Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật: Tính toánThiết kế hệ thống tháp chưng cất dầu thô 2 tháp đĩa chóp ; có bản vẽ AutoCad tháp chưng cất, bản vẽ chi tiết và bản vẽ Cad bố trí mặt bằng nhà máy, có thiết kế xây dựng hệ thống nhà máy và tính toán kinh tế0
EBOOKBKMT.COM tháp Thiết kế phân xởng chng cất dầu thô loại hai Mở đầu Ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ đợc đời vào năm 1859 từ sản lợng dầu mỏ khai thác ngày đợc phát triển mạnh số lợng nh chất lợng Ngành công nghiệp dầu tăng trởng nhanh đà trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn kỷ 20 Đặc biệt từ sau Đại chiến Thế giới II, công nghiệp dầu khí phát triển mạnh nhằm đáp ứng mục đích là: Cung cấp sản phẩm lợng cho nhu cầu nhiên liệu động cơ, nhiên liệu công nghiệp sản phẩm dầu mỡ bôi trơn Cung cấp hoá chất cho ngành tổng hợp hoá dầu hoá học, tạo thay đổi lớn cấu phát triển chủng loại sản phẩm ngành hoá chất, vật liệu Hoá dầu đà thay dần hoá than vợt lên công nghiệp chế biến than Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh nhờ đặc tính quý riêng nguyên liệu dầu mỏ nguyên liệu từ than khoáng chất khác có, giá thành thấp, thuận tiện cho trình tự động hoá, dễ khống chế điều kiện công nghệ có công suất chế biến lớn, sản phẩm thu đợc có chất lợng cao, tạp chất dễ tinh chế, dễ tạo nhiều chủng loại sản phẩm đáp ứng nhu cầu ngành kinh tế quốc dân Ngày với phát triển tiến khoa học kỹ thuật, dầu mỏ đà trở thành nguyên liệu quan trọng hàng đầu công nghệ hoá học Trên sở nguyên liệu dầu mỏ, ngời ta đà sản xuất đợc hàng nghìn hoá chất khác nhau, làm nhiên liệu cho động cơ, nguyên liệu cho ngành công nghiệp khác Cùng với phát triển mạnh mẽ công nghiệp dầu khí giới, dầu khí Việt Nam đà đợc phát từ năm 1970 đà phát triển Chúng ta đà tìm nhiều mỏ chứa dầu trữ lợng tơng đối lớn nh mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng, mỏ Rồng vùng Nam Côn Sơn; mỏ khí nh Tiền Hải (Thái Bình), Lan Tây, Lan Đỏ Đây nguồn tài nguyên quí để giúp nớc ta bớc vào kỷ nguyên công nghệ dầu khí Nhà máy lọc dầu số Dung Quất với công suất 6,5 triệu tấn/năm hoàn thành tiến hành dự án tiền khả thi nhà máy lọc dầu số Nghi Sơn Thanh Hoá với công suất triệu tấn/năm Nh ngành công nghiệp chế biến dầu khí nớc ta bớc vào thời kỳ mới, thời kỳ mà nớc ta thực mục tiêu công nghiệp hoá đại hoá đất nớc Sinh Viên Lê Việt Hoà Lớp Hoá Dầu QN- K46 EBOOKBKMT.COM tháp Thiết kế phân xởng chng cất dầu thô loại hai Dầu mỏ hỗn hợp phức tạp gồm hydrocacbon, khí hoà tan hợp chất khác nh CO2, N2, H2S, He, Ar Do vậy, muốn sử dụng đợc dầu mỏ phải tiến hành phân chia thành phân đoạn nhỏ Sự phân chia dựa vào phơng pháp chng cất khoảng nhiệt độ sôi khác Quá trình chng cất dầu trình vật lý phân chia dầu thô thành thành phần gọi phân đoạn Quá trình đợc thực biện pháp khác nhằm để tách cấu tử có dầu thô theo khoảng nhiệt độ sôi khác mà không làm phân huỷ chúng Tuỳ theo biện pháp tiến hành chng cất mà ngời ta phân chia trình chng cất thành chng đơn giản, chng