Đề án tốt nghiệp: Thiết kế dây chuyền chưng cất dầu thô nhiều phần nhẹ

Chia sẻ: Luân Ho | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:89

Thêm vào BST

Báo xấu

122
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xử lý dầu thực chất là chưng tách bớt phần nhẹ nhưng để tránh bay hơi cả phần xăng, tốt nhất là tiến hành chưng cất ở áp suất cao khi đó chỉ có các cấu tử nhẹ hơn C4 bay hơi , còn phần tử C5 trở lên vẩn còn lại trong dầu. Để tìm hiểu sâu hơn về vấn đề này mời các bạn tham khảo "Đề án tốt nghiệp: Thiết kế dây chuyền chưng cất dầu thô nhiều phần nhẹ".

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề án tốt nghiệp: Thiết kế dây chuyền chưng cất dầu thô nhiều phần nhẹ

MỞ ĐẦU Dầu mỏ dƣợc tìm thấy vào năm 1859 tại Mỹ. Lúc bấy giờ lƣợng dầu thô khai thác đƣợc còn rất ít, chỉ phục vụ cho mục đích đốt cháy và thắp sáng. Nhƣng chỉ một năm sau đó, không chỉ riêng ở Mỹ mà các nƣớc khác ngƣời ta cũng đã tìm thấy dầu. Từ đó sản lƣợng dầu đƣợc khai thác ngày càng tăng lên rất nhanh. Đây là bƣớc chuyển mình đi lên của nghành khai thác và chế biến dầu mỏ. Đến năm 1982 thế giới đã có 100 loại dầu mỏ khác nhau thuộc sở hữu của 48 quốc gia, trong đó có Việt Nam. Quốc gia có sản lƣợng dầu mỏ lớn nhất là Arập xê út. Chiếm khoảng 26% tổng sản lƣợng dầu mỏ trên thế giới. Ngành công nghiệp đầu do tăng trƣởng nhanh đã trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của hầu hết các quốc gia trên thế giới . Khoảng 65 70% năng lƣợng sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ có 2022% năng lƣợng đi từ than, 56% từ năng lƣợng nƣớc và 812% từ năng lƣợng hạt nhân. Ngày nay trên 90% sản phẩm hữu cơ có nguồn gốc từ dầu khí vào mục đích đốt cháy sẽ giảm dần. Do đó dầu khí trong tƣơng lai vẫn chiếm giữ một vị trí quan trọng trong lĩnh vực năng lƣợng và nguyên liệu hoá học mà không có tài nguyên thiên nhiên nào có thể thay thế đƣợc. Bên cạnh đó lƣợng sử dụng mạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ là làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu nhƣ : sản xuất cao su, vải, nhựa đến các loại thuốc nhuộm, các hoá chất hoạt động bề mặt, phân bón. Dầu mỏ là một hổn hợp rất phức tạp trong đó cả hàng trăm cấu tử khác nhau. Mỗi loại dầu mỏ đƣợc đặc trƣng bởi thành phần riêng song về bản chất chúng đều có các hiđrocacbon là thành phần chính, các hiđrocacbon đó Sinh viên: Tran diep Ha 1 Lớp hoá dầu k48
