chưng cất dầu thô trong nhà máy lọc hóa dầu

quá trình chưng cất dầu thô:áp suất khí quyển và áp suất chân không.Khái quát về nguyên liệu sản phẩm,các phương pháp chưng cất và thiết bị của quá trình chưng cất.Công nghệ chưng cất phổ biến hiện nay được áp dụng như thế nào?

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Hóa dầu

Đ tài : Tìm hi u thi t b ch ng c t d u thô ề ể ế ị ư ấ ầ

• Nhóm I

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Bộ môn Công nghệ Hữu Cơ- Hóa Dầu

Nhóm I

Đề tài : Tìm hiểu thiết bị chưng cất dầu thô GVHD : TS Đào Quốc Tùy

Nội dung

Phần1

Tổng quan

Phần 2 Các quá trình chưng cất

Phần 3 Các thiết

bị chưng

cất

Sản phẩm của quá trình chưng cất

Nguyên

lý

VAI TRÒ THIẾT BỊ CHƯNG CẤT

• Thiết bị chưng cất giữ một vai trò quan trọng trong công nghiệp chế biến dầu khí

• Hầu hết các quá trình phân tách hỗn hợp lỏng đồng nhất ra thành các phân đoạn trong các quá trình công nghệ đều sử dụng phương pháp chưng cất

NGUYÊN LIỆU DẦU THÔ

NGUYÊN LIỆU DẦU THÔ

Thành phần

Các hợp chất này chủ yếu là sự kết hợp giữa hydro và nguyên

tử cacbon để hình thành các cấu tử gọi là hydrocacbon từ dạng đơn giản như khí metan (CH4) đến các dạng phức tạp như C85H60

NGUYÊN LIỆU DẦU THÔ

NGUYÊN LIỆU DẦU THÔ

Đường cong chưng cất

• Đường cong chưng cất biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt độ và phần trăm thể tích (hoặc khối lượng) dầu thô đã bay hơi (tích luỹ).

NGUYÊN LIỆU DẦU THÔ

Phân đoạn

• Một nhóm các hợp chất phục vụ cho một mục đích sử dụng nào đó được gọi là một phân đoạn (hay còn gọi là khoảng cắt)

NGUYÊN LIỆU DẦU THÔ

• Hàm lượng lưu huỳnh

Hàm lượng lưu huỳnh trong dầu thô rất khác nhau giữa các loại dầu

Hàm lượng lưu huỳnh trong dầu thô lớn làm giảm giá trị của dầu do phải đầu tư cho quá trình chế biến nhiều hơn (chủ yếu là các phân xưởng xử lý) và vấn đề bảo vệ môi tr ờng gặp phải nhiều khó khăn khi đảm bảo ƣ hàm lượng các hợp chất lưu huỳnh độc hại trong khí thải

NGUYÊN LIỆU DẦU THÔ

Thành phần hoá học và phân loại dầu mỏ

• Thành phần Hydrocacbon

• Thành phần phi hydrocacbon

Thành ph n Hidrocacbon:ầ

• Nhóm Parafins

• Nhóm Naphthenes (Cycloparafins)

• Aromactics:

Thành phần phi hydrocacbon

• Các h p ch t l u huỳnh ợ ấ ư

• Các ch t ch a ni-t ấ ứ ơ

Thành ph n phi hydrocacbon ầ

• Các ch t ch a ô-xy ấ ứ

• Các d ng h p ch t khác nh : n ạ ợ ấ ư ướ c,kim lo i n ng () ạ ặ

Sản phẩm của quá trình chưng cất dầu

thô

• Phân đoạn khí

• Phân đoạn xăng

• Phân đoạn kerosene

• Phân đoạn diesel

• Phân đoạn cặn gudron

NGUYÊN LÝ

• 1.4.1 Các khái niệm

Điểm cắt

• Là các nhiệt độ mà tại đó các sản phẩm chưng cất được phân chia

ra thành các phân đoạn khác nhau

• Trên thực tế hiệu quả quá trình phân tách không phải lúc nào cũng đạt đúng theo lý thuyết, vì vậy mà điểm sôi cuối của phân đoạn

nhẹ hơn và điểm sôi đầu của phân đoạn nặng kế tiếp có thể không trùng nhau

Một số khái niệm

• Kho ng ch ng l n gi a hai phân đo n ph n ánh hi u qu c a quá trình ả ồ ấ ữ ạ ả ệ ả ủ

ch ng c t:ư ấ

Nguyên lý quá trình chưng cất dầu

• Nguyên lý phân tách các c u t có nhi t đ sôi khác nhauấ ử ệ ộ

Một số nguyên tắc cơ bản trong chưng

• - Nếu nhiệt độ đáy tháp quá thấp, sản phẩm đáy sẽ nhẹ và nhiều hơn.

