THUYẾT TRÌNH CHƯNG CẤT DẦU THÔ THÔ

Mục đích - Hiểu được mục đích của quá trình chưng cất dầu thô - Hiểu được bản chất của quá trình chưng cất dầu thô ở điều kiện áp suất khác nhau, các bộ phận chính trong tháp chưng cất

MỞ ĐẦU

Dầu mỏ dược tìm thấy vào năm 1859 tại Mỹ Lúc bấy giờ lượng dầu thô khai thác được còn rất ít, chỉ phục vụ cho mục đích đốt cháy và thắp sáng Nhưng chỉ một năm sau đó, không chỉ riêng ở Mỹ mà các nước khác người ta cũng đã tìm thấy dầu Từ đó sản lượng dầu được khai thác ngày càng tăng lên rất nhanh Đây là bước chuyển mình đi lên của ngành khai thác và chế biến dầu mỏ Dầu mỏ là một hổn hợp rất phức tạp trong đó cả hàng trăm cấu tử khác nhau Mỗi loại dầu mỏ được đặc trưng bởi thành phần riêng song về bản chất chúng đều có các hiđrocacbon là thành phần chính, các hiđrocacbon đó chiếm 60 - 90% trọng lượng trong dầu, còn lại là các chất oxy, lưu huỳnh, nitơ, các phức chất cơ kim, nhựa, asphanten Trong khí còn có các khí trơ như : He, Ar, Xe, Nz….

Dầu mỏ muốn sủ dụng được thì phải tiến hành phân chia thành từng phân đoạn Mỗi thành phần phân đoạn cho ta biết dược loại sản phẩm thu

và khối lượng của chúng Quá trình chưng cất dầu thô là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các giai đoạn Quá trình này được thực hiện bằng các phương pháp khác nhau nhằm tách các cấu tử có trong dầu thô theo từng khoảng thời gian khác nhau mà không làm phân huỷ chúng Tuỳ theo biện pháp chưng cất mà ta chia quá trình chưng cất thành chưng đơn giản, chưng phức tạp chưng cất nhờ cấu tử bay hơi hay chưng cất trong chân không Trong các nhà máy lọc dầu, phân xưởng chưng cất dầu thô cho phép ta có thể thu được các phân đoạn dầu mỏ để thực hiện các quá trình tiếp theo

MỞ ĐẦU

MỞ ĐẦU

Vì vậy để góp phần kiến thức hiểu biết của mình nhóm chúng em đã

chọn đề tài tiểu luận “chưng cất dầu thô, tính chất quan trọng của dầu thô, các loại tháp chưng và các yếu tố nhiệt độ, áp suất của các loại tháp chưng” Với mục đích là học hỏi tham khảo ý kiến

của tất cả các giảng viên, giảng viên bộ môn cũng như cùng tất cả các bạn sinh viên Đề tài tiểu luận này vẫn có nhiều thiếu sót, chúng

em mong sự góp ý tận tình của giảng viên bộ môn để đề tài tiểu luận của chúng em hoàn thành tốt hơn

I CHƯNG CẤT DẦU THÔ

1 Mục đích

- Hiểu được mục đích của quá trình chưng cất dầu thô

- Hiểu được bản chất của quá trình chưng cất dầu

thô ở điều kiện áp suất khác nhau, các bộ phận chính trong tháp chưng cất

- ứng dụng được vào thực tế nhà máy lọc dầu

- phương pháp hóa hoc

- phương pháp phá nhũ tương bằng điện trường

2 xử lý dầu thô

 phương pháp cơ học

 phương pháp lắng

Hình vẽ: sơ đồ thiết bị lắng I: nhũ tương; II: dầu thô; III: nước; IV: khí nhiên

liệu

Ứng dụng cho nhũ tương mới, không

bền, có khả năng tách lớp dầu và nước

do chúng có trọng lượng riêng khác

nhau Gia nhiệt sẻ làm tăng nhanh quá

trình phá nhũ do sự hòa tan của màng

bảo vệ nhũ tương vào dầu tăng, giảm độ

nhớt môi trường và giảm sự chênh lệch

khối lượng riêng

Ví dụ: bông thủy tinh

 Phương pháp lọc tuy đơn giản và có thể đạt hiệu quả cao nhưng gặp phải khó khăn là phải liên tục thay màng lọc

