công nghệ chế biến dầu nhờn sơ đồ công nghệ sản xuất dầu nhờn (tiếp theo)

CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH TRÍCH LY BẰNG DUNG MÔI CHỌN LỌC  Hiệu quả của quá trình trích ly thường phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: Ảnh hưởng của bản chất nguyên liệu Ảnh hưởng c

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU

NHỜN

ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU

Năm 2010

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU

NHỜN GỐC

- Phần cất của quá trình chưng cất chân không,

- Dầu trích từ cặn chưng cất chân không: là dầu đã được khử asphalt bằng trích ly với dung môi propan

Extrait (dung dịch trích chứa chủ yếu aromatic) <30

đã tách gần hết naphten đa vòng và hợp chất thơm.

+ Sản phẩm thứ hai gồm phần lớn naphten đa vòng và hợp chất thơm có chỉ số độ nhớt thấp gọi là dầu trích ( extract ) Đây là

nguồn nguyên liệu để sản xuất bitum, chất đốt rắn công nghiệp, chất dẻo, cao su

 Dung môi:

+ Phenol, Furfurol, N-metylpyrolidon

DUNG MÔI SỬ DỤNG TRONG QUÁ

TRÌNH TRÍCH LY CHỌN LỌC

Dung môi Công thức

Khối lượng riêng ở 20oC, kg/m3

Nhiệt

độ sôi,

oC

Nhiệt độ đông đặc, oC

Nhiệt bay hơi, KJ/kg

Độ nhớt ở động học

ở 50 oC

Fufurol C5H4O2 1159 162 -39 450,55 11.5

NMP C4H9CON 1033 204 -24 493.1 10.4

CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH

TRÍCH LY BẰNG DUNG MÔI CHỌN LỌC

 Hiệu quả của quá trình trích ly thường phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

Ảnh hưởng của bản chất nguyên liệu

Ảnh hưởng của loại dung môi

Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi

Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly

Ảnh hưởng của gradient nhiệt độ

Ảnh hưởng của phương thức và loại thiết bị trích ly

chứa nhiều các hợp chất thơm đa vòng, nhựa asphalt, và các hợp chất dị nguyên tố.

DUNG MÔI SỬ DỤNG - Phenol

 Phenol: C6H5OH được sử dụng làm dung môi chọn lọc đối với quá trình làm sạch dầu nhờn từ rất lâu:

sạch các sản phẩm của dầu

+ Năm 1930 được sử dụng làm dung môi chọn lọc trong quá trình trích ly ở Canada

 Ưu điểm: Phenol có khả năng hoà tan cao , tạo điều kiện

thuận lợi cho quá trình làm sạch nguyên liêu dầu nhờn, nhất là các loại có chứa nhiều cặn và độ nhớt cao , đồng thời cũng là

nhớt cao

DUNG MÔI SỬ DỤNG-Furfurol

 Furfurol: Các nhà máy trên thế giới sử dụng nhiều hơn so với phenol do ít độc hại hơn

 Có khả năng hoà tan kém hơn phenol, nhưng dung môi này có độ chọn lọc cao hơn

=> cần một lượng dung môi nhiều hơn nhưng sẽ thu được hiệu quả lớn hơn khi dùng furfurol để làm sạch phần cất có chứa nhiều hydrocacbon thơm.

DUNG MÔI SỬ DỤNG-Furfurol

 Ưu điểm:

+ Có khối lượng riêng lớn nên thuận lợi cho quá trình tách pha sản phẩm + Nhiệt độ đông đặc thấp nên khoảng nhiệt độ làm việc cuả quá trình làm sạch chọn lọc bằng furfurol rộng hơn.

+ Nhiệt độ sôi thấp , làm giảm lượng năng lượng tiêu tốn trong quá trình hoàn nguyên dung môi

DUNG MÔI SỬ DỤNG-NMP

 NMP: Được sử dụng nhiều nhất trên thế giới hiện nay (ở Mỹ: chiếm 45% quá trình trích ly chọn lọc làm sạch dầu nhờn)

 Ưu điểm NMP so với furfurol và phenol

+ Có khả năng hoà tan tốt hơn so với furfurol và nhỏ hơn một ít

so với phenol ,

+ Độ chọn lọc đối với các hydrocacbon thơm cao hơn

+ Ổn định hoá học hơn, do vậy không bị phân huỷ vì nhiệt và hoá

DUNG MÔI SỬ DỤNG

Năng lượng Giảm 25-30% tổng năng lượng tiêu tốn

TỶ LỆ DUNG MÔI TRÊN NGUYÊN

LIỆU

 Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu phụ thuộc vào bản chất nguyên liệu và yêu cầu đối với sản phẩm.