Một số nguyên tắc cơ bản trong chưng

cất dầu mỏ

• Nếu nhiệt độ đỉnh tháp quá cao thì sản phẩm đỉnh sẽ càng nặng hơn và

do vậy lượng sản phẩm càng nhiều

• Hơi do hệ thống gia nhiệt đáy đóng vai trò quan trọng trong việc sục các cấu tử nhẹ chứa trong pha lỏng ở các đĩa bay hơi Giảm nhiệt độ gia

nhiệt đáy sẽ làm giảm lượng hơi trong tháp và giảm nhiệt độ của tháp.

• Tăng lượng hồi lưu sẽ làm tăng lượng chất lỏng trong các đĩa Kết quả là nhiệt độ đỉnh tháp sẽ giảm đi, sản phẩm đỉnh sẽ nhẹ hơn Tuy nhiên, ảnh hưởng của dòng hồi lưu chậm hơn.

Các quá trình

ch ng ư

c t khác ấ

Ch ng c t khí quy n ư ấ ể

• Chưng là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng (cũng như các hỗn hợp khí đã hoá lỏng) thành những cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp

• Mục đích của phân xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển là phân tách dầu thô thành các phân đoạn theo các ứng dụng tương ứng :

Khí hoá lỏng (LPG), phân đoạn naphtha (một số phân xưởng chưng cất dầu thô được thiết kế để tách phân đoạn này thành hai phân đoạn riêng naphtha nặng và naphtha nhẹ), phân đoạn kerosene, phân đoạn diesel nhẹ (LGO), phân đoạn diesel nặng (HGO) và cặn chưng cất (residue)

Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển

với một tháp chưng cất chính

• Với dầu mỏ chứa lượng khí hoà tan thấp (0,5 – 1,2%), trữ lượng xăng thấp (12 – 15% phân đoạn có nhiệt độ sôi nhỏ hơn 1800C) và hiệu suất các phân đoạn cho tới 3500C không lớn hơn 45% thì thuận tiện nhất và cũng phù hợp hơn cả

• Ưu điểm : giảm nhiệt độ bôc hơi, nhiệt đốt nóng dầu trong lò, áp dụng trong diều kiện thực tế chưng cất dầu Thiết bị loại này có cấu tao đơn giản, gọn, ít tốn kém.

• Nhược điểm : Đối với loại dầu chứa nhiều phân đoạn nhẹ, nhiều tạp chất lưu huỳnh, nước thì gặp nhiều khó khăn khi áp dụng loại hình chưng cất này, áp suất trong thiết bị lớn, vì vậy cần phải có độ bền lớn, tốn nhiên liệu, đắt tiền, cấu tạo thiết bị phức tạp để tránh gây nổ do

áp suất cao.

Sơ đồ Chưng cất AD với bay hơi hai lần

chứa nhiều khi hoà tan (>1,2%), chứa nhiều phân đoạn xăng (20 – 30%) thì nên chọn sơ đồ chưng cất AD với bay hơi hai lần.

và nhận được từ dầu thô lượng sản phẩm trắng nhiều hơn Mặt khác những hợp chất gây ăn mòn, như hợp chất lưu huỳnh và hydrocacbon nhẹ loại ra ở tháp thứ nhất nên trong tháp thứ hai không cần phải thiết kế bằng vật liệu đắt tiền có độ bền cao và không bị ăn mòn được cho phép việc đun dầu với hệ số trao đổi nhiệt lớn, giảm bớt đáng kể công suất cần thiết

với sơ đồ khác

Tháp chưng cất chính

• Tháp chưng cất chính là thiết bị quan trọng nhất của phân xưởng chưng cất dầu thô, có nhiệm vụ phân chia dầu thô thành các phân đoạn khác nhau theo mục đích sử dụng Tháp chưng cất chính có thể là kiểu tháp đĩa hoặc tháp kiểu đệm, tuy nhiên số tháp dùng kiểu đĩa chiếm tỷ lệ lớn hơn

