Thiết kế dây chuyền chưng cất dầu thô nhiều phần nhẹ

Thiết kế dây chuyền chưng cất dầu thô nhiều phần nhẹ

mở đầu

Dầu mỏ dợc tìm thấy vào năm 1859 tại Mỹ Lúc bấy giờ lợng dầu thôkhai thác đợc còn rất ít, chỉ phục vụ cho mục đích đốt cháy và thắp sáng Nh-

ng chỉ một năm sau đó, không chỉ riêng ở Mỹ mà các nớc khác ngời ta cũng

đã tìm thấy dầu Từ đó sản lợng dầu đợc khai thác ngày càng tăng lên rấtnhanh Đây là bớc chuyển mình đi lên của nghành khai thác và chế biến dầumỏ

Đến năm 19982 thế giới đã có 100 loại dầu mỏ khác nhau thuộc sở hữucủa 48 quốc gia, trong đó có Việt Nam Quốc gia có sản lợng dầu mỏ lớnnhất là Arập xê út Chiếm khoảng 26% tổng sản lợng dầu mỏ trên thế giới Ngành công nghiệp đầu do tăng trởng nhanh đã trở thành ngành côngnghiệp mũi nhọn của hầu hết các quốc gia trên thế giới Khoảng 65 70%năng lợng sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ có 2022% năng lợng đi từ than,56% từ năng lợng nớc và 812% từ năng lợng hạt nhân

Ngày nay trên 90% sản phẩm hữu cơ có nguồn gốc từ dầu khí vào mục

đích đốt cháy sẽ giảm dần Do đó dầu khí trong tơng lai vẫn chiếm giữ một

vị trí quan trọng trong lĩnh vực năng lợng và nguyên liệu hoá học mà không

có tài nguyên thiên nhiên nào có thể thay thế đợc Bên cạnh đó lợng sử dụngmạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ là làm nguyên liệu cho côngnghiệp tổng hợp hoá dầu nh : sản xuất cao su, vải, nhựa đến các loại thuốcnhuộm, các hoá chất hoạt động bề mặt, phân bón

Dầu mỏ là một hổn hợp rất phức tạp trong đó cả hàng trăm cấu tử khácnhau Mỗi loại dầu mỏ đợc đặc trng bởi thành phần riêng song về bản chấtchúng đều có các hiđrocacbon là thành phần chính, các hiđrocacbon đóchiếm 6090% trọng lợng trong dầu, còn lại là các chất oxy, lu huỳnh, nitơ,các phức chất cơ kim, nhựa, asphanten Trong khí còn có các khí trơ nh :

He, Ar, Xe, Nz…

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí trên thế giới, dầukhí Việt Nam cũng đã đợc phát hiện từ những năm 1970 và đang trên đàphát triển.Chúng ta đã tìm ra nhiều mỏ trữ dầu với trữ lợng tơng đối lớn nh

mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng, mỏ Rồng, mỏ Rạng Đông, các mỏ khí nh Lan Tây,

Lan Đỏ….Đây là nguồn nhiên liệu quý để giúp nớc ta có thể bớc vào kỷnguyên mới của công nghệ dầu khí Nhà máy số một Dung Quất với côngsuất 6 triệu tấn /năm đang triển khai xây dựng để hoạt động và đang tiếnhành phê chuẩn nhà máy lọc dầu, số 2 Nghi Sơn- Thanh Hoá với công suất 7triệu tấn/năm.

Đối với Việt Nam dầu khí đợc coi là nghành công nghiệp hoá, hiện đạihoá, tạo thế mạnh cho nền kinh tế quốc dân Nh vậy nghành công nghiệp chếbiến dầu khí nớc ta đang bớc vào thời kỳ mới, thời kỳ công nghiệp hoá hiện

đại hoá đất nớc Sự đóng góp của nghành dầu khí không chỉ mang lại thếmạnh cho nền kinh tế nớc nhà mà còn là nguồn động viên tinh thần toàn

đảng toàn dân ta và nhất là các thành viên đang làm việc trong nghành dầukhí hăng hái lao dộng, sáng tạo góp phần xây dựng đất nớc để sau này vàothập niên tới sánh vai các nớc tiên tiến trong khu vực và trên thế giới

Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh là nhờ các đặc tính quý riêng

mà các dạng nhiên liệu khác nh than hoặc các khoáng chất khác không thể

có, đó là giá thành thấp, dể vận chuyển và bảo quản, dễ hiện đại hoá và tự

động hoá trong sử dụng, ít tạp chất và có nhiệt năng cao, dể tạo ra loại sảnphẩm đáp ứng mọi nhu cầu của các nghành kinh tế quốc dân

Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lợng của quá trình chếbiến Theo các chuyên gia về hoá dầu của châu âu, việc đa dầu mỏ qua cácquá trình chế biến sẽ nâng cao đợc hiệu quả sử dụng lên 5 lần, và nh vậy tiếtkiệm đợc nguồn tài nguyên quý hiếm này

Dầu mỏ là hỗn hợp rất phức tạp gồm hiđrocacbon,khí thiên nhiên,khídầu mỏ và các tạp chhất khác nh CO2 ,H2S, N2 … Dầu mỏ muốn sủ dụng đ-

ợc thì phải tiến hành phân chia thành từng phân đoạn Mỗi thành phần phân

đoạn cho ta biết dợc loại sản phẩm thu và khối lợng của chúng Quá trình

ch-ng cất dầu thô là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các giai đoạn.Quá trình này đợc thực hiện bằng các phơng pháp khác nhau nhằm tách cáccấu tử có trong dầu thô theo từng khoảng thời gian khác nhau mà không làmphân huỷ chúng Tuỳ theo biện pháp chng cất mà ta chia quá trình chng cấtthành chng đơn giản, chng phức tạp chng cất nhờ cấu tử bay hơi hay chng cấttrong chân không Trong các nhà máy lọc dầu, phân xởng chng cất dầu thôcho phép ta có thể thu đợc các phân đoạn dầu mỏ để thực hiện các quá trìnhtiếp theo

Trong đồ án này đề cập đến các vấn đề lý thuyết có liên quan, trên cơ sở

đó thiết kế dây chuyền chng cất dầu thô nhiều phần nhẹ Đồng thời xem xétthiết kế mặt bằng phân xởng và vấn đề an toàn lao động

PHầN I: TổNG QUAN

I Xử Lý DầU THô TrƯớc khi chng cất

Dầu thô đợc khai thác từ các mỏ dầu và chuyển vào các nhà máy chế biến.

Trớc khi chế biến phải tiến hành làm ổn định dầu vì trong dầu còn chứa cáckhí hoà tan nh khí đồng hành và các khí hiđrocacbon Khi phun dầu ra khỏigiếng khoan thì áp suất giảm, nhng dù sao vẫn con lại một lợng nhất định lẫnvào trong dầu và phải tách tiếp trớc khi chế biến mục đích là hạ thấp áp suấthơi khi chng cất dầu thô và nhận thêm nguồn nguyên liệu cho chế biến dầu.Vì trong các khí hiđrocacbon nhẹ từ C1C4 là nguồn nguyên liệu quý cho quátrình nhận olefin Xử lý dầu thực chấtlà chng tách bớt phần nhẹ nhng đểtránh bay hơi cả phần xăng, tốt nhất là tiến hành chng cất ở áp suất cao khi

đó chỉ có các cấu tử nhẹ hơn C4 bay hơi , còn phần tử C5 trở lên vẩn còn lạitrong dầu

Muốn xử lý dầu thô trớc khi đa vào chng cất chúng ta phải trải quanhững bớc tách cơ bản

1 Tách tạp chất cơ học, nớc , muối lẫn trong dầu

Nớc lẫn trong dầu ở dới dạng mỏ chỉ ở dạng tự do không có dạng nhũ

t-ơng Khi khai thác, bơm, phun dầu, các quá trình khuấy trộn thì nớc cùng vớidầu và các tạp chất tạo thành nhũ tơng

Nớc nằm dới dạng nhũ tơng thì rất bền vững và khó tách Có 2 dạngnhũ tơng :

+ Dạng nhũ tơng nớc ở trong dầu

+ Dang nhũ tơng dầu ở trong nớc

Lợng nớc ở trong dầu nhiều hay ít ở trong nhũ tơng dầu ở mỏ khaithác bằng cách nhìn màu sắc, qua thực nghiệm ngời ta kiểm tra thấy nếu dầuchứa 10% nớc thì màu cũng tơng tự dầu không chứa nớc Nếu nhũ tơng dầuchứa 1520% nớc, có màu ghi đến vàng, nhũ tơng chứa 25% nớc chứa màuvàng

