CHƯNG cất dầu THÔ NẶNG với NĂNG SUẤT 1TRIỆU TẤNNĂM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC ******************************* ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: CHƯNG CẤT DẦU THÔ NẶNG VỚI NĂNG SUẤT 1TRIỆU TẤN/NĂM GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh SVTH : Phan Thị Thúy SSHV: 20116076 Hà Nội, 1/2016 ghs 1111111 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm LỜI MỞ ĐẦU Với nhu cầu thị trường lớn sản phẩm dầu để phục vụ sản suất công nghiệp đời sống ngày, dầu mỏ nguồn cung cấp hydrocacbon phong phú có tự nhiên Ngành khai thác chế biến dầu khí ngành công nghiệp mũi nhọn, tương lai dài vãn chiếm vị trí quan trọng lĩnh vực lượng nguyên liệu hóa học mà khong có tài nguyên thay Hiệu sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng trình chế biến Việc đưa dầu mỏ qua trình chế biến nâng cao hiệu sử dụng dầu mỏ lên nhiều lần, tiết kiệm nguồn tài nguyên quý giá Do thành phần phức tạp nên trình chế biến trải qua nhiều giai đoạn khác nhau, để phân chia phân đoạn nhỏ Sự phân chia dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau, phương pháp chưng cất Trong nhà máy lọc dầu, phân xưởng chưng cất dầu thô phân xưởng quan trọng phép ta thu phân đoạn dầu mỏ để chế biến bước Với hướng dẫn tận tình PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh, em hoàn thành đồ án với đề tài : “Chưng cất dầu thô nặng với suất triệu tấn/năm” Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn Thầy giúp em hoàn thành đồ án SV: Phan Thị Thúy Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm PHẦN I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: NGUỒN GỐC VÀ NGUYÊN LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT I Nguyên liệu 1.1 Nguồn gốc Có nhiều ý kiến tranh luận trình hình thành chất hydrocarbon dầu thô, chủ yếu hai giả thiết: giả thiết nguồn gốc vô (gọi nguồn gốc khoáng) nguồn gốc hữu dầu thô 1.1.1 Nguồn gốc khoáng Theo giả thiết này, lòng trái đất có chứa cacbua kim loại Al 4C3, CaC2 Các chất bị phân hủy nước để tạo CH4 C2H2: Al4C3 + 12H2O  4Al(OH)3 + 3CH4 CaC2 + 2H2O  Ca(OH)2 + C2H2 Các chất khởi đầu (CH 4, C2H2 ) qua trình biến đổi tác dụng nhiệt độ, áp suất cao lòng đất xúc tác khoáng sét, tạo thành loại hydrocarbon có dầu thô Tuy nhiên, trình độ khoa học công nghệ ngày phát triển giả thiết không do: SV: Phan Thị Thúy Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm - Bằng phương pháp đại phân tích dầu thô có chứa clorofin có nguồn gốc từ động thực vật - Trong vỏ trái đất, hàm lượng cacbua kim loại không đáng kể - Các hydrocarbon thường gặp lớp trầm tích, nhiệt độ vượt 150 – 200 oC, nên không đủ nhiệt độ cần thiết cho phản ứng tổng hợp xảy Vì vậy, theo luận điểm đại đưa luận điểm dầu thô có nguồn gốc hữu cơ.[1] 1.1.2 Nguồn gốc hữu Theo giả thiết này, dầu thô hình thành từ vật liệu hữu ban đầu, xác động thực vật biển cạn (bị trôi biển), qua thời gian dài ( hàng triệu năm ) lắng đọng xuống đáy biển Ở nước biển có nhiều loại vi khuẩn hiếu khí yếm khí, động thực vật bị chết, chúng bị phân hủy: - Phần dễ bị phân hủy albumin, hydrat cacbon… bị vi khuẩn công trước tạo thành chất dễ tan nước khí bay đi, chất không tạo nên dầu thô - Phần khó bị phân hủy protein, chất béo… dần lắng đọng tạo nên lớp trầm tích đáy biển, vật liệu hữu dầu thô Các chất qua hàng triệu năm biến đổi tạo thành hydrocarbon ban đầu: RCOOR’ + H2O = RCOOH + R’OH RCOOH  RH + CO2 RCH2OH  R’-CH=CH2 + H2O R’-CH=CH2 + H2  R’-CH-CH3 Theo tác giả Petrov, axit béo thực vật thường axit béo không no, biến đổi tạo γ-lacton, sau tạo thành