Báo Cáo_ Chưng Cất Dầu Thô

Lớp: CDHD10ATH GVHD: Th.s Nguyễn Thị Hồng Thắm

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC CÁC BẢNG.........................................................................................04

DANH MỤC CÁC HÌNH...........................................................................................05

DANH TỪ KÝ HIỆU.................................................................................................06

LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................07

LỜI MỞ ĐẦU............................................................................................................08

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM.........................09

I.1. VAI TRÒ, MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH

CHƯNG CẤT.............................................................................................................09

I.1.1.Vai trò.................................................................................................................09

I.1.2.Mục đích.............................................................................................................09

I.1.3.Ý nghĩa...............................................................................................................10

I.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT..................................10

I.2.1. Sự sôi của dung dịch..........................................................................................10

I.2.2 Nguyên lý của quá trình chưng cất.....................................................................11

I.3.CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯNG CẤT DẦU..........................................................12

I.3.1. Chưng đơn giản.................................................................................................12

I.3.2.Chưng phức tạp..................................................................................................14

I.3.3. Đĩa chưng cất (tray)...........................................................................................16

I.3.4. Sự Stripping.......................................................................................................16

I.3.5. Sự hồi lưu (Relux)............................................................................................17

CHƯƠNG II: CHƯNG CẤT DẦU THÔ Ở ÁP SUẤT THƯỜNG...........................18

II.1. LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU............................................................................18

II.2. THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH........................................................................18

II.2.1.Chế độ nhiệt của tháp chưng luyện...................................................................18

II.2.2. Áp suất của tháp chưng:...................................................................................20

II.2.3. Lựa chọn công nghệ chưng cất.........................................................................20

II.3. NGUYÊN LÝ CHƯNG CẤT, CÁC LOẠI THÁP CHƯNG CẤT.....................21

II.3.1. Nguyên lý chưng cất........................................................................................21

II.3.2. Các loại tháp chưng cất....................................................................................22

NHÓM: I 1


II.3.2.1. Phân loại theo phương thức hoạt động của tháp...........................................22

II.3.2.2. Phân loại theo kết cấu tiếp xúc......................................................................25

II.3.3. Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất dầu thô ở áp suât thường..............................29

II.3.4. Chế độ công nghệ.............................................................................................32

II.4. SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT:..............................................33

II.4.1. Khí hydrocacbon..............................................................................................33

II.4.2. Phân đoạn xăng................................................................................................33

II.4.3. Phân đoạn kerosen............................................................................................34

II.4.4. Phân đoạn Diesel..............................................................................................36

II.4.5. Phân đoạn mazut..............................................................................................37

CHƯƠNG III: CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG.........................................................38

III.1. NGUYÊN LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT

CHÂN KHÔNG..........................................................................................................38

III.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG...................38

III.2.1 Chân không và kĩ thuật chân không.................................................................38

III.2.1.1 Chân không...................................................................................................38

III.2.1.2 Kĩ thuật chân không......................................................................................38

III.2.2 Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không.........................................................39

III.2.3 Đặc điểm chưng cất trong tháp chân không.....................................................40

III.2.4 Thiết bị chưng cất chân không.........................................................................43

III.2.4.1 Thiết bị tạo chân không.................................................................................43

III.2.4.2 Thiết bị chưng cất chân không trong phòng thí nghiệm...............................48

III.3. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CUM CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG.........................49

III.3.1 Sơ đồ công nghệ...............................................................................................49

III.3.2 Thông số quá trình làm việc trong cụm chưng cất chân không.......................52

III.4. CÁC SẢN PHẨM THU ĐƯỢC KHI CHƯNG CẤT

CHÂN KHÔNG..........................................................................................................52

III.4.1 Khái quát sản phẩm và quá trình thu sản phẩm...............................................52

III.4.2 Các sản phẩm chính và ứng dụng....................................................................55

III.4.2.1 Gasoil chân không.........................................................................................55

III.4.2.2 Các phân đoạn dầu nhờn...............................................................................55

NHÓM: I 2


III.4.2.3 Cặn Gudron...................................................................................................55

III.5. VẬN HÀNH CỤM CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG........................................57

III.5.1 Kiểm tra thiết bị chân không............................................................................57

III.5.1.1 Tháp chưng cất chân không..........................................................................57

III.5.1.2 Đặc điểm làm việc của bơm phun.................................................................58

III.5.2 Vận hành cụm chưng cất chân không..............................................................58

III.5.2.1 Tuần hoàn lạnh..............................................................................................59

III.5.2.2 Tuần hoàn nóng và tạo chế độ chuẩn cho cụm chân không..........................59

CHƯƠNG IV: SO SÁNH CHƯNG CẤT ÁP SUẤT THƯỜNG

VÀ ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG.................................................................................61

IV.1. SO SÁNH GIỮA HAI QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT Ở ÁP SUẤT THƯỜNG VÀ

ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG........................................................................................61

IV.2. CỤM CHƯNG CẤT KẾT HỢP........................................................................62

IV.3. CÁC THIẾT BỊ CỤM CHƯNG CẤT KẾT HỢP AVD...................................63

IV.4. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN....................................................................64

KẾT LUẬN.................................................................................................................65

TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................66

NHÓM: I 3


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Nhiệt độ sôi của butan.................................................................................11

Bảng 2.1 Hiệu suất sản phẩm của quá trình chưng cất...............................................18

Bảng 2.2 Chế độ công nghệ đặc trưng của cụm chưng cất áp suất thường................32

Bảng 3.1 Thông số của quá trình chưng cất chân không............................................52

Bảng 4.1 So sánh hai quá trình chưng cất...................................................................61

NHÓM: I 4


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Nguyên lý của quá trình chưng cất..............................................................12

Hình 1.2 Chưng cất bay hơi một lần...........................................................................13

Hình 1.3 Chưng cất bay hơi nhiều lần........................................................................14

Hình 1.4 Sơ đồ tiếp xúc giữa dong lỏng và hơi trong tháp chưng cất........................15

Hình 1.5 Sơ đồ sự Stripping bằng nhiệt ( phân đoạn Kerosel )..................................17

Hình 2.1 Sơ đồ chưng cất theo chu kỳ........................................................................23

Hình 2.2 Sơ đồ chưng cất liên tục hỗn hợp hai cấu tử................................................24

Hình 2.3 Sơ đồ tháp đệm............................................................................................26

Hình 2.4 Cấu trúc đĩa mũ............................................................................................27

Hình 2.5 Kết cấu đĩa sàng...........................................................................................28

Hình 2.6 Các vùng đĩa lưới dạng sụt..........................................................................28

Hình 2.7 Đĩa dạng gợn sóng.......................................................................................29

Hình 2.8 Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất áp suất thường.........................................31

Hình 3.1 Sơ đồ trích Distillat từ tháp chân không......................................................42

Hình 3.2 Sơ đồ chưng cất Mazut trong hai tháp chân không nối tiếp.........................43

Hình 3.3 Sơ đồ công nghệ tạo chân không bằng hệ thiết bị

khí áp - bơm phun......................................................................................................47

Hình 3.4 Sơ đồ tạo chân không sâu............................................................................48

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên tắc cụm chưng cất chân không..............................................50

Hình 3.6 Sơ đồ nghuên tắc chưng cất chân không hai tháp........................................54

Hình 4.1 Sơ đồ chưng cất kết hợp AVD.....................................................................63

NHÓM: I 5


DANH TỪ KÝ HIỆU

AD - Chưng cất dầu ở áp suất khí quyển(Atmospheric Distillasion)

VD - Chưng cất chân không(Vacuum Distillasion)

CDU - Crude oil Distillation Unit

Redue - cặn chưng cất

Mazut – cặn chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển

Gudron - cặn chưng cất dầu thô ở áp suất chân không

Condensat – phần ngưng tụ

Distilat – phần cất

NHÓM: I 6


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và làm đề tài “Khái quát chung về quá

trình chưng cất dầu thô ở áp suất thường và áp suất chân không” em đã nhận được sự

giúp đỡ tận tình của cô giáo: Nguyễn Thị Hồng Thắm và các thầy cô khác trong chuyên

ngành hóa, cùng các bạn sinh viên và những tài liệu trong thư viện của trường Đại Học

Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh.

Cô đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và chỉnh sửa bài viết của em được hoàn

thiện hơn. Mặc dù trong suốt thời gian làm em đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành bài

đồ án này nhưng không tránh khỏi những sai sót trong quá trình làm. Em mong nhận

được nhiều ý kiến của các thầy cô giáo để bài đồ án em hoàn thiện hơn. Và qua lần làm

đồ án này em đã hiểu nhiều về hóa hơn, hiểu về chuyên nghành nhiều hơn.

Và cuối cùng em xin cảm ơn cô Nguyễn Thị Hồng Thắm và các quý thầy cô

trong chuyên ngành hóa cùng các bạn sinh viên đã giúp đỡ em trong suốt thời gian qua.

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện:

Nhóm 1

NHÓM: I 7


LỜI MỞ ĐẦU

Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ XVIII, dầu mỏ được

sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng. Sang thế kỷ XIX, dầu được coi như là

nguồn nhiên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho nền kinh tế quốc dân.

Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc

gia trên thế giới. Khoảng 65 ÷ 70% năng lượng sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ có 20 ÷

22% năng lượng đi từ than, 5 ÷ 6% từ năng lượng nước và 8 ÷ 12% từ năng lượng hạt

nhân.

Bên cạnh đó hướng sử dụng mạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ là làm

nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu như: sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi

tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón, thậm chí cả protêin.

Ngoài các sản phẩm nhiên liệu và sản phẩm hoá học của dầu mỏ, các sản phẩm

phi nhiên liệu như dầu mỡ bôi trơn, nhựa đường, hắc ín... cũng là một phần quan trọng

trong sự phát triển của công nghiệp. Nếu không có dầu mỡ bôi trơn thì không thể có

công nghiệp động cơ, máy móc, là nền tảng của kinh tế xã hội.

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí trên thế giới, dầu khí

Việt Nam cũng đã được phát hiện từ những năm 1970 và đang trên đà phát triển.

Chúng ta đã tìm ra nhiều mỏ chứa dầu trữ lượng tương đối lớn như mỏ Bạch Hổ, Đại

Hùng, mỏ Rồng vùng Nam Côn Sơn; các mỏ khí như Tiền Hải (Thái Bình), Lan Tây,

Lan Đỏ…

Đây là nguồn tài nguyên quý để giúp nước ta có thể bước vào kỷ nguyên mới

của công nghệ dầu khí. Nhà máy lọc dầu số 1 Bình Sơn có công suất 6 triệu tấn/năm đã

hoàn thành và đang xây dựng tiếp nhà máy số 2 Nghi Sơn. Do vậy hiểu biết và áp dụng

các khoa học, công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực hóa dầu là một đòi hỏa cấp bách cho

sự phát triển.

NHÓM: I 8


CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM

I.1. VAI TRÒ, MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT

I.1.1.Vai trò

Quá trình chưng cất có vai trò hết sức quan trọng trong công nghiệp chế biến

dầu thô thành phần các phân đoạn sản phẩm là một phần hết sức quan trọng trong đời

sống kinh tế và vật chất của con người, các sản phẩm dầu mỏ có ý nghĩa rất lớn trong

nền kinh tế thế giới. Hầu hết các cường quốc trên thế giới lớn mạnh là do nền kinh tế

phát triển dựa vào dầu mỏ hoặc có nền công nghiệp dầu mỏ phát triển hiện đại chính vì

vậy chưng cất là một quá trình quan trọng trong chế biến dầu mỏ.

I.1.2.Mục đích

Mục đích của việc chưng cất dầu thô là để tách dầu thô thành các phân đoạn

khác nhau như: Hydrocacbon nhẹ C1-C4, xăng, dầu hỏa (kerosene), diesel và cặn chưng

cất khí quyển. Một số phân đoạn có thể đưa trực tiếp ra thị trường, một số khác cần

được chế biến tiếp ở các phân xưởng theo sau nhà máy trước khi đua ra thị trường.

Bước chế biến dầu thô đầu tiên, sau quá trình khử muối, là quá trình tách dầu

thô thành các phan đoạn khác nhau băng chưng cất. Quá trình này được thực hiện ở áp

suất hơi cao, hơi áp suất khí quyển.

Quá trình chưng cất ở áp suất thường hay chưng cất ở áp suất khí quyển với

mục đích thu nhận các phân đoạn nhiên liệu như xăng (light naphtha và heavy

naphtha), kerosene (dầu hỏa dân dụng) và nhiên liệu phản lực (jetfuel), diesel (light

diesel và heavy diesel) và cặn khí quyển (hay gọi là phân đoạn mazut).

Hiệu suất của các phân đoạn sản phẩm khi chưng cất dầu mỏ phụ thuộc vào bản

chất dầu thô, nhiệt độ cất phân đoạn và mức độ đòi hỏi chất lượng sản phẩm thu được.

Kiểm soát quá trình vận hành cột chưng cất là rất quan trọng bởi vì nó liên quan tới sản

phẩm thu được. Sau đây là một số chỉ tiêu chính dùng để kiểm soát chất lượng của các

phân đoạn.

Phân đoạn xăng điểm cất cuối (nhiệt độ sôi cuối).

Phân đoạn kerosene điểm cất cuối và điểm chớp cháy.

Phân đoạn gasoil điểm sương và điểm chớp cháy.

NHÓM: I 9


Phân đoạn cặn độ nhớt.

I.1.3.Ý nghĩa

Trong công nghệ chế biến dầu, dầu thô khi dã được xử lý qua các quá trình tách

nước, muối và tạp chất cơ học được đưa vào chưng cất. Các quá trình chưng cất dầu ở

áp suất khí quyển AD (Atmospheric Distillation) và chưng cất chân không VD

(Vacuum Distillation) thuộc về nhóm các quá trình chế biến vật lý. Chưng cất ở áp suất

khí quyển AD với nguyên liệu là dầu thô đôi khi còn gọi là quá trình CDU (Crude oil

Distillation Unit) còn chưng cất chân không VD dùng nguyên liệu là cặn của quá trình

chưng cất ở áp suất khí quyển. Trong thực tế đôi khi còn gọi là cặn chưng cất (cặn thô

hay mazut). Tùy theo bản chất của nguyên liệu.

Khi áp dụng loại hình công nghệ chưng cất ở áp suất khí quyển AD chúng ta chỉ

chưng cất dầu thô với mục đích nhận các phân đoạn xăng (naphta nhẹ, naphta nặng);

phân đoạn kerosen; phân đoạn diezel (nhẹ, nặng) và phần cặn còn lại sau chưng cất.

Khi muốn chưng cất sâu thêm phần cặn thô nhằm mục đích nhận các phân đoạn gasoil

chân không hay phân đoạn dầu nhờn,người ta dùng chưng cất chân không VD. Phân

đoạn gasoil chân không là nguyên liệu cho quá trình chế biến để nhận thêm xăng bằng

quá trình Cracking. Phân đoạn dầu nhờn được dùng để chế tạo các sản phẩm dầu mở

bôi trơn.Còn phần cặn của chưng cất.

Chân không VD gọi là phân đoạn cặn Gudron, được dùng để chế tạo bitum,

nhựa đường hay làm nguyên liệu cho quá trình cốc hóa sản xuất cốc dầu mỏ. Như vậy

tùy theo thành phần của dầu mỏ, nguyên liệu và mục đích chế biến mà người ta áp dụng

loại hình công nghệ chưng cất thích hợp.

I.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT

I.2.1. Sự sôi của dung dịch

Sự sôi của chất nguyên chất: Một chất lỏng sẽ sôi ở nhiệt độ mà tại đó áp suất

hơi bão hoà của nó bằng áp suất môi trường đè lên mặt thoáng. Ví dụ như nước sẽ sôi ở

1000C tại P = 1 atm (760mmHg).

Bảng 1.1: Nhiệt độ sôi của butan

NHÓM: I 10


Nhiệt độ sôi của Butan

Áp suất, atm Nhiệt độ,oC

1 0

3.41 36

4.80 50

Ta gọi chất có áp suất hơi bão hoà lớn, có nhịêt độ sôi thấp là chất dễ sôi. Chất

khó sôi có áp suất hơi bão hoà bé, có nhiệt độ sôi cao.

Thành phần pha hơi sinh ra khi đun sôi một dung dịch: Pha hơi sinh ra khi chất lỏng

nguyên chất sôi là pha hơi đơn chất. Pha hơi sinh ra khi một dung dịch sôi là một hỗn

hợp của tất cả các hợp phần của dung dịch và có thành phần phụ thuộc vào thành phần

của dung dịch lỏng theo định luật Konovalov.

Định luật Konovalov: Khi sôi một dung dịch lỏng cho ra một pha hơi giàu chất

dễ sôi hơn so với dung dịch lỏng.

