QUÁ TRÌNH TÁCH SÁP BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TINH LÀM LẠNH Tiến hành làm lạnh phân đoạn dầu nhờn, sáp được tách ra do chúng bị kết tinh => bằng cách kết tinh có thể xử lý dầu nhờn chứa sáp.
Trang 1CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU
NHỜN
ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU
Năm 2010
Trang 2QUÁ TRÌNH TÁCH SÁP BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TINH LÀM LẠNH
Tiến hành làm lạnh phân đoạn dầu nhờn, sáp được tách ra
do chúng bị kết tinh
=> bằng cách kết tinh có thể xử lý dầu nhờn chứa sáp
Quá trình dựa vào nguyên lý kết tinh parafin rắn bằng cách
làm lạnh ở dàn lạnh, sau đó tách khỏi dầu nhờ lọc hay ly tâm.
còn dầu nhờn được chảy qua Khi lớp sáp đủ dày, xả áp và tháo các bánh sáp thô ra
+ Dưới tách dụng của lực ly tâm sẽ phân tách sáp ra khỏi dung dịch dầu nhờn
Trang 3QUÁ TRÌNH TÁCH SÁP BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TINH LÀM LẠNH
Nhược điểm của phương pháp kết tinh làm lạnh:
+ Làm việc gián đoạn và rất nhiều khâu phải dùng tới
áp suất;
+ Độ nhớt của dầu tách sáp lớn, gây trở ngại cho quá trình lọc, đặc biệt là các loại dầu có độ nhớt cao
vì tách sáp không triệt để, do các vi tinh thể parafin
được tạo ra trong quá trình không thể tách ra hết bằng lọc
Trang 4CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ
Trang 5ẢNH HƯỞNG CỦA BẢN CHẤT
NGUYÊN LIỆU
Bản chất nguyên liệu có ảnh hưởng rất rõ ràng đến quá trình khử parafin
Hiệu quả của quá trình lọc phụ thuộc trực tiếp vào hình dạng,
cấu trúc tinh thể parafin được tạo thành trong giai đoạn kết
tinh, mà cấu trúc này lại hoàn toàn phụ thuộc vào bản chất
(tính chất vật lý) của nguyên liệu
Khi nhiệt độ cất của phân đoạn cao xu hướng có mặt các hợp chất mạch vòng trong thành phần hydrocacbon rắn càng nhiều Cấu trúc tinh thể của mạch vòng thường nhỏ sẽ gây khó khăn cho quá trình tách parafin, làm giảm tốc độ lọc cũng như hiệu suất quá trình.
Trang 6ẢNH HƯỞNG CỦA BẢN CHẤT
NGUYÊN LIỆU
Ảnh hưởng của nguyên liệu đối với quá trình tách parafin
tuân theo những nguyên tắc sau:
1 Nhiệt độ sôi và độ nhớt của nguyên liệu đầu vào càng cao, càng khó tách hoàn toàn parafin rắn, hiệu suất quá trình kết
tinh và năng suất lọc sẽ giãm Đồng thời nhiệt độ đông đặc của sản phẩm sẽ cao hơn
2 Khi Độ nhớt và hàm lượng hydrocacbon rắn của nguyên liệu càng lớn thì trong thành phần của nó có chứa nhiều các hợp chất kết tinh hơn, vì vậy cần tăng lượng dung môi sử dụng
3 Phân đoạn của nguyên liệu càng hẹp thì vận tốc lọc, hiệu suất của quá trình sẽ tăng lên và hàm lượng dầu chứa trong sáp cũng nhỏ đi
Trang 8ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI
Dung môi sử dụng trong quá trình phải đảm bảo được hai yêu cầu sau:
1 Giảm độ nhớt của nguyên liệu để đảm bảo có thể tách được parafin ra khỏi dầu Để đảm bảo được yêu cầu này dung môi cần phải có độ nhớt đủ nhỏ trong