naphten aromat: R C C C O SV: Phan Thị Thúy C OH R C C C C O O Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm O R C C C C O \H2O O R' R' O Các xeton ngưng tụ tạo thành hydrocarbon có cấu trúc hỗn hợp, thành alkyl thơm: O R \H O R' \H2O O CH2 O R'' R' Dầu sinh rải rác lớp trầm tích, gọi “đá mẹ” Do áp suất cao nên chúng bị đẩy buộc phải di cư đến nơi qua tầng “đá chứa” thường có cấu trúc rỗng xốp Sự di chuyển tiếp tục xảy chúng gặp điều kiện địa hình thuận lợi để lại tích tụ thành dầu mỏ; “bẫy”, dầu vào mà không được, có nghĩa nơi phải có tầng đá chắn nút muối.[1] Trong trình di chuyển, dầu mỏ phải qua tầng đá xốp, xảy hấp phụ, chất có cực( asphanten…) bị hấp phụ lại lớp đá, kết dầu nhẹ Nhưng trình di chuyển dầu bị tiếp xúc với oxy không khí chúng bị oxy hóa dẫn đến tạo hợp chất chứa nguyên tố dị thể làm xấu chất lượng dầu.[1] Các hydrocarbon ban đầu dầu khí thường có phân tử lượng lớn ( C 30 – C40 ), chí cao hơn.Các chất hữu nằm lớp trầm tích chịu nhiều biến đổi hóa học ảnh hưởng nhiệt độ, áp suất, xúc tác ( khoáng sét ), thời gian dài yếu tố thúc đẩy trình phân hủy mạch hydrocarbon mạnh Chính vậy, tuổi dầu cao, độ lún chìm sâu, dầu mỏ tạo thành chứa nhiều hydrocarbon trọng lượng nhỏ.[1] Thuyết biết đến chấp nhận rộng rãi đươc coi nguồn gốc dầu mỏ mang tính thuyết phục 1.2 Thành phần hóa học Dầu mỏ hỗn hợp phức tạp, có hang tram cấu tử khác Song chất, chúng có hydrocarbon thành phần chính, chiếm 60 – SV: Phan Thị Thúy Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm 90% trọng lượng có dầu, lại hợp chất chứa oxy, lưu huỳnh, nitơ, phức kim, chất nhựa, asphanten 1.2.1 Thành phần hydrocarbon dầu mỏ Hydrocarbon thành phần dầu, tất loại hydrocarbon (loại trừ olefin) có mặt dầu mỏ Chúng chia thành nhóm: parafin, naphten, aromat, hỗn hợp naphten – aromat [1] a Hydrocarbon parafinic Hydrocarbon parafinic( gọi alcan ) loại hydrocarbon phổ biến nhất, có công thức hóa học CnH2n+2 với n số cacbon mạch Trong dầu mỏ có hai loại paraffin: n-parafin izo-parafin, n-parafin chiếm đa số ( 25 – 30% thể tích ), chúng có số nguyên tử cacbon từ C1 đến C45, chúng tồn ba dạng: khí, lỏng, rắn Ở điều kiện bình thường (nhiệt độ 25 oC, áp suất khí ), paraffin mạch thẳng chứa từ đến nguyên tử cacbon phân tử nằm thể khí, chứa từ đến 17 nguyên tử cacbon phân tử nằm thể lỏng paraffin từ 18 nguyên tử cacbon trở lên phân tử nằm thể rắn.[1,4] Hydrocarbon paraffin thể khí, nằm dầu mỏ, áp suất cao nên chúng hòa tan dầu Sau khai thác, áp suất giảm, chúng thoát khỏi dầu Các khí gồm metan, etan, propan, butan lượng nhỏ pentan gọi khí đồng hành Trong khí đồng hành butan chiếm tỷ lệ cao [1] Hydrocarbon paraffin C5 – C10 nằm phần nhẹ (trong xăng ) dầu, với cấu trúc nhánh cấu tử tốt cho nhiên liệu xăng làm cho nhiên liệu có khả chống kích nổ cao Trong n-parafin lại có tác dụng xấu cho khả chống kích nổ nhiên liệu Những hydrocarbon paraffin có số nguyên tử cacbon từ C10 – C16 nằm phần nhiên liệu phản lực diesel, có cấu trúc thẳng lại cấu tử có ích cho nhiên liệu chúng có khả tự bốc cháy tốt trộn với không khí bị nén động [1,4] Hydrocarbon n-paraffin có số nguyên tử cacbon từ C 18 trở lên nhiệt độ thường chúng thể rắn Các paraffin hòa tan dầu tạo thành tinh thể lơ lửng dầu Khi hàm lượng paraffin rắn cao, dầu bị đông đặc gây khó khăn cho vấn đề vận chuyển Do vậy, chất paraffin rắn có liên quan đến độ linh động dầu mỏ Hàm lượng chúng cao, nhiệt độ đông đặc dầu lớn Tuy nhiên, paraffin rắn tách từ dầu thô lại nguyên liệu quý để tổng hợp hóa học, để điều chế chất tẩy rửa tổng hợp, tơ sợi nhân tạo, phân bón, chất dẻo….