Chương 1: Tổng quan về chưng cất chân không 3 1.1. Khái niệm 3 1.2. Mục đích và ý nghĩa của quá trình chưng cất chân không 3 1.2.1. Mục đích 3 1.2.2. Ý nghĩa 3 1.2.3. Phân loại 4 1.3. Nguyên liệu và sản phẩm 4 1.3.1. Nguyên liệu 4 1.3.2. Sản phẩm 4 1.4. Điều kiện công nghệ 7 1.5. Tháp chưng cất chân không 8 1.6. Thiết bị tạo chân không 10 1.6.1. Thiết bị ngưng tụ bề mặt 10 1.6.2. Máy bơm chân không 11 1.6.3. Thiết bị ngưng tụ khí áp 12 1.6.4. Bơm phun tia (ejector) 12 1.6.5. Hệ thiết bị ngưng tụ khí áp bơm phun 13 1.6.6. Hệ bơm phun thiết bị ngưng tụ khí áp 14 Chương 2: Sơ đồ công nghệ 15 2.1. Sơ đồ nguyên tắc cụm chưng cất chân không 15 2.2. Các dạng sơ đồ công nghệ 16 2.2.1. Sơ đồ chưng cất mazut trong chân không 16 2.2.2. Sơ đồ chưng cất khí quyển chân không 18
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI CHƯNG CẤT CẶN DẦU THÔ ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG GVHD:TS Lê Thanh Thanh SVTH:Nguyễn Khánh Duy Võ Đăng Khoa Nguyễn Nhật Nam Trần Thanh Minh Nghi Trần Văn Tài Trần Lập ThạnhDH11H1 DH11H1 DH11H1 DH11H1 DH11H1 DH11H1 Vũng Tàu, tháng 3 năm 2014 1 MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan về chưng cất chân không 3 1.1 Khái niệm 3 1.2 Mục đích và ý nghĩa của quá trình chưng cất chân không 3 1.2.1 Mục đích .3 1.2.2 Ý nghĩa 3 1.2.3 Phân loại 4 1.3 Nguyên liệu và sản phẩm 4 1.3.1 Nguyên liệu 4 1.3.2 Sản phẩm 4 1.4 Điều kiện công nghệ 7 1.5 Tháp chưng cất chân không .8 1.6 Thiết bị tạo chân không 10 1.6.1 Thiết bị ngưng tụ bề mặt 10 1.6.2 Máy bơm chân không 11 1.6.3 Thiết bị ngưng tụ khí áp 12 1.6.4 Bơm phun tia (ejector) 12 1.6.5 Hệ thiết bị ngưng tụ khí áp - bơm phun 13 1.6.6 Hệ bơm phun - thiết bị ngưng tụ khí áp 14 Chương 2: Sơ đồ công nghệ 15 2.1 Sơ đồ nguyên tắc cụm chưng cất chân không 15 2.2 Các dạng sơ đồ công nghệ .16 2.2.1 Sơ đồ chưng cất mazut trong chân không 16 2.2.2 Sơ đồ chưng cất khí quyển - chân không 18 2 Chương 1: Tổng quan về chưng cất chân không 1.1 Khái niệm Chưng cất là phương pháp dùng nhiệt để tách hỗn hợp đồng thể (dung dịch) của các chất lỏng khác nhau để thu được các phân đoạn dựa vào nhiệt độ sôi Trong lọc hóa dầu, trải qua 2 giai đoạn chưng cất: chưng cất khí quyển và chưng cất chân không Chưng cất chân không sử dụng môi trường chân không để làm giảm nhiệt độ sôi của các hydrocacbon cho phép ta thu được các sản phẩm mong muốn Chân không, theo lý thuyết cổ điển là trạng thái không gian không chứa vật chất Điều đó có nghĩa là áp suất tuyệt đối trong vùng không gian này cũng bằng không Chân không như thế được gọi là chân không tuyệt đối Tuy nhiên, trên thực tế không tồn tại vùng chân không tuyệt đối Còn về mặt kỹ thuật, người ta định nghĩa chân không là vùng không gian có mật độ vật chất thấp hơn so với mật độ vật chất trong không khí, hay nói cách khác, đó là vùng không gian có áp suất tuyệt đối thấp hơn áp suất khí quyển tiêu chuẩn [1] 1.2 Mục đích và ý nghĩa của quá trình chưng cất chân không 1.2.1 Mục đích - Giảm phân hủy và phản ứng cracking - Để thu thêm phân đoạn gasoil chân không hay phân đoạn dầu