Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án tìm hiểu về phân xưởng xử lý Kerosen bao gồm: Nguyên liệu, sản phẩm, chỉ tiêu chất lượng Các công nghệ sản xuất, so sánh lựa chọn công nghệ Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng, thiết bị
Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỂ PHÂN XƯỞNG XỬ LÝ KEROSEN Mục đích thiết kế phân xưởng Nguyên liệu sản phẩm phân xưởng xử lý kerosene 3 Tình hình sản xuất 4 Bản chất hóa học 5 Các công nghệ xử lý kerosene 11 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MERICAT II CỦA MERICHEM COMPANY 18 Các thiết bị công nghệ 18 Mô tả sơ đồ công nghệ 23 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 25 3.1 Các thông số đầu vào 25 3.2 Tính tốn cân vật chất 29 3.3 Tính tốn cân nhiệt lượng .33 3.4 Tính tốn thiết bị .38 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên MỞ ĐẦU Kể từ dầu mỏ tìm thấy trái đất, kỉ nguyên cho ngành lượng thực bắt đầu Dầu thô khai thác cần phải qua giai đoạn chế biến để tạo thành nhiều sản phẩm có giá trị cần thiết cho tất loại phương tiện đại, giúp người thuận tiện lưu thông, lại dùng cho động cơ, máy móc sản xuất Vì cơng nghệ chế biến dầu có ý nghĩa quan trọng đời sống dân sinh, sản xuất, thương mại an ninh quốc phòng Ngày nay, nguồn dầu mỏ ngày cạn kiệt nên việc khai thác chế biến dầu mỏ trở lên quan trọng Nhà máy lọc dầu có nhiều phân xưởng để tạo sản phẩm khác phân xưởng xử lý kerosene số Phân xưởng kerosene thiết kế sử dụng kiềm để trích ly, làm giảm hàm lượng mercaptan, axit naphthenic dòng kerosene đến từ phân xưởng chưng cất, đồng thời tách loại tồn nước có kerosene trước đưa sang bể chứa Sau qua phân xưởng kerosene xử lý đạt tiêu chuẩn nhiên liệu phản lực Do phân xưởng có ý nghĩa quan trọng nhà máy Với đề tài “Tìm hiểu hoạt động sản xuất phân xưởng xử lý kerosene” phần giúp em hiểu thêm phân xưởng nhà máy lọc dầu Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỂ PHÂN XƯỞNG XỬ LÝ KEROSEN Mục đích thiết kế phân xưởng Phân xưởng kerosene thiết kế sử dụng kiềm để trích ly, làm giảm hàm lượng mercaptan, axit naphthenic dòng kerosene đến từ phân xưởng chưng cất, đồng thời tách loại tồn nước có kerosene trước đưa sang bể chứa Sau qua phân xưởng kerosene xử lý đạt tiêu chuẩn nhiên liệu phản lực Nguyên liệu sản phẩm phân xưởng xử lý kerosene 2.1 Nguyên liệu Nguyên liệu phân xưởng lấy từ phân đoạn kerosene phân xưởng chưng cất Phân đoạn gọi dầu lửa: có nhiệt độ sơi từ 180 đến 250 0C, bao gồm hydrocacbon có số cacbon từ C11 đến C16 Trong phân đoạn này, hầu hết parafin, izo – parafin Các hydrocacbon naphtenic thơm vòng nhiều nhánh phụ ngồi có mặt hợp chất hai ba vòng, đặc biệt loại naphten thơm hai vòng chiếm đa số Trong kerosene có mặt hợp chất hydrocacbon có cấu trúc hỗn hợp vòng thơm vòng naphten tetralin đồng đẳng chúng Các hợp chất chứa S,O,N tăng dần Lưu huỳnh dạng mercaptan giảm dần, xuất lưu huỳnh dạng sunfua Các hợp chất nitơ với hàm lượng nhỏ dạng quinolin, pyrol, indol 2.2 Sản phẩm khỏi phân xưởng Phân đoạn kerosene sử dụng chủ yếu cho hai mục đích: làm nhiên liệu phản lực dầu hỏa dân dụng Sản phẩm sau khỏi phân xưởng thỏa mãn tiêu chuẩn nhiên liệu phản lực Jet A1 Ngoài phần Kerosene thành phẩm sử dụng để pha trộn dầu Diesel DO Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên Bảng 1.1: Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Mercaptan lưu huỳnh, RSH-H, wt ppm Doctor test Chỉ số axit trung hòa, mg KOH/g Hàm lượngnước tự (1) Độ ăn mòn đồng Độ ổn định nhiệt 2600C (2) Tổn thất áp suất qua filter 20 max