CHƯƠNG III:S NPH M CA QU TRèNH CH NG CT ƯẤ
I.KH HYDROCACBON Í
2 v v t t t t
Tv : nhiệt độ sụi trung bỡnh thể tớch .
0F = ( ) 4 . 2 50% 70% % 30 t t t + +
CHƯƠNG III:SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRèNH CHƯNG CẤT
Khi tiến hành chưng cất sơ khởi dầu mỏ, chỳng ta nhận được nhiều phõn đoạn và sản phẩm dầu. Chỳng được phõn biệt với nhau bởi giới hạn nhiệt độ (hay khoảng nhiệt độ chưng) bởi thành phần hydrocacbon, độ nhớt, độ chớp chỏy, nhiệt độ đụng đặc và bởi nhiều tớnh chất cú liờn quan đến sử dụng chỳng. Dưới đõy sẽ núi đến cỏc sản phẩm của quỏ trỡnh chưng cất.
I. KHÍ HYDROCACBON
Bao gồm cỏc hydrocacbon C1- C4và một lượng ớt C5- C9 khớ hydrocacbon thu đượcchủ yếu là C3, C4. Tuỳ thuộc cụng nghệ chưng cất, mà phõnđoạn C3, C4
Phõn đoạn này thường được dựng làm nguyờn liệu trong quỏ trỡnh phõn tỏch khớ để nhận cỏc khớ riờng biệt cho cỏc quỏ trỡnh chế biến tiếp thành những hoỏ chất cơ bản.
Vớ dụ: thực hiện phảnh ứng oxy hoỏ ghộp đụi Metan thu được C2H4 sử dụng cho quỏ trỡnh polime hoỏ vật liệu. Hoặc từ n-butan điều chế iso-butan, là nguyờn liệu quý để sản xuất MTBE phụ gia vào xăng làm tăng trị số octan.
Hay được sử dụng làm nhiờn liệu dõn dụng, như khi được nộn khớ hoỏ lỏng LPG là sản phẩm năng lượng rất phổ biến phục vụ cụng nghệ và cuộc sống con người.
II. PHÂN ĐOẠN XĂNG II.1.Thành phần hoỏ học
Với khoảng nhiệt độ sụi <1800C, phõn đoạn xăng bao gồm cỏc hydrocacbon từ C5C10,C11. Cả ba loại hydrocacbon parafin, naphtenic, atomatic đều cú mặt trong phõn đoạn. Tuy nhiờn thành phần, số lượng cỏc hydrocacbon đều khỏc nhau, phụ thuộc vũ nguồn gốc dầu thụ ban đầu.
Chẳng hạn từ dầu parafin sẽ thu được xăng chứa parafin, cũn dầu naphtenic sẽ thu được nhiều cấu tử vũng no hơn. Cỏc hydrocacbon thơm thường cú rất ớt trong xăng.
Ngoài hydrocacbon, trong phõn đoạn xăng cũn cú cỏc hợp chất S, N, O. Cỏc chất chứa lưu huỳnh thường ở dạng hợp chất khụng bền như mercaptan (RSH). Cỏc hợp chất chứa Nitơ ở dạng pysidin là chủ yếu, cũn cỏc hợp chất chứa oxy rất ớt, thường ở dạng phenol và đồng đẳng. Cỏc chất nhựa và asphanten đều chưa cú.
II.2.Ứng dụng
Phõn đoạn xăng thường được sử dụng 3 mục đớch chủ yếu sau đõy. - Sản xuất nhiờn liệu cho động cơ xăng.
- Sản xuất nhiờn liệu cho cụng nghiệp hoỏ dầu.
- Sản xuất dung mụi cho cụng nghiệp sơn, cao su, keo dỏn. Ngoài ra được sử dụng trớch ly chõt bộo, trong cụng nghiệp hương liệu, dược liệu.