nhờn từ mazut - Phân đoạn gasoil chân không làm nguyên liệu cho quá trình cracking thu xăng - Phân đoạn dầu nhờn để chế tạo các sản phẩm dầu mỡ bôi trơn - Cặn của quá trình chưng cất chân không (gudron) để sản xuất bitum và nhiên liệu đốt lò 1.2.2 Ý nghĩa Hỗn hợp trong dầu thô thường không bền, dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao, độ bền nhiệt của cấu tử không chỉ phụ thuộc vào thời gian nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào thời gian ở nhiệt độ đó 3 Sự phân hủy sẽ làm xấu đi tính chất của sản phẩm và nguy hiểm cho quá trình chưng cất vì nó tạo ra các hợp chất gây ăn mòn Vì vậy ta tiến hành chưng cất ở áp suất chân không sẽ đảm bảo cho hiệu quả tách cao hơn Phân đoạn gasoil chân không là nguyên liệu quý cho quá trình chế biến để nhận thêm xăng bằng quá trình cracking [2] Phân đoạn dầu nhờn được dùng để chế tạo các sản phẩm dầu mỡ bôi trơn [2] Ngoài ra, cặn của quá trình này dùng để chế tạo bitum, nhựa đường hay làm nguyên liệu cho quá trình cốc hóa sản xuất cốc dầu mỏ [2] 1.2.3 Phân loại Được chia làm 4 loại [1]: Chân không thấp ( p > 100 Pa) Chân không trung bình (100 Pa > p > 0,1 Pa) Chân không sâu (0,1 Pa > p > 10-5 Pa) Chân không rất sâu ( p < 10-5 Pa) 1.3 Nguyên liệu và sản phẩm 1.3.1 Nguyên liệu Cặn mazut từ chưng cất khí quyển, phân đoạn từ 350 ÷ 500oC, thành phần là các hydrocacbon từ C21 ÷ C40, trọng lượng phân tử lớn (1000 ÷ 10000 đvC), cấu trúc phức tạp bao gồm: các parafin mạch thẳng và nhánh, các hydrocacbon naphten đơn hay đa vòng, có cấu trúc vòng cyclohexan gắn với nhánh parafin, các hydrocacbon đơn hay đa vòng gắn với nhánh ankyl và các chất lai hợp giữa naphten và hydrocacbon thơm [2] Dầu mazut được phân loại như sau: Mazut nhẹ: được sử dụng làm nhiên liệu để đốt lò dạng bay hơi hoặc lò đốt gia đình Mazut nặng: là nhiên liệu đốt lò chủ yếu dùng trong quy mô công nghiệp 1.3.2 Sản phẩm Khí: hàm lượng rất ít (không đáng kể) 4 Gasoil nhẹ (350 ÷ 450oC) Gasoil nặng (450 ÷ 500oC) Cặn gudron (> 500oC) a Gasoil nhẹ Gasoil nhẹ qua quá trình cracking hoặc hydrocracking tạo xăng (C5 ÷ C11), kenrozen (C11 ÷ C16), diezen (C16 ÷ C20) Phần lớn là các n - parafin, izo - parafin còn hydrocacbon thơm rất ít Hàm lượng các chất chứa S, N, O tăng Ngoài ra trong gasoil chân không có xuất hiện nhựa, song còn rất ít [2] b Gasoil nặng Phân đoạn gasoil nặng bao gồm các hydrocacbon từ C21 ÷ C35, có thể lên tới C40 Phân đoạn dầu nhờn có nhiều ứng dụng thực tiễn: Giảm ma sát: bôi trơn giữa các bề mặt tiếp xúc của chi tiết chuyển động nhằm giảm ma sát, hạn chế mài mòn, giảm được công tiêu hao vô ích Làm mát: khi ma sát sẽ sinh nhiệt, lượng nhiệt sinh ra lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hệ số ma sát, tải trọng và tốc độ Khi nóng máy móc sẽ làm việc thiếu chính xác Nhờ trạng thái lỏng, dầu chảy qua các bề mặt ma sát mang một phần nhiệt truyền ra ngoài làm cho máy móc làm việc tốt Làm sạch: ma sát sinh ra mùn kim loại, những hạt rắn này làm cho bề mặt bị xước, hỏng Còn có thể do cát, bụi, tạp chất ở ngoài rơi vào bề mặt ma sát Nhờ dầu