Tháp chƣng cất chính là thiết bị quan trọng nhất của phân xƣởng chƣng cất dầu thô. Tháp có nhiệm vụ phân chia dầu thô thành các phân đoạn khác nhau theo mục đích sử dụng. Sơ đồ hoạt động chung của tháp chƣng cất chính nhƣ trình bày trong hình H-5.34 dƣới đây. Nguyên lý hoạt động chung của tháp chƣng cất chính cũng giống nhƣ nguyên lý đã trình bày trong mục 2 phần III
của bài học này. Tháp chƣng cất chính có thể là kiểu tháp đĩa hoặc tháp kiểu đệm, tuy nhiên số tháp dùng kiểu đĩa chiếm tỷ lệ lớn hơn.
Quá trình hoạt động
Dầu thô sau khi đƣợc gia nhiệt (thƣờng từ 310-3700C tùy theo sơ đồ công nghệ và tính chất dầu thô) đƣợc đƣa vào đĩa tiếp liệu tháp chƣng cất chính. Tại đây, các cấu tử có nhiệt độ sôi thấp sẽ bay hơi lên các đĩa phía trên của tháp, phần lỏng sẽ theo ống chảy truyền đi xuống phía dƣới. Nhiệt độ vào tháp rất quan trọng đối hoạt động của tháp. Nếu nhiệt độ không đủ cao thì chất lƣợng các phân đoạn không đảm bảo, ngƣợc lại nếu nhiệt độ dầu quá cao sẽ dẫn đến hiện tƣợng cracking nhiệt làm tăng công suất tháp đột ngột ngoài tính toán làm ảnh hƣởng đến hiệu quả hoạt động và chất lƣợng sản phẩm. Các cấu tử hydrocacbon nhẹ sẽ đƣợc phân bố càng nhiều ở phía trên của tháp, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ dần tập trung ở các đĩa phía dƣới tháp.
Hình H-5.33. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bình khử muối kiểu lắng tĩnh điện
Các phân đoạn Kerpsene, Go nhẹ, GO nặng đƣợc rút ra ở thân tháp và đƣa vào các cột sục để tăng cao chất lƣợng phân đoạn theo tiêu chuẩn chất lƣợng. Phân đoạn naphtha và các hydrocacbon nhẹ hơn đƣợc tách ra ở đỉnh tháp, ngƣng tụ rồi đƣa tới các tháp ổng định và tháp tách naphtha để phân chia tiếp thành các phân đoạn LPG, naphtha nhẹ, naphtha nặng. Tuy nhiên, trong một số sơ đồ thì phân đoạn naphtha nặng cũng đƣợc tách ra ở thân tháp. Cặn
chƣng cất đƣợc tách ra ở phía đáy tháp sau khi làm nguội sẽ đƣợc đƣa tới bể chứa hoặc đƣa trực tiếp tới phân xƣởng cracking. Để cung cấp nhiệt cho quá trình chƣng luyện và để quá trình chƣng cất xảy ra thuận lợi phía đáy tháp cất chính đƣợc gia nhiệt bằng hơi quá nhiệt thấp áp. Việc sục hơi ở đáy tháp còn nhằm mục đích tách triệt để các cấu tử nhẹ còn chứa trong phần lỏng ở đáy tháp để nâng cao hiệu suất thu hồi các cấu tử nhẹ. Ngoài ra, hơi dùng gia nhiệt trực tiếp dầu thô làm giảm áp suất riêng phần của dầu thô trong pha hơi do vậy quá trình chƣng cất có thể tiến hành ở nhiệt độ thấp hơn.
Để điều khiển quá trình hoạt động của tháp chƣng cất và nâng cao hiệu suất phân tách, một phần chất lỏng phía trên đỉnh tháp đƣợc cho hồi lƣu lại tháp, ngoài ra dọc theo thân tháp ngƣời ta thiết kế một số vị trí để rút chất lỏng ra để điều chỉnh nhiệt độ của tháp tại các vị trí cục bộ.
Hình H-5.34. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cột chƣng cất chính
Tháp chƣng cất chính trong phân xƣởng chƣng cất dầu thô ở áp suất khí quyển có thể sử dụng cả dạng tháp đĩa và dạng tháp đệm. Tuy nhiên, dạng tháp đĩa đƣợc dùng phổ biến hơn. Một tháp chƣng cất chính thƣờng bao gồm khoảng 40-55 đĩa chƣng cất (tùy thuộc vào sơ đồ công nghệ và tính chất dầu thô) và cũng đƣợc chia thành hai phần: đoạn chƣng và đoạn luyện. Đoạn chƣng thƣờng có khoảng 5-7 đĩa, đoạn luyện có khoảng 35-50 đĩa. Các kết cấu bên trong tháp (các đĩa, chóp, ống chảy truyền,..) thƣờng đƣợc chế tạo bằng thép hợp kim hoặc thép không rỉ tùy theo tính chất ăn mòn của dầu thô. Vỏ tháp thƣờng đƣợc chế tạo từ thép cacbon để giảm giá thành, tuy nhiên, để bảo vệ lớp vỏ thép cacbon, phía trong tháp đƣợc phủ hoặc tráng một lớp hợp kim. Càng ở phía đáy tháp thì khả năng ăn mòn càng lớn do nhiệt độ cao, do vậy, lớp phủ hợp kim này phải đủ dày và có khả năng chịu ăn mòn tốt hơn. Phía đáy tháp có hệ thống sục hơi trực tiếp, để tăng hiệu quả quá trình sục nhƣng nhiệt độ hơi không quá cao ảnh hƣởng tới chế độ hoạt động của tháp. Thông thƣờng hơi sử dụng là hơi thấp áp quá nhiệt. Cấu tạo chi tiết của các chi tiết bên
trong tháp (các loại đĩa, các loại đệm, ống chảy truyền,...) đã đƣợc trình bày trong mục 2 phần III của bài học này. Vỏ tháp chƣng cất chính đƣợc chế tạo và lắp ghép bằng phƣơng pháp hàn, việc sử dụng bích nối thân rất hạn chế (ngoại trừ trƣờng hợp sử dụng tháp đệm). Việc lắp đặt các chi tiết bên trong tháp phải đƣợc tính toán ngay từ giai đoạn thiết kế để đảm bảo việc vận chuyển, lắp ghép các chi tiết này thực hiện qua cửa ngƣời. Trong tháp bố trí các đĩa có cấu tạo đặc biệt với các phần chứa chất lỏng lớn để có thể rút chất lỏng ra khỏi ngoài tháp.