phức tạp, chng cất nhờ cấu tử bay hay chng cất chân không Trong nhà máy lọc dầu, phân xởng chng cất dầu thô cho phép ta thu đợc phân đoạn dầu mỏ để chế biến Trong đồ án tiến hành đề cập tới vấn đề lý thuyết có liên quan Trên sở thiết kế dây chuyền chng cất dầu thô Việt Nam mỏ Bạch Hổ-dầu thô thuôc loại nhẹ vừa phải Đồng thời xem xét thiết kế mặt phân xởng vấn đề an toàn lao động Sinh Viên Lê Việt Hoà Lớp Hoá Dầu QN- K46 EBOOKBKMT.COM tháp Thiết kế phân xởng chng cất dầu thô loại hai Phần i tổng quan CHƯƠNG I : NGUYÊN LIệU CủA QUá TRìNH CHƯƠNG CấT Trong thiên nhiên, dầu mỏ nằm dạng chất lỏng nhờn, dễ bắt cháy Khi khai thác, nhiệt độ thờng dạng lỏng đông đặc, có màu từ vàng đến đen; khí hydrocacbon thờng dạng hoà tan dầu (khí đồng hành), hay dạng khí nén ép mỏ khí (khí thiên nhiên) Dầu mỏ đơn chất mà hỗn hợp phức tạp nhiều chất (có tới hàng trăm chất) Mỗi loại dầu mỏ đợc đặc trng thành phần riêng, song chất, chúng có hydrocacbon thành phần chính, chiếm từ 60 đến 90% trọng lợng dầu; lại chất chứa oxy, lu huỳnh, nitơ, phức kim, chất nhựa, asphanten Trong khí chứa khí trơ nh: N2, He, Xe I.1 Thành phần hoá học Các hợp chất có dầu khí chủ yếu hợp chất hữu cơ, hydrocacbon thiên nhiên Bên cạnh hợp chất có hợp chất không thuộc hydrocacbon, phân tử có mặt nguyên tố khác nh S, O, N hay kim loại I.1.1 Hydrocacbon thành phần chủ yếu dầu khí Thành phần dầu khí hợp chất hydrocacbon Trong dầu thô, hợp chất chiếm tới 90% trọng lợng dầu, khí thiên nhiên tới 98% 99% Hầu nh tất loại hợp chất hydrocacbon có mặt dầu, trừ hydrocacbon olefin hầu hết loại dầu thô có hàm lợng nhỏ Số nguyên tử cacbon có mạch cã tõ cho tíi 60 hc cã thĨ cao Chúng đợc chia thành nhóm: nhóm parafin, naphten, aromat, hỗn hợp naphten aromat Bằng phơng pháp hoá lý, ngời ta đà xác định đợc 400 loại hydrocacbon khác I.1.1.1 Hydrocacbon họ Parafinic Hydrocacbon parafinic (còn gọi alcan) loại hydrocacbon phổ biến Có công thức tổng quát CnH2n+2, n số nguyên tử cacbon mạch Trong dầu mỏ, chúng tồn dạng: khí, lỏng, rắn Các Sinh Viên Lê Việt Hoà Lớp Hoá Dầu QN- K46 EBOOKBKMT.COM tháp Thiết kế phân xởng chng cất dầu thô lo¹i hai hydrocacbon khÝ (C1 C4), khÝ n»m má dầu áp suất cao nên chúng hoà tan dầu Các n- parafin mà phân tử chứa từ tới 17 nguyên tử cacbon nằm thể lỏng, parafin chứa từ 18 nguyên tử bon trở lên nằm dạng tinh thể rắn Trong dầu mỏ có hai loại parafin: n-parafin izo-parafin, n-parafin chiÕm ®a sè (25 30% thĨ tÝch), chóng cã số nguyên tử cacbon từ C1 C45 Một điểm cần ý n-parafin có số cacbon 18, nhiệt độ thờng chúng chất rắn Các parafin hoà tan dầu tạo thành tinh thể lơ lửng dầu Khi hàm lợng parafin rắn cao, dầu bị đông đặc lại gây khó khăn cho vấn đề vận chuyển Do vậy, chất parafin rắn có liên quan đến độ linh động dầu mỏ Hàm lợng chúng cao, nhiệt độ đông đặc dầu lớn, dầu không chảy lỏng Khi bơm, vận chuyển đợc loại dầu phải áp dụng biện pháp nh: gia nhiệt đờng ống, cho thêm phụ gia, tách bớt parafin rắn nơi khai thác để hạ điểm đông đặc Các biện