nhòn lưu chuyển tuần hoàn qua các bề mặt ma sát cuốn các tạp chất ra ngoài Làm kín: trong các động cơ, nhiều chi tiết truyền động cần phải kín và chính xác như piston – xylanh, nhờ khả năng bám dính tạo màng, dầu nhờn có thể góp phần làm kín các khe hở ngăn không cho hơi bị rò rỉ đảm bảo cho máy làm việc tốt Bảo vệ kim loại: bề mặt máy móc, động cơ khi làm việc hay tiếp xúc với không khí chứa nhiều hơi nước, khí thải… làm cho kim loại bị ăn mòn, hư hỏng Nhờ dầu nhờn làm thành màng mỏng phủ kín bề mặt kim loại nên ngăn được các yếu tốt ảnh hưởng trên, bảo vệ tốt được kim loại Do các phân tử lớn, thành phần hóa học của phân đoạn dầu nhờn rất phức tạp: các n- 5 và izo-parafin ít, naphten và thơm nhiều, dạng cấu trúc hỗn hợp tăng Hàm lượng các hợp chất của S, N, O nhiều hơn 50% [2]: - Hàm lượng S có trong dầu mỏ ở phân đoạn này ở dạng disunfua, thiophen, sunfua vòng - Các chất N thường tồn tại ở dạng đồng đẳng của pyridin, pyrol và cacbazol - Các hợp chất O ở dạng axit - Có các kim loại nặng: V, Ni, Cu, Pb, các chất nhựa, asphanten Ảnh hưởng của các hợp chất phi hydrocacbon: Các hợp chất chứa S làm cho chất lượng nhiên liệu xấu đi, gây ăn mòn mạnh Các chất chứa N làm giảm hoạt tính của chất xúc tác vì các hợp chất N có xu hướng tạo phức với kim loại Các chất chứa O tồn tại ở dạng axit gây ăn mòn, các muối của axit này hòa tan trong nhiên liệu làm nhiên liệu biến màu, đóng cặn Các chất nhựa cháy không hoàn toàn tạo cốc Các kim loại đầu độc chất xúc tác, làm giảm hoạt tính của chất xúc tác c Cặn gudron Cặn gudron được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau: sản xuất bitum (quan trọng nhất), than cốc, bồ hóng, nhiên liệu đốt lò [2] Thành phần này rất phức tạp, có thể chia thành ba nhóm chính: Nhóm chất dầu: chiếm khoảng 45 ÷ 46%, bao gồm các hydrocacbon có phân tử lượng lớn, tập trung nhiều các hợp chất thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng giữa thơm và naphten; là nhóm chất nhẹ nhất có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1, hòa tan trong xăng, n-pentan, Nhóm chất nhựa: có dạng keo quánh, gồm hai nhóm thành phần là các chất trung tính và các chất axit Các chất trung tính (chiếm khoảng 10 ÷ 15% khối lượng cặn gudron), có màu nâu hoặc đen,tỷ trọng lớn hơn 1, tạo cho nhựa tính dẻo và tính kết dính - ảnh hưởng trực tiếp đến độ kéo dài của nhựa; Các chất axit (chiếm khoảng 1% cặn dầu mỏ), tỷ trọng lớn hơn 1, có nhóm –COOH, màu nâu sẫm, tạo cho nhựa có tính hoạt động bề mặt, quyết định khả năng kết dính của bitum 6 Nhóm asphanten: là nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn hơn 1, chứa phần lớn các hợp chất dị vòng Ngoài ra trong cặn gudron còn có các kim loại nặng, các chất cacben, cacboit rắn,… - Bitum là hỗn hợp phức tạp của nhiều loại chất trong đó hàm lượng các nguyên tố thu được: C (80 ÷ 87%), H (10 ÷ 15%), S (2 ÷ 8%), N (0,5 ÷ 2%), O (1 ÷ 5%) Bitum loại tốt chứa 25% nhựa (quyết định tính dẻo), 15 ÷ 18% asphanten (quyết định tính rắn), 52 ÷ 54% dầu (khả năng chịu sương gió) [2] - Nhiên liệu đốt lò khi cháy có nhiệt năng