ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: CHƯNG CẤT DẦU THÔ NẶNG VỚI NĂNGSUẤT 1TRIỆU TẤN/NĂM

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 q trình chế biến trải qua nhiều giai đoạn khác nhau, để phân chia phân đoạn nhỏ Sự phân chia dựa vào nhiệt độ sơi 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 hồn 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 q trình hình thành chất hydrocarbon dầu thơ, chủ yếu hai giả thiết: giả thiết nguồn gốc vơ (gọi nguồn gốc khống) nguồn gốc hữu dầu thô 1.1.1 Nguồn gốc khống Theo giả thiết này, lịng 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 lịng đất xúc tác khống sét, tạo thành loại hydrocarbon có dầu thơ Tuy nhiên, trình độ khoa học cơng nghệ ngày phát triển giả thiết khơng cịn do: - Bằng phương pháp đại phân tích dầu thơ có chứa clorofin có nguồn gốc từ động thực vật SV: Phan Thị Thúy Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm - Trong vỏ trái đất, hàm lượng cacbua kim loại không đáng kể - Các hydrocarbon thường gặp lớp trầm tích, nhiệt độ vượt q 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 thơ có nguồn gốc hữu cơ.[1] 1.1.2 Nguồn gốc hữu Theo giả thiết này, dầu thơ 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 C R OH C C O C C C C O O O R C C O \H2O O R' R' O SV: Phan Thị Thúy Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm 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 khơng 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 khơng 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 – 90% trọng lượng có dầu, cịn lại hợp chất chứa oxy, lưu huỳnh, nitơ, phức kim, chất nhựa, asphanten 1.2.1 Thành phần hydrocarbon dầu mỏ SV: Phan Thị Thúy Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm 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 cơng 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 khơng 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 hịa tan dầu tạo thành tinh thể lơ lửng dầu Khi hàm lượng paraffin rắn cao, dầu bị đơng 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] b Hydrocarbon naphtenic (cyclo paraffin) SV: Phan Thị Thúy Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm Hydrocarbon naphtenic số hydrocarbon phổ biến quan trọng dầu mỏ, có cơng thức tổng qt CnH2n Hàm lượng chúng thay đổi từ 30 – 60% trọng lượng Loại hydrocarbon thường dạng vịng 5,6 cạnh, dạng ngưng tụ vịng Cũng có trường hợp phân tích hợp chất có đến vịng ngưng tụ Các hydrocarbon naphtenic có mặt phân đoạn nhẹ( thường vịng nhánh phụ ); phần có nhiệt độ sơi trung bình cao( cấu tử có nhiều vịng 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 vịng làm cho xăng có chất lượng cao; hydrocarbon naphtenic vịng 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 cịn ngun liệu q 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 đơng đặc thấp nên giữ tính linh động, khơng gây khó khăn tốn cho trình bơm, vận chuyển, phun nhiên liệu.