khoảng nhiệt độ rộng cho đến nhiệt độ kết tinh
2 Đảm bảo được tính chọn lọc Dung môi cần phải
hoà tan tốt phần dầu và không hoà tan các hợp
chất kết tinh của nguyên liệu ở nhiệt độ của quá trình
tách parafin
Trang 9ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI
pentan, butan, toluen, benzen …
Dung môi phân cực: aceton, keton, metyl-isobutyl-keton, metyl-propyl- keton …
Trang 10metyl-etyl-DUNG MÔI KHÔNG PHÂN CỰC
Dung môi không phân cực: trước đây người ta sử dụng chủ yếu là propan, butan, pentan lỏng
môi, và khả năng hoà tan của dung môi phụ thuộc vào khối
lượng phân tử của chúng
Vì khả năng hoà tan parafin rắn trong dung môi không phân cực cao nên để tách hoàn toàn parafin rắn ra khỏi sản phẩm cần phải làm lạnh sâu hơn
=> Gradien nhiệt độ quá trình tách parafin sẽ cao hơn, đối với propan lỏng nhiệt độ này khoảng từ 15-25 o C Hiệu quả
kinh tế của qua trình giảm xuống vì tiêu tốn nhiều năng lượng cho quá trình làm lạnh
Trang 11DUNG MÔI KHÔNG PHÂN CỰC
Trong dung môi parafin lỏng, khả năng hoà tan của parafin rắn tăng với sự tăng lên của khối lượng phân tử của dung môi (từ C1-C4), từ C5 trở lên, khả năng hoà tan của nó lại ngược lại giảm đi
Khối lượng phân tử của dung môi
Trang 12DUNG MÔI KHÔNG PHÂN CỰC
Nhược điểm khác của dung môi không phân cực :
1 Độ chọn lọc nhỏ => gradient nhiệt độ cao
2 Tồn tại một lượng lớn dầu trong pha rắn, cần phải tiến hành làm lạnh với vận tốc nhỏ
=> giảm hiệu suất của quá trình
3 Trong trường hợp sử dụng những hợp chất
hydrocacbon lỏng này, đòi hỏi thiết bị phải làm việc
dưới áp suất để dung môi hoá lỏng.
Trang 13DUNG MÔI PHÂN CỰC
Trong dung môi phân cực, parafin rắn chỉ tan ở nhiệt cao Ở
nhiệt độ thấp dung môi không hoà tan parafin rắn nhưng lại
cũng hoà tan kém phần lỏng của nguyên liệu
=> bởi vậy ở nhiệt độ tách parafin một phần cấu tử của dầu sẽ
bị tách ra cùng với parafin rắn trong quá trình
Sử dụng hỗn hợp dung môi không phân cực và phân cực:
+ Dung môi phân cực sẽ giúp cho quá trình kết tinh parafin
(aceton, metyl-etyl-keton, metyl-isobutyl-keton)
+ Dung môi không phân cực hoà tan phần dầu nhờn (toluen,
benzen )
=> Cần phải tối ưu hoá tỷ lệ hai dung môi này trong hỗn hợp để đạt được hiệu quả cao nhất khi sử dụng: hoà tan tốt nhất dầu nhờn và kết tủa tốt nhất parafin
Trang 14ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI
Dung môi Thời gian lọc,c Hiệu suất dầu
thu được, % của dầu sau khi loại Nhiêt độ đông đặc
parafin, o C
Gradient nhiêt độ, o C
76 74 73 68
-2 -5 -8 -11
16 13 10 7
75 72 72 68
-7 -13 -14 -15
13 7 6 5
Trang 15ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI
Khi tăng tỷ lệ của dung môi thơm trong hỗn hơp dung môi,
sẽ làm tăng hiệu suất của quá trình, nhưng lại làm tăng nhiệt
độ đông đặc của sản phẩm thu được, thời gian lọc và
gradient nhiệt độ.