[1,4] SV: Phan Thị Thúy Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm b Hydrocarbon naphtenic (cyclo paraffin) Hydrocarbon naphtenic số hydrocarbon phổ biến quan trọng dầu mỏ, có công thức tổng quát CnH2n Hàm lượng chúng thay đổi từ 30 – 60% trọng lượng Loại hydrocarbon thường dạng vòng 5,6 cạnh, dạng ngưng tụ vòng Cũng có trường hợp phân tích hợp chất có đến vòng ngưng tụ Các hydrocarbon naphtenic có mặt phân đoạn nhẹ( thường vòng nhánh phụ ); phần có nhiệt độ sôi trung bình cao( cấu tử có nhiều vòng nhánh phụ dài) Một số ví dụ hydrocarbon naphtenic có dầu mỏ sau: R R CH3 R Hydrocarbon naphtenic thành phần quan trọng nhiên liệu động dầu nhờn Các naphtenic vòng làm cho xăng có chất lượng cao; hydrocarbon naphtenic vòng có mạch nhánh dài thành phần tốt dầu nhờn chúng có độ nhớt cao thay đổi theo nhiệt độ Đặc biệt chúng cấu tử quý cho nhiên liệu phản lực, chúng cho nhiệt cháy cao, đồng thời giữ tính linh động nhiệt độ thấp, điều phù hợp động phản lực làm việc nhiệt độ âm.[1,4] Ngoài ra, hydrocarbon naphtenic dầu mỏ nguyên liệu quí để từ điều chế hydrocarbon thơm: benzene, toluene, xylen (BTX), chất khởi đầu sản xuất tơ sợi tổng hợp chất dẻo Như vậy, dầu mỏ chứa nhiều hydrocarbon naphtenic có giá trị kinh tế cao, từ sản xuất sản phẩm nhiên liệu phi nhiên liệu có chất lượng tốt Chúng lại có nhiệt độ đông đặc thấp nên giữ tính linh động, không gây khó khăn tốn cho trình bơm, vận chuyển, phun nhiên liệu.[1,4] c Hydrocarbon aromatic (hydrocarbon thơm) Hydrocarbon aromatic có công thức tổng quát C nH2n-6, có cấu trúc vòng cạnh, đặc trưng benzene dẫn xuất có mạch alkyl đính bên ( toluene, xylen ….) Các chất thường nằm phần nhẹ cấu tử làm tăng khả chống kích SV: Phan Thị Thúy Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm nổ xăng Các chất ngưng tụ 2,3 vòng thơm có mặt phần có nhiệt độ sôi trung bình cao dầu mỏ với hàm lượng thường Một số ví dụ hydrocarbon aromatic thường gặp dầu: CH3 Benzene Toluen Naphtalen Antraxen Khác với nhiên liệu xăng, nhiên liệu phản lực diesel, hàm lượng aromat nhiều chúng làm giảm chất lượng loại nhiên liệu khó tự bốc cháy tạo cốc, tạo tàn động Cũng hydrocarbon naphtenic, cấu tử aromat vòng có nhánh phụ dài nguyên liệu quí để sản xuất dầu nhờn có độ nhớt số độ nhớt cao [1,4] d Hydrocarbon loại hỗn hợp naphten – thơm Loại hydrocarbon phổ biến dầu, chúng thường nằm phần có nhiệt độ sôi cao Cấu trúc chúng gần với vật liệu hữu ban đầu tạo thành dầu, nên dầu có độ biến chất thấp có nhiều hydrocarbon loại Một số loại hydrocarbon thường gặp dầu mỏ: Tetralin Indan Xyclohexylbenzen Ngoài dạng lai hợp khác P – A, P – N, P – A – N,….[1] 1.2.2 Các thành phần phi hydrocarbon Nói chung thành phần phi hydrocarbon đa dạng, hàm lượng tùy thuộc vào loại mỏ dầu thô Tuy nhiên, nhìn chung hợp chất phi hydrocarbon thường gặp dầu khí CO 2, H2S, N2,….( khí thiên nhiên ) hợp chất lưu huỳnh, nitơ, oxy, chất nhựa, asphanten kim loại dầu mỏ.[1] SV: Phan Thị Thúy Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm 1.3 Phân loại dầu mỏ Dầu thô muốn đưa vào trình chế biến buôn bán thị trường, cần phải xác định xem chúng thuộc loại nào: dầu nặng hay nhẹ, dầu chứa nhiều hydrocarbon paraffinic, naphtenic hay aromatic, dầu có chứa nhiều lưu huỳnh hay không? Từ xác định giá trị thị trường hiệu thu sản phẩm chế biến Có nhiều phương pháp để phân loại dầu mỏ, song thường dựa vào chủ yếu hai phương pháp, là: dựa vào chất hóa học chất vật lý.