Trong thành phần phõn đoạn xăng núi chung đều cú nhiều hydrocacbon parafin trong đú loại n-parafin lại chiếm phần chủ yếu, loại iso- parafin và aromatic chiếm ớt hơn, nghĩa là hàm lượng cỏc cấu tử cú trị số octan cao thường rất ớt. Vỡ vậy phõn đoạn xăng lấy trực tiếp từ dầu mỏ hay chưng cất sơ khởi thường khụng đỏp ứng được yờu cõu về khản năng chống kớch nổ khi sử dụng làm nhiờn liệu cho động cơ xăng, chỳng cú trị số octan rất thấp từ 30-60 trong khi trị số octane cho động cơ xăng phải trờn 70. Vỡ vậy để cú thể sử dụng được phải ỏp dụng cỏc biện phỏp nhằm nõng cao khả năng chống kớch nổ của xăng thu được.
Phõn đoạn xăng ( cũn gọi là phõn đoạn napha) cũn được sử dụng vào mục đớch sản xuất nguyờn vật liệu hoỏ dầu, chủ yếu là sản xuất cỏc hydrocacbon thơm ( benzen, toluen, xylen) và dựng để sản xuất cỏc hydrocacbon olefin nhẹ ( ờtylen, propylen, butadien )
III. PHÂN ĐOẠN KEROSEN:
Phõn đoạn này cũn gọi là dầu lửa, cú nhiệt độ sụi từ 180-2500 bao gồm cỏc hydrocacbon cú số cacbon từ C11-C15, C16.
III.1. Thành phần hoỏ học
Trong phõn đoạn này, hầu hết là cỏc naphten-parafin. Cỏc hydrocacbon naphten và thơm ngoài loại cú cấu trỳc 1 vũng và nhiều nhỏnh phụ, cũn cú mặt cỏc hợp chất 2 hoặc 3 vũng đặc biệt là loại naphten và thơm 2 vũng chiếm phần lớn. Trong kerosen bắt đầu cú mặt cỏc hợp chất hydrocacbon cú cấu trỳc hỗn hợp giữa vũng thơm và vũng naphten như tetralin và đồng đẳng của chỳng. Cỏc hợp chất chứa S, N, O tăng dần. Lưu huỳnh dạng mercaptan giảm dần, xuất hiện lưu huỳnh dạng sunfua. Cỏc chất Nitơ với hàm lượng nhỏ, dạng quinolin, pyrol, indol.
III.2.ứng dụng
Phõn đoạn Kerosen sử dụng cho hai mục đớch: Làm nhiờn liệu phản lực và dầu hoả dõn dụng, trong đú nhiờn liệu phản lực là ứng dụng chớnh.
Nhiờn liệu dựng cho động cơ phản lực được chế tạo từ phõn đoạn Kerosen hoặc từ hỗn hợp phõn đoạn Kerosen với phõn đoạn xăng. Do đặc điểm cơ bản nhất của nhiờn liệu dựng cho động cơ phản lực là làm sao cú tốc độ chỏy lớn, dễ dàng tự bốc chỏy ở bất kỳ nhiệt độ và ỏp suất nào, chỏy điều hoà, khụng bị tắt trong
dũng khụng khớ cú tốc độ xoỏy lớn nghĩa là quỏ trỡnh chỏy phải cú ngọn lửa ổn định. Để đỏp ứng yờu cầu trờn, người ta thấy trong thành phần cỏc hydrocacbon của phõn đoạn Kerosen thỡ cỏc hydro naphten và parafin thớch hợp nhất với những đặc điểm của quỏ trỡnh chỏy trong động cơ phản lực. Vỡ vậy phõn đoạn Kerosen là phõn đoạn xăng của dầu mỏ họ naphten parafin hoặc parafino - naphten là nguyờn liệu tốt nhất để sản xuất nhiờn liệu cho động cơ phản lực. Trong khi đú sự cú mặt của hydrocacbon thơm khụng thuận lợi cho quỏ trỡnh chỏy, do vậy nếu hàm lượng của chỳng quỏ lớn, cần phải loại bớt chỳng ra để chỳng nằm trong giới hạn dưới 20 - 25%.
