Đồ Án Thiết kế tháp chưng cất dầu nặng Trung Đông

Mục đích của quá trình chưng cất dầu thô là chia dầu thô là nguyên liệu ban đầuthành những phân đoạn hẹp để tiện lợi cho các quá trình chế biến về sau, chẳng hạnnhư các quá trình crackin

MỞ ĐẦU

Dầu mỏ là khoáng vật phong phú nhất trong tự nhiên, là một trong những nguyênliệu thô quan trọng nhất mà loài người có được và nó là một trong những nguồn cungcấp hydrocacbon phong phú nhất có trong tự nhiên

Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ XVIII dầu mỏ được sửdụng làm nhiên liệu để đốt và thắp sáng Sang thế kỷ XIX, dầu được coi như là nguồnnhiên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho nền kinh tế Hiện nay, dầu mỏ

đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới Khoảng

65 ÷ 70% năng lượng sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ 20 ÷ 22% đi từ than, 5 ÷ 6% từ nănglượng nước và 8 ÷ 12% từ năng lượng hạt nhân Bên cạnh việc sử dụng dầu mỏ để chếbiến thành các dạng nhiên liệu thì hướng sử dụng mạnh mẽ và hiệu quả nhất của dầu

mỏ là làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hữu cơ – hóa dầu như: sản xuất cao

su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón…

Ngành khai thác chế biến dầu khí là một ngành công nghiệp mũi nhọn, trong mộttương lai dài vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực năng lượng và nguyên liệuhoá học mà không có tài nguyên thiên nhiên nào thay thế được Hiệu quả sử dụng dầu

mỏ phụ thuộc vào chất lượng của các quá trình chế biến Theo các chuyên gia về hóadầu Châu Âu, việc đưa dầu mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao được hiệu quả

sử dụng của dầu mỏ lên 5 lần, và như vậy tiết kiệm được nguồn tài nguyên quý giánày

Dầu mỏ là hỗn hợp rất phức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ vàcác hợp chất khác như CO2, N2, H2, H2S, He, Ar, Ne… Dầu mỏ muốn sử dụng đượcphải phân chia thành từng phân đoạn nhỏ Sự phân chia đó dựa vào phương phápchưng cất để thu được các sản phẩm có nhiệt độ sôi khác nhau Trong nhà máy lọcdầu, phân xưởng chưng cất dầu thô là một phân xưởng quan trọng, cho phép ta thuđược các phân đoạn dầu mỏ để chế biến tiếp theo Đồ án này đưa ra các vấn đề lýthuyết liên quan và thiết kế tháp chưng cất dầu thô với nguyên liệu là dầu thô nặngTrung Đông

Phần I TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT DẦU THÔ

I Mục đích và ý nghĩa của quá trình chưng cất dầu thô.

Mục đích của quá trình chưng cất dầu thô là chia dầu thô (là nguyên liệu ban đầu)thành những phân đoạn hẹp để tiện lợi cho các quá trình chế biến về sau, chẳng hạnnhư các quá trình cracking, reforming hay quá trình sản xuất dầu nhờn

Trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô sau khi được xử lý qua các quá trình táchnước, muối và tạp chất cơ học sẽ được đưa vào chưng cất Tùy theo bản chất củanguyên liệu và mục đích của quá trình mà chúng ta sẽ áp dụng chưng cất dầu ở áp suấtkhí quyển AD (Atmospheric Distillation) hay chưng cất trong chân không VD(Vacuum Distillation) hay kết hợp cả 2 công nghệ AD-VD gọi tắt là AVD

Với mục đích nhận các phân đoạn xăng (naphta nhẹ, naphta nặng), phân đoạnkerosen, phân đoạn diezel (nhẹ, nặng) và phần cặn còn lại sau chưng cất người ta sửdụng công nghệ AD

Còn khi muốn chưng cất sâu thêm phần cặn thô nhằm nhận các phân đoạn gasoilchân không hay phân đoạn dầu nhờn người ta dùng chưng cất chân không VD

Phân đoạn gasoil chân không là nguyên liệu cho quá trình Cracking nhằm chế biếnxăng có trị số octan cao

Phân đoạn dầu nhờn được dùng để chế tạo các sản phẩm dầu mỡ bôi trơn, còn phânđoạn cặn gudron dùng để chế tạo bitum, nhựa đường hay làm nguyên liệu cho quátrình cốc hóa sản xuất cốc dầu mỏ

Như vậy tùy theo tính chất dầu thô và mục đích chế biến mà người ta áp dụng loạihình công nghệ chưng cất cho thích hợp

II Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất dầu thô:

Quá trình chưng cất dầu thô là một quá trình phân đoạn Quá trình này được thựchiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm tách các phần dầu theo nhiệt độ sôi của cáccấu tử trong dầu mà không xảy ra sự phân huỷ Hơi nhẹ bay lên và ngưng tụ thànhphần lỏng Tùy theo biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia quá trìnhthành chưng đơn giản, chưng phức tạp, chưng cất trong chân không và chưng cất vớihơi nước

II.1 Chưng cất đơn giản:

Chưng đơn giản là quá trình chưng cất được tiến hành bằng cách bay hơi dần dần,một lần hay nhiều lần, một hỗn hợp chất lỏng cần chưng, hình 2 (a, b, c)

II.1.1 Chưng cất bằng cách bay hơi dần dần:

Phương pháp này thường được áp dụng trong phòng thí nghiệm.

Sơ đồ chưng cất bay hơi dần dần được trình bày trên hình 2a gồm: thiết bị đốt nónglên tục, một hỗn hợp chất lỏng trong bình chưng 1 từ nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuốiliên tục tách hơi sản phẩm và ngưng tụ hơi bay lên trong thiết bị ngưng tụ 3 và thuđược sản phẩm lỏng trong bể chứa 4

Hình 2a

II.1.2 Chưng cất bằng cách bay hơi một lần.

Phương pháp này còn gọi là phưng pháp bay hơi cân bằng Hỗn hợp chất lỏng Iđược cho liên tục vào thiết bị đun sôi 2 và được đốt nóng đến một nhiệt độ xác định và

ở áp suất p cho trước Pha hơi thu được cho qua thiết bị ngưng tụ 3 rồi vào bể chứa 4,

từ đó nhận được phần cất II; còn pha lỏng được lấy ra liên tục và ta nhận được phầncặn III

1 2

4

I

I I

I I I 3

Hình 2b

II.1.3 Chưng cất bằng cách bay hơi nhiều lần:

Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chưng bay hơi một lần nối tiếp nhau ở nhiệt

độ tăng dần hay áp suất thấp hơn đối với phần cặn (hình 2c) Phần cặn của chưng cấtlần một là nguyên liệu cho chưng cất lần hai sau khi được đốt nóng đến nhiệt độ caohơn Từ đỉnh của thiết bị chưng lần một ta nhận được sản phẩm đỉnh, còn đáy chưngcất lần hai ta nhận được sản phẩm cặn

Chưng đơn giản, nhất là với loại bay hơi một lần thì không đạt được độ phận phânchia cao Do đó khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phần của các hợp chất lỏng,người ta phải tiến hành chưng cất có tinh luyện đó là chưng phức tạp.

Hình 2c

II.2 Chưng phức tạp :

II.2.1 Chưng cất có hồi lưu:

Quá trình chưng cất có hồi lưu là một quá trình chưng khi lấy một phần chấtlỏng ngưng tụ từ hơi tách ra cho quay lại tưới vào dòng bay hơi lên Nhờ có sự tiếpxúc đồng đều và thêm một lần nữa giữa pha lỏng và pha hơi mà pha hơi khi tách khỏi

hệ thống lại được làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn) so với khi không

có hồi lưu, nhờ vậy có sự phân chia cao hơn

II.2.2 Chưng cất có tinh luyện:

Chưng cất có tinh luyện còn cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với hồi lưu

Cơ sở của quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả hai phía giữa phalỏng và pha hơi chuyển động ngược chiều nhau Quá trình này được thực hiện bằngphương pháp tinh luyện Để đảm bảo cho sự tiếp xúc hoàn thiện hơn giữa pha hơi vàpha lỏng trong tháp được trang bị các đĩa hay đệm Độ phân chia một hỗn hợp các cấu

tử trong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các pha (số đĩa lý thuyết) vào lượnghồi lưu ở mỗi đĩa và hồi lưu ở đỉnh tháp

Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chưng cất tinh luyện:

Pha hơi Vn bay lên từ đĩa n lên đĩa thứ n-1 được tiếp xúc với pha lỏng Ln-1 chảy từ đĩan-1 xuống, còn pha lỏng Ln từ đĩa n, chảy xuống đĩa phía dưới n+1 lại tiếp xúc với phahơi Vn+1 bay từ dưới lên Nhờ quá trình tiếp xúc như vậy mà quá trình trao đổi chấtxảy ra tốt hơn Pha hơi bay lên ngày càng được làm giàu thêm nhiều cấu tử nhẹ, cònpha lỏng chảy xuống phía dưới ngày càng chứa nhiều cấu tử nặng Số lần tiếp xúc

càng nhiều, sự trao đổi chất ngày càng tăng và sự phân chia ngày càng tốt, hay nóicách khác, tháp có độ phân chia càng cao Đĩa trên có hồi lưu đỉnh, còn đĩa dưới cùng

có hồi lưu đáy Nhờ có hồi lưu đỉnh và đáy mà làm cho tháp hoạt động liên tục, ổnđịnh và có khả năng phân tách cao Ngoài đỉnh và đáy người ta còn thiết kế hồi lưutrung gian bằng cách lấy sản phẩm lỏng ở cạnh sườn tháp cho qua trao đổi nhiệt làmlạnh rồi quay lại tưới vào tháp Như vậy theo chiều cao của tháp tinh luyện ta sẽ nhậnđược các phân đoạn có giới hạn sôi khác nhau tuỳ thuộc vào chế độ công nghệ chưngcất nguyên liệu dầu thô ban đầu

Hình: Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chưng luyên

II.3 Chưng cất chân không và chưng cất hơi nước :

Hỗn hợp các cấu tử có trong dầu thô thường không bền, dễ bị phân huỷ khi tăngnhiệt độ Trong số các hợp chất dễ bị phân hủy nhất là các hợp chất chứa lưu huỳnh vàcác hợp chất cao phân tử như nhựa Các hợp chất parafin kém bền nhiệt hơn các hợpchất naphten và naphten lại kém bền hơn các hợp chất thơm Độ bền nhiệt của cấu tửtạo thành dầu không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc cả thời gian tiếp xúc

ở nhiệt độ đó

Sự phân huỷ khi chưng cất sẽ làm xấu đi các tính chất của sản phẩm, như làm giảm

độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy của chúng, giảm độ bền oxi hoá Nhưng quan trọnghơn cả là chúng gây nên nguy hiểm cho quá trình chưng cất, vì chúng tạo thành các tạpchất ăn mòn và làm tăng áp suất của tháp Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khíquyển cao hơn nhiệt độ phân huỷ nhiệt của chúng, người ta phải chưng cất chânkhông VD hay chưng cất với hơi nước để tránh sự phân huỷ nhiệt Chân không làmgiảm nhiệt độ sôi, còn hơi nước cũng có tác dụng làm giảm nhiệt độ sôi tức là giảm ápsuất riêng phần của cấu tử hỗn hợp làm cho chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn

Tóm lai: Cơ sở của quá trình chưng cất là quá trình phân chia vật lý dầu thô thànhcác thành phần hay phân đoạn, dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử có trongdầu thô Quá trình này không sử dụng xúc tác

III Công nghệ chưng cất dầu thô:

III.1 Các thông số công nghệ ảnh hưởng đến quá trình chưng cất:

Các thông số công nghệ có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và chất lượng của quátrình chưng cất là nhiệt độ, áp suất và phương pháp chưng cất

Chế độ công nghệ chưng cất phụ thuộc vào chất lượng dầu thô ban đầu mục đích,yêu cầu của quá trình vào chủng loại sản phẩm cần thu, và phải có dây chuyền côngnghệ hợp lý

Vì vậy khi thiết kế quá trình chưng cất chúng ta cần phải xét kỹ và kết hợp đầy đủcác yếu tố để quá trình chưng cất đạt hiệu quả cao nhất

III.1.1 Chế độ nhiệt của tháp chưng luyện.

Chế độ là thông số quan trọng nhất của tháp chưng bằng cách thay đổi chế độnhiệt của tháp sẽ điều chỉnh được chất lượng và hiệu suất của sản phẩm chế độ nhiệtcủa tháp gồm nhiệt độ của nguyên liệu vào tháp, nhiệt độ đỉnh tháp, nhiệt độ trongtháp và nhiệt độ đáy tháp

Nhiệt độ của nguyên liệu (dầu thô) vào tháp chưng phụ thuộc vào bản chất củaloại dầu thô, mức độ phân tách của sản phẩm áp suất trong tháp và lượng hơi nước đưavào đáy tháp, nhưng chủ yếu là phải tránh sự phân huỷ nhiệt của nguyên liệu ở nhiệt

độ cao Nếu dầu thô là loại dầu nặng mức độ phân chia lấy sản phẩm ít thì nhiệt độnguyên liệu khi vào tháp chưng luyện sẽ không cần cao Trong thực tế sản phẩm khichưng cất ở áp suất khí quyển, nhiệt độ nguyên liệu vào tháp chưng luyện thườngtrong giới hạn 320  3600C còn nhiệt độ nguyên liệu mazut vào tháp chưng ở áp suấtchân không thường khoảng 400  4400C.