[1] 1.3.1 Phân loại dầu mỏ dựa vào chất hóa học Phân loại theo chất hóa học có nghĩa dựa vào thành phần loại hydrocarbon có dầu Nếu dầu, họ hydrocarbon chiếm phần chủ yếu dầu mỏ mang tên loại Ví dụ, dầu paraffinic hàm lượng hydrocarbon paraffinic phải chiếm 75% trở lên Trong thực tế, không tồn loại dầu thô chủng vậy, mà có loại, dầu trung gian; chẳng hạn như: dầu naphteno – paraffinic, có nghĩa hàm lượng paraffin trội ( 50% paraffin, 25% naphten, lại loại khác) Có nhiều phương pháp khác để phân loại theo chất hóa học phương pháp Viện dầu mỏ Nga, phương pháp Viện dầu mỏ Pháp,… Dưới phương pháp phân loại dầu mỏ Viện dầu mỏ Mỹ: Chưng cất dầu thô sơ bộ, tách làm hai phân đoạn: Phân đoạn 250 – 275 (1) phân đoạn 275 – 415oC (2) , sau đo tỷ trọng 15,6oC phân đoạn So sánh chúng với giá trị tỷ trọng bảng để xếp loại dầu thô Bảng phân loại dầu thô Viện dầu mỏ Mỹ Tỷ trọng, d15,615,6 Họ dầu mỏ Phân đoạn Họ paraffinic < 0.8251 0.8762 Họ paraffino – trung gian < 0.8251 0.8767 – 0.9334 Họ trung gian – paraffinic 0.8256 – 0.8597 < 0.8762 Họ trung gian 0.8256 – 0.8597 0.8767 – 0.9334 Họ trung gian – naphtenic 0.8256 – 0.8597 > 0.9340 SV: Phan Thị Thúy Phân đoạn Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm Họ paraffin – trung gian > 0.8502 0.8767 – 0.9334 Họ naphtenic > 0.8602 > 0.9340 1.3.2 Phân loại dầu mỏ theo chất vật lý: Cách phân loại dựa theo tỷ trọng Biết tỷ trọng, chia dầu thô theo ba cấp 1, Dầu nhẹ: d415 < 0.830 2, Dầu trung bình: d = 0.830 – 0.884 3, Dầu nặng: d > 0.884 Hoặc phân loại dầu theo cấp sau: 1, Dầu nhẹ: d415 < 0.830 2, Dầu nhẹ vừa: d = 0.830 – 0.850 3, Dầu nặng: d = 0.850 – 0.865 4, Dầu nặng: d = 0865 – 0.905 5, Dầu nặng: d > 0905 Ngoài ra, thị trường dầu giới sử dụng độ oAPI thay cho tỷ trọng o API tính sau: o API = - 131.5 , d = d15.615.6 Dầu thô thường có độ oAPI từ 40 (d = 0.825 ) đến 10 ( d = ).[1] SV: Phan Thị Thúy Page | 10 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm Tổng 124,378 17.93% Diesel 22,300 26.59% Gasoil nặng 33,072 27.18% Cặn 33,806 100% 124,130 Sai số Nhận xét : Sai số 0.19%, nguyên nhân sai số sai số trình tính toán 4.2 TÍNH TIÊU HAO HƠI NƯỚC 4.2.1 Tính tiêu hao nước cho tháp phân đoạn Trong công nghiệp chế biến dầu lượng nước được dung xả vào đáy tháp thường được chọn 5% trọng lượng so với lưu lượng cặn Mazut thoát và bằng: 271 800.0,05 = 13590 (tấn/năm) .103= 93.906 (kmol/h) Và: 4.2.2 Tính tiêu hao nước cho các tháp tách Lượng nước được dùng các tháp tách thường được chọn khoảng 2,5% so với lưu lượng sản phẩm Tại tháp lấy Naphta: = 1032,500 (tấn/năm) Và: = (kmol/h) Tại tháp lấy Kerosen: SV: Phan Thị Thúy Page | 35 7,134 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm =1775 (tấn/năm) Và: = 12,265 (kmol/h) Tại tháp lấy Diezel: = 4482,500 (tấn/năm) Và: = 30,980 (kmol/h) Tại tháp lấy Gasoil: = 6647,500 (tấn/năm) Và: = (kmol/h) Tổng lượng dùng cho quá trình là: 93.906 + 7,134 + 12,265 + 30,980 + 45,934 = 190,219 (kmol/h) Các thông số về nước: Áp suất: 10 at Nhiệt độ: 330oC SV: Phan Thị Thúy Page | 36 45,934 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm 4.3 TÍNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ CỦA THÁP CHƯNG CẤT 4.3.1 Tính áp suất của tháp Áp suất tại đỉnh tháp Do sự mất mát áp suất các đường ống dẫn nên áp suất tại đỉnh tháp thường nhỏ so với áp suất tại các tháp tách, thường khoảng 15% Chọn áp suất tại đỉnh tháp là 760 (mmHg) Vậy áp suất tại đỉnh tháp tách là: Pd = 760 + = 874 (mmHg) Áp suất tại đỉnh lấy Kerosen Trong điều kiện chưng cất lọc theo chiều cao của tháp từ xuống dưới áp suất tăng qua mỗi đĩa khoảng từ – (mmHg) Chọn áp suất thay đổi qua mỗi tầng là (mmHg) Chọn số đĩa từ đĩa lấy Naphta