5.4.2. Chƣng chân không 5.4.2.1. Giới thiệu chung 5.4.2.1. Giới thiệu chung
Dầu thô sau khi đƣợc phân tách ở áp suất khí quyển thu đƣợc các phân đoạn nhẹ và cặn chƣng cất. Đối với một số loại dầu nhẹ và sạch thì cặn này có thể đƣa thẳng tới phân xƣởng cracking xúc tác cặn. Tuy nhiên, với đa số các loại dầu thì cặn này không thể đƣa thẳng tới phân xƣởng cracking đƣợc mà cần phải tách bớt các phân đoạn không phù hợp cho quá trình cracking. Để tách tiếp các phân đoạn này cần phải đƣợc thực hiện ở nhiệt độ tƣơng cao. Khi thực hiện chƣng cất ở nhiệt độ cao sẽ xảy ra hiện tƣợng cracking nhiệt tạo ra các sản phẩm không mong muốn. Điều này không chỉ làm ảnh hƣởng tới hoạt động của thiết bị mà còn ảnh hƣởng tới hiệu suất thu hồi sản phẩm chung của nhà máy. Để khắc phục vấn đề này, ngƣời ta tiến hành chƣng cất cặn dầu thô ở áp suất thấp (áp suất chân không), khi đó nhiệt độ sôi của các cấu tử sẽ giảm
xuống nhờ đó các phân đoạn tách ra dễ dàng ở nhiệt độ thấp không xảy ra quá trình cracking. Quá trình chƣng cất chân không thƣờng tiến hành ở điều kiện áp suất trong khoảng từ 25÷40mmHg (ở vùng tiếp liệu).
5.4.2.2. Mục đích của phân xƣởng
Mục đích của phân xƣởng chƣng cất chân không là tách tiếp cặn chƣng cất ở áp suất khí quyển thành một số phân đoạn phù hợp cho các quá trình công nghệ chế biến tiếp theo nhƣ quá trình sản xuất nhựa đƣờng, quá trình cracking,... nhƣng không làm ảnh hƣởng tới hiệu suất thu hồi sản phẩm. Do quá trình chƣng cất diễn ra ở áp suất chân không nên nhiệt độ quá trình chƣng cất thấp hơn nhờ đó hạn chế tối đa quá trình cracking nhiệt của dầu. Một số phân đoạn chƣng cất chính đƣợc tách ra từ phân xƣởng chƣng cất này là phân đoạn diesel, phân đoạn chƣng cất chân không (VGO) làm nguyên liệu cho quá trình cracking và phân đoạn cặn chƣng cất chân không dùng để sản xuất nhựa đƣờng hoặc cho pha trộn dầu đốt lò.
5.4.2.3. Sơ đồ công nghệ
Sơ đồ công nghệ quá trình chƣng cất chân không đƣợc mô tả trong hình H-5.35. Theo sơ đồ công nghệ này, cặn chƣng cất dầu thô sau khi đi qua một loạt các thiết bị trao đổi nhiệt đƣợc đƣa tới lò gia nhiệt để nâng nhiệt độ của nguyên liệu tới giá trị thích hợp. Nhiệt độ của nguyên liệu đƣa vào tháp chƣng phụ thuộc vào tính chất của cặn dầu nhƣ khoảng nhiệt độ sôi, khả năng tạo coke,... Nhiệt độ nguyên liệu sau gia nhiệt thông thƣờng trong khoảng từ 380÷4550C.
Trong tháp chƣng cất, các phân đoạn nhẹ và khí không ngƣng đƣợc tách ra ở đỉnh tháp. Khí không ngƣng sẽ đƣợc đƣa tới hệ thống khí nhiên liệu của nhà máy, các cấu tử nhẹ kéo theo sau ngƣng tụ sẽ đƣợc tách ra và đƣa về hệ thống dầu thải (slop oil) của nhà máy để chế biến lại. Các phân đoạn chƣng cất nhẹ (LVGO) và phân đoạn dầu chƣng cất chân không nặng (HVGO) đƣợc tách ra ở giữa tháp. Các phân đoạn này sẽ đƣợc đƣa đi chế biến tiếp để thu hồi sản phẩm có giá trị cao hơn. Cặn chƣng cất chân không đƣợc tách ra ở đáy tháp. Phân đoạn cặn chƣng cất chân không là nguyên liệu cho sản xuất nhựa đƣờng (nếu tính chất cặn đáp ứng đƣợc yêu cầu) hoặc là cấu tử pha dầu đốt lò. Để nâng cao hiệu quả quá trình phân tách, một phần dầu rửa (washing oil) đƣa tuần hoàn từ tháp về lò gia nhiệt.
Hình H-5.35. Sơ đồ công nghệ quá trình chƣng cất chân không
5.4.2.4. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị chính
Quá trình chƣng cất chân không đơn giản bao gồm các cụm thiết bị chính là tháp chƣng cất, lò gia nhiệt và hệ thống tạo chân không.