Thực trạng chưng cất dầu thô

Céng hoµ x· héi chđ nghÜa viƯt nam héi chđ nghĩa việt nam độc lập tự hạnh phúc Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội Nhiệm vụ Thiết kế tốt nghiệp Họ tên sinh viên: Phùng Văn Việt Khoá: 43 Khoa: Công Nghệ Hóa Học Ngành học: Công Nghệ Hữu Cơ - Hoá Dầu Đầu đề thiết kế: Thiết kế phân xởng chng cất dầu thô áp suất thờng Các số liệu ban đầu: - Công suất triệu tấn/năm - Dầu thô: Mỏ Bạch Hổ Nội dung phần thuyết minh tính toán - Lời nói đầu - Tổng quan lý thuyết - Tính toán - An toàn lao động - Thuyết minh xây dung - Tính toán kinh tế - Kết luận tài liệu tham khảo Các loại vẽ đồ thị (ghi rõ loại vẽ kích thớc vẽ): vẽ dây truyền công nghệ A0 vẽ thiết bị A1 vẽ mặt xây dung A0 Cán hớng dẫn Phần: Công nghệ Họ tên cán bộ: TS Lê Văn Hiếu Xây dựng TS Lê Văn Hiếu Kinh tế TS Lê Văn Hiếu Ngày giao nhiệm vụ thiÕt kÕ: 10/2/2003 Ngµy hoµn thµnh nhiƯm vơ:……………………………………………… Ngµy tháng năm 2003 tháng tháng năm 2003 năm 2003 Chủ nhiệm khoa (Ký tên ghi rõ họ tên) Cán hớng dẫn (Ký tên ghi rõ họ tên) Kết đánh giá: Sinh viên đà hội chủ nghĩa việt nam hoàn thành - Quá trình thiết kế: - Điểm duyệt: - Bản vẽ thiết kế: (và nộp toàn thiết kế cho khoa) Ngày tháng năm 2003 tháng tháng năm 2003 năm 2003 Mục lục Mở đầu Phần I: tổng quan lý thuyết Chơng 1: Nền công nghiệp dầu khí I II Quá trình phát triển Lĩnh vực phát triển ngành dầu khí Chơng 2: Nguyên liệu dầu thô I Nguồn gốc dầu thô Thành phần hoá học dầu thô Thành phần nguyên tố dầu thô Thành phần hydrocacbon dầu thô Các thành phần phi hydrocacbon dầu mỏ II Các đặc tính vật lý quan trọng dầu thô Tỷ trọng Độ nhớt Thành phần chng cất phân đoạn Nhiệt độ sôi trung bình Hệ số đặc trng K Đờng cong điểm sôi thực Nhiệt độ đông đặc, điểm vẩn đục điểm kết tinh Chơng 3: Sản phẩm trình chng cất I Khí hydrocacbon II Phân đoạn xăng Thành phần hoá học ứng dụng III Phân đoạn kerosen Thành phần hoá học ứng dụng IV Phân đoạn diezel Thành phần hoá học ứng dụng V Phân đoạn dầu nhờn Thành phần hoá học ứng dụng VI Phân đoạn mazut VII Phân đoạn Gudron Chơng 4: Cơ sở lý thuyết trình chng cất dầu thô I Chng đơn giản I.1 Chng bay I.2 Chng cất cách bay lần I.3 Chng cất cách bay nhiều lần II Chng cÊt phøc t¹p II.1 Chng cÊt cã håi lu II.2 Chng cÊt cã tinh lun III Chng cÊt ch©n không chng cất nớc Chơng 5: Chng cất dầu thô I II III IV Mục đích ý nghĩa trình chng cất dầu thô Chuẩn bị nguyên liệu dầu khí trớc chế biến Giới thiệu số sơ đồ chng cất Các yếu tố ảnh hởng đến trình chng cất Chơng 6: thiết bị qúa trình chng cất I II III Các loại tháp chng Lò đốt Thiết bị trao đổi nhiệt Phần II: Tính toán thiết kế công nghệ I II Tính cân vật chất Thiết lập đờng cân cho sản phẩm III IV V Xác định đại lợng trung bình cho sản phẩm Tính tiêu hao nớc Tính kích thớc tháp