Negative 0,015 max Không max 25 mgHg max Lắng cặn ống max (1) Tại đầu thiết bị xử lý đất sét D-1405 (2) Tại thiết bị lọc đặt dòng phía sau thiết bị xử lý đất sét D-1405 Tình hình sản xuất ❖ Trên giới Sản xuất nhiên liệu máy bay phản lực bắt đầu với việc chưng cất dầu thô tách phân đoạn kerosen Một số đơn vị nhà máy lọc dầu sản xuất dầu hỏa trực tiếp gián tiếp Xử lý thêm dầu hỏa để đáp ứng thông số kỹ thuật sản phẩm nhiên liệu máy bay phản lực khác dựa chất lượng tạp chất dầu hỏa Quá trình xử lý Kerosene nhóm thành ba loại: - Không xử lý bổ sung làm tối thiểu, lọc sét - Xử lý ướt dung dịch xút (NaOH) Xử lý ướt làm giảm hàm lượng axit tổng mức lưu huỳnh mercaptan để đáp ứng đặc tính kiểm tra ăn mòn lưu huỳnh mà khơng làm thay đổi tính chất dầu lửa khác Các trình thường sử dụng dung dịch NaOH với đệm carbon xúc tác để oxy hóa mercaptans để disulphide dầu (ngọt), rửa nước, sấy tháp muối, lọc sét - Hydrotreating dựa dầu thô, số nguyên liệu kerosene yêu cầu hydrotreating để đáp ứng thông số kỹ thuật So với quy trình xử lý ẩm ướt, chi phí vốn thủy ngân cao gấp nhiều lần với chi phí vận hành cao gấp 20 lần Như hydrotreating sử dụng để sản xuất nhiên liệu máy bay phản lực từ Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên dầu hỏa, cung cấp linh hoạt làm giảm tổng hàm lượng lưu huỳnh sản phẩm cuối Mặc dù số linh hoạt xử lý ẩm ướt, hydrotreating thay đổi nhiều tính chất dầu hỏa xử lý ướt làm giảm hàm lượng axit mercaptan lưu huỳnh Trong tổng số nhiên liệu máy bay phản lực sản xuất khoảng 45-55% hydrotreating 35-45% cách xử lý ẩm ướt ❖ Việt Nam Ở Việt Nam có nhà máy chế biến dầu với công suất 6,5 triệu tấn/năm Dung Quất, Quảng Ngãi Nhà máy thực chất có phần lọc dầu để sản xuất loại nhiên liệu (chủ yếu xăng dầu diesel) Với công suất vậy, nhà máy lọc dầu Dung Quất, với dây chuyền sản xuất nhỏ khác (gần triệu tấn/năm) bảo đảm khoảng 40% nhu cầu nước vào năm 2013 Quy mô sản xuất phân xưởng KTU 10000 thùng/ngày đạt sản phẩm khỏang 200-300 nghìn tấn/ năm Nguyê liệu nhà máy gồm 85% dầu 15 % dầu chua, hàm lượng lưu huỳnh khồn cao nên xử lý kerosene theo công nghệ Mericat II quyền Merichem Company (Mỹ) xử lý kerosene theo phương pháp hóa có dùng kiềm Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn vào hoạt động với công suất 10 triệu tấn/năm Nguyên liệu nhà máy dầu chua, hàm lượng lưu huỳnh cao nên sản xuất nhiên liệu phản lực theo công nghệ Prime K quyền Axens xử lý tạp chất kerosene có sử dụng hydro Bản chất hóa học 4.1 Phương pháp hóa khơng dùng hydro 4.1.1 Trích ly axit naphtenic Mục đích q trình tách axit naphthanic để sản phẩm kerosene sau xử lý đáp ứng tiêu chuẩn tiêu ăn mòn đồng Mặt khác, không tách axit khỏi sản phẩm gây khó khăn cho q trình xử lý khác có sử dụng kiềm axit Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên phản ứng với kiềm tạo thành dạng nhũ tương cản trở trình cơng nghệ Q trình tách A-xít Naphthenic xảy theo phản ứng hóa học sau: R-COOH + NaOH -> RCOONa + H2O (1) Trong trường hợp nguyên liệu có chứa hàm lượng axit naphthenic bỏ qua công đoạn xử lý Các yếu tố ảnh hưởng tới trình tách axit naphthenic là: nồng độ dung dịch kiềm, tốc độ tuần hoàn, nhiệt áp suất tiến hành q trình 4.1.2 Oxy hố mercaptan Q trình tách mercaptans từ kerosene phải tiến hành oxy hố để chuyển mercaptan thành dạng disulfide hydrocacbon (disulfide oils - DSO) bền vững Để oxy hố mercaptans khơng khí trộn vào kerosene trước đưa vào thiết bị trộn (thiết bị tiếp xúc) Khi dung dịch kiềm tiếp xúc với kerosene thiết bị tiếp xúc mercaptans tách khỏi