Cần lưu ý hàm lượng của hydrocacbon parafin trong nhiờn liệu phản lực trong khoảng 30 - 60%, nếu cao hơn cần phải tiến hành loại bỏ nhằm đảm bảo tớnh linh động tốt của nhiờn liệu ở nhiệt độ thấp ( chỉ cho phộp nhiờn liệu mất tớnh linh động ở 600C vỡ lờn cao 10000m, nhiệt độ khớ quyển bằng -560C và ỏp suất khớ quyển giảm mạnh, để trỏnh sự bốc hơi mạnh, tạo nỳt hơi trong hệ thống, yờu cầu nhiờn liệu phản lực cú ỏp suất hơi bóo hoà nằm trong khoảng 140 - 210g/cm2.
Phõn đoạn Kerosen của dầu mỏ họ parafin cũn được dựng để sản xuất dầu hoả dõn dụng ( thắp sỏng hoặc đun nấu ) mà khụng đũi hỏi 1 quỏ trỡnh biến đổi thành phần bằng cỏc phương phỏp hoỏ học phức tạp vỡ nú đỏp ứng được yờu cầu của dầu hoả là ngọn lửa chỏy xanh, khụng cú màu vàng đỏ, khụng tạo nhiều khúi đen, khụng tạo nhiều tàn đọng ở đầu bấc và dầu phải dễ dàng bốc hơi theo lờn phớa trờn để chỏy.
IV. PHÂN ĐOẠN DIEZEL (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phõn đoạn diezel hay cũn gọi là phõn đoạn gasoil nhẹ, cú khoảng nhiệt độ 250ữ3500C, chứa cỏc hydrocacbon cú số cacbon từ C16C20,C21.
IV.1. Thành phần hoỏ học :
Phần cỏc n-parafin, iso-parafin và hydrocacbon thơm rất ớt, ở cuối phõn đoạn cú những n-parafin cú nhiệt độ kết tinh cao. Chỳng là những mầm mống gõy mất tớnh linh động của phõn đoạn ở nhiệt độ thấp. Trong gasoil ngoài naphten và
thơm 2 vũng là chủ yếu những chất cú 3 vũng bắt đầu tăng lờn. Cú cỏc hợp chất cấu trỳc hỗn hợp ( giữa naphten và thơm ).
Hàm lượng cỏc chất S, N, O tăng nhanh. Lưu huỳnh chủ yếu ở dạng disunfua, dị vũng. Cỏc chất chứa oxy ( ở dạng axit naphteic ) nhiều và đạt cực đại ở phõn đoạn này. Ngoài ra cũn cỏc chất dạng phenol như dimety phenol. Trong gasoil đó xuất hiện nhựa song cũn ớt, trọng lượng phõn tử của nhựa cũn thấp ( 300
ữ 400đvC )
IV.2. ứng dụng của phõn đoạn :
Phõn đoạn gasoil nhẹ của dầu mỏ chủ yếu được sử dụng làm nhiờn liệu cho động cơ diezel. Do động cơ diezel đũi hỏi nhiờn liệu phải cú chỉ số xetan cao ( cú tớnh chất rất dễ oxy hoỏ để tự bốc chỏy tốt ) do phõn đoạn gasoil ( của dầu mỏ họ parafin ) lấy trực tiếp từ quỏ trỡnh chưng cất sơ khai thường cú trị số xetan rất cao. Vỡ vậy chỳng thường được sử dụng trực tiếp làm nhiờn liệu diezel thớch hợp nhất mà khụng phải qua một quỏ trỡnh biến đổi hoỏ học nào. Tuy nhiờn khi cần làm tăng trị số xetan của nhiờn liệu diezel, người ta cũng cú thể cho thờm vào một số chất phụ gia thỳc đẩy quỏ trỡnh oxy hoỏ. Với số lượng khoảng 1,5% V ta cú thể tăng chỉ số xetan lờn đến 15- 20 đơn vị so với trị số ban đầu của nú là 40 đơn vị.