Nhiệt độ đáy tháp chưng luyện phụ thuộc vào phương pháp bay hơi và phần hồilưu đáy Nếu bay từ phần hồi lưu đáy bằng một thiết bị đốt nóng riêng biệ, thì nhiệt độtối ưu, tránh sự phân huỷ các cấu tử nặng, nhưng phải đủ để tách hết hơi nhẹ khỏi phầncặn đáy

Nhiệt độ đỉnh tháp được khống chế nhằm đảm bảo sự bay hơi hoàn toàn sảnphẩm đỉnh

Nhiệt độ đỉnh tháp chưng luyện ở áp suất khí quyển để tách khỏi phân đoạnkhác cần giữ trong khoảng 100  70mmHg thường nhiệt độ không quá 1200C để táchhết phần gasal nhẹ còn lẫn trong nguyên liệu

Để đảm bảo chế độ nhiệt của tháp và tạo điều kiện phân tách tốt hơn trong quátrình chưng luyện hoàn thiện phải có hồi lưu

Hồi lưu đỉnh tháp có hai dạng: Hồi lưu nóng và hội lưu nguội

- Hồi lưu nóng:

Quá trình hồi lưu nóng được thực hiện bằng cách cho ngưng tụ một phần hơisản phẩm đỉnh ở nhiệt độ sôi của nó, sau đó tưới trở lại đỉnh tháp, chung chỉ cần mộtlượng nhiệt để bốc hơi, tác nhan làm lạnh có thể dùng nước hay chính sản phẩm lạnh

Lượng hồi lưu nóng được tính theo công thức như sau:

n

Q R

i



Rn: Lượng hồi lưu nóng, kg/h

Q: Nhiệt lượng hồi lưu cần lấy để bốc hơi, Kcal/h

I: Nhiệt ngưng tụ của sản phẩm lỏng Kcal/kg

Do thiết bị hồi lưu nóng khó lắp ráp và gặp nhiều khó khăn cho việc vệ sinh đặc biệt làkhi công suất của tháp lớn, nên loại này ngày nay ít phổ biến và bị hạn chế

- Hồi lưu nguội:

Quá trình hồi lưu nguội được thực hiện bằng cách cho ngưng tụ một phần hơi sảnphẩm đỉnh rồi tưới trở lại tháp ngưng khi đó lượng nhiệt cần thiết để cấp cho phần hồilưu bao gồm nhiệt cần để đung nóng đến nhiệt độ sôi và nhiệt lượng để hoá hơi

3 Bể chứa hồi lưu

Lượng hồi lưu ngược được tính theo công thức

ng h h

2 1 t1 t 2

R

Rng: Lượng hồi lưu ngược

Q: Lượng nhiệt hồi lưu cần

qh t1: hàm nhiệt của hơi.

qh t2: Lượng hồi lưu lỏng hồi lưu.

i: Nhiệt lượng phần hơi cần

t1,t2: Nhiệt độ của hơi và lỏng tương ứng

Từ công thức trên ta thấy lượng hồi vào tháp (t1) càng thấp, thường nhiệt độ hồi lưu t1tưới vào tháp khoảng 30  400C

Ngoài sử dụng hồi đỉnh đáy người ta còn sử dụng hồi lưu trung gian

Xác định lượng hội lưu trung gian qua công thức

tg t t

t 2 t 0

Q R

Q: là lượng hồi lưu lấy di kcal/h

qt t2, q t t0: hàm lượng nhiệt của hồi lưu ở pha lỏng ứng với nhiệt độ t2 và t0kcal/kg

Hồi lưu trung gian có nhiều ưu điểm; giảm lượng hồi lưu đi ra ở đỉnh tháp, tậndụng được một lượng nhiệt thừa rất lớn của tháp để đun nóng nguyên liệu ban đầu,tăng công suất làm việc của tháp.

III.1.2 Áp suất của tháp chưng.

