính chất địa lý mà dầu mỏ khác Nhng đặc điểm chung dầu tồn thể lỏng sánh dính Dầu thô có màu tối hay gặp màu nâu đen, có mùi đặc trng khó ngửi Dầu mỏ không tan nớc nhẹ nớc Thành phần dầu mỏ hỗn hợp phức tạp chứa chủ yÕu lµ hydrocacbon (80 – 85% C, 10 – 14% H) Công nghiệp dầu khí ngành công nghiệp có bớc thay đổi phát triển không ngừng, đặc biệt năm cuối kỷ 20 Công nghiệp dầu khí đà trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn, bên cạnh phát triển không ngừng số nguyên liệu ngành công nghiệp hoá dầu, song không nhắc đến nguyên liệu Mazut, nguyên liệu có đặc tính quan trọng để sản xuất dầu nhờn Mazut có tên gọi dầu cặn, đợc sử dụng phổ biến cho ngành tổng hợp hoá dầu ngành công nghiệp khác nguyên liệu Mazut đà góp phần tạo thay đổi lớn cấu phát triển chủng loại chất lợng sản phẩm ngành công nghiệp hoá dầu Ngày nguyên liệu Mazut đợc sử dụng với mục đích chủ yếu giải nhu cầu nguyên liệu cho động nguyên liệu cho công nghiệp Do có nhiều tính u việt sử dụng, mà dạng nguyên liệu cổ truyền đợc, là: Dễ bảo quản vËn chun, dƠ sư dơng ë quy m« c«ng nghiƯp đại, nên nhu cầu sử dụng nguyên liệu Mazut ngày tăng nhanh Cùng với phát triển đất nớc nói chung, nh phát triển không ngừng ngành công nghiệp dầu khí nói riêng, nguyên liệu Mazut đà đợc ứng dụng rộng rÃi nhiều lĩnh vực, công nghiệp sản xuất khác nguyên liệu thiếu của: Lò nung xi măng, gốm, sứ, lò sấy lơng thực, thực phẩm, lò nhà máy điện Vấn đề đợc đặt nay, phải có đầu t để phát triển khoa học kỹ thuật cải tiến dây chuyền công nghệ sản xuất nguyên liệu Mazut, nớc ta Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội nay, phần lớn loại nguyên liệu đốt lò đợc lấy từ dầu mỏ, nguyên liệu lấy đợc chế biến than đá đá dầu Hàng năm nớc ta phải nhập nguyên liệu đợc sản xuất từ dầu thô nớc với giá thành cao có nguyên liệu Mazut Cho nên vấn đề phát triển khoa học kỹ thuật, hoàn thiện dây chuyền công nghệ để sản xuất nguyên liệu Mazut từ nguyên liệu sẵn có nớc cần thiết Không đáp ứng đợc nhu cầu chất lợng số lợng sản phẩm cho ngành công nghiệp mà đem lại lợi nhuận cao trình sản xuất, góp phần đẩy nhanh tăng trởng phát triển kinh tế quốc dân Song để nguyên liệu Mazut thực bớc vào vận hội nghành dầu khí Việt Nam hội nhập với ngành công nghiệp khác khu vực giới, vấn đề nghiên cứu triển khai công nghệ sản xuất Mazut từ nguyên liệu dầu thô sẵn có nớc cần thiết Từ ta tạo dây chuyền công nghệ thiết bị hợp lý sản xuất nguyên liệu Mazut để đáp ứng đ ợc yêu cầu chất lợng sản phẩm nh tiêu kỹ thuật với nguyên liệu sẵn có Việt Nam Nhằm phục vụ nhu cầu lâu dài nớc hớng tới xuất sang nớc khu vực giới Từ góp phần vào công xây dựng công nghiệp hoá - đại hoá cđa ®Êt níc Nh»m ®a nỊn kinh tÕ cịng nh công nghiệp nớc ta tiến lên kỷ nguyên mới, kỷ nguyên hội nhập phát triển Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Phần II: Tổng Quan Chơng I: tính chất nguyên liệu sản phẩm I Tính chất nguyên liệu dầu thô Tính chất lý học dầu thô Dầu thô hỗn hợp chất lỏng có màu nâu sáng màu đen, tồn thiên nhiên, dới dạng lỏng dạng lỏng-khí Nằm lòng đất, đáy biển độ sâu từ vài trăm mét đến hàng nghìn kilômet