QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHO QUÁ TRÌNH CHƯNG CONDENSATE

B.MỘT SỐ SẢN PHẨM CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN DẦU THÔNhư đã biết dầu thô là một hỗn hợp lỏng bao gồm các hydrocacbon dạng khí, lỏng và rắn hoà lẫn vào nhau một cách hoàn hảo, khi khai thác lên c

TỔNG QUAN

I GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ DẦU MỎ

A NGUỒN GỐC, THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA DẦU MỎ:

1 Nguồn gốc của dầu mỏ:

Có khá nhiều giả thuyết để mô tả sự biến hoá lâu đời của vật chất (các xác động vật và thực vật) để trở thành các mỏ dầu khổng lồ trong long đất, nhưng trong đó chỉ có một giả thuyết mà cách lập luận của nó hầu như được nhiều người chấp nhận

Theo thuyết này, các chất hữu cơ nói chung, cụ thể là các xác động vật và thực vật lắng chìm xuống đáy biển, lâu ngáy tích tụ lại và trộn với lớp cát mùn dưới đáy biển tạo thành một khối bùn thối rữa gọi là các lớp trầm tích Những khối bùn nàu tăng dần theo thời gian Dưới tác dụng của lực địa tầng, tác dụng của nhiệt độ và sự hoạt động của các vi khuẩn trong môi trường không có ôxy từng bước khối bùn nhão này chuyển hoá dễ dàng thành dầu mỏ Trong một số mỏ dầu nhất định, người ta đã phát hiện được các vi khuẩn, có cả nitơ, lưu huỳnh, đôi khi có cả phốtpho Ngoài ra, còn có một lớp nước mặn bao quanh mỏ

Nơi hình thành dầu mỏ được gọi là “đá mẹ” Tuy nhiên dầu mỏ không bao giờ chịu nằm im nơi “đá mẹ” sinh ra nó Dưới tác dụng của nhiều lực khác nhau như: chênh leach khối lượng riêng với nước biển, các lực địa tầng và lớp cặn biển v.v…dầu mỏ luôn luôn di chuyển để tạo thành thế cân bằng mới Cuộc di chuyển này được tiến hành qua các khối đá xốp hoặc các khe nứt tồn tại trong long đất, và thường là theo xu hướng đi lên, hiếm khi di chuyển đi xuống

Cuộc di chuyển của dầu mỏ cứ thế tiếp tục khi chưa đạt thế cân bằng, nhưng sẽ dừng lại sau khi khối dầu mỏ này bị rơi vào khối đá bay Do cấu trúc của khối đá này có một lớp không thẩm tháu bao phủ phía trên nên dầu mỏ phải nằm lại đó và

tạo nên túi dầu Dầu mỏ nằm im trong túi dầu lâu đời và bị lắng phân thành ba lớp: khí ở trên cùng, đến dầu mỏ ở lớp kế tiếp và cuối cùng là nước mặn.

Ngoài ra các mỏ dầu cũng có khi nằm ở thể khí, được gọi là khí mỏ và được dùng làm khí đốt hoặc cung cấp cho công nghiệp hoá dầu

2 Thành phần và phân loại dầu mỏ:

Dầu mỏ hay còn gọi là dầu thô, là một hỗn hợp hydrocacbon thiên nhiên rất phức tạp Bao gồm từ cấu tử có một cacbon đến cấu tử có vài chục cacbon, hoà tan lẫn vào nhau và tạo thành một khối chất lỏng đen có ánh xanh lục nhạt, nhẹ hơn nước và có mùi hắc đặc trưng Ngoài thành phần chính là hudrocacbon chiếm khỏng 90-99% trong dầu thô còn có một số các tạp chất khác như nước, bùn, muối,oxy và một số hợp chất của nitơ, lưu huỳnh…

dựa theo cấu trúc của hydrocacbon mà người ta chia dầu thô ra làm ba loại:

- dầu thô loại paraffin: là các hydrocacbon mạch thẳng không phân nhánh parafin) và loại mạch thẳng có nhánh (iso paraffin) chiếm tỷ lệ cao trong dầu

(n dầu thô loại naphten: là các hydrocacbon mạch vòng chiếm tỷ lệ cao trong dầu

- dầu thô loại asphal: là các hydrocacbon có cấu trúc nhân benzene hay còn gọi là hydro cacbon thơm, chiếm tỷ lệ cao trong dầu Loại hydrocacbon này ít nằm

ở phần nhẹ của dầu mà chủ yếu nằm ở phần nặng của dầu vì thường chúng có cấu trúc mạch đa vòng nhân thơm và có cấu trúc mạch paraffin ngắn Loại này có cấu trúc giống với cấu trúc asphal thiên nhiên, do đó người ta đặt tên là dầu asphal

Ngoài ra còn một số hydrocacbon họ benzoic trong dầu, loại này thường chiếm tỷ lệ nhỏ khoảng 5-30% hiện diện dưới dạng vòbg thơm ngưng tụ làm tăng chỉ số octan nhưng lại làm giảm chất lượng của nhiên liệu phản lực, nhiên liệu diesel do làm giảm tính chất cháy của nó