kerosenen chuyển vào pha dung dịch kiềm Tại pha kiềm xảy phản tạo natri mercaptides (NaSR): RSH + NaOH > RSNa + H2O (2) Oxy khơng khí từ pha hydrocacbon đồng thời khuyếch tán vào dung dịch kiềm Tại đây, phản ứng oxy hoá natri mercaptides xảy tạo DSO theo phản ứng sau: 4RSNa + O2 + H2O > 2RSSR + 4NaOH (3) Để tăng tốc độ phản ứng trình hiệu suất phản ứng, người ta sử dụng xúc tác cho phản ứng Xúc tác thường sử dụng Cobalt phthalocyanine DSO tạo thành sau phản ứng oxy hoá chất khơng hồ tan mơi trường nước, chất khuyếch tán ngược trở lại pha hydrocacbon Như vậy, tổng lượng lưu huỳnh chứa hydrocacbon không thay đổi sau xử lý Kerosene phương pháp sử dụng kiềm mà chuyển hợp chất lưu huỳnh từ dạng hoạt tính (mercaptans) sang dạng khơng hoạt tính (DSO) Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên Quá trình oxy hoá mercaptans kerosene với tham gia xúc tác mô tả rút gọn phản ứng sau: 4RSH + O2 > 2RSSR + 2H2O (4) Từ phản ứng q trình oxy hố mercaptans thấy rằng: q trình khơng tiêu tốn NaOH, tồn NaOH tham gia phản ứng ban đầu hồn ngun sau q trình oxy hố Các yếu tố ảnh hưởng tới q trình oxy hố mercaptans là: nhiệt độ, tốc độ dòng dung dịch kiềm áp suất tiến hành trình 4.1.3 Quá trình rửa nước Sau khí oxy hố, để tách mercaptans loại bỏ tạp chất kéo theo, kerosenen đưa tới thiết bị rửa nước Quá trình nhằm mục đích loại bỏ lượng NaOH nằm pha hydrocacbon Dung môi để tách kiềm khỏi kerosene nước nước có khả hồ tan NaOH tốt Q trình rửa sản phẩm thực thiết bị tiếp xúc sợi Sau khỏi thiết bị oxy hố, kerosene chứa khoảng 5ppm NaOH, lượng NaOH cần phải loại bỏ để đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm Nước sử dụng để rửa kiềm bám theo kerosene nước khử khoáng nước ngưng có độ tinh khiết cao nhằm tăng hiệu q trình rửa Lưu lượng dòng nước rửa tuần hoàn xác định sở hàm lượng NaOH chứa kerosene yêu cầu hàm lượng NaOH chứa nước rửa không vượt 500ppm khối lượng 4.1.4 Quá trình sấy muối Kerosene sau khỏi thiết bị rửa nước kéo theo lượng nước tự cần phải loại bỏ để đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm (đặc biệt kerosene dùng làm nhiên liệu phản lực) Nước kéo theo loại bỏ thiết bị sấy muối, trình tách nước dựa nguyên tắc động lực hoà tan muối nước tương đối lớn Q trình sấy muối khơng tách nước tự kéo theo mà giảm nước hồ tan Kerosene xuống mức bão hồ 4.1.5 Q trình lọc đất sét Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên Kerosene sau khỏi thiết bị sấy muối đưa tới thiết bị lọc đất sét Tại tạp chất lại sau q trình xử lý hạt rắn, nước, chất tạo bọt, nhũ tương hợp chất bề mặt tiếp tục giữ lại lớp vật liệu lọc nhằm đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm 4.2 Xử lý kerosene có sử dụng hydro Dầu thơ dầu chua sau qua phân xưởng chưng cất chứa hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ, oxy với hàm lượng cao cần phải loại bỏ phương pháp hydrotreating Phương pháp dùng hydro để khử hợp chất dạng dễ tách tách Mục tiêu chủ yếu trình làm giảm lưu huỳnh nâng cao chất lượng sản phẩm làm giam lượng huydrocacbon thơm để cải thiện chiều cao lửa khơng khói Gồm phản ứng: - Loại bỏ lưu huỳnh - Loại bỏ ni-tơ oxy - Loại bỏ kim loại - No hóa hợp chất thơm a) Phản ứng khử lưu huỳnh Khử lưu huỳnh nhằm tránh ngộ độc xúc tác chế biến tránh phát thải khí độc SOx đốt cháy nhiên liệu Các khí thải khơng làm nhiễm mơi trường mà gây ăn mòn thiết bị, máy móc Các hợp chất lưu huỳnh tồn hai dạng: mạch hở mạch vòng Lưu huỳnh cấu trúc mạch hở dễ tách so với lưu huỳnh dị vòng Tất phản ứng phản ứng tỏa nhiệt, chúng tạo hydro sulfua