vào khoảng 10.000kcal/kg Tỷ lệ giữa C và H càng thấp thì nhiệt năng càng cao 1.4 Điều kiện công nghệ Tháp chân không được trang bị mâm van (mâm van có nhiều ưu điểm), tất cả các mâm đều ở dạng hai dòng Tổng số mâm là 18 Trên mâm nạp liệu và dưới mâm suất dòng hồi lưu giữa có lắp đặt lưới chặn (để loại các giọt gudron trượt vào trung tâm của tháp) [3] Nguyên tố quan trọng của tháp chưng cất là mâm Trong thực tế có nhiều loại mâm: mâm mũ, mâm dạng máng, mâm kết cấu hình chữ S, mâm van, tia và mâm lưới… Trong công nghiệp chế biến dầu, mâm mũ được sử dụng phổ biến nhất và được chọn là mâm chuẩn để so sánh với các mâm khác, song mâm mũ có khá nhiều nhược điểm: chi phí cao, tiết diện hoạt động thấp, trở lực cao, phân bố dòng hơi không đều, dễ bị nhiễm bẩn khi chế biến dầu lưu huỳnh và dầu nhựa tạo sản phẩm gây ăn mòn Mâm lưới, mâm sang, mâm van có giá thành thấp, công suất lớn, trở lực thấp, mức cuốn các giọt theo dòng hơi thấp Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất chân không được thiết kế với mục đích nhận được phân đoạn 350 ÷ 500oC 7 Bảng 1: Chế độ công nghệ của cụm chân không [3] Nhiệt độ, oC Chế độ tối ưu Ngưỡng cho phép Mazut tại cửa ra lò L - 3 400 ≤ 420 Vách ngăn lò L – 3 700 ≤ 750 Đỉnh tháp K – 10 90 ≤ 100 Đáy tháp 345 ≤ 350 Hơi quá nhiệt 420 ≤ 440 Áp suất dư trong tháp K – 10, mmHg 60 ≥ 50 Áp suất hơi vào máy phun chân không, atm 11,0 ≥ 10,0 Áp suất dư trong tháp: 60 mmHg [3] Để điều chế distilat dầu nhờn thì phân hủy cặn phải ít nhất bằng cách tăng hơi nước, giảm chênh lệch áp suất trong tháp chân không Nhiệt độ sôi của các hydrocacbon giảm mạnh khi áp suất dư đạt ≥ 50mmHg Nhiệt độ: Nhập liệu: 405 ÷ 420oC [3] Cặn mazut sau khi chưng cất khí quyển (> 350oC) tiếp tục được gia nhiệt trước khi vào nhập liệu tại tháp chân không Đáy tháp: < 350oC [3] Trong điều kiện chân không, nhiệt độ tại đáy tháp được giảm xuống < 350oC nhằm tránh sự phân hủy của các hydrocacbon, hạn chế sự mất mát và để thu được hiệu suất sản phẩm cao nhất Đỉnh tháp: 80 ÷ 90oC [3] Nhiệt độ tại đỉnh tháp khoảng 80 ÷ 90oC được xem là khoảng nhiệt độ tối ưu cho quá trình chưng cất chân không thu được phần distilat có hiệu suất cao nhất 1.5 Tháp chưng cất chân không Tháp chưng cất chân không (hình 1) ứng dụng để chưng cất hỗn hợp hydrocacbon sôi cao (mazut) ở áp suất chân không sâu (trên 700mmHg) và nhiệt độ cao (đến 430oC) thành các phân đoạn dầu nhờn và cặn chân không (gudron) [3] 8 1- ống nồi để điều chỉnh mức 2- ống nạp dòng hồi lưu dưới (nóng) 3- tháo dòng hồi lưu dưới 4- tháo dòng hồi lưu giữa 5- ống nối để lắp đặt vacumet 6- ống tháo dòng hồi lưu tuần hoàn giữa 7- cửa tháo hơi vào thiết bị tạo chân không 8- thông gió 9- lưới chặn 10- cửa nạp dòng hồi lưu tuần hoàn trên (lạnh) 11- cửa nạp dòng hồi lưu tuần hoàn giữa (lạnh) 12- cửa nạp dòng hồi lưu tuần hoàn giữa (nóng) 13- cửa nạp dòng hồi lưu tuần hoàn dưới (lạnh) 14- ống nối để rửa lưới chặn 15- nạp mazut từ lò nung L-3 16- ống nối để nạp hơi 17- cửa tháo gudron Hình 1: Tháp chưng cất chân không Khi chế biến dầu không ăn mòn, tháp được