đến đĩa lấy Kerosen là 14 đĩa Khi đó áp suất tại đĩa lấy Kerosen là: Pkerosen = 874 + 7.14 = 972 (mmHg) Áp suất tại đĩa lấy Gasoil Chọn số đĩa từ đĩa lấy Kerosen đến đĩa lấy Gasoil là 14 đĩa Khi đó áp suất tại đĩa lấy Gasoil là: Pgasoil = 972 + 7.14 = 1070 (mmHg) Áp suất tại cùng nạp liệu Chọn số đĩa từ đĩa lấy Gasoil đến đĩa nạp liệu là 14 đĩa Khi đó áp suất tại đĩa nạp liệu là: SV: Phan Thị Thúy Page | 37 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm Pnl = 1070 + 7.14 = 1168 (mmHg) Chọn số đĩa từ đĩa nạp liệu đến đĩa cuối cùng bằng 21 đĩa 4.3.2 Tính chế độ công nghệ tháp Nhiệt độ vùng nạp liệu Trong thức tế quá trình chưng cất có sự mất mát về áp suất có dùng nước xả vào đáy tháp để làm giảm áp suất riêng phần của các cấu tử sản phẩm Do đó nhiệt độ tại vùng nạp liệu không phải là nhiệt độ tại điểm cuối của sản phẩm trắng đường cong cân bằng VE mà phải được hiệu chỉnh bởi áp suất riêng phần của các sản phẩm và được tính theo định luật Dalton P = Pnl + Y Trong đó: Pnl – Áp suất tại vùng nạp liệu Y – Phần mol của sản phẩm đầu Y= Với: mh, mk, mg, mhn: phần mol của các sản phẩm dầu và nước Thay vào các giá trị ta tìm được P Mặt khác từ đường cong VE ta có nhiệt độ của sản phẩm trắng là t VE = 321oC Nên theo biểu đồ ANZI ta tìm được nhiệt độ thực tại vùng nạp liệu là tnl = 317 oC Nhiệt độ đáy tháp Nhiệt độ tại đáy tháp có thể chọn thấp nhiệt độ tại vùng nạp liệu khoảng 10 – 40oC Chọn nhiệt độ tại đáy tháp là tđ = 307oC Nhiệt đỉnh tháp Sản phẩm lấy ở dạng lỏng, điểm sôi cuối của nhiên liệu Naphta đường cong VE (t100% = 160,3oC) Giả sử chọn nhiệt độ tại đĩa lấy Naphta là t = 126oC Chọn nhiệt độ hồi lưu vào tháp là 30oC SV: Phan Thị Thúy Page | 38 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm Hệ số K = 11,8 và có M = 82 ở phân đoạn Naphta Khi đó cân bằng nhiệt lượng mà sản phẩm trắng nhường cho hồi lưu sau: Q= Q1 = g1.(Itvv - Ite1): Nhiệt dùng làm nguội Naphta Q2 = g2.(Itvv - Itev): Nhiệt dùng làm nguội Kerosen Q3 = g3.(Itvv - Ite1): Nhiệt dùng làm nguội Diesel Q4 = g4.(Itv1 - Itđáy1): Nhiệt dùng làm nguội cặn Q5 = g5.(Ihnv - Itev): Nhiệt dùng làm nguội nước Trong đó: g1,…g5: Lượng mỗi sản phẩm và nước tính theo (kg/h) g1 = 24,530 103 g2 =8,830 103 g3 = 22,300 103 g4 = 66,878 103 g5 = 3423,942 Q1,…Q5: Lượng nhiệt các sản phẩm nhường cho hồi lưu (kcal/h) Itvv, Itev: Entanpi của sản phẩm ở dạng tại nhiệt độ nạp liệu và nhiệt lấy Gasoil (kcal/kg) Itv1, Ite1: Entanpi của sản phẩm ở dạng lỏng tại nhiệt độ nạp liệu và nhiệt độ lấy Gasoil (kcal/kg) Ihnv: Entanpi của nước tại nhiệt độ vào (kcal/kg) Vậy theo giá trị của d và nhiệt độ đã chọn ta tìm được entanpi sau: SV: Phan Thị Thúy Page | 39 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm (Naphta) = 590,26 (kj/kg) = 140,97 (kcal/kg) (Naphta) = 1113,65 (kj/kg) = 265,98 (kcal/kg) (Kerosen) = 359,76 (kj/kg) = 94,75 (kcal/kg) (Kerosen) = 663,45 (kj/kg) = 158,46 (kcal/kg) (Gasoil) = 1082,87 (kj/kg) = 258,63 (kcal/kg) (Gasoil) = 663,45 (kj/kg) = 158,46 (kcal/kg) (Hơi nước) = 2715,76 (kj/kg) = 650,97 (kcal/kg) (Hơi nước) = 3167 (kj/kg) = 756,39 (kcal/kg) (Mazut) = 844,43 (kj/kg) = 201,68 (kcal/kg) (Mazut) = 795,74 (kj/kg) = 190,05 (kcal/kg) Thay các giá trị vào biểu thức ta tính được Q: Q1 = 24,530.103.(265,98 – 140,97) = 3042455,90 (kcal/h) Q2 = 8,830.103.(262,83 – 94,75) = 1484146,40 (kcal/h) Q3 = 22,300.103.(258,63 – 158,46) = 2238251,00 (kcal/h) Q4 = 66,878.103.(210,68 – 190,05) = 1379693,14 (kcal/h) Q5 = 3423,942.