Trong dầu thô có chứa nhiều tạp chất nhưng cần lưu ý nhiều nhất là các hợp chất của lưu huỳnh Các tạp chất có thể ở dạng khí hoà tan trong dầu như H2S hoặc

ở dạng lỏng phân bố hầu heat trong các phân đạn sản phẩm dầu mỏ Phân đoạn càng nặng thì các hợp chất chứa lưu huỳnh càng có nhiều hơn so với các phân đoạn

sản phẩm nhẹ Aûnh hưởng của hợp chất này chủ yếu gây ăn mòn thiết bị, đồng thời gây ô nhiễm môi trường do khí thải chứa hợp chất của nó tạo ra Có thể chia các hợp chất của lưu huỳnh ra làm ba nhóm như sau:

- nhóm acid: gồm H2S và mercaptan, loại này ăn mòn rất nhanh

- nhóm trung tính sunfit và disunfit, phân huỷ ở nhiệt độ 130 – 1600C tạo ta khí H2S

- nhóm liên kết vòng bền nhiệt: Tiophom, tiophen, loại này ăn mòn yếu.Để giảm bout các tác hại do hợp chất lưu huỳnh gây nên khi hàm lượng của nó đáng kể ta có thể sử dụng phương pháp làm sạch bằng hydro có xúc tác ở điều kiện áp suất cao Khi đó các hợp chất lưu huỳnh sẽ chuyển sang dạng H2SO4 hay lưu huỳnh ở dạng nguyên tố

Ngoài các hợp chất ở dạng hydrocacbon và hợp chất lưu huỳnh kể trên, trong dầu mỏ còn chứa một số hợp chất khác như hợp chất chứa oxy, nitơ và các hợp chất chứa kim loại, trong đó đáng kể nhất là hợp chất asphalten

3 Tính chất và các thông số đặc trưng của dầu mỏ:

Các tính chất đặc trưng của dầu mỏ được thể hiện bởi các đại lượng thông thường như tỷ trọng, biểu số đặc trưng, nhiệt độ sôi trung bình, trọng lượng phân tử trung bình, áp suất hơi bão hoà và độ nhớt

a tỷ trọng:

đối với dầu mỏ, thông thường tỷ trọng là một tỷ số so sánh giữa một lượng thể tích hỗn hợp hydrocacbon ở 200C cùng với một lượng thể tích nước ở 40C, ký hiệu là d420:

d420 =

Khối lượng thể tích hỗn hợp dầu mỏ ở 200C

Khối lượng thể tích nước ở 40C

Tuy nhiên, ở một số nước có thể tích tỷ trọng dầu mỏ ở các nhiệt độ khác nhau mà ta có thể chuyển đổi với nhau.

b Biểu số đặc trưng:

Do hỗn hợp hudrocacbon trong dầu mỏ có cấu trúc mạch khác nhau nên người ta đưa ra biểu số này để biểu thị tính chất về cơ cấu thành phần gọi là biểu số đặc trưng hay hằng số Walson, ký hiệu là KW Nó quan trọng như tỷ trọng hay nhiệt độ sôi của dầu mỏ và có dạng công thức toán học như sau:

KW = 20

4

2216,1

c Nhiệt độ sôi trung bình:

Cũng như các đại lượng khác, nhiệt độ sôi trung bình có tính chất tươmg đối, tuy nhiên nó là đại lượng có thể phản ánh không những tính chất vật lý mà ngay cả tính chất hoá học của hỗn hợp, vì thế người ta xác địng biểu đồ tổng hợp của các đại lượng nói trên

d Độ nhớt:

Là đặc tính có liên quan đến khả năng:

- Lưu chuyển và bơm chất lỏng

- Khả năng phun của dầu đốt trong lò

- Khả năng bôi trơn

độ nhớt là một đại lượng vật lý, xáx định ma sát nội, chống lại sự chảy của chất lỏng gây ra do sự ma sát của các phân tử này lên các phân tử khác khi chúng trượt lên nhau

Độ nhớt thường được phân làm hai loại: độ nhớt động học và độ nhớt động lực học.

e Áp suất hơi bão hoà:

độ bay hơi là một đặc tính quan trọng của sản phẩm dầu khí, quyết định đến hiệu quả của sản phẩm và các vấn đề tồn trữ, bảo quản, an toàn

Độ bay hơi được thể hiện qua áp suất hơi bão hoà

f Chưng cất ASTM:

mỗi sản phẩm đều có một bảng nhiệt độ tương ứng với điều kiện sử dụng Chưng cất ASTM là một chỉ tiêu được sử dụng cho hầu hết các sản phẩm từ dầu khí trừ khí hoá lỏng, bitum

Đường cong chưng cất ASTM cung cấp những thông tin về hàm lượng các sản phẩm nhẹ,trung bình và nặng của sản phẩm

g Nhiệt độ chớp cháy:

Nhiệt độ chớp cháy như là một phép thử về áp suất hơi đối với các sản phẩm này

Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ mà tại đó sản phẩm được đốt nóng trong các điều kiện chuẩn tạo ra lượng hơi đủ để bắt cháy khi có ngọn lửa

Có hai phương pháp xác định nhiệt độ chớp cháy là phương pháp cốc kín và phương pháp cốc hở

Nhiệt độ chớp cháy là một thông số quan trọng đối với an toàn và tồn trữ Ơû nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chớp cháy hơi bốc ra từ sản phẩm sẽ trộn với không khí tạo hỗn hợp cháy nổ khi gặp một nguồn lửa

h Điểm vẩn đục, điểm chảy:

Ở nhiệt độ thấp, đặt ra nhiều vấn đề cho việc sử dụng sản phẩm Khi nhiệt độ giảm xuống, độ nhớt cũng tăng lên đến một lúc náo đó làm xuất hiện các tinh thể, tinh thể lớn dần cho đến khi sản phẩm sẽ không chảy được nữa, do đó gây khó khăn cho việc bơm, vận chuyển, lọc, làm tắc nghẽn lưu thông

Để đánh giá khả năng chịu lạnh của sản phẩm người ta đưa ra chỉ tiêu điểm vẩn đục và điểm chảy của sản phẩm.

Khi làm lạnh sản phẩm từ từ và không khuấy người tag hi nhiệt độ mà tại đó xuất hiện sự vẩn đục hay mờ gọi là điểm vẩn đục

Sự vẩn đục do hìmh thành các vi tinh thể, nếu tiếp tục làm lạnh chất lỏng đóng khối và không chảy được nữa Tại đó, tương ứng với điểm đông đặc hay nhiệt độ đông đặc Nếu đun nóng trở lại nhiệt độ mà tại đó ảm phẩm bắt đầu chảy được gọi là điểm chảy Thường điểm chảy cao hơn điểm đông đặc vài độ

Điểm chảy ấn định nhiệt độ thấp nhất để sản phẩm tồn trữ còn sử dụng được

Thông số đánh giá khả nămg chống kích nổ nhiên liệu (xăng) là chỉ số octan.Chỉ số octan của một chất là phần trăm thể tích của iso octan trong hỗn hợp iso octan, n-heptan có cùng độ kích nổ với hỗn hợp đó có động cơ CFR (cooperation fuel reseach)

B.MỘT SỐ SẢN PHẨM CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN DẦU THÔ

Như đã biết dầu thô là một hỗn hợp lỏng bao gồm các hydrocacbon dạng khí, lỏng và rắn hoà lẫn vào nhau một cách hoàn hảo, khi khai thác lên chưa thể sự dụng nó ngay được, do đó người ta phải dựa vào nhà máy lọc dầu để tách các thành phần riêng biệt có công dũng khác nhau Có thể nói sản phẩm chế biến từ dầu mỏ rất đa dạng và phong phú đồng thời quá trình chế biến có thể qua rất nhiều công đoạn, nhưng ở đây chỉ đề cập đến tính chất của các sản phảm dầu mo.û ở công đoạn đầu tiên trong một nhà máy lọc dầu là chưng cất phân đoạn dầu thô để tách các hydrocacbon, các sản phẩm có các công dụng khác nhau dựa vào tính chất bốc hơi

ở những nhiệt độ khác nhau của hydrocacbon có cơ cấu phân tử khác nhau, một cách khái quát có thể nêu các sản phẩm như sau:

1 Khí đốt:

Chủ yếu ở đây là hydrocacbon nhẹ như C1, C2 (khí không ngưng) loại này sau khi tách ra ở bình tách có thể đem dùng làm nguyên liệu tyrong nhà máy lọc dầu hoặc làm khí đốt công nghiệp như lo’ hơi, lò quá nhiệt…

2 Xăng nhẹ:

còn gọi là gasoline, nó bốc hơi trong khoảng nhiệt độ từ 35 – 1450C, dùng để làm dung môi tách các chất béo hoặc tiếp tục đưa vào tháp chưng cất ở áp súat cao hơn (lớn hơn 10atm) để tách C3, C4 và naphtan dùng làm khí hoá lỏng và dung môi

3 Xăng nặng:

Là hỗn hợp có nhiệt độ sôi nằm trong khoảng 105 – 1950C, sản phẩm trích ngang ở tháp chưng cất khí quyển thông thường không đem sử dụng ngay vì chỉ số octan thấp Vì vậy có thể đem pha trộn tạo xăng thong phẩm hoặc đưa vào chế biến tiếp tục như quá trình reforming xúc tác tạo ra một số loại xăng có chỉ số octan cao và một số hydrocacbon cao và một số hydrocacbon thơm làm nguyên liệu cho tổng hợp hữu cơ hoá dầu

4 Kerosene

còn gọi là dầu hoả, nó có nhiệt độ bốc hơi trong khoảng từ 165-2700C, sản phẩm từ tháp chưng cất trực tiếp có thể đem sử dụng ngay như nguyên liệu thắp sáng trong gia đình, nấu bếp hợac đem tinh chế liên tục làm nhiên liệu cho động cơ phản lực.