I.2.2 Nguyên lý của quá trình chưng cất

Chưng cất là quá trình tách một dung dịch bằng cách đun sôi nó, rồi ngưng tụ

hơi bay ra để được 2 phần: Phần nhẹ là distillat có nhiệt độ sôi thấp, chứa nhiều chất dễ

sôi, còn phần nặng còn lại là cặn chưng cất (redue).

NHÓM: I 11


Hình 1.1: Nguyên lý của quá trình chưng cất

Như vậy, phép chưng cất có thể thu được Distillat có thành phần mong muốn

bằng cách chưng cất nhiều lần.

Nhưng chưng cất nhiều lần như vậy rất phiền phức, tốn thời gian mà không kinh

tế. Để khắc phục nhược điểm này ta dùng hệ thống chưng cất có cột chưng cất. Cột

chưng cất có số đĩa lý thuyết càng lớn, thì có khả năng cho một distillat có thành phần

khác càng nhiều so với dung dịch trong bình đun, tức là distillat rất giàu chất dễ bay

hơi.

Dùng cột chưng cất có nhiều đĩa lý thuyết có thể thu được distillat là chất dễ bay

hơi gần như tinh khiết.

I.3.CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯNG CẤT DẦU

I.3.1. Chưng đơn giản

Chưng cất đơn giản là quá trình chưng cất được tiến hành bằng cách bay hơi dần

dần, một lần hay nhiều lần, một hỗn hợp lỏng cần chưng.

Nhằm phân tách dầu thô thành các phân đoạn thích hợp dựa vào nhịêt độ sôi

của các cấu tử và không làm phân huỷ chúng.

NHÓM: I 12


a/ Chưng cất bay hơi dần dần

Chưng cất bay hơi dần dần: Chủ yếu dùng trong phòng thí nghiệm để xác định

đường cong chưng cất Engler.

b/ Chưng cất bay hơi một lần

Phương pháp này còn gọi là bay hơi cân bằng

Chưng cất bay hơi một lần cho phép nhận được phần chưng cất lớn hơn so với

bay hơi dần dần ở cùng một điều kiện nhiệt độ và áp suất.

Ưu điểm của quá trình chưng cất này là cho phép áp dụng trong điều kiện thực

tế chưng cất dầu.

Cho phép nhận được phần chưng cất lớn hơn so với bay hơi một lần

Hình 1.2:Chưng cất bay hơi một lần

c/ Chưng cất bay hơi nhiều lần

Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chưng bay hơi một lần nối tiếp nhau. Phần

cặn của nguồn chưng thứ nhất sẽ làm nguyeenlieeuj cho lần chưng thứ 2.

- Quá trình chưng bằng bay hơi một lần hay nhiều lần có ý nghĩa lớn. Bay hơi

một lần áp dụng cho đốt nóng dầu trong các thiết bị trao đổi nhiệt, lò ống, tiếp quá trình

tách pha.

NHÓM: I 13


- Chưng cất dơn giản không đạt được độ phân chia cao, để nâng cao khả năng

phân chia, người ta tiến hành chưng cất có hồi lưu và tinh luyện.

Cho phép quá trình tách các phân đoạn theo mong muốn.

Hình 1.3 Chưng cất bay hơi nhiều lần

I.3.2.Chưng phức tạp

a/ Chưng cất có hồi lưu

Là quá trình chưng khi lấy một phần chất lỏng ngưng tụ từ hơi tách ra, cho quay

lại tưới vào dòng hơi bay lên. Nhờ có sự tiếp xúc đồng đều và thêm một lần nữa giữa

dòng lỏng và dòng hơi mà cấu tử nhẹ được làm giàu thêm khi tchs khỏi hệ thống, do đó

độ phân chia cao hơn.

Để nâng cao khả năng phân chia hỗn hợp lỏng, người ta tiến hành cho hồi

lưu một phần sản phẩm đỉnh. Nhờ sự tiếp xúc thêm mộy lần giữa pha lỏng (hồi lưu) và

pha hơi trong tháp được làm giàu thêm cấu tử nhẹ nhờ đó mà độ phân chia cao hơn.

b/ Chưng cất có tinh luyện

Giúp cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với hồi lưu. Cơ sở của quá trình này

là tăng cường sự trao đổi chất nhiều lần giữa hai pha lỏng và khí.

NHÓM: I 14


- Tháp chưng cất sẽ được trang bị các đĩa hay đệm để giúp sự tiếp xúc

pha hoàn thiện hơn.

- Độ phân chia của một hỗn hợp các cấu tử trong tháp phụ thuộc vào số

lần tiếp xúc, lượng hồi lưu ở đĩa và đỉnh tháp.

Dựa vào quá trình trao đổi chất nhiều lần giữa pha lỏng và hơi nhờ vào các đĩa

hay đệm. Chưng cất sẽ có độ phân chia cao hơn nếu kết hợp với hồi lưu

Hình 1.4:Sơ đồ tiếp xúc giữa dòng lỏng và hơi trong tháp chưng cất

Chưng cất chân không & chưng cất với hơi nước: Độ bền nhiệt các cấu tử trong

dầu phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và thời gian lưu. Đối với các phân đoạn có nhiệt độ

sôi cao, người ta cần tránh sự phân huỷ chúng (giảm độ nhớt, độ bền oxy hoá…) bằng

cách hạn chế nhiệt độ (320o- 420oC) chưng cất. Nếu nhiệt độ sôi cao hơn nhiệt độ phân

huỷ chúng ta dùng chưng cất chân không hay chưng cất hơi nước. Hơi nước làm giảm

áp suất hơi riêng phần làm chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn.

NHÓM: I 15


I.3.3. Đĩa chưng cất (tray)

Trong công nghệ dầu khí, để chưng cất những lượng khổng lồ (hàng triệu

tấn/năm). Người ta dùng những thiết bị chưng cất khổng lồ, hoạt động liên tục.

Hơi nguyên liệu sẽ bay lên đỉnh tháp và phần lỏng sẽ chảy xuống phần dưới

tháp. Sự tiếp xúc giữa hai dòng này được thực hiện một cách đặc biệt nhờ các đĩa.

Tại các đĩa xảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng hơi và dòng lỏng. Đồng

thời tại đây cũng xảy ra quá trình trao đổi chất, phần nhẹ trong pha lỏng bay hơi theo

pha hơi, phần nặng trong pha hơi ngưng tụ theo dòng lỏng.

Như vậy, khi dòng hơi lên đến đỉnh thì rất giàu cấu tử nhẹ, còn dòng lỏng đi

xuống đáy lại giàu cấu tử nặng hơn.

Có rất nhiều dạng đĩa khác nhau được sử dụng tuỳ vào loại nguyên liệu. Nhưng

mục đích chung nhằm đảm bảo sự tiếp xúc giữa pha lỏng và pha hơi phải lớn để quá

trình phân tách hiệu quả.

Hiện nay, sử dụng chủ yếu các dạng đĩa sau:

− Đĩa nhiều lỗ (Sieve Trays)

− Đĩa chụp (Bubble–Cap Trays)

− Đĩa ống khói (Chimmey Trays)

− Đĩa Van (Valve Trays)

I.3.4. Sự Stripping

Đối với chưng cất dầu thô, dòng trích ngang luôn có lẫn sản phẩm đỉnh.

Để loại bỏ các cấu tử nhẹ này, người ta thực hiện quá trình tái hoá hơi riêng

phần các phần nhẹ. Quá trình này gọi là quá trình stripping.

Quá trình này được thực hiện trong những cột nhỏ từ 4-10 đĩa, đặt bên cạnh tháp

chưng cất khí quyển và thường dùng hơi nước trực tiếp.

Ngoài ra có thể stripping bằng nhiệt (phân đoạn Kerozen).

NHÓM: I 16


Hình 1.5:Sơ đồ sự Stripping bằng nhiệt(Phân đoạn Krozen)

I.3.5. Sự hồi lưu (Relux)

Nhằm tạo ra dòng lỏng có nhiệt độ thấp đi từ đỉnh tháp xuống đáy tháp để trao

đổi nhiệt với dòng hơi. Từ đó làm cho quá trình trao đổi chất tách phân đoạn được triệt

để và thu được chất lượng distillat mong muốn.

Tỉ lệ dòng hoàn lưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố kinh tế là bài

toán quyết định.

Khi tỉ lệ hoàn lưu tăng, số mâm giảm nhưng đường kính tháp tăng lên. Chủ yếu

có 3 dạng sau:

− Hồi lưu nóng: Sử dụng dòng hồi lưu ở trạng thái lỏng - sôi.

− Hồi lưu lạnh: Nhiệt độ dòng hồi lưu ở dưới điểm lỏng - sôi.

− Hồi lưu vòng: Lấy các sản phẩm ở các mâm dưới hồi lưu lên các mâm trên sau khi

đã làm lạnh.

Chưng cất dầu và sản phẩm dầu với mục đích tách dầu thô thành các phân đoạn,

được thực hiện bằng phương pháp sôi dần hoặc sôi nhiều lần. Chưng cất bay hơi nhiều

lần gồm hai hay nhiều quá trình bay hơi một lần.

NHÓM: I 17


CHƯƠNG II: CHƯNG CẤT DẦU THÔ Ở ÁP SUẤT

THƯỜNG

II.1. LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU

Dầu thô chưng cất trong phân xưởng là loại dầu thô ít phần nhẹ, chứa lượng khí

hòa tan thấp (0,5 ÷ 1,2%), trữ lượng xăng thấp (phân đoạn có nhiệt độ sôi đến 180oC

chiếm 12 ÷ 15%) và hiệu suất các phân đoạn cho tới 350oC không lớn hơn 45%.

Nguyên liệu dầu thô nặng Basrah được lựa chọn là phù hợp với các yêu cầu trên.

Hiệu suất sản phẩm của quá trình chưng cất loại dầu thô này được trình bày ở bảng sau.

Bảng 2.1: Hiệu suất sản phẩm của quá trình chưng cất.

Phân đoạn Nhiệt độ sôi (oC) Hiệu suất (%kl)

C1 – C4 1

Xăng nhẹ Đến 65 3

Xăng nặng 65 – 175 12

Kerosen 175 – 225 7

Diesel 225 – 360 22

Gasoil nặng 360 – 460 14

Cặn >460 41

Một số đặc điểm của dầu thô này:

- Tỷ trọng ở 60F: 0,909

- oAPI ở 60F: 24,2

- Nhiệt độ đông đặc: -30oC

- Độ nhớt ở 20oC: 54,4 cSt

II.2. THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH

II.2.1.Chế độ nhiệt của tháp chưng luyện.

Nhiệt độ là thông số quan trọng nhất của tháp chưng cất. Bằng cách thay đổi

nhiệt độ của tháp sẽ điều chỉnh được nhiệt độ và hiệu suất của sản phẩm. Chế độ nhiệt

của tháp gồm nhiệt độ của nguyên liệu vào tháp, nhiệt độ đỉnh tháp, nhiệt độ trong tháp

và nhiệt độ đáy tháp.

NHÓM: I 18


Nhiệt độ của nguyên liệu (dầu thô) vào tháp chưng phụ thuộc vào bản chất của

loại dầu thô, mức độ phân tách của sản phẩm, áp suất trong tháp và lượng hơi nước đưa

vào đáy tháp, nhưng chủ yếu phải tránh sự phân huỷ nhiệt ở nhiệt độ cao. Nếu dầu thô

thuộc loại dầu nặng mực độ phân chia lấy sản phẩm ít thì nhiệt độ vào tháp chưng

luyện sẽ không cần cao. Trong thực tế sản phẩm khi chưng cất ở áp suất khí quyển,

nhiệt độ nguyên liệu vào tháp chưng luyện thường trong giới hạn 320 ÷ 3650C.

Nhiệt độ đáy tháp chưng luyện phụ thuộc vào phương pháp bay hơi và hồi lưu

đáy. Nếu bay hơi phần hồi lưu đáy bằng thiết bị đốt nóng riêng biệt thì nhiệt độ đáy

tháp sẽ ứng với nhiệt độ bốc hơi cân bằng ở áp suất tại đáy tháp, nếu bốc hơi bằng cách

dung hơi nước quá nhiệt thì nhiệt độ đáy tháp sẽ thấp hơn vùng nạp liệu. Nhiệt độ đáy

tháp phải chọn tối ưu, tránh sự phân huỷ các cấu tử nặng, nhưng lại phải đủ để tách hết

hơi nhẹ khỏi phần nặng.

Nhiệt độ đỉnh tháp được khống chế nhằm đảm bảo sự bay hơi.

Nhiệt độ đỉnh tháp chưng luyện ở áp suất thường để tách xăng ra khỏi dầu thô

thường là 110 ÷ 1300C.

Để bảm bảo chế độ nhiệt của tháp, cũng như đã phân tích ở trên là để phân chia

các quá trình hoàn thiện thì phải có hồi lưu.

Các dạng hồi lưu: Ở đỉnh tháp có hai dạng hồi lưu: Hồi lưu nóng và hồi lưu nguội.

- Hồi lưu nóng: Quá trình hồi lưu nóng được thực hiện bằng cách ngưng tụ một phần

hơi sản phẩm đỉnh ở nhiệt độ sôi của nó. Khi tưới trở lại tháp, chúng chỉ cần thu nhiệt

để bốc hơi. Tác nhân lạnh có thể dùng là nước hay chính sản phẩm lạnh.

Do thiết bị hồi lưu nóng khó lắp ráp và khó cho việc vệ sinh, đặc biệt khi công

suất của tháp lớn, nên ít phổ biến và bị hạn chế.

- Hồi lưu nguội: Được thực hiện bằng cách làm nguội và ngưng tụ sản phẩm đỉnh rồi

tưới trở lại tháp chưng. Khi đó lượng hồi lưu cần thu lại một lượng nhiệt cần thiết để

đun nóng nó đến nhiệt độ sôi cần thiết để đun nóng nó đến nhiệt độ sôi và nhiệt độ cần

để hoá hơi.

- Hồi lưu nguội sử dụng rộng rãi vì lượng hồi lưu thường ít, làm tăng rõ ràng chất

lượng mà không giảm nhiều năng suất của tháp chưng.

- Hồi lưu trung gian: Quá trình hồi lưu trung gian thực hiện bằng cách lấy một phần

sản phẩm lỏng nằm trên các đĩa có nhiệt độ là t1, đưa ra ngoài làm lạnh đến t0 rồi tưới

NHÓM: I 19


trở lại tháp, khi đó chất lỏng hồi lưu cần thu một lượng nhiệt để đun nóng từ nhiệt độ

t0÷t2.

Hồi lưu trung gian có nhiều ưu điểm như: Giảm lượng hơi đi ra ở đỉnh tháp, tận

dụng được một lượng nhiệt thừa rất lớn của tháp chưng để đun nóng nguyên liệu ban

đầu, tăng công suất làm việc của tháp.

Người ta thường kết hợp hồi lưu trung gian với hồi lưu lạnh cho phép điều chỉnh

chính xác nhiệt độ chưng dẫn đến đảm bảo được hiệu suất và chất lượng sản phẩm của

quá trình.

II.2.2. Áp suất của tháp chưng:

Khi chưng luyện dầu mỏ ở áp suất thường thì áp suất trong toàn tháp và ở một

tiết diện cũng có khác nhau.

Áp suất trong tháp có thể cao hơn một ít hay thấp hơn một ít so với áp suất khí

quyển, tương ứng với việc tăng hay giảm nhiệt độ sản phẩm lấy ra khỏi tháp.

Áp suất trong mỗi tiết diện của tháp chưng luyện phụ thuộc vào trở lực thuỷ tĩnh

khi hơi qua các đĩa, nghĩa là phụ thuộc vào số đĩa và cấu trúc đĩa, lưu lượng riêng của

chất lỏng và hơi. Thông thường từ đĩa này sang đĩa khác, áp suất giảm từ 5 ÷ 10 mmHg

từ dưới lên khi chưng cất.

Áp suất làm việc của tháp phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất của nguyên liệu và

áp suất riêng phần của từng cấu tử trong tháp. Nếu tháp chưng luyện mà dùng hơi nước

trực tiếp cho vào đáy tháp thì hơi nước làm giảm áp suất riêng phần của hơi sản phẩm

đầu, cho phép chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn. Lượng hơi nước tiêu hao phụ

thuộc vào áp suất chung của tháp và áp suất riêng phần của các sản phẩm đầu.

Lượng hơi nước tiêu hao cho tháp ở áp suất khí quyển khoảng 1,2 ÷ 3,5% trọng

lượng.

II.2.3. Lựa chọn công nghệ chưng cất.

Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ và chế độ công nghệ phụ thuộc vào đặc tính

nguyên liệu và mục đích của quá trình chế biến.

a/ Dầu có chứa lượng khí hòa tan thấp ( 0.5 ÷ 1,2 %), trữ lượng xăng thấp ( 12 ÷ 15 %

phân đoạn có nhiệt độ sôi đến 1800C) và hiệu suất các phân đoạn tới 3500C không lớn

hơn 45% thì nên chon sơ đồ chưng cất AD với bay hơi 1 lần và tháp tinh cất ( sơ đồ

loại 1 tháp).

NHÓM: I 20


b/ Dần thô chứ nhiều phân nhẹ, tiềm lượng các sản phẩm trắng cao (50 ÷ 60 % ), chứa

nhiều khí hòa tan ( > 1,2 % ), chứa nhiều phân đoạn xăng ( 20 ÷ 30 % ) thì nên chọn sơ

đồ chưng cất AD với bay hơi 2 lần:

Lần 1: Bay hơi sơ bộ phân phần và tinh cất.

Lần 2: Tiến hành chưng cất phần dầu còn lại (sơ đồ loại 2 tháp).

Nhờ chưng cất 2 lần mà giảm được áp suất trong tháp 2 đến 0,14 ÷ 0,16 Mpa

II.3. NGUYÊN LÝ CHƯNG CẤT, CÁC LOẠI THÁP CHƯNG CẤT.

II.3.1. Nguyên lý chưng cất.

Chưng cất dầu với các sản phẩm dầuvới mục đích tách dầu thô thành các phân

đoạn, được thực hiện bằng phương pháp sôi dần hoặc sôi nhiều lần. Chưng cất bay hơi

nhiều lần gồm hai hay nhiều quá trìnhbay hơi một lần. Trong mỗi quá trình bay hơi một

lần hơi tạo thành được tách khỏi cặn lỏng, còn phần lỏng tiếp tục được nung nóng và

hơi tạo thành lại được tách ra khỏi phần lỏng; nghĩa là nó được nung nóng một số lần.

Nếu trong mỗi lần bay hơi dầu có sự thay đổi pha rất nhỏ( nghĩa là hơi tạo thành được

tách ra lien tục), còn sồ phần bay hơi một lần là rất lớn, thì quá trình như vậy được gọi

là bay hơi dần dần.

Trong chưng cất hơi tạo thànhthoát ra khỏi thiết bị chưng cất ngay lập tức,

ngưngtụ trong thiết bị làm lạnh – ngưng tụ và được thu hồi dưới dạng distillat. Ngược

lại, hơi tạo thành trong quá trình nung nóng không thoát ra khỏi thiết bị chưng cất cho

đến khi đạt nhệt độ nào đó, khi đó một lương pha hơi tách ra khỏi chất lỏng, thì gọi là

sôi một lần. Nhưng cả hai phương pháp này đều không thể phân tách dầu và các sản

phẩm dầu thành các phân đoạn hẹp vì có một lượng thành phần có nhiệt độ sôi cao rơi

vào phần cất( distillat ) và một phần phân đoạn nhiệt độ sôi thấp ở lại trong pha lỏng.

Do đó phải tiến hành hồi lưu hoặc tinh cất. Với quá trình này, dầu và các sản phẩm dầu

được nung nóng trong bình cầu. Hơi tạo thành khi chưng cất hầu như không chứa thành

phần sôi cao, được làm lạnh trong thiết bị ngưng tụ hồi lưu và chuyển sang thể lỏng –

phần hồi lưu. Chất hồi lưu chảy xuống dưới, lại gặp hơi tạo thành. Nhờ trao đổi nhiệt

thành phần có nhiệt độ sôi thấp của phần hồi lưu hóa hơi, còn phần có nhiệt độ sôi cao

trong hơi sẽ ngưng tụ. Trong quá trình tiếp xúc này sự phân tách sẽ tốt hơn.

Tinh cất là sự tiếp xúc giữa dòng hơi bay lên và dòng lỏng chảy xuống – phần

hồi lưu. Đẻ tinh cất tốt phải tạo điều kiện tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng. Sự tiếp xúc

NHÓM: I 21


này thực hiện được nhờ vào thiết bị tiếp xúc đặt trong tháp( đệm, đĩa…). Mức phân

tách của các thành phần phụ thuộc nhiều vào số bậc tiếp xúc và lượng hồi lưu chảy

xuống gặp hơi.

Trong phân tích kỹ thuật dầu thô, nhiên liệu đông cơ và khí hydrocacbon

phương pháp chính để phân đoạn là phân tách theo nhiệt độ sôi, nghĩa là chưng cất và

tinh cất, do đó khái niệm về thành phần phân đoạn của dầu thô và sản phẩm dầu là hiệu

suất( theo thể tích và khối lượng ) của các phần chưng cất khác nhau – là phân đoạn

nhiệt độ sôi trong vùng nhiệt độ xác địnhhoặc sôi đến nhiệt độ nào đó.

II.3.2. Các loại tháp chưng cất.

Chưng cất các hỗn hợp đơn giản và phức tạp được tiến hành trong các tháp hoạt

động theo chu kỳ hoặc liên tục.

II.3.2.1. Phân loại theo phương thức hoạt động của tháp.

a/ Tháp hoạt đông theo chu kỳ.

Tháp hoạt động theo chu kỳ được ứng dụng trong các cụm thiết bị công suất nhỏ

cần thu được nhiều phân đoạn và độ phân tách cao.

I1

2

34

5

6

6

II

III

V

VI

VIVIII

VII

VIII

IV

Hình 2.1: Sơ đồ chưng cất theo chu kỳ

NHÓM: I 22


1- Nồi chưng; 2- Tháp chưng cất ; 3- Tháp ngưng tụ ; 4- Thùng tích trữ ;

5- Máy lạnh ; 6- Máy bơm

I- Nguyên liệu ; II- Hơ i ; III- Hơi sản phẩm đỉnh ; IV- Sản phẩm trên ;

V- Dòng hồi lưu ; VI- Cặn chưng ; VII- Nước ; VIII- Hơi nước

Nguyên liệu được rót vào nồi cất đến chiều cao bằng 2/3 đường kính của nó. Gia

nhiệt băng hơi gián tiếp. Trong chu kỳ đầu hoạt động của tháp chưng cất thu được

thành phần nhẹ nhất, thí dụ xăng, sau đó là phân đoạn với nhiệt độ sôi cao hơn

( benzene, toluene…). Hỗn hợp sôi cao hơn còn lại trong nồicất, tạo thành cặn cất. Khi

kết thúc quá trình chưng cất cặn nàyđược làm lạnh và bơm ra.. Nồi cất lại được nạp

nguyên liệu và chưng cất lặp lại. Làm việc theo chu kỳ có chi phí nhiệt cao, công suất

làm việc thấp, và hiệu suất sử dụng thiết bị thấp.

b/ Tháp hoạt động liên tục.

Hình 2.2: Sơ đồ chưng cất liên tục hỗn hợp hai cấu tử.

1- Thiết bị gia nhiệt: 2- Tháp chưng cất : 3- Trao đổi nhiệt ; 4- Máy lạnh – ngưng

tụ 5- Nồi sôi

I- Nguyên liệu ; II- isopentan ; III- n-pentan

Phụ thuộc vào số sản phẩm được phân tách từ hệ đa cấu tử tháp chưng cất được

chia làm loại đơn giản và phức tạp. Trong nhóm thứ nhất khi chưng cất thu được hai

sản phẩm, thí dụ xăng và secmimazut. Từ các tháp chưng cất nhóm hai thu được ba hay

NHÓM: I 23

II

4

2

5

I

3

1

III


nhiều sản phẩm. Chúng là sự lien kết nối tiếp nhau giữa các tháp đơn giản, trong mỗi

tháp phân tách hỗn hợp nguyên liệu thành hai phần.

Trong mỗi tháp đơn giản có vùng chưng và vùng cất. Vùng chưng hay vùng bay

hơi nằm ở dưới cửa nạp nguyên liệu. Mâm trên đó nguyên liệu được nạp vào được gọi

là đĩa nạp liệu. Sản phẩm chính của vùng chưng là cặn lỏng. Vùng cất hay vùng luyện

nằm phía trên đĩa nạp liệu. Sản phẩm chính của vùng cất là hơi chưng cất. Để tháp

chưng cất hoạt động bình thường cần có dòng hồi lưu phía trên vùng cô đặc và nạp

nhiệt( qua nồi sôi) hoặc hơi nước trực tiếp vào vùng chưng cất.

Phụ thuộc vào cấu trúc tiếp xúc của hơi bay lên và chất lỏng rơi xuống dưới

( phần hồi lưu ), tháp chưng cất được chia làm loại đệm, đĩa,roto…. Phụ thuộc vào áp

suất chúng được chia thành tháp chưng cất áp suất cao, áp suất khí quyển và chân

không. Tháp loại thứ nhất được ứng dụng trong quá trình ổn định dầu thô và xăng, phân

đoạn khí trong các cụm cracking và hydro hóa. Tháp chưng cất khí quyển và chân

không được ứng dụng chủ yếu trong chưng cất dầu thô, sản phẩm dầu cặn và phần cất (

distilat).

Trong các tháp chưng cất diễn ra tiếp xúc pha lỏng và hơi trên các kết cấu tiếp

xúc đặc biệt-lớp đệm, sang, kết cấu đĩa để phân tách tốt các hợp phần. Tháp chưng cất

phụ thuộc vào nhiệm vụ của nóđược chia thành:

- Tháp bay hơi trước.

- Tháp chưng cất khí quyển.

- Tháp chưng cất chân không.

- Tháp ổn định.

- Các tháp chưng cất và tinh cất xăng.

- Tháp bay hơi.

II.3.2.2. Phân loại theo kết cấu tiếp xúc.

a/ Tháp đệm.

Để phân phối đều hơi và chất lỏng trong các tháp này ta sử dụng các quả cầu

rỗng có lỗ trên thành, khối lăng trụ ba cạnh, đa cạnh và hình chop, vật hình yên ngựa,

vòng lò xo gốm đường kính giống nhau… Để tăng bề mặt tiếp xúc mặt trong của vòng

có làm vách chắn. Ưu điểm của đệm hình khuyên là trọng lượng thấp, bề mặt tiếp xúc

lớn, trơ về hóa học, rẻ.

NHÓM: I 24


Đệm được dặt trên sang có hai loại lỗ: các lỗ nhỏ cho dòng hồi lưu, các lỗ lớn

cho dòng hơi. Đẻ tháp đệm làm việc chính xác phân bố dòng hồi lưu chảy qua phải

đồng đều trong toàn bộ tiết diện tháp. Điều này do sự đồng nhất của đệm, tốc độ cho

phép tối đa của dòng hơi bay lên và tháp thẳng đứng quyết định. Thực tế cho thấy sự

phân bố đồng đều ban đầu của phần hồi lưu bị phá vỡ khi nó chảy xuống, vì hơi đẩy

chất lỏng về phía vavhs tháp và hơi tập trung ở tâm phần đệm. Do đó lớp đệm được

chia thành các lớp nhỏ, cao 1 ÷ 1,5 m, cách rời nhau bởi khoảng không như trong hình.

III

II

I

IV

1

2

3

4

Cường độ chưng cất đạt được nhờ vào việc lựa chọn đệm có kích thước thích

hợp. Vòng đệm càng nhỏ, tiếp xúc giữa hơi và phần đối lưu càng tốt, nhưng lực cản

thủy lực trong tháp càng cao. Khi tốc độ hơi hoặc chất lỏng cao có thể xuất hiện hiện

tượng “ quấn ” vòng đệm và khiến cho dòng chảy của chất lỏng ngưng lại và bắt đầu

đẩy nó ra khỏi tháp.

Nhược điểm cơ bản của tháp đệm là tạo thành vùng “ chết ” trong vùng đệm,

qua đó hơi và phần hồi lưu không đi qua, làm giảm tiếp xúc của các pha trao đổi chất

và giảm hiệu quả phân tách. Tháp đệm đường kính không lớn ( 0,5 ÷ 1m ) với vòng

đệm nhỏ và tốc độ hơi cao làm việc khá hiệu quả.

b/ Tháp đĩa ( mâm ).

Trong công nghệ dầu khí, để chưng cất những lượng khổng lồ (hàng triệu

tấn/năm). Người ta dùng những thiết bị chưng cất khổng lồ, hoạt động liên tục.

Hơi nguyên liệu sẽ bay lên đỉnh tháp và phần lỏng sẽ chảy xuống phần dưới

tháp. Sự tiếp xúc giữa hai dòng này được thực hiện một cách đặc biệt nhờ các đĩa.

NHÓM: I 25

Hình 2.3: Sơ đồ tháp đệm

1- Lớp đệm ; 2- Sàng phân bố ; 3- Phân bố chất lỏng ; 4-

Chóp định hướng

I- Nguyên liệu ; II- Nạp hồi lưu ; III- Cửa ra của sản phẩm

hơi ; IV- Cửa ra sản phẩm lỏng


Tại các đĩa xảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng hơi và dòng lỏng. Đồng thời tại

đây cũng xảy ra quá trình trao đổi chất, phần nhẹ trong pha lỏng bay hơi theo pha hơi,

phần nặng trong pha hơi ngưng tụ theo dòng lỏng.

Như vậy, khi dòng hơi lên đến đỉnh thì rất giàu cấu tử nhẹ, còn dòng lỏng đi

xuống đáy lại giàu cấu tử nặng hơn.

Có rất nhiều dạng đĩa khác nhau được sử dụng tuỳ vào loại nguyên liệu. Nhưng

mục đích chung nhằm đảm bảo sự tiếp xúc giữa pha lỏng và pha hơi phải lớn để quá

trình phân tách hiệu quả.

- Tháp đĩa mũ.

1

2

3

4

5 67

8

Hình 2.4: Cấu trúc đĩa mũ.

1- Mặt phẳng ; 2- Ống rót ; 3- Mũ ; 4- Ống nối ; 5- Khe ; 6- Khoảng không vành

khuyên; 7- vách ngăn ; 8- Thành tháp.

Để tháp chưng cất hoạt động bình thường cần có sự tiếp xúc chặt chẽ giữa dòng

hồi lưu chảy xuống và dòng hơi bay lên và chế độ nhiệt thích hợp. Điều kiện thứ nhất

được đáp ứng nhờ cấu trúc của mũ và đĩa, điều kiện thứ hai nhờ giải nhiệt trên đỉnh

tháp, ngưng tụ một phần hơi và tạo thành dòng hồi lưu. Dòng hơi tạo ra nhờ sự bay hơi

một phần nguyên liệu, cũng như bay hơi pha lỏng dưới đáy tháp dươí tác dụng của

nhiệt nhờ thiết bị gia nhiệt, nồi sôi hoặc hơi trực tiếp.

Cũng cần sao cho chất lỏng chảy xuống từ đĩa trên không nằm cân bằng với

dòng hơi thoát ra từ đĩa dưới. Trong điều kiện đó khi tiếp xúc với chất lỏng có nhiệt độ

thấp hơn, hơi sẽ bị làm lạnh và ngưng tụ một phần, tạo ra phần ngưng ( condensate )

giàu các chất có nhiệt độ cao hơn, kết quả là hơi sẽ giàu chất có nhiệt độ sôi thấp, còn

chất lỏng giàu chất có nhiệt độ sôi cao.

NHÓM: I 26


Đĩa, trên đó có cân bằng giữa pha lỏng và pha hơi được gọi là đĩa lý thuyết hay

lý tưởng. Trong tháp với đĩa lý thuyết trạng thái cân bằng đạt được trên từng đĩa.

- Tháp đĩa sàng.

1

2 3

4

Hình 2.5: Kết cấu đĩa sàng.

1- Lớp chất lỏng trên đĩa ; 2- Llỗ của đĩa ; 3- Ống chảy ; 4- Thành tháp

Nhược điểm của đĩa sàng là tổn áp lớn và lỗ của sàng có thể bị sản phẩm ăn

mòn. Ngoài ra đĩa sàng đặc biệt nhạy cảm với sự giao động chế độ trong tháp: giảm tốc

độ hơi có thể dẩm tới giảm mực lớp hồi lưu trên đĩa đến làm kiệt nó, do vậy phá vỡ sự

tiếp xúc giữa lỏng vơi hơi. Ở chế độ tối ưu tháp sàng hoạt động rất hiệu quả. Khi

khoảng cách giữa các sàng bằng nhau và tốc độ dòng hơi khác nhau lượng giọt chất

lỏng bị cuốn theo trong tháp đĩa sàng thấp hơn đĩa mũ. Đĩa sàng được ứng dụng rộng

rãi trong công nghiệp. Để dòng hơi phân bố đều theo tiết diện tháp mức chất lỏng và

đĩa phải nằm ngang. Tăng chiều cao vách ngăn tổn áp và hệ số có ích của đĩa tăng lên

đôi chút. Trong các tháp chân không chiều cao vách ngăn là 13 mm, còn trong tháp khí

quyển là 25 mm, cìn trong tháp hoạt động ở áp suất cao là 38 mm. Van thủy lực trong

tháp có đường kính 3,6 m có chiều cao là 25 mm, còn tháp 7,2 m hoặc lớn hơn là 38

mm.