Khối lợng riêng dầu thô trọng lợng lít dầu tính kg Tỷ trọng dầu khí khối lợng dầu so với khối lợng nớc thể tích nhiệt độ xác định Do tỷ trọng có gía trị khối lợng riêng coi trọng lợng nớc 40C Tỷ trọng dầu mỏ dao động khoảng rộng, phụ thuộc vào loại dầu có tỷ số từ 0,8 - 0.99 Trong thiên nhiên dầu mỏ nằm dạng lỏng nhờn, dễ bắt cháy Khi khai thác nhiệt độ thờng dạng lỏng đông đặc, có màu vàng đến đen Dầu mỏ đơn chất mà hỗn hợp phức tạp nhiều chất (có tới hàng trăm chất) Sự khác số lợng nh hàm lợng hỗn hợp chất có dầu khí dấn đến khác thành phần dầu so với mỏ khác so với kho¸ng ch¸y kh¸c TÝnh chÊt ho¸ häc cđa dầu thô Thành phần hoá học dầu mỏ khí nói chung phức tạp khảo sát thành dầu mỏ khí nhiều mỏ dầu giới, thấy không dầu giống dầu nào, có mỏ dầu khí có nhiêu loại dầu mỏ Ngay thân lố khoan dầu mỏ tầng chứa dầu khác Vì dầu mỏ (và khí) có nét chung thành phần hợp chất loại hydrocacbon (tức loại có C H phân tử ) chiếm phần chđ u, nhiỊu nhÊt cịng cã thĨ chiÕm tíi 97-98%, 50% Phần lại, hợp chất khác nh hợp chất oxy, nito, lu huỳnh, hợp chất cơ-kim, chất nhựa asphanten Ngoài có số hữu nhủ tơng nớc dầu có lẫn vào dầu 2.1 Thành phần nguyên tố dẩu mỏ Tuy dầu có chứa hàng trăm hợp chất khác nhau, nguyên tố chứa dầu khí phần lín lµ cacbon vµ hydro (cacbon chiÕm tíi 82-87%, hydro chiếm 11-14%) Ngoài nguyên tố trên, dầu mỏ có nhiều Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội nhân tố khác nh lu huúnh chiÕm 0,1-7 %; nit¬ chiÕm tõ 0,001-1,8%; oxy chiếm 0,05-1% lợng nhỏ (tính phần triệu) nguyên tố khác nh halogen (clo, iod), kim loại nh niken, valadi, volfram so sánh với khoáng cháy khác nh than đá hàm lợng C H dầu khí cao nhiều Thành phần nguyên tố khoáng chất Nguyên tố C% H% Khoáng cháy Dầu khí 82 - 87 11 - 14 Đá dầu 70 - 76 Than bùn 55 - 60 Than nâu 74 - 75 Than đá 80 - 81 5,5 2.2 Các hợp chất hydrocacbon dầu mỏ Hydrocacbon thành phần quan trọng dầu mỏ Các hydrocacbon có dầu mỏ thờng đợc chia làm loại sau: Các parafin cấu trúc mạch thẳng (n-parafin) Các parafin cấu trúc nhánh (i-parafin) Các parafin cấu trúc vòng (cycloparafin hay naphten) Các hydrocacbon thơm Các hydrocacbon hỗn hợp (hoặc lai hợp) nghĩa phân tử có mặt nhiều loại Số nguyên tử cacbon hydrocacbon dầu thờng từ C5 đến C60 (còn C1 đến C4 nằm khí) tơng ứng với trọng lợng phân tử khoảng 850 -880 Các hydrocacbon n -parafin dầu mỏ loại hydrocacbon có phổ biến Hàm lợng chung n -Parafin dầu mỏ thờng từ 25 -30% thể tích Tuỳ theo dầu mỏ đợc tạo thành vào khoảng thời kỳ địa chất độ sâu nào, mà phân bố n -Parafin dầu khác Các Hyđrocacbon i-Paraphinic dầu mỏ: loại thờng nằm phần nhẹ phần có nhiệt độ sôi trung bình dầu mỏ Các i -parafin dầu mỏ có cấu túc đơn giản, mạch dài, nhành phụ ngắn Các hydrocacbon naphtenic Cycloparafin dầu mỏ Hydrocacbon naphtenic mét sè hydrocacbon phỉ biÕn vµ quan träng cđa dầu mỏ Hàm lợng chúng dầu mỏ thay đổi từ 30 -60% trọng lợng Hydrocacbon Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội naphantenic dầu mỏ thờng gặp dới dạng chính: loại vòng cạnh cạnh loại nhiều vòng ngng tụ qua cầu nối Các hydrocacbon thơm dầu mỏ: loại vòng thơm loại