thấp cũng như nếu yêu cầu về chất lương sản phẩm cao hơn

thì cần nhiều dung môi hơn

+ Phân đoạn cất nguyên liệu càng rộng thì yêu cầu đối với

dung môi càng nhiều

+ Đối với nguyên liệu thu được từ quá trình khử asphalt căn gudron, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu phụ thuộc vào độ cốc hoá của nguyên liệu

TỶ LỆ DUNG MÔI TRÊN NGUYÊN

TỶ LỆ DUNG MÔI TRÊN NGUYÊN

LIỆU

 Tăng tỷ lệ dung môi/nguyên liệu sẽ làm tăng thêm khả năng hoà tan của nguyên liệu vào phần dung dịch extract

 Hiệu suất rafinat thu được sẽ giảm xuống, chỉ số độ nhớt lại tăng lên

 Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu :

NHIỆT ĐỘ

 Nhiệt độ tiến hành quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn

của dung môi (là nhiệt độ mà nguyên liệu hoà tan hoàn toàn

vào dung môi, quá trình trích ly không còn ý nghĩa nữa) và chất

lượng sản phẩm mong muốn

=> nhiệt độ trích ly phải nhỏ hơn nhiệt độ tới hạn dung môi từ 10-25oC

Nhiệt độ trích ly Dầu nhờn cất Dầu nhờn khử

asphalt

Furfurol 60 – 90 oC 95 – 115 oC

GRADIENT NHIỆT ĐỘ

 Quá trình khử asphalt đươc tiến hành trong tháp trích ly cần

có sự chênh lệch nhiệt độ thấp ở đáy tháp và cao hơn ở đỉnh

tháp.

 Nhiệt độ chênh lệch trong tháp trích ly:

+ Khi sử dụng furfurol: 30-40 oC

+ Khi sử dụng phenol: 10-20 oC

 Nhiệt độ này được điều chỉnh bằng nhiệt độ cấp liệu của

nguyên liệu và dung môi vào tháp trích ly cũng như nhiệt độ của dong tuần hoàn.

THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ

trích ly là khá giống nhau, do vậy cần phải tối ưu hoá việc

sử dụng hai thông số này cho những trường hợp sau:

Nhiêt độ cao/tỷ lệ dung môi thấp Nhiêt độ thấp/tỷ lệ dung môi caoĐược sử dụng khi

+ Chỉ được sử dụng một lượng dung môi

+ Hiệu suất trích ly kém hơn

+ Nhưng tiêu thụ năng lượng lại thấp

Kết quả:

+ Hiệu suất trích ly cao hơn + Nhưng tiêu thụ năng lượng lớn

DÒNG TUẦN HOÀN

 Để nâng cao hiệu quả của quá trình trích ly người ta sử dụng

dòng tuần hoàn có chứa các chất chống hoà tan (chất làm giảm

khả năng hoà tan của dung môi) để làm tăng thêm độ chọn lọc.

=> không làm mất mát đi sản phẩm của quá trình.

 Nếu nhiệt độ hoà tan tới hạn của nguyên liệu càng thấp thì có thể bổ sung chất làm giảm khả năng hoà tan nhiều hơn và mang lại hiệu quả cao hơn

 Đôi khi cũng có thể bổ sung chất giảm khả năng hoà tan vào vùng rafinat, để giúp sự phân pha tốt hơn, giảm khả năng tạo thành lớp nhũ tương bền giữa hai pha

3 Hoàn nguyên dung môi từ dung dịch rafinat qua 2bậc.

4 Hoàn nguyên dung môi từ dung dich chiết qua 3 bậc

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH BẰNG

PHENOL

Sơ đồ công nghệ làm sạch chọn lọc bằng phenol một giai đoạn

K-1 – Tháp trích ly; K-2, K-4– tháp bay hơi ; K-3,K-6 – tháp tách dung môi; K-5 – tháp làm khô

, K-7 – tháp hấp thụ П-1, П-2, П-3– lò đốt nóng, E-1 – Bình chứa phenol, E-2 – Bình chứa nước-phenol