5 Gasoil:

Hay còn gọi là dầu nặng hoặc dầu diesel có nhiệt độ chưng cất khoảng

250-3600C, dùng làm nguyên liệu cho các động cơ diesel và ½ diesel có tốc độ nhanh Ngoài ra nó cũng làm nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác tạo xăng và một số sản phẩm có giá trị khác

6 Mazut:

Đây là sản phẩm nặng zủa quá trình chưng cất trực tiếp (sản phẩm đáy) có nhiệt độ bay hơi ;lớn hơn 3000C Nó có thể được sử dụng ngay như làm nguyên liệu đốt lò công nghiệp, lò sưởi ở các xứ lạnh hoặc có thể đưa vào tháp chưng cất chân không để tinh chế thành nhiều loại dầu nhờn hay có thể sử dụng làm dung môi để tách paraffin, điều chế sáp, asphal, và làm nguyên liệu cho việc tạo bitum Ngoài ra từ nó có thể điều chế các dạng nguyên liệu cho tổng hợp hữu cơ hoá dầu như các olefin nhẹ, các hydrocacbon thơm và các paraffin lỏng…

II GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ KHÍ NGƯNG TỤ VÀ SẢN PHẨM TINH CHẾ TỪ CONDENSATE:

A NGUỒN GỐC CONDENSATE:

Condensate còn gọi là khí ngưng tụ, là một hỗn hợp đồng thể ở dạng lỏng có màu vàng rơm, thu được từ nguồn khí mỏ khai thác lên sau khi đã tách khí không ngưng (bao gồn các hydrocacbon C1 và C2), khí hoá lỏng (LPG) bao gồm propan và butan Do condensate thu được từ quá trình ngưng tụ khí mỏ nên nó được đặt tên là khí ngưng tụ

Quá trình ngưng tụ khí mỏ tạo condensate xảy ra do sự biến đổi về áp suất và nhiệt độ của khí mỏ Dưới các mỏ dầu hay khí, các hợp chất hữu cơ có số cacbon nhỏ hơn 17 dưới tác động của điều kiện trạng thái sẽ chuyển sang trạng thái khí,

hình thành nên khí mỏ Khi khai thác khí mỏ, do sự chênh leach áp suất mà khí mỏ sẽ theo đường ống phun lên mặt đất Trong các quá trình vận chuyển khí ở các đường ống dẫn hay các thiết bị tách pha sơ bộ, các hydrocacbon có số C≥5 sẽ ngưng tụ tạo thành condensate Thế nhưng condensate vẫn chứa một lượng khí hoá lỏng và khí không ngưng do hiện tượng ngậm của nó, cũng như nó lôi cuốn một phần nặng nên có màu vàng rơm.

B THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA CONDENSATE:

Thành phần của condensate tập trung các hydrocacbon có số cacbon từ 5 đến

17 cho nên nó rất nhẹ, tương ứng với quá trình phân đoạn các sản phẩm nhẹ với hàm lượng cao Ơû Việt Nam, hiện tại vẫn chưa có nhà máy sản suất condensate hoàn chỉnh Khí đồng hành sau khi khai thác lên sẽ được ngưng tụ và chuyển sang bồn chứa, xem nhu là dầu thô, tuy nhiên ta vẫn có thể thu được condensate từ phòng thí ngiệm

Tính chất cơ bản của condensate

1 Condensate của mỏ bạch hổ:

Dưới đây là tính chất và các thông số mẫu condensate thu được từ phân viện hoá dầu lấy từ mỏ dầu Bạch Hổ Xí nghiệp liên doanh Vietsopetro

1- Ngoại quan: mẫu condensate lỏng, đồng nhất có màu vàng rơm, không có nước tự do và tạp chất cơ học

2- Hàm lượng nước dạng nhũ tương, %TI ……….0,00

nhiệt độ sôi cuối (0C) ……… 223,7

9- Chỉ số octane (phương trình tính toán)……….53

10- Chưng cất điểm sôi thực ASTM D 2892

(0C) phân

đoạn

%trọng lượng

% trọng lượng cộng dồn

Tỷ trọng

d420 % thể tích

% thể tích cộng dồnC1 – C4

4.0021.9030.7942.2049.3056.0065.6071.7078.3082.3085.9089.3090.7092.5099.00100.00

0.55000.64760.69630.71130.72240.72590.73220.74500.74870.75350.76440.76510.77230.77430.8100

5.2419.939.1111.657.096.659.455.906.353.833.403.201.311.684.210.97

5.2425.1734.2845.2853.0259.6769.1275.0281.3785.2088.6091.8093.1194.9799.03100.00

11 Thành phần cấu tử của hydrocarbon qua phân tích sắc ký:

2 Condensate của Sài Gòn petro:

Thành phần condensate của Sài Gòn petro cũng có chứa các hydrocacbon tương tự như condensate của mỏ bạch hổ nhưng có khác đi tỷ lệ thể tích của các thành phần này trong hỗn hợp