[1,4] c Hydrocarbon aromatic (hydrocarbon thơm) Hydrocarbon aromatic có cơng thức tổng qt C nH2n-6, có cấu trúc vịng 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 nổ xăng Các chất ngưng tụ 2,3 vịng thơm có mặt phần có nhiệt độ SV: Phan Thị Thúy Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm sơi 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 vịng 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 sơi 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 Ngồi cịn 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 thơ 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] 1.3 Phân loại dầu mỏ Dầu thô muốn đưa vào q trình chế biến bn bán thị trường, cần phải xác định xem chúng thuộc loại nào: dầu nặng hay nhẹ, dầu chứa nhiều hydrocarbon SV: Phan Thị Thúy Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm paraffinic, naphtenic hay aromatic, dầu có chứa nhiều lưu huỳnh hay khơng? 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 thơ chủng vậy, mà có loại, dầu trung gian; chẳng hạn như: dầu naphteno – paraffinic, có nghĩa hàm lượng paraffin trội ( 50% paraffin, 25% naphten, cịn 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 Họ paraffin – trung gian > 0.8502 0.8767 – 0.9334 Họ naphtenic > 0.8602 > 0.9340 SV: Phan Thị Thúy Phân đoạn Page | Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm 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 thơ 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 W1 = = 38,209 (tấn/ngày) W1 = = 1,592 (tấn/h) Lượng sản phẩm xăng nhẹ: W2 = = 41300(tấn/năm) W2 = = 123,284 (tấn/ngày) W2 = = 5,137 (tấn/h) Lượng sản phẩm xăng nặng: W3 = = 157900 (tấn/năm) W3 = = 471,343 (tấn/ngày) W3 = = 19,393 (tấn/h) Lượng sản phẩm cặn: W4 = = 271 800 (tấn/năm) W4 = = 811,343(tấn/ngày) W4 = = 33,806 (tấn/h) 4.1.2.Tại tháp tái bay Lượng sản phẩm Kerosen: W5 = = 71 000 (tấn/năm) W5 = = 211,940 (tấn/ngày) W5 = = 8,830 (tấn/h) Lượng sản phẩm Diezel: SV: Phan Thị Thúy Page | 32 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm W6 = = 179 300 (tấn/năm) W6 = = 535,223 (tấn/ngày) W6 = = 22,300 (tấn/h) Lượng sản phẩm Gasoil nặng: W7 = = 265 900 (tấn/năm) W7 = = 793,731 (tấn/ngày) W7 = = 33,072 (tấn/h) WRA= W1 + W2 + W3 + W4 + W5 + W6 + W7 = 1,592 + 5,137 +19,393 + 33,806 + 8,830 + 22,300 + 33,072 = 124,130 (tấn/h) Bảng : Kết tính cân vật chất Chất vào (tấn/h) Nguyê 124,378 n liệu SV: Phan Thị Thúy Chất (tấn/h) 1.28% Khí 1,592 4.13% 15.79 % 7.1% 17.93 % 26.59 % Xăng nhẹ 5,137 Xăng nặng 19,393 Kerosen 8,830 Diesel 22,300 Gasoil nặng 33,072 Page | 33 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm 27.18 % Tổng 124,378 Cặn 100% 33,806 124,130 Sai số Nhận xét : Sai số 0.19%, nguyên nhân sai số sai số q trình tính tốn 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 dung xả vào đáy tháp thường chọn 5% trọng lượng so với lưu lượng cặn Mazut thoát bằng: 271 800.0,05 = 13590 (tấn/năm) .103= 93.906 (kmol/h) Và: 4.2.2 Tính tiêu hao nước cho tháp tách Lượng nước dùng tháp tách thường chọn khoảng 2,5% so với lưu lượng sản phẩm Tại tháp lấy Naphta: = 1032,500 (tấn/năm) Và: = 7,134 (kmol/h) Tại tháp lấy Kerosen: =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: SV: Phan Thị Thúy Page | 34 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm = 6647,500 Và: (tấn/năm) = 45,934 (kmol/h) Tổng lượng dùng cho trình là: 93.906 + 7,134 + 12,265 + 30,980 + 45,934 = 190,219 (kmol/h) Các thông số nước: Áp suất: 10 at Nhiệt độ: 330oC 4.3 TÍNH CHẾ ĐỘ CƠNG NGHỆ CỦA THÁP CHƯNG CẤT 4.3.1 Tính áp suất của tháp Áp suất đỉnh tháp Do mát áp suất đường ống dẫn nên áp suất đỉnh tháp thường nhỏ so với áp suất tháp tách, thường khoảng 