asphalt ra khỏi các phân đoạn nặng và trích ly các hợp chất vòng thơm BTX (benzene, toluene, xylene).
Một quá trình trích ly bằng dung môi thường đòi hỏi hai giai đoạn chính bổ trợ lẫn nhau: giai đoạn trích ly nói riêng và giai đoạn hoàn nguyên hoặc tái sinh dung môi thường để tách dung môi ra khỏi các cấu tử hòa tan trong nó bằng quá trình chưng cất. Giai đoạn trích lý có thể được thực hiện liên tục hoặc gián đoạn, trong đó trích ly liên tục hay dùng trong công nghiệp dầu khí, nhất là khi ở năng suất lơn 5000 tấn/năm. Trích ly gián đoạn chỉ dùng ở quy mô phòng thí nghiệm hoặc các xưởng có năng suất thấp, không có khả năng vận hành ban đêm.
Quá trình trích ly có thể được áp dụng theo nhiều phương thức khác nhau:
- Trích ly một giai đoạn, giống như quá trình hoá hơi trong chưng cất và chỉ cho phép phân tách sơ bộ dựa trên cân bằng nhiệt động học của các cấu tử trong nguyên liệu thành pha rafinat (pha nghèo dung môi) và pha extrait (pha giàu dung môi).Kiểu trích ly này đơn giản, độ tinh khiết của các sản phẩm không cao.
- Trích ly chéo dòng cũng như trích ly ngược dòng đơn giản thường được ưa dùng hơn do tiết kiệm được dung môi nhiều hơn và có thể cho pha rafinat có các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu nhưng có hiệu suất giới hạn.
- Quá trình trích ly ngược dòng có hồi lưu, ngoại hoặc nội, đạt tới được các độ tinh khiết và hiệu suất mong muốn đối với cả hai pha rafinat và extrait.
Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu về 3 ứng dụng quan trọng của kỹ thuật trích ly trong công nghiệp lọc dầu, đó là:
- Quá trình trích ly các hợp chất thơm có trong dầu cơ sở nhằm sản xuất các loại dầu nhờn - Quá trình khử asphalt của phần cặn chưng cất, thành dầu đã tách asphalt (gọi là dầu DAO) và các hợp chất asphalt. Dầu DAO nếu dùng để chế biến dầu nhờn thì cũng sẽ phải trải qua công đoạn trích ly các hợp chất thơm đã nêu ở trêu.
- Quá trình trích ly các hợp chất thơm BTX trong các phân đoạn nhẹ như xăng, kerosen để đảm bảo các quy định hiện hành và trong tương lai của nhiên liệu và chất đốt.
3.2 Quá trình tách loại các hợp chất thơm có trong dầu cơ sở nhằm sản xuất các loại dầu nhờn nhờn
Các loại dầu có tính nhờn làm nguyên liệu để sản xuất dầu cơ sở đến từ phân xưởng chân cất chân không hay phân xưởng khử asphalt bằng propane. Các loại dầu cơ sở có thành phần gồm các họ hydrocacbon dưới đây:
- Các hợp chất paraffin (mạch thẳng hoặc phân nhánh) - Các hợp chất naphtene có một hoặc hai vòng
Tài liệu tham khảo dành cho sinh viên 10H5 năm học 2013-2014 75 - Các hợp chất polynaphtene có nhiều hơn 2 vòng
- Các hợp chất thơm
Mối liên hệ giữa tính chất và cấu trúc của các họ hydrocacbon nói trên được trình bày trong bảng 3.1
Bảng 3.1 Các tính chất đặc trưng của các họ hydrocacbon có trong dầu nhờn cơ sở
Một trong những tính chất chủ yếu của dầu nhờn là khả năng bảo toàn độ nhớt của nó ở nhiệt độ làm việc của động cơ. Để xác định tính chất này, người ta đưa ra khái niệm chỉ số nhớt VI (viscosity index), là một thang đo quy ước đặc trưng cho sự thay đổi độ nhớt động học của một phân đoạn dầu mỏ theo nhiệt độ. Chỉ số độ nhớt VI càng cao, sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ càng nhỏ, dầu nhờn làm việc càng tốt.