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ CÔNG

NGHỆ LÀM SẠCH BẰNG PHENOL

1 Trộn để hấp thụ nguyên liệu với hỗn hợp hơi đẳng phí của

nước-phenol

Nguyên liệu qua thiết bị trao đổi nhiệt được nung nóng và đưa vào đỉnh

tháp hấp thụ K-7, ở đây nguyên liệu tiếp xúc ngược dòng với hỗn hợp hơi nước đẳng phí phenol-nước đi ra từ tháp K-5 Hơi nước bay ra ngoài từ tháp K-7 được đưa vào bộ phận chuẩn bị hơi nước đẳng phí phenol-nước hoặc thải ra ngoài không khí tuỳ theo mỗi nhà máy

2 Trích ly

Nguyên liệu từ tháp hấp thụ K-7 qua thiết bị làm lạnh rồi được đưa vào tháp trích ly K-1 Phenol được đưa vào từ đỉnh tháp K-1 lấy từ bể chứa E-1 qua thiết bị gia nhiệt Để tăng độ chọn lọc cho phần rafinat người ta dẫn hỗn hơp phenol-nước vào đáy tháp K-1 Nhiệt độ trong tháp được điều chỉnh bằng nhiệt độ đầu vào của nguyên liệu và nhiệt độ tuần hoàn của đáy sau khi qua thiêt bị trao đổi nhiệt

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ CÔNG

NGHỆ LÀM SẠCH BẰNG PHENOL

3 Hoàn nguyên dung môi từ dung dịch rafinat qua 2 bậc.

Tái sinh dung dịch rafinat được thực hiện qua hai cấp: Khi ra khỏi tháp K-1, rafinat tự chảy qua thiết bị trao đổi nhiệt và lò đốt П-1 trước khi vào tháp bay hơi K-2, Hơi

phenol tách ra ở đỉnh tháp được làm lạnh, ngưng tụ trước khi dẫn vào bể chứa E-1 Dung dịch rafinat từ đáy tháp được cho qua tháp tách K-3 Hơi nước quá nhiệt cho vào đáy thiết bị K-3 để tách hơi phenol còn lại Hơi phenol-nước bay ra từ đỉnh tháp K-3 được cho qua làm lạnh ngưng tụ rồi cho vào bể chứa E-2 Rafinat cho qua trao đổi nhiệt rồi được dẫn vào bể chứa sản phẩm

4 Hoàn nguyên dung môi từ dung dich chiết qua 3 bậc

Tái sinh extract được thực hiên ở ba cấp Đầu tiên dung dich extract từ đáy tháp K-1, được bơm vào tháp làm khô K-5 sau khi được trao đổi nhiệt Hơi đẳng phí phenol- nước tách ra ở đỉnh tháp K-5 được dẫn về cột hấp thụ K-7 hoặc qua thiết bị làm lạnh rồi vào bể chứa E-2 Dung dich chiết đã tách ẩm từ đáy tháp K-5 được trao đổi nhiêt qua lò nung П-2 vào tháp bay hơi K-4 Hơi phenol tách ra từ đỉnh tháp K-4 trao đổi nhiệt làm lạnh rồi vào bể chứa E-1 hơi phenol còn lại được tách hết trong tháp K-6 Phần bay ra từ đỉnh tháp là hỗn hợp phenol-nước, còn phần đáy là phần chiết được.

CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ LÀM VIỆC CỦA

SƠ ĐỒ

Tháp Áp suất,

oC Đỉnh tháp Đáy tháp

CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ VÀ HIỆU QUẢ THU

ĐƯỢC CỦA QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH BẰNG

Chất lượng đầu vào

Khối lượng riêng ở 20oC, kg/m3

Độ nhớt ở 100 oC, cCt

Độ cốc hoá, %

885 - -

912 5,9 -

924 9,2 -

911 20,6 0,9

886 6,5 -

901 21,5 0,9

45 32

2 -

60 40

4 -

65 45

5,5 -

88 68

1,5 2

78-80 60-65

2,8 4

95-100 80-85

-855 4.9 55

867 6,8 - 65

876 15,4 0,2 50

870 5,9 - 80

880 20,1 0,31 65

CÂN BẰNG VẬT CHẤT CỦA QUÁ

307

100 260 7 0,6 6,4

367 Đầu ra khỏi tháp, %

243

44 192.6 6,4

307

71

60 11

296

40 249.6 6,4

367

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ

1 Trong các dây chuyền hiện đại công suất lớn,

người ta thường dùng sơ đồ trích ly hai hay ba

dòng khác nhau

2 Sử dụng quá trình trích ly bằng phenol qua hai bậc

nối tiếp nhau

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ

Sơ đồ trích ly hai hay ba dòng khác nhau:

+ Đồng thời sử dụng quá trình trích ly cho các loại nguyên liệu khác nhau cùng một lúc.