chế tạo từ thép cacbon Khi chế biến dầu lưu huỳnh tháp được làm từ thép lưỡng kim loại, còn lớp trong và mâm chế tạo từ thép không rỉ Kết cấu ở đỉnh và đáy tháp hẹp hơn là do thể tích của vùng trên và phân chưng thấp hơn nhiều so với vùng bay hơi ở giữa, cần phải giảm sự phân hủy gudron nên thời gian lưu của nó trong vùng nhiệt độ cao phải giảm Các nhà máy chế biến dầu hiện nay thường sử dụng mâm lưới, mâm van và mâm sang Số mâm phụ thuộc vào mức phân tách 9 Ở nhiệt độ và lưu lượng hơi nước cố định, tăng số mâm dẫn tới tăng áp suất trong vùng cấp và giảm độ sâu chưng cất Để chống tạo bọt đưa vào dầu silicon (khoảng 0.75 mg/l nguyên liệu) [3] So sánh tháp chưng cất khí quyển và chân không Chưng cất khí quyển Chưng cất chân không Giống - Đều dựa trên quá trình chưng cất vật lý - Sử dụng nhiệt để làm bay hơi các cấu tử trong hỗn hợp cần chưng cất nhằm thu được sản phẩm theo từng phân đoạn bay hơi Khác - Nguyên liệu là dầu thô - Nguyên liệu là cặn mazut - Sử dụng áp suất khí quyển - Sử dụng áp suất chân không Nhiệt độ : 180 ÷ 350oC Nhiệt độ : 350 ÷ 500oC 1.6 Thiết bị tạo chân không Chân không trong thiết bị được tạo thành bằng cách ngưng tụ khí trong không gian kín và hút khí và hơi không ngưng tụ ra bằng thiết bị tương ứng 1.6.1 Thiết bị ngưng tụ bề mặt 1 – cụm bù trừ hình thấu kính; 2 – tấm chắn ngang; 3 – ống; 4 – buồng phân phối 10 Hình 2: Thiết bị ngưng tụ bề mặt dạng cố định Trong ống của thiết bị ngưng tụ bề mặt theo hệ thống tám dòng nước lạnh chảy từ dưới lên trên Nhờ làm lạnh và ngưng tụ hơi trong không gian giữa các ống của thiết bị ngưng tụ bề mặt thể tích pha hơi giảm mạnh và tạo thành chân không trong tháp 1.6.2 Máy bơm chân không Có 2 loại bơm: bơm chân không khô và ướt Máy bơm khổ dùng để bơm khí khô, còn bơm ướt để bơm khí chứa chất lỏng Hình 3: Máy bơm chân không Nguyên lí làm việc Các cánh bơm thiết kế đặt trong rotor, rotor được đặt lệch tâm so với buồng bơm Khi rotor quay cánh bơm văng ra ma sát với buồng bơm lấy không khí và xả ra ngoài để tạo chân không Không khí trộn lẫn với dầu nên đầu ra của bơm có hệ thống lọc tác Tới đây dầu được giữ lại và cho vào buồng chứa dầu Dầu chân không trong buồng chứa lại trả về buồng làm việc để tiếp tục quá trình Cánh hút được trang bị bộ lọc khí nhằm giảm các chất bẩn và lượng hơi nước lẫn vào dầu nhằm tăng hiệu suất làm việc của bơm 11 1.6.3 Thiết bị ngưng tụ khí áp Sơ đồ hình 4 gồm ống (3) có chiều cao 12m, trong đó các dòng khí và nước chuyển động gặp nhau; hơi nước ngưng tụ và cùng với nước qua cửa van thủy lực chảy vào bể chứa hoặc thải vào kênh Van thủy lực được tạo thành như sau: đuôi của ống (3) ngập trong lớp nước trong bể (4) Không khí và khí không ngưng tụ được hút bằng máy bơm chân không hoặc bơm tia nước Hình 4: Sơ đồ thiết bị ngưng tụ khí áp 1.6.4 Bơm phun tia (ejector) Hơi hoạt động phun ra từ vòi phun với tốc độ siêu âm phối trộn với các hạt không khí không ngưng tụ vào ống thắt – buồng trộn để trộn hoàn toàn hơi với khí Sau đó hỗn hợp được đưa tới buồng khuếch tán để chuyển động năng của dòng thành công khi