do bản hay quá tải

2 xử lý dầu thô

 phương pháp phá nhũ tương bằng điện trường

Sơ đồ cụm làm khan bằng điện 1- Thiết bị gia nhiệt bằng hơi; 2- thiết bị trộn; 3- thiết bị làm khan

bằng điện

I- Dầu nguyên liệu; II- hơi nước; III- chất phá nhũ; IV-dầu khan và đã

loại muối; V- nước tách ra

3 Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất

 Sự sôi của dung dịch

Sự sôi của chất nguyên chất: Một chất lỏng sẽ sôi ở

nhiệt độ mà tại đó áp suất hơi bão hoà của nó bằng áp suất môi trường đè lên mặt thoáng

Nhiệt độ sôi của Butan

Áp suất, atm Nhiệt độ, o C

Định luật Konovalov :

3 Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất

Thành phần pha hơi sinh ra khi đun sôi một dung dịch

Pha hơi sinh ra khi chất lỏng nguyên chất sôi là pha hơi đơn chất Pha hơi sinh ra khi một dung dịch sôi là một hỗn hợp của tất cả các hợp phần của dung dịch và có thành phần phụ thuộc vào thành phần của dung dịch lỏng theo định luật Konovalov

► Khi sôi một dung dịch lỏng cho ra một pha hơi giàu chất dễ sôi hơn so với dung dịch lỏng

h A

l A A

A P x P x

P  0 

h B

l B B

P  0 

Chưng cất là quá trình tách một dung dịch bằng cách đun sôi nó, rồi ngưng tụ hơi bay ra để được 2 phần:

 Phần nhẹ (distillat)

 Phần nặng (redue)

3 Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất

 Nguyên lý của quá trình chưng cất

3 Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất

Như vậy, phép chưng cất có thể thu được Distillat

có thành phần mong muốn bằng cách chưng cất nhiều lần

Nhược điểm: + phiền phức

+ tốn thời gian

+ không kinh tế

Khắc phục: ta dùng hệ thống chưng cất có cột chưng cất Cột chưng cất có số đĩa lý thuyết càng lớn thì distillat rất giàu chất dễ bay hơi

4 Cơ sở lý thuyết chưng cất dầu mỏ

 Chưng cất đơn giản

 Chưng cất bay hơi dần dần:

 Chủ yếu dùng trong phòng thí

nghiệm để xác định đường cong

chưng cất Enghen

 Cho phép nhận được phần chưng

cất lớn hơn so với bay hơi một lần

4 Cơ sở lý thuyết chưng cất dầu mỏ

4 Cơ sở lý thuyết chưng cất dầu thô

 Chưng cất phức tạp

- Chưng cất có hồi lưu:

+ Để nâng cao khả năng phân chia hỗn hợp lỏng, người ta tiến hành cho hồi lưu một phần sản phẩm đỉnh

+ Nhờ sự tiếp xúc thêm mộy lần giữa pha lỏng (hồi lưu) và pha hơi trong tháp được làm giàu thêm cấu tử nhẹ nhờ đó mà độ phân chia cao hơn

- Chưng cất có tinh luyện:

+ Dựa vào quá trình trao đổi chất nhiều lần giữa pha lỏng và hơi nhờ vào các đĩa hay đệm

+ Chưng cất sẽ có độ phân chia cao hơn nếu kết hợp với hồi lưu

4 Cơ sở lý thuyết chưng cất dầu mỏ

Sơ đồ tiếp xúc giữa dòng lỏng và hơi trong tháp chưng cất

4 Cơ sở lý thuyết chưng cất dầu mỏ

- Chưng cất chân không & chưng cất với hơi nước :

+ Độ bền nhiệt các cấu tử trong dầu phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và thời gian lưu

+ Đối với các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao, người ta cần tránh sự phân huỷ chúng (giảm độ nhớt, độ bền oxy hoá…) bằng cách hạn chế nhiệt độ (320o- 420oC) chưng cất

