Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô MỞ ĐẦU PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT I NGUYÊN LIỆU DẦU THÔ I.1 Thành phần hóa học dầu thô: .7 I.2 Các đặc tính vật lý quan trọng dầu thô: 21 I.3 Phân loại dầu thô: .24 II CHƯNG CẤT DẦU THÔ 29 II.1 Cơ sở lý thuyết trình chưng cất: 29 II.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình chưng cất: 38 II.3 Sản phẩm trình chưng cất: 44 II.4 Chuẩn bị dầu thô trước chế biến: 51 PHẦN II: THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT DẦU THÔ 57 I MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA Q TRÌNH CHƯNG CẤT DẦU THÔ: 57 II LỰA CHỌN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ: .58 III THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN: 59 IV MỘT SỐ THIẾT BỊ CHÍNH TRONG DÂY CHUYỀN: 60 IV.1 Tháp chưng cất .60 IV.2 Thiết bị trao đổi nhiệt .63 IV.2.1 Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruột gà .63 IV.2.2 Loại thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống 64 Thiết bị ống lồng ống 65 IV.2.3 Loại thiết bị ống chùm 65 IV.3 Lò đốt .66 PHẦN III: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ 70 I.THIẾT LẬP ĐƯỜNG CÂN BẰNG CHO CÁC SẢN PHẨM 70 I.1 Đường cân sản phẩm Naphta 70 I.2 Đường cân sản phẩm Kerosen 72 Vũ Quang Chỉnh Hoá dầu - K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô I.3 Đưòng cân Gasoil .74 II XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG TB CỦA SẢN PHẨM 75 II.1 Tỷ trọng trung bình 75 II.2 Nhiệt độ sơi trung bình 76 III TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 77 III.1.Tại tháp chưng cất 77 III.2.Tại tháp tái bay 78 IV.TÍNH TIÊU HAO HƠI NƯỚC 79 IV.1.Tính tiêu hao nước cho tháp phân đoạn 79 V TÍNH CHẾ ĐỘ CƠNG NGHỆ CỦA THÁP CHƯNG CẤT 80 V.1.Tính áp suất tháp 80 V.2.Tính chế độ cơng nghệ tháp .81 V.3.Tính số hồi lưu đỉnh tháp: 87 VI TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG .87 VII TÍNH KÍCH THƯỚC CỦA THÁP CHƯNG CẤT: .89 VII.1.Tính đường kính tháp: 89 VII.2 Tính chiều cao tháp: .91 VII.3.Tính số chóp đường kính chóp 91 PHẦN IV: TÍNH TỐN KINH TẾ .93 I.Mục đích 93 II Chế độ công nghệ phân xưởng .93 III Nhu cầu nguyên liệu 95 IV Xác định nhu cầu công nhân phân xưởng 96 V Tính khấu hao cho phân xưởng .97 VI Chi phí khác cho thùng sản phẩm 98 VII Xác định hiệu kinh tế 99 PHẦN V: XÂY DỰNG .101 I XÁC ĐỊNH ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG NHÀ MÁY 101 I.1 Cơ sở để xác định địa điểm xây dựng .101 Vũ Quang Chỉnh Hoá dầu - K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô I.2 Các yêu cầu địa điểm xây dựng 101 II CÁC YÊU CẦU VỀ MÔI TRƯỜNG VỆ SINH CÔNG NGHIỆP 104 II.1 Đảm bảo khoảng cách vệ sinh công nghiệp 104 II.2 Vị trí xây dựng nhà máy 104 III THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG NHÀ MÁY 105 III.1 Các yêu cầu: 105 III.2 Nguyên tắc phân vùng 106 III.3 Ưu nhược điểm phân vùng: 108 PHẦN VI: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ TỰ ĐỘNG HÓA 111 I AN TOÀN LAO ĐỘNG .111 I.1 Giáo dục an toàn lao động 111 I.2 Yêu cầu phòng cháy chữa cháy 111 I.3.Trang bị phòng hộ lao động 114 I.4.Yêu cầu vệ sinh môi trường 114 II TỰ ĐỘNG HOÁ 115 II.1 Mục đích: .115 II.2 Hệ thống điều khiển tự động 116 II.3 Các dạng điều khiển tự động 117 KẾT LUẬN 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….120 Vũ Quang Chỉnh Hoá dầu - K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thơ LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc PGS.TS Lê Văn Hiếu tận tình giảng dạy em thời gian qua hướng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Qua