V. PHÂN ĐOẠN DẦU NHỜN ( CềN ĐƯỢC GỌI LÀ GASOIL CHÂN KHễNG )
Với khoảng nhiệt độ sụi từ 350-5000C, phõn đoạn này bao gồm cỏc hydrocacbon từ C21ữ C35 cú thể lờn tới C40.
V.1. Thành phần hoỏ học :
Do phõn tử lượng lớn, thành phần hoỏ học của phõn đoạn dầu nhờn rất phức tạp n và iso- parafin ớt, naphten và thơm nhiều.
Hàm lượng cỏc hợp chất của S, N, O tăng mạnh : hơn 50% lượng S cú trong dầu mỏ tập trung ở phõn đoạn này, gồm cỏc dạng như disunfua, tiophen, sunfua vũng… cỏc hợp chất nitơ thường ở dạng đồng đẳng của pyridin và pyrol, cabazol. Cỏc hợp chất oxy ở dạng axit. Cỏc kim loại nặng như V, Ni, Cu, Pb… cỏc chất nhựa, asphanten đều cú mặt ở phõn đoạn.
Thụng thường người ta tỏch phõn đoạn dầu nhờn bằng cỏch chưng cất chõn khụng phần cặn dầu mỏ, để tỏch phõn huỷ ở nhiệt độ cao.
V.2. ứng dụng
Cỏc phõn đoạn dầu nhờn hẹp 3204000C, 3004000C, 4004500C, 4204900C, 4505000C được dựng để sản xuất cỏc loại dầu nhờn bụi trơn khỏc nhau.
Ngoài ra phõn đoạn này cũn được dựng để sản xuất sản phẩm trắng, cỏc sản phẩm trắng là tờn gọi của 2 nhiờn liệu là xăng, kerosen diezel. Đú là cỏc loại nhiờn liệu được sử dụng nhiều nhất, quan trọng nhất. Để làm tăng số lượng cỏc nhiờn liệu này, cú thể tiến hành phõn huỷ gasoil nặng bằng phương phỏp cracking hoặc hydrocracking; với cỏch này, cú thể biến cỏc cấu tử C21C40 thành xăng ( C5C11 ), kerosen ( C11C16 ), diezel ( C16C20 ). Như vậy nõng cao được hiệu suất sử dụng của dầu mỏ.
VI. PHÂN ĐOẠN MAZUT:
Phõn đoạn mazut là phõn đoạn cặn chưng cất khớ quyển, được dựng làm nhiờn liệu đốt cho cỏc lũ cụng nghiệp hay được sử dụng làm nhiờn liệu cho quỏ trỡnh chưng cất chõn khụng để nhận cỏc cấu tử dầu nhờn hay nhận nhiờn liệu cho quỏ trỡnh cracking nhiệt, cracking xỳc tỏc hay hydrocracking.
VII. PHÂN ĐOẠN GUDRRON ( PHÂN ĐOẠN CẶN DẦU MỎ ) VII.1. Thành phần hoỏ học :
Là phần cũn lại, cú nhiệt độ sụi lớn hơn 5000C, gồm cỏc hydrocacbon cú số nguyờn tử cacbon lớn hơn C41, giới hạn cuối cựng cú thể đến C80.
