Khí hydrocacbon thu được chủ yếu là C3 và C4. Tuỳ thuộc công nghệ chưng cất phân đoạn mà C3, C4 nhận được ở thể khí hay đã nén hoá lỏng.
Phân đoạn này thường được dùng cho quá trình phân tách khí để nhận các khí riêng biệt làm nguyên liệu cho các quá trình tiếp theo sản xuất các hoá chấp cơ bản. Ví dụ như thực hiện các phản ứng oxi hoá không hoàn toàn metan thu được metanol được sử dụng làm phụ gia rất tốt để pha vào xăng nâng cao hệ số octan. Phản ứng xẩy ra theo cơ chế chuỗi:
CH4 → CH3• + H• CH3• + [ O• ] → CH3O•
CH3O• → HCHO + H•
3.3.2. Phân đoạn xăng
Phân xăng có nhiệt độ sôi từ 35oC ÷ 180oC, phân đoạn xăng bao gồm các hydrocacbon từ C5 ÷ C10 và C11. Cả ba loại hydrocacbon parafin, naphten, aromatic
đều có mặt trong phân đoạn. Tuy nhiên thành phần số lượng các hydrocacbon là khác nhau, nó phụ thuộc vào nguồn gốc dầu thô ban đầu. Chẳng hạn, từ họ dầu parafin sẽ
thu được xăng chứa nhiều parafin. Ngoài hydrocacbon, trong phân đoạn còn có các hợp chất chứa S, N và O . Các hợp chất chứa S thường ở dạng hợp chất không bền như
mercaptan (RSH). Các chất chứa N chủ yếu ở dạng pyridin, còn các hợp chất chứa oxy thường ở dạng phenol và đồng đẳng. Phân đoạn này chưa có nhựa và asphanten.
Ứng dụng: phân đoạng xăng được sử dụng vào 3 mục đích chủ yếu sau: - Làm nguyên liệu cho động cơ xăng
- Làm nguyên liệu cho công nghiệp hoá dầu
- Làm dung môi cho công nghiệp sơn, cao su, keo dán.
Ngoài ra được sử dụng làm trích ly chất béo trong công nghiệp hương liệu , dược liệu.
Phân đoạn xăng (còn gọi là phân đoạn naphta) còn được sử dụng vào mục đích sản xuất nguyên vật liệu hoá dầu,chủ yếu là sản xuất các hydrocacbon thơm(bezen, toluen, xylen) và làm nguyên liệu cho cracking xúc tác nhằm sản xuất các olephin thấp như etylen, propylen, butylen và butadien.
3.3.3. Phân đoạn kerosen
Phân đoạn này còn gọi là dầu lửa, phân đoạn này có nhiệt độ sôi từ 120 ÷ 240oC, bao gồm các hydrocacbon có số cacbon từ C11 ÷C15,C16. Trong phân đoạn này hầu hết các n-parfin, rất ít iso parafin. Các hydrocacbon naphtenic và thơm ngoài có cấu trúc mạch vòng và nhiều nhánh phụ, còn có mặt naphten và thơm hai vòng. Trong kerosen bắt đầu có mặt các hợp chất hydrocacbon có cấu trúc hỗn hợp giữa vòng thơm và vòng naphten như tetralin và đồng đẳng của chúng. Các hợp chất chứa S, N, O tăng dần. Lưu huỳnh dạng mercaptan giảm dần, xuất hiện lưu huỳnh dạng sunfua. Các hợp chất chứa nitơ với hàm lượng nhỏ, ở dạng quirolin, pyrol, indol.
Phân đoạn kerosen được dùng làm nhiên liệu phản lực và dầu hoả dân dụng, trong đó dùng làm nhiên liệu phản lực là ứng dụng chính.
Nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực được chế tạo từ phân đoạn kerosen hoặc từ hỗn hợp phân đoạn kerosen với phân đoạn xăng. Do đặc điểm cơ bản nhất của nhiên liệu dùng trong động cơ phản lực là làm sao có tốc độ cháy lớn, dễ dàng tự bốc cháp ở
bất kỳ nhiệt độ và áp suất nào, cháy đều hoà không bị tắt trong dòng không khí có tốc
độ cháy lớn nghĩa là quá trình cháy phải có ngọn lửa ổn định. Đểđáp ứng yêu cầu trên người ta thấy trong thành phần các hydrocacbon của phân đoạn kerosen thì các hydrocacbon naphten và parafin thích hợp nhất với những đặc điểm của quá trình cháy trong động cơ phản lực. Vì vậy, phân đoạn kerosen và phân đoạn xăng của dầu mỏ họ
naphtenparafin hoặc parafinnaphten là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất nhiên liệu cho
động cơ phản lực. Trong khi đó sự có mặt của hydrocacbon thơm không thích hợp cho quá trình cháy, do vậy nếu hàm lượng của chúng quá lớn, cần phải loại bớt chúng nằm trong giới hạn dưới 20 ÷ 25%.
Hàm lượng hydrocacbon parafin trong nhiên liệu phản lực trong khoảng 30 ÷ 60% nếu cao hơn phải tiến hành loại bỏ nhằm đảm bảo tính linh động của nhiên liệu ở
nhiệt độ thấp.
Phân đoạn kerosen dùng để sản xuất dầu hoả dân dụng (thắp sáng hoặc đun nấu) mà không cần một quá trình biến đổi thành phần bằng phương pháp hoá học phức tạp vì nó đáp ứng được yêu cầu của dầu hoả là ngọn lửa xanh, có màu vàng đỏ, không tạo nhiều khói đen, không tạo nhiều tàn đọng ở đầu bấc và dầu phải dễ dàng bốc hơi lên phía trên để cháy.
3.3.4. Phân đoạn diezel
Phân đoạn diezel hay còn gọi là phân đoạn gasoil nhẹ, có khoảng nhiệt độ từ
250 ÷ 350 0C, chứa các hydrocacbon có số cacbon từ C16 ÷ C20, C21.
Phần lớn trong phân đoạn này là các n – parafin, iso – parafin, còn hydrocacbon thơm rất ít. Ở cuối phân đoạn có những n – parafin có nhiệt độ kết tinh cao, chúng là những thành phần gây mất tính linh động của phân đoạn ở nhiệt độ thấp. Trong gasoil, ngoài các hydrocacbon naphaten và thơm hai vòng là chủ yếu, những chất có ba vòng tăng lên và còn có các hợp chất có cấu trúc lai hợp (giữa naphten và thơm). Hàm lượng các chất chứa S, N, O tăng nhanh. Lưu huỳnh chủ yếu ở dạng disunfua dị vòng. Các chất chứa oxi (dạng axit naphtenic) có nhiều và đạt cực đại ở phân đoạn này, ngoài ra còn có các chất dạng phenol như dimetylphenol. Trong gasoil đã xuất hiện nhựa, song
còn ít, trong lượng phân tử nhựa còn rất thấp (300 ÷ 400 đvc).
Phân đoạn gasoil nhẹ của dầu mỏ chủ yếu được sử dụng làm nguyên liệu cho
động cơ diezel. Do động cơ diezel nhiên liệu phải có chỉ số xetan cao (có tính chất dễ
oxi hoá để tự bốc cháy tốt). Do phân đoạn gasoil (của dầu mỏ dạng parafin) lấy trực tiếp từ quá trình chưng cất sơ khởi thường có trị số xetan rất cao vì vậy chúng thường sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu diezel thích hợp nhất mà không phải qua một quá trình chế biến hoá học nào. Tuy nhiên khi cần làm tăng trị số xetan của nhiên liệu diezel, người ta cũng có thể cho thêm vào một số chất phụ gia thúc đẩy quá trình oxi hoá. Với số lượng khoảng 15% thể tích ta có thể tăng chỉ số xetan lên đến 15 ÷ 20 đơn vị so với trị số ban đầu của nó là 40 đơn vị.
3.3.5. Phân đoạn mazut
Phân đoạn cặn mazut là phân đoạn cặn chưng cất khí quyển, được dùng làm nhiên liệu đốt cho các lò công nghiệp hay được dùng làm nguyên liệu cho quá trình chưng cất chân không để nhận các cấu tử dầu nhờn hay nhận nguyên liệu cho các quá trình Cracking nhiệt, Cracking xúc tác hay hydrocracking.
3.3.6. Phân đoạn dầu nhờn
Với nhiệt độ 350 ÷ 500oC, phân đoạn này bao gồm các hydrocacbon từ C21 ÷ C25 và có thể lên tới C40.
Do phân tử lượng lớn, thành phần hoá học của phân đoạn dầu nhờn rất phức tạp, các n và iso parafin ít, naphtalen và thơm nhiều. Hàm lượng các hợp chất chứa S, N, O tăng lên mạnh, hơn 50% lượng lưu huỳnh có dầu mỏ tập trung ở phân đoạn này gồm các dạng disunfua, thiophen, sunfua vòng…
Các hợp chất chứa nitơ thường ở dạng đồng đẳng pyridin, pyrol và cacbazol. Các hợp chất của oxi ở dạng axít, các kim loại nặng như V, Ni, Cu, Pb…các chất nhựa, asphanten đều có mặt trong phân đoạn.
Thông thường người ta tách phân đoạn dầu nhờn bằng cách chưng cất chân không phần cặn dầu mỏ, để tránh phân huỷở nhiệt độ cao.
Các phân đoạn dầu nhờn hẹp từ 320 ÷ 400oC, 400 ÷450oC, 420 ÷ 450oC, 450 ÷ 500oC được dùng để sản xuất các loại dầu nhờn bôi trơn khác nhau. Ngoài ra phân
đoạn này còn được dùng để sản xuất sản phẩm trắng, các sản phẩm trắng là tên gọi của ba loại nhiên liệu xăng, kerosen và diezel, đó là các loại nhiên liệu được sử dụng nhiều
nhất, quan trọng nhất. Để làm tăng số lượng các nhiên liệu này có thể tiến hành phân hủy gasoil nặng bằng phương pháp cracking hoặc hydrocracking, với cách này có thể
biến các cấu tử C21 ÷ C40 thành xăng (C5 ÷ C11), kerosen (C11 ÷ C16), diezel (C16 ÷ C20) như vậy nâng cao được hiệu suất sử dụng của dầu mỏ.
3.3.7. Phân đoạn Gudron
Gudron là thành phần còn lại sau khi đã phân tách các phân đoạn kể trên, có nhiệt độ sôi lớn hơn 500oC gồm các hydrocacbon lớn hơn C41 giới hạn cuối cùng có thể lên đến C80.
Thành phần của phân đoạn này phức tạp có thể chia thành 3 nhóm chính sau: nhóm chất dầu, nhóm chất nhựa, nhóm asphanten. Ngoài 3 nhóm chất chính trên, trong cặn gudrol còn có các hợp chất cơ kim của kim loại nặng, các chất cacbon, cacboxit rắn giống như cốc, màu sẫm, không tan trong các dung môi thông thường, chỉ
tan trong pyridin.
Phân đoạn cặn gudrol được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như: sản xuất bitum, than cốc, bồ hóng, nhiên liệu lò. Trong các ứng dụng trên, để sản xuất bitum là ứng dụng quan trọng nhất.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu đề tài, tác giả thu được một số kết quảđáng chú ý sau:
- Tìm hiểu, những cơ sở lý thuyết về nguyên lý chưng cất, khái niệm, lịch sử
phát triển, phân loại quá trình chưng cất cũng như ý nghĩa của quá trình chưng cất và một số kiến thức khác liên quan đến quá trình chưng cất.
- Nắm bắt được những phương pháp chưng cất, các thông số ảnh hưởng đến quá trình chưng cất, các loại tháp chưng cất và các loại đĩa chưng cất.
- Biết được nguyên lý hoạt động của một số tháp chưng cất cơ bản. Các cách sắp xếp đĩa trong tháp chưng cất, đặc điểm cuae các loại đĩa.
- Nguyên lý phép chưng cất được ứng dụng trong đời sống, trong các ngành công nghiệp đặc biệt là trong công nghiệp lọc hoá dầu.
- Ngoài ra, qua nghiên cứu đề tài giúp tác giả nắm vững chắc hơn kiến thức chuyên ngành mình học nói chung, các kiến thức khác nói riêng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Công nghệ chế biến dầu khí. Tác giả: Lê Văn Hiếu – NXB 2006
2. Công nghệ chế biến dầu khí. Tác giả: Lê Thị Mỹ Nhân - Trần Đức Trung. 3. www.thuviencongdong.com.vn
MỤC LỤC Phần mục Trang LỜI CẢM ƠN MỞĐẦU ... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ... 4 1.1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT ... 4 1.1.1 Khái niệm ... 4 1.1.2.Lịch sử phát triể ... 4 1.1.3.Phân loại chưng cất ... 5 1.2. ÁP SUẤT HƠI ... 5 1.2.1. Hiện tượng bay hơi ... 5 1.2.2. Áp suất hơi bão hòa ... 5 1.3.SỰ SÔI ... 8 1.3.1.Sự sôi của dung dịch ... 8 1.3.2. Định luật Konolalov ... 8
1.3.3.Thành phần của pha hơi khi đun sôi một pha lỏng ... 10
1.3.4.Giản đồ trạng thái cân bằng lỏng – hơi hệ hai chất ... 11
1.4. Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT ... 15
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 17
2.1.NGUYÊN LÝ PHÉP CHƯNG CẤT ... 17 2.2.CHƯNG ĐƠN GIẢN ... 18 2.2.1.Chưng bay hơi dần dần ... 18 2.2.2.Chưng cất bay hơi một lần ... 19 2.2.3.Chưng cất bay hơi nhiều lần ... 20 2.3.CHƯNG CẤT PHỨC TẠP ... 21 2.3.1.Chưng cất có hồi lưu ... 21 2.3.2.Chưng cất có tinh luyện ... 22
2.4. CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆẢNH HƯỞNG ĐẾN CHƯNG CẤT ... 25 2.4.1. Chếđộ nhiệt của tháp chưng luyện ... 26 2.4.2. Áp suất suất của tháp chưng luyện ... 28 2.5. CÁC LOẠI THÁP CHƯNG CẤT ... 29 2.5.1. Tháp đệm ... 29 2.5.2. Tháp đĩa chụp (đĩa chóp) ... 29 2.6. ĐĨA CHƯNG CẤT ... 31 2.6.1. Khái niệm ... 31 2.6.2. Các dạng đĩa ... 32 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG ... 35 3.1.ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SỐNG ... 35
3.2.ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP HÓA CHẤT ... 36
3.3. TRONG CÔNG NGHIỆP LỌC DẦU ... 38
3.3.1. Khí hydrocacbon... 38 3.3.2. Phân đoạn xăng ... 39 3.3.3. Phân đoạn kerosen ... 39 3.3.4. Phân đoạn diezel ... 40 3.3.5. Phân đoạn mazut ... 41 3.3.6.Phân đoạn dầu nhờn ... 41 3.3.7. Phân đoạn Gudron ... 42 KẾT LUẬN ... 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 44
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Th.s Lê Thị Mỹ Nhân và các thầy cô giáo đã giúp tác giả trong thời gian làm đồ án vừa qua, sự giúp đở tận tình của các thầy cô giáo đã giúp tác giả hiểu biết được những kiến thức về môn học cũng như
những kỹ năng về cách làm đồ án môn học mà trước giờ tác giả còn có nhiều bỡ ngỡ
về cách làm như thế nào.
Ngoài ra thì tác giả cũng xin cảm ơn đến tất cả các bạn đã tận tình giúp đỡ tác giả trong quá trình tham khảo, tìm tài liệu, để tác giả có thể hoàn thành được đồ án hoàn chỉnh.
Do kiến thức còn hạn chế, đồ án không tránh khỏi những sai sót nhất định. Kính mong quý thấy cô và cùng ban đọc góp ý cho đồ án được hoàn thiện hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!