hỗn hợp ra khỏi thiết bị Hình 5: Sơ đồ bơm tia hơi 12 1.6.5 Hệ thiết bị ngưng tụ khí áp - bơm phun Hình 6: Sơ đồ công nghệ tạo chân không bằng hệ thiết bị ngưng tụ khí áp – bơm phun Trong hệ thiết bị ngưng tụ khí áp - bơm phun hơi thoát ra từ đỉnh tháp chân không ngưng tụ ngay lập tức trong thiết bị ngưng tụ khí áp và sau đó được hút bằng máy hơm chân không (thường là bơm phun hơi) Sản phẩm dầu ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ (2) không hòa loãng nhờ đó dễ dàng tách ra khỏi condensat được thu gom vào bể lắng và hộp khí áp Áp suất dư trong thiết bị ngưng tụ khí áp phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, tức là chân không được xác định bởi nhiệt độ nước rời khỏi thiết bị ngưng tụ Nước từ thiết bị ngưng tụ bị nhiễm sản phẩm dầu và hợp chất lưu huỳnh (thường 5.5% so vớ mazut), vì vậy để giảm sự nhiễm bẩn, nước được tái sử dụng 13 1.6.6 Hệ bơm phun - thiết bị ngưng tụ khí áp Hình 7: Sơ đồ hệ bơm phun – thiết bị ngưng tụ khí áp Hệ bơm phun – thiết bị ngưng tụ khí áp có thể tạo chân không sâu hơn (áp suất dư 5 – 10mmHg) Trong sơ đồ này, hơi từ tháp chân không được đưa trực tiếp vào bơm phun, còn độ sâu của chân không phụ thuộc vào nhiệt độ của nước thoát ra từ thiết bị ngưng tụ khí áp Độ sâu của chân không phụ thuộc vào đối áp tại cửa ra của bơm phun, vì vậy để tạo chân không sâu cần mắc nối tiếp vài bơm phun Chương 2: Sơ đồ công nghệ 14 2.1 Sơ đồ nguyên tắc cụm chưng cất chân không K-10- Tháp chưng cất chân không; T-35- Thiết bị ngưng tụ; T-1, T-3, T-4, T-16, T-18, T-25, T-34- Thiết bị trao đổi nhiệt; T-25a- Thiết bị ngưng tụ băng không khí; T-24, T-28, T-30, T-31- Máy lạnh; H-1- Bơm chân không phun hơi; H- Máy bơm; E- Bể chứa; L-3- Lò nung dạng ống; B- Bể chứa nước Hình 6: Sơ đồ nguyên tắc cụm chưng cất chân không Nguyên lý làm việc: Trong sơ đồ hình 6, mazut từ tháp K-2 được máy bơm H-21 bơm vào ống xoắn của lò nung L-3 và sau khi nung nóng 400 ÷ 410oC được dẫn vào tháp chưng cất chân không K- 10 Để giảm sự phân hủy của mazut ở nhiệt độ cao, tạo cốc trong các ống lò nung và tăng phần cất, thêm hơi nước quá nhiệt vào từng dòng chảy qua lò nung tại cửa tháp K-1 Ở đỉnh tháp chưng cất chân không K-10 giữ áp suất không quá 60mmHg Khí sinh ra khi 15 phân hủy mazut cùng hơi nước được dẫn sang thiết bị ngưng tụ T-35, trong đó hơi nước ngưng tụ còn khí được hút bằng máy bơm chân không – phun 3 cấp H-1 Phần ngưng tụ từ T-35 được đưa vào bể chứa E-22, từ đó vào bể chứa B, nước từ đó được thải ra còn sản phẩm dầu tích tụ trong bể lắng được máy bơm H-40 bơm vào cửa nạp của máy bơm nguyên liệu [3] Từ mâm 15 của tháp chân không K-10 dòng hồi lưu trên được máy bơm H-24 hút ra và bơm qua các thiết bị trao đổi nhiệt T-25, thiết bị ngưng tụ bằng không khí T-25a, máy lạnh T-28 và với nhiệt độ 50oC được đưa trở lại mâm 18 của tháp K-10 Phân đoạn có nhiệt độ sôi dưới 350oC được máy bơm H-24 bơm vào tháp K-2 hoặc vào đường ống nhiên liệu diesel Cũng có thể đưa dòng hồi lưu nóng vào mâm 14 nhờ máy bơm H-24 [3] Từ mâm 9 trích phân đoạn 350 ÷ 500oC dưới dạng sản phẩm trung