Bảng chưng cất tiêu chuẩn ASTM của nguyên liệu condensate này:

Heavy kerozene Fuel oil

MASS FLOW (TPA) 21000 36120 58280 ASTM

III MỘT SỐ QUY TRÌNH PHÂN ĐOẠN DẦU THÔ:

1 Sơ đồ tổng quát của nhà máy lọc dầu hoàn chỉnh:

Dầu thô trước tiên được đưa vào tháp chưng cất ở áp suất khí quyển, ở đây phần nhẹ bốc hơi ở áp suất khí quyển sẽ tiếp tục phân đoạn thành các sản phẩm: gas-oil, kerorene (dầu hoả), xăng nặng và xăng nhẹ (sản phẩm đỉnh) Phần nặng không bốc hơi (mazut) được tiếp tục đưa sang tháp chưng cất chân không (ở áp suất

32 mm Hg)

Sản phẩm phân đoạn chân không gồm có ở đỉnh là tháp gas-oil nặng (gasoil chân không), sản phẩm trích ngang là dầu nhớt, sản phẩm đáy là mazut nặng (mazut chân không) Dầu nhớt được phân ra làm ba loại: dầu nhớt nhẹ, dầu nhớt

trung và dầu nhớt nặng Để đảm bảo chất lượng, dầu nhớt phải qua hai lần trích ly bằng dung môi có tính chọn lọc, sẽ còn lại aspal và được chế biến tiếp tục làm nhựa đường.

Xăng nhẹ thoát ra ở đỉnh tháp chưng cất ở áp suất khí quyển còn chứa nhiều thành phần hydrocacbon, do đó phải chưng cất phân đoạn tiếp tục ở áp suất cao (10 atm) Hỗn hợp hơi khí hydrocacbon nhẹ thoát ra ở đỉnh được đưa đi ngưng tụ thu được các cấu tử C3,C4 ở dạng lỏng, còn lại các khí nhẹ hơn không ngưng tụ thoát ra dạng khí đốt

Xăng thu nhận trực tiếp từ tháp chưng cất phân đoạn (xăng thô) có chất lượng thấp, chưa dùng làm nhiên liệu được Do đó, xăng nặng được dẫn đến thiết bị reforming xúc tác (phlatforming) để cải tạo các mạch hydrocacbon, tạo ra xăng có chỉ số octan cao Trong quá trình reforming, ta còn thu được sản phẩm phụ benzene dùng cho hoá dầu

Gasoil được đưa đi cracking xúc tác cũng cải tạo được mạch hydrocacbon, tạo ra xăng nặng cracking có chỉ số octan cao Kèm theo có sản phẩm phụ olefin dùng cho hoá dầu

Riêng đối với xăng nhẹ, sau khi được cracking hơi nước (steam cracking) cũng chuyển hoá cải tạo mạch nhưng lại tạo ra sản phẩm chính là olefin dùng cho hoá dầu, và sản phẩm phụ là xăng cracking có chỉ số octan cao

2 Sơ đồ phân đoạn dầu thô chứa nhiều phần nhẹ:

Khi dầu thô chứa nhiều phần nhẹ thì người ta đặt thêm một tháp trung gian trước tháp chưng cất ở áp suất khí quyển để tách riêng sơ bộ phân đoạn nhẹ từ xăng nhẹ với các khí hydrocacbon nhẹ Trong trường hợp này ta nhận thấy việc tách phân đoạn sản phẩm triệt để hơn Sơ đồ này có ưu điểm sau:

- Tách được các hợp lưu huỳnh chất nhẹ (H2S và mercaptane) theo xăng nhẹ, đỡ hại cho tháp phân đoạn chính

- Xăng nhẹ thoár ra dưới áp suất cao, thuận lợi cho việc chưng cất phân đoạn các hydrocacbon nhẹ về sau

- Giảm được tải trọng của lò đun nóng nguồn nhập liệu tháp chưng cất phân đoạn chính ở áp suất khí quyển, có thể giảm đến 10% và hệ số truyền nhiệt trong lò cũng cao hơn vì phần khí giảm.