chiếm 6090% trọng lƣợng trong dầu, còn lại là các chất oxy, lƣu huỳnh, nitơ, các phức chất cơ kim, nhựa, asphanten. Trong khí còn có các khí trơ nhƣ : He, Ar, Xe, Nz…. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí trên thế giới, dầu khí Việt Nam cũng đã đƣợc phát hiện từ những năm 1970 và đang trên đà phát triển.Chúng ta đã tìm ra nhiều mỏ trữ dầu với trữ lƣợng tƣơng đối lớn nhƣ mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng, mỏ Rồng, mỏ Rạng Đông, các mỏ khí nhƣ Lan Tây, Lan Đỏ…Đây là nguồn nhiên liệu quý để giúp nƣớc ta có thể bƣớc vào kỷ nguyên mới của công nghệ dầu khí. Nhà máy số một Dung Quất với công suất 6 triệu tấn /năm đang triển khai xây dựng để hoạt động và đang tiến hành phê chuẩn nhà máy lọc dầu, số 2 Nghi Sơn- Thanh Hoá với công suất 7 triệu tấn/năm. Đối với Việt Nam dầu khí đƣợc coi là nghành công nghiệp hoá, hiện đại hoá, tạo thế mạnh cho nền kinh tế quốc dân. Nhƣ vậy nghành công nghiệp chế biến dầu khí nƣớc ta đang bƣớc vào thời kỳ mới, thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nƣớc. Sự đóng góp của ngành dầu khí không chỉ mang lại thế mạnh cho nền kinh tế nƣớc nhà mà còn là nguồn động viên tinh thần toàn đảng toàn dân ta và nhất là các thành viên đang làm việc trong ngành dầu khí hăng hái lao dộng, sáng tạo góp phần xây dựng đất nƣớc để sau này vào thập niên tới sánh vai các nƣớc tiên tiến trong khu vực và trên thế giới. Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh là nhờ các đặc tính quý riêng mà các dạng nhiên liệu khác nhƣ than hoặc các khoáng chất khác không thể có, đó là giá thành thấp, dể vận chuyển và bảo quản, dễ hiện đại hoá và tự động hoá trong sử dụng, ít tạp chất và có nhiệt năng cao, dể tạo ra loại sản phẩm đáp ứng mọi nhu cầu của các nghành kinh tế quốc dân. Sinh viên: Tran diep Ha 2 Lớp hoá dầu k48
Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lƣợng của quá trình chế biến. Theo các chuyên gia về hoá dầu của châu âu, việc đƣa dầu mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao đƣợc hiệu quả sử dụng lên 5 lần, và nhƣ vậy tiết kiệm đƣợc nguồn tài nguyên quý hiếm này. Dầu mỏ là hỗn hợp rất phức tạp gồm hiđrocacbon,khí thiên nhiên,khí dầu mỏ và các tạp chhất khác nhƣ CO2 ,H2S, N2 …..Dầu mỏ muốn sử dụng đƣợc thì phải tiến hành phân chia thành từng phân đoạn. Mỗi thành phần phân đoạn cho ta biết dƣợc loại sản phẩm thu và khối lƣợng của chúng. Quá trình chƣng cất dầu thô là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các phan đoạn. Quá trình này đƣợc thực hiện bằng các phƣơng pháp khác nhau nhằm tách các cấu tử có trong dầu thô theo từng khoảng thời gian khác nhau mà không làm phân huỷ chúng. Tuỳ theo biện pháp chƣng cất mà ta chia quá trình chƣng cất thành chƣng đơn giản, chƣng phức tạp chƣng cất nhờ cấu tử bay hơi hay chƣng cất trong chân không. Trong các nhà máy lọc dầu, phân xƣởng chƣng cất dầu thô cho phép ta có thể thu đƣợc các phân đoạn dầu mỏ để thực hiện các quá trình tiếp theo. Trong đồ án này đề cập đến các vấn đề lý thuyết có liên quan, trên cơ sở đó thiết kế dây chuyền chƣng cất dầu thô nhiều phần nhẹ. Đồng thời xem xét thiết kế mặt bằng phân xƣởng và vấn đề an toàn lao động. Sinh viên: Tran diep Ha 3 Lớp hoá dầu k48