Thành phần của phõn đoạn này rất phức tạp cú thể làm 3 nhúm chớnh sau :
VII.1.1. Nhúm chất dầu :
Là nhúm cỏc hydrocacbon cú phõn tử lượng lớn tập chung nhiều cỏc hợp chất thơm cú độ ngưng tụ cao, cấu trỳc hỗn hợp nhiều vũng giữa thơm và naphten, đõy là nhúm hợp chất nhẹ nhất, cú tỷ trọng xấp xỉ bằng 1, hoà tan trong xăng, n- pentan, CS2 … Nhưng khụng hoà tan trong cồn. Trong phõn đoạn cặn, nhúm dầu chiếm khoảng 4546%
Là chất ở dạng keo quỏnh, nú gồm 2 nhúm thành phần, đú là cỏc chất trung tớnh và cỏc chất axit.
+ Cỏc chất trung tớnh cú màu đen hoặc nõu, nhiệt độ hoỏ mềm của nú nhỏ hơn 1000C, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng hoà tan trong xăng. Chất trung tớnh tạo cho nhựa cú tớnh dẻo dai và tớnh dớnh kết. Hàm lượng của nú ảnh hưởng trực tiếp đến độ kộo dài của nhựa, nú chiếm khoảng 1015% khối lượng của cặn gudron.
+ Cỏc chất axit : là chất cú nhúm gốc - COOH, màu nõu sẫm tỷ trọng lớn hơn 1, hoà tan dễ trong clrofoc và rượu etylic, chất axit tạo cho nhựa cú tớnh hoạt động bề mặt, khả năng kết dớnh của bitum phụ thuộc vào hàm lượng chất axit cú trong nhựa, nú chỉ chiếm khoảng 1% trong cặn dầu mỏ.
VII.1.3. Nhúm asphanten :
Là nhúm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn hơn 1 chứa phần lớn cỏc chất dị vũng cú khả năng hoà tan trong cacbon disunphua (CS2).
Đun ở 3000C khụng bị núng chảy mà bị chỏy thành tro. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ngoài 3 nhúm chất dớnh ở trờn trong cặn gudron cũn cú cỏc hợp chất cơ kim của kim loại nặng, cỏc chất cacbon, caboit rắn, giống nhau như cốc, màu sẫm khụng tan trong cỏc dung mụi thụng thường, chỉ tan trong pyridin núng.
VII.2. ứng dụng:
Phõn đoạn cặn gudron được sử dụng cho nhiều mục đớch khỏc nhau như : sản xuất bitum, than cốc, bồ húng, nhiờn liệu đốt lũ. Trong cỏc ứng dụng trờn, để sản xuất bitum là quan trọng nhất.
CHƯƠNG IV: CHƯNG CẤT DẦU THễ
I. MỤC ĐÍCH VÀ í NGHĨA CỦA QUÁ TRèNH CHƯNG CẤT DẦU THễ
Trong cụng nghiệp chế biến dầu, dầu thụ sau khi đó được xử lý qua cỏc quỏ trỡnh tỏch nước, muối và tạp chất cơ học, được đưa vào chưng cất. Cỏc quỏ trỡnh chưng cất dầu ở ỏp suất khớ quyển AD ( Atmospheric Distillation ) và chưng cất chõn khụng VD ( Vacuum Distillation ) thuộc về nhúm cỏc quỏ trỡnh chế biến vật lý. Chưng cất ở ỏp suất khớ quyển AD với nguyờn liệu là dầu thụ đụi khi cũn gọi là quỏ trỡnh CDU ( Crude oil distillation ), cũn chưng cất VD dựng nguyờn liệu là cặn của quỏ trỡnh chưng cất AD, trong thực tế đụi khi cũn gọi là quỏ trỡnh chưng cất ( cặn thụ hay mazut ). Tuỳ theo bản chất của nguyờn liệu và mục đớch của quỏ trỡnh ta sẽ ỏp dụng chưng cất AD, VD hay kết hợp cả hai AD, VD ( gọi tắt là A-V- D). cỏc nhà mỏy hiện đại luụn luụn dựng cụng nghệ A-V-D. Khi ỏp dụng loại hỡnh cụng nghệ AD, chỳng ta chỉ chưng cất dầu thụ với mục đớch nhận cỏc phõn đoạn xăng ( naphta nhẹ, naphta nặng ) phõn đoạn kerosen; phõn đoạn diezel ( nhẹ, nặng ) và phần cặn cũn lại sau chưng cất. Khi muốn chưng cất sõu thờm phần cặn thụ nhằm nhận thờm cỏc phõn đoạn gasoil chõn khụng hay phõn đoạn dầu nhờn. Người ta dựng chưng cất VD phõn đoạn gasoil chõn khụng là nguyờn liệu cho quỏ trỡnh chế biến để nhận thờm xăng bằng quỏ trỡnh cracking. Phõn đoạn dầu nhờn được dựng để chế tạo cỏc sản phẩm dầu mỡ bụi trơn. cũn phần cặn của chưng cất VD gọi là phõn đoạn cặn gudron, được dựng để chế tạo bitum, nhựa đường hay nguyờn liệu cho quỏ trỡnh cốc hoỏ sản xuất cốc dõu mỏ. Như vậy tuỳ theo thành phần của dầu mỏ, nguyờn liệu và mục đớch chế biến mà người ta ỏp dụng loại hỡnh cụng nghệ chưng cất thớch hợp. Trong cụng nghiệp chế biến hiện nay thỡ cỏc nhà mỏy hiện đại luụn dựng loại hỡnh cụng nghệ A–V–D.
Cỏc sơ đồ nguyờn lý chưng cất được trỡnh bày trờn hỡnh sau
1 1.Thiết bị trao đổi nhiệt 2.Lũ đốt.
2 3.Thiết bị làm lạnh 3 4.Thỏp chưng cất. 4 5.Thỏp tỏi bay hơi. 5 6.Bể chứa.
7. Thỏp chưng cất chõn khụng. I. Nguyờn liệu dầu thụ.
II. Sản phẩm xăng.
Đồ án Tốt Nghiệp Hoàng Xuân Bách
Ι ΙΙ ΙΙΙ IV V VI VII VIII 1 2 3 4 5 6 3 3 3 3 3 1 1 1 1 1 V V V 1 3 Hỡnh 4: Sơ đồ chưng cất dầu thụ loại AD 3 1 XI 3 1 3 1 IX X 7 1 2 VIII
Đồ án Tốt Nghiệp XIII XIV XV V V V 1 3 3 1 3 1 3 1 V 3 1 IX X XII 7 1 2 VIII 1 5 Hỡnh 6: Sơ đồ chưng cất dầu thụ loại VD nhận dầu nhờn Ι ΙΙ ΙΙΙ IV V VI VII VIII 1 2 3 4 5 6 3 3 3 3 3 1 1 1 1 1 V V V XIII XIV XV V V V 1 3 3 1 3 1 V 3 1 IX X XII 7 1 2 VIII 1 5
III . Khớ. IV. Xăng nặng. 6 V. Hơi nước. VI . Kerosen. VII .Gasoil nhẹ. VIII.Gasoil nặng. IX . Cặn AD
X, XI,… Cỏc loại dầu nhờn.
II. CHUẨN BỊ NGUYấN LIỆU DẦU THễ TRƯỚC KHI CHẾ BIẾN : II.1. Cỏc hợp chất cú hại trong dầu thụ :
Dầu thụ vừa khai thỏc ở mỏ lờn, ngoài phần chủ yếu là cỏc hydrocacbon trong dầu thụ cũn cú khớ, nước, muối, cỏt, đất nằm trong dầu mỏ. Muối lẫn trong dầu thụ như : NaCl, CaCl2, MgCl2, … Nước lẫn trong dầu mỏ ở trạng thỏi tự do và cả trạng thỏi nhũ tương.
Trong dầu mỏ cũn lẫn cỏc khớ hữu cơ như : CH4, C2H2, C3H8, C4H20, và C5H12 và khớ vụ cơ như : H2S, CO2 và He. Việc cú mặt cỏc tạp chất kể trờn cú hại