Chỉ số độ nhớt VI của các họ hydrocarbon tạo thành các phân đoạn dầu cơ sở được dùng cho quá t rình sản xuất các loại dầu gốc nhờ các quá trình trích ly thông thường bằng dung môi là:
Parafin 140-180
Rafinat (dung dịch nghèo dung môi) 105-120
Dầu đã khử parafin 95-105
Phần cất distilat 75-95
Dầu có tính naphten e 40-65
Extrait (dung dịch giàu dung môi trích chứa các chất thơm) <30
Nhằm mục đích sản xuất các loại dầu nhờn có chất lượng cao, người ta cần phải tách các hydrocacbon loại parafin có chỉ số nhớt cao ra khỏi các hydrocacbon loại naphtene và loại vòng thơm có chỉ số độ nhớt thấp. Các hydrocarbon khác nhau này có các nhiệt độ sôi xấp xỉ nhau và không thể phân tách được chúng bằng quá trình chưng cất. Quá trình được sử dụng để tách các hợp chất nói trên là quá trình trích ly lỏng/lỏng có dùng dung môi chọn lọc, xảy ra trong tháp trích ly. Tháp này được nạp liệu bằng phần cất đến từ phân xưởng chưng cất chưng không hay dầu khử asphalt đến từ phân xưởng tách asphalt. Sản phẩm quý có chỉ số độ nhớt cao được gọi là dầu lọc (rafinat). Sản phẩm thứ hai chứa các hợp chất vòng thơm có chỉ số độ nhớt nhỏ gọi là dầu trích (extrait).
Dung môi tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu trong tháp (hay thiết bị trích ly), trong đó hỗn hợp nguyên liệu/dung môi chia thành 3 vùng:
Tài liệu tham khảo dành cho sinh viên 10H5 năm học 2013-2014 76 - Vùng trên (vùng trên đầu vào của dung môi), được tạo thành từ rafinat hỗn hợp có chứa
khoảng 15-20% dung môi
- Vùng trích ly (bao gồm vùng giữa đầu vào nguyên liệu với đầu vào của dung môi), nó được tạo thành từ hỗn hợp của pha extrait (95%) với pha rafinat (5%)
- Vùng dưới (vùng dưới đầu vào của nguyên liệu), được tạo thành từ extrait hỗn hợp mà thành phần của nó có khoảng 80-85% dung môi với 15-20% pha extrait
Quá trình trích ly thực hiện sự tiếp xúc giữa một pha phân tán và một pha liên tục. Ở đây tháp được nạp đầy một phần là pha lỏng (pha liên tục) và một phần pha lỏng khác đi qua dưới dạng các giọt lỏng (pha phân tán). Các giọt lỏng này kết hợp lại với nhau tạo thành một lớp đồng nhất, được tách ra khỏi pha liên tục tại bề mặt phân chia. Tùy vào vị trí phân chia bề mặt, người ta có thể phân tán pha nặng, pha nhẹ hay cả hai pha (hình 3.1) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.1 Vị trí bề mặt phân chia
Dung môi chứa trong rafinat và extrait hỗn hợp được tách ra bằng chưng cất và chúng được tuần hoàn lại về thiết bị trích ly. Dầu lọc rafinat đã loại trừ dung môi sẽ đi tiếp qua các quá trình xử lý cần thiết nhằm thu được dầu gốc. Dầu trích extrait đã loại trừ dung môi có thể được đem bán ở nguyên trạng thái cho các ứng dụng đặc biệt, hoặc được chuyển về các bể chứa nhiên liệu, hoặc được dùng làm nguyên liệu cho cracking.
Hiệu suất của quá trình trích ly tính theo dung dịch lọc thay đổi trong khoảng 50-85% thể tích nguyên liệu, tùy theo loại dung môi sử dụng, nguyên liệu, thiết bị trích ly và độ nghiêm ngặt của quá trình xử lý.
Bảng 3.2 thể hiện độ giàu các hợp chất thơm của dầu trích extrait so với dầu lọc rafinat (84% aromatic trong extrait so với 25% aromatic trong rafinat). Độ thơm của các sản phẩm được đo bằng điểm aniline (điểm aniline đo được càng nhỏ thì sản phẩm càng có nhiều hợp chất aromatic).
Pha rafinat và pha extrait cũng được phân biệt với nhau bởi:
• Tỷ trọng: extrait có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1,0 (extrait được thu hồi ở đáy của tháp trích ly) trong khi tỷ trọng của rafinat khoảng 0,85
• Độ nhớt: rafinat được tạo thành chủ yếu từ các mạch parafin do đó ít nhớt hơn so với các vòng aromatic phức hợp của pha extrait
• Điểm chảy: các hợp chất parafin tạo nên rafinat có điểm chảy cao
• Lưu huỳnh: hàm lượng lưu huỳnh trong rafinat nhỏ hơn trong extrait, bao gồm các hợp chất lưu huỳnh loại benzothiophenic
• Màu sắc: rafinat có màu vàng còn extrait có màu xanh lá cây sáng
Bằng cách loại các hợp chất aromatic, quá trình trích ly bằng dung môi do đó cải thiện rõ ràng chất lượng của dầu cơ sở dùng cho sản xuất dầu nhờn.
Tài liệu tham khảo dành cho sinh viên 10H5 năm học 2013-2014 77
Bảng 3.2 Các đặc trưng của nguyên liệu, pha raffinat và pha extrait