Khi chưng dầu mỏ ở áp suất khí quyển, áp suất tuyệt đối trong tháp thường caohơn một chút so với áp suất khí quyển, tương ứgn với việc tăng hay giảm nhiệt độ sảnphẩm lấy ra khỏi tháp

Khi chưng cất mazut trong tháp chưng chân không thì thường tiến hành áp suất

từ 10  17 mmHg

Áp suất làm việc của tháp chưng phụ vào nhiệt độ, bản chất của nguyên liệu và

áp suất riêng phần của tưng cấu trúc trong tháp

Lượng hơi nước tiêu hao cho tháp ở áp suất khí quyển khoảng 1,2  3,5% trọnglượng, đối với tháp chưng áp suất chân không khoảng 5  8 trọng lượng khác so vớinguyên liệu

III.2 Lựa chọn sơ đồ và chế độ công nghệ của quả trình chưng cất:

Việc lựa chọn sơ đồ và chế độ công nghệ chưng cất phụ thuộc vào đặc tính củanguyên liệu và mục đích của quá trình chưng cất

Với dầu mỏ chứa lượng khí hoà tan bé từ 0,5  1,2%, trữ lượng xăng thấp

từ (12  15% phân đoạn có nhiệt độ sôi đến 1800C) và hiệu suất các phân đoạncho tới 3500C không lớn hơn 45% thì thuận tiện nhất và cũng phù hợp hơn cả lànên chọn sơ đồ chưng cất AD với bay hơi một lần và một tháp chưng cất

Với dầu mỏ chứa nhiều phần nhẹ, tiềm lượng sản phẩm trắng cao 60%), chứa nhiều khí hòa tan(>1,2%), chứa nhiều phân đoạn xăng (20-30%) thìnên chọn sơ đồ chưng cất AD với bay hơi hai lần

(50-Lần một tiến hành bay hơi sơ bộ phần nhẹ và tinh cất chúng ở tháp sơ bộ.Còn lần hai tiến hành tinh cất phần dầu còn lại Như vậy ở tháp tinh cất sơ bộ tatách được phần khí hòa tan và xăng có nhiệt độ sôi thấp Để ngưng tụ hoàn toànhơi bay lên người ta phải tiến hành chưng cất ở áp suất cao hơn (0,35-1,0Mpa)

Nhờ áp dụng chưng cất hai lần mà ta có thể giảm được áp suất trong thápthứ hai đến 0,14-0,16Mpa, và nhận được từ dầu thô lượng sản phẩm trắng caohơn

Chọn dây chuyền công nghệ:

Dầu thô Trung Đông là loại dầu nặng lượng khí hoà tan và lượng xăngthấp nên ta chọn sơ đồ chưng cất là sơ đồ chưng cất AD với bay hơi một lần vàmột tháp tinh cất.

Ưu điểm:

Quá trình làm việc của sơ đồ công nghệ này là sự bốc hơi đồng thời các phânđoạn nhẹ và nặng góp phần làm giảm được nhiệt độ bốc hơi và nhiệt lượng đốt nóngdầu trong lò, quá trình chưng cất cho phép áp dụng trong điều kiện thực tế chưng cấtdầu thiết bị loại này có cấu tạo đơn giản, gọn, ít tốn kém

Nhược điểm:

Đối với loại dầu chứa nhiều phân đoạn nhẹ nhiều tạp chất lưu huỳnh, nước thìgặp khó khăn khi áp dụng loại hình công nghệ chưng cất này Khó khăn là áp suấttrong thiết bị lớn, vì vậy cần phải có độ bền lớn, tốn nhiên liệu, đắt tiền, cấu tạo thiết bịphức tạp để tránh gây nổ do áp suất cao Do đó sơ đồ công nghệ này chỉ được chọncho quá trình chưng cất loại dầu chứa ít phần nhẹ ( không quá 8 10%) ít nước ít lưuhuỳnh

IV Sản phẩm của quá trình chưng cất:

Khi tiến hành chưng cất sơ khởi dầu mỏ, chúng ta nhận được nhiều phân đoạn vàsản phẩm dầu Chúng được phân biệt với nhau bởi giới hạn nhiệt độ sôi (hay khoảngnhiệt độ chưng), bởi thành phần hydrocacbon và nhiều tính chất khác

IV.1 Phân đoạn khí hydrocacbon.

Khí hydrocacbon thu được chủ yếu là C3, C4 có thể ở thể khí hay được nén hóalỏng tùy thuộc vào công nghệ chưng cất Phân đoạn này thường được dùng làmnguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu hoặc dùng làm nhiên liệu dân dụng

IV.2 Phân đoạn xăng.