nhiều vòng có cấu trúc ngng tụ qua cầu nối Loại hydrocacbon thơm vòng đồng đẳng loại có phổ biến Các hydrocacbon loại hỗn hợp naphten - thơm: loại cấu trúc vừa có vòng thơm naphten loại phổ biến chiếm đa số phần có nhiệt độ sôi dầu mỏ Các hợp chất không phụ thuộc loại hydrocacbon dầu mỏ hợp chất mà thành phần chúng có chứa O, N, S, tức hợp chất hữu oxy, nitơ, lu huỳnh II Thành phần tính chất mazut Tính chất lý học 1.1 Đặc tính chung mazut Mazut nhiên liệu lỏng thờng gọi dầu FO có nguồn gốc từ dầu mỏ đợc dùng làm nhiên liệu cho nồi nhiên liệu đốt lò lò đốt công nghiệp Trong năm gần công nghiệp chế biến dầu mỏ phát triển mạnh sâu sắc ngời ta thu đợc mazut từ nhiều trình chế biến dầu khác nhau, thành phần tính chất loại mazut khác Nh ta biết khoảng 1/3 trọng lợng dầu thô cặn nặng, phần quan trọng cặn nặng cặn cracking có độ nhớt cao 1.2 Tính chất độ nhớt mazut Độ nhớt tính chất quan trọng nhiên liệu lỏng độ nhớt dầu xác định phơng pháp thời gian công đoạn bơm, rót, vận chuyển dầu Ngoài tốc độ lắng tạp chất học bảo quản dầu bể chứa phụ thuộc nhiều vào độ nhớt dầu Độ nhớt ảnh hởng lớn đến hiệu trình truyền nhiệt đun nóng làm lạnh dầu, ảnh hởng đến khả tách nớc khỏi dầu Đối với mazut sản phẩm dầu mỏ nặng khác độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ theo phơng trình Vante (trang 19) lg (V 10 – + 0,8 ) = A -B lgT Trong đó: A, B: hệ sè T: nhiƯt ®é tut ®èi ( 0K) V: ®é nhớt động ( m2/s) Nếu đặt vế trái y lgT x : Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Phơng trình có dạng: y = ax + b Từ phơng trình ta thấy: tăng nhiệt độ độ nhớt mazut giảm nhanh Trong khoáng áp suất từ đến 20 atm, áp suất ảnh hëng tíi ®é nhít cđa mazut 1.3 MËt ®é cđa mazut Nh ®· biÕt, mazut bao giê cịng chøa lợng nớc định Mật độ dầu xa mật độ nớc việc tách nớc khỏi dầu dễ dàng Mật độ mazut phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức: ut =u20 + (20 t) Trong đó: ut: mật độ tơng đối mazut ë nhiƯt ®é t γ: hƯ sè hiƯu chØnh nhiƯt độ, 1/ 0C, : đợc xác định thực nghiệm tuỳ thuộc vào mật độ loại mazut t: nhiệt độ Mật độ tơng đối mazut thờng thay đổi phạm vi 0.95 - 0,99 dầu nớc tồn dạng nhủ tơng bên nớc dầu Sự bền vững nhủ tơng nớc dầu đợc giải thích độ nhớt mazut, dầu nhớt tồn chất chất ổn định nhủ tơng Chất ổn định trog mazut craccking cao có hợp chất asphanten, mazut chng cất trực tiếp hợp chất nhựa Phơng pháp hiệu nhủ tơng nớc dầu sử dụng chất chống nhủ tơng Các chất làm giảm sức bề mặt bề mặt tiếp xúc dầu nớc, thuận lợi cho việc tách nớc khỏi dầu nh phơng pháp hoá học phơng pháp điện trờng Mật độ độ nhớt mazut xác định hiệu lắng lọc tạp chất học có dầu Khi nâng cao nhiệt độ độ nhớt dầu giảm chênh lệch mật độ qua tạp chất học dầu lớn tạp chất học dễ lắng 1.4 Các hợp chất nhựa asphanten, tạp chất học mazut Chất ổn định dầu cặn cracking thu đợc qúa trình cracking nhiệt nguyên liệu dầu mỏ thành phần quan trọng loại mazut thơng phẩm Cặn cracking chữa hợp chất cao phân tử, chữa cấu tử nguyên liệu ban đầu chữa sản phẩm rắn ngng tụ nh hợp chất asphanten, cacbon cacbonit Cacbonit chứa cặn cracking thờng gọi cốc Hàm lơng cốc tốc độ cốc hoá