- Lôi cuốn được phần nước còn lẫn trong dầu thô thoát ra ở đỉnh tháp trung igan theo xăng nhẹ, tách được hiện tượng sôi nổ râm ran trong lò đun do nước (còn lẫn trong dầu) bốc hơi không điều hoà

Sơ đồ có đặt thêm tháp chưng trung gian

3 Sơ đồ quy trình sản suất dùng cho nguyên liệu condensate của nhà máy lọc dầu Cát Lái.

Dây chuyền sản suất của nhà máy lọc dầu cát lái gồm hai cụm: cụm condensate và cụm mini

- Cụm condensate: nguyên liệu đầu tiên được cho vào cụm condensate để chưng cất tách được LPG, NA1, NA2 và phần sản phẩm đáy

- Cụm mini: thành phần sản phẩm đáy từ cụm condensate được đưa qua cụm mini cho ra sản phẩm kerosene nhẹ, kerosene nặng và FO

Dây chuyền hoạt động liên tục có ưu điểm sau:

- do không nhả bằng hơi nước nên khi thu hồi sản phẩm không cần sử dụng thiết bị thiết bị tách nước do kerosene tốt hơn (không có nước)

Chưng

ở 4atm

Chưng ở áp suất khí quyển

Xăng nặngNaphtaKerozeneGasoil

MazutXăng nhẹ + khí

Dầu thô

- Sử dụng các dòng hồi lưu NA1 và NA2 điều khiển nhiệt độ và áp suất của tháp chưng cất một cách thuận tiện đồng thời tách được NA1 và NA2 triệt để hơn ra khỏi sản phẩm đáy.

- Toàn bộ day chuyền được tự động hoá hoàn toàn về các dòng điều khiển lưu lượng nạp, lưu lượng sản phẩm lấy ra…

- Tận dụng được lượng nhiệt thu hồi từ sản phẩm đáy, đỉnh và trích ngang, tiết kiệm được từ 30-50% lượng nhiệt cần thiết

LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHO QUÁ TRÌNH

CHƯNG CONDENSATE

Như chúng ta đã biết, condensate cũng là một loại dầu thô Tuy nhiên thành phần của nó rất nhẹ, các hợp chất hydrocacbon của nó chỉ có mạch cacbon đến C17 và nhiệt độ đường TBP ở điểm cuối 100% của nó chỉ tới 3600C Theo nguyên tắc thì hai phương án chưng cất đều có thể tiến hành (phương án chưng cất có một cột áp và phương án chưng cất có thêm tháp trung gian), tuy nhiên ở đây ta chọn phưhơng án có tháp trung gian để tách phần nhẹ là xăng nhẹ và khí với những ưu điểm đã nêu

Dựa vào các số liệu về thành phần, tính chất condensate cũng như những yêu cầu về sản phẩm của đề tài thiết kế, ta có thể chọn quy trình công nghệ như sau (sơ đồ day chuyền công nghệ)

Trong sơ đồ, tháp 1 là tháp chưng cất trung gian làm việc ở 4atm, tháp 2 là tháp chưng cất phân đoạn chính làm việc ở áp suất 1,2atm

* Quá trình vận hành của quy trình công nghệ như sau:

Condensate được bơm B1 bơm vào tháp chưng thứ nhất (tháp 1), để cho dầu condensate đạt tới nhiệt độ nhập liệu cần thiết thì trước khi vào tháp 1 condensate sẽ được đi qua hai thiết bị trao đổi nhiệt T1,T2 và qua lò gia nhiệt L1 Hai thiết bị trao đổi nhiệt ở đây sử dụng nguồn tác nhân làm nóng là dòng kerosene và dòng sản phẩm đáy của tháp chưng cất thứ 2

Trong tháp 1, pha hơi sẽ bốc lên đỉnh và đi qua thiết bị ngưng tụ NT1 để ngưng tụ xăng nhẹ, sau đó qua thiết bị tách pha TP1 để tách khí không ngưng ra khỏi xăng nhẹ Khí không ngưng sẽ được đưa ra đuốc đốt hoặc chuyển qua bộ phận

khí hoá lỏng Xăng nhẹ được bơm B2 bơm một phần hoàn lưu trở lại tháp, phần còn lại về bồn chứa xăng.

Pha lỏng đi xuống đáy tháp được bơm B2 bơm qua lò gia nhiệt L2 để nhập vào tháp chưng cất thứ hai Trong lò gia nhiệt ta dẫn một phần quay trở lại tháp một để tạo can bằng pha cho đáy tháp một

Trong tháp hai, pha hơi đi lean bao gồm hơi nước và xăng nặng sẽ được thoát

ra ở đỉnh tháp hai rồi qua thiểt bị ngưng tụ NT2 để ngưng tụ cả xăng nặng và nước Sau đó chúng được đưa qua thiềt bị tách pha TP2 để tách khí không ngưng ra khỏi hổn hợp Xăng nặng lúc đó sẽ được hệ thống bơm B3 bơm một phần hoàn lưu trở lại tháp hai, phần còn lại được bơm vào bồn chứa

Dòng sản phẩm trích ngang kerorzene được lấy ra từ đáy của cột nhả, cột nhả được sục hơi nước quá nhiệt để bốc hơi xăng nặng còn lại trong hỗn hợp được trích Dòng kerorzene được bơm B4 bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt T1 để trao đổi nhiệt với dòng condensate và sau đó đi vào bồn chứa

Ơû đáy tháp thứ hai, hơi nước quá nhiệt (3 atm) được sục vào để tăng cường khả năng khuấy trộn tạo diện tích hơi lớn, giảm áp suất riêng phần của thành phần cấu tử nhẹ, vì vậy cấu tử nhẹ dễ dàng được lôi cuốn lên trên

Từ số liệu đường cong chưng cất ASTM ta chuyển sang đường cong TBP như

ở bảng và đồ thị

Dựa vào các đặc tính của sản phẩm dầu thô: xăng nhẹ, xăng nặng, kerosene

… mà ta có thể phân đoạn cho quá trình chưng cất như sau:

- Xăng nhẹ và khí ngưng: chiếm 40% thể tích ứng với phân đoạn dưới 1050C trong đó xăng nhẹ chiếm 27% tt (phân đoạn từ 35-1050C), và khí không ngưng là 13% thể tích.