• Cấu tạo của 1 tháp chưng cất : 40-55 đĩa chưng cất , được chia thành hai phần: đoạn chưng và đoạn luyện

Sơ đồ tháp chưng cất :

Ch ng c t chân không ư ấ

• Giới thiệu chung

Với đa số các loại dầu thì cặn này không thể đưa thẳng tới phân xưởng

cracking được mà cần phải tách bớt các phân đoạn không phù hợp cho quá trình cracking Để tách tiếp các phân đoạn này cần phải được thực hiện ở nhiệt độ tương đối cao Khi thực hiện chưng cất ở nhiệt độ cao sẽ xảy ra hiện

tượng cracking nhiệt tạo ra các sản phẩm không mong muốn Điều này không chỉ làm ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị mà còn ảnh hưởng tới hiệu suất thu hồi sản phẩm chung của nhà máy Để khắc phục vấn đề này, người ta tiến hành

chưng cất cặn dầu thô ở áp suất thấp (áp suất chân không), khi đó nhiệt độ sôi của các cấu tử sẽ giảm xuống nhờ đó các phân đoạn tách ra dễ dàng ở nhiệt độ thấp không xảy ra quá trình cracking

Ch ng c t chân không ư ấ

Mục đích

phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào thời gian ở nhiệt độ đóHỗn hợp trong dầu thô thường không bền, dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao, độ bền nhiệt của cấu tử không chỉ

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 chân không sẽ đảm bảo cho hiệu quả tách sâu hơn phân đoạn dầu nhờn

Ch ng c t chân không ư ấ

• Đặc điểm của tháp chưng cất chân không

Trong tháp chân không cần tạo điều kiện để cất được nhiều nhất và phân hủy ít nhất vì vậy sử dụng thiết bị tạo chân không để có được áp suất

chân không thấp nhất trong hệ

Giảm thời gian lưu của mazut trong lò nung và giảm trở lực nên sử dụng

lò nung hai chiều, đưa hơi nước vào ống xoắn của lò, giảm thiểu khoảng cách giữa cửa nhập liệu vào tháp và cửa ra khỏi lò nung, tăng đường

kính ống dẫn nguyên liệu, giảm thiểu các chỗ uốn góc, dạng chữ S.

Đường kính của các tháp này lớn hơn nhiều so với tháp cất khí quyển (8

÷ 12 m)

Ch ng c t chân không ư ấ

 Chế biến mazut trong chân không thu được các distilat dầu nhờn có nhiệt độ sôi,

độ nhớt và các tính chất khác khác nhau, cặn của quá trình này là semigudron hoặc gudron các sơ đồ chưng cất chân không được chia thành nhóm nhiên liệu

Ch ng c t chân không ư ấ

• Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị chính

Tháp chưng cất chân không thường sử dụng là tháp dạng đệm để giảm tối đa tổn thất áp suất

Kích thước, cấu tạo các vùng của tháp là khác nhau để đảm bảo hoạt động tháp bình thường đồng thời tiết kiệm chi phí chế tạo

• Sơ đồ nguyên lý hoạt động và cấu tạo thấp chưng cất chân không

Các thiết bị tạo độ chân không

Các thiết bị tạo độ chân không

• Máy bơm chân không:

• 1 - Vỏ TB, 2 - ống hút

3 - ống đẩy, 4 – Cánh quạt

Thiết bị ngưng tụ khí áp

Thiết bị ngưng tụ khí áp gồm ống 3 có chiều

cao 12m, trong đó các dòng khí và nước

chuyển động gặp nhau; hơi van thủy lực chảy vào bể chứa hoặc thải vào knước ngưng tụ và cùng với nước qua cửa ênh Van thuỷ lực được tạo thành như sau khí không ngưng tụ được hút bằng máy: đuôi của ống 3 ngập trong lớp nước trong bể 4 Không khí và bơm chân

không hoặc bơm tia nước

Bơm phun tia

• Hơi hoạt đông phun ra từ vòi phun

1 với tốc độ siêu âm

• Buồng hút 2 diễn ra sự hút khí không

ngưng tự và cuốn chúng vào ống thắt

• Buồng trộn 3 để trộn hoàn toàn hơi với khí Buồng trộn 3 kết thúc bằng họng hình trụ.