pháp gây tốn kém, làm tăng giá thành khai thác dầu thô Tuy nhiên, parafin rắn tách từ dầu thô lại nguyên liệu quý để tổng hợp hoá học, nh để điều chế: chất tẩy rửa hỗn hợp, tơ sợi, phân bón, chất dẻo Các izo-parafin thờng nằm phần nhẹ phần có nhiệt độ sôi trung bình dầu Chúng thờng có cấu trúc đơn giản: mạch dài, nhánh phụ ngắn, nhánh phụ thờng nhóm metyl Các izo-parafin có số cacbon từ C C10 cấu tử quý phần nhẹ dầu mỏ Chúng làm tăng khả chống kích nổ xăng So với n-parafin izo-parafin có độ linh động cao I.1.1.2 Hydrocacbon naphtenic (còn gọi cycloparafin) Loại hợp chất có công thức tổng quát C nH2n Những hydrocacbon loại thờng gặp loại vòng, chiếm phần chủ yếu loại vòng cạnh Loại vòng naphten cạnh lớn gặp dầu Những naphten ngng tụ với hydrocacbon thơm hay có mạch nhánh parafin dài lại hay gặp dầu mỏ Loại bị ảnh hởng vòng hay nhánh bên dài nên tính chất chủng naphten không nguyên mà đà bị mang tính chất lai hợp chúng nên gọi hydrocacbon lai hợp Hydrocacbon lai hợp có số lợng lớn phần có nhiệt độ sôi cao dầu mỏ Sinh Viên Lê Việt Hoà Lớp Hoá Dầu QN- K46 EBOOKBKMT.COM tháp Thiết kế phân xởng chng cất dầu thô loại hai Mét sè naphtenic dÇu má: R R R H3 C (CH2)10-CH3 Ngoài ra, naphtenic nằm dầu mỏ nguyên liệu quý để từ điều chế đợc hydrocacbon thơm: benzen, toluen, xylen (BTX), chất khởi đầu để điều chế tơ sợi tổng hợp chất dẻo Hydrocacbon họ naphtenic thành phần quan trọng Hàm lợng, cấu trúc phân bố chúng phân đoạn dầu mỏ có ảnh hởng lớn đến hiệu suất chất lợng sản phẩm thu đợc Nh vậy, dầu mỏ chứa nhiều hydrocacbon naphtenic có giá trị kinh tế cao, từ sản xuất đợc sản phẩm nhiên liệu phi nhiên liệu có chất lợng tốt Chúng lại có nhiệt độ đông đặc thấp nên giữ đợc tính linh động, không gây khó khăn tốn cho trình bơm, vận chuyển, phun nhiên liệu Trên giới, dầu chứa nhiều hydrocacbon naphtenic dầu mỏ Bacu (Nga) I.1.1.3 Hydrocacbon aromatic (Hydrocacbon thơm) Hydrocacbon thơm có công thức tổng quát CnH2n-6, có cấu trúc vòng cạnh, đặc trng benzene dân xuất có mạch alkyl đính bên Những hydrocacbon thơm nhiều vòng ngng tụ gặp dầu mỏ nhng với hàm lợng thấp Dới số loại aromat thờng gặp dầu: CH3 Benzen Antraxen Sinh Viên Lê Việt Hoà CH3 CH3 xylen toluen phenantren naphtalen pyren Lớp Hoá Dầu QN- K46 EBOOKBKMT.COM tháp Thiết kế phân xởng chng cất dầu thô loại hai Hydrocacbon thơm cấu tử có trị số octan cao nên chúng cấu tử quý cho xăng Nhng chúng có mặt nhiên liệu phản lực hay nhiên liệu diezel lại làm giảm chất lợng loại nhiên liệu Những hydrocacbon thơm hay vòng có mạch nhánh alkyl dài có cấu trúc nhánh cấu tử quý để sản xuất dầu nhờn có trị số độ nhớt cao Những hydrocacbon thơm đa vòng ngng tụ cao nhánh parafin dài lại cấu tử có hại sản xuất dầu nhờn có trị số độ nhớt cao, nh trình chế biến có xúc tác, chúng nhanh chóng gây độc chất xúc tác I.1.1.4 Hydrocacbon loại hỗn hợp naphten aromatic Loại phổ biến dầu, chúng thờng nằm phần có nhiệt độ sôi cao Cấu trúc chúng gần với cấu trúc vật liệu hữu ban đầu tạo thành