+ Nếu nhiệt độ sôi cao hơn nhiệt độ phân huỷ chúng ta dùng

chưng cất chân không hay chưng cất hơi nước

+ Hơi nước làm giảm áp suất hơi riêng phần làm chúng sôi ở

nhiệt độ thấp hơn

Cấu tạo một đĩa

ĐĨA LỖ

Cấu tạo một đĩa

ĐĨA CHÓP

Cấu tạo một đĩa

ĐĨA VAN

Một số kiểu phân bố dòng chảy trong tháp

Sự phân bố dòng chảy qua van ảnh hưởng rất lớn đến sự tiếp xúc pha và chất lượng các phân đoạn

4 Cơ sở lý thuyết chưng cất dầu mỏ

Đối với chưng cất dầu thô, dòng trích ngang luôn có lẫn sản phẩm đỉnh Để loại bỏ các cấu tử nhẹ này, người ta thực hiện quá trình tái hoá hơi riêng phần các phần nhẹ

Quá trình này được thực hiện trong những cột nhỏ từ 4-10 đĩa, đặt bên cạnh tháp chưng cất khí quyển và thường

dùng hơi nước trực tiếp

 Sự Stripping

Quá trình stripping

4 Cơ sở lý thuyết chưng cất dầu mỏ

4 Cơ sở lý thuyết chưng cất dầu mỏ

 Sự hồi lưu (Relux)

Nhằm tạo ra dòng lỏng có nhiệt độ thấp đi từ đỉnh tháp xuống đáy tháp để trao đổi nhiệt với dòng hơi

 Tỉ lệ dòng hoàn lưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu

tố kinh tế là bài toán quyết định

Khi tỉ lệ hoàn lưu tăng, số mâm giảm nhưng đường kính tháp tăng lên

4 Cơ sở lý thuyết chưng cất dầu mỏ

Có 3 dạng:

• Hồi lưu nóng: Sử dụng dòng hồi lưu ở trạng thái lỏng sôi

• Hồi lưu lạnh: Nhiệt độ dòng hồi lưu ở dưới điểm lỏng-sôi

• Hồi lưu vòng: Lấy các sản phẩm ở các mâm dưới hồi lưu lên các mâm trên sau khi đã làm lạnh

5 Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển

Chưng cất dầu và sản phẩm dầu với mục đích tách dầu thô thành các phân đoạn, được thực hiện bằng phương pháp sôi dần hoặc sôi

nhiều lần

Sơ đồ nguyên tắc chưng cất dầu ở áp suất khí quyển.

1- Lò nung dạng ống, 2- tháp chưng cất, 3- thiết bị làm lạnh, 4- bộ trao đổi nhiệt.

I- Dầu thô; II- sản phẩm trên (xăng); III- Kerosel; IV- dầu diesel; V- cặn chưng cất khí quyển (mazut); VI- hồi lưu; VII- chất cấp nhiệt ( hơi nước)

5 Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển

 chưng cất dầu có tác nhân bay hơi

Một trong những phương pháp tăng hàm lượng các chất có

nhiệt độ sôi cao trong cặn chưng cất là đưa vào phần dưới của tháp chưng cất tác nhân bay hơi

Tác nhân bay hơi được ứng dụng là hơi nước, khí trơ (nitơ, khí cacbonic, khí dầu), hơi xăng, ligroin hoặc kerosel

5 Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển

Tác nhân bay hơi được sử dụng rộng rãi nhất là hơi nước

Khi có hơi nước trong tháp chưng cất, áp suất riêng phần của hydrocarbon giảm và dẫn tới nhiệt độ sôi giảm

Nhờ đó, hydrocarbon có nhiệt độ sôi thấp nhất còn lại trong pha lỏng sau khi cất một lần sẽ chuyển sang pha hơi và bay lên

Hơi nước chuyển động dọc theo tháp chưng cất và bay ra cùng sản phẩm đỉnh, làm giảm nhiệt độ trong tháp xuống 10 ÷ 20 oC

Nên sử dụng hơi quá nhiệt và đưa nó vào tháp với nhiệt độ bằng nhiệt độ của nguyên liệu nạp vào tháp hoặc cao hơn đôi chút

Thường hơi nước sau khi qua máy bơm hơi và turbin có áp suất tăng đến 2 ÷ 3 atm, được nung nóng trong ống ruột gà của lò nung dạng ống và nạp vào tháp với nhiệt độ 350 ÷ 450oC