Ở cùng một hiệu suất thu được sản
phẩm, thì thời gian lọc, gradient
nhiệt độ và nhiệt độ đông đặc của
sản phẩm sẽ thấp hơn nếu ta dùng
dung môi MEK thay cho aceton
trong hỗn hợp với toluen, và lượng
dung môi toluen thêm vào cũng ít
Trang 16ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI
MEK có khả năng hoà tan cao hơn so với aceton, bởi vậy nên cần lượng toluen thấp hơn
Nếu tăng số lương nguyên tử cacbon trong keton lên thì dẫn tới khả năng hoà tan của dung môi cũng được tăng lên Nên trong trường hơp sử dụng dung môi metyl-propyl-keton hay
metyl-isobutyl-keton không cần thiết sử dụng toluen
Keton có số lượng cacbon trên 7 không được sử dụng cho quá trình tách parafin bởi vì độ nhớt của dung môi này quá lớn ở nhiệt độ thấp, gây khó khăn cho quá trình tạo tinh thể của parafin rắn Cũng như nhiệt độ sôi của dung môi này cao, quá trình hoàn nguyên dung môi cũng sẽ phức tạp hơn
Trang 17ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI
Dung môi Thành phần
keton trong dung môi
Nhiệt độ, o C Gradient
nhiệt độ Độ tăng, % Nhiệt độ
làm lanh cuối
Nhiệt độ đông đặc của sản phẩm
Vận tốc lọc tách parafin Hiệu suất
Trang 18ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ DUNG
MÔI/NGUYÊN LIỆU
Tác dụng của hỗn hợp dung môi là hoà tan tốt dầu khử
(toluen) và kết tủa tốt parafin (keton) điều này có nghĩa là dung môi sẽ tách tốt parafin ra khỏi dầu khử Vì vậy tỷ lệ dung môi/nguyên liệu càng lớn thì hiệu quả quá trình càng cao
Nếu tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu nhỏ dẫn đến sẽ tạo ra thêm những tinh thể kích thước nhỏ
Nếu tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu quá lớn sẽ làm giảm nồng
độ của hyđrocacbon rắn trong dung dịch và khi đó sẽ tạo ra
nhiều phôi tinh thể mới
=> kết quả sẽ làm giảm kích thước của tinh thể cũng như vận tốc của quá trình lọc
Trang 19ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ DUNG
MÔI/NGUYÊN LIỆU
Tỷ lệ tối ưu sẽ phụ thuộc vào
thành phần, tính chất của
nguyên liệu, bản chất dung
môi và yêu cầu đối với chất
lượng sản phẩm
Đối với nguyên liệu có độ
nhớt lớn cũng như yêu cầu
đôi càng cao thì tỷ lệ dung
môi/nguyên liệu cũng sẽ tăng
Trang 20ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ LÀM LẠNH
Tốc độ làm lạnh trong giai đoạn làm lạnh có ảnh hưởng đến kích thước của tinh thể và do vậy sẽ ảnh hưởng đến giai đoạn lọc tách dầu khử ra khỏi parafin Thực nghiệm thu được kết quả sau:
+ Khi tốc độ làm lạnh là quá chậm sẽ gây nên sự hình thành các tinh thể dạng “hình xoắn ốc nhiều lớp” làm bít tắc không cho dầu khử đi qua lớp tinh thể sắp lớp này;
+ Khi tốc độ làm lạnh là quá nhanh sẽ gây nên sự hình thành các tinh thể dạng “hình kim” có kích thước rất nhỏ, chúng dễ làm bít tắc lưới lọc dẫn đến không cho dầu khử đi qua lưới Đồng thời
trong trường hợp này hàm lượng dầu trong “sáp” cũng nhiều
hơn.
phần tính chất nguyên liệu, loại dung môi và tỷ lệ dung môi sử dụng
Trang 21khỏi dung dịch dầu, vận tốc làm lạnh có thể tăng lên mà
không ảnh hưởng nhiều đến kết quả của quá trình
Khoảng giá trị tốc độ làm lạnh thích hợp cần được xác định
và nó thường nằm trong khoảng từ 3-5 o C/phút tuỳ theo bản chất nguyên liệu
Trang 22ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ LÀM LẠNH
Ảnh hưởng của tốc độ làm lạnh đôi với quá trình tách parafin
1 – hiệu suất của quá trình tách
2 – vận tốc lọc ––– dầu cất; dầu cặn
Trang 23ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÀM
LẠNH CUỐI
Mục đích của quá trình khử parafin là nhằm hạ thấp điểm
chảy của dầu khử bằng cách hạ thấp nhiệt độ làm lạnh lúc cuối
Hạ quá thấp nhiệt độ làm lạnh lúc cuối sẽ có nhược điểm là
tiêu tốn năng lượng, đồng thời lại còn làm giảm ít nhiều chỉ
số độ nhớt và hiệu suất thu hồi dầu khử.
Như vậy, giá trị nhiệt độ làm lạnh lúc cuối mà quá trình khử
parafin cần phải thực hiện hoàn toàn phụ thuộc vào giá trị
điểm chảy của sản phẩm dầu khử thu được(thường thấp hơn
5-10 o C đối với dung môi có chứa keton)
(Cần lưu ý rằng tiêu chuẩn kỹ thuật về điểm chảy của dầu nhờn ở mỗi vùng khí hậu trên thế giới là khác nhau và thông thường ở xứ ôn đới, điểm chảy là thấp và ở xứ nhiệt đới là cao)
Trang 24SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ TÁCH SÁP BẰNG
DUNG MÔI
đoạn:
1 Pha trộn dầu nhờn cần tách sáp với dung môi rồi làm
lạnh (giai đoạn kết tinh)
2 Lọc hỗn hợp đã làm lạnh để tách sáp (giai đoạn lọc)
3 Tái sinh, thu hồi dung môi để sử dụng lại (giai đoạn hoàn nguyên dung môi)
Trang 26GIAI ĐOẠN KẾT TINH
Giai đoạn kết tinh hay giai đoạn làm lạnh bằng dung môi: thực hiện quá trình khử parafin bằng cách làm lạnh cho hỗn hợp đầu gồm nguyên liệu (là dầu đã khử aromatic từ quá trình trích ly trước đó) và dung môi (MEK-Toluen) Kết thúc giai đoạn này, hỗn hợp đi ra là 1 hỗn hợp lỏng-rắn bao gồm 2 pha:
+ 1 pha lỏng đồng nhất chứa phần lớn dầu khử (~90%
lượng dầu khử) và 1 lượng lớn dung môi.