(756,39 – 650,97) = 360951,97 (kcal/h) Tổng nhiệt lượng nhường cho hồi lưu: Q = Q + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 3042455,90 + 1484146,40 + 2238251,00 + 1379693,14 + 360951,97 SV: Phan Thị Thúy Page | 40 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm = 8505498,41 (kcal/h) Số mol hồi lưu được xác định theo công thức: m= Trong đó: M: Phân tử trọng của hồi lưu Q: Lượng nhiệt mà hồi lưu cần thu L: Ẩn nhiệt của hồi lưu L= Với: - (Naphta) = 14,38 (kcal/kg) L = 140,79 – 14,38 = 126,59 (kcal/kg) Vậy: m= = 819,382 (kmol/h) 4.3.3 Tính chỉ số hồi lưu của tháp Ta có: = 2,74 Lượng hồi lưu bằng = 82 819,382 = 67189,324 (kg/h) SV: Phan Thị Thúy Page | 41 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm 4.4 Tính cân nhiệt lượng Phương trình cân nhiệt lượng Qv = Qr Qv = QK,X + QKe + QGa + QC Tính Qv Qv = Qng.l = Gv.Iv = 808,4775.103 224,25.4,186 = 758907544,1 (Kj/Kg) QK,X = GK,X.IK,X = 122,07.103 144,9.4,186 = 74041729,4 (Kj/Kg) QKe = GKe.IKe = 122,376 103 98,795 4,186 = 50609313,15 (Kj/Kg) QGa = GGa.IGa = 120,46.103.158,46 4,186 = 79902751,44 (Kj/Kg) Theo phương trình cân vật liệu : 758907544,1 = 74041729,4 + 50609313,15 + 79902751,44 + QC  QC = 554353750 (Kj/Kg) Bảng cân nhiệt lượng cho tháp chưng cất: Nhiệt vào Dòng vào Kj/h Nguyên liệu 758907544, Nhiệt Kj/h QK,X 74041729,4 QKe 50609313,15 QGa 79902751,44 QC 554353750 ∑ SV: Phan Thị Thúy 758907544,1 Page | 42 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm 4.5 Tính toán tháp chưng cất 4.5.1 Tính đường kính tháp Đường kính của tháp chưng cất được xác định theo công thức (ở chế độ hơi): D= (m) (m2); Với: S = = C (m/s) Trong đó: V: Lưu lượng lớn nhất, m2/s : Tốc độ chuyển động lớn nhất cho phép của hơi, m/s d1: Tỷ trọng của sản phẩm ở trạng thái lỏng dv: Tỷ trọng của sản phẩm ở trạng thái C: Hằng số tra theo đồ thị [6] Như vậy để xác định được đường kính của tháp ta lần lượt xác định các đại lượng có liên quan Chọn khoảng cách giữa hai đĩa là 0,75m và có độ đóng thủy lực là 2,5 Theo biểu đồ ta tìm được hệ số C = 0,06 Mặt khác ta có d1 = 0,068 Tỷ trọng của Naphta ở trạng thái được xác định theo công thức: dv = Trong đó: SV: Phan Thị Thúy Page | 43 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm P: Áp suất đĩa đầu tiên, (at).Do mất mát áp suất đường ống dẫn nên áp suất tại đỉnh tháp thường lớn áp suất tháp tách (760mmHg) khoảng 10 – 20% Ta chọn 15%, đó có P = Pđỉnh tháp = 760 + = 874 (mmHg) R: Hằng số khí, R = 0,082 (1at/g.oC) T: Nhiệt độ tại đĩa lấy Naphta, chọn nhiệt độ tại đĩa lấy Naphta là 126 oC, Chọn nhiệt độ hồi lưu vào tháp là 30oC Khi đó ta có: = 69,40 (Kcal/Kg) = 14,38 (Kcal/Kg) M: Phân tử trọng trung bình M= = 68,585 (kg/kmol) Vậy: dv = = = 2,32 (Kg/m3) = C = = 1,13 (m/s) SV: Phan Thị Thúy Page | 44 0,06 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm Lưu lượng lớn nhất: V= Trong đó: n = = 1762,49 Vậy: V = = = 11,84 (m3/s) Suy có: S= D= = 10,48 (m2) = = = 3,65 (m) Quy chuẩn ta có đường kính của tháp là: D = 3,8 (m) 4.5.2 Tính chiều cao của tháp Chiều cao của tháp chưng cất được xác định theo công thức: H = (N – 2).h + 2.a + b (m) Trong đó: H: Chiều cao toàn tháp h: Khoảng cách giữa đĩa SV: Phan Thị Thúy Page | 45 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm N: Số đĩa tháp = + + 10 + 15 = 41 đĩa a: Chiều cao từ đỉnh tháp đến đĩa cùng (cũng bằng chiều cao đáy tháp lên đĩa cuối cùng), chọn a = 2m b: Chiều cao vùng nạp liệu, chọn b = 1m Vậy chiều cao của tháp chưng cất là: H = (41 – 2).0,75 + 2.2 + = 33,75 Quy chuẩn chọn chiều cao tháp chưng cất là H = 34 (m) 4.5.3 Tính số chóp và đường kính chóp Trong quá trình chưng cất thường tổng tiết diện