PHẦN I: TỔNG QUAN I. XỬ LÝ DẦU THÔ TRƢỚC KHI CHƢNG CẤT Dầu thô đƣợc khai thác từ các mỏ dầu và chuyển vào các nhà máy chế biến. Trƣớc khi chế biến phải tiến hành làm ổn định dầu vì trong dầu còn chứa các khí hoà tan nhƣ khí đồng hành và các khí hiđrocacbon. Khi phun dầu ra khỏi giếng khoan thì áp suất giảm, nhƣng dù sao vẫn con lại một lƣợng nhất định lẫn vào trong dầu và phải tách tiếp trƣớc khi chế biến mục đích là hạ thấp áp suất hơi khi chƣng cất dầu thô và nhận thêm nguồn nguyên liệu cho chế biến dầu. Vì trong các khí hiđrocacbon nhẹ từ C1C4 là nguồn nguyên liệu quý cho quá trình nhận olefin. Xử lý dầu thực chất là chƣng tách bớt phần nhẹ nhƣng để tránh bay hơi cả phần xăng, tốt nhất là tiến hành chƣng cất ở áp suất cao khi đó chỉ có các cấu tử nhẹ hơn C4 bay hơi , còn phần tử C5 trở lên vẩn còn lại trong dầu. Muốn xử lý dầu thô trƣớc khi đƣa vào chƣng cất chúng ta phải trải qua những bƣớc tách cơ bản. 1. Tách tạp chất cơ học, nƣớc , muối lẫn trong dầu Nƣớc lẫn trong dầu ở dƣới dạng mỏ chỉ ở dạng tự do không có dạng nhũ tƣơng. Khi khai thác, bơm, phun dầu, các quá trình khuấy trộn thì nƣớc cùng với dầu và các tạp chất tạo thành nhũ tƣơng. Sinh viên: Tran diep Ha 4 Lớp hoá dầu k48
Nƣớc nằm dƣới dạng nhũ tƣơng thì rất bền vững và khó tách. Có 2 dạng nhũ tƣơng : + Dạng nhũ tƣơng nƣớc ở trong dầu. + Dang nhũ tƣơng dầu ở trong nƣớc. Lƣợng nƣớc ở trong dầu nhiều hay ít ở trong nhũ tƣơng dầu ở mỏ khai thác bằng cách nhìn màu sắc, qua thực nghiệm ngƣời ta kiểm tra thấy nếu dầu chứa 10% nƣớc thì màu cũng tƣơng tự dầu không chứa nƣớc. Nếu nhũ tƣơng dầu chứa 1520% nƣớc, có màu ghi đến vàng, nhũ tƣơng chứa 25% nƣớc chứa màu vàng. Dầu mỏ có lẫn nƣớc ở dạng nhũ tƣơng đƣa đi chế biến thì không thể đƣợc mà phải khử chúng ra khỏi dầu. Khử nƣớc và muối ra khỏi dầu đến dƣới hạn cho phép, cần tiến hành khử ngay ở nơi khai thác là tốt nhất. Tiến hành tách nƣớc ở dạng nhũ tƣơng có 3 phƣơng pháp : - phƣơng pháp cơ học ( lắng- lọc – ly tâm). - tách nhũ tƣơng trong dầu bằng phƣơng pháp hoá học. - Tách băng phƣơng pháp dùng điện trƣờng. 1.1. Tách bằng phương pháp cơ học (lắng- lọc- ly tâm). Khi dầu và nƣớc trong dầu chƣa bị khuấy trộn mạnh và nƣớc lẫn trong dầu ở dạng tự do với hàm lƣợng lớn có thể gần 50% và cao hơn. + phƣơng pháp lắng: phƣơng pháp này dùng khi dầu mới khai thác ở giếng khoan lên, dầu và nƣớc chƣa bị khuấy trộn nhiều và nên nhũ tƣơng mới tạo ít và nhũ tƣơng chƣa bền vững, nƣớc ở dạng tự do còn tƣơng đối lớn. Dầu mỏ này ngƣời ta đƣa đi lắng, nhờ có tỷ trọng nƣớc nặng hơn dầu nên nƣớc sẽ đƣợc lắng sơ bộ và tháo ra ngoài Sinh viên: Tran diep Ha 5 Lớp hoá dầu k48