chng cất Phần III: An toàn lao động I II An toàn lao động phân xởng chng cất khí Tự động hóa Phần IV: Thiết kế xây dựng I II III IV Yêu cầu chung Yêu cầu kỹ thuật Yêu cầu vệ sinh công nghiệp Giải pháp thiết kế xây dựng Phần V: Tính toán kinh tÕ Môc đích Chế độ công tác phân xởng Nhu cầu nguyên liệu lợng Xác định nhu cầu công nhân cho phân xởng Chi phí chung cho phân xởng Chi phí khác cho sản phẩm Xác định hiệu kinh tế Kết luận Kết luận Tài liệu tham khảo Mở đầu Công nghệ chế biến dầu mỏ đợc xem nh bắt đầu đời vào năm 1859 mà Edwin Drake (Mỹ) khai thác đợc dầu thô Lúc lợng dầu thô khai thác đợc ít, vài nghìn lít ngày phục vụ cho mục đích thắp sáng Nhng vài năm sau đó, không riêng Mỹ mà nớc khác ngời ta đà tìm thấy dầu Từ sản lợng dầu khai thác ngày đợc tăng lên nhanh Nghành công nghiệp chế biến dầu tăng trởng nhanh đà trở thành nghành công nghiệp mũi nhọn kỷ 20 Đặc biệt từ sau đại chiến giới lần thứ II, công nghiệp dầu khí phát triển nhằm đắp ứng mục tiêu chính: - 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 nghành tổng hợp hoá dầu hoá học tạo thay đổi lớn cấu phát triển chủng loại sản phẩm nghành hoá chất, vật liệu Hoá dầu đà thay dần hoá than đá vợt lên công nghiệp chế biến than Dầu đựơc coi nh nguồn nhiên liệu cho phơng tiện giao thông kinh tế quốc dân Hiện nay, dầu mỏ đà trở thành nguồn lợng quan trọng quốc gia giới Khoảng 65 - 70% lợng sử dụng từ dầu mỏ, 20 - 22% lợng từ than, - 6% lợng từ nớc, - 12% từ lợng hạt nhân Bên cạnh đó, hớng ứng dụng mạnh mẽ có hiệu dầu mỏ làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu nh: Sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, chất hoạt động bề mặt, phân bón chí protein Việt Nam, dầu khí đà đợc phát từ năm 1970 đà phát triển, ngày 26/6/1986 dầu đà khai thác đợc từ dầu mỏ Bạch Hỉ TiÕp theo nhiỊu má dÇu khÝ ë thỊm lơc địa phía Nam đà vào khai thác nh mỏ Đại Hùng, mỏ Rồng, mỏ Rạng Đông, mỏ khí nh Lan Tây, Lan Đỏ Năm 1994 đà khai thác đợc 6,7 triệu dầu, năm 1995 đà khai thác đợc 7,5 triệu tấn, năm 1997 đà khai thác tới 10,1 triệu dầu không kể khí 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 Do vậy, việc hiểu biết để dẫn đến áp dụng khoa học, công nghệ tiên tiến lĩnh vực hoá dầu quan trọng Tổng quan lý thuyết Chơng 1: Nguyên liệu dầu thô I Nguồn gốc Có nhiều giả thuyết mô tả biến hoá lâu đời vật chất để trở thành mỏ dầu khổng lồ lòng đất, có giả thuyết mà cách lập luận hầu nh đợc nhiều ngời chấp nhận: nguồn gốc hữu Các chất hữu nói chung, cụ thể động vật, thực vật lắng chìm xuống đáy biển, lâu ngày tích tụ lại trộn lẫn cát mịn dới đáy biển, tạo thành khối bùn thối rữa, gọi lớp trầm tích, lợng tích tụ tăng dần theo thời gian, dới tác dụng lực địa tầng, tác dụng nhiệt độ hoạt động vi khuẩn môi trờng oxy, bớc khối