Hệ thiết bị ngưng tụ khí áp - bơm phun

Các quá trình chưng cất khác.

• Ngoài hai quá trình chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển và ở áp suất chân không, công nghiệp chế biến dầu khí còn sử dụng thấp chưng cất để phân tách các phân đoạn ở nhiều giai đoạn chế biến tiếp theo như : quá trình cracking , quá trình xử lý hydro, quá trình reforming.

Tháp đĩa

• Cấu tạo chung

• Nguyên lý

Nguyên lý quá trình chuyển khối trong tháp đĩa

Quá trình chuyển khối trên các đĩa

Cấu tạo các chi tiết bên trong tháp

Cấu tạo các dạng đĩa

• Tháp đĩa lỗ

• Tháp đĩa chóp

• Tháp đĩa van

Đĩa lỗ

nghẽn dòng hơi hoặc làm giảm lưu lượng hơi từ dưới đi lên dẫn đến làm giảm hiệu quả hoạt động của tháp, giảm hiệu suất của quá trình.

Đĩa chóp

Đĩa chóp

Đĩa chóp

Ưu điểm :

• Khoảng ứng dụng rộng rãi từ chưng cất dầu thô tới các phân đoạn khác.

• Có khả năng hoạt động ổn định với các thay đổi của lưu lượng dòng lỏng/hơi trong tháp.

Nhược điểm :

• Cấu tạo phức tạp nhiều chi tiết nặng nề.

• Gía thành cao hơn các đĩa khác

Đĩa van

• Kết cấu tổng thể của đĩa van lắp đặt trong tháp chưng cất :

Đĩa van

• Van ở trạng thái đóng Van ở trạng thái mở một phần

• Van ở trạng thái mở hoàn toàn

Đĩa van

hơi do tốc độ quá lớn hoặc hiện tượng sặc tháp.

thiện quá trình tiếp xúc lỏng-hơi.

lớn, hiệu quả làm việc của các vùng trong đĩa đồng đều

Đĩa van

Dạng đĩa đặc biệt (Ballast và Flexi)

Đĩa van

• Có thể cho phép tăng lưu lượng dòng khí và hơi trong tháp tới 20-30%.

• Với kết cấu đặc biệt, đĩa chưng luyện dạng này cho phép tháp hoạt động rất ổn định, thậm chí ở lưu lượng dòng khí/hơi thấp

• Tổn thát áp suất là rất nhỏ, do vậy, tổng tổn thất áp suất trong tháp nhỏ phù hợp với quá trình chưng cất chân không.

• Có thể hoạt động thích hợp với công suất cao hơn nhiều so với đĩa van;

• Có khả năng phân tách các cấu tử tốt nhờ tạo điều kiện chuyển khối tốt và sự hoạt động ổn định.

• Hiệu quả hoạt động cao ở công suất thấp đảm bảo giảm thiểu tối đa lượng sản phẩm không đạt chất lượng trong giai đoạn khởi động tháp.

Đĩa van

• Độ linh động cao cho phép hoạt động trong khoảng rộng công suất chế biến với tiêu thụ năng luợng ở mức tối thiểu.

• Hoạt động với hiệu suất cao ngay ở cả điều kiện 5-10% dưới giới hạn tháp bắt đầu xảy ra hiện tượng sặc, nhờ vậy mà có thể tăng công suất hiệu dụng của tháp, cho phép tận dụng một cách hiệu quả tháp chưng cất và các thiết bị phụ.

• Hiệu suất hoạt động cao ở điều kiện công suất trung bình cho phép cải thiện đuợc chất lượng sản phẩm, giảm được tỷ lệ hồi lưu và do

đó cho phép giảm được năng lượng, phụ trợ tiêu thụ hoặc giảm được số lượng đĩa trong tháp.

• Thiết kế cơ khí của các phần tai, chân móc (bộ phận định hướng cho bộ phận chuyển động của van) gần như loại bỏ hoàn toàn hiện tượng kẹt của bộ phận chuyển động Thời gian ngừng tháp giảm đáng kể do khả năng thu hồi chất lỏng nhanh.