dầu, nên dầu có độ biến chất thấp có nhiều hydrocacbon loại Một số loại hỗn hợp naphten-aromatic hay gặp dầu: Tetralin inđan xyclohexylbenzen I.1.2 Thành phần phi hydrocacbon dầu mỏ I.1.2.1 Các hợp chất chứa lu huỳnh Các chất hữu chứa lu huỳnh loại hợp chất phổ biến dầu, chúng làm xấu chất lợng dầu thô ảnh hởng hợp chất chứa lu huỳnh chủ yếu gây ăn mòn thiết bị công nghệ chế biến, ăn mòn động sử dụng, sản phẩm chứa nhiều lu huỳnh gây ô nhiễm môi trờng Các chất chứa lu huỳnh thờng dạng nh: + Mercaptan R- S - H + Sunfua R - S - R’ + Disunfua R - S - S - R’ + Thiophen( lu huỳnh mạch vòng) S + Lu huỳnh tự S, H2S Lu huỳnh dạng mercaptan Sinh Viên Lê Việt Hoà Lớp Hoá Dầu QN- K46 EBOOKBKMT.COM tháp Thiết kế phân xởng chng cất dầu thô loại hai Là hợp chất có nhóm SH liên kết trực tiếp với gốc hydrocacbon, chúng không bền dễ bị thuỷ phân nhiệt độ cao: 2RSH R- S - R + H2S 300 C RSH 500 C R- CH = CH2 + H2S Các hợp chất mercaptan thờng có mặt phân nhiệt độ sôi thấp (ở phân đoạn xăng, với nhiệt độ díi 200oC), gèc hydrocacbon thêng tõ C1-C8 Lu huúnh dạng sunfua disunfua Các chất thờng có phân đoạn nhiệt độ sôi trung bình cao Gốc hydrocacbon mạch thẳng, vòng no thơm Các gốc hydrocacbon mạch thẳng thờng C2C3, sunfua nằm naphten vòng C4 C14 sunfua nằm naphten vòng C7 C9 Còn sunfua nằm naphten vòng xác định đợc chÊt lµ tioadamantan (cã cÊu tróc hoµn toµn nh adamantan) Các dạng hợp chất thờng phân đoạn có nhiệt độ trung bình Còn phân đoạn có nhiệt độ sôi cao sunfua có gốc hydrocacbon thơm vòng hay nhiều vòng hydrocacbon thơm hỗn hợp với vòng naphten Lu huỳnh dạng thiophen Đây loại hợp chất chứa lu huỳnh phổ biến (chiếm 45-92% hợp chất chứa lu hnh cã dÇu má) Chóng thêng cã ë phÇn có nhiệt độ sôi trung bình cao dầu S Thiofen S S bezothiofen dibenzothiofen Lu huúnh d¹ng tự Đó lu huỳnh dạng nguyên tố dạng H 2S Dựa vào hàm lợng H2S có dầu mà ngời phân loại dầu + Dầu chua: Khi lợng H2S > 3,7ml H2S/ lít dầu + Dầu ngọt: lợng H2S < 3,7ml H2S/1 lít dầu Nói chung, hợp chất chứa lu huỳnh dầu chất có hại, chế biến chúng thờng tạo hợp chất ăn mòn thiết bị, gây ô Sinh Viên Lê Việt Hoà Lớp Hoá Dầu QN- K46 EBOOKBKMT.COM tháp Thiết kế phân xởng chng cất dầu thô loại hai nhiễm mạnh môi trờng cháy tạo SO2, gây ngộ độc xúc tác làm giảm chất lợng sản phẩm chế biến Vì hàm lợng S cao giới hạn cho phép, ngời ta phải áp dụng biện pháp xử lý tốn Do vậy, mà hàm lợng hợp chất lu huỳnh đợc coi tiêu đánh giá chất lợng dầu thô sản phẩm dầu I.1.2.2 Các hợp chất chứa Nitơ Các hợp chất chữa Nitơ dầu khí thờng hợp chất loại Pyridin (dạng bazơ Nitơ) hợp chất nitơ trung tính loại đồng đẳng Pyrol, indol hay cacbazol hợp chất Nitơ chiếm tới 3% dầu N N Piridin Quinolin Tuy với số lơng nhỏ hợp chất chứa lu huỳnh, nhng hợp chất chứa Nitơ nhng chất có hại, độc cho xúc tác trình chế biến, đồng thời chúng phản ứng tạo nhựa, làm tối mầu sản phẩm thời gian bảo quản Khi có mặt nhiên liệu, hợp chất chứa nitơ cháy tạo khí NOx khí độc, gây ăn mòn mạnh Do vậy, nh hợp chất lu