Tốc độ lắng của các hạt nƣớc tính theo công thức Stockes nếu kích thƣớc hạt lớn hơn 0,5 r 2 ( d1  d 2 ) g V= (1) 18 Trong đó: V=tốc độ lắng , cm/s r: đƣờng kính hạt d1,d2:tỷ trọng nƣớc trong dầu tƣơng ứng , g/cm g: gia tốc trọng trƣờng,cm/s2  :độ nhớt động học củahỗn hợp công thức (1) ta thấy kích thƣớc hạt của pha phân tán càng nhỏ và tỷ trọng của nƣớc và Từ dầu khác nhau càng ít . Độ nhớt của môi trƣờng càng lớn thì sự phân lớp và lắng xảy ra càng chậm. Việc tách nƣớc và tạp chất thực hiện ở nơi khai thác thƣờng lắng và gia nhiệt ở thiết bị đốt nóng . ở các nhà máy chế biến dầu tách nƣớc thƣờng gia nhiệt dể lắng , khống chế nhiệt độ 120 1600C và p=815at để cho nƣớc không bay hơi . Qúa trình lắng thƣờng xảy ra trong thời gian 23 giờ. +phƣơng pháp ly tâm : phƣơng pháp ly tâm tách nƣớc ra khỏi dầu nhờ tác dụng của lực ly tâm để tách riêng biệt các chất lỏng có tỷ trọng khác nhau . Giá trị lực ly tâm xác định theo phƣơng trình sau: f=k.m.r.n2 2  2 k=    60  trong đó: m: khối lƣợng hạt nƣớc(g) Sinh viên: Tran diep Ha 6 Lớp hoá dầu k48
r: bán kính quay(cm) n: số lƣợng vòng quay của máy ly tâm (phút) Lực ly tâm và tốc độ tách nƣớc thay đổi tỷ lệ thuận với bán kính quay và tỷ với bình phƣơng số vòng quay của rôto. Trong công nghiệp thƣờng dùng máy ly tâm có số vòng quay từ 35005000 vòng trong một phút. Số vòng quay thì khả năng chế tạo thiết bị càng khó khăn và không thể chế tạo thiết bị với công suất lớn . Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là công suất máy bé, khả năng phân chia không cao, vốn chi tiêu lớn vì vậy phƣơng pháp nàykhông phổ biến trong công nghệ tách nƣớc và tạp chất. + phƣơng pháp lọc: Là tách nƣớc ra khỏi dầu sử dụng khi mà hỗn hợp nhũ tƣơng dầu, nƣớc đã bị phá vỡ nhƣng nƣớc vẫn ở dạng lơ lửng trong dầu mà chƣa đƣợc lắng xuống đáy. Dùng phƣơng pháp này là nhờ lợi dụng tính chất thấm ƣớt chon lọc của các chất lỏng khác nhau lên các chất lọc khác. phƣơng pháp lọc đạt hiệu quả rất cao và có thể tách đồng thời cả nƣớc lẫn muối. 1.2. Tách nhũ tương nước trong dầu bằng phương pháp hoá học. Bản chất của phƣơng pháp hoá học là cho thêm một chất hoạt động bề mặt để phá nhũ tƣơng. Khi các điều kiện thao tác nhƣ nhiệt độ, áp suất chọn ở chế độ thích hợp thì hiệu quả của phƣơng pháp cũng rất cao nhƣng khó khăn nhất là phải chọn đƣợc chất hoạt động bề mặt thích hợp không gây hậu quả khó khăn cho chế biến sau này cũng nhƣ không phân huỷ hay tạo môi trƣờng ăn mòn thiết bị. Sinh viên: Tran diep Ha 7 Lớp hoá dầu k48