bùn nhÃo chuyển hoá dễ dàng thành dầu mỏ Trong số mỏ dầu định, ngời ta đà phát đợc vi khuẩn, thấy có nitơ, lu huỳnh, có photpho Ngoài ra, có lớp nớc mặn bao quanh mỏ Đó điều hỗ trợ thêm cho lập luận nguồn gốc hữu dầu mỏ Nơi hình thành dầu mỏ đợc gọi đá mẹ Tuy nhiên, dầu mỏ không chịu nằm im nơi đá mẹ sinh sản Dới tác dụng nhiều áp lực nh: chênh lệch khối lợng riêng với nớc biển, lực địa tầng lớp cặn biển dầu mỏ luôn di chuyển để tạo thành cân Cuộc di chuyển tiến hành qua khối đá xốp khe nứt tồn lòng đất thờng theo xu hớng lên di chuyển xng Cc di chun cđa dÇu má cø tiÕp tơc cha đạt cân nhng dừng lại khối dầu mỏ bị rơi vào khối đá bẫy Do cấu trúc khối đá có lớp không thẩm thấu bao phủ phía nên dầu mỏ phải nằm lại tạo nên túi dầu Túi dầu thờng khối đá xốp có dạng chỏm mũ tích tụ dầu mỏ tập trung vào Dầu mỏ nằm im túi dầu lâu đời nên đà lắng phân tầng ba lớp: khí cùng, đến dầu mỏ lớp cuối nớc mặn Các mỏ dầu dạng khí, đợc gọi khí mỏ, loại dễ dàng khai thác đợc dùng làm khí đốt cung cấp cho công nghiệp hoá dầu Các mỏ dầu nằm sâu lòng nên nhà địa chất phải tiến hành khảo sát thăm dò tìm kiếm phơng pháp địa vật lý viễn thám Sau phát đợc khu vực có dầu ngời ta tiến hành khoan sâu để lấy mẫu phân tích đánh giá xác khả có dầu, gọi mũi khoan thăm dò Tuy nhiên, giá thành mũi khoan sâu đắt tùy thuộc vào độ sâu địa điểm khoan, mũi khoan thăm dò đợc xác định có dầu ngời ta tiến hành mở rộng thành giếng khoan khai thác Đối với dầu mỏ nằm gần mặt đất khai thác bơm ly tâm bơm pittông, nhng mỏ dầu nằm sâu phải dùng khí nén để khai thác Dầu mỏ nằm lòng đất hoà tan lợng lớn khí hydrocacbon tơng ứng áp suất Theo số liệu nghiên cứu, m dầu mỏ hoà tan 200 m3 khí (tơng ứng với áp suất khí quyển) Do đó, đa dầu lên khỏi mặt đất, ngời ta phải dẫn dầu đến thiết bị phân ly để tách bớt khí hoà tan dầu đồng thời phải tách nớc chất bẩn khác, sau đa bể chứa Khí hòa tan này, gọi khí đồng hành, sử dụng làm khí nén để bơm trở lại vào giếng khai thác dầu mỏ đa chế biến phân đoạn thành sản phẩm khí xử lý đốt bỏ dạng bó đuốc lớn trớc thải môi trờng không khí II thành phần hoá học dầu Mỏ 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, nguyên liệu cho qúa trình chng cất dầu thô Thành phần nguyên tố dầu mỏ Dầu mỏ hỗn hợp phức tạp, khảo sát thành phần dầu mỏ nhiều mỏ dầu Thế Giới, thấy không dầu giống dầu Có mỏ dầu khí có nhiêu loại dầu mỏ Ngay thân lỗ khoan, dầu mỏ lấy tầng chứa dầu khác khác Về thành phần nguyên tố dầu mỏ, C (chiếm 82-87%) H (0,001-1,8%) có S, O (0,05-1,0%), N, mét sè kim lo¹i nh V, Ni, Fe,Cu, Ca, Na, As(và khí có He, Ar, N 2, Fe, Kr, Xe, H …), c¸c halogen (clo, i èt) Một điều đáng ý dầu mỏ giới khác nhiều thành phần hoá học song thành phần nguyên tố (chủ yếu C H) lại gần với nhau, thay đổi phạm vi hẹp