tiêu thụ hydro Các phản ứng diễn sau: - Các hợp chất mercaptan 𝑅 − 𝑆𝐻 + 𝐻2 → 𝑅 − 𝐻 + 𝐻2 𝑆 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 Công nghệ xử lý kerosen - GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên Hợp chất sulfua 𝑅– 𝑆– 𝑅’ + 2𝐻2 → 𝑅– 𝐻 + 𝑅’ − 𝐻 + 𝐻2 𝑆 - Hợp chất disulfua 𝑅– 𝑆 − 𝑆– 𝑅’ + 3𝐻2 → 𝑅– 𝐻 + 𝑅’ − 𝐻 + 2𝐻2 𝑆 - Thiophen b) Các phản ứng khử nitơ - Những phản ứng dẫn tới trình tạo amoni Những phản ứng phản ứng tỏa nhiệt Các phản ứng diễn sau: - Pyridin - Amin - Quinolin c) Hydro hóa hợp chất chứa oxy • Hydro hóa liên kết C-O - Các alcohol phenol 𝑅 – 𝑂𝐻 + 𝐻2 ⟶ 𝑅 – 𝐻 + 𝐻2 𝑂 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 Công nghệ xử lý kerosen - GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên Các axit • Sự hydro hóa liên kết C=O - Aldehyt d) Hydro hóa hợp chất thơm Sự hydro hóa hợp chất thơm có giới hạn nhiệt động Những phản ứng tỏa nhiệt có số luợng phân tử giảm Do phản ứng thích hợp nhiệt độ thấp áp suất cao Với áp suất cho, nhiệt độ tăng tốc độ hydro hóa tăng trước tiên, đạt đến giá trị tối đa, sau giảm nhiệt độ tiếp tục tăng Với nhiệt độ cho, tốc độ hydro hóa tăng nhanh với tăng áp suất Ví dụ: - Benzene - Napthalene e) Sự khử kim loại Những hợp chất hữu chứa kim loại (chứa As, Pb, Cu, Ni, Va ) bị bẽ gãy kim loại bị giữ lại xúc tác Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 10 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên Lượng lỏng bị theo là: 6805,36 x 2% = 136,107 ( kg/h) 3.2.2 Tính tốn cho thiết oxy hóa mercaptan Phương trình phản ứng: 4C12H25SH + O2 → 2C12H25SSC12H25 + 2H2O Ban đầu (kg/h): Phản ứng (kg/h): 25,104 1,432 24,099 Sau phản ứng (kg/h): 1,005 0,954 0,476 0 23,488 1,118 23,488 1,118 Lượng oxi đưa vào cần gấp 1,5 lần lượng oxi cần tham gia phản ứng Coi khơng khí chiếm 21% oxy 79% nitơ lượng khơng khí đưa vào là: 1,432/0,21 = 6,817 (kg/h) Lượng nitơ theo vào là: 6,817 x 79% = 5,386 ( kg/h) Lượng disunfua tạo : 0,124/2 x 387 = 23,488 ( kg/h) Lượng nước tạo thành: 0,124/2 x 18 = 1,118 (kg/h) NaOH tuần hoàn thiết bị: 6976,296 (kg/h) Hiệu suất tách 98% Như lượng NaOH bị theo là: 6976,296 x 2% = 142,248 (kg/h) 3.2.3 Tính toán cho thiết bị rửa kiềm nước Hiệu suất: 97% Lượng kiềm bị rửa trôi là: 142,248 x 97% = 137,981 (kg/h) Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 31 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên Lượng nước đưa vào: 13197 (kg/h) Hiệu suất tách 99% lượng nước bị theo là: (137,981 + 13197) x 1% = 133,350 (kg/h) 3.2.4 Sấy nước muối Hiệu suất 99% Lượng nước tách là: 133,3498 x 99% = 132,016 (kg/h) Lượng nước lại là: 133,350 – 132,016 = 1,333 (kg/h) 3.2.5 Tách đất sét Hiệu suất 98% Lượng nước sót lại tách hoàn toàn là: 1,33 (kg/h) Giả sử lượng chất hoạt động bề mặt tạp chất khác 250 x 2% = (kg/h) Lượng tạp chất bị tách là: 5x 98% = 4,9 (kg/h) Bảng 3.7: Cân vật chất cho tồn q trình Đầu vào (kg/h) Kerosene Chất khác n-undecane 2874,107 iso-dodecane 7922,529 2-dimethylnonane 15024,843 n-pentyl-cyclohexane 5741,503 n-heptyl-cyclohexane 5089,060 Trans-decahydronaphthalene 4287,486 1-tert-Butyl-3,58767,598 dimethylbenzene Dodecanoic acid 6,214 4-(2 methylcyclopentyl) 11,558 butanoic acid Thành phần Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 Đầu (kg/h) Kerosen Bị loại bỏ 2874,107 7922,529 15024,843 5741,503 5089,060 4287,486 8767,598 0,186 0,347 32 Công nghệ xử lý kerosen Dodecyl mercaptan Dung dịch NaOH Nước tạo thiết bị C11H23COONa C10H21COONa O2 Nước tạo thiết bị N2 C12H25SSC12H25 Nước vào thiết bị Tạp chất Tổng Sai số = GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên 25,104 1,005 110,960 3,328 105,646 6,897 12,925 0,477 1,118 5,386 1,432 5,386 23,488 133,350 250 50000 251,127 50251,127 133,350 0,1 249,9 49732.250 542,512 50251,274 50251, 274 − 50215,127 100 = 0, 00029% 50251, 274 Trong q trình tính tốn có sai số nhỏ làm tròn lúc tính 3.3 Tính tốn cân nhiệt lượng Nhiệt lượng chất tính theo cơng thức: Q = G.C.t Trong đó: G: khối lượng chất (kg) c: Nhiệt dung riêng chất (kJ/kg.