gian, sau đó được máy bơm H-25 bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt T-16 (dòng nóng), sau đó lượng phân đoạn 350 – 500oC cần thiết quay trở lại tháp như dòng hồi lưu sau khi đã qua máy lạnh T-30, phần dư qua thiết bị trao đổi nhiệt T-1 và lấy ra ngoài Từ mâm thứ 9 của tháp K-10 dòng hồi lưu dưới được máy bơm H-26 bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt T-18 và thiết bị làm lạnh T-31, trong đó nó được làm lạnh đến 170oC và trở về mâm số 6, phần còn dư quay trở lại thấp chưng cất khí quyển K-2 Từ bơm H-25 và H-26 hai dòng nóng trở lại tương ứng tại mâm thứ 8 và mâm thứ 4 [3] Từ đáy tháp K-10 gudron được máy bơm H-27 bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt T-4, T- 3, T-34, máy lạnh T-24 và với nhiệt độ không quá 100oC được đưa vào bể chứa [3] 2.2 Các dạng sơ đồ công nghệ 2.2.1 Sơ đồ chưng cất mazut trong chân không Yêu cầu của quá trình chưng cất này là tránh rơi giọt gudron vào gasoil chân không và sao cho hàm lượng hợp chất cơ kim trong đó không tăng và khi cracking không tăng tạo cốc Để thực hiện được điều này, sử dụng phụ gia chống tạo bọt dạng silicon và lắp đặt kết cấu chặn bằng thép dập hoặc gợn song ở cửa nạp liệu 16 1 - lò nung ống; 2 - tháp chưng cất chân không thứ nhất; 3 - tháp chưng cất chân không thứ 2; 4 - trao đổi nhiệt; 5 - thiết bị làm lạnh; 6 - thiết bị ngưng tụ khí áp; 7 - ejector; 8 - tháp bay hơi I - mazut; II - distilat 490oC; VII - gudron; VIII - hơi nước; IX - nước; X - khí và hơi không ngưng tụ Hình 7: Sơ đồ chưng cất chân không hai tháp để chưng cất mazut Số mâm trong tháp chân không không lớn, chỉ 8 mâm trong phần cất và 4 mâm trong phần chưng Trở lực của mâm phải càng thấp càng tốt Chân không trong tháp là 700 ÷ 740 mmHg; ứng với áp suất dư trong tháp thấp và sự có mặt của hơi nước giúp thu hồi distilat sâu hơn [3] Cả hai tháp đều được trang bị hệ thống phun hơi độc lập để tạo chân không Khi muốn phân tách dầu nhờn tốt hơn, mazut được chưng cất theo sơ đồ hai tháp Có nhiều phương pháp phân tách, một trong những phương án là ở tháp một thu phân đoạn dầu nhờn rộng, còn trong tháp chân không thứ hai với số mâm lớn phân đoạn được tách hẹp hơn – phương án như hình 7 Một phương pháp khác là mazut được chưng cất trong hai tháp nối tiếp nhau, ở tháp thứ nhất thu được distilat nhẹ hơn và semigudron, trong 17 tháp thứ hai từ semigudron thu được distilat nhớt và gudron Trong hình 7, ở tháp chân không thứ nhất, hai sản phẩm đỉnh thu được là distilat II (< 350oC), sản phẩm trích ngang là phân đoạn dầu nhờn rộng (350 ÷ 575oC) III và cặn là gudron VII Ở tháp chân không thứ hai, phân đoạn III thu được distilat: IV (350 ÷ 460oC), V (460 ÷ 490oC) và VI (> 490oC) Hàm lượng phân đoạn nhẹ trong distilat V được điều chỉnh trong tháp bay hơi (8) [3] Một phần nhiệt của các dòng được lấy ra trong sơ đồ trên để điều chế hơi nước với áp suất 7 atm, nhờ đó làm tăng hiệu quả kinh tế [3] 2.2.2 Sơ đồ chưng cất khí quyển - chân không a Cụm chưng cất khí quyển - chân không ba bậc 1 - lò nung ống; 2 - tháp chưng cất khí quyển; 3 - tháp