+ 1 pha rắn dạng tinh thể chứa nhiều parafin và ngậm 1 lượng nhỏ dầu khử (~10%) và lượng nhỏ dung môi còn lại
Trang 27GIAI ĐOẠN LỌC BẰNG THIẾT BỊ LỌC
CHÂN KHÔNG
Sơ đồ hoạt động của thiết bị lọc chân không
1 – trống lọc chân không; 2- bình ga, 3 – bể chứa sản phẩm, 3a- bể chứa dung dich rửa, 4 – máy nén khí
I – hỗn hợp nguyên liệu sau khi làm lạnh, II – dung môi, III – dung dịch sản phẩm thu được sau khi tách sáp,
IV – dung dịch rửa lạnh, V – sáp và dung môi, VI – khí trơ, VII – dung dịch rửa nóng
Trang 28GIAI ĐOẠN LỌC BẰNG THIẾT BỊ LỌC
CHÂN KHÔNG
Trang 29GIAI ĐOẠN LỌC BẰNG THIẾT BỊ LỌC
CHÂN KHÔNG
Dầu nhờn và dung môi được trộn với nhau theo chế độ công nghệ chọn trước ở thiết bị trộn, sau đó qua thiết bị làm lạnh Hỗn hợp lạnh gồm sáp và dung môi được đưa vào bộ phận lọc chân không là thiết bị hình trụ được bọc bởi một lưới kim loại hoặc chất dẻo Trống quay chậm quanh trục nằm ngang, phần dưới đi qua bể chứa hình trụ to hơn trống lọc, nơi dầu và sáp được dẫn vào Trống lọc chia thành nhiều ngăn được nối với bộ phận hút chân không nhờ ống nối ở đuôi trống Khi trống quay, những ống nốinày nối với ngăn nhất định Người ta tạo chân không bên trong trống Khi ngăn nào đó đi qua hỗn hợp dầu sáp thì dầu và dung môi thấm qua lớp lưới bọc rồi đi vào bên trong theo ống nối đi ra khỏi trống Sáp bị giữ lại, tạo thành lớp bám trên bề mặt lớp lưới trên bề mặt lớp vải lọc và dồn ra ngoài do
chuyển động quay của trống Lớp bánh này sau đó qua bộ phận rửa bằng dung môi lạnh rồi được làm khô và cuối cùng tách ra bằng cách thổi nhẹ một luông khí từ trong trống ra phía ngoài, đẩy bánh sáp ra băng chuyền trước khi nó chạm vào dao nạo của trống lọc Dung môi được tách ra khỏi sản phẩm và tái sinh ở giai đoạn sau
Trang 30GIAI ĐOẠN HOÀN NGUYÊN DUNG
MÔI
Sơ đồ hoạt động của hệ thống hoàn nguyên dung môi 1,2 – thiết bị trao đổi nhiệt, 3,6,8,10,15,16,19,21 – thiết bị đốt nóng bằng hơi; 4,7,911 – tháp tách hoàn nguyên dung môi từ dung dịch dầu sau khi tách parafin; 5,18,26 – bơm; 12,23,28,29 – hệ thống làm lạnh ngưng tụ; 13,14 – thiết bị làm lạnh dung môi khô; 17,20,21 – tháp tách dung môi ra khoi parafin rắn; 24,25 – bình tách; 27 – tháp keton
I – dung dịch dầu sau khi giai đoạn kết tinh tách parafin; II – parafin rắn; III – hỗn hợp dung môi khô; IV – dung môi ẩm; V – dâu sản phẩm thu được; VI- paraffin rắn; VII – hơi nước; VIII – nước
Trang 31GIAI ĐOẠN HOÀN NGUYÊN DUNG
MÔI
trải qua 4 giai đoạn Dầu I được bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt 1 và 2
và đươc đốt nóng bằng hơi ở 3 trước khi vào tháp tách dung môi 4, tại đây hơi dung môi tách ra ở đỉnh tháp 4 khỏi dung dịch dầu cùng với dung môi tách ra ở đỉnh tháp 9, được ngưng tụ và làm lạnh rồi được đưa về bệ chứa dung môi.