độ) t: Nhiệt độ chất (oK) Cơng thức tính nhiệt dung riêng chất hóa học tính theo cơng thức I.41 [11-152]: M.c = n1.c1+ n2.c2 + n3.c3 + … Trong đó: M: khối lượng mol hợp chất c: nhiệt dung riêng hợp chất hóa học, J/kg.độ n1,n2,n3,…: số nguyên tử nguyên tố hợp chất Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 33 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên c1, c2, c3,…: nhiệt dung nguyên tử nguyên tố tương ứng, J/kg nguyên tử.độ Nhiệt dung riêng n-undecan là: c= n1.c1 + n2.c + n3.c3 + 11 7500 + 24 9630 = = 3594,23 (J/kg.độ) M 156 Tương tự ta tính nhiệt dung riêng chất khác sau: Bảng 3.8 Nhiệt dung riêng chất Cấu tử n-undecane iso-dodecane 2-dimethylnonane n-pentyl-cyclohexane n-heptyl-cyclohexane Trans-decahydronaphthalene 1-tert-Butyl-3,5-dimethylbenzene Dodecanoic acid 4-(2 methylcyclopentyl) butanoic acid Dodecyl mercaptan Nhiệt dung riêng (J/kg.độ) 3594,23 3578,82 3594,23 3407,14 3407,14 3195,65 3231,32 3113 3090,86 3165,34 Đối với dung dịch NaOH Nhiệt dung riêng dung dịch có nồng độ nhỏ 20% tính theo cơng thức I.43 [11-152] C= 4186.(1-x) ( J/kg.độ) x nồng độ chất tan (% khối lượng) Nhiệt dung riêng NaOH có nồng độ x= 3,36% CNaOH = 4186.(1-0,0336)= 4045,35 J/kg.độ 3.3.1 Nhiệt lượng đầu vào Dòng kerosene đầu vào có nhiệt độ 40 oC - Nhiệt lượng n-undecane vào là: Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 34 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên 3594,23 x 2874,107 x 40/1000 = 413208 (KJ/h) - Nhiệt lượng iso-dodecane vào là: 3578,82 x 7922,529 x 40/1000= 1134133 (KJ/h) - Nhiệt lượng 2-dimethylnonane vào là: 3594,23 x 15024 x 40/1000= 2160110 (KJ/h) - Nhiệt lượng n-pentyl-cyclohexane vào là: 3407,14 x 5741,503 x 40/1000= 782485 (KJ/h) - Nhiệt lượng n-heptyl-cyclohexane vào là: 3407,14 x 5089,06 x 40/1000= 693566 (KJ/h) - Nhiệt lượng trans-decahydronaphthalene vào là: 3195,65 x 4287,486 x 40/1000=548053 (KJ/h) - Nhiệt lượng 1-tert-Butyl-3,5-dimethylbenzene vào là: 3231,33 x 8767,589 x 40/1000 = 1133238 (KJ/h) - Nhiệt lượng dodecanoic acid vào là: 3113 x 6213,748 x 40/1000= 774 (KJ/h) - Nhiệt lượng 4-(2-methylcyclopentyl)butanoic acid vào là: 3090,86 x 11,557 x 40/1000 = 1429 (KJ/h) - Nhiệt lượng dodecyl mercaptan vào là: 3165,35 x 25,103 x 40/1000 = 3178 (KJ/h) - Nhiệt lượng dung dich NaOH vào là: 110,96 x 4045,35 x 40/1000 = 20199,24 (KJ/h) - Nhiệt lượng dòng oxi vào là: 9180 x 1,432 x 45/1000 = 591,56 (KJ/h) Với nhiệt dung riêng oxi là: 9180 (J/kg.độ) - Nhiệt lượng dòng nito vào là: 1040 x 5,386 x 45/1000 = 252,06 (KJ/h) Với nhiệt dung riêng nitơ 1040 (J/kg.độ), nhiệt độ 45 oC - Nhiệt lượng dòng nước vào là: 4180 x 133,35 x 30/1000 = 25083 (KJ/h) Với nhiệt dung riêng nước 4180 (KJ/kg.