+ Quá trình hoàn nguyên dung môi vẫn được sử dụng chung

=> Mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với nếu

chúng ta sử dụng các quá trình song song với nhau

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ

 Trong những năm gần đây trong các nhà máy lọc hoá dầu người

ta thường sử dụng quá trình làm sạch bằng phenol qua hai

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ

Dầu khử asphalt Rafinat Extract 1 Extract 2

Hiệu suất rafinat, %

Khối lượng riêng ở 20oC, kg/m3

Độ nhớt ở 100 oC, cCt

Độ cốc hoá, %

100 914 23,3 1,24

66 889 18,8 0,47

15 995 85,6 -

19 931 22,4 1,22

3 Hoàn nguyên dung môi từ dung dịch rafinat qua 2bậc.

4 Hoàn nguyên dung môi từ dung dich chiết qua 4 bậc

5 Các tháp tách loại nước nước khỏi dung môi

furfurol

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH BẰNG

FURFUROL

Sơ đồ công nghệ làm sạch chọn lọc bằng furfurol

1,4,30,33 – Bơm; 2,5,8,12,15,16,26-28,31 – thiết bị trao đổi nhiệt; 3 – thiết bị tách khí; 6– Tháp trích ly; 7,29 – bể chứa; 9,13,19 – lò nung; 10,11,14,20,21,22 – tháp hoàn nguyên dung môi furfurol; 17 – tháp tách nước ra khỏi dung môi; 18 – bể chứa furfurol; 23 – thap bay hơi tách furfurol khoi nước, 25,32 – bể chứa chân không; 34,35 – bể tách.

I- nguyên liệu, II- furfurol; III- pafinat; IV – extract; V – dung dịch rafinat; VI – dung dịch extract; VII – hơi furfurol khô; VIII – hỗn hợp hơi nước và dung môi; ĨX – hỗn hợp đẳng phí furfurol-nước; X – hơi nước; XI – khí và không khí; XII – nước; XIII – dầu nhẹ và dung

môi; XIV – nước dung môi; XV – dung dịch extract trung gian;

Furfurol

Rafinat

Extract

Nguyên liệu

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ CÔNG

NGHỆ LÀM SẠCH BẰNG FURFUROL

1 Tháp tách loại không khí cho nguyên liệu

Nguyên liệu là phần cất hay phần khử asphalt được bơm đến tháp tách loại không khí 3 sau khi

đã được đưa đến nhiệt độ khoảng 130-140oC bằng cách cho trao đổi nhiệt với phần trích

furfurol đi ra khỏi tháp 18 Tháp 3 được nối với hệ thống tạo chân không và hoạt động ở

Pck=9,97 kPa Tháp có mục đích tách ẩm và không khí có trong nguyên liệu (furfural rất nhạy với sự oxy hóa và với sự có mặt của nước là những tác nhân làm giảm rõ rệt hiệu năng của quá trình trích ly

2 Tháp trích ly

Nguyên liệu vào khoảng giữa tháp, có tỷ trọng chừng 0,85 Nhiệt độ của nguyên liệu được hiệu chỉnh nhờ vào thiết bị trao đổi nhiệt 5 Dung môi vào ở đỉnh, do có tỷ trọng lớn (1,1598) dung môi đi xuống sẽ gặp dòng dầu nhớt đi lên Để điều chỉnh đáy tháp đến nhiệt độ mong ước, ta cho tuần hoàn lại một phần pha trích: dòng trích ở đáy tháp được làm lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt 28 và được quay lại tháp Tháp trích ly 6 hoạt động dưới áp suất dư 6 kPa ở đỉnh tháp

để pha dầu ra ở đỉnh tự di chuyển đến tháp 10 Áp suất đáy tháp gần bằng 10 kPa (6bar + chiều cao cột lỏng) cho phép tháo phần trích hỗn hợp mà không cần dùng bơm Áp suất hoạt động trong tháp trích ly thực tế không có ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình trích ly lỏng-lỏng