Dầu mỏ có lẫn nớc ở dạng nhũ tơng đa đi chế biến thì không thể đợc

mà phải khử chúng ra khỏi dầu Khử nớc và muối ra khỏi dầu đến dới hạncho phép, cần tiến hành khử ngay ở nơi khai thác là tốt nhất

) ( 1 2

2 d d g

r 

(1) Trong đó:

V=tốc độ lắng , cm/s

r: đờng kính hạt

d1,d2:tỷ trọng nớc trong dầu tơng ứng , g/cm

g: gia tốc trọng trờng,cm/s2

 :độ nhớt động học củahỗn hợp

công thức (1) ta thấy kích thớc hạt của pha phân tán càng nhỏ và tỷtrọng của nớc và Từ dầu khác nhau càng ít Độ nhớt của môi trờng càng lớnthì sự phân lớp và lắng xảy ra càng chậm

Việc tách nớc và tạp chất thực hiện ở nơi khai thác thờng lắng và gia nhiệt ởthiết bị đốt nóng

ở các nhà máy chế biến dầu tách nớc thờng gia nhiệt dể lắng , khống chếnhiệt độ 120 1600C và p=815at để cho nớc không bay hơi Qúa trình lắngthờng xảy ra trong thời gian 23 giờ

+phơng pháp ly tâm : phơng pháp ly tâm tách nớc ra khỏi dầu nhờ tác dụngcủa lực ly tâm để tách riêng biệt các chất lỏng có tỷ trọng khác nhau

Giá trị lực ly tâm xác định theo phơng trình sau:

f=k.m.r.n2

k=

2 2 60



 

 

 trong đó:

m: khối lợng hạt nớc(g)

r: bán kính quay(cm)

n: số lợng vòng quay của máy ly tâm (phút)

Lực ly tâm và tốc độ tách nớc thay đổi tỷ lệ thuận với bán kính quay và

tỷ với bình phơng số vòng quay của rôto Trong công nghiệp thờng dùngmáy ly tâm có số vòng quay từ 35005000 vòng trong một phút Số vòngquay thì khả năng chế tạo thiết bị càng khó khăn và không thể chế tạo thiết

bị với công suất lớn

Nhợc điểm của phơng pháp này là công suất máy bé, khả năng phân chiakhông cao, vốn chi tiêu lớn vì vậy phơng pháp nàykhông phổ biến trong côngnghệ tách nớc và tạp chất

+ phơng pháp lọc:

Là tách nớc ra khỏi dầu sử dụng khi mà hỗn hợp nhũ tơng dầu, nớc đã

bị phá vỡ nhng nớc vẫn ở dạng lơ lửng trong dầu mà cha đợc lắng xuống đáy.Dùng phơng pháp này là nhờ lợi dụng tính chất thấm ớt chon lọc của cácchất lỏng khác nhau lên các chất lọc khác phơng pháp lọc đạt hiệu quả rấtcao và có thể tách đồng thời cả nớc lẫn muối

1.2 Tách nhũ tơng nớc trong dầu bằng phơng pháp hoá học.

Bản chất của phơng pháp hoá học là cho thêm một chất hoạt động bề mặt để phá nhũ tơng

Khi các điều kiện thao tác nh nhiệt độ, áp suất chọn ở chế độ thích hợp thì hiệu quả của phơng pháp cũng rất cao nhng khó khăn nhất là phải chọn đ-

ợc chất hoạt động bề mặt thích hợp không gây hậu quả khó khăn cho chế biến sau này cũng nh không phân huỷ hay tạo môi trờng ăn mòn thiết bị

1.3 Tách bằng phơng pháp dùng điện trờng.

Phơng pháp dùng điện trờng để phá nhũ, tách muối khỏi dầu là một phơngpháp hiện đại công suất lớn, quy mô công nghiệp và dễ tự động hoá nên cácnhà máy chế biến dầu lớn đều áp dụng phơng pháp này

Vì bản thân các tạp chất đã là các hạt dễ nhiễm điện tích nếu ta dùng lực

điện trờng mạnh sẽ làm thay đổi điện tích,tạo đIều kiện chocác hạt đông tụhay phát triển làm cho kích thớc lớn lên do vậy chúng dễ tách ra khỏi dầu

Sự tơng tác giữa điện trờng và các hạt tích điện làm cho các hạt tích điệnlắng xuống Nguyên tắc này đợc áp dụng để tách muối nớc ra khỏi dầu thô.Dầu thô đợc đốt nóng trong các thiết bị trao đổi nhiệt rồi trộn với một lợngnớc sạch để tạo thành nhũ tơng chứa muối Lực hút giữa các hạt tích điệnlàm chúng lớn lên ngng tụ thành hạt có kích thớc lớn, chúng dễ tạo thành lớpnớc năm dới dầu

Trên thực tế ngời ta pha thêm nớc vào dầu một lợng từ 38% sovới dầuthô và có thể pha thêm hoá chất rồi rồi cho qua van tạo nhũ tơng sau khi quathiết bị trao đổi nhiệtở nhiệt độ từ 1301500C muối trong dầu thô đợc chuyểnvào nhũ tơng Khi dẫn vào khoảng cách giữa hai điện cực có hiệu điện thế từ20.000 vôn trở lên chúng tích điện vào nhau tăng dần kích thớc , cuối cùngtách thành lớp nớc nằm ở dới dầu Tránh sự bay hơi dầu do tiễp xúc ở nhiệt

độ cao, áp suất ở trong thiết bị tách muối đợc giữ ở áp suất 912kg/ cm2 , bộphận an toàn đợc bố trí ngay trong thiết bị Khi tách một bậc ngời ta có thểtách 9095% muối, còn tách 2 bậc hiệu suất muối lên tới 99%

II nguyên liệu của quá trình.

Dầu mỏ là một nguyên liệu hydrocacbon có trong thiên nhiên có thànhphần hoá học rất phức tạp, có những đặc tính vật lý thay đổi trong giới hạnrất rộng nh độ nhớt, màu sắc và tỷ trọng Màu sắc của dầu mỏ nguyên khai

có thể màu sáng nâu đen Tỷ trọng có thể thay đổi từ 0,71, độ nhớt cũngthay đổi theo giới hạn từ 150% cst ở 200C.

Thành phần hoá học của dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp gồm rất nhiềuhiđrocacbon Các hiđrocacbon thờng thuộc vào 3 họ : họ parafinic, họnaphtenic, họ aromatic hay con gọi hiđrocacbon thơm

Với mức độ phức tạp khác nhau, trong cấu trúc dầu mỏ đồng thời cũng

có mặt hiđrocacbon loại cấu trúc hỗn hợp của cả 3 loại trên Trong dầu mỏnguyên khai không có hiđrocacbon họ Olephinic và sự phân bố của cáchiđrocacbon kể trên trong dầu mỏ quyết định công nghệ chế biến, hiệu suất

và chất lợng sản phẩm

1 Phân loại dầu mỏ

Nh ta đã biết các loại dầu mỏ trên thế giới đều khác nhau về thànhphần hoá học về đặc tính Do đó để phân loại chúng thành từng nhóm có tínhchất giống nhau rất khó Trong dầu mỏ phần dầu mỏ chủ yếu và quan trọngnhất quyết định các đặc tính cơ bản của dầu mỏ chính là các hợp chấthiđrocacbon chứa trong đó cho nên dầu mỏ thông thờng đợc chia theo nhiêuloại Ngoài hiđrocacbon còn có nhng thành phần không phải hiđrocacbon,tuy ít nhng không kém phần quan trọng Do đó cha có sự phân loại nào baotrùm các tính chất khác nhau và vì vậy cho đến nay cũng cha có sự phân loạinào đợc hoàn toàn

2 Phân loại dầu mỏ theo hiđrocacbon

Phân loại dầu mỏ theo họ hiđrocacbon là phơng pháp phân loại phổ biếnnhất Theo cách phân loại này dầu mỏ nói chung sẽ mang đặc tính củaloạihiđrocacbon nào chiếm u thế trong nó nhất Nh vậy trong dầu mỏ có 3 loạihiđrocacbon chính: parafin, naphten và Ar, có nghĩa là sẽ có 3 loại dầu mỏ t -

ơng ứng là dầu mỏ parafinic , dầu mỏ Naphtenic, dầu mỏ Aromatic, nếumột trong từng loại trên lần lợt chiếm u thế về số lợng trong dầu mỏ

Dầu mỏ parafinic sẽ mang tính chất hoá học và vật lý đặc trng của cáchiđrocacbon họ parafinic , tơng tự dầu mỏ Naphtenic sẽ mang tính chấthoáhọc và vật lý đặc trng của họ hiđrocacbon Naphtenic Dầu mỏ Aromatic

sẽ mang tính chất hoá học và vật lý đặc trng của hiđrocacbon họ thơm Tuy nhiên trong phần nặng trên 3500C các hiđrocacbon không còn nằm ởdạng thuần chủng nữa mà bị hỗn hợp lẫn nhau, lai hoá lẫn nhau Do đó để

phân loại thờng phải xét sự phân bố từng họ hiđrocacbon trong các phân

đoạn chng cất Trong thực tế những họ dầu thuần chủng thờng rất ít gặp

đặc biệt là họ dầu Aromatic hầu nh trên thế giới không có Vì vậy những ờng hợp mà hiđrocacbon trong đó chiếm tỷ lệ không chênh lệch nhau nhiềudầu mỏ sẽ mang đặc tính hỗn hợp trung gian giữa những loại hiđrocacbon

Họ parafinic – Aromatic – Naphtenic

Họ Aromatic – parafinic – Naphtenic

Họ Naphtenic – parafinic – Aromatic

Họ parafinic – Naphtenic – Aromatic

Họ Naphtenic – Aromatic – parafinic

Họ Aromatic – Naphtenic – parafinic

Trong thực tế, dầu họ Aromatic , dầu họ Aromatic – parafinic , parafinic– Aromatic hầu nh không có ,còn những họ dầu hỗn hợp chiếm tỷ lệ cũngrất ít Chủ yếu là các họ dầu trung gian

Để có thể phân loại dầu mỏ theo họ hiđrocacbon nh trên thờng sử dụngcác thông số vật lý nh đo tỷ trọng, nhiệt độ sôi … … ….v v

 Phân loại dầu mỏ theo hiđrocacbon bằng cách đo tỷ trọng một số phân

đoạn chọn lựa

Phơng pháp này thực hiện bằng cách đo tỷ trọng của 2 phân đoạn dầu mỏtách ra trong giới hạn sau :

- Phân đoạn 1 : Bằng cách chng cất dầu mỏ ở áp suất thờng lấy ra

phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 250270 0C

- Phân đoạn 2 : Bằng cách chng cất phần còn lại trong chân không (ở

40 mm Hg) lấy ra phân đoạn sôi ở 275300 0C ở áp suất chân không ( tơngứng 39041500C ở áp suất thờng)

- Căn cứ vào giá trị tỷ trọng ta đo đợc 2 phân đoạn và đối chiếu vào giớihạn quy định cho từng loại dầu trong từng bảng dới đây mà xếp dầu thuộc họnào

định thành phần phân đoạn dầu mỏ Những hiđrocacbon họ parafin từ C15C16

đều là những hiđrocacbon ở dạng lỏng chúng nằm trong các phân đoạn xăng,phân đoạn kerosen, phân đoạn gasoil của dầu mỏ

Về cấu trúc chúng có những dạng đồng phân ở dạng phân nhánh khácnhau Trong dầu mỏ có 2 loại parafin :n-parafin và iso parafin, trong đó n-parafin chiếm đa số(25 30% thể tích ), chúng có số nguyên tử cácbon từ C1

C 45 Một điểm cần chú ý là các n-parafin có số cácbon ≥18, ở nhiệt độ thờngchúng đã là chất rắn Chúng có thể hoà tan trong dầu hoặc tạo thành các tinhthể trong dầu Nếu hàm lợng của các parafin rắn này cao, dầu có thể bị đông

đặc lại gây khó khăn cho quá trình vận chuyển Do vậy, các chất parafin rắn

có liên quan đến độ linh động của dầu mỏ Hàm lợng chúng càng cao nhiệt

độ đông đặc của chúng càng lớn Tuy nhiên các parafin rắn tách ra từ dầu thôlại là nguyên liệu quý để tổng hợp hoá học, nh để điều chế chất tẩy rửa hỗnhợp, tơ sợi, phân bón, chất dẻo….…

Các iso parafin thờng chỉ nằm ở phần nhẹ và phần có nhiệt độ sôi trung bình của dầu chúng thờng có cấu trúc đơn giản : mạch chính dài, mạch phụ ít

và ngắn , nhánh phụ thờng là nhóm metyl Các iso parafincó số C 5C10 là các cấu tử rất quý trong phần nhẹ của dầu mỏ Chúng làm tăng khản năng chống kích nổ của xăng So với n-farafin thì iso parafin có độ linh động caohơn

Thành phần và cấu trúc của các hiđrocacbon họ parafinic này trong cácphân đoạn của dầu mỏ quyết định rất nhiều đến hiệu suất và chất lợng củasản phẩm thu đợc Những hiđrocacbon họ parafinic từ C17 trở lên có cấu trúcthẳng n- parafin trong dầu mỏ là những hiđrocacbon rắn, chúng thờng nằmdới dạng tinh thể lẫn lộn với các hợp chất khác tong dầu mỏ Các parafin này

có cấu trúc tinh thể dạng tấm hoặc dạng dài có nhiệt độ nóng chảy từ40700C chúng thờng có trong các phân đoạn dầu nhờn Sự có mặt của cáchiđrocacbon parafin loại này trong dầu mỏ tuỳ theo mức độ nhiều ít mà sẽ

ảnh hởng lớn nhỏ đến tính chất lu biến của dầu mỏ nguyên khai

Các hiđrocacbon parafenic trong dầu mỏ (dạng khí và lỏng) là mộtnguyên liệu ban đầu rất quý để tổng hợp hoá học Vì vậy thờng sử dụng hoặccả phân đoạn (phân đoạn khí và xăng hay còn gọi là khí Naphten hoặc tách

ra khỏi phân đoạn dới dạng các hiđrocacbon riêng lẻ bằng cách chng cất,hấp thụ qua dãy phân tử, kết tinh ở nhiệt độ thấp … Những parafin rắn thờng

đợc tách ra sử dụng trong công nghiệp sản xuất giấy nén, giấy cách điện

3.2 Hiđrocacbon họ Naphtenic

Hiđrocacbon họ Naphtenic trong dầu mỏ là những hiđrocacbon vòng

no (xyclo parafin ) , thờng ở dạng vòng 5,6 cạnh có thể ở dạng ngng tụ 23vòng, với số vòng từ 14 là chủ yếu Naphtenic là một trong số hiđrocacbonphổ biến và quan trọng trong dầu mỏ Hàm lợng của chúng có thể thay đổi từ3060 trọng lợng

Hiđrocacbon Naphtenic là các thành phần rất quan trọng của nhiên liệumô tơ và dầu nhờn Có naphtenic là một vòng có mạch nhánh dài thành phầnrất tốt của dầu nhờn vì chúng có độ nhớt cao và độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt

độ Đặc biệt , chúng là các cấu tử rất quý cho nhiên liệu phản lực, vì chúngcho nhiệt cháy cao, đồng thời giữ đợc tính linh động ở nhiêt độ thấp, điềunày rất phù hợp khi động cơ làm việc ở nhiệt độ âm Ngoài ra nhữngnaphtenic nằm trong dầu mỏ còn là nguyên liệu quý để từ đó chế đợc cáchiđrocacbon thơm: benzen, toluen, xylen (BTX), là các chất khởi đầu để điềuchế tơ sợi tổng hợp và chất dẻo

Nh vậy , dầu mỏ càng chứa nhỉều hiđrocacbon naphtenic thì càng có giá trịkinh tế cao,vì từ đó có thể sản xuất đợc sản phẩm nhiên liệu có chất lợng tốt.Chúng lại có nhiệt độ đông đặc thấp nên gi đợc tính linh động, không gâykhó khăn tốn kém cho quá trình bơm, vận chuyển, phun nhiên liệu

3.3 Các hiđrocacbon họ Aromatic (hiđrocacbon thơm).

Hiđrocacbon họ Aromatic trong dầu mỏ thờng chiếm tỷ lệ ít hơn hailoại trên khoảng 530% , chungs thờng là những loại vòng thơm ảnh hởngcủa hiđrocacbon loại này trong thành phần các sản phẩm dầu mỏ thay đổikhác nhau Loại hiđrocacbon Aromatic thờng gặp là loại một vòng và đồng

đẳng của chúng(BTX… ) Các chất này thông thờng nằm trong phần nhẹ và

là cấu tử làm tăng khản năng chống kích nổ của xăng Các chất ngng tụ 2,3hoặc 4 vòng thơm có mặt trong phần có nhiệt độ sôi trung bình và cao củadầu mỏ, hàm lợng các chất loại này thờng ít hơn

Trong thành phần các loại dầu mỏ đều tập trung hiđrocacbon loại thơmngng tụ cao song cấu trúc đã bị lai hợp với các mức độ khác nhau giữa 3 loạithơm –naphten-parafin

Ngoài thành phần các hiđrocacbon kể trên trong dầu mỏ bao giờ cũng chứacác hợp chất phi hiđrocacbon : O, N, S và các lim loại , trong đó đáng kểnhất là hợp chất chứa lu huỳnh và nhựa asphanten

3.4 Các hợp chất chứa lu huỳnh.

Các hợp chất chứa lu huỳnh chứa dầu mỏ có thể ở dạng khí hoà tan trongdầu (H2S ) hoặc ở dạng lỏng phân bố hầu hết trong các phân đoạn dầu mỏ.Phân đoạn càng nặng các hợp chất chứa lu huỳnh càng nhiều so với các phân

đoạn nhẹ Các chất hu cơ có chứa lu huỳnh là hợp chất phổ biến nhất, làmxấu đi chất lợng của dầu thô, gây ăn mòn thiết bị khi chế biến, gây ô nhiễmmôi trờng Vì vậy dầu mỏ chứa nhiều hợp chất chứa lu huỳnh phải sử dụngcác biện pháp xử lý tốn kém Do vậy mà hàm lợng của hợp chất lu huỳnh đợccoi là một chỉ tiêu đánh giá chất lợng dầu thô và sản phẩm dầu

3.5.Các hợp chất nhựa –asphanten.

Các hợp chất nhựa –asphanten thờng nằm trong phần cặn của dầu mỏ ởnhiệt độ sôi 3500C Đó là những hợp chất hữu cơ có trọng lợng phân tử lớn,trong cấu trúc có cả vòng thơm, vòng asphanten các mạch thẳng đính chungquanh đồng thời còn chứa cá nguyên tố C, H, O, S, N dới dạng dị vòng haydạng cầu nối Hàm lợng và thành phần hoá học các chất này quyết định đếnviệc chọn lựa các phơng pháp , đến hiệu suất và chất lợng của sản phẩm Ngoài ra trong nhóm chất phi hiđrocacbon của dầu mỏ cần phải kể đếncác hợp chất chứa nitơ, oxy, các hợp chất cơ kim chứa kim loại nh Ni, Fe,Cu…

Tất cả các hợp chất nàyđều gây cản trở cho việc chế biến dầu mỏ

Iii cơ sở lý thuyết của quá trình chng cất.

Quá trình chng cất dầu thô là một quá trình tách phân đoạn Quá trìnhnày đợc thực hiện băng các biệt pháp khác nhau nhằm tách nhằm tách cácphần dầu theo nhiệt độ sôi của các cấu tử trong dầu mà không làm phân huỷchúng Hơi nhẹ bay lên và ngng tụ thành phần lỏng Tuỳ theo biện pháp tiếnhành chng cất mà ngời ta phân chia ra quá trình chng cất thành chng đơngiản, chng phức tạp, chng nhờ cấu tử bay hơi hay chng cất trong chân không

1 Chng đơn giản

Chng đơn giản là quá trình chng cất đợc tiến hành bằng cách bay hơi dầndần, một lần hay nhiều lần, một hỗn hợp chất lỏng cần chng đợc mô tả trênhình 1(a,b,c)

1.1 Chng bay hơi dần dần.

Sơ đồ chng cất bằng cách bay hơi dần dần đợc trình bày trên (hình 1a)gồm thiết bị đốt nóng liên tục, một hổn hợp chất lỏng trong bình chng 1 Từ

nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối khi liên tục tách hơi sản phẩm và ngng tụ hơi bay trong thiết bị ngng tụ 3 và thu sản phẩm trong bể chứa 4 Phơng pháp này thờng đợc áp dụng trong phòng thí nghiệm

1.2 Chng cất bằng cách bay hơi 1lần

Sơ đồ chng cất bằng cách bay hơi một lần dợc trình bày trên hình 1b,

ph-ơng pháp này gọi là phph-ơng pháp bay hơi cân băng Phph-ơng pháp này ngời ta tiến hành ở nhiệt độ nhất định cho trớc và áp suất cố định

Ưu điểm : của quá trình chng cất cho phép áp dụng trong điều kiện thực tế

chng cất dầu

Nhợc điểm : của phơng pháp này là nhiệt độ chng lại bị giới hạn và

không tách đợc sản phẩm trắng ra riêng

1.3.Chng cất bằng cách bây hơi nhiều lần.

Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chng bay hơi một lần nối tiếp nhau nhiệt độ tăng dần hay ở áp suất thấp hơn đối với phần cặn của chng lần một

là nguyên liệu cho chng lần hai Sau khi đợc đốt nóng đến nhiệt độ cao hơn

từ đỉnh của thiết bị chng lần một, ta nhận đợc sản phẩm từ đỉnh còn đáy chng lần hai ta nhận đợc sản phẩm cặn

Phơng pháp chng cất bằng dầu bay hơi một lần và bay hơi nhiều lần có ý nghĩa rất lớn trong công nghiệp chế biến dầu, ở đây các dây chuyền hoạt

động liên tục Quá trình bay hơi một lần đợc áp dụng khi đốt nóng dầu trong các thiết bị trao đổi nhiệt, trong lò ống và quá trình tách pha hơi khỏi pha lỏng ở bộ phận cung cấp, phân phối của tháp tinh luyện

Chng cất đơn giản nhất là loại bay hơi một lần không đạt đợc độ phân chia cao khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phần của hỗn hợp chất lỏng Ngời ta phải tiến hành chng cất có tinh luyện đó là chng phức tạp

3

2

Lò đốt (a)

Sinh viên: Đặng Thị Thuỳ Dung Lớp hoá dầu - V02-01

Dầu thô

Thùng bay hơi dần dần

Sản phẩm ch ng cất phần đ ợc

3

1

2

(b)

1

2

3

(c)

Hình 1: Sơ đồ chng cất dầu thô

1 thùng ; 2 lò đốt nóng ; 3 thiết bị làm lạnh

2 Chng cất phức tạp.

2.1 Chng cất có hồi lu.

Quá trình chng cất có hồi lu là quá trình chng khí lấy một phần chất lỏng ngng tụ từ hơi tách ra cho quay lại tới vào dòng hơi bay lên Nhờ có sự tiếp xúc đồng đều và thêm một lần nữa giữa pha lỏng và pha hơi mà khi pha hơi tách ra khỏi hệ thống lại đợc làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn )so với khi không có hồi lu, nhờ vậy có độ phân chia cao hơn Việc hồi

l-u lại chất lỏng đợc khống chế bằng bộ phận đặc biệt và đợc bố trí ở phía trên thiết bị chng

2.2 Chng cất có tinh luyện

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

l-u Cơ sở của ql-uá trình tinh ll-uyện là sự trao đổi chất nhiềl-u lần về cả phía hai phía giữa pha lỏng và pha hơi chuyển động ngợc chiều nhau Quá trình này

Thùng bay hơi 1 lần

Sản phẩm ch ng lỏng

Dầu thô

Lò đốt Sản phẩm đáy

(cặn)

Thùng bay hơi nhiều lần

Lò đốt

Sản phẩm lỏng Dầu thô

Cặn đáy

Lò đốt Sản phẩm lỏng

đợc thực hiện trong tháp tinh luyện Để đảm bảo sự tiếp xúc hoàn thiện giữapha hơi và pha lỏng, trong tháp đợc trang bị các đĩa hay đệm Độ phân chiacác hỗn hợp trong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các pha, vào lợnghồi lu ở đỉnh tháp.

Công nghệ hiện đại chng cất dầu thô dựa vào quá trình chng cất 1 lần vànhiều lần có tinh luyện xảy ra trong tháp chng cất phân loại trong tháp có bốtrí các đĩa

Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chng cất

Pha hơi Vn bay lên từ đĩa thứ n lên đĩa thứ n-1 đợc tiếp xúc với phalỏng Ln1 chảy từ đĩa n-1 xuống, còn pha lỏng Ln từ đĩa n chảy xuống đĩa phíadới n+1 lại tiếp xúc với pha hơi Vn+1 bay từ dới lên Nhờ quá trình quá trìnhtiếp xúc nh vậy mà quá trình trao đổi chất xảy ra tốt hơn Pha hơi bay lênngày càng đợc làm giàu thêm cấu tử nhẹ còn pha lỏng chảy xuống phía dớingày càng chứa nhiều cấu tử nặng Số lần tiếp xúc càng nhiều, quá trình trao

đổi chất càng đợc tăng cờng và kết quả phân tách của tháp càng tốt, hay nóicach khác,tháp có độ phân chia càng cao Đĩa trên cũng có hồi lu đỉnh và đĩadới cũng có hồi lu đáy Nhờ có hồi lu ở đỉnh và đáy làm cho tháp hoạt độngliên tục ổn định và có khản năng phân tách cao Ngoài đỉnh và đáy ngời tacon thiết kế hồi lu trung gian bằng cách lấy sản phẩm lỏng ở cạnh sờn thápcho qua trao đổi nhiệt làm lạnh rồi quay lại tới vào tháp, con khi lấy sảnphẩm cạnh sờn của tháp ngời ta trang bị thêm các bộ phận tách trung giancạnh sờn tháp

Máng chảy

truyền

Hồi l u trung gian

Cửa tháo hồi l u

2.3 Chng cất trong chân không và chng cất với hơi nớc.

Hỗn hợp các cấu tử có trong dầu thô không bền, dễ bị phân huỷ nhiệt nhất

là các hợp chất chứa lu huỳnh và các chất cao phân tử nh nhựa … Các hợpchất Parafin kém bền nhiệt hơn các hợp chất Naphten và các Naphten lạikém bền nhiệt hơn các hợp chất thơm Độ bền nhiệt của các cấu tử tạo thànhdầu không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc cả vào thời gian tiếpxúc ở nhiệt độ đó Trong thực tế chng cất, đối với các phân đoạn có nhiệt độsôi cao, ngời ta cần tránh sự phân huỷ nhiệt chúng khi đốt nóng Tuỳ theoloai dầu thô, tong thực tế không nên đốt nóng quá 4200C với dầu không cóhay chứa rất ít lu huỳnh, và không quá 3203400C với dầu có và nhiều luhuỳnh

Sự phân huỷ khi chng sẽ làm xấu đi tính chất của sản phẩm , nh làm giảm

độ nhớt và nhiệt bắt cháy cốc kín của chúng, giảm độ bền ôxy hoá Nhngquan trọng hơn là chúng gây nguy hiểm cho quá trình chng chng cất vàchúng tạo thành các hợp chất ăn mòn và làm tăng năng suất của tháp Đểgiảm sự phân huỷ thời gian lu của nguyên liệu ở nhịêt độ cao cũng cần phảihạn chế Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí quển cao hơn nhiệt độphân huỷ nhiệt của chúng, ngời ta phải dùng chng cất chân không VD haychng cất hơi nớc để tránh sự phân huỷ nhiệt Chân không làm giảm nhiệt độsôi , giảm áp suất riêng phần của cấu tử hỗn hợp làm cho chúng sôi ở nhiệt

độ thấp hơn Hơi nớc đợc dùng ngay cả trong chng cất khí quyển Khi tinhluyện hơi nớc đợc dùng để tái bay hơi phân đoạn có nhiệt độ thấp còn chứatrong mazut hay chứa trong gludron, trong nhiên liệu dầu nhờn Kết hợpdùng chân không và hơi nớc khi chng cất phần cặn sẽ cho phép đảm bảo táchsâu hơn phân đoạn dầu nhờn

Tuy nhiên, tác dụng của hơi nớc làm tác nhân bay hơi còn sự hạn chế , vìnhiệt lợng bay hơi khác xa so với nhiệt độ đốt nóng chất lỏng Vì thế nếutăng lợng hơi thì nhiệt độ và áp suất hơi bảo hoà của dầu giảm xuống và sựtách hơi cũng giảm theo

Do vậy lợng hơi nớc có hiệu quả tốt nhất chỉ trong khoảng từ 23 so vớinguyên liệu đem chng cất khi mà số cấp tiếp xúc là 3 hoặc 4 Trong điềukiện nh vậy lợng hơi dầu tách ra từ phân đoạn mazut đạt tới 1423%

Khi chng cất hơi nớc, số lợng phân đoạn tách ra đợc có thể tính theo

ph-ơng trình sau:

G và Z : số lợng hơi dầu tách đợc và lợng hơi nớc.

Mf : phân tử lợng của hơi dầu

18 : phân tử lợng của hơi nớc

P : áp suất tổng cộng của hệ

pf : áp suất riêng của dầu ở nhiệt độ chng

Nhiệt độ hơi nớc cần phải không thấp hơn nhiệt độ của hơi dầu để tách sảnphẩm dầu ngậm nớc Do vậy, ngời ta thờng dùng hơi nớc có nhiệt độ3804500C, áp suất hơi từ 0,20,5 mpa

Hơi nớc dùng trong công nghệ chng cất dầu có nhiều u điểm làm giảm ápsuất riêng phần của dầu,tăng cờng khuấy trộn chất lỏng tránh tích điện cục

bộ, tăng diện tích bề mặt bay hơi do tạo thành các tia và bong bóng hơi Ngời

ta cũng dùng hơi nớc để tăng cờng đốt nóng cặn dầu trong lò ống khi chngcất chân không Khi đó đạt mức độ bay hơi lớn cho nguyên liệu dầu, tránh vàngăn giữa quá trình tạo cốc trong các lò ống đốt nóng Tiêu hao hơi nớctrong trờng hợp này khoảng 0,30,5% so vơi nguyên liệu

IV sản phẩm của quá trình.

Khi tiến hành chng cất sơ khởi dầu mỏ chúng ta nhận đợc nhiều phân

đoạn và sản phẩm dầu mỏ Chúng đợc phân biệt với nhau bởi giới hạn nhiệt

độ sôi ( hay nhiệt độ chng ), bởi thành phần hiđrocacbon, độ nhớt, nhiệt độchớp cháy vànhiều tính chấp khác liên quan đến việc sử dụng

Sản phẩm của quá trình chng cất bao gồm:

CH3O•  HCHO + H•

CH3O• + CH4  CH3OH + CH3•

2 Phân đoạn xăng

Phân đoạn này còn gọi là dầu lửa có nhiệt độ sôi từ 30350C đến

1800C, phân đoạn xăng bao gồm các hiđrocacbon từ C5 C10 ,C11 Cả ba loạihiđrôcacbon parafin,naphten,aromatic đều có mặt trong phân đoạn.Tuy nhiênthành phần số lợng các hiđrocacbon đều khác nhau, phụ thuộc vào nguồngốc dầu thô ban đầu

Chẳng hạn,từ họ dầu parafin sẽ thu đợc xăng chứa nhiều parafin,còndầu parafinic sẽ thu đợc nhiều vòng no hơn các hidrocacbon thơm thờng có íttrong xăng

Ngoài hidrocacbon,trong phân đoạn còn có các hợp chất S, N và O Các chất chứa S thờng ở dạng hợp chất không bền nh mercaptan (RSH) Cácchất chứa N

Chủ yếu ở dạng pyridin; còn chất chứa oxy rất ít thờng ở dạng phenol

và đồng đẳng.Các chất nhựa và asphanten đều cha có

ứng dụng: phân đoạng xăng đợc sử dụng vào 3 mục đích chủ yếu sau:

- Làm nguyên liệu cho động cơ xăng

- Làm nguyên liệu cho công nghiệp hoá dầu

- Làm dung môi cho công nghiệp sơn, cao su, keo dán

Ngoài ra đợc sử dụng làm trích ly chất béo trong công nghiệp hơngliệu,dợc liệu

Phân đoạn xăng (còn gọi là phân đoạn naphta) còn đợc sử dụng vàomục đích sản xuất nguyên vật liệu hoá dầu,chủ yếu là sản xuất cáchydrocacbon thơm(bezen,toluen,xylen) và làm nguyên liệu cho cracking xúctác nhằm sản xuất các olephin thấp nh etylen , propylen , butylen vàbutadien

bắt đầu có mặt các hợp chất hiđrocacbon có cấu trúc hỗn hợp giữa vòngthơm và vòng naphten nh tetralin và đồng đẳng của chúng Các hợp chấtchứa S, N, O tăng dần Lu huỳnh dạng mercaptan giảm dần, xuất hiện luhuỳnh dạng sunfua Các chất Nitơ với hàm lợng nhỏ dạng quirolin, pyrol,indol.

Hàm lợng hiđrocacbon parafin trong nhiên liệu phản lực trong khoảng

30  60% nếu cao hơn phải tiến hành loại bỏ nhằm đảm bảo tính linh độngtốt của nhiên liệu ở nhiệt độ thấp

Phân đoạn Kerosen dùng để sản xuất dầu hoả dân dụng (thắp sánghoặc đun nấu) mà không cần một quá trình biến đổi thành phần bằng phơngpháp hoá học phức tạp vì nó đáp ứng đợc yêu cầu của dầu hoả là ngọn lửaxanh, có màu vàng đỏ, không tạo nhiều khói đen, không tạo nhiều tàn đọng ở

đầu bấc và dầu phải dễ dàng bốc hơi lên phía trên để cháy

4 Phân đoạn diezel.

Phân đoạn diezel hay còn gọi là phân đoạn gasoil nhẹ, có khoảng nhiệt độ

từ 250350 0C, chứa các hiđrocacbon có số Cácbon từ C16  C20, C21

4.1 Thành phần hoá học:

Phần lớn trong phân đoạn này là các n_parafin, iso parafin, cònhiđrocacbon thơm rất ít ở cuối phân đoạn có những n_parafin có nhiệt độkết tinh cao, chúng là những thành phần gây mất tính linh động của phân

đoạn ở nhiệt độ thấp Trong gasoil ngoài naphatenvà thơm hai vòng là chủyếu, những chất có ba vòng tăng lên và còn có các hợp chất có cấu trúc hỗnhợp (giữa naphten và thơm)

Hàm lợng các chất chứa S, N, O tăng nhanh Lu huỳnh chủ yếu ở dạngdisunfua dị vòng Các chất chứa oxi (dạng axit naphtenic) có nhiều và đạtcực đại ở phân đoạn này ngoài ra còn có các chất dạng phenol nhdimetylphenol Trong gasoil đã xuất hiện nhựa, song còn ít, trong lợng phân

tử nhựa còn rất thấp (300  400 đvc)

4.2 ứng dụng

Phân đoạn gasoil nhẹ của dầu mỏ chủ yếu đợc sử dụng làm nguyên liệucho động cơ diezel Do động cơ diezel nhiên liệu phải có chỉ số xetan cao( có tính chất dễ oxi hoá để tự bốc cháy tốt) Do phân đoạn gasoil (của dầu

mỏ dạng parafin) lấy trực tiếp từ quá trình chng cất sơ khởi thờng có trị sốxetan rất cao vì vậy chúng thờng sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu diezel thíchhợp nhất mà không phải qua một quá trình chế biến hoá học nào Tuy nhiênkhi cần làm tăng trị số xetan của nhiên liệu diezel, ngời ta cũng có thể chothêm vào một số chất phụ gia thúc đẩy quá trình o xi hoá Với số lợngkhoảng 15% V ta có thể tăng chỉ số xetan lên đến 15  20 đơn vị so với trị sốban đầu của nó là 40 đơn vị

5 Phân đoạn mazut.

Phân đoạn cặn mazut là phân đoạn cặn chng cất khí quyển, đợc dùng làmnhiên liệu đốt cho các lò công nghiệp hay đợc dùng làm nhiên liệu cho quátrình chng cất chân không để nhận các cấu tử dầu nhờn hay nhận nguyên liệucho các quá trình Crackinh nhiệt, Crackinh xúc tác hay hiđrocrackinh

6 Phân đoạn dầu nhờn.

Với nhiệt độ 3505000C, phân đoạn này bao gồm các hiđrocacbon từ

C21C25, có thể lên tới C40

6.1 Thành phần hoá học

Do phân tử lợng lớn, thành phần hoá học của phân đoạn dầu nhờn rấtphức tạp các n và iso parafin ít, naphtalen và thơm nhiều

Hàm lợng các hợp chất của S, N, O tăng lên mạnh hơn 50% lợng luhuỳnh có dầu mỏ tập trung ở phân đoạn này gồm các dạng disunfua ,thiophen, sunfua vòng … các hợp chất Nitơ thờng ở dạng đồng đẳng pyridin,pyrol và cacbazol Các hợp chất của oxi ở dạng axít, các kim loại nặng nh V,

Ni , Cu , Pb….các chất nhựa, asphanten đều có mặt trong phân đoạn

Thông thờng ngời ta tách phân đoạn dầu nhờn bằng cách chng cấtchân không phần cặn dầu mỏ, để tránh phân huỷ ở nhiệt độ cao

là các loại nhiên liệu đợc sử dụng nhiều nhất, quan trọng nhất Để làm tăng

số lợng các nhiên liệu này có thể tiến hành phân huỷ gasoil nặng bằng phơngpháp cracking hoặc hydrocracking, với cách này có thể biến các cấu tử C21

C40 thành xăng (C5C11); kerosen(C11 C16), diezel(C16 C20) nh vậy nâng cao

đợc hiệu suất sử dụng của dầu mỏ

7 Phân đoạn Gudron.

7.1 Thành phần hoá học

Gudrol là thành phần còn lại sau khi đã phân tách các phân đoạn kêtrên, có nhiệt độ sôi lớn hơn 5000C gồm các hydrocacbon lớn hơn C41 giớihạn cuối cùng có thể lên đến C80

Thành phần của phân đoạn này phức tạp có thể chia thành 3 nhómchính sau: nhóm chất dầu; nhóm chất nhựa; nhóm asphanten

Ngoài 3 nhóm chất chính trên, trong cặn gudrol còn có các hợp chấtcơ kim của kim loại nặng, các chất cacbon, cacboxit rắn giống nh cốc, màusẫm, không tan trong cácdung môi thông thờng, chỉ tan trong pyridin

7.2 ứng dụng.

Phân đoạn cặn gudrol đợc sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nh:sản xuất bitum, than cốc, bồ hóng, nhiên liệu lò.Trong các ứng dụng trên, đểsản xuất bitum là ứng dụng quan trọng nhất

V Các loại sơ đồ công nghệ

1 Phân loại sơ đồ công nghệ.

Các loại sơ đồ công nghệ chng luyện dầu mỏ ở áp suất thờng gồm:

- Sơ đồ bốc hơi 1 lần và tinh luyện 1 lần trong cùng một tháp chngluyện

Phân đoạn 1 Phân đoạn 2

nh chứa nhiều phân đoạn nhẹ, nhiều tạp chất lu huỳnh, nớc thì gặp nhiềukhó khăn trong quá trình chng, đó là do áp suất trong các thiết bị trong sơ đồ

đều lớn, nên thiết bị phải có độ bền lớn, làm bằng vật liệu đắt tiền đôi khicòn có hiện tợng nổ hỏng thiết bị do áp suất trong tháp tăng đột ngột Do vậychỉ dùng loại dầu mỏ chứa ít phần nhẹ (không quá 810%)

- Sơ đồ bốc hơi 2 lần và tinh luyện 2 lần trong 2 tháp nối tiếp nhau Loại này có 2 sơ đồ : sơ đồ 1 (hình 4); sơ đồ 2 ( hình 5)

Ưu điểm : nhờ cấu tử nhẹ nớc đợc tách ra sơ bộ ở tháp thứ nhất, nên trong

các ống xoắn của lò và tháp thứ 2 không có hiện tợng tăng áp suất đột ngột

Nhợc điểm của sơ đồ này là phải đun nóng dầu trong lò với nhiệt độ caohơn 5100C so với sơ đồ trên Có thể hạn chế khắc phục hiện tợng này bằng

Xăng

Phân đoạn 3

Mazut

cách cho hơi nớc vào những ống cuối cùng của lò để giảm áp suất riêng củacác hiđrocacbon.

Sơ đồ 2 ( hình 5) là hệ thống bốc hơi 2 lần và tinh luyện 1 lần trong thápchng luyện Sơ đồ này dùng phổ biến, ở sơ đồ này có tinh luyện phần nhẹ vàphần nặng xảy ra đồng thời trong cùng một tháp chính thứ 2 Nh vậy có phầnnào giảm bớt nhiệt độ đun nóng dầu trong lò

- Sơ đồ chng cất áp suất thuờng và áp suất chân không

Hiện nay trong công nghệ chế biến dầu mỏ ngời ta thờng kết hợp chng cấtthờng và áp suất chân không trong 1 sơ đồ liên tục kết hợp giữa chng áp suấtthờng và áp suất chân không Về mặt kinh tế, tăng công suất của quá trìnhcùng một trung tâm điều khiển tự động Có hiệu quả về kinh tế rất nhiều

2 Các yếu tố ảnh hởng.

Các yếu tố ảnh hởng trực tiếp lên hiệu suất và chất lợng của sản phẩm thucủa quá trình chng luyện là nhiệt độ, hiệu suất và phơng pháp hồi lu… Chế độ và công nghệ chng cất phụ thuộc vào chất lợng dầu thô ban đầu,vào mục đích và yêu cầu của quá trình, chủng loại sản phẩm cần thu và phải

có dây chuyền công nghệ hợp lý Vì vây khi thiết kế quá trình chng cấtchúng ta phải xét kỹ và kết hợp đầy đủ tất cả các yếu tố để quá trình chng cất

đạt hiệu quả kinh tế cao

2.1 Chế độ nhiệt của tháp chng luyện.

Nhiệt độ là một thông số cơ bản của quá trình chng luyện Bằng cách thay

đổi chế độ nhiệt độ của tháp sẽ đIều chỉnh đợc chất lợng và hiệu suất của sảnphẩm Chế độ nhiệt độ của tháp là nhiệt độ của nguyên liệu vào, nhiệt độ

đỉnh tháp và nhiệt độ đáy tháp

Nhiệt độ của nguyên liệu (dầu thô) khi vào tháp chng đợc khống chếtuỳ theo bản chất của loại dầu thô, mức độ phân chia sản phẩm, áp suất trongtháp và lợng hơi nớc đa vào đáy tháp nhng phải tránh đợc sự phân huỷ củanguyên liệu ở nhiệt độ cao, do vậy nhiệt độ của lò ống đốt nóng phải đợckhống chế chặt chẽ

Nhiệt độ đáy tháp chng luyện phụ thuộc vào phơng pháp bay hơi và phầnhồi lu đáy bằng một thiết bị đốt nóng riêng thì nhiệt độ đáy tháp sẽ ứng với

nhiệt độ bốc hơi cân bằng ở áp suất tại đáy tháp Nếu bốc hơi bằng cáchdùng hơi nớc thì nhiệt độ đáy tháp sẽ thấp hơn nhiệt độ vùng nạp liệu Nhiệt

độ đáy tháp phải chọn tối u tránh sự phân huỷ các cấu tử nặng nhng phải đủ

để tách hết hơi nhẹ khỏi phần cặn đáy

Nhiệt độ đỉnh tháp phải đợc khống chế nhằm đảm bảo đợc sự bay hơihoàn toàn sản phẩm đỉnh mà không gây nên sự bay hơi các phần khác Muốnvậy ngời ta phải dùng hồi lu đỉnh tháp để tách xăng ra khỏi phân đoạn khác.Nhiệt độ đỉnh tháp chng khi đang chng cất ở áp suất khí quyển cần giữ trongkhoảng 1001200C Còn với tháp chng ở áp suất chân không thờng giữ nhiệt

độ đỉnh tháp không quá 1000C và áp suất chng từ 1070 mm Hg để tách hếtphần gasoil nhẹ còn lẫn trong nguyên liệu

Dùng hồi lu sẽ tạo điều kiện phân chia tốt Hồi lu đỉnh tháp thờng có 2dạng:

+ Hồi lu nóng đợc thực hiện băng cách cho ngng tụ một phần hơi sản phẩm

đỉnh ở nhiệt độ sôi của nó, sau đó cho tới trở lại đỉnh tháp Nh vậy chỉ cầncấp một lợng nhiệt để bốc hơi Tác nhân làm lạnh có thể dùng nớc hay chínhsản phẩm lạnh

Công thức lợng nhiệt hồi lu nóng :

Rn=Q L

Trong đó : Rn là lợng hồi lu nóng ( kg/h)

Q là lợng nhiệt hồi lu cầ lấy để bốc hơi (kcal/h)

L là lợng nhiệt ngng tụ của sản phẩm lỏng ( kcal/h)

Do thiết bị hồi lu nóng khó lắp ráp và có nhiều khó khăn cho việc vệ sinh,

đặc biệt công suất của tháp lớn ngày càng ít dùng

+ Hồi lu nguội là quá trình làm nguội hoặc ngng tụ sản phẩm đỉnh rồi tớitrở lại đỉnh tháp Khi đó lợng nhiệt để cấp cho phần hồi lu cần thu lại mộtluợng nhiệt cần thiết để đun nóng nó đến nhiệt độ sôi vàbay hơi, do vậy hồi

C là nhiệt dung của sản phẩm hồi lu

t2, t1 là nhiệt độ của hơi và của lỏng tơng ứng

Hồi lu nguội đợc sử dụng tơng đối rộng rãi vì lợng hồi lu thờng ít, làmtăng rõ ràng chất lợng mà không làm giảm nhiều năng suất của chúng.Ngoài hồi lu đỉnh,đáy ngời ta còn sử dụng hồi lu trung gian để tăng năng l-ợng của các sản phẩm cạnh sờn và điều chỉnh nhiệt độ tháp

+ Hồi lu trung gian đợc thực hiện băng cách lấy một phần sản phẩm nằmtrên các đĩa có nhiệt độ t1 đa ra ngoài làm nhiệt độ t0 rồi tới hồi lu trở lạitháp Khi đó chất lỏng hồi lu cần thu một lợng nhiệt để đun nóng từ nhiệt độ

Ưu điểm : Giảm lợng hơi đi ra ở đỉnh tháp, tận dụng đợc một lợng nhiệt

thừa rất lớn của tháp chng để đun nóng nguyên liệu ban đầu tăng công suấtlàm việc của tháp

Ngời ta thờng kết hợp hồi lu trung gian với hồi lu lạnh cho phép điềuchỉnh chính xác nhiệt độ đỉnh tháp chng dẫn đến đảm bảo hiệu suất và chất l-ợng sản phẩm của quá trình

2.2 áp suất suất của tháp chng luyện.

Khi chng luyện dầu mỏ ở áp suất thờng, áp suất trong toàn tháp và ở mỗitiết diện cũng có khác nhau áp suất trong mỗi tiết diện của tháp chng luyệnphụ thuộc vào trở lực thuỷ tĩnh khi hơi nớc đi qua các đĩa,nghĩa là phụ thuộc

vào số đĩa và câú trúc đĩa, lu lợng riêng của chất lỏng và hơi từ đĩa này sang

đĩa khác, áp suất giảm đi 510 mm Hg từ dới lên, ở áp suất thấp qua mỗi đĩagiảm đi từ 13 mm Hg

áp suất làm việc của tháp phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất của nhiênliệu và áp suất riêng phần của từng cấu tử

áp suất hơi nớc đa vào cũng ảnh hởng đến áp suất chng của tháp Nếutháp chng luyện dùng hơi nớc trực tiếp cho vào đáy tháp và hơi nớc làm giảm

đi áp suất riêng phần của hơi sản phẩm dầu mỏ, cho phần chất lỏng bay hơi

ở nhiệt độ thấp hơn Lợng hơi nớc tiêu hao phụ thuộc vào áp suất chng củatháp và áp suất riêng phần của các sản phẩm dầu mỏ

Lợng hơi nớc dùng cho tháp chng ở áp suất khí quyển khoảng 1,23,5% trọng lợng

Khi chng cất ở áp suất chân không thì thờng tiến hành áp suất từ 1070

mm Hg Độ chân không càng sâu càng cho phép chng sâu hơn, nhng nếu ápsuất quá thấp sẽ khó chế tạo thiết bị với năng suất lớn

2.3 Điều khiển khống chế chế độ làm việc của tháp chng cất.

Để có sự làm việc ổn định của tháp chng cất chúng ta phải thực hiện cácnguyên tắc sau:

+ Điều chỉnh áp suất trong tháp sẽ làm thay đổi điểm sôi của chất lỏng.+ Nếu áp suất tăng lên, chất lỏng sôi ở nhiệt độ cao hơn Nếu áp suấttăng cao qúa, lợng chất lỏng trong tháp sẽ nhiều dẫn đến hiện tợng “ sặc”tháp làm giảm hiệu quả phân chia

+ Nếu các đIều kiện khác trong tháp là cố định thì sản phẩm đỉnh, sảnphẩm cạnh sờn và sản phẩm cạnh đáy sẽ trở lên nhẹ hơn nếu áp suất trongtháp tăng lên

+ Nếu nhiệt độ đáy tháp quá thấp, sản phẩm đáy sẽ chứa nhiều phầnnhẹ hơn

+ Nếu nhiệt độ cấp liệu vào tháp quá thấp, lợng hơi nớc trên các khaychứa đĩa sẽ nhỏ cho nên phần lỏng nhiều và chảy xuống phía dới vào bộphận chng càng nhiều

+ Nếu nhiệt độ của Repoiler quá thấp sẽ không tách hết phần nhẹtrong cặn và làm tăng lợng cặn

+ Nếu nhiệt độ đỉnh tháp quá cao, sản phẩm đỉnh quá nặng và cónhiều sản phẩm hơn so với thiết kế và ngợc lại, nếu nhiệt độ đỉnh tháp quáthấp, sản phẩm đỉnh quá nhẹ và có ít sản phẩm hơn.

+ Nhiệt độ cần thiết để tăng phân đoạn dầu thô sẽ cao hơn với dầu thôloại nhẹ

+ Chú ý nhất là nhiệt độ đỉnh tháp, tách nhiệt độ cao quá mà donguyên nhân có thể làm lạnh không đủ dẫn đến chế độ thay đổi hồi lu ảnh h-ởng đến chất lợng sản phẩm

vI thiết kế dây chuyền công nghệ.

là nên chọn sơ đồ chng cất AD với bay hơi một lần và một tháp chng cất Với dầu mỏ chứa nhiều phần nhẹ, tiềm lợng sản phẩm trắng cao(5065%), chứa nhiều khí hoà tan lớn hơn 12%, chứa nhiều phân đoạnnặng(2065%) thì nên chọn sơ đồ chng cất AD với bay hơi 2 lần Lần 1 bayhơi sơ bộ nhẹ và tinh cất chúng ở tháp sơ bộ Lần 2 là tinh cất phần dầu cònlại Nh vậy ở tháp chng cất sơ bộ ta tách đợc phần khí hoà tan và phần xăng

có nhiệt độ sôi thấp khỏi dầu Để ngng tụ hoàn toàn bay hơi lên ngời ta tiếnhành chng cất ở áp suất cao hơn khoảng P =0,351 mpa Nhờ áp dụng chng 2lần mà ta có thể giảm đợc áp suất trong tháp thứ 2 đến áp suất P = 0,140,16mpa và nhận đợc từ dầu thô lợng sản phẩm trắng nhiều hơn

2 Chọn sơ đồ công nghệ

Ta chọn sơ đồ công nghệ chng cất AD với bay hơi 2 lần

Ưu điểm của 2 loại sơ đồ này có hai cột chính là cột cất sơ bộ và cột cấtphân đoạn Các hiđrocacbon nhẹ đợc tách ra ở cột cất sơ bộ nên cho phép

đun dầu với hệ số trao đổi nhiệt lớn, giảm đáng kể công suất cần thiết của lò

đun dầu chính Nớc đợc loại bỏ trớc khi đi vào cột phân đoạn nên tháp chínhthứ hai làm việc an toàn Mặt khác những hợp chất gây ăn mòn thiết bị đã đ -

ợc tách ra ở đỉnh tháp sơ bộ nên trong tháp chng thứ hai không dùng vật liệu

đắt tiền, có thể dùng bằng thép thờng Ngoài ra nó còn có u điểm riêng biệt

có thể dùng cho một số mục đích đặc biệt Bên cạch đó nó cũng có nhợc

điểm là phân đoạn nặng, phân đoạn nhẹ bốc hơi riêng rẽ nên phải đun nóngdầu trong lò với nhiệt độ cao hơn khi dùng loại sơ đồ mà các phân đoạn cùngbốc hơi đồng thời Có thể khắc phục bằng cách dùng hơi nớc cho vào cácống cuối cùng của lò đốt

Việc chng cất dầu bằng áp suất thờng ta có hai loại hình chng cất Muốnnhận đợc nhiều phần nhẹ ta chọn sơ đồ chng cất hai loại tháp

Sơ đồ chng cất ở áp suất thờng loại 2 tháp dây chuyền công nghệ bao gồm:

1 Bơm 11.Thiết bị làm lạnh ngng tụ

2 Tháp lắng làm sạch sơ bộ 12.Bể chứa sản phẩm khí C1,C2

3 Thiết bị khử muối và nớc 13.Bể chứa sản phẩm khí C3,C4

4 Thiết bị trao đổi nhiệt 14.Bể chứa xăng nhẹ

5 Thiết bị làm lạnh 15.Bể chứa xăng nặng

6 Tháp chng sơ bộ 16.Bể chứa kerosen

7 Lò ống 17.Bể chứa gasoi nhẹ

8 Tháp chng cất chính 18.Bể chứa gasoi nặng

9 Thiết bị tái bay hơi 19.Bể chứa dầu cặn

10.Tháp ổn định 20.Van

3 Thuyết minh sơ đồ chng cất dầu bằng phơng pháp loại 2 tháp .

Dầu thô đợc bơm (1) qua thiết bị sơ bộ (2) để tách tạp chất, sau đó đợcbơm chuyển qua các thiết bị trao đổi nhiệt (4) rồi vào thiết bị khử nớc vàmuối (3)

Sau khi tách nớc và muối, dầu thô lại đợc chuyển qua các thiết bị trao

đổi nhiệt (4) để nâng nhiệt độ đến 2002200C rồi đợc nạp vào tháp chngluyện (6),nhiệt độ đỉnh tháp là 800C và nhiệt độ đáy tháp từ 2002200C , ápsuất từ 35 at

Với chế độ công nghệ nh vậy ở tháp chng cất này chỉ nhằm tách khíhoà tan và một phần xăng nhẹ khỏi dầu thô, phần còn lại gọi là sản phẩm đáy

đợc đa qua lò đốt (7)nâng nhiệt độ lên 3203600C rồi đợc nạp vào tháp chngcất chính (8)

ở tháp chng cất chính này, trên đỉnh tháp chng một phần cấu tử nhẹbay lên qua thiết bị làm lạnh ngng tụ (11)rồi vào bể chứa (12) ở đây mộtphần khí bay lên là khí C1, C2, một phần quay lại hồi lu đỉnh tháp, phần cònlại đợc trộn với khí và xăng tách ra ở tháp chng (6)rồi đi vào tháp khử butan(10), nhờ tháp khử butan (10)chúng ta phân chia các sản phẩm lỏng và LPGxăng nhẹ

Bên cạnh tháp chng cất chính nhờ thiết bị tái bay hơi (9) Dới thápbay hơi ngời ta cho hơi nớc đi vào để trộn lẫn với cấu tử nhẹ trong tháp hồi lulại tháp (8), phần đáy tháp (9)gazoil nhẹ, gazoil nặng Sản phẩm đáy của thápchng cất chính đợc tháo ra, vì sản phẩm đáy của tháp nhiệt độ còn cao chonên phải qua các thiết bị làm lạnh để giảm nhiệt độ trớc khi cho cặn vào bểchứa

4 Ưu điểm của sơ đồ chng cất 2 tháp.

Ưu điểm : Khi đợc tách riêng ở phần tháp sơ bộ, không sợ ăn mòn ở

tháp chng thứ 2 và tinh tế hơn Dùng ít thép để tháp chng cất chính đạt hiệuquả cao

Nhợc điểm : Nhiệt độ nóng hơn so với một tháp từ 10150C

Để khắc phục nhợc điểm trên, các nhà công nghệ khắc phục bằng cáchphun hơi nớc vào ống xoắn ở cuối lò tránh hiện tợng phân huỷ

VII.thiết bị chính trong dây chuyền.

Công nghệ chng cất dầu thô bằng áp suất thờng, thiết bị góp phầnquan trọng nhất trong dây chuyền thờng là :

lu ở đỉnh tháp