độ), nhiệt độ 30 oC 3.3.2 Nhiệt lượng đầu Dòng kerosene đầu có nhiệt độ 40 oC Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 35 Công nghệ xử lý kerosen - GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên Nhiệt lượng n-undecane là: 3594,23 x 2874,107 x 40/1000 = 413208 (KJ/h) - Nhiệt lượng iso-dodecane là: 3578,82 x 7922,529 x 40/1000= 1134133 (KJ/h) - Nhiệt lượng 2-dimethylnonane là: 3594,23 x 15024 x 40/1000= 2160110 (KJ/h) - Nhiệt lượng n-pentyl-cyclohexane là: 3407,14 x 5741,503 x 40/1000= 782485 (KJ/h) - Nhiệt lượng n-heptyl-cyclohexane là: 3407,14 x 5089,06 x 40/1000= 693566 (KJ/h) - Nhiệt lượng trans-decahydronaphthalene là: 3195,65 x 4287,486 x 40/1000=548053 (KJ/h) - Nhiệt lượng 1-tert-Butyl-3,5-dimethylbenzene là: 3231,33 x 8767,589 x 40/1000 = 1133238 (KJ/h) - Nhiệt lượng dodecanoic acid là: 3113 x 0,186 x 40/1000= 23,16 (KJ/h) - Nhiệt lượng 4-(2-methylcyclopentyl)butanoic acid là: 3090,86 x 0,347 x 40/1000 = 42,9 (KJ/h) - Nhiệt lượng dodecyl mercaptan là: 3165,35 x 1,005 x 40/1000 = 127,25 (KJ/h) - Nhiệt lượng dung dich NaOH là: 110,96 x 3,328 x 40/1000 = 538,5 (KJ/h) - Nhiệt lượng dòng nito là: 1040 x 5,386 x 45/1000 = 252,06 (KJ/h) Với nhiệt dung riêng nito 1040 (J/kg.độ) - Nhiệt lượng dòng nước là: 4180 x 133,35 x 30/1000 = 25083 (KJ/h) Với nhiệt dung riêng nước 4180 (KJ/kg.độ) - Nhiệt lượng dòng C11H23COONa là: 2874,32 x 6,897 x 40/1000 = 792,97 (KJ/h) - Nhiệt lượng dòng C10H21COONa là: 2677,40 x 12,925 x 40/1000 = 1384,218 (KJ/h) Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 36 Công nghệ xử lý kerosen - GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên Nhiệt lượng dòng C12H25SSC12H25đi là: 3091,54 x 23488 x 40/1000 = 2904,57 (KJ/h) - Nhiệt lượng dòng nước tạo thiết bị là: 4180 x 105,646 x 40/1000 = 17664,01 (KJ/h) - Nhiệt lượng dòng nước tạo thiết bị là: 4180 x 1,118 x 40/1000 = 186,93 (KJ/h) Ta có bảng cân nhiệt lượng sau: Bảng 3.10 Bảng cân nhiệt lượng Thành phần n-undecane iso-dodecane 2-dimethylnonane n-pentyl-cyclohexane n-heptyl-cyclohexane Trans-decahydronaphthalene Đầu vào (KJ/h) 413208,15 1134133,27 2160110,05 782484,85 693566,12 548052,58 Đầu (KJ/h) 413208,15 1134133,275 2160110,05 782484,85 693566,12 548052,58 1-tert-Butyl-3,5-dimethylbenzene 1133238,49 1133238,49 Dodecanoic acid 4-(2 methylcyclopentyl) butanoic acid Dodecyl mercaptan Dung dịch NaOH Nước tạo thiết bị C11H23COONa C10H21COONa O2 Nước tạo thiết bị N2 C12H25SSC12H25 Nước vào thiết bị Tổng 773,73 23,16 1428,91 42,90 3178,45 20199,24 127,24 538,52 17664,01 792,97 1384,22 175,15 186,92 224,06 2904,57 25083,114 6911153,35 Sai số = 591,56 252,07 25083,114 6916300,60 6916300, 60 − 691153,35 100 = 0,07% 6916300, 60 Sai số nhiệt mát mơi trường làm tròn tính tốn Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 37 Công nghệ xử lý kerosen 3.4 GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên Tính tốn thiết bị 3.4.1 Tính tốn đường kính chiều cao thiết bị Trong thiết kế thiết bị ox hóa mercaptan, tham khảo tỉ lệ chiều dài vào đường kính phụ thuộc vào áp suất cho bảng đây: Bảng II.3:Tỷ lệ H/D phụ thuộc vào áp suất làm việc thiết bị phản ứng Áp suất (Psi) Tỉ lệ H/D 0-250 2,5 – 3,5 250-500 3,5 – 4,5 >500 4,5 – 5,5 Lò phản ứng thiết kế làm việc áp suất 4,6 at hay 67,62 psi Nên chọn tỉ lệ H/D = 3,5 Lưu lượng khối lượng dòng kerosene vào thiết bị mercaptan là: 49750 – (6,897 + 105,642 +12,925) + 136,107 = 49765,64 (kg/h) Khối lượng riêng dòng kerosene 760 kg/m3 Lưu lượng thể tích dòng kerosene là: 49765,64/760 = 65,48 (m3/h) Lượng dung dịch NaOH tuần hoàn 6976,296 kg/h, khối lượng riêng 1028 kg/m3 Lưu lượng thể tích dòng NaOH là: 6976,296/1028 = 6,79 (m3/h) Lưu lượng tổng vào thiết bị là: 65,48 + 6,79 = 72,27 (m3/h) Thời gian lưu thiết bị t = 0,5 (h) thể tích thiết bị là: 72,27 x 0,5 = 36,13 (m3) Thể tích lớp đệm cacbon 52,2 m3 Như thể tích cần thiết thiết bị là: 36,13 + 