15% Chọn áp suất đỉnh tháp 760 (mmHg) Vậy áp suất đỉnh tháp tách là: Pd = 760 + = 874 (mmHg) Áp suất đỉnh lấy Kerosen SV: Phan Thị Thúy Page | 35 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm Trong điều kiện chưng cất lọc theo chiều cao tháp từ xuống áp suất tăng qua đĩa khoảng từ – (mmHg) Chọn áp suất thay đổi qua tầng (mmHg) Chọn số đĩa từ đĩa lấy Naphta đến đĩa lấy Kerosen 14 đĩa Khi áp suất đĩa lấy Kerosen là: Pkerosen = 874 + 7.14 = 972 (mmHg) Áp suất đĩa lấy Gasoil Chọn số đĩa từ đĩa lấy Kerosen đến đĩa lấy Gasoil 14 đĩa Khi áp suất đĩa lấy Gasoil là: Pgasoil = 972 + 7.14 = 1070 (mmHg) Áp suất cùng nạp liệu Chọn số đĩa từ đĩa lấy Gasoil đến đĩa nạp liệu 14 đĩa Khi áp suất đĩa nạp liệu là: Pnl = 1070 + 7.14 = 1168 (mmHg) Chọn số đĩa từ đĩa nạp liệu đến đĩa cuối 21 đĩa 4.3.2 Tính chế độ công nghệ của tháp Nhiệt đợ vùng nạp liệu Trong thức tế q trình chưng cất có mát áp suất có dùng nước xả vào đáy tháp để làm giảm áp suất riêng phần cấu tử sản phẩm Do nhiệt độ vùng nạp liệu khơng phải nhiệt độ điểm cuối sản phẩm trắng đường cong cân VE mà phải hiệu chỉnh áp suất riêng phần sản phẩm tính theo định luật Dalton P = Pnl + Y Trong đó: Pnl – Áp suất vùng nạp liệu Y – Phần mol sản phẩm đầu Y= SV: Phan Thị Thúy Page | 36 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm Với: mh, mk, mg, mhn: phần mol sản phẩm dầu nước Thay vào giá trị ta tìm P Mặt khác từ đường cong VE ta có nhiệt độ sản phẩm trắng t VE = 321oC Nên theo biểu đồ ANZI ta tìm nhiệt độ thực vùng nạp liệu tnl = 317 oC Nhiệt độ đáy tháp Nhiệt độ đáy tháp chọn thấp nhiệt độ vùng nạp liệu khoảng 10 – 40oC Chọn nhiệt độ đáy tháp tđ = 307oC Nhiệt đỉnh tháp Sản phẩm lấy dạng lỏng, điểm sôi cuối nhiên liệu Naphta đường cong VE (t100% = 160,3oC) Giả sử chọn nhiệt độ đĩa lấy Naphta t = 126oC Chọn nhiệt độ hồi lưu vào tháp 30oC Hệ số K = 11,8 có M = 82 phân đoạn Naphta Khi cân 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 sản phẩm nước tính theo (kg/h) g1 = 24,530 103 SV: Phan Thị Thúy Page | 37 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm g2 =8,830 103 g3 = 22,300 103 g4 = 66,878 103 g5 = 3423,942 Q1,…Q5: Lượng nhiệt sản phẩm nhường cho hồi lưu (kcal/h) Itvv, Itev: Entanpi sản phẩm dạng nhiệt độ nạp liệu nhiệt lấy Gasoil (kcal/kg) Itv1, Ite1: Entanpi sản phẩm dạng lỏng nhiệt độ nạp liệu nhiệt độ lấy Gasoil (kcal/kg) Ihnv: Entanpi nước nhiệt độ vào (kcal/kg) Vậy theo giá trị d nhiệt độ chọn ta tìm entanpi sau: (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 giá trị vào biểu thức ta tính 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) SV: Phan Thị Thúy Page | 38 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm 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 = 8505498,41 (kcal/h) Số mol hồi lưu xác định theo công thức: m= Trong đó: M: Phân tử trọng hồi lưu Q: Lượng nhiệt mà hồi lưu cần thu L: Ẩn nhiệt 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 = 82 819,382 = 67189,324 (kg/h) SV: Phan Thị Thúy Page | 39 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) SV: Phan Thị Thúy Page | 40 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm 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 ∑ 758907544,1 4.5 Tính tốn tháp chưng cất 4.5.1 Tính đường kính tháp Đường kính tháp chưng cất xác định