5 Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển

5 Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không

 Chưng cất dầu trong công nghiệp hoạt động liên tục ở nhiệt độ không quá 370oC - nhiệt độ hydrocarbon bắt đầu phân hủy - cracking

 Từ dầu thô nhận được các sản phẩm sáng như xăng, dầu hỏa, diesel

 Sau khi chưng cất khí quyển (AR) cặn mazut được đưa sang cụm chưng cất chân không (VR) trong liên hợp chưng cất khí quyển - chân không (AVR)

 Nhờ chưng cất chân không nhận được thêm các phân đoạn dầu nhờn và cặn gudron Sau khi chưng cất dầu dưới áp suất khí quyển ở nhiệt độ 350 ÷

370oC, để chưng cất tiếp cặn còn lại cần chọn điều kiện để loại trừ khả năng cracking và tạo điều kiện thu được nhiều phần cất nhất

5 Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không

 Phụ thuộc vào nguyên liệu từ cặn chưng cất khí quyển (mazut) có thể thu được distilat dầu nhờn cho cụm sản xuất dầu nhờn, hoặc gasoil chân không

- là nguyên liệu cho cracking xúc tác

 Phương pháp phổ biến nhất để tách các phân đoạn ra khỏi mazut là chưng cất trong chân không

 Chân không hạ nhiệt độ sôi của hydrocarbon và cho phép lấy được distilat

có nhiệt độ sôi 500oC ở nhiệt độ 410 ÷ 420oC

 Tất nhiên khi gia nhiệt cặn dầu đến 420oC thì sẽ diễn ra cracking một số hydrocarbon, nhưng nếu distilat nhận được sau đó được chế biến thứ cấp thì

sự hiện diện của các hydrocarbon không no không có ảnh hưởng đáng kể

5 Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không

 Để điều chế distilat dầu nhờn thì phân hủy cặn phải ít nhất bằng cách tăng hơi nước, giảm chênh lệch áp suất trong tháp chân không

 Nhiệt độ sôi của hydrocarbon giảm mạnh nhất khi áp suất dư thấp hơn 50 mmHg Do đó cần ứng dụng chân không sâu nhất mà phương pháp cho phép

 Ngoài ra, để tăng hiệu suất distilat từ mazut đưa vào tháp chân không hơi nước quá nhiệt hoặc chưng cất cặn chân không (gudron) với tác nhân bay hơi (phân đoạn ligroin- kerosen)

 Chân không tạo thành nhờ thiết bị ngưng tụ khí áp hoặc máy bơm chân không (bơm piston, bơm rotary, bơm phun hoặc bơm tia) mắc nối tiếp với nhau

Sơ đồ công nghệ quá trình chưng cất chân không

5 Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không

Sơ đồ nguyên lý hoạt động và cấu tạo tháp chưng cất chân không

5 Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không

 Hệ thiết bị ngưng tụ khí áp - bơm phun

Sơ đồ công nghệ tạo chân không bằng hệ thiết bị ngưng tụ khí áp- bơm phun.

1 Tháp chân không; 2 Thiết bị ngưng tụ; 3 Bể chứa chân không; 4 Bơm phun hơi tạo chân không; 5 Bể lắng; 6 Hộp khí

áp; 7 Máy bơm

I- Nước lạnh; II- hơi từ bơm phun; III- sản phẩm dầu

5 Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không

 Trong sơ đồ tạo chân không bằng hệ thiết bị ngưng tụ khí áp

- bơm phun

 Sản phẩm dầu ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ không hòa loãng bằng nước lạnh, nhờ đó nó dễ dàng tách ra khỏi condensat, được thu gom vào bể lắng và giếng khí áp

 Hệ thiết bị ngưng tụ khí áp - bơm phun

5 Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không

Sơ đồ tạo chân không sâu.

