II. 2.2 ỏp suất của thỏp chưng.
Chương III Sản phẩm của quỏ trỡnh chưng cất.
Khi tiến hành chưng cất so khỏi dầu mỏ, chỳng ta nhạn được nhiều phõn đoạn và sản phẩm dầu. Chỳng được phõn biệt với nhau bởi giới hạn nhiệt độ (hay khoảng được chưng) bởi thành phần hyđro cacbon, độ nhớt, độ chúp đỏy nhiệt độ đụng đặc và bởi nhiều tớnh chất liờn quan đến sử dụng chhưng.
III.1. Khớ hyđro cacbon.
Bao gồm cỏc hyđro cacbon C1 ữ C4 và một lượng ớt C5 ữ C6 khớ hyđro cacbon thu được chủ yếu là C3, C4. Tuỳ thuộc vào cụng nghệ chưng cất mà phõn đoạn C3, C4 nhận được ở thể khớ hay đó được nộn hoỏ lỏng.
Phõn đoạn này thường được dựng làm nguyờn liệu trong quỏ trỡnh phõn tỏch khớ để nhận được cỏc khớ riờng biệt cho quỏ trỡnh chế biến tiếp thành nhưng hoỏ chất cơ bẩn.
Vớ dụ: thực hiện phản ứng oxy hoỏ khụng hoàn toàn metan thu được metanol được sử dụng làm phụ gia rất tốt để pha vào xăng nõng cao trị số octan.
Phản ứng xảy ra theo cơ chế chuỗi
CH4 → CH3 + H; CH3 [0] → CH3O. CH3O → HCHO + H. CH3O + CH4 → CH3OH + CH3.
III.2. Phõn đoạn xăng.
Với khoảng nhiệt độ sụi dưới 1800C phõn đoạn nặng bao gồm cỏc hyđro cacbon từ C5 ữ C10, C11. Cả ba loại hyđro cacbon parafin,m naphten;
aronmat đều cú mặt trong phõn đoạn. Tuy nhiờn thành phần, số lượng cỏc hyđro cacbon đều khỏc nhau, phụ thuộc vào nguồn gốc dầu thụ ban đầu.
Chẳng hạn, từ họ dầu parafinic sẽ thu được xăng chứa nhiều parafin cũn dầu naphtenic sẽ thu được vũng no hơn cỏc hyđro cacbon thơm thường cú ớt trong xăng.
Ngoài hyđro cacbon, trong phõn đoạn cần cú cỏc hợp chất S,N và O cỏc chất chứa lưu huỳnh thường ở dạng hợp chất khụng bền như mercaptan (RSH) cỏc chất chứa nitơ chủ yếu ở dạng pyridin, cũn chỏt chứa oxy rất ớt, thường ở dạng phenol và đồng đẳng. Cỏc chất nhựa và asphanten đều chưa cú.
ứng dụng:
Phõn đoạn xăng được sử dụng vào 3 mục đớch chủ yếu sau: - Làm nhiờn liệu cho động cơ xăng.
- Làm nguyờn liệu cho cụng nghiệp hoỏ dầu.
- Làm dung mụi cho cụng nghiệp sơn, cao su, keo dỏn.
- Ngoài ra được sử dụng trớch ly chất dẻo, trong cụng nghiệp hương liệu , dược liệu.
Trong thành phần phõn đoạn xăng núi chung đều cú nhiều hyđro cacbon parafin trong dú loại n - parafin lại chiếm phần chủ yếu, loại iso - parafin và armatic 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 chưng chất sơ khai thường khụng đỏp ứng được yờu cầu vỡ khả năng chống kớch nổ khi sử dụng làm nguyờn liệu cho động cơ xăng, chỳng cú trị số octan thấp từ 30 ữ 60 trong
khi trị số octan 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 đoan xăng (cũn gọi là phõn đoạn naphta) cũn được sử dụng vào mục đớch sản phẩm nguyờn liệu húa dầum chủ yếu là sản xuất cỏc hyđro
cacbon thơm ( benzen, toluen, xylen) và dựng để sản xuất cỏc hyđro cacbon olefin nhẹ (etylen, popylen, butadien).
III.3. Phõn đoạn kerosen.
Phõn đoạn này cũn gọi là dầu lửa, nhiệt độ sụi từ 1800C ữ 2500C bao gồm hyđro cacbon cú số cỏcbon từ C11 ữ C15,16
III.3.1. Thành phần hoỏ học.
Trong phõn đoạn này, hầu hết cỏc n -parafin, rất ớt izo parafin. Cỏc hyđro cacbon naphtenic và thơm, ngoài loại cú cấu trỳc một vũng và nhiều nhỏnh phụ cũn cú mặt cỏc hợp chất hai hoạt động ba vũng, đặc biệt là loại naphten và thơm hai vũng chiếm phần lớn. Trong kerosen bắt đầu cú mặt cỏc hợp chất hyđro cacbon cú cấu trỳc hỗn hợp giữa vũng thơm và vũng napten như tetralin và đồng đẳng của chỳng. Cỏc hợp chất S, N, O tăng dần, lưu huỳnh dạng marcaptan giảm dần, xuất hiện lưu huỳnh dạng sunfua. Cỏc chất nitơ với hàm lượng nhỏ, dạng quinolin, pyrol, indol.
III.3.2. ứng dụng.
Phõn đoạn kerosen sử dụng cho hai mục đớch, làm nguyờn liệu phản lực và dầu hoả dõn dụng, trong đú nhiờn liệu phản lực là ứng dụng chớnh.
Nhiờn liệu dựng chho 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 nhiờu liệu dựng cho động cơ phản lực là làm sao cú tốc độ chỏy lớn, dễ dũng 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 của hyđro cacbon của phõn đoạn kerosen thỡ cỏc hyđronaphten và parafin thớch hợp nhất với những đặc điểm của quỏ trỡnh chỏy trong động cơ phản lực. Vỡ vậy phõn đoạn kerosen và phõn đoạn xăng của dầu mỏ họ naphten parafinic 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 hyđro cacbon khụng thuận lợi cho quỏ trỡnh chỏy, do vậy nếu hàm lượng của chỳng quỏ lớn cần phải loại bớt chỳng nằm trong giới hạn dưới 20 ữ 25%.
Hàm lượng hyđro cacbon parafin trong nhiờu liệu phản lực trong khoảng 30 ữ 60% nếu cao hơn phải tiến hành loại bỏ nhằm đảm bảo tớnh linh động tốt của nhõn liệu ở nhiệt độ thấp.
Thực tế chỉ cho phộp hỗn hợp nhiờn liệu phản lực bắt đầu mất tớnh linh đọnh ở -600C vỡ mỏy bay phản lực làm việc ở trờn cao ỏp suất khớ quyển giảm mạnh để trỏnh sụ bốc hơi mạnh tạo cỏc nỳt hơi trong hệ thống, yờu cầu nhiờn liệu phản lực phải cú ỏp suất hơi bóo hồ vào khoảng 21 kpa ở 380C.
Phõn đoạn kerosen của dầu mỏ họ parafin cần được dựng để sản xuất dầu hoả dõn dụng (thắp sỏng hoặc đun nấu) mà khụng cầnmột 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 ngọnl ở chỏy xanh, khụng cú màu vàng đỏ, khụng tạo ra nhiều khúi đốn, khụng tạo nhiều tồn đọng ở đầu bấc và dầu phải dễ dàng bốc hơi lờn phỏi trờn để chỏy.
III.4. Phõn đoạn diezen.
Phõn đoạn diezen hay cũn gọi là phõn đoạn gasoil nhẹ cú khoảng nhiệt độ 250 ữ 3500C chứa cỏc hyđro cacbon cú số nguyờn tử cacbon từ C16 ữ
C20,21.
III.4.1. Thành phần hoỏ học.
Phần lớn trong phõn đoạn này là cỏc n parafin, izo parafin, cũn hyđro cacbon thơm rất ớt, ở cuối phõn đoạn cú những nparafin, izo parafin cú nhiệt độ kết tinh cao, chỳng là những thành phần gõy mất tớnh linh động của phõn đoạn ở nhiệt thấp. Trong gasoil ngoài naphten va thơm hai vũng là chủ yếu những chất cú ba vũng bắt đầu tăng lờn và cũn cỏc hợp chất với cấu trỳc hỗn hợp (giữa naphten và thơm).
Hàm lượng cỏc chất chứa S, N, O tăng nhanh lưu huỳnh chủ yếu ở dạng disunfua dị vũng. Cỏc chất chứa oxy (ở dạng axit naphtenic) cú nhiều và đạt cực đại ở phõn đoạn này ngoài ẩm cũn cú cỏc chất dạng phenol như dimetyl phenol. Trong gasoil đó xuất hiện nhựa song cũn ớt, trọng lượng phõn tử nhựa cũn rất thấp (300 ữ 4000đvC)
III.4.2. ứng của phõn đoạn.
Phõn đoạn gasoil nhẹ của dầu mỏ như chủ yếu được sử dụng làm nguyờn liệu cho động cơ diezen. Do động cơ diezel đũi hỏi nhiờn liệu phải cú chỉ số xetan cao (cú tớnh chất dễ oxy hoỏ để tự bốc chỏy tốt) do phõn đoạn gasoil (của dầu mỏ họ parfin) lấy trực tiếp từ quỏ trỡnh chưng cất sơ khởi thường cú trị số xetan rất cao. vỡ vậy chỳng thường sử dụng trực tiếp làm nhiờn liệu diezen thớch hợp nhất mà khụng phải qua một quỏ trỡnh trỡnh biến đổi hoỏ học nào. Tuy nhiờn khi cần làm tăng trị số xetan của nhiờn liệu diezen, người ta cũng cú thể cho thờm vào một sú 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 ữ 20 đon vị so với trị số ban đầu của nú là 40 đơn vị.
III.5. Phõn đoạn dầu nhờn.
Với khoảng sụi từ 350 ữ 5000C phõn đoạn này bao gồm cac hyđro cacbon C21 ữ C35 cú thể lờn tới C40.
III.5.1. Thành phần hoỏ học.
Do phõn tử lượng lớn thành phần hoỏ học của phõn đoạn dầu nhờn rất phức tạp cỏc n và izoparafin ớt, naphten và thơm nhiều.
Hàm lượng cỏc hợp chất cảun S, N, O tăng mạnh hơn 50%lượng lưu huỳnh cú trong dầu mỏ tập trung ở phõn đoạn này gồm cỏc đạng như disunfua, thiophen, sunfua vũng… cỏc hợp chất nitơ thường ở dạng đồng đẳng pyridin, pyrol là cỏc bazol cỏc hợp chất oxy ở dạng axit. Cỏc kim loại
nặng như V, Ni, Cu, Fb… cỏc chất nhụa, asphanten đều cú mặt trontg 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 được cao.
III.5.2. ứng dụng.
Cỏc phõn đoạn dầu nhờn hẹp 320 ữ 4000C; 300 ữ 4000C; 400 ữ 4500C; 420
ữ 4900C; 450 ữ 5000C. 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 3 loại nhiờn liệu xăng, kerosen và diezen, 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 crarking hoặc hyđrocrarking với cỏch này, cú thể biến cỏc cấu tử C21ữC40
thành xăng (C51 C11); kerosen (C11 ữ C16); diezen (C16 ữ C20). Như vậy nõng cao được hiệu suất sử dụng của dầu mỏ.
III.6. Phõn đoạn mazut.
Phõn đoạn mazut là phõn đoạn cặn chưng cất khớ quyển được dựng làm nhiờn liệu đốt clo cỏc lũ cụng nghiệp hauy 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 Crarking nhiệt, Crarking xỳc tỏc hay hydrocrarking.
III.7. Phõn đoạn cặn dầu mỏ (cặn Guron). III.7.1. Thành phần hoỏ học.
Gudron là phần cũn lại sau khi đó phõn tớch cỏc phõn đoạn kể trờn, cú nhiệt độ sụi lớn hơn 5000C gồm cỏc hyđro cacbon lớn hơn C41 giới hạn cuối cựng cú thể lờn đến C80.
Thành phần của phõn đoạn này phức tạp cú thể chia thành ba nhúm chớnh sau:
III.7.1.1. Nhúm chất dầu.
Nhúm chất dầu bao gồm cỏc hyđro cacbon cú phần tử lượng lớn tập trung nhiều cỏc hợp chất thơm cú độ ngưng tụ cao, cấu trỳc hỗn hợp nhiều vũng giữa thơm và naphten đõy là nhúm chất nhẹ nhất,cú tỷ trọng xấp xỉ bằng 1 hoà tan trong xăng n - pentan, CS2 … nhưng khụng hoỏ tan trong cồn. Trong phõn đoạn cặn, nhúm đầu tiờn khoảng 45 ữ 46 %.
III.7.1.2. Nhúm chất nhựa.
Nhúm này ở dạng keo quỏnh gồm hai 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 nhỏ hơn 1000C tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng hoà tan trong xăng, naphta, chất trung tớnh tạo cho nhựa cú tớnh dẻo dai và tớnh kết, hàm lượng của nú ảnh hưởng trực tiếp đến độ kộo dài của nhựa, chiếm khoảng 10 ữ 15 khối lượng của cặn gudran.
Cỏc chất axit là chất cú nhúm - COOH, màu nõu sẫm tỷ trọng lớn hơn 1 dễ hoà tan trong closofoc 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.
III.7.1.3. Nhúm asphanten.
Nhúm asphanten là nhúm chất rắn màu đen cấu tạo tinh thể tỷ trọng lớn hơn 1 chứa phần lớn cỏc hợp chất dị vũng cú khả năng hoà tan mạnh trong cacbon disunfua (CS2) đến ở 3000C khụng bị núng chảy mà bị chảy mà bị chỏy thành tro.
Ngoài 3 nhúm chất chớnh núi trờn, trong cặn guclron cũn cú cỏc hợp chất kim của kim loại nặng, cỏc chất cabon, cacboit rắn, giống như cốc , màu sẫm khụng tan trong cỏc dung mụi thụng thường, chỉ tan trong pyridin.
III.7.2. ứng dụng.
Phõn đoạn cặn gudron được sử dụng cho nhiều mục đớch khỏc nhau như: sản xuất bitum, than cốc, nhiờn liệu đốt lũ. Trong cỏc ứng dụng trờn, để sản xuất bitum là ứng dụng quan trọng nhất.