ổn định xăng; 4 - tháp chân không thu dầu nhờn; 5 - tháp chân không thu nhiên liệu; 6 - trao đôi nhiệt; 7 - thiết bị ngưng tụ - làm lạnh; 8 - thiết bị gia nhiệt bằng hơi; 9 - bể chứa hồi lưu; 10 - thiết bị ngưng tụ làm lạnh bề mặt; 11 - ejector I - dầu thô; II - khí; III - khí hóa lỏng; IV - sản phẩm trích ngang; V - xăng không ổng định; VI - xăng ổn định; VII - semigudron; VIII - hơi nước; IX - mazut; X - nước hồi lưu; XI - nước lạnh; XII - khí và hơi không ngưng tụ; XIII - gudron; XIV - chất ngưng tụ Hình 8: Cụm chưng cất khí quyển - chân không ba bậc 18 Nguyên lý làm việc: Sơ đồ trong hình 8 gồm tháp chưng cất khí quyển (2) và hai tháp chưng cất chân không làm việc nối tiếp nhau Tháp chân không thứ nhất thu được distillat dầu nhờn và cặn semigudron VII Một phần cặn được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn gốc phần còn lại được đưa qua lò nung và tiếp theo vào tháp chân không thứ hai, làm việc ở áp suất dư 10 – 15mmHg Trong tháp này thu được nguyên liệu distilat nặng cho cracking xúc tác hoặc hydrocracking Cặn chưng cất là gudron XIII được sử dụng làm nhựa đường Phân đoạn ligroin được đưa vào cụm reforming xúc tác [4] Vấn đề đặc biệt được quan tâm ở đây là thiết bị tạo chân không ở dạng bơm phun ejector và thiết bị ngưng tụ bề mặt thay cho áp kế Nhờ hệ thống này tạo chân không sâu hơn Áp suất dư trong tháp chân không hai thấp hơn và tách phân đoạn tốt hơn cho phép giảm tạo cốc b Cụm chưng cất khí quyển - chân không bốn bậc 1 - lò nung ống; 2 - tháp loại xăng; 3 - tháp chưng cất khí quyển; 4 - tháp chưng cất chân không thứ nhất; 5 - tháp chưng cất chân không thứ 2; 6 - trao đổi nhiệt; 7 - thiết bị ngưng tụ - làm lạnh; 8 - bể chứa hồi lưu; 9 - thiết bị ngưng tụ khí áp; 10 - ejector I - dầu thô; II - khí; III - sản phẩm đỉnh; IV - sản phẩm trung gian; V - semigudron; VI - gudron; VII - hơi nước; VIII - dòng nóng; IX - mazut; X - dầu thô loại xăng; XI - nước lắng; XII - nước lạnh; XIII - khí và hơi không ngưng tụ; XIV - gasoil Hình 9: Cụm chưng cất khí quyển - chân không bốn bậc 19 Nguyên lý làm việc: Sơ đồ trong hình 9 gồm hai tháp khí quyển và hai tháp chân không Môi trường bay hơi được sử dụng là gasoil Theo sơ đồ semigudron V từ tháp chân không thứ nhất (4) trước khi vào lò nung (1) được trọn với gasoil XIV Hỗn hợp được nung nóng trong lò nung và đưa vào tháp chân không thứ hai (5) trong đó thu được ba sản phẩm: gasoil tuần hoàn XIV, distilat dầu nhờn IV và cặn gudron VI [4] 20 ... tạo cốc b Cụm chưng cất khí - chân khơng bốn bậc - lò nung ống; - tháp loại xăng; - tháp chưng cất khí quyển; - tháp chưng cất chân không thứ nhất; - tháp chưng cất chân không thứ 2; - trao... giai đoạn chưng cất: chưng cất khí chưng cất chân không Chưng cất chân không sử dụng môi trường chân không để làm giảm nhiệt độ sôi hydrocacbon cho phép ta thu sản phẩm mong muốn Chân không, theo... chân không hai tháp để chưng cất mazut Số mâm tháp chân không không lớn, mâm phần cất mâm phần chưng Trở lực mâm phải thấp tốt Chân khơng tháp 700 ÷ 740 mmHg; ứng với áp suất dư tháp thấp có mặt