1-Tháp chân không;2- thiết bị ngưng tụ; 3- bơm chân không; 4- bơm phun (ejecter) I- Mazut; II- gasoin nặng; III-

Gudron; IV- hồi lưu; V- khí không ngưng tụ ; VI- hơi ; VII- phần ngưng tụ ; VIII- nước

5 Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không

 Trong sơ đồ này hơi từ trên tháp chân không đưa trực tiếp vào bơm phun, còn độ sâu của chân không không phụ thuộc vào nhiệt độ của nước thoát ra từ thiết bị ngưng tụ khí áp

 Nhờ đó có thể tạo chân không sâu hơn (áp suất dư đạt 5 ÷ 10 mmHg) Độ sâu chân không phụ thuộc vào đối áp tại cửa ra của bơm phun, vì vậy để tạo chân không sâu cần mắc nối tiếp vài bơm phun

5 Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không

 Đặc điểm chưng cất trong tháp chân không

 Đặc điểm chưng cất trong tháp chân không tương tự như trong tháp chưng cất khí quyển

 điều kiện nung nóng nhiên liệu có thành phần phân đoạn nặng

 Cấu tạo của tháp chân không khác với tháp chưng cất khí quyển nhằm giảm thời gian lưu của cặn trong tháp để tránh phân hủy nó dưới tác dụng của nhiệt độ cao

5 Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không

 Do lưu lượng các dòng hơi trong tháp chân không lớn, nên đường kính của các tháp này lớn hơn nhiều so với tháp cất khí quyển (8 ÷ 12 m)

 Do sự phân bố của chất lỏng và bọt sủi không đồng nhất nên hiệu quả của mâm không cao Để phân bố chất lỏng đồng đều trên các mâm nên sử dụng cấu trúc mâm đặc biệt (mâm lưới, van (xupap) và sàng)

II TÍNH CHẤT VẬT LÝ QUAN TRỌNG CỦA

DẦU THÔ

 Thành phần chưng cất

 Thành phần cất là khái niệm dùng để biểu diễn phần trăm của mẫu bay hơi trong điều kiện tiến hành thí nghiệm theo nhiệt độ hoặc ngược lại nhiệt độ theophần trăm thu được khi tiến hành chưng cất mẫu

II TÍNH CHẤT VẬT LÝ QUAN TRỌNG CỦA

DẦU THÔ

- Nhiệt độ sôi đầu: Là nhiệt độ đọc được trên nhiệt kế vào lúc

giọt chất lỏngngưng tụ đầu tiên chảy ra từ cuối ống ngưng tụ

- Nhiệt độ sôi cuối: Là nhiệt độ cao nhất đạt được trong qúa trình

chưng cất

- Nhiệt độ sôi 10% (t10%), t50%, t90%, t95%, Là nhiệt độ đọc

trên nhiệt kếtương ứng khi thu được 10%, 50%, 90%, 95% chất lỏng ngưng tụ trong ống thu

• Thực tế người ta sử dụng nhữngkhái niệm sau

II TÍNH CHẤT VẬT LÝ QUAN TRỌNG CỦA

DẦU THÔ

 Thành phần chưng cất của phân đoạn dầu mỏ có liên quan nhiều đến các tính chất sử dụng của phân đoạn, nhưng các tính chất vật lý trung bình của phân đoạn như độ nhớt, tỷ trọng, trọng lượng phân tử, hệ số đặc trưng, nhiệt cháy, các tính chất tới hạn lại có liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ sôi trung bình của phân đoạn đó

 Nhiệt độ sôi trung bình của phân đoạn

II TÍNH CHẤT VẬT LÝ QUAN TRỌNG CỦA

DẦU THÔ

 Thực tế người ta thường tiến hành chưng cất để thu được đường cong chưng cất biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ sôi và thành phần cất theo thể tích như vậy ta sẻ có nhiệt độ sôi trung bình theo thể tích, những giá trị nhiệt độ sôi trung bình khác được xác định từ nhiệt độ sôi trung bình thể tích thông qua các đồ thị và độ dốc, độ dốc được tính như sau

II TÍNH CHẤT VẬT LÝ QUAN TRỌNG CỦA

DẦU THÔ

• Từ độ dốc thu được, tra đồ thị ta thu được giá trị chênh lệch

từ đó ta dễdàng tính được giá trị nhiệt độ trung bình cần tìm

• Nói chung, các tính chất vật lý của phân đoạn dầu mỏ thường có khi chỉ cóquan hệ đúng với một trong những loại nhiệt độ sôi trung bình nói trên

0 0 0 60

10

T

T T