- Xăng nặng: chiếm 24% tt (phân đoạn từ 105-1650C)

- Kerozene chiếm 12,5% tt (phân đoạn từ 165-2500C)

- Sản phẩm đáy (bottom): chiếm 23,5% tt (phân đoạn trên 2500C)

Năng suất của nhà máy là 1 triệu tấn/năm, khối lượng riêng là 0,755T/m3 năng suất trong một giờ: 150 m3/h hay 113,25 T/h

Với phân đoạn như thế ta có bảng số liệu sau:

19,540,560903618,7554,7535,25150

0,6720,6920,6880,7840,7480,7960,7660,8330,755

13,10428,02641,2870,5628,22414,92541,93929,363113,25

689488,5155,2120165134260140

192,706298,149466,441454,639235,290,455312,978112,935808,929

Trong bảng trên, các giá trị M và d được lấy theo giá trị trung bình trong khoảng nhiệt độ tương ứng với khoảng phần trăm thể tích của nó

Để thuận tiện cho quá trình tính toán, ta chuyển số liệu đường cong TBP sang đường cong EFV ở 1 atm

Bảng chuyển đổi từ TBP sang EFV như sau:

Quá trình chưng ở cột 1 xảy ra như sau: condensate sau khi đã được gia nhiệt

ở lò gia nhiệt sẽ nạp vào tháp 1 nhiệt độ nhập kiệu phải đạt yêu cầu để tách pha các phân đoạn nhẹ cần thiết mà cụ thể ta phải tách:

∑S = xăng nhẹ + khí không ngưng

thành phần này chiếm 40% tt

1 Tính toán khu vực nhập liệu:

ta phải xác định được suất lượng pha cân bằng khi nhập liệu, nhiệt độ

condensate trong nhập liệu và cân bằng vật chất nhập liệu

Theo têu cầu sản xuất, ta phải hoá hơi 30% thể tích condensate, tuy nhiên, theo kinh nghiệm ta sẽ bốc hơi sâu hơn 4% thể tích Đây là phần nặng không mong muốn và ở các mâm ở phần luyện, chúng sẽ được hồi lưu trở cề

Như vậy, pha hơi cân bằng ở nhập liệu sẽ là Vt = 40+4 = 44%tt

Và pha lỏng cân bằng tương ứng là Lt = 100-44 = 56%tt

Sơ đồ dưới đây biểu diễn quá trình nhập liệu ở tháp 1:

Vt 44%tt

Vf 4%tt

Lt 56%tt

Re 8%tt

Tuy nhiên, phần lỏng cân bằng Lt khi đi xuống đáy tháp vẫn còn mang theo một số cấu tử nhẹ không mong muốn Do đó ta phải nhả lượng cấu tử này ra và chúng tạo dòng khí nhả Vf từ phân đoạn chưng bốc lên Theo kinh nghiệm ta sẽ chọn lượng Vf này là 4%tt Do phân đoạn sản phẩm đáy W=60%tt nên ta phải có lượng hoàn lưu trong tháp nhập liệu:

Re = W – Lt + Vf = 8%tt

Lượng hồi lưu này là do càc cấu tử nặng ngưng tụ trên các mâm phần trên tạo thành

Với giả thuyết như trên ta có yêu cầu nhập liệu là phải ở trạng thái 56%tt pha lỏng cân bằng với 44%tt pha khí.

Sử dụng đường cong cân bằng EFV, và giản đồ Cox ta có nhiệt độ nhập liệu condensate ở 4atm là 1600C

Quá trình cân bằng nhập liệu condensate ở 1600C, 4atm của tháp 1 được cho trong bảng dưới đây

Ở đây ta lấy giá trị tỷ trọng d của hơi nhả Vf nhỏ hơn tỷ trọng của xăng nhẹ một chút, tỷ trọng của dòng hoàn lưu Re lớn hơn tỷ trọng của xăng nhẹ một ít

Các trị số d của Vt và Lt được tính theo công thức:

dvt = (ms + mRe + mVf)/VVt

dLt = mLt (phần còn lại)/VVt

Phân đoạn hơi Vt

Lượng hơi nhả Vf

Lượng hồi lưu Re

∑S=xăng nhẹ + khí

444-840

6661260

0,690,68920,69650,68818

45,544,13528,35841,2908Phân đoạn lỏng Lt

Lượng hồi lưu Re

Lượng hơi nhả Vf

Lượng sản phẩm đáy W

568-460

8412690

0,789240,69650,68920,78436

66,29628,3584,135270,5924

2 Tính toán khu vực đáy tháp:

Ơû phân đoạn này, pha lỏng từ nhập liệu chảy xuống đáy tháp gồm có phân đoạn lỏng Lt và dòng hồi lưu Re Quá trình chảy qua phần chưng nó sẽ được trao đổi

nhiệt và chuyển khối với pha hơi Vr đi từ đáy lên để tách pha nhẹ và ngưng tụ phần nặng Quá trình này được tiến hành nhờ vào lượng nhiệt cung cấp từ bên ngoài một cách gián tiếp.