huỳnh, hàm lợng nitơ vợt giới hạn cho phép, ngời ta phải tiến hành loại bỏ chúng trớc đa dầu thô hay phân đoạn dầu vào trình chế biến I.1.2.3 Các hợp chất chứa Oxy Các hợp chất chứa oxy dầu dạng axit hữu cơ, phổ biến axit naphtenic, phenol, keton ete Các hợp chất thờng tập trung phần có nhiệt độ sôi trung bình cao dầu thô Các axit naphtenic chủ yếu loại vòng hay cạnh Ngời ta tìm thấy axit hữu mạch thẳng với số nguyên tử cacbon từ 20, 21 trở lên Hàm lợng axit naphtenic chiếm khoảng 0,01 đến 0,04%, lên đến 1,7%, hàm lợng phenol ít, khoảng 0,001 đến 0,05% Các phenol thờng gặp là: OH Sinh Viên Lê Việt Hoà Lớp Hoá Dầu QN- K46 EBOOKBKMT.COM tháp Thiết kế phân xởng chng cất dầu thô loại hai OH OH Phenol OH -naphtol crezol I.1.2.4 Các hợp chất cao phân tử Đó nhóm chất nhựa, asphan, cacben cacboit Các hợp chất thờng gặp phần có nhiệt độ sôi cao dầu Về cấu trúc, nhựa asphan hệ vòng thơm ngng tụ cao, nhng trọng lợng phân tử nhựa nhỏ asphan độ ngng tụ thấp Các hợp chất dầu mỏ định đến việc chọn lựa phơng pháp chế biến, hiệu suất chất lợng sản phẩm I.1.2.5 Các kim loại nặng Các kim loại có dầu dới dạng phức chất kim có số lợng nhỏ, phổ biến hợp chất niken, vanadi, có kim loại khác nh sắt, chì, đồng với số lợng Các kim loại chứa dầu thành phần có hại, chúng gây ngộ độc xúc tác chế biến, gây ăn mòn kim loại, làm giảm độ chịu nhiệt thiết bị chúng có mặt nhiên liệu đốt lò I.1.2.6 Nớc lẫn dầu mỏ Sau tách sơ bộ, phần lại chủ yếu dạng nhũ tơng khó tách Có hai nguyên nhân dẫn đến có mặt nớc dầu, là: nớc có từ hình thành nên dầu khí lún chìm vật liệu hữu dới đáy biển; nớc từ khí ngấm vào mỏ dầu Trong nớc chứa lợng lớn muối khoáng khác Trong anion cation thờng gặp là: Na+, Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+, K +, Cl-, HCO3-, SO42-, SO32, Br-… ngoµi số oxit không phân ly dạng keo nh : Al2O3, Fe2O3, SiO2 Chú ý thành phần nớc khoan chứa ion brom, Iốt Bo nên sử dụng nớc khoan nh nguồn sản xuất Iốt Đáng ý nớc khoan dầu có H2S có mặt H2S muối dễ bị thuỷ phân, thiết bị bị ăn mòn nhanh Do vấn đề làm nhũ tơng nớc dầu vấn đề quan trọng trớc đa dầu mỏ vào thiết bị công nghệ chế biến Sinh Viên Lê Việt Hoà Lớp Hoá Dầu QN- K46 EBOOKBKMT.COM tháp Thiết kế phân xởng chng cất dầu thô loại hai I.2 Phân loại dầu mỏ Dầu thô muốn đa vào trình chế biến buôn bán thị trờng, cần phải xác định xem chúng thuộc loại nào: dầu nặng hay dầu nhẹ, dầu chứa nhiều hydrocacbon parafinic, naphtenic hay aromatic, dầu có chứa nhiều lu huỳnh hay không? Từ xác định đợc giá trị thị trờng hiệu thu đợc sản phẩm chế biến I.2.1 Phân loại dầu mỏ dựa vào chất hoá học Phân loại theo chất hoá học có nghĩa dựa vào thành phần loại hydrocacbon có dầu Theo cách phân loại dầu mỏ nói chung mang đặc tính loại hydrocacbon chiếm u Nh dầu mỏ có loại hydrocacbon chính: parafin, naphten hydrocacbon thơm, có nghĩa có loại dầu mỏ tơng ứng dầu mỏ parafinic, dầu mỏ naphtenic, dầu mỏ aromatic, loại lần lợt chiếm u số lợng dầu mỏ Sinh Viên Lê Việt Hoà 10 Lớp Hoá Dầu QN- K46