52,2 = 88,36 (m3) Làm tròn thể tích thiết bị là: V = 90 (m3) Thiết bị phản ứng có thân hình trụ, đường kính D, chiều cao H Chọn H =3,5D V = D2 3,5 H = D3 4 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 38 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên Từ tính được: D = 3,1 m Chọn D = 3m, ta tính H = 10m 3.4.2 Tính tốn chiều dày thiết bị Chọn vật liệu làm thân buồng đốt thép CT3 Bề dày buồng đốt xác định theo công thức XIII.8 STQTTB T2/ trang 360 S= Dt P + C (m) − P Trong đó: Dt đường kính buồng đốt (m) φ: hệ số bền thành hình trụ tính theo phương dọc, chọn φ=0,95 (theo bảng XIII.8 STQTTB T2/ trang 362) C: hệ số bổ sung ăn mòn (m) P: áp suất thiết bị (N/m2) ứng suất cho phép gồm ứng suất kéo [ k] ứng suất giới hạn chảy [ c] Ứng suất kéo: [ k ] = k nk (N/m2) (Công thức XIII.1 STQTTB T2/ trang 355) Với: : hệ số hiệu chỉnh, chọn = 0,9 (Bảng XIII.2 STQTTB T2/trang 356) nb: hệ số an toàn theo giới hạn bền, nb= 2,6 (Bảng XIII.3 STQTTB T2/ trang 356) Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 39 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên k: giới hạn bền kéo, k = 380.106 (N/m2) (theo bảng XII.4 STQTTB T2/trang 309) [ k ] = 380.106 0,9 = 131,54.106 (N/m2) 2, Ứng suất giới hạn chảy: [ c ] = c nc (N/m2) (Công thức XIII.2 STQTTB T2/trang 355) Với: nc= 1,5 ( bảng XIII.3 STQTTB T2 /trang 356) : hệ số hiệu chỉnh, chọn = 0,9 ( bảng XIII.3 STQTTB T2 /trang 356) c: giới hạn bền chảy, c = 240.106 (N/m2) (bảng XII.4 STQTTB T2/trang 309) [ c ] = 240.106 0,9 = 144.106 (N/m2) 1,5 Ứng suất cho phép phải lấy giá trị nhỏ để tính tốn đảm bảo điều kiện bền, tức lấy = 131,54 106 (N/m2) Đại lượng bổ sung C phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn dung sai chiều dày Đại lượng C xác định theo công thức XIII.17 STQTTB T2/ trang 363 C= C1+ C2+ C3 (m) Với: C1 : đại lượng bổ sung ăn mòn, C1= 1mm C2 : đại lượng bổ sung hao mòn, C2= Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 40 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên C3 : đại lượng bổ sung dung sai chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày vật liệu Áp suất làm việc thiết bị : P = 4,6 (at) = 4,6 98100= 451260 (N/m2) Ta có: = 1,315.108 0,95 = 274, 65 > 50 bỏ qua đại lượng P mẫu P Nên S = 451260 451260 + C = 5, 77.10−3 + C (m) 1,315.108 0,95 Chọn C3= 0,22(mm) (theo bảng XIII.9 STQTTB T2/ trang 364) C= C1+ C2+ C3= 1+ 0+ 0,22= 1,22 (mm)= 1,22.10-3 (m) S= (5,77+ 1,22)x10-3= 6,99.10-3 (m) Chọn S= 7.10-3 (m) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử công thức XIII.26 STQTTB T2/trang 365 = Dt + (S − C ).P0 c 2( S − C ). 1, (N/m2) Trong : Po áp suất thử tính tốn theo cơng thức XIII.27 STQTTB T2/trang 366 Po= Pth + P1 (N/m2) Pth áp suất thử thủy tĩnh lấy theo bảng XIII.5 STQTTB T2/trang 358 Chọn Pth= 1,5.Phđ P1 áp suất thủy tĩnh nước, tính theo cơng thức XIII.10 STQTTB T2/360 Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 41 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên P1= g.ρdd1.H = 9,81 760 10 = 78283,8(N/m2) Với H chiều cao cột chất lỏng Vậy: Po= 1,5 451260+ 78283,8 = 529543,8 (N/m2) Ta có: 3 + ( − 1, 22 ) 10−3 529543,8 c 240.106 = = 1, 69.10 < = = 2.108 (N/m2) ( − 1, 22 ) 10−3.0,95 1,2 1,2 Vậy chọn S= 7(mm) 3.4.3 Tính đường cửa nạp nguyên liệu Theo cơng thức V.41, STQTTB T2/Trang 74 Phương trình lưu lượng: Vs = d= d (m / s ) Vs m 0,785. Với: Vs: lưu lượng khí, hơi, dung dịch chảy ống (m3/s) ω : tốc độ thích hợp ống (m/s) Chọn ω = 20 m/s (đối với nước bão hòa, chọn ω = 20 ÷ 40 m/s) ω = 1,5 m/s (đối với chất lỏng nhớt, chọn ω = ÷ m/s) - Cửa nạp kerosen 72, 27 = 0,162 (m) 3600 0, 785 1,5 Chọn d = 200 (mm) Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 42 Công nghệ xử lý kerosen - GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên Cửa nạp NaOH 6, 79 = 0, 049 (m) 3600 0, 785 1 Chọn d = 100 (mm) - Cửa tháo kerosen lấy d = 0,130 (m) 3.4.4 Tính chọn phần đầu tiếp xúc Các sợi tiếp xúc kim loại dày từ 0,1 đến 0,3 mm Thể tích lớp đệm cacbon 52,2 m3 Chọn đường kính thiết bị tiếp xúc 0,6 m, ta có: 32 0, 62 52, = 3,14 h − 4 H = (m) Chọn chiều cao thiết bị tiếp xúc 12 m Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 43 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên KẾT LUẬN Qua trình làm đồ án em hiểu biết thêm tầm quan trọng trình xử lý kerosene Xử lý kerosene nhằm mục đích loại bỏ axit naphtenic mercaptan kerosene để kerosene đạt tiêu nhiên liệu phản lực Quá trình xử lý kerosene bao gồm giai đoạn: tách axit naphtenic kiềm, oxi hóa mercaptan chuyển dạng disunfide oil bền hơn, sau rửa kiềm theo, tách nước muối cho vào thiết bị lọc đất sét Sau kerosene đạt tiêu chuẩn nhiên liệu phản lực đưa sử dụng Em xin trân thành cảm ơn PGS TS Nguyễn Hồng Liên tận tình giúp đỡ em suốt trình thực hoàn thành đồ án Do kiến thức hạn chế nên đồ án có nhiều thiếu sót, em mong đóng góp ý kiến thầy giáo để đồ án em hoàn chỉnh Em xin trân thành cảm ơn! Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 44 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn Hồng Liên TÀI LIỆU THAM KHẢO Handbook petroleum refinering processes, Robert A Meyers Hydrocarbon Processing’s 2011 Refining Processes Handbook Patent Application Publication, Kerosene composition, Masahiko Shibuya Tsutomu Yoshida, Yasuyuki Takehira, No.US 2005/0145539 l A1, Date: Jul 7, 2005 Patent Application Publication, Device and method for non-dispersite contacting of liquid-liquid reactive system, Ujjwal Manna, Ram Prakash Verma, Sarvesh Kumar, Shankar Khatua, No.US 2006/0231490 A1, Date Oct.19,2006 Kinetic study for oxidation of existing mercaptans in kerosene Using Impregnated activated carbon with MEROX catalyst in alkaline solution, Amir Farshi and Zahra Rabiei, Date: 12 July 2005 Removal of naphthenic acids from liquid petroleum, S.Riahi, P.Pourhossein &M.R.Ganjali, 16 Dec 2008 Reactive extraction of naphthenic acid by using sodium hydroxide as an extractant, Ravi Bhashkar Kumara, S N Shindeb, Dr Shashank G Gaikwadc Aviation Fuels Technical Review, Chevron Corporation, 2006 Hóa học dầu mỏ khí, PGS.TS Đinh Thị Ngọ, PGS.TS Nguyễn Khánh Diệu Hồng, NXB Khoa học kĩ thuật, năm 2014 10 PGS.TS Lê Văn Hiếu Công nghệ chế biến dầu mỏ NXB Khoa học Kỹ thuật 2009 11 Sổ tay trình thiết bị cơng nghiệp hóa chất tập1, NXB khoa học kỹ thuật 12 Sổ tay trình thiết bị cơng nghiệp hóa chất tập 2, NXB khoa học kỹ thuật 13 Tài liệu nhà máy Dung Quất Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 45 ... nhiều phân xưởng để tạo sản phẩm khác phân xưởng xử lý kerosene số Phân xưởng kerosene thiết kế sử dụng kiềm để trích ly, làm giảm hàm lượng mercaptan, axit naphthenic dòng kerosene đến từ phân xưởng. .. QUAN VỂ PHÂN XƯỞNG XỬ LÝ KEROSEN Mục đích thiết kế phân xưởng Phân xưởng kerosene thiết kế sử dụng kiềm để trích ly, làm giảm hàm lượng mercaptan, axit naphthenic dòng kerosene đến từ phân xưởng. .. máy Với đề tài Tìm hiểu hoạt động sản xuất phân xưởng xử lý kerosene” phần giúp em hiểu thêm phân xưởng nhà máy lọc dầu Sinh viên: Nguyễn Thị Phương - 20143523 Công nghệ xử lý kerosen GVHD: PGS.TS.Nguyễn