nóng ở thiết bị trao đổi nhiệt 6 để tiếp tục tách dung môi ra khỏi dầu Phần còn lại ở đáy tháo 7 dưới áp lực của áp suất được chảy sang tháp
9 để tiếp tục loại bỏ dung môi sau khi đã được làm nóng ở thiết bị trao đổi nhiệt 8 Hỗn hợp ở đáy tháp 9 được nung nóng và tiếp tục loại bỏ dung dich dung môi ra khỏi dầu, hỗn hơp dung môi và nước ngưng tụ ở thiết bị làm lạnh 12 chuyển về thiết bi tách 24 Dầu sản phẩm thu được
ở đáy tháp 11
Trang 32GIAI ĐOẠN HOÀN NGUYÊN DUNG
MÔI
Quá trình hoàn nguyên dung môi từ sáp qua ba giai đoạn Dung dịch sáp được vào tháp 17 sau khi được đốt nóng ở thiết bị trao đổi nhiệt 15,16
Dung môi bay hơi ở đỉnh tháp 17 cùng với dung môi tách từ tháp 20 sẽ
được làm lạnh và ngưng tụ qua thiết bị làm lạnh 29 Phần còn lại trong tháp
17 được bơm vào tháp 20 sau khi được đốt nóng ở thiết bị trao đổi nhiệt 19
Ở tháp 20 tiếp tục quá trình tách dung môi ra khỏi hỗn hợp sáp, phần dung dịch sáp còn lại tiếp tục được nung nóng trước khi đi vào tháp tách hơi 22, hỗn hợp nước và dung môi được tách ra từ đỉnh tháp 22 ngưng tụ và được chuyển về thiết bị tách 24 Sáp được tách ra từ đáy tháp 22.
Ở thiết bị tách 24 dung dịch được tách ra làm hai pha khác nhau Pha bên trên là pha nước trong dung môi được dẫn qua thiết bị tách 25 ở đây nước được tách ra hoàn toàn khỏi dung môi Pha bên dưới là dung môi trong
nước được bơm vào bên trên của tháp keton 37 tại đây dung môi và một phần hơi nước tách ra ở đỉnh tháp và được làm lạnh trước khi tuần hoàn lại quá trình về thiết bị tách 24, phần đáy tháp, nước được tách ra khỏi dung môi
Trang 33GIAI ĐOẠN HOÀN NGUYÊN DUNG
Trang 35HIỆU QUẢ CỦA DUNG MÔI SỬ DỤNG
Việc thay thế dung môi aceton bằng MEK mang lại một số kết quả sau:
+ Tăng hiệu suất của dầu sản phẩm: 2-5%
+ Giảm được sự chênh lệch nhiệt độ cuối của quá trình và nhiệt
độ đông đặc của sản phẩm thu được: 5 o C
+ Tăng khoảng tối ưu hoá nồng độ của keton trong dung môi, dẫn đến quá trình sẽ linh hoạt hơn, giảm sự mất mát của dung môi
Hỗn hợp dung môi MEK-Toluen Aceton-Toluen
Năng lượng, kW 142 148
Trang 37QUÁ TRÌNH TÁCH SÁP BẰNG DUNG
MÔI KHÁC
Dung dịch dung môi MEK- Metyl-isobutyl-keton
+ Tăng được vận tốc và hiệu suất quá trình tách parafin nhờ tạo được tinh thể lớn hơn
+ Giảm được hơn hai lần lượng dầu chứa trong parafin rắn
+ Gradient nhiệt độ nằm trong khoảng 0-7oC.
* Chú ý để tránh tạo tinh thể đá trong thiết bị thường quá trình được bố trí thêm một giai đoạn tách nước
ra khỏi dung môi trước khi sử dụng
Trang 38PHƯƠNG PHÁP TÁCH PARAFIN BẰNG
URE (H2N-CO-NH2 )
Đây là phương pháp công nghiệp để sản suất dầu có nhiệt độ
trình điều chế sản xuất axit béo, chất tẩy rửa, các chất hoạt động
bề mặt v.v
pháp còn lại ở điểm quá trình sảy ra ở điều kiện nhiệt độ
dương
Quá trình diễn ra dựa trên khả năng tạo tinh thể của Ure với hỗn hợp parafin mạch thẳng có số nguyên tử cacbon lớn hơn
6