Gồm có phân đoạn xăng nhẹ và xăng nặng Phân đoạn xăng nhẹ chủ yếu là C5, C6

có nhiệt độ sôi từ 30  350C đến 85  950C

Phân đoạn xăng nặng gồm các cấu tử từ C7 trở lên có nhiệt độ sôi từ 95  1800C.Phân đoạn xăng được dùng làm nguyờn liệu cho quỏ trỡnh isome húa, reformingxỳc tỏc hoặc dựng làm dung mụi cho cụng nghiệp trớch ly dầu, pha chế mỹ phẩm

IV.3 Phân đoạn kerosen:

Phân đoạn kerosen có nhiệt độ sôi trong khoảng 120  2400C được

dùng làm nhiên liệu cho động cơ phản lực Phân đoạn này cũn được gọi là dầu lửa do

đó có thể dùng để thắp sáng, sưởi ấm

Nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực được chế tạo từ phân đoạn kerosen Do đặcđiểm cơ bản nhất của nhiên liệu đùng cho động cơ phản lực là làm sao có tốc độ cháylớn, dễ dàng tự bốc cháy ở bất kỳ nhiệt độ và áp suất qui định, cháy điều hoà không bịtắt trong dũng khụng khớ cú tốc độ xoáy lớn nghĩa là quá trình cháy phải có ngọn lửa

ổn định Để đáp ứng được yêu cầu này thì thành phần của kerosen phải chứa nhiều cáccấu tử hydrocacbon naphtenic và parafinic Vì vậy dầu mỏ họ naphteno-parafinic hoặcparafino-naphatenic là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất nhiên liệu phản lực

IV.4 phân đoạn gasoil nhẹ:

Hay còn gọi là phân đoạn diezel, có khoảng nhiệt độ sôi từ 140  3600C (3800C),chứa các hydrocacbon có số cacbon từ C16  C20, C21 Phân đoạn này được dùng làmnhiên liệu cho động cơ diezel tuy nhiên trong nhiên liệu sẽ có chứa nhiều lưu huỳnhnên cần phải được hydro hoá làm sạch

IV.5 Phân đoạn gasoil nặng:

Hay còn gọi là phân đoạn dầu nhờn, có khoảng nhiệt độ sôi từ 3500C ¿ 5000C,chứa cỏc hydorocacbon từ C21 ¿ C35 hoặc có thể lên tới C40 Phân đoạn này đượcdùng để sản xuất dầu nhờn hoặc sản xuất các sản phẩm trắng là xăng, kerosen vàdiesel

IV.6 Phân đoạn gudron:

Gudron là phần cũn lại sau khi đó tách các phân đoạn kể trên có nhiệt độ sôi lớnhơn 5000C, gồm các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon lớn hơn C41, giới hạn cuốicựng cú thể lờn tới C80 Thành phần của phân đoạn này rất phức tạp và được chia thành

ba nhóm chính là : nhóm chất dầu, nhóm chất nhưa, nhóm chất asphanten

Phân đoạn này được dùng để sản xuất bitum hoặc dùng làm nhiên liệu đốt lò

V Thiết bị chính của sơ đồ chưng cất:

Các thiết bị góp phần quan trọng trong dây chuyền chưng cất là:

IV.1 Tháp chưng cất:

Nhiệm vụ là phân chia dầu thô thành những phân đoạn hẹp để tiện lợi cho các quátrình chế biến về sau, chẳng hạn như các quá trình cracking, reforming hay quá trìnhsản xuất dầu nhờn

Các loại tháp thường được sử dụng:

- Tháp đệm:

Trong tháp đệm người ta bố trí các ngăn có chứa đệm hình vành khuyên hoặc hìnhtrụ có tấm chắn để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng

Nhược điểm của tháp đệm là quá trình tiếp xúc giữa pha lỏng và pha hơi không tốt,không đồng đều ở toàn bộ đệm theo diện tích tiết diện ngang của tháp Nhưng nếu thápđệm có đường kính nhỏ hơn 1m thì tháp đệm cũng có hiệu quả tương đương như cácloại tháp khác Vì vậy tháp đệm hay dùng trong các dây chuyền có công suất thấp, do

dễ chế tạo và vốn đầu tư không cao

- Tháp với các loại đĩa chụp:

Loại tháp này được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp chưng cất dầu mỏ vàcác phân đoạn dầu Các đĩa chụp có nhiều loại, chúng khác nhau bởi cấu tạo và hìnhdạng của chụp nhằm tăng cường sự tiếp xúc pha trong các tháp

- Tháp với đĩa lòng máng, đĩa lưới hay đĩa sàng:

Loại tháp này rất thích hợp cho chưng cất các cặn nặng hay sản phẩm có độ nhớt cao

Với đồ án này em chon tháp chưng cất là tháp loại đĩa chup

Hình : Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chưng cất loại đĩa có kênh chảy truyền.