Ống chảy truyền và các sơ đồ kết cấu đĩa chưng

Một số cách bố trí đĩa chưng cất

Cấu tạo và hình dạng một số loại ống chảy truyền

Tháp đệm

Cấu tạo một số bộ phận

Đệm có kết cấu

• Cấu trúc hình học gồm nhiều tấm rất mỏng (thường là tấm kim loại) được dập nhăn, sắp xếp theo trật tự song song nhau với kích thước và hình dáng phù hợp với kích thước và hình dạng của tháp chưng cất

• Các lớp đệm này được xếp vào trong tháp, các lớp kế tiếp nhau có chiều

nghiêng với nhau 90oC

• Các lớp đệm xếp trong tháp chiếm tới 60-70% thể tích của tháp, phần không gian còn lại là dành cho bố trí các chi tiết khác như hệ thống thu gom và tái

phân phối chất lỏng, hệ thống phân phối lỏng, bộ phận phân tách pha (lỏng kéo theo hơi)

Đệm có kết cấu

Đệm có kết cấu

Đệm làm bằng sứ

Đệm làm bằng kim loại

Đệm làm bằng chất dẻo

Nhận xét

• Các đệm truyền thống thường được chế tạo từ gốm sứ, các loại đệm thế hệ mới thường được chế tạo

từ kim loại và chất dẻo.

• Các loại đệm truyền thống thường dầy trong khi đó các đệm thế hệ mới thường mỏng hơn, bề mặt riêng (diện tích mặt đệm trên một đơn vị thể tích tháp) lớn nhờ đó giảm được kích thước tháp tăng hiệu suất quá trình chưng cất và giảm được khối lượng tháp một cách đáng kể

• Các đệm truyền thống chế tạo từ gốm rất nhạy cảm đối với môi trường có kiềm và axit HF Trong khi đó đệm kim loại thì khả năng thấm ướt bề mặt đệm với một số chất lỏng kém và khả năng bị ăn mòn cao Đệm chế tạo bằng chất dẻo nhẹ hơn dễ lắp đặt, tổn thất áp suất trên một bậc chuyển khối lý thuyết thấp, giá thành thấp, không lo ngại về hiện tượng ăn mòn đệm Tuy nhiên, đệm chất dẻo lại gặp vấn đề thấm ướt như đệm kim loại và đặc biệt khả năng chịu nhiệt độ cao

Bộ phận phân phối chất lỏng

• Các nghiên cứu chỉ ra rằng: chất lỏng và hơi phân bố không đều trong tháp đệm (thậm chí có vùng bị khô) làm ảnh hưởng lớn đến hiệu quả làm việc của tháp

• Số lượng đĩa tương đương thực tế (bậc chuyển khối tương

đương) của tháp đệm sẽ giảm tỷ lệ thuận với hiệu quả phân phối lỏng trong tháp

Bộ phận phân phối chất lỏng

• Hiện tượng phân bố chất lỏng không đều trong tháp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: kết cấu của đệm, kích thước của tháp, hiệu quả làm việc của bộ phân phối,…

• Trong tháp đệm, mỗi một tầng đệm (gồm nhiều lớp đệm) đều có một hệ thống phân phối lỏng ở phía trên Tùy thuộc vào đặc điểm thiết kế và khoảng cách cần thiết để pha hơi tách khỏi lớp đệm mà

hệ thống này được lắp đặt trong khoảng từ 0- 200mm so với mặt trên của lớp đệm

Bộ phận phân phối chất lỏng

• Một hệ thống phân phối lỏng tốt phải đạt được các yêu cầu sau:

• - Chất lỏng phân phối đồng nhất;

• - Hoạt động được trong khoảng công suất thấp thích hợp;

• - Làm tổn thất áp suất pha hơi nhỏ;

• - Có khả năng chống lại hiện tượng tắc nghẽn và đóng cặn;

• - Thời gian lưu chất lỏng thấp;

• - Phối hợp được tính năng tái phân phối chất lỏng cho các đệm tiếp theo.

• Các đầu phân phối phải đảm bảo hoạt động liên tục

• Các đầu phân phối phải được đặt tại một vị trí thích so với vỏ tháp;

• Hạn chế tối đa sự khác biệt lưu lượng giữa các đầu phân phối

Một số dạng hệ thống phân phối đang

sử dụng trong thực tế

Một số dạng hệ thống phân phối đang sử

dụng trong thực tế

Hệ thống thu gom chất lỏng dạng đĩa