Thành phần hydrocacbon dầu mỏ Hydrocacbon thành phần quan trọng dầu mỏ Trong dầu thô hợp chất có nhiều đến 97 - 98% trọng lợng dầu, 50% Các hydrocacbon có dầu mỏ đợc chia làm loại sau: - Các parafin cấu trúc thẳng (n-parafin) - Các parafin cã cÊu tróc nh¸nh (iso- parafin) - C¸c parafin có cấu trúc vòng (cyclo parafin hay naphaten) - Các hydrocacbon thơm - Các hydrocacbon hỗn hợp (hoặc lai hợp) nghĩa phân tử có mặt nhiều loại hydrocacbon Hầu nh tất loại hợp chất hydrocacbon có mặt dầu mỏ, điều đáng ý hydrocacbon không no (olefin, cyclo olefin, diolefin) hầu hết loại dầu mỏ Thực dầu Pensyl vania (mỏ Bredford) có phát thấy lợng nhỏ không đáng kể số olefin phân đoạn nặng số loại dầu khác có phát thấy số cyclo olefin, nhng điều ý nghĩa lớn Số nguyên tử cacbon hydrocacbon dầu thờng từ C5 đến C 60 (còn C1- C4 nằm khí) tơng ứng với trọng lợng phân tử khoảng 850-880 Cho đến với phơng pháp phân tích đại đà xác định đợc hydrocacbon riêng lẻ dầu Tổng cộng hydrocacbon riêng lẻ có dầu mỏ đà xác định đợc 425 Còn hợp chất không thuộc loại hydrocacbon dầu mỏ đến đà xác định đợc khoảng 380 hợp chất, phần lớn hợp chất lu huỳnh (khoảng 250 hợp chất) a Các hợp chất hydrocacbon parafin Các hydrocacbon parafin có công thức tổng quát C n H2n +2 n số nguyên tử C có mạch Các hydrocacbon loại hydrocacbon no có tên gọi tËn cïng b»ng - an VÝ dô: metan, etan, propan, butan, heptan … VỊ cÊu tróc, hydrocacbon parafin cã loại: Loại cấu trúc mạch thẳng gọi n-parafin loại cấu trúc mạch nhánh gọi iso- parafin điều kiện bình thờng (nhiệt độ 25oC, áp suất khí quyển), parafin mạch thẳng chứa từ tới nguyên tử C phân tử nằm thể khí Các n-parafin mà phân tử chøa tõ tíi 17 nguyªn tư C n»m ë thể lỏng, parafin chứa từ 18 nguyên tử C trở lên nằm dạng tinh thể rắn Nh dầu mỏ hydrocacbon parafin có tồn dạng: rắn - lỏng - khí + Các hydrocacbon n-parafin dầu mỏ Hydrocacbon n- parafinic loại hydrocacbon có phổ biến số hydrocacbon dầu mỏ Dầu mỏ có độ biến chất cao, tỷ trọng nhẹ có nhiều hydrocacbon loại Mặt khác hydrocacbon n-parafinic lại loại hydrocacbon dễ tách dễ xác định số hydrocacbon dâù mỏ, với việc sử dụng phơng pháp sắc ký kết hợp dây phân tử để tách n- parafin đà xác định đợc tất n- parafin từ C đến C45 Hàm lợng chung n- parafin dầu mỏ thờng từ 25-30% thể tích Tuỳ theo dầu mỏ đợc tạo thành vào thời kỳ địa chất độ sâu nào, mà phân bố n- parafin dầu khác Nói chung phân bố thờng tuân theo quy tắc Tuổi dầu cao độ sâu lún chìm lớn, hàm lợng n-parafin phần nhẹ dầu mỏ nhiều Các hydrocacbon parafin từ C5-C10 nằm phần nhẹ (trong xăng) dầu, với cấu trúc nhánh cấu tử tốt nhiên liệu xăng, làm cho xăng có khả chống kích nổ cao Trong đó, n-parafin lại có tác dụng xấu cho khả chèng kÝch nỉ (n-C7 cã trÞ sè èc tan b»ng 0) Các hydrocacbon parafin