theo công thức (ở chế độ hơi): D= (m) Với: S = (m2); = C (m/s) Trong đó: V: Lưu lượng lớn nhất, m2/s : Tốc độ chuyển động lớn cho phép hơi, m/s d1: Tỷ trọng sản phẩm trạng thái lỏng dv: Tỷ trọng sản phẩm trạng thái C: Hằng số tra theo đồ thị [6] Như để xác định đường kính tháp ta xác định đại lượng có liên quan SV: Phan Thị Thúy Page | 41 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm Chọn khoảng cách hai đĩa 0,75m có độ đóng thủy lực 2,5 Theo biểu đồ ta tìm hệ số C = 0,06 Mặt khác ta có d1 = 0,068 Tỷ trọng Naphta trạng thái xác định theo công thức: dv = Trong đó: P: Áp suất đĩa đầu tiên, (at).Do mát áp suất đường ống dẫn nên áp suất đỉnh tháp thường lớn áp suất tháp tách (760mmHg) khoảng 10 – 20% Ta chọn 15%, có P = Pđỉnh tháp = 760 + = 874 (mmHg) R: Hằng số khí, R = 0,082 (1at/g.oC) T: Nhiệt độ đĩa lấy Naphta, chọn nhiệt độ đĩa lấy Naphta 126 oC, Chọn nhiệt độ hồi lưu vào tháp 30oC Khi 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 = 0,06 = 1,13 (m/s) Lưu lượng lớn nhất: V= Trong đó: n= = 1762,49 Vậy: V = = = 11,84 (m3/s) Suy có: SV: Phan Thị Thúy Page | 42 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm S = = = 10,48 (m2) D = = = 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 tháp chưng cất xác định theo công thức: H = (N – 2).h + 2.a + b (m) Trong đó: H: Chiều cao toàn tháp h: Khoảng cách đĩa N: Số đĩa tháp = + + 10 + 15 = 41 đĩa a: Chiều cao từ đỉnh tháp đến đĩa (cũng chiều cao đáy tháp lên đĩa cuối cùng), chọn a = 2m b: Chiều cao vùng nạp liệu, chọn b = 1m Vậy chiều cao tháp chưng cất là: H = (41 – 2).0,75 + 2.2 + = 33,75 Quy chuẩn chọn chiều cao tháp chưng cất H = 34 (m) 4.5.3 Tính số chóp và đường kính chóp Trong trình chưng cất thường tổng tiết diện ống chiếm 10% so với tổng tiết diện đáy tháp Chọn đường kính ống hơi, d h = 250mm, số chóp đĩa xác định theo cơng thức: n =0,1 = 0,1 = 23,11 (chóp) Quy chuẩn 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: SV: Phan Thị Thúy Page | 43 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm 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 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy : 600 (mm) Đường kính ống hồi lưu: 400 (mm) SV: Phan Thị Thúy Page | 44 Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu nặng suất triệu tấn/năm KẾT LUẬN Như biết, để có sản phẩm chất lượng cao, ngồi thành phần dầu thơ tính chất lý hóa khác, chưng cất đóng vai trị quan trọng đến chất lượng sản phẩm Đây ngành cơng nghiệp có ích ngành cơng nghiệp chế biến dầu Từ ta sản xuất nhiều nguyên liệu cho động khác, giá thành thấp, thuận tiện cho q trình tự động hóa có chất lượng cao Đồ án gồm phần sau: - Tổng quan lý thuyết trình chưng cất dầu Thiết kế cơng nghệ Tính tốn cân vật chất cân nhiệt lượng Tính tốn 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 mơn 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 | 45 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 Tốn Q Trình, Thiết Bị Trong sCơng Nghệ Hóa Chất Và Thực Phẩm (Tập 2) - 10/2001 GS TSKH NGUYỄN BIN - Các Quá Trình, Thiết Bị Trong Cơng Nghệ Hóa Chất Và Thực Phẩm - NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2004 Hồ Lê Viên - Tính tốn, 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 cơng 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 | 46