em xin chân thành cảm ơn tới thầy, cô giáo mơn Hố hữu - Hố dầu truyền thụ kiến thức quý báu cho thân em Tơi xin cảm ơn tới gia đình bạn bè lớp động viên giúp đỡ tơi hồn thành tốt đồ án Hà nội ngày 28 tháng 6năm 2008 Sinh viên Vũ Quang Chỉnh Vũ Quang Chỉnh Hoá dầu - K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô MỞ ĐẦU Dầu mỏ khoáng vật phong phú tự nhiên, nguyên liệu thô quan trọng mà lồi người có nguồn cung cấp hydrocacbon phong phú có tự nhiên Dầu mỏ người biết đến từ thời cổ xưa, đến kỷ XVIII dầu mỏ sử dụng làm nhiên liệu để đốt thắp sáng Sang kỷ XIX, dầu coi nguồn nhiên liệu cho phương tiện giao thông cho kinh tế Hiện nay, dầu mỏ trở thành nguồn lượng quan trọng quốc gia giới Khoảng 65 ÷ 70% lượng sử dụng từ dầu mỏ, 20 ÷ 22% từ than, ÷ 6% từ lượng nước ÷ 12% từ lượng hạt nhân Bên cạnh việc sử dụng dầu mỏ để chế biến thành dạng nhiên liệu hướng sử dụng mạnh mẽ hiệu dầu mỏ Vũ Quang Chỉnh Hoá dầu - K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hữu – hóa dầu như: sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, chất hoạt động bề mặt, phân bón… Ngành khai thác chế biến dầu khí ngành cơng nghiệp mũi nhọn, tương lai dài chiếm vị trí quan trọng lĩnh vực lượng nguyên liệu hoá học mà khơng có tài ngun thiên nhiên thay Hiệu sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng trình chế biến Theo chuyên gia hóa dầu Châu Âu, việc đưa dầu mỏ qua trình chế biến nâng cao hiệu sử dụng dầu mỏ lên lần, tiết kiệm nguồn tài nguyên quý giá Dầu mỏ hỗn hợp phức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hợp chất khác CO2, N2, H2, H2S, He, Ar, Ne… Dầu mỏ muốn sử dụng phải phân chia thành phân đoạn nhỏ Sự phân chia dựa vào phương pháp chưng cất để thu sản phẩm có nhiệt độ sơi khác Trong nhà máy lọc dầu, phân xưởng chưng cất dầu thô phân xưởng quan trọng, cho phép ta thu phân đoạn dầu mỏ để chế biến Đồ án đưa vấn đề lý thuyết liên quan thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô với nguyên liệu dầu thô Trung Đông Vũ Quang Chỉnh Hoá dầu - K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô PHẦN I TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT I NGUYÊN LIỆU DẦU THƠ I.1 Thành phần hóa học dầu thơ: I.1.1 Thành phần nguyên tố Dầu mỏ hỗn hợp phức tạp, dầu có chứa tới hàng trăm chất khác nhau, nguyên tố chứa dầu cacbon hydro Trong C chiếm 83 ÷ 87 %, H chiếm 11,5 ÷ 14% [3] Ngồi ngun tố trên, dầu cịn có nguyên tố khác lưu huỳnh S chiếm 0,1 ÷ 7%, nitơ N chiếm 0,001 ÷ 1,8%, oxy O chiếm 0,05 ÷ 1,0% lượng nhỏ Vũ Quang Chỉnh Hoá dầu - K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô nguyên tố khác halogen (clo, iod) kim loại như: niken, vanadi, volfram… Dầu mỏ chứa nhiều hydrocacbon, thành phần dị nguyên tố, chất lượng tốt loại dầu mỏ có giá trị kinh tế cao I.1.2 Thành phần hydrocacbon Hydrocacbon thành phần dầu, tất loại hydrocacbon (trừ olefin) có mặt dầu mỏ Chúng chiếm tới 90% trọng lượng dầu [1] Số nguyên tử có mạch từ ÷ 60 cao Chúng chia thành nhóm parafin, naphaten, aromat, lai hợp naphaten – aromat Bằng phương pháp hoá lý xác định 400 loại hydrocacbon khác [2] a Hydrocacbon Parafin Parafin gọi alkan, có cơng thức tổng qt C nH2n+2 (với n ¿ 1), loại hydrocacbon phổ biến Về mặt cấu trúc, hydrocacbon parafin có hai loại Loại cấu trúc mạch thẳng gọi n-parafin loại cấu trúc mạch nhánh gọi iso-parafin Trong đó, n-parafin chiếm đa số (25 ÷ 30% thể tích) chúng có số nguyên tử cácbon từ C1 ÷ C45 [2] Trong dầu mỏ chúng tồn ba dạng rắn, lỏng, khí điều kiện thường (nhiệt độ 25oC, áp suất khí quyển) Các parafin mạch thẳng chứa đến nguyên tử cacbon nằm thể khí Các n-parafin mà phân tử chứa ÷ 17 nguyên tử cacbon nằm thể lỏng, n-parafin chứa 18 nguyên tử cacbon trở lên nằm dạng tinh thể Hydrocacbon parafin từ C5 ÷ C10 nằm phần nhẹ dầu, có nhánh (iso-parafin) cấu tử tốt xăng, làm cho xăng có khả chống cháy kích nổ tốt Trong n-parafin lại có tác dụng xấu cho khả chống kích nổ (n-C7 có trị số octan 0) Những hydrocacbon parafin có số nguyên tử từ C10 ÷ C16 nằm nhiên liệu phản lực, diesel, có cấu trúc thẳng lại cấu tử có ích cho nhiên liệu chúng có khả tự bốc Vũ Quang Chỉnh Hố dầu - K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô cháy cao trộn với khơng khí bị nén động Trong chế biến hoá dầu, hydrocacbon parafin chứa phần nhẹ đầu hay khí đồng hành lại nguyên liệu tốt cho trình sản xuất olefin thấp etylen, propylen, butylen, butadien nguyên liệu sở cho tổng hợp hoá học để sản xuất chất dẻo, vải, sợi hoá học, tơ nhân tạo Những n-parafin có số nguyên tử cao từ C 18 trở lên, nhiệt độ thường có dạng tinh thể rắn dầu Chúng hồ tan tạo thành tinh thể lơ lửng dầu Nếu hàm lượng parafin cao, chúng làm cho tồn dầu thơ bị đơng đặc, hẳn tính linh động, gây khó khăn cho q trình khai thác, vận chuyển bảo quản Người ta phải áp dụng biện pháp kỹ thuật chuyên biệt công nghệ phức tạp để xử lý nhằm mục đích loại parafin rắn đến mức độ cần thiết, cho sản phẩm có độ linh động điều kiện sử dụng Nếu bơm vận chuyển loại dầu ta phải áp dụng biện pháp như: gia nhiệt đường 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 Tuy nhiên parafin rắn tách từ dầu thơ lại ngun liệu q q trình chế biến, sản xuất sản phẩm tiêu dùng 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 hố chúng người ta nhận axit béo, alcol cao, nguyên liệu quý để tổng hợp chất hoạt động bề mặt loại chất có nhiều ứng dụng kinh tế Còn iso-parafin thường nằm phần nhẹ phần có nhiệt độ sơi cao chúng Về vị trí nhánh phụ có hai đặc điểm sau: isoparafin dầu mỏ có cấu trúc đơn giản mạch dài mạch phụ ngắn Các nhánh phụ thường gốc metyl Đối với iso-parafin có nhánh phụ thường đính vào vị trí cacbon số số 3, cịn vị trí sâu Đối với loại hyđrocacbon có 2, nhánh phụ xu hướng Vũ Quang Chỉnh Hoá dầu - K48 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô tạo nên mạch cacbon bậc 4, nghĩa nhánh phụ đính vào cacbon mạch Các iso-parafin so với n-parafin chúng có độ linh động cao Chúng làm tăng trị số octan xăng b Các hydrocacbon naphtenic: Naphtenic hay gọi cyclo parafin, có cơng thức tổng qt CnH2n Hàm lượng thay đổi 30 ÷ 60% trọng lượng [2] Những hydrocacbon thường gặp loại vịng, chiếm chủ yếu loại vịng cạnh Loại vịng naphten cạnh lớn gặp dầu Những naphten có từ hay vịng ngưng tụ gặp, loại naphten có vịng ngưng tụ với hydrocacbon thơm hay có mạch nhánh dài lại hay gặp dầu mỏ Hydrocacbon bị ảnh hưởng vòng hay nhánh dài nên tính chất naphten khơng cịn ngun mà mang tính chất lai hợp mạch vịng mạch thẳng nên gọi hydrocacbon lai hợp Hydrocacbon lai hợp có số lượng lớn nhiệt độ sơi cao dầu mỏ Những loại naphten hai vòng thấy có dầu mỏ định loại naphten hai vịng có số ngun tử cacbon đến C20 ÷ C25 Hiện nay, phân tích hóa học xác định 25 hợp chất naphten hai vòng, hợp chất naphten ba vòng, hợp chất naphten bốn năm vịng Cũng chưa có chứng phân tích cho biết xác cấu trúc hợp chất naphten có số vịng lớn Tuy nhiên, dựa kết phân tích phổ khối phân đoạn dầu nặng, tìm thấy có mặt hydrocacbon naphten đa vịng với số vòng lên tới cấu trúc [3] Những naphten vịng thường gặp dạng alkylperhydrophenantren như: Vũ Quang Chỉnh Hoá dầu - K48