của ống chiếm 10% so với tổng tiết diện của đáy tháp Chọn đường kính ống hơi, d h = 250mm, đó số chóp đĩa được xác định theo công thức: n =0,1 = 0,1 = 23,11 (chóp) Quy chuẩn và chọn n = 24 (chóp) Đường kính chóp đĩa: : bề dày chóp thường lấy – 3mm, chọn 3mm ta có: dch = = = 360 (mm) Chiều cao chóp phía ống dẫn hơi: h = 0,25dh = 0,25.250 = 62,5 (mm) Quy chuẩn h = 65 (mm) Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp, chọn S = 25 (mm) Đường kính ống chảy chuyền: 600 (mm) Đường kính ống nạp liệu: 800 (mm) Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh : 1000 mm SV: Phan Thị Thúy Page | 46 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy : 600 (mm) Đường kính ống hồi lưu: 400 (mm) SV: Phan Thị Thúy Page | 47 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm KẾT LUẬN Như biết, để có sản phẩm chất lượng cao, thành phần dầu thô tính chất lý hóa khác, chưng cất đóng vai trò quan trọng đến chất lượng sản phẩm Đây ngành công nghiệp có ích ngành công nghiệp chế biến dầu Từ ta sản xuất nhiều nguyên liệu cho động khác, giá thành thấp, thuận tiện cho trình tự động hóa có chất lượng cao Đồ án gồm phần sau: - Tổng quan lý thuyết trình chưng cất dầu Thiết kế công nghệ Tính toán cân vật chất cân nhiệt lượng Tính toán thiết bị Việc thực đồ án giúp em tư tốt mặt tổng quan lý thuyết trình chưng cất dầu Tuy nhiên hạn chế thời gian kiến thức nên đồ án nhiều sai sót áp dụng thực tế, em mong nhận bảo Thầy để đồ án em tốt Em xin cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Hữu Trịnh, thầy cô môn Hữu – Hóa dầu tận tình hướng dẫn em để em có kiến thức quý giá suốt thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn ! SV: Phan Thị Thúy Page | 48 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Thanh Huyền - Nguyễn Hồng Liên - Công nghệ tổng hợp hữu hóa dầu - NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2008 Lê Văn Hiếu - Công nghệ chế biến dầu- NXB Khoa Học Kỹ Thuật - 2006 Lưu Cẩm Lộc - Công nghệ lọc chế biến dầu - NXB Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh - 2007 Đinh Thị Ngọ - Nguyễn Khánh Diệu Hồng - Hóa học dầu mỏ khí - NXB Khoa học kỹ thuật - 09/2012 Kiều Đình Kiểm - Các Sản Phẩm Dầu Mỏ Và Hóa Dầu - NXB Khoa Học Kỹ Thuật - 2005 GS TSKH NGUYỄN BIN - Tính Toán Quá Trình, Thiết Bị Trong sCông Nghệ Hóa Chất Và Thực Phẩm (Tập 2) - 10/2001 GS TSKH NGUYỄN BIN - Các Quá Trình, Thiết Bị Trong Công Nghệ Hóa Chất Và Thực Phẩm - NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2004 Hồ Lê Viên - Tính toán, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí NXB khoa học Kỹ Thuật – 2006 Phan Từ Cơ -Thủy động lực học - lý thuyết ứng dụng công nghệ khai thác dầu khí - NXB Khoa Học Kỹ Thuật – 2007 10 Jame G.Speight - The chemistry and technology of petroleum 11 Crude oil Assay Dr Emir Ceri’c October 2013 11111111 SV: Phan Thị Thúy Page | 49 [...]... PHẦN II: THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT DẦU THÔ CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT 3.1 Mục đích và ý nghĩa của quá trình chưng cất dầu thô Trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô sau khi đã được qua xử lý qua các quá trình tách nước, muối và các tạp chất cơ học, được đưa vào chưng cất Các quá trình chưng cất dầu ở áp suất khí quyển AD (Atmospheric Distillation) và chưng cất chân không VD (Vacuum... cho quá trình chưng cất loại dầu có nhiều phân đoạn nặng (ít phần nhẹ), ít nước, ít lưu huỳnh SV: Phan Thị Thúy Page | 26 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng năng suất 1 triệu tấn/năm 3.3 Chế độ công nghệ chưng cất dầu Các yếu tố công nghệ có ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất và chất lượng của quá trình chưng cất là nhiệt độ, áp suất và phương pháp chưng cất Chế độ công nghệ chưng cất phụ thuộc... chuyền chưng cất loại một tháp (AD) năng suất 1 triệu tấn trong một năm Năng suất làm việc trong ngày là: Wvào = Wvào = SV: Phan Thị Thúy = 2985,075 (tấn/ngày) = 124,378 (tấn/giờ) Page | 31 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng năng suất 1 triệu tấn/năm 4.1.1 Tại tháp chưng cất Giả sử tại tháp chưng cất, nguyên liệu sẽ bốc hơi toàn phần khí với hiệu suất 1,28 %, xăng nhẹ với hiệu suất 4,13% và xăng nặng. .. 1.11: Sơ đồ chưng cất ở áp suất chân không Điều kiện công nghệ của chưng áp suất chân không là áp suất 50 – 100 mmHg ( áp suất khí quyển 750 mmHg ), nhiệt độ từ 250 – 350 oC đường kính thiết bị trong chưng chân không lớn hơn so với chưng áp suất thường  Ngày nay, trong công nghệ chế biến dầu người ta thường kết hợp giưa chưng chân không và chưng ở áp suất thường Về mặt kinh tế làm tăng công suất của... hành chưng cất phần dầu còn lại Ờ tháp chưng sơ bộ, ta tách được phần khí hòa tan và phẩn xăng có nhiệt độ sôi thấp ra khỏi dầu Đe ngưng tụ hoàn toàn hơi bay lên phải tiến hành chưng cất ở áp suất cao hơn (0,35 – l Mpa) Nhờ áp dụng chưng 2 lần mà ta có thể giảm được áp suất trong tháp thứ hai đến áp suất 0,14 - 0,16 Mpa và nhận được từ dầu thô lượng sản phẩm trắng nhiều hơn Còn chưng cất ở áp suất. .. các quá trình chế biến vật lý Chưng cất ở áp suất khí quyển AD với nguyên liệu là dầu thô đôi khi còn được gọi là quả trình CDU (Crude oil distillation), còn chưng cất VD dùng nguyên liệu là cặn của quá trình chưng cất AD, trong thực tế đôi khi còn gọi là quá trình chưng cất (cặn thô hay mazut) Tuỳ theo bản chất của nhiên liệu và mục đích của quá trình ta sẽ áp dụng chưng cất AD, VD hay kết hợp cả AD,... phân xưởng chưng cất dầu nặng năng suất 1 triệu tấn/năm Hồi lưu nguội được sử dụng rộng rãi vì lượng hồi lưu thường ít, làm tăng rõ ràng chất lượng mà không làm giảm nhiều năng suất của tháp chưng Ngoài hồi lưu đỉnh, đáy, người ta còn sử dụng hồi lưu trung gian để tăng chất lượng của sản phẩm cạnh sườn và điều chỉnh nhiệt độ trong tháp 3.3.2 Áp suất của tháp chưng Khi chưng cất dầu mỏ ở áp suất khí quyển,... AV-D Khi áp dụng loại hình công nghệ AD chúng ta chỉ chưng cất dầu thô mục đích nhận các phân đoạn xăng (naphta nhẹ, naphta nặng) , phân đoạn kerosen, phân đoạn Diezel ( nhẹ, nặng) và phần còn lại sau chưng cất Khi muốn chưng cất sâu thêm phân cặn dầu thô nhằm nhận thêm các phân đoạn Gasoil chân không hay phân đoạn dầu nhờn thì người ta dùng chưng cất VD phân đoạn Gasoil chân không là nguyên liệu cho... 0C SV: Phan Thị Thúy -63,0 Page | 14 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng năng suất 1 triệu tấn/năm Chỉ số cetan 35,9 Niken, ppm 20,0 63,0 90 Trên đây là một vài mỏ dầu tiêu biểu, đặc trưng của dầu nặng ta chọn mỏ Basrah của Iran làm mỏ dầu nguyên liệu cho quá trình sản xuất dầu thô và đi vào công đoạn chuẩn bị chế biến.[4][5] Đây là loại dầu thô ít phần nhẹ, chưa lượng khí hòa tan thấp (0,5-1,2%)... quá trình chưng cất AD được dùng với mục đích hoặc nhận nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác hay quá trình Hydrocracking Sơ đồ chưng cất dầu thô với tháp bay hơi sơ bộ rất phổ biến trong các nhà máy chế biến dầu của Liên Bang Nga và các nước Tây Âu Sơ đồ công nghệ này cho phép đạt được độ sâu chưng cất cần thiết và linh hoạt hơn khi liên kết các khối AD và VD với các loại nguyên liệu dầu thô khác