phụ thuộc vào nguyên liệu dùng cho trình cracking phụ thuộc Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội vào điều kiện cracking Ngời ta nhận thấy mật độ nguyên liệu tăng hàm lợng chất thơm nguyên liệu mà tăng lợng cốc tạo nhiều Trong cặn Cracking chứa lợng hợp chất nhựa asphanten Các hợp chất có thành phần nguyên tố nh sau: C = 84,75%; H = 8,4%; S = 2,5%; O = 4,35% trọng lợng phân tử M = 555, asphanten có mật độ 420 =1,1477; M = 821; C = 85,6%; H = 6,4%; S = 4,32% O =3,68% Asphanten sản phẩm đợc tạo oxy hoá nhựa Trong cặn cracking asphanten tồn trạng thái keo Asphanten dạng bột định hình có màu tối đun nóng đến t >3000C bị phân huỷ để tạo khí cốc nhng không qua giai đoạn nóng chảy nhiệt độ phân (cracking) cốc đợc tạo tới 60% khối lợng asphanten Còn nhiệt phân nhựa lợng cốc tạo từ 20% Trong nguyên liệu cracking, hàm lợng asphanten nhựa lớn lợng cacbonit tạo nhiều Cacbon sản phẩm rắn ngng tụ có cặn cracking, thành phần nguyên tố cacbon cã mét Ýt oxy BỊ ngoµi cacbonit vµ cacbon cã màu tối asphanten, nhiên độ hoà tan chúng dung môi hữu khác vì: Cacbonit hoàn toàn không hoà tan dung môi Cacbon hoà tan CS2 Còn asphanten hoà tan nhiều dung môi hữu Dới số tính chất lý hoá cặn cracking thu đợc trình cracking nhiệt Cộng Hoà Liên Bang Nga Nguyên liệu cho cracking nguyên liệu mazut chng cất trựuc tiếp có tỷ trọng 0,917 đến 0,958 với nguyên liệu cặn cracking có tính chất hoá lý sau: Tỷ trọng thay đổi từ 1,005 đến 1,058 Độ nhớt biĨu kiÕn ë 50 0C tõ 190 ®Õn 2728 0BY Nhiệt độ chớp cháy cốc hở từ 1850C đến 2430C Nhiết độ đông đặc từ 25 0C đến 34 0C Hàm lợng cacbon từ 0,87% đến 2,33% Hàm lợng asphanten 9,3% đến 16,7% Hàm lợng nhựa từ 4,9% đến 13,3% Độ cốc hoá từ 16,1% đến 25,5% Qua số liệu thấy rằng: cặn cracking nặng làm 1,005 ®Õn 1,058, mazut chng cÊt trùc tiÕp (mazut chng cÊt 0,917 đến 0,958) Do hàm lợng cacbonit + Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội asphanten + nhựa cặn cracking bẩn dẫn đến độ cốc hoá lớn ( từ 16,2 đến 25,5% ) Từ tính chất nên độ nhớt cỈn cracking rÊt lín ( ë 50 0C tõ 190 ®Õn 2728 0BY ) ®ã còng ë 50 0C đối mazut chng cất trực tiếp từ 5,6 dÕn 13,09 0BY Do ®ã nÕu ®em trén mazut chng cất với cặn cracking gọi mazut cracking ngời ta thu đợc mazut thơng phẩm với tiêu tính chất hoá lý khác phù hợp với đối tợng tiêu thụ khác Nh đà nói trên, dầu hạt cacbon asphanten tồn trạng thái keo hạt Lấp phụ hợp chất nhựa lên bề mặt tạo lớp bảo vệ hạt keo ( Nếu lý lớp vỏ bảo vệ bị phá huỷ hạt rắn tự kết hợp với tạo hạt có kích thớc lớn gọi cặn rắn lắng đọng xuống đáy bể chứa) * Một vài tính chất hoá lý cacbonit: Mật độ: 204 = 1,2 - 1,25, nặng nớc nên lắng đọng bảo quản lâu lắng đọng nhanh nung nóng dầu đến nhiệt độ cao Kích thớt hạt: tập hợp hạt có kích thớt khác 60 đến 250 (1 = 10-3 mm) Trong hạt nhỏ 88 chiếm tới 75%, hạt 250 chiếm 0,7% Hàm lợng trơ: thờng từ -7,5 trọng lợng = A Hàm lợng ảm thờng -3,5% = W Hàm lợng chất bốc V= 14 đến 15%, hàm lợng chất bốc cacbonit cao (14 -15%) hàm lợng chất bốc cacbonit cao (14 -15%) nên gọi cacbonit cốc mang tính chất quy ớc, cốc sản xuất từ than có hàm lợng chất cốc nhỏ v