có số nguyên tử cacbon từ C 10-C16 nằm phần nhiên liệu phản lực, nhiên liệu diezel, có cấu trúc thẳng lại cấu tử có ích cho nhiên liệu chúng có khả tự bốc cháy tốt trộn với không khí bị nén động Trong chế biến hoá dầu, hydrocacbon parafin chứa phần nhẹ dầu hay khí đồng hành lại nguyên liệu tốt cho trình sản xuất olefin thấp nh etylen, propylen, butylen butadien, nguyên liệu sở cho tổng hợp hóa học để sản xuất chất dẻo, sợi hoá học, cao su nhân tạo Những n-parafin cã sè nguyªn tư cacbon cao tõ C 17 trë lên nhiệt độ thờng dạng tinh thể rắn dầu Nếu hàm lợng hydrocacbon loại đủ lớn, chúng làm cho toàn dầu thô bị đông đặc, hẳn tính linh động, gây khó khăn cho việc khai thác, vận chuyển bảo quản Khi ngời ta phải áp dụng biện pháp kỹ thuật chuyên biệt công nghệ phức tạp xử lý nhằm mục đích loại parafin rắn đến mức độ cần thiết, cho sản phẩm có đủ linh động điều kiện sử dụng Ví dụ: Dầu Minas (Indonêsia) có 13% parafin rắn nên 33 oC dầu đà bị đông đặc Dầu LiBi có 10% parafin rắn, nhiệt độ đông đặc 18oC Dầu Bạch Hổ có nhiệt độ đông đặc 330C Dầu Đại Hùng có nhiệt độ đông đặc 27oC Nếu bơm vận chuyển loại dầu ta 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 giảm giá thành dầu thô Các parafin rắn tách này, may chúng nguyên liệu quý cho trình chế biến, sản xuất sản phẩm tiêu dùng nh nến, giấy sáp, diêm hay vật liệu chống thấm, hay để điều chế chất tẩy rửa tổng hợp, tơ sợi, phân bón, chất dẻo Mặt khác đem oxy hoá chúng, ng ời ta nhận đợc axit béo alcol cao, nguyên liệu quý để tổng hợp chất hoạt động bề mặt loại chất có nhiều ứng dụng sinh hoạt + Các hydrocacbon izo-parafinic dầu mỏ Loại izo-parafinic thờng nằm phần nhẹ phần có nhiệt độ sôi trung bình dầu mỏ, phần có nhiệt độ sôi cao nói chung chúng Về vị trí nhánh phụ, có đặc điểm sau đây: Nói chung izo-parafinic dầu mỏ có cấu trúc đơn giản, mạch dài mạch nhánh phụ ngắn Các nhánh phụ thờng gốc metyl Đối với iso-parafin có nhánh phụ thờng đính vào vị trí cacbon số số 3, vào Đối với loại có 2,3 nhánh phụ xu hớng tạo nên cacbon bậc nhiều tạo nên cacbon bậc 4, nghĩa nhánh phụ đính vào cacbon mạch thờng Đặc điểm thứ dầu có iso-parafin với nhánh phụ nằm cách nguyên tử cacbon (cấu tạo iso prenoid), vật liệu hữu ban đầu để tạo nên dầu mỏ, có mặt hợp chất có cấu trúc iso prenoid, trình biến đổi, chúng để lại di chứng với số lợng kích thớc khác nhau, tuỳ theo mức độ trình biến đổi Nh dầu có trình biến đổi ít, hàm lợng chúng nhiều so với dầu có trình biến đổi sâu rộng So với n-parafin iso-parafin chúng có độ linh động cao Chúng làm tăng trị số octan xăng b Các hydrocacbon naphtenic (cyclo parafin) dầu mỏ Loại hợp chất có công thức tổng quát C nH2n naphtenic số hydrocacbon phổ biến quan trọng dầu mỏ Hàm lợng chúng dầu mỏ thay đổi từ 30-60% trọng lợng