- Tháp với đĩa lưới dạng ovan.

NHÓM: I 27


1

2

Hình 2..6: Các vùng của đĩa lưới dạng sụt.

1- Tấm thép ; 2- Lỗ

Đĩa lưới nhạy với sự thay đổi của chế độ công nghệ. Do đố chúng nên được sử

dụng trong các tháp đơn giản và với tải trọng dòng lỏng cố định. Để mở rộng khoảng

dao động của tải trọng và tăng công suất của đĩ chúng được chê tạo ở dạng gợn sóng

( hình 2.7 ). Chất lỏng trong đĩa dạng này chảy qua lỗ hở có chiều rộng 3-7 mm xuống

phần dưới. Tổng diện tích lỗ hở trên đĩa là 15-30 % tiết diện tháp. Tăng tải trọng chất

lỏng chiều cao song tăng từ 18-38 đến 38-64 mm. Các sóng trên các đĩa kế nhau được

xếp lệch nhau.

1

2I

II

Hình 2.7: Đĩa dạng gợn sóng.

1- Một tế bào của đĩa ; 2- Thành tháp

II.3.3. Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất dầu thô ở áp suât thường.

Trong sơ đồ chưng cất khí quyển, dầu đã loại nước và loại muối trong cụm EDS

được bơm vào mâm số 16 của tháp bay hơi K-1 bằng hai dòng. Từ đỉnh tháp K-1 sản

phẩm đỉnh trong pha hơi được dẫn vào thiết bị ngưng tụ bằng không khí T-5, sau đó

vào thiết bị làm lạnh bằng nước T-5a và được làm lạnh đến 45oC, rồi đi vào bể chứa E-

1. Nước tách từ bể E-1 được dẫn vào kênh thải. Xăng từ bể E-1 được bơm vào tháp K-1

bằng máy bơm H-5 làm dòng hồi lưu, xăng còn lại chảy vào bể E-12. Chế độ nhiệt ở

dưới tháp K-1 được duy trì nhờ “dòng nóng”, là phần dầu thô đã loại xăng của tháp K-1

NHÓM: I 28


được bơm vào lò nung L-1 bằng 6 dòng nhờ máy bơm H-7. Tất cả các dòng dầu từ lò

L-1 nhập lại và được bơm trở lại đáy tháp K-1 bằng 2 dòng.

Sản phẩm đáy của tháp K-1 là dầu loại xăng được lấy ra bằng máy bơm H- 3 và được

nung nóng tiếp trong lò L-1 và từ đây được đưa vào tháp chưng cất chính K-2 dưới

mâm thứ 38. Để tăng thu hồi sản phẩm sáng từ mazut người ta bơm hơi nước quá nhiệt

vào phía dưới tháp K-2.

Từ đỉnh tháp K-2 hơi xăng và hơi nước được dẫn vào thiết bị ngưng tụ bằng

không khí T-7, trong đó chúng được ngưng tụ và làm lạnh đến 80oC, sau đó đi vào thiết

bị làm lạnh bằng nước T-7a. Phần ngưng (nhiệt độ 45oC) được đưa vào bể chứa E-3,

trong đó nước được tách ra khỏi xăng (nước thải ra hệ thống thải). Xăng từ bể chứa E-3

được bơm bằng máy bơm H-4 vào trên tháp K-2 để điều chỉnh nhiệt độ trên tháp, phần

xăng dư qua van điều chỉnh lưu lượng theo mức chất lỏng trong bể E-3 vào bể chứa E-

12 .

Để lấy nhiệt trong tháp K2 sử dụng 2 dòng hồi lưu: dòng thứ nhất vào dưới cửa

trích phân đoạn 220 ÷ 280oC, dòng thứ hai - vào dưới cửa trích phân đoạn 280 ÷ 350oC.

Phần hồi lưu thứ nhất được lấy ra từ mâm thứ 12 của tháp

K-2 bằng bơm H-22 và qua thiết bị điều chỉnh lưu lượng rồi bơm vào trao đổi nhiệt T-

2, thiết bị làm lạnh T-19 và với nhiệt độ 65 ÷ 70oC quay trở lại mâm 11 của tháp K-2,

từ mâm thứ 10 phân đoạn 180 ÷ 220oC được bơm lên mâm trên của tháp K-6.

Hơi nước quá nhiệt được đưa vào đáy tháp bay hơi K-6. Trong tháp K-6 diễn ra sự bay

hơi của phân đoạn xăng, hơi này quay trở lại mâm thứ 9 của tháp K-2. Từ đáy tháp K-6

phân đoạn 180 ÷ 220oC được máy bơm H-18 bơm qua hệ thống trao đổi nhiệt và làm

lạnh (T-22, T-22a) vào hệ thống làm sạch.

Phân đoạn 220 ÷ 280oC từ đáy tháp bay hơi K-7 nhờ máy bơm H-19 được bơm

qua thiết bị làm lạnh bằng không khí T-23, bằng nước T-20, qua bộ điều chỉnh lưu

lượng và đi vào ống dẫn của nhiên liệu diesel. Từ mâm thứ 30 hoặc 32 của tháp K-2

phân đoạn nhiên liệu diesel (280 ÷ 350oC) được lấy ra và đưa qua tháp bay hơi K-9.

Dưới tháp K-9 hơi nước quá nhiệt cũng được đưa vào. Phân đoạn bay hơi của tháp K-9

quay lại mâm thứ 24 của tháp K-2.

Từ đáy tháp K-9 phân đoạn 280 ÷ 350oC được máy bơm H-20 bơm qua hệ thống

trao đổi nhiệt T-11 để nung nóng phân đoạn xăng trước tháp ổn định K- 8 và được đưa

NHÓM: I 29


vào ống dẫn chung của nhiên liệu diesel. Mazut từ đáy tháp K- 2 được máy bơm H-21

bơm sang cụm chưng cất chân không.

NHÓM: I 30


NHÓM: I 31

Hìn

h II

.8: S

ơ đồ

côn

g ng

hệ c

ụm c

hưng

cất

khí

quy

ểnK

-1-

Thá

p ba

y hơ

i trư

ớc; K

-2-

Thá

p ch

ưng

cất k

hí q

uyển

chí

nh; K

-6, K

-7, K

-9-

Thá

p ba

y hơ

i; E

-1, E

-12,

E-3

- bể

hồ

i lưu

;T

-5, T

-7, T

-22,

T-2

3- th

iết b

ị ngư

ng tụ

bằn

g kh

ông

khí;

T-2

, T-3

3, T

-17,

T-1

9, T

-11-

thiế

t bị t

rao

đổi n

hiệt

“dầ

u th

ô- s

ản p

hẩm

”; T

-5a,

T-7

a, T

-22a

, T-2

0- T

hiết

bị l

àm lạ

nh; L

-1 –

lò n

ung

dạng

ống

; H-3

, H-2

1- M

áy b

ơm.

II.1.3. Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất áp suất thường


II.3.4. Chế độ công nghệ.

Bảng 2.2: Chế độ công nghệ đặc trưng của cụm chưng cất áp suất thường:

Ngưỡng cho phép Tháp K-1 Lưu lượng nguyên liệu, m3/h ≤1.250 Nhiệt độ, oC- Dầu thô vào tháp ≥ 200 - Dòng hồi lưu ≤ 340 - Đỉnh tháp Theo chất lượng của phân đoạn sôi

đầu - 85oC- Đáy tháp ≤ 240oC Áp suất tháp (trên), atm ≤ 6,0Chi phí hơi, m3/h 90 Tháp K-2Nhiệt độ, oC- Nguyên liệu vào tháp ≥ 360 - Dòng hồi lưu+ Thứ I tại cửa ra khỏi tháp 170+ Thứ II tại cửa ra khỏi tháp 260+ Thứ I tại cửa vào tháp 70+ Thứ II tại cửa vào tháp 80Chi phí hơi, m3/h 60Nhiệt độ dưới của các tháp bay hơi, o CK-6 195K-7 245K-9 300Chi phíDòng hồi lưuI 170II 250Hơi, m3/h 130Hơi nước vào dưới tháp K-2, tấn/h 7.5Lò nungNhiệt độ, oC- Tại cửa ra khỏi lò ≤ 800 - Khí khói trên vách ngăn ≤ 800 - Đỉnh tháp theo chất lượng của phân đoạn sôi

đầu - 85oC- Đáy tháp ≤ 240oC Áp suất tháp ( trên), atm ≤ 6,0

II.4. SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT:

NHÓM: I 32

Hìn

h II

.8: S

ơ đồ

côn

g ng

hệ c

ụm c

hưng

cất

khí

quy

ểnK

-1-

Thá

p ba

y hơ

i trư

ớc; K

-2-

Thá

p ch

ưng

cất k

hí q

uyển

chí

nh; K

-6, K

-7, K

-9-

Thá

p ba

y hơ

i; E

-1, E

-12,

E-3

- bể

hồ

i lưu

;T

-5, T

-7, T

-22,

T-2

3- th

iết b

ị ngư

ng tụ

bằn

g kh

ông

khí;

T-2

, T-3

3, T

-17,

T-1

9, T

-11-

thiế

t bị t

rao

đổi n

hiệt

“dầ

u th

ô- s

ản p

hẩm

”; T

-5a,

T-7

a, T

-22a

, T-2

0- T

hiết

bị l

àm lạ

nh; L

-1 –

lò n

ung

dạng

ống

; H-3

, H-2

1- M

áy b

ơm.


Khi tiến hành chưng cất sơ khởi dầu mỏ, chúng ta nhận được nhiều phân đoạn

và sản phẩm dầu. Chúng được phân biệt với nhau bởi giới hạn nhiệt độ sôi (hay

khoảng nhiệt độ chưng), bởi thành phần hydrocacbon, độ nhớt, nhiệt độ chớp cháy,

nhiệt độ đông đặc và bởi nhiều tính chất có liên quan đến việc sử dụng chúng. Dưới

đây sẽ nói đến các sản phẩm của quá trình chưng cất.

II.4.1. Khí hydrocacbon

Bao gồm các hydrocacbon C1 ÷ C4 và một lượng ít C5 ÷ C6. Khí thu được chủ

yếu là C3, C4. Tuỳ thuộc công nghệ chưng cất, mà phân đoạn C3, C4 nhận được ở thể

khí hay đã được nén hoá lỏng.

Phân đoạn này thường được dùng làm nguyên liệu trong quá trình phân tách khí

để nhận các khí riêng biệt cho các quá trình chế biến tiếp thành những hoá chất cơ bản:

thực hiện phản ứng oxy hoá ghép đôi Metan thu được C2H4 sử dụng cho quá trình

polime hoá vật liệu. Hoặc từ n-butan điều chế iso-butan, là nguyên liệu quý để sản xuất

MTBE, phụ gia pha vào xăng làm tăng trị số octan.

Hay được sử dụng làm nhiên liệu dân dụng, như khi được nén thành khí hoá

lỏng LPG là sản phẩm năng lượng rất phổ biến phục vụ công nghiệp và cuộc sống con

người.

Butan còn được thêm vào trong xăng để điều chỉnh áp suất hơi bão hòa của

xăng, giúp động cơ dễ khởi động khi thời tiết lạnh. Với mục đích này thì n-butan được

dùng nhiều hơn do có áp suất hơi bão hòa thấp hơn iso-butan nên không làm tăng quá

mức áp suất hơi bão hòa của sản phẩm xăng. Áp suất hơi bão hòa Reid của n-butan là

358 kPa, của iso-butan là 490kPa. Việc bổ sung butan vào xăng được xem như là một

biện pháp tăng trị số octan của xăng. Lượng butan thêm vào xăng càng nhiều càng tốt

(trong điều kiện cho phép mà không làm tăng quá mức áp suất hơi bão hòa của xăng)

do với cùng một thể tích thì xăng có giá trị cao hơn LPG .

II.4.2. Phân đoạn xăng

Phân đoạn xăng có khoảng nhiệt độ sôi dưới 180oC, bao gồm các hydrocacbon

từ C5 đến C10,C11. Cả ba loại hydrocacbon parafinic, naphtenic, atomatic đều có mặt

trong phân đoạn. Tuy nhiên thành phần, số lượng các hydrocacbon đều khác nhau, phụ

thuộc vào nguồn gốc dầu thô ban đầu. Chẳng hạn, từ họ dầu parafinic sẽ thu được xăng

NHÓM: I 33

Hìn

h II

.8: S

ơ đồ

côn

g ng

hệ c

ụm c

hưng

cất

khí

quy

ểnK

-1-

Thá

p ba

y hơ

i trư

ớc; K

-2-

Thá

p ch

ưng

cất k

hí q

uyển

chí

nh; K

-6, K

-7, K

-9-

Thá

p ba

y hơ

i; E

-1, E

-12,

E-3

- bể

hồ

i lưu

;T

-5, T

-7, T

-22,

T-2

3- th

iết b

ị ngư

ng tụ

bằn

g kh

ông

khí;

T-2

, T-3

3, T

-17,

T-1

9, T

-11-

thiế

t bị t

rao

đổi n

hiệt

“dầ

u th

ô- s

ản p

hẩm

”; T

-5a,

T-7

a, T

-22a

, T-2

0- T

hiết

bị l

àm lạ

nh; L

-1 –

lò n

ung

dạng

ống

; H-3

, H-2

1- M

áy b

ơm.


chứa parafin, còn dầu naphtenic sẽ thu được nhiều cấu tử vòng no hơn. Các

hydrocacbon thơm

thường có rất ít trong xăng.

Phân đoạn xăng có thể được tinh cất tiếp để nhận các phân đoạn hẹp như 30 ÷

62oC, 62 ÷ 85oC, 85 ÷ 105oC, 105 ÷ 140oC hay phân đoạn rộng 85 ÷ 140oC dùng làm

nguyên liệu cho quá trình isomer hóa, reforming xúc tác với mục đích nhận xăng hay

nhận hydrocacbon thơm loại benzen (B), toluen (T), xylen (X), hoặc làm nguyên liệu

cho cracking nhằm sản xuất các olefin thấp như etylen, propylen, butylen và butadien.

Ngoài ra phân đoạn xăng còn dùng làm dung môi như dung môi parafinic (etepetrol)

cho công nghiệp trích ly tinh dầu, pha chế mỹ phẩm .

Ngoài hydrocacbon, trong phân đoạn xăng còn có các hợp chất chứa S, N, O.

Các chất chứa lưu huỳnh thường ở dạng hợp chất không bền như mercaptan (RSH).

Các hợp chất chứa nitơ ở dạng pyridin là chủ yếu, còn các hợp chất chứa oxy rất ít,

thường ở dạng phenol và đồng đẳng. Các chất nhựa và asphanten đều chưa có.

Phân đoạn xăng thường được sử dụng 3 mục đích chủ yếu sau đây:

- Sản xuất nhiên liệu cho động cơ xăng.

- Sản xuất nhiên liệu cho công nghiệp hoá dầu.

- Sản xuất dung môi cho công nghiệp sơn, cao su, keo dán. Ngoài ra được sử dụng trích

ly chất béo, trong công nghiệp hương liệu, dược liệu.

Trong thành phần phân đoạn xăng nói chung đều có nhiều hydrocacbon parafin

trong đó loại n-parafin lại chiếm phần chủ yếu, loại iso-parafin và aromatic chiếm ít

hơn, nghĩa là hàm lượng các cấu tử có trị số octan cao thường rất ít. Vì vậy phân đoạn

xăng lấy trực tiếp từ dầu mỏ hay chưng cất sơ khởi thường không đáp ứng được yêu

câu về khả năng chống kích nổ khi sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ xăng, chúng có

trị số octan rất thấp từ 30-60 trong khi trị số octan quy định cho xăng động cơ phải trên

70. Vì vậy để có thể sử dụng được phải áp dụng các biện pháp nhằm nâng cao khả năng

chống kích nổ của xăng thu được.