1 Thiết bị ngưng tụ làm lạnh

2 Dòng hồi lưu vào tháp

3 Bể chứa sản phẩm đỉnh

4 Thân tháp

5 Nguyên liệu vào tháp

6 Kênh chảy truyền

7 Đĩa

8 Dòng hồi lưu đáy tháp

9 Dòng sản phẩm đáy

10 Thiết bị đun sôi

Nguyên lý làm việc của tháp chưng cất:

Nhiệt cung cấp chính cho tháp là từ thiết bị gia nhiệt đáy tháp Nguyên liệu đượcgia nhiệt trước sau đó đưa vào tháp qua cửa nạp liệu Nguyên liệu được gia nhiệt lênđến một nhiệt độ nào đó thì phần nhẹ bay hơi lên đĩa phía trên qua các lổ đĩa, tại đâyhơi tiếp xúc với lỏng trên đĩa Qua quá trình tiếp xúc này mà quá trình trao đổi chất sảy

ra Trên đĩa này một phần hơi được ngưng tụ thành lỏng do nhiệt độ của lỏng trên đĩathấp hơn, và lượng lỏng xuống đĩa dưới qua kênh chảy tràn Lượng hơi trên đĩa nàytiếp tục chui qua lổ đĩa và lên đĩa tiếp theo, cũng tương tự như vậy quá trình đổi chấtgiữa lỏng và hơi sảy ra Một phần cấu tử nặng ngưng tụ thành lỏng Nên nếu lên càngcao thì phần nhẹ càng tăng và phần nặng càng ít, sản phẩm càng tinh khiết

Lượng hơi trên đĩa trên cùng được ngưng tụ thành lỏng nhờ thiết bị ngưng tụ trênđỉnh tháp Một phần sản phẩm lỏng này được đưa hồi lưu lại đĩa trên cùng của tháp, đểduy trì quá tình truyền chất ở các đĩa phía trên cửa tiếp liệu

Phần cặn đáy tháp, một phần được đưa qua thiết bị gia nhiệt và hồi lưu lại đáy tháp,

để duy trì quá trình truyền chất cho các đĩa phía dưới cửa nạp liệu

- Phần bức xạ nhiệt: là phần quan trọng của lò đốt và còn gọi là buồng đốt, ở đâynhiên liệu được đốt cháy trực tiếp để tạo ra ngọn lửa Phần bức xạ nhiệt độ cao nhất sovới các phần khác của lò Vì vậy phải quan tâm tới cấu trúc cơ khí và vật liệu của phầnbức xạ.

- Phần đối lưu: thường đặt trên phần bức xạ ở phần này sẽ hấp thụ nhiệt của khícháy toả ra từ vùng đốt bằng đối lưu nhiệt, phần này là một hệ thống ống sắp đặt mộtcách khép kín

- Phần thu hồi nhiệt: ở đây sẽ thu hồi từ khí cháy toả ra từ phần đối lưu Nhiệt thuhồi có thể quay trở lại tuần hoàn cho lò đốt hoặc sử dụng vào mục đích khác

- Phần đốt cháy: đây là bộ phận phát nhiệt, nó là phần quan trọng của lò đốt.Điều quan trọng là tạo ra ngọn lửa và điều chỉnh sao cho ngọn lửa tiếp xúc với nhữngống đốt và làm cho nhiên liệu cháy hoàn toàn, quan tâm đến khoảng cách giữa các ốngđốt và ngọn lửa để sự truyền nhiệt đều đặn và hiệu quả

- Phần thông gió: Thiết bị phần thông gió đóng vai trò quan trọng, nó dẫn khícháy vào buồng đốt và đưa khí thải ra ngoài lò đốt Hệ thống thông gió có thể là tựnhiên hay cưỡng bức Trong hệ thống thông gió tự nhiên sẽ có những ống khói đượclắp đặt để thông gió, không cần năng lượng cơ học nào, các thiết bị như quạt gió sẽ tạo

ra sự đối lưu Nhìn chung hệ thống thông gió tự nhiên trong ống khói được sử dụngrộng rãi vì nó làm mất mát áp suất trong lò không đáng kể, hệ thống thông gió cưỡngbức làm mất một áp suất đáng kể trong lò lớn và thường cấu tạo của lò khi sử dụng hệthống này phức tạp, có thêm hệ thống thu hồi nhiệt thừa và quạt hút gió

V.3 Thiết bị trao đổi nhiệt:

Mục đich là để gia nhiệt cho nguyên liệu hay tận dụng nhiệt của sản phẩm đểthực hiện vào mục đích khác

Trong công nghiệp lọc hoá dầu có ba loại được sử dụng phổ biến là:

- Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruột gà.