Re

Lò Sản phẩm đáy

Lt Vf

condensate

Nhiệm vụ của giai đoạn này là xác định các thông số của đáy tháp: nhiệt độ sản phẩm đáy, lượng nhiệt cung cấp cho quá trình tách pha Coi như không có tổn thất về áp suất, quá trình tách pha ở đáy sẽ tách đi một lượng 4%tt, như vậy điểm cân bằng của sản phẩm đáy là ở 48%tt của đường cong cân bằng EFV Sử dụng đường EFV và kết hợp với giản đồ Cox ở áp suất 4atm, ta có nhiệt độ cân bằng tương ứng là 1650C

Nhiệt lượng cần cung cấp co đáy tháp chính bằng nhiệt lượng cung cấp cho sản phẩm đáy tăng 50 và hoá hơi 4%tt sản phẩm đáy

Lấy tỷ trọng phần hoá hơi nhẹ hơn tỷ trọng đáy một ít và sử dụng giản đồ quan hệ tỷ trọng, áp suất, nhiệt độ và nhiệt lượng, ta tính được lượng nhiệt cung cấp cho đáy tháp

Với các số liệu tính toán và tra bảng đồ thị quan hêï enthanpy và nhiệt độ, ta có bảng cân bằng về vật chất và năng lượng cho đáy tháp 1:

/kg

Kcal/h.103

Kj/h.103Lt

5966,77946760,7

24940,83318,928259,7

VfWtổng

4,135270,592474,7276

18491

760,96423,97184,8

3180,626851,930032,5Vậy :

Q=7184,8 103 - 6760,7.103 = 421,1.103 Kcal/h

= 1772,7.103 Kj/h

3 Tính toán cân bằng ở đỉnh tháp 1:

Thành phần hơi bao gồm Vt và Vf bốc lên ở nhập liệu sẽ đi vào trong phần luyện, ngưng tụ các cấu tử nặng tạo dòng hoàn lưu Re khi bốc lên tới đỉnh, ta sẽ thu được thành phần khí bao gồm xăng nhẹ và khí không ngưng Như vậy nhiệt độ đỉnh tháp chính là nhiệt độ điểm sương của xăng nhẹ

{Với áp suất ở đỉnh tháp là 3,934 atm (tổn thất áp suất là 50 mmHg), sử dụng đường cong EFV 1atm và giản đồ Cox ta có nhiệt độ điểm sương của xăng nhẹ ở 3,934 atm là 1520C nhiệt độ ngưng tụ hoàn toàn của xăng nhẹ là: 1300C, vậy ta chọn nhiệt độ ngưng tụ hoàn lưu là 1200C}

giả sử nhiệt độ đỉnh tháp là 1300C, chọn nhiệt độ hồi lưu ngoại Rc là 300CXét cân bằng vật chất và năng lượng cho khu vực đỉnh tháp, ta có sơ đồ làm việc như sau:

Vt+ Vf

Ro

Re So+Ro

Kj/h.103

/kg

Kcal/h.103

Kj/h.103Vt+Vf

38052,4

334,4Ro38052,4+334,4Ro

∑So+Ro

Retổng

41,2908+Ro8,35849,6488+Ro

150

95

6193,6+150Ro7946987,6+150Ro

25889,2+627Ro3318,929208,1+627Ro

Ở đây Ro là hàm lượng hoàn lưu nội

Từ bảng cân bằng ta có:

Ro=(9103,4 – 6987,6) /(150 – 80)

= 30,26 T/h

Tính lượng hồi lưu ngoại: R c

Với lượng hồi lưu ngoại ở 300C ta sẽ có sự cân bằng nhiệt sau:

Tại mâm một, Rc đưa vào sẽ lấy nhiệt lượng ngưng tụ của lượng hồi lưu nội Ro để hoá hơi hoàn toàn, còn Ro sẽ hoá lỏng hoàn toàn và chảy xuống mâm dưới

Như vậy ta có:

rRo.Ro = rRc.Rcr: nhiệt ngưng tụdòng Rc: Hvào=23 Kcal/kg

Hra =150Kcal/kg(150-80)30,26=(150-23).Rc

∆H Kcal/kg

150150155

2323104

12712751

3559,32118,4668,36346Như vậy nhiệt lượng mà thiết bị ngưng tụ phải tách là: