Tìm hiểu và tính toán các thông số làm việc của tháp chưng cất C01 tại nhà máy chế biến Condensate

Với mục đích góp phần hiểu rõ lý thuyết và ứng dụng vào thực tế sản xuất em chon đề tài "Tìm hiểu và tính toán các thông số làm việc của tháp chng cất C-01 tại nhà máy chế biến Condensat

Lời Nói Đầu

Dầu khí là tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá, có nhiều thànhphần hỗn hợp khác nhau tuy theo nguồn gốc hay từng mỏ khai thác Đóngvai trò quan trọng cho sự phát triển kinh tế cũng nh an ninh mỗi quốc gia

Để sử dụng dầu mỏ một cách tốt nhất thì chúng ta phải chế biến chúngthành những sản phẩm đắc dụng có ích phục vụ cho đời sống

Trong đó nguồn Condensate là một sản phẩm quý, việc chế biếnCondensate sẽ làm tăng thêm giá trị sử dụng và nâng cao hiệu quả kinh tếcác sản phẩm Chính vì lý do đó, tập đoàn dầu khí Việt Nam đã tiến hànhxây dựng nhà máy chế biến Condensate Thị Vải nhằm mục đích tận hởngkhí đồng hành và cung cấp sản phẩm nh xăng Mogas 83, Mogas 92 cho thịtrờng

Với mục đích góp phần hiểu rõ lý thuyết và ứng dụng vào thực tế sản

xuất em chon đề tài "Tìm hiểu và tính toán các thông số làm việc của tháp

chng cất C-01 tại nhà máy chế biến Condensate" làm đề tài tốt nghiệp.

Mục đích của đề tài là tìm hiểu và tính toán các thông số cơ bản của tháp

ổn định Condensate của nhà máy chế biến Condensate Thị Vải Với thờigian thực hiện đồ án không nhiều cùng trình độ còn hạn chế nên chắc chắn

đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em rất mong có sự góp ý, phê bình củaquý thầy cô, bạn bè để em có thể hoàn thiện kiến thức của mình

Em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo trong trờng Đại Học Mỏ

Địa Chất đặc biệt là thầy cô trong bộ môn Lọc Hóa Dầu, khoa dầu khí đãtận tình dậy dỗ em trong thời gian qua

Đặc biệt em xin tỏ lòng biết ơn thầy giáo, kỹ s Dơng Viết Cờng ngời

đã tân tình hớng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Em xin gửi lời cám ơn đến kỹ s Cao Trọng Tuấn và các anh trong nhàmáy đã giúp đỡ em trong thời gian thực tập tại đây

Hà Nội ngày 15 tháng 6 năm 2007

Sinh viên thực hiện

Lê Đức Thanh

Chơng 1:

GIớI THIệU NHà MáY CHế BIếN CONDENSATE

Nhà máy chế biến Condensate đợc xây dựng tại xã Phớc Hòa, huyện

Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu Nhà máy đợc xây dựng trên diện tích

4,7 ha có khả năng mở rộng thêm 3200m2 cho phân xởng reforming Nhàmáy chế biến condensate đợc đầu t nhằm mục đích chủ động tiêu thụcondensate Bạch Hổ, condensate Nam Côn Sơn và các sản phẩm của nhàmáy lọc dầu sau này (reformat, MTBE, xăng cracking, ).

Nhà máy chế biến condensate Thị Vải sẽ đợc xây dựng cho công suấtchế biến 130.000 tấn condensat nặng và 65000 tấn condensate nhẹ mỗinăm Công nghệ áp dụng cho nhà máy là chng cất condensate nguyên liệu

và sau đó là pha chế với các thành phần có chỉ số octan cao nh Reformat,MTBE để sản xuất xăng MOGAS 83 và MOGAS 92 Ước tính sản lợngxăng hàng năm của nhà máy là 270.000 tấn xăng, nhng hiện tại công suấtcòn khiêm tốn do việc ngừng hoạt động của tháp chng cất, vì lý do kinh tế

do xăng Mogas 83 hiện nay không đợc khuyến cáo sử dụng và một phần là

kỹ thuật để thiết kế tháp phân xởng reforming, với nguồn vào là xăng thô.Sơ đồ tổng thề nhà máy hình 1.1

1.1.1 Nguyên liệu [1, 2].

Đầu vào: Nguồn condensate Nam Côn Sơn (Bangkot Condensate)

Đầu ra : Raw gasoline(xăng thô) có speek tơng tự nh Condensate BạchHổ

Hệ thống tiếp nhận nguyên liệu : 2 ống 6” x 200 m

Bảng 1.1 nguyên liệu Condensate Bạch Hổ/ Condensate chng cất từCondensate Nam Côn Sơn

Hình 1.1 Sơ đồ tổng thể nhà máy

Bảng 1.1.Nguyên liệu Condensate Bạch Hổ/ Condensate chng cất từ

Condensate Nam Côn Sơn.

Stt Các chỉ tiêu chất lợng Phơng pháp thử Kết quả

1 Trị số Octan theo phơng pháp nghiên cứu ( RON ) ASTM-D.27OO.D 2699 65 - 70

2

Khối lợng riêng (ở 15 0 C ) kg/ m 3 TCVN 3893- 95/TCVN

6594 :2000 (ASTM - D.1298 )

Báo Cáo 50 57 96 145 1,0

4 Ăn mòn đồng ở 50lớn hơn 0C/3 giờ, không TCVN 2694 : 2000(ASTM - D.130 ) 1a

5 Hàm lợng nhựa thực tế (đã rửa dung môi) mg/100ml,không lớn hơn TCVN 6593 : 2000(ASTMD - D 381) 0,8

6 Hàm lợng lu huỳnh, % khối lợng,không lớn hơn (ASTMD - D1266)(ASTMD - D.381) 0,032

7 Độ ổn định oxy hóa, phút, không nhỏhơn TCVN 6778 : 2000(ASTMD -D 525 ) Báo cáo

8 áp suất hơi (Reid ) ở 37.8, 0 C, kPa ASTMD - D.323 43 - 80

9 Ngoại quan Kiểm tra bằng mắt thờng Trong suốt, không tạp chất

- TK12A/B kho chứa bán thành phẩm reformat và MTBE:11400 m3

- TK11A/B kho chứa bán thành phẩm (condensate ổn định) 1200 m3

- TK15 bồn chứa dầu FO: 1000 m3

- Bồn chứa dầu diesel: 60 m3

- V51 nớc cứu hoả: 1600m3

- V31 nớc uống:35m3

Hệ thống bồn bể:

- Hệ thống bồn bể của nhà máy CPP bao gồm:

Ký hiệu, chất lỏng chứa trong bồn Dung tích (m3) Số lợng

TK-11 A/B: Xăng thô 600 2

- Thành phần Octane cao từ bồn đợc nhập trực tiếp từ tàu qua cầu cảng

+ Tối u hóa (gián tiếp) việc điều khiển đầu vào và công thức trộn mongmuốn dựa trên các mô hình trộn điều hòa và các kết quả trộn tích hợp để

đạt đợc chất lợng trộn tối u

- Các dòng nguyên liệu đợc trộn tại bộ trộn (L-11):

Có 5 dòng nguyên liệu đợc đa tới bộ trộn (L-11), dòng thứ nhất là xăng

thô từ bồn TK11-A/B, đợc bơm P11-A/B đa tới Nguồn condensate nhẹ(Bạch Hổ) đợc bơm P-01 A/B đa tới, Thành phần Octane cao từ bồn TK-12A/B đợc bơm P-12 A/B đa tới, dòng thứ 4 Butane thì đợc bơm P-17 bơm

từ bình V-13, Các phụ gia hóa học khác đợc bơm P-18 A/B bơm từ V-11

- Dựa vào yêu cầu chất lợng của xăng theo TCVN 5690-98, thiết bị môphỏng sẽ tính toán, xác định lu lợng dòng Octane cao để trộn theo tỷ lệthích hợp với nguồn condensate ổn định từ tháp chng cất

- Xăng thành phẩm sau khi từ bộ trộn L-11 sẽ chuyển tới bồn chứaTK13A/B

Khối tạo công thức trộn(RG)

Khối này gồm hai khối nhỏ, một khối mô phỏng bộ trộn và một khối tối

u hóa bộ trộn Chúng có thể thực hiện trên một máy tính riêng biệt hoặctrong DSC (Distributed Control System- Hệ thống điều khiển phân phối).Khối tạo công thức trộn này mô phỏng hoạt động của bộ trộn và hàng loạtnhững thao tác logic Kết qủa là tạo ra công thức trộn tối u ban đầu cho mỗi

mẻ trộn Công thức xác định lu lợng của các dòng nguyên liệu vào bộ trộn

và đợc nhập vào DCS bởi ngời vận hành để thực hiện các việc còn lại của bộtrộn

Các chức năng chính của bộ trộn

Thiết bị chng cất Condensate:

- Nguồn condensate Bạch Hổ (condensate nhẹ) từ nhà máy chế biếnkhí Dinh Cố (GPP) đợc dẫn bằng đờng ống tới kho cảng thị vải (KCTV),nguồn condensate nặng sẽ đựơc nhập từ cảng số 1 hay lấy từ dự án NamCôn Sơn (NCS), hai nguồn này đợc trữ tại 2 bồn 6500 m3 thuộc KCTV(TK11A/B)

- Condensate Bạch Hổ đợc bơm P-01 A/B bơm trực tiếp tới bộ trộn

- Condensate nặng (NCS) đợc bơm P-02 A/B (bơm với lu lợng 22,8

m3/h) bơm qua bộ trao đổi nhiệt E-01 và E-02 tới tháp chng cất

- Tháp C-01 đóng vai trò rất quan trọng trong nhà máy CPP Tại đâynguồn condensate nặng sẽ đợc xử lý để cắt đi các thành phần nhẹ cónhiệt độ sôi dới 400C và các thành phần nặng có nhiệt độ sôi trên 2100C.Tháp đợc thiết kế để chế biến condensate ổn định với đặc tính phù hợp

để có thể trộn với Reformate tạo ra xăng có chỉ số RON 83 theo TCVN5690-98

- Tháp C-01 bao gồm 35 đĩa kiểu van (đĩa đỉnh là đĩa số 1, đĩa đáy là

đĩa số 35), nguồn condensate thô đợc đa vào đĩa số 18, 21 hoặc 24 củatháp Condensate ổn định (xăng thô) đợc lấy ra từ đĩa số 12

- Lợng xăng thô đợc tách ra đợc chuyển tới bồn chứa xăng thô 11A/B) sau khi qua bình trung gian V-02, bộ trao đổi nhiệt với nguyênliệu condensate nặng đầu vào E-01 và bộ làm mát bằng quạt E-04

- Dòng đáy gồm những thành phần nặng không mong muốn sau khi qua

bộ trao đổi nhiệt với nguyên liệu condensate nặng đầu vào E-02 và bộlàm mát bằng quạt E-05 đợc chuyển tới bồn chứa dầu nặng FO (TK-15)

để làm nguyên liệu đốt cho lò gia nhiệt H-01 và xuất ra xe bồn

- Một dòng của thành phần đáy đợc bơm P-04 A/B (bơm với lu lợng108m3/h) bơm qua lò gia nhiệt H-01 để gia nhiệt và quay về tháp C-01

để cung cấp nhiệt cho quá trình chng cất

- Thành phần khí đỉnh tháp sau khi qua bộ làm mát bằng quạt E-03 tạo

ra 2 thành phần: Khí không ngng tụ - tức là khí thải, và khí ngng tụ.Phần khí không ngng tụ (khí thải) chủ yếu đốt tại lò gia nhiệt H-01

Phần khí thải còn lại để điều khiển áp suất của bình hồi lu V-01 và đợc

đốt của KCTV Phần khí ngng tụ tại bình V-01 đợc P-03 A/B (công suất

là 48,3 m3/h) bơm hồi lu tại tháp C-01 ở đĩa đỉnh với một lu lợng đợckiểm soát chặt chẽ nhằm duy trì trạng thái hoạt động ổn định và thu đợclợng condensate ổn định cao nhất

1.1.2.4 An toàn lao động và phòng cháy chữa cháy

Các khu vực trong nhà máy có khuynh hớng gây cháy nổ đợc chiathành các vùng sau :

+ Vùng 0: Là vùng trong đó khí dễ cháy nỗ luôn hiện diện trong một thờigian dài

+ Vùng 1: Là vùng trong đó khí dễ cháy nỗ thờng xuất hiện khi hoạt độngbình thờng

+ Vùng 2: Là vùng trong đó khí dễ cháy nổ không xuất hiện trong điều kiệnhoạt động bình thờng, nếu có xuất hiện thì đó chỉ là ngẫu nhiên, vàkhông tồn tại trong thời gian dài

+ Và các vùng không thuộc các vùng trên gọi là vùng không nguy hiểm

Hệ thống phòng cháy chữa cháy

Các van xả đợc trang bị cho các bồn chứa có cơ chế hoạt động nh sau:

Mỗi bồn có hai van xả, một lớn một nhỏ Van lớn sẽ tự động xả khiphát hiện có lửa thông qua đầu dò nhiệt đợc lắp đặt tại mỗi bồn Van nhỏkhông hoạt động tự động mà dùng tay hoặc điều khiển từ xa để làm mát khi

Hệ thống ống nớc chữa cháy đợc thiết kế với lu lợng 120% so với thiếtkế.

Lu lợng dòng tối thiểu của hệ thống vợt lu lợng yêu cầu theo thiết kế

và đạt lu tốc lớn hơn 3m/s

1.1.3 Sản phẩm [1]

Sản phẩm chủ yếu của nhà máy là xăng Mogas 83, Mogas 92… cóthành phần chủ yếu là Condensate từ… đợc pha trộn thêm Reformat, pháttriển để đạt các yêu cầu xăng thơng phẩm

1.2 GIớI THIệU Về XĂNG [1,3,6]

Xăng động cơ là một trong những sản phẩm quan trọng của ngànhcông nghiệp lọc hoá dầu và ngày nay đã trở thành một sản phẩm quan trọngquen thuộc đối với mọi ngời Xăng động cơ là hỗn hợp của nhiềuhydrocacbon có nhiệt độ sôi nhỏ hơn 2150C cùng các phụ gia khác nhằmbảo đảm các yêu cầu hoạt động của động cơ xăng trong những điều kiệnvận hành khác nhau và trong điều kiện tồn chứa Thành phần của xăngkhông chỉ đơn thuần là các cấu tử từ quá trình chng cất hay là sản phẩm củamột quá trình chế biến nào khác trong nhà máy lọc dầu, mà là hỗn hợp củanhiều nguồn phối trộn khác nhau với thành phần phụ thuộc vào yêu cầu củacác loại xăng thành phẩm

Để đáp ứng đợc yêu cầu làm việc cũng nh tồn chứa và vấn đề thải racác chất ô nhiễm môi trờng thì xăng động cơ phải đạt đợc các chỉ tiêu chấtlợng nhất định Các chỉ tiêu này phụ thuộc vào các phơng pháp thử tiêuchuẩn hoá khác nhau và nó phụ thuộc vào từng quốc gia, vùng địa lý cũng

nh chủng loại xăng Cụ thể, những yêu cầu của xăng thơng phẩm có thể tómtắt nh sau:

- Khởi động tốt ở nhiệt độ thấp

- Động cơ hoạt động không bị kích nổ

- Không kết tủa tạo băng trong bộ chế hoà khí

- Không tạo nút hơi trong hệ thống cung cấp nhiên liệu

- Dầu bôi trơn bị pha loãng bởi xăng ít nhất

- Trị số octan đợc phân bố tốt trong khoảng nhiệt độ sôi

- Hệ thống đầu vào của động cơ phải sạch

- Thải ra các chất ô nhiễm nằm trong giới hạn cho phép

- Ngoài ra, những yêu cầu phụ khác là màu sắc mùi vị của nó.

1.2.1 Khả năng cháy điều hoà (chống kích nổ) của xăng [3]

Hiệu suất biến nhiệt thành công của động cơ nhiệt càng lớn khi nhiệt độ

trong động cơ càng cao, do đó việc đốt cháy xăng ở nhiệt độ càng cao để cónhiệt độ càng cao trong xylanh là rất cần thiết Nhng khả năng tăng nhiệt độtrong xylanh luôn bị giới hạn bởi hiện tợng cháy kích nổ của xăng Sự cháy

đợc gọi là điều hoà nếu mặt lửa loang xa khỏi tầm cháy một cách tuần tự

nh ở hình 1.2a Ta thấy đờng 1 là mặt lửa ở thời điểm t1 ở gần nến điện hơnmặt lửa 2 ở thời điểm t2>t1 Mặt lửa 3 ở thời điểm t3>t2 còn xa hơn nữa Khi

sự cháy xảy ra điều hoà áp suất đè lên mặt Pittông tăng tuần tự nên Pittôngchuyển động nhịp nhàng máy chạy êm không gây nên sự va đập không cótiếng gõ máy, máy cho hiệu suất cao

Ngời ta nhận thấy là các Hydrocacbon cháy càng kém điều hoà khinhiệt độ càng cao ở nhiệt độ cao chúng cháy theo kiểu kích nổ nh ở hình1.2b ở chế độ cháy kích nổ, khi mặt lửa cha lan đến thì nhiên liệu đã cóthể tự bốc cháy ở một số nơi, tạo ra các đám lửa Các đám lửa có thể xuấthiện ở nơi này ở nơi kia, lúc ở nơi này lúc ở chỗ kia, nên sự cháy xảy ra hỗnloạn Kết quả là áp suất đè lên mặt Pittông tăng một cách hỗn loạn, Pittôngchuyển động không nhịp nhàng, giật cục, va đập, tạo nên tiếng gõ máy

Sự làm việc không êm đó làm hỏng máy, làm giảm hiệu suất biến nhiệtthành công hữu ích Sự cháy kích nổ của xăng ở nhiệt độ cao không chophép tăng nhiệt độ trong xylanh lên đến mức ta mong muốn vì khi đó độngcơ sẽ làm việc không êm nữa

Mặt lửa Xylanh Các đám lửa

Hình 1.2: a) Sự cháy điều hoà t

Là đơn vị đo quy ớc dùng để đặc trng cho khả năng chống kích nổcủa xăng và nó đợc đo bằng % thể tích của iso-octan (2,2,4 trimetyl pentan-

C8H18) trong hỗn hợp của nó với n-Heptan, khi hỗn hợp này có khả năngchống kích nổ tơng đơng với khả năng chống kích nổ của xăng đang khảosát ở điều kiện thử nghiệm, trong đó n-heptan quy ớc có trị số octan bằng 0

và iso-octan quy ớc có trị số octan bằng 100 Trị số octan cho khả năngchống kích nổ của xăng Động cơ xăng muốn nâng cao hiệu suất thì phảităng tỉ số nén nhng điều này dễ sinh ra hiện tợng kích nổ Tùy thuộc vào tỉ

số nén mà lựa chọn xăng có chỉ số octan thích hợp Nếu tỉ số nén của độngcơ cao thì chỉ số octan cũng tơng ứng

Thông thờng với xe đời cũ có dung tích nhỏ hơn 50cc có tỉ số nén 6:1

7:1 thì sử dụng xăng có RON ≥ 83 còn các xe đời mới có tỉ số nén 8,5:1 9,8:1 thì đòi hỏi xăng có trị số octan cao hơn RON ≥ 92, với các loại xe đặcbiệt khác nh xe đua, xe thể thao thì RON ≥ 98 Xăng có trị số octan càngcao càng tốt Tuy nhiên, điều quan trọng là nó phù hợp với tỉ số nén của

-động cơ mà nhà sản xuất yêu cầu đồng thời phải đảm bảo tính kinh tế khi

sử dụng nhiên liệu

1.2.3 ảnh hỏng của thành phần hoá học đến chỉ số Octan [4]

Xăng là hỗn hợp nhiều cấu tử có nhiệt độ sôi khác nhau Thành phần

của nó là các hydrocacbon và một phần nhỏ là các hợp chất phihydrocacbon Các hydrocacbon có số nguyên tử từ C4 ữ C11 tuỳ thuộc vàothành phần phối liệu mà hàm lợng của nó trong xăng khác nhau, đồng thờibản chất của dầu thô cũng ảnh hởng đến thành phần của nó Thành phầncủa xăng có thể chia theo các hợp chất sau

1.2.3.1 Hydrocacbon Họ Parafin [4]

Hydrocacbon họ parafin có công thức hoá học chung là CnH2n+2, nótồn tại dới dạng mạch thẳng (n-parafin) và mạch thẳng có nhánh (iso-parafin) Sự xuất hiện của nó trong xăng chủ yếu có nguồn gốc từ dầu mỏ,hydrocacbon mạch thẳng có khả năng chống kích nổ kém và khi mạch càngdài thì khả năng chống kích nổ càng thấp Các parafin mạch nhánh thì khảnăng này tăng lên, khi số nhánh càng nhiều thì khả năng này càng cao Đốivới các iso-parafin, khi nhóm metyl càng chuyển vào giữa mạch cacbon tức

là làm cho cấu trúc phân tử gọn thì khả năng chống kích nổ tăng lên.

1.2.3.1 Hydrocacbon Họ Olefin [4]

Các hydrocacbon họ olefin có công thức hoá học chung là CnH2n, nó

đợc tạo thành từ các quá trình chuyển hoá, đặc biệt quá trình cracking Các

olefin có tính ổn định không tốt do dễ bị oxi hoá dới tác dụng của các tácnhân trong quá trình vận chuyển và bảo quản Các olefin có khả năng chốngkích nổ nằm trong khoảng giữa n-parafin và iso-parafin, khi tăng chiều dàimạch cacbon thì chống kích nổ giảm Nếu có cùng chiều dài mạch cacbonthì khả năng tăng lên khi nối đôi càng chuyển vào giữa mạch Các olefinmạch nhánh có khả năng chống kích nổ cao hơn các olefin mạch thẳng

1.2.3.3 Hydrocacbon Họ Naphten [4]

Hydrocacbon họ naphten là các hydrocacbon có mạch vòng no vớicông thức phân tử CnH2n, các naphten thờng có vòng 5 cạnh và 6 cạnh Cácnhóm phụ gắn vào vòng no chủ yếu là metyl và etyl, naphten có khả năngchống kích nổ kém hơn so với các olefin mạch thẳng có cùng số nguyên tửcacbon (chỉ trừ cyclopentan có khả năng chống kích nổ cao hơn -olefin

C5) Khi số vòng tăng lên thì khả năng chống kích nổ kém đi, khả năng nàycũng kém đi khi không có nhánh phụ, với số lợng nhánh phụ càng nhiều thìkhả năng chống kích nổ cao hơn so với ít nhánh phụ cho dù có cùng sốnguyên tử cacbon trong các nhánh phụ Vị trí các nhánh phụ ít ảnh hởng

đến khả năng chống kích nổ Khi nhánh phụ là mạch thẳng có nhánh thìkhả năng chống kích nổ tăng lên

1.2.3.4 Hydrocacbon Họ Aromatic [4]

Là các hydrocacbon có vòng thơm trong phân tử, với công thức hoáhọc chung là CnH2n-6 Đây là các cấu tử có trị số octan cao, nhng sự tồn tạicủa chúng trong xăng gây ra ô nhiễm môi trờng, đặc biệt là benzen Ngàynay, ngời ta có xu hớng hạn chế hàm lợng của nó Các hydrocacbon thơmchủ yếu có một vòng với các nhánh phụ metyl Còn các loại vòng ngng tụ

và các nhánh phụ có số nguyên tử cacbon lớn hơn 3 ít gặp

Các aromatic có khả năng chống kích nổ cao nhất Khả năng nàycàng tăng khi trong mạch của nó có thêm nhánh phụ, số nguyên tử cacbonkhông quá 3 và giảm dần khi nhánh phụ dài hơn Nếu vòng thơm có mạchnhánh dài thì việc đa thêm các nhóm thế vào không làm thay đổi khả năngchống kích nổ Tuy nhiên, nếu nhánh phụ là mạch nhánh (iso-propyl) thìviệc đa nhóm thế metyl vào vòng thơm sẽ làm tăng tính chống kích nổ.Ngoài ra khi khoảng cách giữa các nhánh phụ càng xa thì khả năng chốngkích nổ càng lớn

Nh vậy, khả năng chống kích nổ của các hydrocacbon với cấu trúc hoáhọc khác nhau có phạm vi thay đổi lớn và có thể sắp xếp theo thứ tự giảmdần nh sau: Aromatic > olefin mạch nhánh > parafin mạch nhánh > naphtenmạch nhánh không no > olefin mạch thẳng > naphten > parafin mạch thẳng

1.3 Phơng pháp sản xuất pha chế xăng thơng phẩm [2]

Chế biến xăng thơng phẩm tại nhà máy chế biến Condensate đợc ápdụng theo các phơng án sau:

- Chế biến theo mẻ tại bồn

- Chế biến theo hệ thống trộn tự động theo đờng ống trên đờng ống.Trớc mỗi lần pha chế một lô xăng đạt chỉ tiêu chất lợng theo yêu cầu từ cácthành phần nguyên liệu cần phải tính toán tỷ lệ theo lý thuyết và tiến hànhpha chế trong phòng hóa nghiệm, phân tích chất lợng, so sánh giữa kết quảtính toán trên lý thuyết và kết quả thu đựơc quả thực tế

Sau khi chất lợng sản phẩm hoàn toàn phù hợp theo tiêu chuẩn ViệtNam ban hành thì mới tiến hành pha chế với số lợng lớn

Các phơng án sử dụng nguyên liệu để sản xuất xăng Mogas đợc đềcập dới đây

Bảng 1.2 Tỷ lệ nguyên liệu dự kiến cho mỗi loại sản

Xăng 97RON(%)

Xăng 95R0N (%)

Xăng 92RON (%)

Condensate

64 -70 RON(%)Mogas

1 Trị số Octan theo phơng pháp nghiên cứu ( RON ) ASTM-D.27OO.D,D 2699

XĂNG

REF M92 M95 M97

2

Khối lợng riêng (ở 15 0 C ) kg/ m 3 TCVN 3893- 95/TCVN

6594 :2000 (ASTM - D 1298)

Báo Cáo

Báo Cáo 50 99 150 150 178 0,5

4 Ăn mòn tấm đồng ở 50không lớn hơn 0C/3 giờ, TCVN 2694 : 2000(ASTM - D.130 ) 1a

5 Hàm lợng Benzen, % thể tích ,không lớn hơn 2000(VASTMD - D 3606)TCVN 6703 : 3,5

6 Hàm lọng chì, g/l,không lớn hơn TCVN 6020 - 95/ASTMD4694 0,0025

7 Hàm lợng nhựa thực tế (đã rửa dungmôi) mg/100ml,không lớn hơn TCVN 6593 : 2000(ASTMD - D 381) 0,8

8 Hàm lợng lu huỳnh, % khối lợng,không lớn hơn (ASTMD - D1266)(ASTMD - D.381 ) 0,032

9 Độ ổn định oxy hóa, phút, không nhỏ hơn TCVN 6778 : 2000(ASTMD -D 525 ) Báo cáo

10 áp suất hơi (Reid ) ở 37.8, 0 C, kPa TCVN 5731 : 2000(ASTMD - D.323 ) 43 - 80

11 Ngoại quan Kiểm tra bằng mắt thờng Trong suốt, không tạp chất lơ lửng

1.4 Bảng kê khai chủng loại chất lợng nguyên liệu phụ gia trong quá trình sản xuất xăng [2]

1.4.1 Nguyên liệu Reformat, xăng có trị số Octan từ RON ≥ 92 trở lên (M92, M95, M97) [2]

Bảng 1.3 Chủng loại chất lơng nguyên liệu phụ gia

1.4.2 Phụ gia tăng chỉ số RON [2]

Hiện tại nhà máy sử dụng phụ gia có yêu cầu kỹ thuật nh bảng dới

đây với yêu cầu tỷ lệ phụ gia đa vào sản xuất lớn nhất là 0,4% tổng thể tíchnguyên liệu đầu vào

Các phản ứng đồng phân hóa chủ yếu

C C

C C C hay C

C C C C

C C C C C hay C

C C C C C

C C

C C C C hay C

C C C

C C

+H + , Al2O -H2, Pt

-H + , Al2O +H2, Pt

đồng phân hoá cacbocation

(isopentan, MB) (neopentan)

Sau khi tách khí, sản phẩm isomerisat có RON 83 - 88, khối lợng riêng

bé, RVP cao Hiệu suất khoảng trên 95% Trong xăng iso merisat có

khoảng dăm bảy %, n-pentan, 3 - 4% n-hexan, khoảng 80% iso C6, C5, còn lại là naphten, aromatic

2.1.2 Sơ đồ công nghệ đồng phân hóa dùng chất xúc tác lỡng chức [6] Tùy theo hoạt tính của chất xúc tác đợc dùng, tùy mục đích của quá trình

đồng phân hóa mà lựa chọn công nghệ Có 2 quy trình công nghệ cơ bản:

có hồi lu hydrocacbon có trị số octan cha đủ cao và không hồi lu chúng Sơ đồ tổng quát của công nghệ không hồi lu cho ở hình 2.1 áp dụng đốivới chất xúc tác có hoạt tính rất cao nhng cũng chỉ tạo ra một xăng có trị sốoctan RON rất khiêm tốn, nhỏ hơn 85 Nguyên liệu C5, C6 phải đợchydrotreating, đợc làm khô (không chứa hơi nớc) Nguyên liệu đợc pha trộnvới một ít hợp chất của clo cùng với dòng khí giàu H2 đợc nén ở áp suất cao

đi vào lò phản ứng Hỗn hợp hơi ra khỏi lò phản ứng đợc tách khỏi H2 ởthiết bị tách cao áp sau khi đã đợc làm lạnh rồi vào hệ thống tháp chng cất

để đợc 2 phân đoạn: phân đoạn nhẹ C , phân đoạn xăng có ON cao trung4

bình

Trong sơ đồ công nghệ có hồi lu cho ở hình 2.2 ngời ta tách nhữnghydrocacbon có ON không đủ cao ra khỏi hỗn hợp thu đợc sau phản ứng,hồi lu chúng về lò phản ứng Có 2 cách tách: tách bằng chng cất và táchbằng hấp phụ trên zeolit

Tất nhiên là phép tách bằng chng cất dựa trên sự khác nhau về nhiệt độsôi Nhiệt độ sôi của các chất chủ yếu có liên quan ở bảng 2.1

nhaựnh 1 iC

-C Xaờng

4

-C

2

2 3

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên tắc công nghệ đồng phân hóa có hồi lu

1 Lò phản ứng; 2 Hệ thống tháp chng cất;

3 Hệ thống tháp hấp phụ bằng zeolit; 4 Bình tách

- : ứng với phơng pháp tách bằng hấp phụ bởi zeolit.

Từ bảng 2.1 ta thấy 2MP, 3MP, n-C6, n-C5 có ON không đủ cao hoặcrất thấp, trong số chúng n-C5 có nhiệt độ sôi nằm giữa nhiệt độ sôi củanhững hydrocacbon có ON cao, do đó chỉ có thể tách 3 chất có nhiệt độ sôicao nhất là 2MP, 3MP và n-C6 bằng một tháp chng cất Chúng tạo ra dòngn-C6, i-C6 1 nhánh trong sơ đồ ở hình 2.3 Dĩ nhiên là việc chng cất phân

đoạn ở đây phải rất khó khăn, vì nhiệt độ sôi của 2MP và của 2,3 DMB quá gần nhau

2.2 CÔNG NGHệ REFORMING [4,6]

Condensate có thành phần hoá học là các HC từ C6 - C10 có ON thấp

Do vậy về lý thuyết, để tăng ON cho Condensate dùng pha xăng ngời ta có thể dùng phơng pháp reforming

2.2.1 Chất Xúc Tác [4]

Phản ứng reforming chế biến Condensate có thể đợc mô tả nh sau

(parafin C6 - C10) (aromatic C6 - C10)

(naphten C6 - C10) (aromatic C6 - C10)

Theo các phản ứng trên thì phải thực hiện quá trình loại hydro ởnaphten, quá trình loại hydro và đóng vòng ở parafin Nh vậy chất xúc tácphải có 2 chức: chức loại hydro và chức đóng vòng cacbon, đó là nhữngchất xúc tác lỡng chức.

Chất xúc tác reforming bao giờ cũng gồm 2 hợp phần: hợp phần axit

Al2O3 đóng vai trò đóng vòng cacbon và hợp phần kim loại Pt, Rh đóng vaitrò loại hydro

Chất xúc tác thờng dùng ngày nay gồm muội platin và một ít kim loại khác nh reni, gecmani phân tán trên Al2O3 (250 m2/g) đã clo hóa đếnkhoảng 1% Việc platin hóa xảy ra bằng cách ngâm bột Al2O3 trong mộtdung dịch H2PtCl6, lọc, sấy thu đợc ở khoảng 1200C, sau đó nung ở khoảng

5200C Bột thu đợc có màu vàng đỏ nhạt, đó là màu của bột ôxit platin.Platin chiếm khoảng 0,2 - 0,7% Một số kim loại khác nh Rh, Ge, Sn cũng

có thể đợc thêm vào với t cách là kim loại phụ, nghĩa là hàm lợng củachúng nhỏ hơn nhiều so với kim loại chính platin Các kim loại đó làm tăng

độ bền, tăng khả năng chống ngộ độc

2.2.2 Cơ chế phản ứng reforming một parafin

Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng phản ứng reforming một parafin xảy

ra theo 3 giai đoạn: loại hydro, đóng vòng, loại hydro từ hợp chất vòngthành hợp chất thơm Giai đoạn đầu và giai đoạn cuối xảy ra trên chất xúctác kim loại, giai đoạn giữa đợc thực hiện trên chất xúc tác axit

C - C - C - C - C - C - C -> + 4H

2 -Q

C

C hoặc

C + 3H

2 -Q C

C

Một phân tử n-heptan biến thành toluen theo những cách cấuhình(2.3).

Hình 2.3 Sơ đồ tổng quát phản ứng reforming n-C7H16.Cơ chế đóng vòng của carbocation bậc ba cho thấy khi reforming n-C6thì không phải vòng 6 đợc tạo ra lúc đầu, mà chính là các hợp chất vòng 5

đã sinh ra metylcyclopentan, metylcyclopenten, metylcyclopentadien Cuốicùng metylcyclopentadien đã mất hydro, đồng phần hóa thành benzen

2.2.3 Sơ Đồ Công Nghệ Reforming [6]

2.2.3.1 Trờng Hợp Dùng Chất Xúc Tác Lớp Cố Định

Một phân xởng reforming dùng chất xúc tác lớp cố định trình bày ở

dạng đơn giản hóa ở hình 2.4 Phân xởng gồm 3 phần: chuẩn bị nguyênliệu, phản ứng reforming và phân tách sản phẩm

Nguyên liệu nguồn Condensate (1) vào phân xởng nhờ bơm (2), vào

HE (3) rồi lần lợt qua lò gia nhiệt (4), lò phản ứng (5), (6), (7)

Hỗn hợp sau phản ứng ra khỏi lò phản ứng (7) nguội đi ở HE (3), ngng

tụ một phần ở (8) rồi lần lợt vào các bình tách áp suất cao (9), bình tách ápsuất thấp (10) Bơm (11) dẫn pha lỏng chảy ra từ (10) vào tháp chứng cất(13) Các hydrocacbon khí ra ở đỉnh (13), còn pha lỏng chảy ra từ đáy tháp(13) đợc phân chia ở tháp ổn định reformat (17) để có reformat Phân đoạnnhẹ hơn là LPG C3 -C4 ra khỏi đỉnh (17) Các thiết bị (16), (12), (20) có tácdụng hạ nhiệt độ reformat Cần phải hồi lu một phần reformat về tháp hấpthụ (13)

+H +

+H +

+H +

-H +

+

-H +

+

-H +

+

± H +

-H2

-H2

Pha hơi ra từ bình tách áp suất cao (9) là khí giàu H2 đợc hồi lu về lòphản ứng reforming và về lò hydrotreating bởi máy nén.

Hình 2.4 Sơ đồ dòng công nghệ reforming dùng chất xúc tác lớp cố định

Khí H2 d sẽ ra khỏi đỉnh tháp hấp thụ bằng amin

Pha hơi ra khỏi bình tách áp suất thấp (10) chứa chủ yếu là khíhydrocacbon đợc dẫn vào phần trên tháp hấp thụ (13)

Điều đặc biệt nhất ở đây là trong công nghệ reforming ngời ta luônthực hiện phản ứng reforming trong một dãy liên tiếp ba bốn lò phản ứng;trong sơ đồ đang trình bày có 3 lò phản ứng (5), (6) và (7) Nguyên nhân là

ở chỗ phản ứng reforming thu nhiệt, phản ứng reforming parafin xảy rachậm và khó khăn hơn, nên nhiệt độ của hỗn hợp phản ứng giảm khá nhiều,giảm đến mức mà phản ứng không còn thuận lợi nữa Hỗn hợp phản ứng rakhỏi lò phản ứng có nhiệt độ quá thấp mà phản ứng vẫn cha xong Muốnphản ứng tiếp cần tăng nhiệt độ lên Ngời ta giải quyết vấn đề này bằngcách cho nó quay trở lại lò gia nhiệt, nâng nhiệt độ lên rồi lại cho vào lòphản ứng tiếp Thờng chỉ cần làm nh thế ba, bốn lần Để đảm bảo độchuyển hoá đủ lớn sau khi hỗn hợp ra khỏi lò phản ứng cuối cùng, lợngchất xúc tác đợc sử dụng ở lò phản ứng sau lớn hơn ở lò phản ứng trớc, vàthực tế thời gian lu ở lò phản ứng sau cũng lớn hơn ở lò phản ứng đầu dămbảy lần, nên dĩ nhiên là thể tích lò phản ứng cũng tăng lên gần nh vậy Vớikiểu cấu trúc nh thế ngời ta tiến hành reforming với tốc độ nạp liệu sao chonhiệt độ giảm khoảng trên 5000C ở đầu vào đến khoảng 420 - 4400C ở đầu

ra của lò phản ứng thứ nhất Độ giảm nhiệt độ nhỏ dần ở lò phản ứng sau: ở

13 14

17

18 19

20

21

22 23

lò phản ứng thứ hai khoảng vài ba chục độ, ở lò phản ứng cuối cùngkhoảng vài độ.

Nhợc điểm cơ bản của công nghệ reforming tái sinh hoàn toàn chấtxúc tác là hoạt tính của chất xúc tác giảm nhiều trớc khi tái sinh nên dù cóthay đổi điều kiện phản ứng cũng nh tốc độ nạp liệu cũng vẫn rất khó giữ đ-

ợc cố định những tính chất kỹ thuật cần có của refomat Dĩ nhiên là việc

điều chỉnh điều kiện phản ứng thờng khó khăn và đặc biệt là còn dẫn đến sựthay đổi lu lợng, thành phần của các pha trong hệ thống phân tách sản phẩm

và điều đó có thể dẫn đến tình trạng rất khó giải quyết, đặc biệt là những gìlàm liên quan đến tháp ổn định reformat

Nhợc điểm quan trọng thứ hai là phải ngừng hoạt động để tái sinh chấtxúc tác, ảnh hởng đến hoạt động đồng bộ của nhà máy Một trong nhữngcách khắc phục nhợc điểm này là sử dụng một lò phản ứng dự phòng Lòphản ứng này có cấu trúc đặc biệt để có thể chứa những lợng chất xúc táckhác nhau, nghĩa là nó có khả năng thay thế lò phản ứng này hoặc lò phảnứng kia khi cần phải tái sinh chất xúc tác Theo cách này ngời ta không táisinh đồng thời chất xúc tác ở tất cả các lò phản ứng, mà tái sinh chất xúc táctrong từng lò phản ứng Khi đó lò phản ứng đó đợc thay bởi lò phản ứng dựphòng Đó là công nghệ reforming bán tái sinh chất xúc tác

2.2.3.2 Công Nghệ Reforming Tái Sinh Liên Tục Chất Xúc Tác

Để khắc phục những nhợc điểm cơ bản của công nghệ reforming táisinh hoàn toàn hay bán tái sinh chất xúc tác bằng cách sử dụng công nghệtái sinh liên tục chất xúc tác CCR (Continious Catalyst Regeneration)

Điểm khác biệt cơ bản giữa công nghệ CCR và công nghệ reformingtái sinh hoàn toàn chất xúc tác là trong công nghệ CCR chất xúc tác không

đứng yên mà liên tục chuyển động trong từng lò phản ứng, từ lò phản ứngnày sang lò phản ứng khác, rồi từ lò phản ứng sang lò tái sinh chất xúc tác,

ở đó nó liên tục đợc tái sinh rồi từ đó liên tục quay trở về lò phản ứngreforming

Nhờ liên tục đợc tái sinh mà chất xúc tác gần nh luôn luôn có hoạt tínhcao và ổn định, do đó quá trình reforming xảy ra ổn định, tạo ra reformatchất lợng cao

Một đặc điểm quan trọng của công nghệ CCR reforming là nhờ việctái sinh liên tục chất xúc tác mà có thể thực hiện ở áp suất không cao lắm,nên để thu khí H2 sạch dùng cho các công nghệ khác hoặc ngay cả để hồi lutrong công reforming ta phải nén hỗn hợp sau phản ứng lên áp suất cao

2.3 CÔNG NGHệ CHƯNG CấT Và PHA XĂNG [1,2,5]

2.3.1 Chng Cất Condensate

Để đảm bảo các chỉ tiêu của xăng thành phẩm, condensate đợc chng

cất cắt thành phần nhẹ (chủ yếu là butan) và pha trộn với Reformat RON95-100 và MTBE Condensate nguyên liệu có chỉ số RON trong khoảng 62-

65, sau khi trộn với Reformat và MTBE sẽ đạt đợc chỉ số RON 83, theo tiêuchuẩn cho xăng A83

Ngoài tiêu chuẩn về RON, sản phẩm phải đáp ứng các tiêu chuẩnkhác, trong đó tiêu chuẩn về điểm sôi đầu, điểm sôi cuối và áp suất hơi bãohòa sẽ đợc xem xét để quyết định mức độ sơ chế nguyên liệu condensate

áp suất hơi bão hòa: Tính toán cho pha trộn trực tiếp condensat vớireformat cho thấy áp suất hơi bão hòa của sản phẩm trong khoảng 52,3Kpa, hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn

Điểm sôi đầu, cuối:

Condensate từ nhà máy GPP của dự án khí Bạch Hổ chứa nhiều thànhphần nhẹ hơn so với các loại condensate khác trong khu vực Phân đoạntrên 2500C của condensate từ các mỏ khác trong khu vực chiếm 50-60% thểtích Trong khi đó điểm sôi cuối của condenste Bạch Hổ chỉ vào khoảng

1600C và điểm sôi đầu là 310C Nếu pha trộn condensate trực tiếp vớiReformat, sản phẩm có điểm sôi đầu là 38.50C, không đảm bảo đợc yêu cầu

về điểm sôi đầu (tiêu chuẩn là min 400C)

Do đó condensate sẽ đợc đa qua tháp chng cất, cắt bỏ phần sản phẩm

đỉnh nhẹ, sản phẩm đáy tháp có điểm sôi đầu min 400C Sản phẩm đáy tháp

sẽ đợc đem pha chế với Reformat và MTBE

2.3.2 Công Nghệ Pha Xăng

Các nguyên liệu và thành phẩm của dự án này đều là chất lỏng, có thể

áp dụng công nghệ pha chế trên đờng ống hoặc pha trộn bằng bồn bể.Condensate, Reformat và MTBE đều là chất lỏng nhẹ, có độ nhớt thấp, ápsuất hơi bão hòa cao cho nên chọn phơng pháp pha chế trên đờng ống làkinh tế và phù hợp Công nghệ pha chế trên đờng ống với nhiều thành phầnnguyên liệu khác nhau đã đợc sử dụng phổ biến trên thế giới với các phầnmềm máy tính điện tử trên cơ sở các thiết bị đo đếm, phân tích, điều khiển

tự động, đạt trình độ tiên tiến, rất hiệu quả và tiện lợi

Condensat từ kho chứa Condensate của nhà máy chế biến khí (GPP)

đ-ợc bơm theo đờng ống đến kho cảng Thị Vải, sang bồn chứa (TK11-A/B)của kho cảng Thị vải, hoặc theo đờng ống bypass vào thẳng nhà máy chếbiến Condensate (CPP) Từ bồn chứa TK11-A/B, Condensate đợc bơm vào

tháp chng cất Sản phẩm đỉnh bao gồm chủ yếu là butan và pentan (138Kg/h) sẽ đợc làm nhiên liệu cho Reboiler Sản phẩm lỏng từ đáy tháp sẽ đợc

bơm theo một lu lợng đã định sẵn tới thiết bị trộn (L-11)

Phơng án xác định tỷ lệ pha trộn các nguyên liệu là sử dụng ReformatRON 98 cho pha trộn, tỷ lệ thể tích của MTBE trong xăng là 5%, cơ sởchọn lựa là tiêu chuẩn đối với tỷ trọng của xăng và tính hiệu quả kinh tế

Bảng 2.2 Tỷ lệ nguyên liệu dự kiến cho mỗi loại sản phẩm pha xăng

Xăng 95R0N (%)

Xăng 92RON (%)

Condensate

64 -70 RON(%)

Thiết bị trộn L-11 đợc cấu tạo đặc biệt, lắp trên đờng ống, có nhiệm

vụ pha trộn đều các thành phần nguyên liệu để tạo thành sản phẩm đồngnhất đạt tiêu chuẩn chất lợng của xăng A 83

Từ thiết bị trộn L-11, sau khi qua thiết bị kiểm tra chất lợng trên đờngống, xăng thành phẩm A 83 đợc dẫn bằng đờng ống vào bồn xăng TK13-A/

B Trong truờng hợp xăng không đạt chất lợng, sẽ đợc dẫn vào bể chứa phếphẩm, quay vòng lại thiết bị trộn Bể chứa sản phẩm không đạt chất lợng đ-

ợc tính toán cho 12 giờ sản phẩm

Từ các bồn TK13-A/B xăng thành phẩm sau khi đã kiểm tra chất lợng,

đợc xuất xởng qua trạm rót cho xe ôtô xitéc (xe bồn) hoặc qua cảng LPGxuất xuống xà lan và tầu dầu

Trong giai đoạn mở rộng có thể đầu t thêm các tháp chng cất để sảnxuất các loại dung môi Số lợng tháp tách cần đầu t thêm sẽ phụ thuộc vàoloại dung môi sản xuất Ước tính mỗi cụm tháp chng cất sẽ cần đầu t thêmvào khoảng 1,4-1,8 triệu USD Các dung môi dự kiến sẽ đợc sản xuất gồmdung môi cao su, dung môi đa mục đích và ete dầu hỏa.

2.4 LựA CHọN CÔNG NGHệ [5]

Condensate có thể đợc sử dụng theo nhiều cách: làm nhiên liệu, làm

nguyên liệu chế biến xăng, các loại dung môi tuy nhiên trong hoàn cảnh

b-ớc đầu chế biến condensate ở Viêt Nam và mục tiêu của dự án này thì sảnphẩm khả thi để sản xuất là xăng ô tô

Bằng cách thực hiện quá trình đồng phân hóa hoặc Reforming xúc tácsau đó pha chế sẽ đợc xăng thơng phẩm A 83, A 92

Bằng cách pha chế condensate với reformat có chỉ số octan cao đồngthời trộn thêm các phụ gia chuyên dụng nh (MTBE, TAME, TEL, Butan) sẽ

đợc xăng thành phẩm A 83

Trong các công nghệ chế biến trên, thì trớc kia yêu cầu chủ yếu của làxăng Mogas 83, Mogas 92, vì nhà máy chỉ chng cất và pha chế Condensatecộng với reforming và một số phụ gia chuyên dụng nh (MTBE, TAME,TEL, Butan) Nhng hiện nay nhu cầu chủ yếu của xăng là RON ≥ 92 màcông nghệ chế biến Condensate có đăc điểm chung nh các khâu chế biếnhóa dầu là chế biến càng sâu thêm chủ yếu vào công nghệ đồng phân hóa

và reforming để cho ra xăng đạt tiêu chuẩn RON ≥ 92

Trong tơng lai nhà máy có ý định mở rộng đầu t thêm phân xởngreforming, sử dụng chng cất sâu nhằm sản xuất các loại dung môi phục vụcho thị trờng dung môi trong nớc Các bớc phát triển nh vậy sẽrất linh hoạt về nguyên liệu, công suất, quy mô và đa dạng hoá sản phẩmcủa nhà máy

Vậy công nghệ phù hợp hiện nay là công nghệ reforming xúc tác có u

điểm làm tăng chỉ số octan đảm bảo yêu cầu chất lợng xăng Việt Nam hiệnnay

Nh vậy dự án sẽ sớm cho ra đời các sản phẩm dầu khí mang nhãn hiệuPetroVietnam từ nguồn khí Việt Nam, đợc sản xuất tại Viêt Nam, cho thịtrờng Viêt Nam thay thế hàng nhập khẩu

Các sản phẩm của PetroVietnam sẽ đợc tiêu thụ cho thị trờng nội địa,

do vậy phải luôn đảm bảo chất lợng theo tiêu chuẩn Việt Nam, xây dựng uytín lâu dài trên thị trờng

3.1.1 Định luật Daltont và Raoult [7].

Đối với những hệ lỏng hơi lý tởng hoặc đợc coi là lý tởng (ví dụ nhnhững hỗn hợp hydrocacbon mà trong đó bao gồm những dãy đồng đẳngcủa chúng), thì có thể áp dụng định luật Daltont và Raoult

- Pi, yi : là áp suất hơi riêng phần và phần mol của cấu tử i trong hỗnhợp hơi lý tởng.

- Pi là áp suất hơi riêng phần của cấu tử i trong pha hơi

- Pi0 là áp suất hơi bão hòa của cấu tử i tại nhiệt độ của hệ

- xi là phần mol của cấu tử i trong pha lỏng

Do đó, nếu P là áp suất chung của hệ thì ta cũng có thể viết:

 yi =

0 i

0 i

Đối với hệ không lý tởng (hệ thực) thì không thể áp dụng định luật

Daltont và Raoult, do đó ở trạng thái cân bằng lỏng hơi, quan hệ nồng độcủa một cấu tử nào đó giữa pha lỏng và pha hơi tuân theo phơng trình sau:

Trong đó:

- Ki là hệ số cân bằng pha của cấu tử i thờng đợc xác định bằng thựcnghiệm và nói chung Ki phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất chng cất

- yi, xi lần lợt là phần mol của cấu tử i trong pha hơi và pha lỏng

Độ bay hơi tơng đối của cấu tử i so với cấu tử khóa j đợc định nghĩa là

x

xy

yK

-  là độ bay hơi tơng đối của cấu tử i so với cấu tử j.ij

- Nồng độ các pha: chỉ xác định đợc đối với hệ nhiều cấu tử đơn giản

- Suất lợng các pha: tính theo % thể tích (hoặc theo mol)

Các yếu tố này có quan hệ chặt chẽ với nhau, thông thờng ta có thểbiết trớc từ hai đến ba yếu tố rồi dựa vào đó để xác định các yếu tố còn lại Phơng trình thờng đợc dùng để tính toán cân bằng pha có dạng:

i i

i K x

y  hoặc

i

i i

K

y

x Trong đó:

Hình 3.1: Biểu đồ về hằng số cân bằng của các hydrocacbon

3.1.2.1 Tính điểm sôi cân bằng

Điểm sôi là trạng thái của hệ mà tại đó hỗn hợp lỏng hydrocacbon bắt

đầu sôi (bong bóng hơi đầu tiên đợc sinh ra) và nó đợc xác định từ phơngtrình:

3.1.2.2 Tính điểm sơng.

Điểm sơng là trạng thái của hỗn hợp hơi hydrocacbon bắt đầu ngng tụ

(giọt lỏng đầu tiên đợc sinh ra) và nó đợc xác định từ phơng trình:

K

yx

i

i

3.1.2.3 Tính nhiệt độ để tạo hỗn hợp lỏng - hơi cân bằng.

Trờng hợp này đợc gặp khi hỗn hợp nhập liệu vào tháp chng là một

hỗn hợp lỏng - hơi Nhiệm vụ là phải xác định nhiệt độ cần thiết để làm bốchơi một tỷ lệ nào đó theo yêu cầu

Phơng trình cân bằng khối lợng:

F = V + LPhơng trình cân bằng khối lợng cho từng cấu tử:

i i

i V.y L.xz

i i

i

i V.K x (F V).xz

Trong đó:

- F là tổng số mol nạp liệu vào tháp chng cất

- V là số mol khí trong F mol nạp liệu

- L là số mol lỏng trong F mol nạp liệu

- zi là phần mol của cấu tử i trong F mol nạp liệu

- yi là phần mol của cấu tử i trong dòng khí

- xi là phần mol của cấu tử i trong dòng lỏng

Ta có

)1K(VF

z.Fx

i

i i







)1K(F

V1

zx

i

i i

zx

i

i i





Vậy nhiệt độ tạo hỗn hợp hơi là nhiệt độ thỏa mãn phơng trình:

- F: lu lợng nguyên liệu (mol/thời gian)

- D, R: lu lợng sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy (mol/thời gian)

Đối với cấu tử i dễ bay hơi:

F.xFi = D.xDi + R.xRi (3-13)Trong đó:

- xFi, xDi, xRi : lần lợt là phần mol cấu tử i trong nguyên liệu, sản phẩm

đỉnh, sản phẩm đáy

Cân bằng vật chất vùng chng

Trong đó:

- Lm+1 : lu lợng dòng lỏng xuống từ đĩa thứ m+1 (mol/thời gian)

- Vm : lu lợng dòng hơi ra khỏi đĩa thứ m (mol/thời gian)

Hình 3.2: Sơ đồ các dòng trong tháp chng cất.

Đối với cấu tử i dễ bay hơi:

Lm+1.x(m+1)i = Vm..ymi + R.xRi (3-15)Trong đó:

- x(m+1)i : phần mol cấu tử i trong dòng lỏng Lm+1.

- ymi : phần mol cấu tử i trong dòng hơi Vm.

Cân bằng vật chất vùng cất

Trong đó:

- Vn : lu lợng dòng hơi ra khỏi đĩa thứ n (mol/thời gian)

- Ln+1 : lu lợng dòng lỏng xuống từ đĩa thứ n+1 (mol/thời gian)

R, xRi

Đối với cấu tử i dễ bay hơi:

Vn.yni = Ln+1.x(n+1)i + D.xDi (3-17)Trong đó:

- yni : là phần mol của cấu tử i trong dòng hơi Vn.

- x(n+1)i : là phần mol của cấu tử i trong dòng lỏng Ln+1.

3.2.2 Cân Bằng Nhiệt [6].

Cân bằng nhiệt trên toàn tháp

F.hF + QR = D.hD + R.hR + QC. (3-18)Trong đó:

- QR : tải nhiệt nồi tái đun đáy, (nhiệt lợng/thời gian)

- QC : tải nhiệt của bình ngng, (nhiệt lợng/thời gian)

- F, D, R : lần lợt là lu lợng của nguyên liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm

đáy (mol/thời gian)

- hF,hR,hD : Entanpy của nguyên liệu, sản phẩm đáy, sản phẩm đỉnh(nhiệt lợng/mol)

Cân bằng nhiệt vùng chng

Lm+1.hm+1 + QR = Vm.Hm + R.hR (3-19)Trong đó:

- Lm+1 : lu lợng dòng lỏng vào đĩa thứ m, (mol/thời gian)

- Vm : lu lợng dòng hơi ra khỏi đĩa thứ m, (mol/thời gian)

- R: Lu lợng của dòng lỏng đáy tháp (mol/thời gian)

- QR : Tải nhiệt nồi tái đun đáy (nhiệt lợng/thời gian)

- hm+1: Entanpy của dòng lỏng Lm+1 (nhiệt lợng/mol)

- hR : Entanpy của dòng lỏng đáy tháp (nhiệt lợng/mol)

- Hm: Entanpy của dòng hơi Vm (nhiệt lợng/mol)

Cân bằng nhiệt vùng cất

Vn.Hn = Ln+1.hn+1 + D.hD + QC (3-20)Trong đó:

- QC : Tải nhiệt bình ngng (nhiệt lợng/thời gian)

- hD : Entanpy của dòng lỏng đỉnh tháp (nhiệt lợng/mol)

- Hn : Entanpy của dòng hơi Vn (nhiệt lợng/mol)

- hn+1 : Entanpy của dòng lỏng Ln+1 (nhiệt lợng/mol)

- Vn : là lu lợng của dòng hơi ra khỏi đĩa thứ n (mol/thời gian)

- Ln+1 : làlu lợng của dòng lỏng ra khỏi đĩa thứ n+1 (mol/thời gian)

- D : là lu lợng của dòng lỏng đỉnh tháp (mol/thời gian)

3.2.3 Entanpy của các dòng tại một đĩa bất kỳ [6].

Xét một đĩa thứ j bất kỳ, entanpy của dòng hơi V j và dòng lỏng Lj ở

hình 3.3 đợc tính theo các công thức dới đây

Hình 3.3: Entanpy của các dòng tại một đĩa bất kỳ.

- y vàji x : phần mol của cấu tử i trong dòng hơi Vji j và dòng lỏng Lj

- n : số cấu tử của hỗn hợp hơi Vj và lỏng L

3.3 Lý THUYếT CHƯNG CấT [6].

3.3.1 Khái niệm [6].

Chng cất là phơng pháp phân tách một dung dịch bằng cách đun sôidung dịch đó rồi ngng tụ hơi bay ra để đợc hai phần: phần nhẹ là Distilat,phần nặng còn lại là cặn chng cất Reisidue Distilat có nhiệt độ sôi thấp,chứa nhiều chất dễ sôi

Nhằm đạt hiệu quả, tiện lợi trong quá trình sử dụng cần chế biến dầu

mỏ thành những sản phẩm sao cho cúng có những đạc tính kĩ thuật tơng đối

cố định Để chế biến dầu thô thành các sản phẩm thì việc đầu tiên và bắtbuộc là phải phân chia nó tành các phân đoạn bằng phơng pháp chng cất

jH ,

Vj

j h ,

Phân đoạn là tập hợp tất cả các chất có nhiệt độ sôi nằm trong một khoảngkhông lớn.

3.3.2 Nguyên lí của phơng pháp chng cất [6].

Phép chng cất dựa trên sự khác nhau về thành phần giữa pha hơi và pha

lỏng lúc sôi, mà sự khác nhau đó càng lớn khi khả năng bay hơi của cácchất tạo ra dung dịch càng khác nhau, hay nói cách khác, khi nhiệt độ sôicủa chúng càng khác nhau Bởi vậy để chng cất dung dịch tạo ra bởi cácchất có nhiệt độ sôi càng gần nhau thì phải dùng cột chng cất có số đĩa líthuyết càng lớn

Trong công nghiệp đặc biệt là trong công nghiệp dầu khí Chng cất làphơng pháp tách các chất quan trọng nhất đợc áp dụng cực kì phổ biến.Thiết bị chng cất phải làm việc liên tục, với công suất rất lớn đến hàng trămhàng nghìn tấn, hàng triệu tấn dầu thô trong năm

Để đảm bảo tính kinh tế và thu đợc Distilat có thành phần ổn định vàliên tục ngời ta tiến hành chng cất trong những thiết bị chng cất khổng lồhoạt động liên tục hoạt động với công suất lớn, gọi là tháp chng cất, Trongtháp chng cất có nhiều đĩa, đóng vai trò nh cột chng cất ở các thiết bị chngcất đơn giản trên

đáy Cứ tiếp tục nh thế qua nhiều bậc hơi đi ra khỏi đỉnh tháp chng cất chứnồng độ cấu tử dễ bay hơi hơn, đồng thời tạo nên nguồn chất lỏng đảm bảocho các đĩa hoạt động Hơi ngng tụ chia làm hai phần Một phần lấy ra làmsản phẩm đỉnh, một phần đợc ngng tụ để quay lại tháp gọi là chất lỏng hồilu

3.3.3 Cấu trúc tháp chng cất [6].

3.3.3.1 Thân tháp chng cất.

Thân tháp chng cất có dạng hình trụ đứng Vật liệu làm tháp phụ thuộcvào mức độ ăn mòn của môi trờng làm việc, áp suất và nhiệt độ làm việc, nóthờng làm bằng thép Chiều cao của tháp đợc xác định bằng số đĩa thực tế

và khoảng cách giữa chúng Thông thờng tháp có đờng kính từ 1,2 ữ 4,5 mthì chiều cao của thàp từ 25 ữ 38m, thành của tháp chng cất dày

10ữ25mm

Trong tháp có các đĩa, độ cao mực chất lỏng do gờ chảy tràn quy định,các đĩa có thể di động lên xuống khoảng 50mm, ngoài tháp còn có các lỗchui ngời để lắp ráp và sửa chữa, làm vệ sinh, trên thân tháp chng cất còn cócác lỗ để cắm nhiệt kế và áp kế, các thiết bị đo lờng điều khiển…

3.3.3.2 Đờng kính tháp.

Đờng kính tháp chng cất phụ thuộc chủ yếu vào công suất của nó,nghĩa là phụ thuộc vào lu lợng nguyên liệu (để chng cất), đúng hơn là phụthuộc lu lợng các dòng hơi và các dòng lỏng trong tháp Đờng kính tháphay tiết diện tháp đợc thiết kế và tính toán tùy thuộc vào lu lợng pha lỏng,pha hơi, phải đủ lớn để khi hoạt động không gây nên trạng thái ngập lụchoặc lôi cuốn chất lỏng lên đĩa quá nhiều

Hình 3.4 Cấu tạo tháp chng cất.

3.3.3.3 Đĩa.