II.4.3. Phân đoạn kerosen

Phân đoạn này còn gọi là dầu lửa, có nhiệt độ sôi từ 180 ÷ 250oC bao gồm các

hydrocacbon có số cacbon từ C11 đến C15, C16

NHÓM: I 34


Trong phân đoạn này, hầu hết là các n-parafin, rất ít iso-parafin. Các

hydrocacbon naphten và thơm ngoài loại có cấu trúc 1 vòng và nhiều nhánh phụ, còn có

mặt các hợp chất hai hoặc ba vòng đặc biệt là loại naphten và thơm hai vòng chiếm

phần lớn. 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, dạng quinolin, pyrol, indol. Phân

đoạn Kerosen sử dụng cho hai mục đích: làm nhiên liệu phản lực và dầu hoả dân dụng,

trong đó 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 cho động cơ phản lực là làm sao có tốc độ cháy lớn, dễ dàng tự bốc

cháy ở bất kỳ nhiệt độ và áp suất nào, cháy điều hoà, không bị tắt trong dòng không khí

xoáy có tốc độ lớn nghĩa là quá trình cháy phải có ngọn lửa ổn định. Để đáp ứng yêu

cầu trên, người ta thấy trong thành phần các hydrocacbon của phân đoạn kerosen thì

các hydrocacbon naphten và parafin là thích hợp nhất với những đặc điểm của quá trình

cháy trong động

cơ phản lực. Vì vậy phân đoạn kerosen của dầu mỏ họ naphten – parafinic hoặc

parafinic – naphtenic 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 thuận lợi cho quá trình cháy,

do vậy nếu hàm lượng của chúng quá lớn, cần phải loại bớt chúng ra để chúng nằm

trong giới hạn khoảng 20 ÷ 25%.

Hàm lượng của hydrocacbon parafin trong nhiên liệu phản lực trong khoảng 30

÷ 60%, nếu cao hơn cần phải tiến hành loại bỏ nhằm đảm bảo tính linh động tốt của

nhiên liệu ở nhiệt độ thấp (chỉ cho phép nhiên liệu mất tính linh động ở -60oC) vì lên

cao 10.000m, nhiệt độ khí quyển bằng -56oC và áp suất khí quyển giảm mạnh, để tránh

sự bốc hơi mạnh, tạo nút hơi trong hệ thống cấp nhiên liệu, yêu cầu nhiên liệu phản lực

có áp suất hơi bão hoà nằm trong khoảng 21kPa ở 38oC .

Phân đoạn kerosen 150 ÷ 280oC hay 150 ÷ 315oC của dầu mỏ họ parafinic, ít

lưu huỳnh còn được dùng làm dầu hoả dân dụng (thắp sáng hoặc đun nấu) mà không

đòi hỏi phải qua quá trình biến đổi thành phần bằng các phương pháp hoá học phức tạp

NHÓM: I 35


vì nó đáp ứng được yêu cầu của dầu hoả là ngọn lửa cháy xanh, không có màu vàng đỏ,

không tạo nhiều khói đen, không tạo nhiều tàn đọng ở đầu bấc và dầu dễ dàng bốc hơi

theo lên phía trên để cháy.

Phân đoạn từ 140 ÷ 200oC thường được dùng làm dung môi cho công nghiệp

sơn .

II.4.4. Phân đoạn Diesel

Phân đoạn diesel hay còn gọi là phân đoạn gasoil nhẹ, có khoảng nhiệt độ sôi

250 ÷ 380oC , 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. Diesel từ dầu

mỏ chứa nhiều hydrocacbon parafin cần phải tiến hành tách bớt n-parafin, n-parafin

tách ra được dùng để sản xuất parafin lỏng.

Trong gasoil, ngoài naphten và thơm hai vòng là chủ yếu, những chất có ba vòng

bắt đầu tăng lên và còn có các hợp chất với cấu trúc hỗn 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 oxy (ở dạng axit naphteic) nhiều và đạt cực đại ở

phân đoạn này. Ngoài ra còn các chất dạng phenol như dimetylphenol. Trong gasoil đã

xuất hiện nhựa, song còn ít, trọng lượng phân tử của nhựa còn thấp (300 ÷ 400 đ.v.C).

Phân đoạn gasoil nhẹ của dầu mỏ chủ yếu được sử dụng làm nhiên liệu cho

động cơ diesel. Do động cơ diesel đòi hỏi nhiên liệu phải có trị số xetan phù hợp (có

tính chất rất dễ oxy hoá để tự bốc cháy tốt), phân đoạn gasoil (của dầu mỏ họ parafin)

lấy trực tiếp từ quá trình chưng cất sơ khai thường có trị số xetan rất cao nên chúng

thường được sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu diesel thích hợp nhất mà không phải qua

một quá trình biến đổi hoá học nào.

Tuy nhiên khi cần làm tăng trị số xetan của nhiên liệu diesel, người ta cũng có

thể cho thêm vào một số chất phụ gia thúc đẩy quá trình oxy hoá như: iso-propyl nitrat,

n-butyl nitrat, amyl nitrat, 2-ethylhexyl nitrat… Với lượng khoảng 1,5% thể tích, chất

phụ gia có thể tăng trị số xetan lên đến 15 ÷ 20 đơn vị. Tuy nhiên, các phụ gia này lại

làm giảm tính ổn định nhiệt của nhiên liệu .

II.4.5. Phân đoạn mazut

NHÓM: I 36


Phân đoạn mazut là phân đoạn cặn chưng cất khí quyển, được dùng làm nhiên

liệu đốt cho các lò công nghiệp hay được sử dụng làm nhiên liệu cho quá trình chưng

cất chân không để nhận các cấu tử dầu nhờn hay nhận nhiên liệu cho quá trình cracking

nhiệt, hydrocracking hay cracking xúc tác cặn ( RFCC).

CHƯƠNG III: CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG

III.1. NGUYÊN LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG

Nguyên liệu của quá trình chưng cất chân không được sử dụng là cặn mazut.

NHÓM: I 37


Mazut là phần cặn của quá trình chưng cất khí quyển có nhiệt độ sôi cao hơn

350°C. Phần cặn này có thể đem đi đốt hoặc làm nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn gốc.

Để sản xuất dầu nhờn gốc người ta đem mazut chưng cất chân không thu được phân

đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau.

III.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG

III.2.1 Chân không và kĩ thuật chân không

III.2.1.1 Chân không.

Chân không, theo lý thuyết cổ điển là trạng thái không gian không chứa vật chất.

Vì vậy, vùng không gian này có thể tích khác không nhưng khối lượng và năng lượng

đều bằng không. Điều đó có nghĩa là áp suất tuyệt đối trong vùng không gian này cũng

bằng không. Chân không như thế được gọi là chân không tuyệt đối. Tuy nhiên, trong

thực tế không thể tồn tại vùng chân không tuyệt đối như vậy được. Khoa học vật lý lý

thuyết cũng đã chứng minh rằng không tồn tại vùng chân không này do vi phạm các

nguyên lý của vật lý vi mô về thăng giáng lượng tử. Còn về mặt kỹ thuật, người ta định

nghĩa chân không là vùng không gian có mật độ vật chất thấp hơn so với mật độ vật

chất trong không khí, hay nói cách khác, đó là vùng không gian có áp suất tuyệt đối

thấp hơn áp suất khí quyển tiêu chuẩn (p<pas) Để tiện cho việc nghiên cứu, người ta

tạm phân chia chân không thành 4 loại: - Chân không thấp ( p > 100 Pa) - Chân không

trung bình (100 Pa > p > 0,1 Pa) - Chân không sâu (0,1 Pa > p > 10-5 Pa) - Chân không

rất sâu ( p < 10-5 Pa).

III.2.1.2 Kĩ thuật chân không

Trong một số quy trình công nghệ, ta không thể sử dụng quy trình dưới áp suất

thường được mà phải sử dụng áp suất chân không trong hệ thống. Ví dụ như một số

thiết bị cô đặc các dung dịch dễ biến tính vì nhiệt ( như nước đường, nước ép trái

cây…), thiết bị chưng cất chân không trong chưng cất phân đoạn dầu mỏ…. Đặc điểm

chung của các quy trình này là do ta không thể cho hoạt động dưới áp suất khí quyển

được là vì chất tan sẽ bị phân huỷ, bị biến tính, hoặc bị biến đổi thành các dạng hợp

chất hoá học không mong muốn dưới tác dụng của nhiệt. Do đó, sử dụng áp suất chân

không trong hệ thống sẽ giúp ta giảm nhiệt độ, cho phép ta thu được sản phẩm mong

muốn.

NHÓM: I 38


III.2.2 Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không.

Chưng cất dầu trong công nghiệp hoạt động liên tục ở nhiệt độ không quá 3700C

- nhiệt độ hydrocacbon bắt đầu phân hủy – cracking. Từ dầu thô nhận được các sản

phẩm sáng như xăng, dầu hỏa, diesel. Sau khi chưng cất khí quyển (AD) cặn mazut

được đưa sang cụm chưng cất chân không (VD) trong liên hợp chưng cất khí quyển –

chân không (AVD). Nhờ chưng cất chân không nhận được thêm các phân đoạn dầu

nhờn và cặn gudron.

Sau khi chưng cất dầu dưới áp suất khí quyển ở nhiệt độ 350 – 3700C, để chưng

cất tiếp cặn còn lại cần chọn điều kiện để loại trừ khả năng cracking và tạo điều kiện

thu được nhiều phần cất nhất. Phụ thuộc vào nguyên liệu từ cặn chưng cất khí quyển

(mazut) có thể thu được distilat dầu nhờn cho cụm sản xuất dầu nhờn, hoặc gasoil chân

không – là nguyện liệu cho cracking xúc tác, phương pháp phổ biến nhất để tách các

phân đoạn ra khỏi mazut là chưng cất trong chân không. Chân không hạ nhiệt độ sôi

của hydrocacbon và cho phép lấy được distilat có nhiệt độ sôi 5000C ở nhiệt độ 410 -

4200C. Tất nhiên khi gia nhiệt cặn dầu đến 4200C thì sẽ diễn ra một số cracking một số

hydrocacbon, nhưng nếu distilat nhận được sau đó được chế biến thứ cấp thì sự hiện

diện của hydrocacbon không no không có ảnh hưởng đáng kể. Để điều chế distilat dầu

nhờn thì phân hủy cặn phải ít nhất bằng cách tăng hơi nước, giảm chênh lệch áp suất

trong tháp chân không. Nhiệt độ sôi của hydrocacbon giảm mạnh nhất khi áp suất dư

thấp hơn 50 mmHg. Do đó cần ứng dụng chân không sâu nhất mà phương pháp cho

phép.

Ngoài ra, để tăng hiệu suất distilat từ mazut đưa vào tháp chân không hơi nước

quá nhiệt hoặc chưng cất cặn chân không (gudron) với tác nhân bay hơi (phân đoạn

ligroin – keosen).

Chân không tạo thành nhờ thiết bị ngưng tụ khí áp hoặc máy bơm chân không

(bơm biston, bơm rotary, bơm phun hoặc tia) mắc nối tiếp với nhau.

III.2.3 Đặc điểm chưng cất trong tháp chân không.

NHÓM: I 39


Tháp chưng cất chân không ở nhà máy lọc dầu Fawley

Bản vẽ đơn giản điển hình của một cột chưng cất chân không không được sử dụng

trong các nhà máy lọc dầu

Đặc điểm chưng cất trong tháp chân không tương tự như chưng cất trong tháp

chưng cất khí quyển. Tuy nhiên nó cũng có một số đặc điểm riêng liên quan đến áp suất

NHÓM: I 40

http://www.thefullwiki.org/Fawley,_Hampshire


dư trong tháp thấp, điền kiện nung nóng nhiên liệu có thành phần phân đoạn nặng.

Trong tháp chân không cần tạo điều kiện để cất được nhiều nhất và phân hủy ít nhất.

Để làm được điều này cần sử dụng thiết bị tạo chân không để có được áp suất chân

không thấp nhất trong hệ. Để giảm thời gian lưu của mazut trong lò nung và giảm trở

lực nên sử dụng lò nung hai chiều, đưa hơi nước vào ống xoán của lò, giảm thiểu

khoảng cách giữa của nhập liệu vào tháp và cửa ra khỏi lò nung, tăng đường kính ống

dẫn nguyên liệu, giảm thiểu các chỗ uốn góc, dạng chữ S.

Cấu tạo vùng chưng cất của tháp chân không khác với tháp chưng cất khí quyển,

với mục đích giảm thời gian lưu của cặn trong tháp để tránh phân hủy nó dưới tác dụng

của nhiệt độ cao. Do lưu lượng các dòng hơi trong tháp chân không lớn, nên đường

kính của các tháp này lớn hơn nhiều so với tháp cất khí quyển (8 – 12).Do sự phân bố

của chất lỏng và bọt sủi không đồng nhất nên hiệu quả của đĩa không cao. Ngoài ra để

giảm áp suất dư trong vùng cấp cho mỗi distilat có số đĩa không quá 5 – 6 chiếc. Để

phân bố chất lỏng đồng đều trên các đĩa nên sử dụng cấu trúc đĩa dặc biệt (đĩa lưới, van

(xupap) và sàng).

Để tránh rơi các giọt chất lỏng được di chuyển bằng hơi vào vùng cất của tháp

và làm lỏng distilat (đặc biệt là phần cất trung gian dưới), trong tháp chân không cần

lắp đặt tấm chắn mặt sàng và sử dụng phụ gia chống tạo bọt. Distilat từ tháp chân

không có thể bơm trực tiếp từ ống rót, qua thiết bị làm khô và qua tháp bay hơi. Nhờ có

tháp bay hơi đã tăng khả năng phân tách, nhưng khó tạo chân không hơn (do tăng trở áp

ống dẫn và đĩa trong tháp bay hơi, bơm không khí qua phần nối)

NHÓM: I 41


IIIIII

III

IV

I

V

VI

V

VI

I

V

II

IV

III

V

IV

V

III

a b c

Hình 3.1. Sơ đồ trích Distilat từ tháp chân không.

a- Lấy chất lỏng từ ống rót của đĩa; b- Qua tháp bay hơi

c- Qua bể chứa

I- Mazut; II- Hơi vào thiết bị tạo chân không; III- Distilat đầu tiên

IV- Distilat thứ hai; V- Hơi nước; VI- Gudron

Để tăng phần cất trong chân không sâu và tăng độ phân tách distilat dầu nhờn,

cần chưng cất mazut trong hai tháp chưng cất. Trong tháp thư nhất, dưới tác dụng của

chân không sâu thu được phân đoạn dầu nhờn rộng với mức thu hồi cao. Trong tháp

thứ hai có chân không thấp hơn, phân đoạn dầu nhờn được phân cất thành các phân

đoạn hẹp hơn, số đĩa ở đây có thể tăng để tăng độ phân tách phân đoạn.

NHÓM: I 42


III

6

1

III

5

> 5000C

420 – 5000C

350 – 4200C

< 3500C

36

2

3

4

4

Hình 3.2 . Sơ đồ chưng cất Mazut trong hai tháp chân không nối tiếp.

1- Tháp để thu phân đoạn rộng; 2- Tháp chưng cất phân tách cao;

3- Bể chứa chân không; 4- Tháp bay hơi; 5- Lò nung;

6- Máy lạnh cho dòng hồi lưu

I- Mazut; II- Gudron; III- Hơi vào thiết bị tạo chân không

Theo phương án thứ nhất thu distilat nhẹ hơn và semigudron, trong tháp thứ hai

- nhờ chất bay hơi (karosen hoặc ligloil) thu được các distilat nặng hơn và gudron.

Nhược điểm của của sơ đồ chưng cất chân không hai tháp là hệ thống chưng cất, thao

tác phức tạp, tăng đầu tư xây dựng và chi phí hoạt động cho các thiết bị bổ sung.

III.2.4 Thiết bị chưng cất chân không.

III.2.4.1 Thiết bị tạo chân không.

Chân không trong thiết bị được tạo thành bằng cách ngưng tụ khí trong không

gian kín và hút khí và hơi không ngưng tụ ra bằng thiết bị tương ứng. Trong cụm công

nghệ này bao gồm thiết bị ngưng tụ bề mặt, máy bơm chân không, máy bơm phun, thiết

bị ngưng tụ khí áp. Máy bơm chân không dùng để bơm khí, nén chúng và xả.

NHÓM: I 43


a/ Thiết bị ngưng tụ bề mặt.

Trong sơ đồ chưng cất chân không công suất cao chân không trong tháp K-10

được tạo ra bằng thiết bi ngưng tụ bề mặt và bơm phun với thiết bị ngưng tụ bề mặt

trung gian. Hỗn hợp hơi nước, hydrosunfua và khí phân hủy đi ra từ tháp K-10 trước

tiên đi vào không gian giữa các ống của thiết bị ngưng tụ bề mặt dạng cố định.

Trong không gian trong ống của thiết bị ngưng tụ bề mặt theo hệ gồm tám dòng

nước lạnh chảy từ dưới lên trên. nhờ làm lạnh và ngưng tụ hơi trong không gian giữa

các ống của thiết bị ngưng tụ bề mặt thể tích pha hơi giảm mạnh và tạo thành chân

không trong tháp.

b/ Máy bơm chân không.

Có máy bơm chân không khô và ướt, piton và quay. Máy bơm khô chỉ dùng để

bơm khí khô, còn bơm ướt để bơm khí và chất lỏng. Máy bơm chân không piton khô có

công suất 160 – 200 m3/phút và tạo chân không đến 30 mm cột thủy ngân. Máy bơm

chân không quay được trang bị bánh hoạt động với gàu bất động được đặt lệch tâm

trong thân máy bơm.

Máy bơm được rót đầy nước hoặc chất lỏng không cháy và không ăn mòn các

chi tiết máy khác đến một mức nào đó, sao cho phần cuối của các gàu khi quay luôn

nằm trong chất lỏng. Khi bánh xe quay nhanh nước (chất lỏng) văng vào thành, tạo

thành vòng nước nước cân bằng. Giữa các gàu và vòng này dưới tác dụng của lực tâm

sai của bánh xe tạo thành các ô có thể tích không đòng đều - ở dưới là ô lớn, ở trên là ô

nhỏ. Hoạt động của piston nước được lấp đầy. Ở nửa vòng đầu của van các ô tăng lên

và qua các khe này khi được hút. Trong nửa vòng quay thứ 2 các ô giảm xuống, bị nén

lại và xả khí qua lỗ đặc biệt. Chiều sâu chân không phụ thuộc vào nhiệt độ của chất

lỏng làm việc. Do đó nước được nạp với nhiệt độ càng thấp càng tốt, chất lỏng khác

được làm lạnh trong máy lạnh chuyên dụng.

Máy bơm chân không quay nên được dùng ở hơi khí nén không chứa

hydrosunfua. Ưu điểm của máy bơm này là có thể nối chúng trực tiếp vớí động cơ điện,

khiến cho chúng gọn và chặt chẽ. Máy bơm chân không quay hiệu RMK hiệu suất 720

– 1800 m3/h tạo chân không trong khoảng 720 mm cột Hg, yêu cầu công suất 27 – 49

lít/giây.

NHÓM: I 44


Để tạo và giữa chân không sâu hơn trong sơ đồ sử dụng máy bơm chân không

dạng PSN4010

40100

−x

(Nga) hút khí không ngưng tụ từ thiết bị ngưng tụ bề mặt. Các máy

bơm dạng này bao gồm bơm phun, thiết bị ngưng tụ bề mặt trung gian, ống tháo, khưỷu

nối ba nhánh và vòi phun.

Giới thiệu sơ đồ bơm phun hơi. Hơi hoạt động phun ra từ vòi phun 1 với tốc độ

siêu âm. Nhờ sự trộn rối của lượng hơi tia chuyển động xoáy cùng với các hạt không

khí, trong buồng 2 diễn ra sự hút khí không ngưng tụ và cuốn chúng vào ống thắt -

buồng trộn 3 để trộn hoàn toàn hơi với khí. Buồng trộn 3 để trộn hoàn toàn hơi với khí.

Buồng trộn 3 kết thúc bằng họng hình trụ. Từ họng dòng hơi trộn với khí được hút đi

vào ống lao - buồng khuyếch tán 4 để chuyển động năng của dòng thành công khi hỗn

hợp rời khỏi thiết bị.

c/ Thiết bị ngưng tụ khí áp.

Thiết bị ngưng tụ khí áp gồm ống 3 có chiều cao 12m. Trong đó các dòng khí và

nước chuyển động gặp nhau, hơi nước ngưng tụ và cùng với nước qua cửa van thủy lực

chảy vào bể chứa hoặc thải vào kênh. Van thủy lực được tạo thành như sau đuôi của

ống 3 ngập trong lớp nước trong bể 4. Không khí và khí không ngưng tụ được hút bằng

máy bơm chân không hoặc bằng bơm tia nước.

Bơm tia hơi hai bậc được trình bày. Khí từ thiết bị ngưng tụ khí áp vào buồng

hút thứ 3, bị tia hơi nước phun ra từ vòi 2 dưới áp suất cao (đến 10 atm) cuốn đi. Hỗn

hợp hơi nước và khí biến đổi trong ống khuyếch tán 4 thành năng lượng nén vào thiết

bị ngưng tụ trung gian.

Phụ thuộc vào độ sâu chân không cần thiết bơm tia hơi có số bậc từ một đến

năm. Ứng với hiệu suất cho trước có thể lắp đặt hai hay nhiều bơm tia hơi vào trong

dòng. Bơm tia một bậc được sử dụng khi độ sâu chân không không quá 685 mm cột

thủy ngân, ba bậc – áp suất dư trong khoảng 1 -50 mm cột thủy ngân. Cuối cùng, bơm

tia bốn, năm bậc được sử dụng khi áp suất dư chỉ vài chục mm cột thủy ngân. Trong

công nghiệp chế biến dầu thường sử dụng bơm tia hai và ba bậc.

Giữa các bậc hút có lắp đặt thiết bị ngưng tụ để ngưng tụ hơi của bậc trước,

đồng thời để làm lạnh khí hút. Phụ thuộc vào tính chất của khí hút và điều kiện vệ sinh

có thể sử dụng thiết bị ngưng tụ bề mặt. Chân không trong hệ bị giới hạn bởi nhiệt độ

NHÓM: I 45


của nước rời khỏi thiết bị ngưng tụ. Về lí thuyết áp suất dư bằng áp suất hơi bão hòa

của nước, nhưng thực tế thì nó cao hơn và phụ thuộc vào mức tổn áp trong đường ống

và trong thiết bị ngưng tụ.

Ở nhiệt độ nước cao không thể tạo được chân không sâu. Trong điều kiện như

vậy cần sử dụng tăng áp bổ sung bằng ejector đặt trước cửa vào ngưng tụ khí áp của

hơi nước và khí. Ejecter như vậy tạo ra chân không bổ sung cho mình và làm tăng áp

sau nó. Khi bơm khí không ăn mòn sử dụng buồng khuyếch tán chế tạo bằng gang, còn

vòi phun thì làm bằng thép hợp kim. Đối với môi trường ăn mòn sử dụng thép hợp kim

cao, than chì và thủy tinh.

Mô tả kết cấu của bơm tia hai bậc với thiết bị ngưng tụ và trung gian, gồm hai

khoang có bề mặt ngưng tụ khác nhau. Nước lạnh trước tiên đi qua khoang dưới, sau đó

qua khoang trên. Phần ngưng tụ được sử dụng làm nguồn cấp cho nồi hơi.

Sơ đồ hệ thống tạo chân không sâu ứng dụng trong nhà máy chưng cất khí

quyển – chân không lớn Delver (Mỹ), trong đó sử dụng ba bơm tia hai bậc vơi thiết bị

ngưng tụ bể mặt mắc nối tiếp nhau. Condensat (khí hút) được bơm bằng máy bơm chân

không ướt. Hệ thống tạo chân không tạo thành trong vùng bay hơi của tháp áp suất dư

15-17 mm cột thủy ngân, còn ở phần trên của tháp 5 mm cột thủy ngân.

Tháp chưng cất chân không có đường kính 12m và hiêu suất theo mazut là 3

triệu tấn/năm được trang bị hai hệ thống làm việc song song. Buồng khuyếch tán của

bơm tia thứ nhất có đường kính lớn nhất 1.5 m và chiều dài 12 m. Sử dụng thiết bị

ngưng tụ bề mặt thay cho ngưng tụ hỗn hợp không chỉ có khả năng tạo chân không sâu

hơn trong tháp , mà còn giảm lượng khí thải, đặc biệt khi chế biến dầu lưu huỳnh và

lưu huỳnh cao.

Hiêu suất của ejecter được tính bằng lượng khí thải và hơi được hút trong 1giờ.

Chi phí hơi nước cho hơi hút trong ejecter xác định hiệu suất của chúng và độ sâu chân

không (số bậc bơm phun).

d/ Hệ thiết bị ngưng tụ khí áp – bơm phun.

Sơ đồ tạo chân không bằng thiết hệ thiết bị ngưng tụ khí áp – bơm phun thể hiện

trong hình 3.3.

Trong hệ này hơi thoát ra từ đỉnh tháp chân không, ngưng tụ ngay lập tức trong

thiết bị ngưng tụ khí áp và sau đó được hút bằng máy bơn chân không (thường bơm

NHÓM: I 46


phun hơi). Áp suất dư trong thiết bị ngưng tụ khí áp phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải,

nhưng không thấp hơn áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độ nào đó. Nước từ thiết bị

ngưng tụ khí áp bị nhiễm sản phẩm dầu và hợp chất lưu huỳnh (thường 5.5% so với

mazut). Vì vậy để giảm dòng nước nhiễm bẩn trong nhà máy nước thải được sử dụng

lại. Tuy nhiên, khi đó nhiệt độ nước đổ vào thiết bị ngưng tụ khí áp sẽ tăng đôi chút và

phải trang bị thêm phụ kiện cho hệ cấp nước.

Hình 3.3. Sơ đồ công nghệ tạo chân không bằng hệ thiết bị ngưng tụ khí áp-bơm

phun

Sản phẩm dầu ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ không hòa loãng bằng nước lạnh,

nhờ đó nó dễ dàng tách ra khỏi condensate, được thu gom vào bể lắng và giếng khí áp.

e/ Hệ bơm phun - thiết bị ngưng tụ khí áp.

Trong sơ đồ này hơi từ trên tháp chân không đưa trực tiếp vào bơm phun, còn

độ sâu của chân không phụ thuộc vào nhiệt độ của nước thoát ra từ thiết bị ngưng tụ

khí áp. Nhờ đó có thể tạo chân không sâu hơn (áp suất dư đạt 5 – 10 mm cột thủy

ngân). Độ sâu chân không phụ thuộc vào đối áp tại cửa ra của bơm phun, vì vậy để tạo

chân không sâu cần mắc nối tiếp vài bơm phun.

NHÓM: I 47


Hình 3.4. Sơ đồ tạo chân không sâu

III.2.4.2 Thiết bị chưng cất chân không trong phòng thí nghiệm.

Thiết bị chưng cất chân không trong phòng thí nghiệm được trình bày.

Rót vào bình dầu hai cổ sản phẩm dầu cần chưng cất. bình cầu được nối với

thiết bị làm lạnh – ngưng tụ và nối với hệ thống tạo chân không và bình hứng. Nhiệt độ

chất lỏng và hơi được đo bằng nhiệt kế được cắm chặt trên cổ bình. Chưng cất chân

không được tiến hành ở nhiệt độ của chất lỏng không vượt quá 3700C, để tránh phân

hủy sản phẩm dầu.

Thiết bị kể trên làm việc không có tính hỗn hợp phân tích, có khả năng phân

tách thấp. Do đó nó chỉ được xác định gần đúng thành phần phân đoạn của phân đoạn

rộng.

Thiết bị do nhà máy thiết bị đo - điều chỉnh Moscow (Nga) chế tạo vào năm

1962, với kí hiệu ARN-2 là thiết bị chuẩn dùng để chưng cất dầu thô. Nó được ứng

dụng trong những trường hợp sau:

1. Thu được số liệu để xây dựng đường điểm sôi thực (ĐST).

2. Xác định hàm lượng tiềm năng của các phân đoạn.

3. Thu được các phân đoạn nhẹ với mục đích nghiên cứu thành phần nhóm của

hydrocacbon.

NHÓM: I 48


Các thành phần chính của thiết bị là nồi cất có bếp điện và cột chưng cất với

thiết bị ngưng tụ - làm lạnh và bình hứng cho các sản phẩm cất. Cột chưng cất có

đường kính 50 mm, chiều cao 1016 mm có khả năng phân tách như tháp có 20 đĩa lí

thuyết. Cột được nén đầy hạt đệm ở dạng dây lò xo làm từ sợi hợp kim nicrom và được

gia nhiệt bằng điện. Cụm ngưng tụ cho phép ngưng tụ hoàn toàn hơi và trả lại cột cất

một phần chất ngưng tụ là dòng hồi lưu… Tốc độ chưng cất thu 3-4 ml sản phẩm trong

1 phút. Ở nhiệt độ dưới 2000C thực hiện chưng cất ở áp suất khí quyển, sau đó giảm áp

suất xuống đến 10 mm cột thủy ngân, khi đạt tới nhiệt độ 3200C giảm áp suất đến 1 – 2

mm cột thủy ngân.

III.3. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CỤM CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG.

III.3.1 Sơ đồ công nghệ.

NHÓM: I 49


NHÓM: I 50

Hìn

h 3.

5. S

ơ đồ

ngu

yên

tắc

cụm

chư

ng c

ất c

hân

khôn

g.

K-1

0: T

háp

ch

ân k

hôn

g; T

-35:

Th

iết

bị n

gưn

g tụ

; T

-1, T

-3, T

-4, T

-16,

T-1

8, T

-25,

T-3

4: T

hiế

t b

ị tra

o đ

ổi

nh

iệt;

T-2

5a:

Th

iết

bị n

gưn

g tụ

bằn

g k

hôn

g k

hí;

T-2

4, T

-28,

T-3

0, T

-31:

Máy

lạn

h;

H-1

: B

ơm

ch

ân k

hôn

g p

hu

n;

H:

Máy

bơ

m;

E:

Bể

chứ

a; L

-3:

Lò

nu

ng

dạn

g ốn

g; B

: B

ể ch

ứa

nư

ớc


Trong các ống lò nung và tăng phần cất, thêm hơi nước quá nhiệt vào từng dòng

chảy qua lò nung tại cửa vào tháp K-1. Ở đỉnh tháp chưng cất chân không K-10 giữ áp

suất không quá 50 mm cột thủy ngân. Khí sinh ra khi phân hủy mazut cùng hơi nước

được dãn sang thiết bị ngưng tụ T-35, trong đó hơi nước ngưng tụ, còn khí được hút

bằng máy bơm chân không – phun 3 cấp H-1. Phần ngưng tụ T-35 được đưa vào bể

chứa E-22, từ đó vào bể chứa B, nước từ đó được thải ra còn sản phẩm dầu tích tụ trong

bể lắng được máy bơm H-40 bơm vào cửa nạp của máy bơm nguyên liệu.

Từ đĩa 15 của tháp chân không K-10 dòng hồi lưu trên được máy bơm H-24 hút

ra và bơm qua các thiết bị trao đổi nhiệt T-25, thiết bị ngưng tụ bằng không khí T-25a,

máy lạnh T-28 và với nhiệt độ 500C được đưa trở lại đĩa 18 của tháp K-10. Phân đoạn

có nhiệt độ sôi dưới 3500C dư được máy bơm H-24 bơm vào tháp K-2 hoặc vào đường

ống nhiên liệu diesel. Cũng có thể đưa dòng hồi lưu nóng vào đĩa 14 nhờ máy bơm H-

24.

Từ đĩa 9 trích phân đoạn 350 – 5000C ra dưới dạng sản phẩm trung gian, sau đó

nó được máy bơm H-25 bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt T-16 (dòng nóng), sau đó một

lượng phân đoạn 350 – 5000C cần thiết phải quay trở lại tháp như dòng hồi lưu sau khi

đã qua máy làm lạnh T-30, phần dư qua thiết bị trao đổi nhiệt T-1 và lấy ra ngoài.

Từ đĩa thứ 9 của tháp K-10 dòng hồi lưu dưới được máy bơm H-26 bơm vào

thiết bị trao đổi nhiệt T-18 và thiết bị làm lạnh T-31, trong đó nó được làm lạnh đến

1700C và trở về đĩa số 6, còn phần dư quay trở lại tháp chưng cất khí quyển K-2. Từ

bơm H-25 và H-26 hai dòng nóng trở lại tương ứng tại đĩa thứ 8 và thứ 4. Từ đáy tháp

K-10 gudron (nhựa đường) được máy bơm H-27 bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt T-4, T-

3, T-34, máy lạnh T-24 và với nhiệt độ không quá 1000C được đưa vào bể chứa.

Chế độ công nghệ. Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất chân không được thiết kế

với mục đích nhận được phân đoạn 350 - 5000C (nguyên liệu cho cracking xúc tác) và

nhựa đường (gudron).

Tháp chân không được trang bị đĩa van. Tất cả các đĩa đều dạng hai dòng . Tổng

số đĩa là 18. Trên đĩa nạp liệu và dưới đĩa suất dòng hồi lưu giữa có lắp đặt lưới chặn.

III.3.2 Thông số quá trình làm việc trong cụm chưng cất chân không.

Bảng 3.1: Thông số quá trình chưng cất chân không

NHÓM: I 51


Chế độ tối ưu Ngưỡng cho phépNhiệt độ ( 0C )- Nhiệt độ cấp liệu 395- Mazut tại cửa ra lò L-3 400 ≤ 420- Vách ngăn lò L-3 700 ≤ 750- Đỉnh tháp K-10 90 ≤ 100- Đáy tháp 345 ≤ 350- Hơi quá nhiệt 420 ≤ 440

- Nhiệt độ tại cửa ra của Gaoil nhẹ 195

- Nhiệt độ tại cửa ra của phân đoạn dầu

nhờn rộng.

260

- Nhiệt độ tại cửa ra của phân đoạn dầu

tối màu

300

Áp suất

- Áp suất dư trong tháp chưng cất chân

không K-10 (mmHg)

60 ≥ 50

- Áp suất chân không ở đỉnh tháp (kPa) 8

- Áp suất hơi vào máy phun chân không

(atm)

11.0 ≥ 10

III.4. CÁC SẢN PHẨM THU ĐƯỢC KHI CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG

III.4.1 Khái quát sản phẩm và quá trình thu sản phẩm.

Chế biến mazut trong chân không thu được các distilat dầu nhờn có nhiệt độ sôi,

độ nhớt và các tính chất khác khác nhau, cặn của quá trình này là semigudron hoặc

gudron. Các sơ đồ chưng cất chân không được chia thành nhóm nhiên liệu và dầu nhờn.

Trong nhóm sơ đồ nhiên liệu từ mazut thu phân đoạn rộng có nhiệt độ sôi đến 5500C

gọi là gasoil chân không, là nguyên liệu cho cracking xúc tác hoặc hydrocracking.Trong

nhóm công nghệ thứ 2 thu được phân đoạn dầu nhờn, sau khi chế biến ( xử lý bằng

hydro, làm sạch lựa chọn, loại parafin bằng xúc tác hoặc loại parafin ở nhiệt độ thấp

trong dung môi, làm sạch tiếp xúc…) có thể thu được các dầu nhờn gốc.

Trong các nhà máy chưng cất chân không, nguyên liệu mazut hiện đại có hai

loại sơ đồ công nghệ: chưng cất bay hơi một giai đoạn mazut tất cả các phân đoạn và

NHÓM: I 52


phân tách nó trong một tháp chân không và chưng cất mazut bay hơi hai giai đoạn và

phân tách phân đoạn chưng cất trong hai tháp chân không.

Sản phẩm thu trong chưng cất chân không có thể được sử dụng làm nguyên liệu

cho cracking xúc tác hoặc hydrocracking, hoặc là phân đoạn dầu nhờn sau khi được chế

biến (xử lí bằng hydro, làm sạch lựa chọn, loại parafin bằng xúc tác hoặc loại paraffin ở

nhiệt độ thấp trong dung môi, làm sạch tiếp xúc..) có thể thu được các dầu nhờn gốc

khác nhau.

Để thu được gasoil chân không với khoảng sôi 350 - 5000C làm nguyên liệu cho

cracking xúc tác hoặc hydro cracking thì chưng cất một lần (theo hệ thứ nhất) đạt yêu

cầu.

Nếu cần phải thu được nhiên liệu để sản xuất dầu nhờn thì tốt hơn nên chọn hệ

thống chưng cất chân không hai tháp. Trong tháp thứ nhất tách được phân đoạn dầu

nhờn rộng, trong tháp thứ hai chưng cất tiếp nó thành các phân đoạn dầu nhờn hẹp.

Nguyên tắc chưng cất chân không mazut hai bậc để nhận phân đoạn dầu nhờn.

Mazut nóng với nhiệt độ 310 - 3150C từ tháp chưng cất khí quyển bằng máy bơm bơm

vào lò nung để gia nhiệt đến 410 - 4200C và đưa vào tháp chưng cất chân không thứ

nhất (K-4). Trong tháp K-4 diễn ra phân tách phân đoạn chân không rộng ra khỏi cặn

nặng là gudron. Để cất phân đoạn chân không tốt hơn, giảm nhiệt độ bay hơi đưa vào

tháp K-4 hơi nước quá nhiệt với khối lượng 1- 1.5% so với nguyên liệu. Nếu phân đoạn

chân không rộng được sử dụng làm nguyên liệu cho cụm cracking xúc tác hoặc

hydrocracking, thì nó được lấy ra từ đĩa thứ 6 hoặc thứ 7 của tháp thứ nhất, nó cho

nhiệt trong trao đổi nhiệt và đưa vào sơ đồ để chế biến tiếp. Tùy thuộc vào khả năng

của sơ đồ phân đoạn chân không rộng có nhiệt độ sôi trong khoảng 350 – 5200C.

Khi chế biến phân đoạn chân không rộng với mục đích thu các dầu nhờn khác

nhau nó được gia nhiệt bổ sung bằng nhiệt của gudron trong trao đổi nhiệt với gudron

đi vào tháp chân không thứ hai (K-5) để tinh cất thành những phân đoạn hẹp hơn. Nhiệt

lượng thiếu được lấy từ dưới tháp K-5 duới dạng tia nóng nhờ tuần hoàn distilat dầu

nhờn nặng được lấy ra có nhiệt độ sôi 420 – 490 hoặc 420 - 5000C qua một phần ống

của lò nung. Đưa vào tháp K-5 hơi nước quá nhiệt.

NHÓM: I 53


III

K - 5

I

TH

II

T

T

T

H

H

H

L

H

TH

T

III

K - 4

H

T

CDO

LFC

H

Hơi nước

H

MAZUT

GUDRON

LFM

Hình3.6 . Sơ đồ nguyên tắc chưng cất chân không hai tháp.

K-4 _ Tháp thứ nhất; K-5_ Tháp thứ 2; T- trao đổi nhiệt;

H- Máy bơm; L- Lò nung.

I- Phần cất dầu nhờn trung gian 350-4200C; II- Distilat dầu nhờn nặng 420-5000C; III-

Hơi và khí phân hủy đi đến thiết bị tạo chân không; CDO- Thành phần nhiên liệu

Diesel; LFC- Phân đoạn rộng làm nguyên liệu cho cracking xúc tác và hydrocracking;

LFM- Phân đoạn rộng để nhận Distilat dầu nhờn; TH- Hồi lưu tuần hoàn.

Chất lượng sản phẩm dầu thu được trong tháp trưng cất chân không thứ nhất

như sau:

Phân đoạn 350 - 5000C:

Hàm lượng nhựa, % kl không quá 12

Bay hơi, % tt

Đến 4800C, không thấp hơn 96

Đến 3500C, không cao hơn 20

Nhựa đường (gudron – phân đoạn > 5000C)

Nhiệt độ chớp cháy, 0C, không thấp hơn 200

Độ nhớt tương đối ở 800C 80 - 1500C

NHÓM: I 54


Bay hơi đến 5000C, % tt, không quá 96

Từ tháp thứ hai thu các phân đoạn 250 - 4200C và 420 - 5000C. Hồi lưu vào tháp

thực hiện bằng cách lấy một phần cất trung gian trên từ tháp K-4 và K-5, làm lạnh

chúng trao đổi nhiệt và thiết bị làm lạnh, tiếp theo đưa phần cất lạnh lên đĩa trên. Nhiệt

lượng dư được lấy ra bằng dòng hồi lưu tuần hoàn.

Hơi và khí phân hủy không ngưng tụ lấy ra từ tháp K-4 và K-5 hút vào thiết bị

tạo chân không. Với mục đích không tạo khói, muội trong khu vực nhà máy, khí phân

hủy và hydrosunfua sau bậc cuối cùng của bơm tia hơi đưa vào lò nung để đốt.

Hệ thống chưng cất chân không hai tháp có một loạt ưu điểm so với hệ một

tháp: có thể tạo hoạt động để thu được phân đoạn rộng cũng như phân đoạn hẹp từ nó

có độ phân tách cao hơn, sử dụng nhiệt lượng của các dòng nóng hiệu quả hơn nhờ tiến

hành nhiều dòng hồi lưu tuần hoàn trong hai tháp.

III.4.2 Các sản phẩm chính và ứng dụng.

III.4.2.1 Gasoil chân không.

Gasoil chân không thu từ phân đoạn rộng có nhiệt độ sôi lên đến 5500C, làm

nhiên liệu cho cracking xúc tác hoặc hydrocracking.

III.4.2.2 Các phân đoạn dầu nhờn.

Nguyên liệu cặn Mazut từ chưng cất áp suất thường sau khi chưng cất chân

không thu được phân đoạn dầu nhờn có nhiệt độ sôi khác nhau:

- Phân đoạn dầu nhờn nhẹ ( LVGO: Light Vacuum Gas Oil ) có nhiệt độ sôi từ

300°C - 350°C.

- Phân đoạn dầu nhờn trung bình ( MVGO: Medium Vacuum Gas Oil ) có nhiệt

độ từ 350°C - 420°C.

- Phân đoạn dầu nhờn nặng ( HVGO: Heavy Vacuum Gas Oil ) có nhiệt độ từ

420°C - 500°C.

Úng dụng: Sản xuất các loại dầu nhờn dung để bôi trơn các động cơ, các loại

dầu công nghiệp.

III.4.2.3 Cặn Gudron.

Cặn gudron là phần cặn còn lại của quá trình chưng cất chân không, có nhiệt độ

sôi trên 500°C. Trong phần này tập trung các cấu tử có số nguyên tử cacbon từ C41 trở

lên, thậm chí có cả C80, có trọng lượng phân tử lớn, có cấu trúc phức tạp. Do đó người

NHÓM: I 55


ta không chia thành phần của phân đoạn này theo từng hợp chất riêng biệt mà người ta

phân làm ba nhóm như sau:

a/ Nhóm chất dầu

Nhóm chất dầu bao gồm các hydrocacbon có phân tử lượng lớn, tập trung nhiều

các hợp chất thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng giữa hydrocacbon

thơm và napten, đây là nhóm chất nhẹ nhất có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1. Nhóm chất này

hòa tan được các dung môi nhẹ như paraffin và xăng, nhưng người ta không thể tách nó

bằng các chất như silicagen hay là than hoạt tính vì đây là những hợp chất không có

cực. Trong phân đoạn cặn gudron, nhóm dầu chiếm khoảng 45 – 46%.

b/ Nhóm chất nhựa

Nhóm nhựa hòa tan được trong các dung môi như nhóm dầu nhưng nó là hợp

chất có cực nên có thể tách ra bằng các chất như than hoạt tính hay silicagen. Nhóm

chất nhựa gồm hai thành phần là các chất trung tính và axit. Các chất trung tính có màu

nâu hoặc đen, nhiệt độ hóa mềm nhỏ hơn 100°C, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng hòa tan

trong xăng, naphta. Chất trung tính tạo cho nhựa có tính dẻo dai và tính kết dính. Hàm

lượng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ kéo dài của nhựa, chiếm khoảng 10 – 15%

khối lượng cặn gudron. Các chất axit là chất có nhóm-COOH, màu nâu sẫm, tỷ trọng

lớn hơn 1, dễ dàng hòa tan trong clorofom và rượu etylic, chất axit tạo cho nhựa có tính

hoạt động bề mặt, chiếm 1% trong cặn dầu mỏ.

c/ Nhóm asphanten

Nhóm asphanten là nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn hơn 1,

chứa hầu hết hợp chất dị vòng có khả năng hòa tan mạnh trong cacbon disunfua (CS2),

nhưng không hòa tan trong các dung môi nhẹ như parafin hay xăng, ở 300°C không bị

nóng chảy mà bị cháy thành tro.

Trong quá trình thì nhóm dầu, nhựa, asphanten tồn tại ở trạng thái hệ keo, trong

đó nhóm nhựa tan trong dầu tạo thành một dung dịch thật sự, người ta gọi là môi

trường phân tán. Asphanten không tan trong nhóm dầu nên tồn tại ở trạng thái pha phân

tán. Ngoài ba nhóm chất trên, trong cặn gudron còn tồn tại các hợp chất cơ kim của kim

loại nặng, các hợp chất cacbon, cacboit, các hợp chất này không tan trong các dung môi

thông thường, chỉ tan trong pyridine.

III.5. VẬN HÀNH CỤM CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG.

NHÓM: I 56

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Etylic&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/Clorofom

http://vi.wikipedia.org/wiki/X%C4%83ng


III.5.1 Kiểm tra thiết bị chân không.

III.5.1.1 Tháp chưng cất chân không.

Tháp chân không được thử rò rỉ bằng áp suất hơi hoặc không khí không cao hơn

tính toán. Độ kín được kiểm tra như sau: đống tất cả các khóa, bằng ejector (bơm chân

không) tạo ra chân không thấp hơn so với chân không làm việc một chút. Khi ngắt bơm

chân không (ejector) áp suất trong tháp không tăng quá 12 mm cột thủy ngân trong 1h.

Bằng thử nghiệm tương tự kiểm tra tất cả các thiết bị chân không còn lại của sơ đồ.

Thí dụ về chỉ số công nghệ của cụm chưng cất chân không với dầu thô Bacu như

sau:

Áp suất dư, at:

- Trên máy bơm nguyên liệu: 9 – 9.5

- Của hơi nước đi vào bơm phun: 9.5

- Của nước lạnh :1.5

Áp suất dư trong phần trên của tháp chân không, mm Hg: 50

Nhiệt độ, 0C

- Mazut ra khỏi lò nung: 430 – 435

- Trên tháp chân không; 190 – 220

- Trong vùng bay hơi của tháp chân không: 400 – 405

- Dưới tháp chân không: 395 – 400

- Dòng chảy:

Solar: 230 – 235

Dọc: 240 - 250

- Tuần hoàn nhẹ: 370 – 325

- Tuần hoàn nặng: 370 – 390

- Nước ra khỏi thiết bị ngưng tụ khí áp: 40

Giảm chân không do các thiết bị bơm tia hoạt động kém, thiết bị không kín và

dẫn tới hút nhiều không khí hơn. Sữa chữa ejecter cho phép đạt được áp suất và lưu

lượng hơi nước cố định, đồng thời nhiệt độ và lượng nước đi vào thiết bị ngưng tụ khí

áp ổn định. Thực tế nhà máy cho thấy để ejector hoạt động ổn định cần sao cho nhiệt

độ nước từ thiết bị ngưng tụ khí áp không quá 350C. Giảm chân không có thể do làm

lạnh không hoàn toàn distilat hơi trong thiết bị ngưng tụ khí áp.

NHÓM: I 57


III.5.1.2 Đặc điểm làm việc của bơm phun.

Nước vào thiết bị ngưng tụ bề mặt và giữa giai đoạn cần cung cấp đều, không

thay đổi áp lực. Nhiệt độ nước không được cao quá 280C vì chân không trong hệ được

xác định bởi nhiệt độ ra của nước từ thiết bị ngưng tụ.

Đồ thị phụ thuộc áp suất dư vào nhiệt độ nước ra từ thiết bị ngưng tụ. Để giữ áp

suất hơi nước đưa vào hệ thống không thấp hơn 10 Kg/cm2, hơi được dẫn theo ống dẫn

riêng, nhiệt độ hơi không thấp hơn 1790C.

Khi sử dụng thiết bị tạo chân không xuất hiện các sự cố sau có ảnh hưởng xấu

đến chân không: áp suất hơi hoạt động không đầy đủ (thấp hơn 10 Kg/cm2); Tắc vòi

phun của bơm phun; Áp suất hoặc lượng nước chảy vào thiết bị ngưng tụ không đủ;

Nhiệt độ nước lạnh cao (trên 280C); Tắc ống dẫn của thiết bị ngưng tụ bề mặt, làm

giảm hiệu quả trao đổi nhiệt; Hút không khí vào qua ống nối không bằng phẳng.

III.5.2 Vận hành cụm chưng cất chân không.

Sau khi chế độ công nghệ trong cụm chưng cất khí quyển đã ổn định bắt đầu

tiến hành khởi động cụm chưng cất chân. Trong giai đoạn chuẩn bị khởi động cụm

chưng cất chân không tiến hành các hoạt động sau.

(1). Chuẩn bị các máy bơm và thiết bị tạo chân không.

(2). Kiểm tra các đường ống thải từ các thiết bị ngưng tụ của các máy bơm chân

không – phun hơi và từ bể chứa E-17, đảm bảo rằng các ống dẫn này đã tháo nhập liệu,

lưu thông. Cấp nước vào thiết bị ngưng tụ trung gian của máy bơm chân không – phun

hơi H-1 và H-2 và bể chứa E-17. Tiếp nhận khí dưới áp 10 atm vào máy bơm chân

không phun hơi và mở các van điều chỉnh trong đường nhận hơi.

(3). Kiểm tra độ kín của tháp chân không K-10 và nối các ống dẫn vào tháp. Để

kiểm tra độ kín của tháp, các bích nối, đường ống và phụ tùng nối ống ta đưa hơi nước

vào tháp và toàn hệ đến van cát tuyến ở cửa vào bơm phun và kiểm tra ở áp suất 2 atm.

Kiểm tra kỹ các bích nối, mối hàn và phụ tùng nối. Sữa chữa các khiếm khuyết.

(4). Sau khi sửa chữa tất cả các khiếm khuyết, tháo hết chất ngưng tụ ra khỏi

tháp chân không, tháo tải, kiểm tra rò rỉ, đưa nước vào mặt làm lạnh của thiết bị ngưng

tụ T-35, đưa máy bơm – phun hơi vào làm việc và đưa hơi vào tháp K-10, dần dần tạo

chân không trong tháp.

NHÓM: I 58


Sau khi đã đạt áp suất dư 700 mm Hg ngừng đưa hơi vào tháp và đóng van cát

tuyến ở cửa vào máy phun tạo chân không. Nếu có hệ kín thì áp suất chân không giảm

với tốc độ không quá 5 mm cột Hg/h. Trong trường hợp chân không giảm cao hơn giá

trị trên cần kiểm tra hệ có kín không.

Sữa chữa các khiếm khuyết, sau đó kiểm tra toàn bộ hệ đã kín chưa và sau khi

đã chỉnh sữa hoàn toàn tiến hành tuần hoàn lạnh cụm chân không.

III.5.2.1 Tuần hoàn lạnh.

Nạp đầy mazut vào tháp K-10 qua các ống xoán của lò nung L-3. Để làm việc

này nối ống đường kính 150mm vào ống tháo mazut sau thiết bị làm lạnh T-24 vào ống

xả của máy bơm H-21 trên đường nối vào lò L-3. Để tránh sôi và phun do có nước cần

nạp đầy mazut với nhiệt độ không quá 1000C vào tháp K-10 và ống xoán của lò nung

L-3. Sau khi mức trong tháp A-10 đã đạt tiêu chuẩn thì nạp mazut vào ống xoán lò

nung.

Việc nạp mazut được tiến hành nhờ máy bơm H-27 thêo hệ: K-10 → H-27 →

đường tuần hoàn cụm chưng cất chân không → L-3 → K-10. Sau khi kiểm tra rò rỉ của

hệ và sữa chữa khiếm khuyết, tiến hành tuần hoàn cụm chưng cất chân không theo sơ

đồ trên.

Lưu lượng mzut tuần hoàn qua lò L-3 là 50% lưu lượng chuẩn: lưu lượng mazut

cân bằng điều chỉnh theo tất cả các dòng. Tuần hoàn lạnh tiếp tục cho đến khi tất cả các

khiếm khuyết đã được chỉnh sữa. Đồng thời bật các thiết bị điều khiển tự động và điều

chỉnh chân không trong tháp.

III.5.2.2 Tuần hoàn nóng và tạo chế độ chuẩn cho cụm chân không.

Đưa hơi vào vòi phun của lò L-3, sau đó vào buồng đốt để đuổi buồng đốt cho

đến khi xuất hiện hơi bay ra từ ống khói (không ít hơn 5 phút). Hơi nước qua bộ phận

tạo hơi quá nhiệt của lò L-3 và thải vào không khí. Đưa vào thiết bị điều liệu trước tiên

là nhiên liệu lỏng sau đó là nhiên liệu khí. Thứ tự điều nhiệt và tốc độ nâng nhiệt độ

tương tự như đối với khi khởi động cụm khí quyển. Trong thời gian tuần hoàn nóng

bơm gasoil vào các ống nạp và xuất của các dòng hồi lưu và ống nhập của các máy

bơm của tháp chân không. Sau khi đạt được nhiệt độ nào đó (nhiệt độ dưới không thấp

hơn 3000C, nhiệt độ trên cao hơn 1000C) cụm chân không chuyển sang nạp nguyên liệu

ổn định. Trước khi đưa mazut vào tháp K-10, nạp hơi nước vào dưới tháp. Trong giai

NHÓM: I 59


đoạn này nó được dùng để ngưng tụ hơi trong thiết bị làm lạnh trung gian của hệ thống

tạo chân không trong tháp. Sau đó nó có chức năng làm giảm áp suất riêng phần và tăng

cường bay hơi.

Khi đã xuất hiện mực chất lỏng trên đĩa 15 của tháp K-10 mở dòng hồi lưu trên

theo sơ đồ: Từ đĩa 15 tháp K-10 → H-24 (H-25a) → T-16 → T-30 → đĩa số 10 của

tháp K-10.

Phần dư của dòng hồi lưu trên (phân đoạn 350 - 5000C) được đưa ra khỏi dây

chuyền theo sơ đồ sau: Sau khi ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt T-16, qua thiết bị trao đổi

nhiệt T-1 (trong không gian giữa các ống) vào bồn chứa chung gian, khi cần thiết đưa

dòng nóng từ cửa suất của máy bơm H-25 (H-25a) vào đĩa số 8 của K-10. Khi xuất hiện

mực chất lỏng trên đĩa số 5 của tháp K-10 mở dòng hồi lưu dưới theo sơ đồ: Từ đĩa số

5 của tháp K-10 → H-26 → T-18 → T-31 → đĩa số 6 của tháp K-10.

Phần dư của dòng hồi lưu dưới quay về tháp K-2, khi cần thiết từ cửa xuất của

máy bơm H-26 đưa vào dòng nóng vào đĩa số 4 của tháp K-10. Trong thời gian mở

dòng hồi lưu đưa hơi nước qúa nhiệt vào tháp K-10 và ống xoắn của lò L-3. Đồng thời

mở van điều chỉnh tự động nhiệt độ hồi lưu và đặt nhiệt độ theo các đĩa. Sau đó lấy

mẫu phân đoạn dầu nhờn của gudron và đưa đến phòng thí nghiệm. Nêu mẫu phân tích

đạt tiêu chuẩn có thể tháo gudron. Để gudron đạt được chất lượng cần thiết có thể trộn

với mazut từ tháp khí quyển K-2. Khí phân hủy từ hệ thống áp kế đưa vào lò nung L-3

để đốt, khi đạt tiêu chuẩn thải ra ngoài.

CHƯƠNG IV: SO SÁNH CHƯNG CẤT ÁP SUẤT

THƯỜNG VÀ ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG

IV.1. So sánh giữa hai quá trình chưng cất ở áp suất thường và áp suất chân

không.

Bảng 4.1. So sánh hai quá trình chưng cất

Chưng cất áp suất thường Chưng cất áp suất chân không

NHÓM: I 60


1. nguyên liệu

Nguyên liệu là dầu thô sau khi được xử lý như dầu nguyên khai tách các hợp chất cơ học như muối, nước và được gia nhiệt ở thiết bị gia nhiệt và đưa vào tháp

Nhiên liệu là phần cặn mazutcuar quá trình chưng cất khí quyển

2. Chế

độ công

nghệ

(loại một tháp)

Nhiệt độ cấp liệu: Nhiệt độ đỉnh cột: Tại cửa ra của phân đoạn: Cửa ra tưới hồi lưu1: Tại cửa ra của phân đoạn:Tưới hồi lưu2: Tại cửa ra của phân đoạn: Đáy tháp: Tại thiết bị chứa: Chỉ số hồi lưu: áp suất (Mpa): tại đỉnh tháp: Thiết bị chứa: Nhiệt độ cao nhất trong tháp chưng cất khí quyển:

365146

180-230216

230-280260

280-36034260

1,4/1

0.250,20

300-400

Nhiệt độ cấp liệu:Nhiệt độ đỉnh cột: Nhiệt độ tại cửa ra của gasoil nhẹ:Nhiệt độ tại cửa ra của phân đoạn dầu nhờn rộng: Nhiệt độ tại cửa ra của phân đoạn tối mầu: Nhiệt độ tại đáy tháp: Áp suất chân không ở đỉnh tháp,kPa:

395125

195

260

300

352

8

3. Đặc điểm công nghệ

Công nghệ tiên tiến trong hiện đại có

nhiều ứng dụng thực tế.

Quá trình chưng cất khí quyển có công nghệ đơn giản hơn quá trình chưng cất chân không.

Sơ đồ công nghệ chưng cất

VD thường ứng dụng để thu

dầu nhờn có thể thiết kế riêng

biệt cũng có thể kết hợp với

chưng cất AV.

Công nghệ phức tạp hơn4. Sản phẩm

Sản phẩm là các phân đoạn

- Khí

- Xăng

- Kerosene

- Diezen

Cặn mazut

Sau khi chưng cất cặn mazut

sản phẩm thu được.

-Dầu nhờn

-Cặn gudron

-Hoặc làm nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác cặn.

Ưu nhược điểm của quá trình chưng cất áp suất thường và áp suất chân

không.

NHÓM: I 61


Trong quá trình chưng cất áp suất thường với nguyên liệu là dầu thô sản phẩm là các

phân đoạn như:khí; xăng; diezen; kerosene quá trình này có ưu điểm là tạo ra được

nhiều phân đoạn sản phẩm và có công nghệ đơn giản hơn so với công nghệ của quá

trình chưng cất áp suất chân không. Tuy nhiên nhược điểm này là các phân đoạn sản

phẩm tách không hoàn toàn xăng có thể lẫn hoặc diezen.

Đối với quá trình chưng cất chân không với nguyên liệu là cặn mazut của quá trình

AD sản phẩm thu được là phân đoạn dầu nhờn và cặn gudron thì điều kiện làm việc

khắc nghiệt hơn, quá trình này phải làm việc ở nhiệt độ và áp suất cao hơn nên yêu cầu

về chế độ công nghệ phức tạp hơn.

IV.2. CỤM CHƯNG CẤT KẾT HỢP

Chưng cất kết hợp giữa AD và VD hay còn gọi là chưng cất AVD tạo hiệu suất cao

trong quá trình chưng cất tạo ra nhiều phân đoạn theo mục đích và có chất lượng tốt tạo

khả năng phân tách tốt. Sản phẩm của quá trình chưng cất khí quyển là nguyên liệu cho

quá trình chưng cất chân không.

E-1 3

II I3

6

II

4

5

1 3 IV

V I31

1 3

1 3

V II

V I I

V

212

1

7

X

1 3

5V III

X III

1 3

1 3

1 3

X V

X IV

X II

3

V

V

V

V

V

V

V

S ơ đ ồ c h ư n g c ấ t k ế t h ợ p A V D

Hình 4.1. Sơ đồ chưng cất kết hợp AVD

NHÓM: I 62


1.Thiết bị trao đổi nhiệt; 2.Lò đốt; 3. Làm lạnh; 4. Tháp chưng cất;

5. Tháp tái sinh hơi; 6.Bể chứa; 7. Tháp chưng cất chân không;

I. Dầu thô; II. Xăng; III. Khí; IV. Xăng nặng; V. Hơi nước; VI. Kerosen;

VII. Gasoil nhẹ; VIII. Gasoil nặng; IX. Cặn AD; X,XI,XII,XIII,XIV,XV. Các loại dầu

nhờn khác.

IV.3. CÁC THIẾT BỊ CỤM CHƯNG CẤT KẾT HỢP AVD

-Tháp chưng cất khi quyển

-Tháp chưng cất chân không

-Tháp tái sinh hơi

-Thiết bị trao đổi nhiệt

-Lò đốt

-Thiết bị làm lạnh

-Thiết bị ngưng tụ

-Bể chứa…

IV.4. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN

Nguyên liệu dầu thô(I) sau khi tách khí và xử lý tạp chất cơ học được đưa vào

thiết bị trao đổi nhiệt(1) và vào lò đốt được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi và nhập vào tháp

chưng cất khí quyển(4) và được phân chia thành các phân đoạn tương ứng khoảng nhiệt

độ sôi của chúng sau đó qua tháp tái sinh(5). Làm giàu cấu tử nhẹ cho quay về tháp

chưng nhằm mục đích thu cấu tử nhẹ có giá trị như khí, xăng. Chưng cất khí quyển

chúng ta nhận được các phân đoạn sau đó được làm lạnh ở thiết bị(3)thu được sản

phẩm.

- Phân đoạn khí(III) thành phần C3-C4, có nhiệt độ sôi 10-400C

- Phân đoạn xăng(II) thành phần C5-C11, có nhiệt độ sôi 50-1800C

- Phân đoạn kerosen(VI) thành phần C11-C16, nhiệt độ sôi 180-2500C

- Phân đoạn diezen(VII) thành phần C16-C21, nhiệt độ sôi 250-3500C

Nguyên liệu của quá trình chưng cất khí quyển (cặn mazut) chuyển sang lò

đốt(2) ngay tháp chưng cất chân không tại đó nguyên liệu được gia nhiệt đến nhiệt độ

sôi và được nhập liệu vào tháp chưng cất chân không(7). Cặn mazut là những cấu tử có

nhiệt độ sôi cao khi chưng cất khí quyển sẽ bị phá hủy. Vì vậy phải chuyển qua chưng

cất chân không áp suất thấp(10-40 mHg) làm giảm nhiệt độ sôi của chúng. Trong tháp

NHÓM: I 63


chân không chúng ta cũng tách được các phân đoạn tương ứng với khoảng sôi, sau đó

qua tháp tái sinh (5) và làm lạnh thiết bị số (3) thu được dầu nhờn

(VIII,IX,X,XIII,XIV,XV) và phần cặn (XII).

KẾT LUẬN

Dầu khí hiện nay đã trở thành nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá,

mang tính chiến lược quan trọng. Bộ trưởng năng lượng Anh đã từng nói ”dự trữ dầu

mỏ của một nước thật quý như dự trữ vàng và ngoại tệ vậy” đã hơn một thế kỷ qua đi

và chắc chắn trong nhiều năm tới, dầu mỏ và khí thiên nhiên vẫn được coi là nguồn

nguyên liệu, nguyên liệu chủ yếu cho công nghệ chế biến của nhiều quốc gia trên thế

giới. Dầu khí không chỉ có ý nghĩa to lớn về mặt kinh tế mà còn có ý nghĩa chính trị xã

hội, tạo ra một lượng vật chất to lớn góp phần ổn định và phát triển kinh tế, xã hội tạo

khả năng cất cánh cho nhiều quốc gia.

Ngày nay các nhà chế biến dầu mỏ phải đối mặt với nhiều thách thức lớn là dầu

thô ngày càng nặng và chua hơn, một thách thức khác là tiêu chuẩn ngày càng đòi hỏi

cao hơn. Do đó việc nghiên cứu và ứng dụng những tiến bộ trong công nghệ lọc và chế

biến dầu là đòi hỏi thực tế và được đẩy mạnh. Các tiến bộ này được ứng dụng trong

công nghệ, xúc tác và thiết bị chế biến. Các quá trình được chú ý cải tiến nhiều nhất

làm sạch bằng hydro, loại hợp chất lưu huỳnh và hydrocracking và tận dụng phần

nguyên liệu nặng.

NHÓM: I 64


Các sản phẩm hóa học được tổng hợp từ dầu khí còn gọi là các sản phẩm hóa

dầu. các sản phẩm này vô cùng đa dạng và phong phú, chiếm đến 90% các sản phẩm

hữu cơ mà con người có thể sản xuất ra được.

Phân tách dầu thô theo theo thành phần hóa dầu là hỗn họp phúc tạp gồm các

hydrocacbon paraffin, naphten và aromat có nhiệt độ sôi khác nhau, cho nên dầu không

có nhiệt độ sôi cố định. Để phân tách thành các sản phẩm khác nhau, dầu thô được

chưng cất phân đoạn ở áp suất khí quyển và áp suất chân không. Mặt khác, nếu trong

dầu thô có hàm lượng nước và muối cao chế độ công nghệ của các quá trình bị phá hủy,

làm tăng áp suất trong thiết bị và giảm công suất. do đó dầu cần được khử muối và

nước trước khi được chế biến. Đó là quá trình tiến hành vào chưng cất áp suất thường

và áp suất chân không.

NHÓM: I 65


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Belianhin B.V., Erikh V.N. Phân tích sản phẩm dầu và khí. Nhà xuất bản

“Khimia”, leningrad, 1975. (Tiếng Nga)

2. PGS. TS. Đinh Thị Ngọ. Hóa học dầu mỏ và khí. Trường Đại Học Bách

Khoa Hà Nội.

3. PGS. TS. Đinh Thị Ngọ, TS. Nguyễn Khánh Diệu Hồng. Công nghệ lọc

dầu. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội.

4. Giáo trình chưng cất dầu thô. Trường Đại Học Công Nghiệp TP. Hồ Chí

Minh. Lưu hành nội bộ.

5. Trần Mạnh Trí. Dầu khí và dầu khí ở Việt Nam. Nhà xuất bản khoa học và kỹ

thuật Hà Nội.

6. Võ Thị Liên, Lê Văn Hiếu. Giáo trình công nghệ chế biến dầu khí. Trường Đại

Học Công Nghiệp TP. HCM.

7. Giáo trình công nghệ chế biến dầu. Trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM.

8. www.congnghedaukhi.com

NHÓM: I 66

Documents

Báo Cáo_ Chưng Cất Dầu Thô