Đồ án môn học công nghệ lọc dầu
GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu TRƯỜNG ĐH MỎ - ĐỊA CHẤT BỘ MÔN LỌC – HÓA DẦU : ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ LỌC DẦU Câu 1. Sử dụng các dữ liệu tính toán tại mục 3.4 giáo trình công nghệ lọc dầu của tác giả Phan Tử bằng (NXB Xây Dựng, 2002) ngoại trừ dữ liệu vị trí đĩa lấy sản phẩm, anh (chị) hãy xác định vị trí lấy xăng nặng khi biết nhiệt độ lấy xăng nặng là: 158 o C. Câu 2. Xây dựng sơ đồ điều khiển và mô tả quá trình điều khiển tháp chưng cất trong câu 1 để thay đổi nhiệt độ vùng lấy xăng nặng tăng lên 10 o C. GVHD: Nguyễn Anh Dũng SVTH: Nguyễn Văn Bình Lớp: Lọc Hóa Dầu B-K53 STT: 04 SVTH: Nguyễn Văn Bình 1 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Dầu mỏ được khai thác từ lòng đất và đã trải qua một quá trình làm sạch sơ bộ gọi là dầu thô. Việc sử dụng trực tiếp dầu thô là không kinh tế và không thuận lợi. Chính vì thế mà cần phải chế biến dầu thô thành các sản phẩm tiện dụng khác. Trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô sau khi đã được xử lý qua các quá trình tách nước, muối và tạp chất cơ học sẽ được đưa vào chưng cất để phân chia dầu thành các phân đoạn. Bởi vì, để chế biến dầu thô thành các sản phẩm thì việc đầu tiên và bắt buộc là phải phân nó thành các phân đoạn bằng phương pháp chưng cất. Chưng cất là phương pháp phân tách cơ bản nhất, đôi khi gần như là phương pháp duy nhất được sử dụng trong một nhà máy để phân chia dầu mỏ và khí tự nhiên cũng như các phân đoạn của chúng thành các phân đoạn và tiểu phân đoạn. Người ta cần chưng cất không những dầu thô, khí đồng hành, khí tự nhiên mà cả các sản phẩm ra khỏi lò phản ứng hóa học dùng trong các quá trình chế biến sâu dầu mỏ cũng như trong lĩnh vực hóa SVTH: Nguyễn Văn Bình 2 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu dầu. Sự chưng cất được tiến hành trong các thiết bị chưng cất gồm tháp chưng cất và các thiết bị phụ trợ khác như lò gia nhiệt, thiết bị làm lạnh, và một điều không thể thiếu được là hệ thống thiết bị điều khiển, thiết bị đo nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, Bẩn chất của quá trình chưng cất dầu thô là phân tách các phân đọan hydrocacbon khác nhau dựa vào nhiệt độ sôi của chúng. Đối với tháp chưng cất dầu thô khí quyển thông thường người ta lấy ra các phân đoạn sản phẩm sau: - Phân đoạn khí – xăng nhẹ: có nhiệt độ sôi nhỏ hơn 60 o C, chứa các hydrocacbon từ C 1 – C 4 , C 5 . - Phân đoạn xăng nặng: có nhiệt độ sôi từ 60 o C đến 180 o C, chứa các hydrocacbon từ C 6 – C 10 , C 11 . - Phân đoạn kerosen: có nhiệt độ sôi từ 180 o C đến 250 o C, chứa các hydrocacbon từ C 11 – C 14 , C 15 . - Phân đoạn gasoil: có nhiệt độ sôi từ 250 o C đến 350 o C, chứa các hydrocacbon từ C 15 – C 20 , C 21 . - Phân đoạn cặn khí quyển: có nhiệt độ sôi lớn hơn 350 o C và thành phần hydrocacbon lớn hơn > C 21 . Ngoài ra, để duy trì chế độ làm vệc ổn định, cũng như các điều kiện thông số vận hành của tháp chưng cất thì cần phải xét đến hệ thống điều khiển trong tháp. Nhờ có hệ thống điều khiển mà chúng ta dễ dàng thay đổi các thông số trong tháp, duy trì được chất lượng các phân đoạn sản phẩm, Do đó hệ thống điều khiển là không thể thiếu được trong tháp chưng cất. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Anh Dũng, là người trực tiếp giảng dạy, chỉ bảo và hướng dẫn em để em có thể hoàn thành được đồ án này. Tuy nhiên, do còn có nhiều mặt hạn chế về kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế nên trong đồ án sẽ không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em rất mong sự nhận xét và đóng góp ý kiến của Thầy và bạn bè để em có thêm những kinh nghiệm cũng như kiến thức. SVTH: Nguyễn Văn Bình 3 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu NỘI DUNG 1 Tổng quan về quá trình chưng cất 1 Cơ chế của quá trình chưng cất Để hiểu rõ hơn về quá trình chưng cất cũng như việc bố trí các thiết bị đo lường và điều khiển, ở đây em sẽ mô tả sự hình thành và hướng chuyển động của các dòng hơi và dòng lỏng trong tháp chưng cất (hình 1.1). Trong hình 1.1 chỉ có hai phân đoạn được lấy ra khỏi tháp chưng cất. Nếu cần lấy một phân đoạn sườn nào đó thì ta trích dòng lỏng đang chảy xuống bằng cách cho nó chảy ra ngoài tại mỗi đĩa nào đó có nhiệt độ thích hợp. Dòng nguyên liệu có thể được dẫn vào tháp chưng cất ở một đĩa nào đó có nhiệt độ thích hợp. Đó là đĩa nạp liệu. Đĩa nạp liệu ở cao hay ở thấp là phụ thuộc vào nhiệt độ của dòng nguyên liệu và theo thiết kế của tháp. Trong tháp chưng cất khí quyển đĩa nạp liệu thường là một trong những đĩa dưới cùng. Do sự trao đổi chất tốt ở các đĩa mà dòng hơi và dòng lỏng không ngừng mất bớt đi và tăng lên trong toàn tháp, khi càng lên cao nhiệt độ tháp giảm dần do đó lượng hơi giảm dần và lượng lỏng tăng dần. Dòng hơi đi từ dưới lên, xuyên qua lớp lỏng chảy tràn ngang trên mặt đĩa như hình 1.3. SVTH: Nguyễn Văn Bình 4 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu Người ta thường phân biệt dòng hồi lưu ngoài và dòng hồi lưu trong. Dòng hồi lưu ngoài là dòng lỏng chảy trở về đỉnh tháp từ thiết bị ngưng tụ ở đỉnh tháp, nó có nhiệt độ thấp hơn nhiều nhiệt độ đỉnh tháp nên còn được gọi là dòng hồi lưu lạnh. Dòng hồi lưu ngoài lấy ngay ở đỉnh tháp, dòng hồi lưu ngoài dễ khống chế và dễ đo. Dòng hồi lưu trong là dòng lỏng chảy trong tháp chưng cất. có nhiệt độ thay đổi theo từng đĩa ở trong tháp chưng cất. Chính vì vậy mà nó còn có tên là dòng hồi lưu nóng. Trong một số trường hợp người ta tạo dòng hồi lưu nóng bằng cách dẫn một dòng nguyên liệu lạnh nhờ ống dẫn kín vào đỉnh tháp chưng cất như hình 1.3a. Trong phương pháp hồi lưu vòng người ta trích một phần dòng lỏng tại một đĩa nào đó đem ra ngoài trao đổi nhiệt rồi đưa trở về tháp chưng cất ở vị trí cao hơn đĩa lấy phân đoạn đó vài ba đĩa như hình 1.3b. Hồi lưu có tác dụng làm tăng độ phân tách của phép chưng cất nhưng gây hao phí năng lượng. Hồi lưu vòng chủ yếu được dùng để giảm lưu lượng hơi đi qua một vùng có liên quan, đặc biệt là trong những trường hợp dòng hơi quá lớn, vì dòng hồi lưu có nhiệt độ thấp hơn đó tạo ra sự ngưng tụ một phần hơi đang bay lên. Hồi lưu vòng làm giảm khả năng phân tách, các đĩa nằm trong vùng đó làm việc chủ yếu như thiết bị trao đổi nhiệt, do đó nó làm tăng số đĩa cần có của tháp chưng cất lên một vài đơn vị. SVTH: Nguyễn Văn Bình 5 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu Hình 1.1: Sự chuyển động và hướng chuyển động các dòng trong tháp chưng cất SVTH: Nguyễn Văn Bình 6 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu Hình 1.2: Sự chuyển động của lỏng và hơi từ đĩa này tới đĩa kia Dòng hơi tạo ra bởi thiết bị tái đun nóng (Reboiler) ở đáy tháp chưng cất đóng vai trò hồi lưu hơi, có tác dụng tương đương dòng hồi lưu lạnh, nghĩa là làm tăng khả năng phân tách. Hình 1.3: a) Hồi lưu nóng; b) Hồi lưu vòng Về lí thuyết, độ hồi lưu (Reflex Ratio) là tỉ số giữa dòng hồi lưu trong và distillat, nhưng vì dòng hồi lưu trong thường chỉ biết được nhờ tính toán, khó đo trực tiếp, vả lại nó thay đổi theo từng đĩa, chính vì vậy người ta thường coi tỉ số giữa dòng hồi lưu ngoài và distillat là độ hồi lưu (còn gọi là chỉ số hồi lưu). Trong thực tế chưng cất dầu thô người ta luôn kết hợp các phương pháp hồi lưu một cách hợp lí và linh động. Sự kết hợp đó được thực hiện một cách khá đa dạng. Trong hình 1.1 cho thấy là ở đĩa nạp liệu có sự thay đổi đột ngột hơn về lưu lượng hơi và lưu lượng lỏng, vì tại đó ngoài dòng hơi từ dưới đi lên như ở các đĩa dưới lân cận còn có dòng hơi vốn có sẵn trong nguyên liệu đã được đun nóng. Tình hình cũng như vậy đối với dòng lỏng. Nguyên liệu vào tháp chưng cất luôn luôn là dầu thô ở dạng hỗn hợp cân bằng lỏng hơi. Ở hình này ta thấy rõ hơn hình ảnh chuyển động của pha hơi và pha lỏng ở trong tháp tại các đĩa dạng một bước (Single - Pass Tray) ở chế độ ôn hòa nhất, tức là ở điều kiện các bóng hơi đi lên chui qua lớp lỏng đang chảy ngang trên mặt đĩa mà không làm bắn tung tóe, làm bắn quá nhiều lớp lỏng lên phía trên. Khi dòng hơi phụt lên quá mạnh, lớp chất lỏng trên đĩa bị phun lên, "sôi" và dâng cao lên, các giọt lỏng có thể theo dòng hơi, bị cuốn lên qua các lỗ hơi mà không tập hợp thành dòng chảy xuống đĩa SVTH: Nguyễn Văn Bình 7 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu dưới theo ống chảy chuyền. Khi đó tác dụng của đĩa bị giảm sút hoặc thậm chí không còn. 2 Một số loại tháp chưng cất cơ bản Cũng có thể phân biệt chưng cất ra thành quy trình một lần như trong phòng thí nghiệm để tách một hóa chất tinh khiết ra khỏi hỗn hợp, và chưng cất liên tục, như trong các tháp chưng cất trong công nghiệp. Trong nhiều trường hợp có một tỷ lệ nhất định của hỗn hợp hai chất lỏng mà không thể tiếp tục tách bằng phương pháp chưng cất được nữa. Các hỗn hợp này được gọi là hỗn hợp đẳng phí. Nếu muốn tăng nồng độ của cồn phải dùng đến các phương pháp tinh cất đặc biệt khác. Có thể sử dụng các loại tháp chưng cất sau: - Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ hoặc mâm đĩa lưới; - Tháp chưng cất dùng mâm chóp; - Tháp đệm (tháp chưng cất dùng vật chêm). Nhận xét về ưuđiểm và nhược điểm của từng loại tháp chưng cất: Tháp mâm xuyên lỗ - Ưu điểm: chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ dàng, trở lực thấp hơn tháp chóp, ít tốn kim loại hơn tháp chóp. - Nhược điểm: yêu cầu lắp đặt cao, mâm lắp phải rất phẳng, đối với những tháp có đường kính quá lớn (> 2,4 m) ít dùng mâm xuyên lỗ vì khi đó chất lỏng phân phối không đều trên mâm. Tháp chóp - Ưu điểm: hiệu suất truyền khối cao, ổn định, ít tiêu hao năng lượng hơn nên có số mâm ít hơn. - Nhược điểm: chế tạo phức