Loại thiết bị này được dụng sớm nhất trong công nghiệp hoá chất Thường người tadùng cách uốn lại thành nhiều vòng xoắn và đặt vào trong thùng, hoặc gồm nhiều ốngthẳng nối lại vơi nhau bằng khuỷu, một chất tải nhiệt cho vào thùng còn chất tải nhiệtkhác đi trong ống xoắn

Vì thùng có thể tích lớn hơn nhiều so với thể tích của ống xoắn cho nên vận tốc củachất tải nhiệt chứa trong thùng nhỏ Vì vậy hệ thống cấp nhiệt ở mặt ngoài của ống bé tức là hệ số truyền nhiệt không thấp

Loại thiết bị này thường được dùng để làm nguội hoặc đun nóng, hiệu quả làm việcthấp Bởi vậy người ta cải tạo thiết bị này bằng cách đặt nhiều dây vòng xoắn để chiếmnhiều diện tích của thùng chứa làm cho vận tốc của chất tải nhiệt ở thùng tăng lên Vì thể tích chất lỏng trong thùng lớn, nhiệt độ đều nhau ở mọi chỗ nên làm tăng hiệu sốnhiệt độ chung

Loại này có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền có thể chế tạo từ nhiều loại vật

liệu khác nhau, có khả năng chịu được áp suất lớn (đến 2000 N/cm2) ít nhạy cảm với

sự thay đổi nhiệt độ vì nó giãn nở tự do Tuy nhiên loại này khó làm

sạch bề mặt trong ống

Ngoài các thiết bị trên còn có các thiết bị đúc bằng gang, giữa

lớp vỏ đúc bằng gang đó đặt ống xoắn bằng thép hay thiết bị dùng ống thép

hàn bên ngoài xung quanh vỏ

Hình: Thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruột gà

- Loại thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống.

Dùng để trao đổi nhiệt giữa các chất lỏng, khí và hơi

Về cấu tạo thiết bị gồm có nhiều loại ống, đoạn này tiếp lên đoạn kia nối lại vớinhau nhờ các ống khuỷu, mỗi đoạn gồm hai ống có đường kính khác nhau, lồng vàonhau

Mỗi chất lỏng tải nhiệt đi ở ống trong còn một chất tải nhiệt đi ở khoảng khônggian giữa hai ống và thường cho hai lưu thể đi ngược chiều nhau

Khi đun nóng chất lỏng bằng hơi nước hoặc khi ngưng tụ hơi bão

hoà thì cho chất lỏng đi từ phía dưới vào ống trong rồi đi ra phía trên, còn hơi đi vàophía trên đi vào khoảng trống giữa hai ống và cùng nước ngưng tụ đi ra phía dưới.Nếu trong khi sử dụng không cần làm sạch phía trong ống và khoảng giữa hai ốngthì thiết bị trao đổi phía bên trong không cần tháo và ứng dụng khi số nhiệt độ giữathành ống của hai ống nhỏ hơn 5000C Nếu hiệu số nhiệt độ giữa thành của hai ống lớnhơn 5000C và cần phải làm sạch khoảng trống giữa hai ống thì làm cơ cấu hộp đệm ởmột đầu hoặc hai đầu.

Vật liệu chế tạo thiết bị thường dùng thép cacbon, thép chịu axit, sành sứ, thuỷtinh…

Loại thiết bị này có ưu điểm là hệ số truyền nhiệt lớn, vận tốc của chất tải nhiệtlớn, không có cặn bám trên thành ống, chế tạo đơn giản Tuy nhiên thiết bị này lạicồng kềnh, khó làm sạch khoảng trống giữa hai ống, chi phí cho một m2 bề mặt traođổi nhiệt độ lớn, chúng chỉ thích hợp khi lưu lượng chất tải nhiệt bé và trung bình

và nắp nối với vỏ bằng mặt bích có bu lông ghép chắc

Trên vỏ, nắp và đáy có cửa để dẫn chất tải nhiệt Thiết bị được đặt trên giá đỡ nhờtai treo hàn vào vỏ

Một lưu thể đi vào từ dưới đáy qua các ống lên trên và ra khỏi thiết bị, một lưu thể

đi từ cửa trên của vỏ vào khoảng trống giữa ống và vỏ rồi ra phía dưới