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ CÔNG

NGHỆ LÀM SẠCH BẰNG FURFUROL

3 Tháp thu hồi dung môi có trong pha dầu

Phần dầu hỗn hợp được chuyển về lò 9 đi qua thiết bị trao đổi nhiệt 31 (trao đổi giữa dầu hỗn hợp với dầu gốc đi ra khỏi công đoạn) Nó được nâng lên nhiệt độ khoảng chừng 210oC khi ra khỏi lò để hóa hơi hầu như tất cả furfural trong vùng bốc hơi của tháp 10 Furfural được tách loại trong vùng tinh cất bằng hơi của tháp 10 Dung môi khô (chứa ít nước) được thu hồi

trong bình 32 (bình khô) Dung môi ướt bị thấm nhiễm nước từ vùng tinh luyện bằng hơi của tháp 11 được chuyển về bình 25 (bình ướt) Tháp được tạo chân không và làm việc ở áp suất

tuyệt đối khoảng 39,9 kPa ở đỉnh tháp Dung dịch rafinat được tách ra từ đáy tháp 11

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ CÔNG

NGHỆ LÀM SẠCH BẰNG FURFUROL

4 Các tháp thu hồi dung môi có trong pha dung môi

Gần giống như dòng dầu, dòng dung môi di chuyển cũng khá phức tạp với mục đích giảm sự tiêu thụ năng lượng liên quan đến việc hóa hơi hoàn nguyên furfural Để thực hiện điều này, dòng dung môi được tạo thành từ 4 giai đoạn hóa hơi kế tiếp nhau và được kết thúc bằng quá trình tinh cất bằng hơi nước Dung môi hỗn hợp, có chứa từ 85-90% furfural được tháo ra khỏi đáy của tháp trích ly nhờ trọng lực Nó được nâng lên đến nhiệt độ khoảng 165 oC nhờ lò nung

13 và 2 thiết bị trao đổi nhiệt 15 và 16 nhằm thu hồi nhiệt lượng của dung dịch trích ra khỏi tháp 14 và của hơi đỉnh của tháp 20 rồi vào hóa hơi trong tháp 14 Hơi furfural ở đỉnh 14 chỉ được ngưng tụ một phần trong trong tháp tách nước và dung môi 17 và sau đó được chuyển đến tháp furfural 18 (khoảng 30% furfural có trong dung môi hỗn hợp được thu hồi trong 14) Phần dung môi hỗn hợp ở đáy 14 sau đó được bơm đến lò 19, ở đây dung môi được đun đến khoảng 225 oC để bốc hơi trong tháp 20 Hơi dung môi ở đỉnh 20 được ngưng tụ trong thiết bị trao đổi nhiệt 15 và đưa về tháp furfural 18 (khoảng 60% furfural có trong dung môi hỗn hợp ban đầu được thu hồi ở đỉnh tháp 20) Phần dung môi hỗn hợp ở đáy 20 sau đó được hóa hơi trong 21 mà tháp này được nối với hệ thống tạo chân không và có áp suất ở đỉnh khoảng 39,9 kPa

Nhiệt độ trong 21 khoảng 170oC Furfural từ đỉnh 21 (khoảng 10%) sau khi ngưng tụ được đưa

về bình 32 để cung cấp cho hồi lưu về tháp trích ly 6 Quá trình thu hồi furfural trong dung môi kết thúc trong tháp 22, nó vận hành giống như tháp 11 Dung dịch chiết được lấy ra từ đáy tháp

22 dẫn vào bình chứa Hơi đã bị thấm nhiễm nước đến từ vùng tinh cất bằng hơi của 22 được ngưng tụ trong thiết bị làm lạnh 26 và thu gom trong bình chân không 25

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ CÔNG

NGHỆ LÀM SẠCH BẰNG FURFUROL

5 Các tháp chưng cất đẳng phí và tách loại nước

Dung môi furfurol nhiễm nước từ bình chứa chân không 25 vào bình chứa 35, và cả phần hỗn hợp hơi đẳng phí từ tháp 17 Nhiệt độ trong bình chứa 35 từ 35-40oC là rất quan trọng và phải khá thấp nhằm thu được kết quả lắng tốt giữa pha nước và furfural Pha furfural (90% furfural/10% nước) từ 35 được quay lại tháp 17 để làm dòng hồi lưu ướt Pha nước (10% furfural/90% nước) trong bình B4, được chuyển

về tháp tách loại nước 23, sau khi được phân tách trong bình chứa 34.

Hơi furfurol nhiễm nước được phân tách ở đỉnh tháp 23, được làm lạnh ở thiết bị trao đổi nhiệt 27, quay trở lại bình chứa 35 Hơi nước được tách từ đáy tháp 23 được sử dụng để nung nóng hơi nước