tạp, trở lực lớn. Tháp đệm - Ưu điểm: chế tạo đơn giản, trở lực thấp. - Nhược điểm: hiều suất thấp, kém ổn định do sự phân bố các pha theo tiết diện tháp không đều, sử dụng tháp chêm không cho phép ta kiểm soát quá trình chưng cất theo không gian tháp trong khi đó ở tháp mâm thì quá trình thể hiện qua từng mâm một cách rõ ràng, tháp đệm khó chế tạo được kích thước lớn ở qui mô công nghiệp. SVTH: Nguyễn Văn Bình 8 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu Bảng 1.1. So sánh ưu điểm và nhược điểm của các loại tháp Loại Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chop Ưu điểm - Đơn giản, - Hiệu suất tương đối cao, - Trở lực thấp. - Hoạt động khá ổn định. - Hoạt động ổn định. Làm việc với chất lỏng bẩn. - Hiệu suất cao Nhược điểm - Cấu tạo phức tạp. - Độ ổn định kém. - Trở lực lớn. - Hiệu suất thấp. - Yêu cầu lắp đặt khắt khe -> lắp đĩa thật phẳng. - Thiết bị nặng. - Không làm việc với chất lỏng bẩn. - Trở lực lớn. Hình 1.4: Một số loại mâm tháp điển hình 2 Đồ Án 1 Đặt vấn đề SVTH: Nguyễn Văn Bình 9 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu Một dầu thô được chưng cất khí quyển có đặc chưng về đường chưng cất TBP, về tỷ khối và phân tử lượng như bảng 2.1. Ở đây chúng ta coi giá trị của tỷ khối bằng giá trị của khối lượng riêng. Bảng 2.1. Đặc trưng của dầu thô, tỷ khối d = 0,840, K w = 12,3 Phần chưng cất [% V] Nhiệt độ [ o C] Tỷ khối tức thời Phần chưng cất [% V] Nhiệt độ [ o C] Tỷ khối tức thời 3 5 10 15 20 25 25 30 35 61 79 120 139 168 196 222 252 0,682 0,706 0,729 0,752 0,767 0,781 0,793 0,807 40 45 50 55 60 65 65 70 75 272 296 322 349 375 401 427 461 0,821 0,836 0,849 0,861 0,869 0,877 0,885 0,891 SVTH: Nguyễn Văn Bình 10 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 [...]... SVTH: Nguyễn Văn Bình 22 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Tử Bằng, Giáo trình công nghệ lọc dầu, Nhà xuất bản Xây Dựng – 2002 [2] Phan Tử Bằng Giáo trình hóa học dầu mỏ và khí tự nhiên, Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải – 2008 [3] PGS TS Đinh Thị Ngọ, Giáo trình hóa học dầu mỏ và khí, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật – 2009 [4]... 21 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu phẩm Cứ tiến hành như vậy cho tới khi nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm xăng nặng đúng bằng giá trị nhiệt độ đặt KẾT LUẬN Quá trình chưng cất mà một quá trình quan trọng tronh nhà máy lọc hóa dầu nói riêng và trong ngành công nghiệp hóa học nói chung Nó là một quá trình không thể thiếu được trong quá trình chế biến dầu thô... thô đem trao đổi nhiệt với dòng hồi lưu trước khi đưa vào tháp chưng cất Và sơ đồ điều khiển được xây dựng như trên hình 2.5 Hình 2.5 Sơ đồ điều khiển để thay đổi nhiệt độ vùng lấy sản phẩm xăng nặng trong tháp chưng cất SVTH: Nguyễn Văn Bình 20 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu TT – khí cụ đo và truyền xa nhiệt độ; TRC – bộ điều chỉnh nhiệt độ, tự ghi và... Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu Hình 2.1: Đường đặc trưng TBP và tỷ khối tức thời của dầu thô Căn cứ vào TBP có thể chia dầu thô thành 6 phân đoạn sau bằng phương pháp chưng cất khí quyển: - Phân đoạn khí: 1% thể tích Phân đọan xăng nhẹ: 12% thể tích Phân đoạn xăng nặng: 16% thể tích Kerosen: 6% thể tích Gas oil: 16% thể tích Cặn khí quyển AR 49% thể tích SVTH: Nguyễn Văn Bình 11 Lớp Lọc Hóa Dầu. .. K53 PĐ khí GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu Giả sử tháp có công suất khoảng 120m 3 dầu thô/h, áp suất đỉnh tháp là 1,5 atm, áp suất gây ra tại mỗi đĩa là 8 mmHg, tháp có 24 đĩa và đĩa nạp liệu ở dưới 24 đĩa đó như ở hình 2.2 Xăng nhẹ Nước Xăng nặng Hình 2.2: Sơ đồ tháp chưng cất khí quyển Kerosen Đặc trưng của các phân đoạn trong quá trình chưng cất dầu thô được thể hiện trên bảng... Cụ thể ở đây nếu ta sử dụng đến phương án là thay đổi nhiệt độ dòng nguyên liệu thì trong trường hợp này ta phải tăng nhiệt độ dòng nguyên liệu lên, khi đó sẽ làm thay đổi trạng thái của nguyên liệu đưa vào tháp chưng cất Do đó sẽ làm tăng nhiệt độ của các vùng SVTH: Nguyễn Văn Bình 17 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu lấy phân đoạn sản phẩm đáy, Gas Oil,... Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu trên Vậy ta chọn yếu tố tác động ở đây là nhiệt độ của dòng hồi lưu sườn tại vùng lấy sản phẩm xăng nặng Trong tường hợp này, để tăng nhiệt độ của vùng lấy sản phẩm xăng nặng thì ta tiến hành điều chỉnh tăng nhiệt độ của dòng hời lưu sườn của tháp chưng cất tại vùng lấy xăng nặng thông qua việc làm giảm lưu lượng của dòng dầu. .. thể hiện trên bảng Gas Oil 2.2 Bảng 2.2 Đặc trưng của các phân đoạn Dầu thô Vùng đáy tháp Hơi nước (coi số đo tỷ khối bằng số đo khối lượng riêng, * ở thể lỏng; **h: kí hiệu chỉ giờ) Phân đoạn AR %V SVTH: Nguyễn Văn Bình Thể tích Tỷ khối 12 Khối lượng Phân tử Số Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu Khí + mất 1 [m3/h] 1,2 d 0,667* [tấn/h] 0,800 lượng 64 kmol/h**... Thay vào phương trình (2.1) ta xác định được: c = 6 SVTH: Nguyễn Văn Bình 15 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu Vậy vị trí lấy phân đoạn xăng nặng là ở đĩa số 6 từ trên xuống Hình 2.4 Đường chưng cất TBP, flash 1atm và flash tại To = 158oC của phân đoạn xăng nặng Xây dựng sơ đồ điều khiển và mô tả quá trình điều khiển tháp chưng cất trên để 2 thay đổi nhiệt... biến dầu thô và khí Thông qua đồ án này đã giúp em phần nào hiểu rõ hơn về tháp chưng cất, về các quá trình diễn ra trong tháp và cách xác định các thông số của tháp cũng như của dòng nguyên liệu Ngoài ra còn giúp em tổng hợp thêm kiến thức về môn học công nghệ lọc dầu, kỹ thuật đo và điều khiển quá trình và môn học quá trình và thiết bị truyền khối Quá trình chưng cất dầu thô là một quá trình chưng . Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu TRƯỜNG ĐH MỎ - ĐỊA CHẤT BỘ MÔN LỌC – HÓA DẦU : ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ LỌC DẦU Câu 1. Sử dụng các dữ liệu tính toán tại mục 3.4 giáo trình công nghệ lọc. phản ứng hóa học dùng trong các quá trình chế biến sâu dầu mỏ cũng như trong lĩnh vực hóa SVTH: Nguyễn Văn Bình 2 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu dầu. Sự. Một số loại mâm tháp điển hình 2 Đồ Án 1 Đặt vấn đề SVTH: Nguyễn Văn Bình 9 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53 GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu Một dầu thô được chưng cất khí quyển