1.3. Tách bằng phương pháp dùng điện trường. Phƣơng pháp dùng điện trƣờng để phá nhũ, tách muối khỏi dầu là một phƣơng pháp hiện đại công suất lớn, quy mô công nghiệp và dễ tự động hoá nên các nhà máy chế biến dầu lớn đều áp dụng phƣơng pháp này. Vì bản thân các tạp chất đã là các hạt dễ nhiễm điện tích nếu ta dùng lực điện trƣờng mạnh sẽ làm thay đổi điện tích,tạo đIều kiện chocác hạt đông tụ hay phát triển làm cho kích thƣớc lớn lên do vậy chúng dễ tách ra khỏi dầu . Sự tƣơng tác giữa điện trƣờng và các hạt tích điện làm cho các hạt tích điện lắng xuống. Nguyên tắc này đƣợc áp dụng để tách muối nƣớc ra khỏi dầu thô. Dầu thô đƣợc đốt nóng trong các thiết bị trao đổi nhiệt rồi trộn với một lƣợng nƣớc sạch để tạo thành nhũ tƣơng chứa muối. Lực hút giữa các hạt tích điện làm chúng lớn lên ngƣng tụ thành hạt có kích thƣớc lớn, chúng dễ tạo thành lớp nƣớc năm dƣới dầu. Trên thực tế ngƣời ta pha thêm nƣớc vào dầu một lƣợng từ 38% sovới dầu thô và có thể pha thêm hoá chất rồi rồi cho qua van tạo nhũ tƣơng sau khi qua thiết bị trao đổi nhiệtở nhiệt độ từ 1301500C muối trong dầu thô đƣợc chuyển vào nhũ tƣơng. Khi dẫn vào khoảng cách giữa hai điện cực có hiệu điện thế từ 20.000 vôn trở lên chúng tích điện vào nhau tăng dần kích thƣớc , cuối cùng tách thành lớp nƣớc nằm ở dƣới dầu. Tránh sự bay hơi dầu do tiễp xúc ở nhiệt độ cao, áp suất ở trong thiết bị tách muối đƣợc giữ ở áp suất 912kg/ cm2 , bộ phận an toàn đƣợc bố trí ngay trong thiết bị. Khi tách một bậc ngƣời ta có thể tách 9095% muối, còn tách 2 bậc hiệu suất muối lên tới 99%. II. NGUYÊN LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH. Dầu mỏ là một nguyên liệu hydrocacbon có trong thiên nhiên có thành phần hoá học rất phức tạp, có những đặc tính vật lý thay đổi trong giới hạn Sinh viên: Tran diep Ha 8 Lớp hoá dầu k48
rất rộng nhƣ độ nhớt, màu sắc và tỷ trọng. Màu sắc của dầu mỏ nguyên khai có thể màu sáng nâu đen. Tỷ trọng có thể thay đổi từ 0,71, độ nhớt cũng thay đổi theo giới hạn từ 150% cst ở 200C. Thành phần hoá học của dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp gồm rất nhiều hiđrocacbon . Các hiđrocacbon thƣờng thuộc vào 3 họ : họ parafinic, họ naphtenic, họ aromatic hay con gọi hiđrocacbon thơm. Với mức độ phức tạp khác nhau, trong cấu trúc dầu mỏ đồng thời cũng có mặt hiđrocacbon loại cấu trúc hỗn hợp của cả 3 loại trên. Trong dầu mỏ nguyên khai không có hiđrocacbon họ Olephinic và sự phân bố của các hiđrocacbon kể trên trong dầu mỏ quyết định công nghệ chế biến, hiệu suất và chất lƣợng sản phẩm . 1. Phân loại dầu mỏ Nhƣ ta đã biết các loại dầu mỏ trên thế giới đều khác nhau về thành phần hoá học về đặc tính. Do đó để phân loại chúng thành từng nhóm có tính chất giống nhau rất khó. Trong dầu mỏ phần dầu mỏ chủ yếu và quan trọng nhất quyết định các đặc tính cơ bản của dầu mỏ chính là các hợp chất hiđrocacbon chứa trong đó cho nên dầu mỏ thông thƣờng đƣợc chia theo nhiêu loại. Ngoài hiđrocacbon còn có nhƣng thành phần không phải hiđrocacbon, tuy ít nhƣng không kém phần quan trọng. Do đó chƣa có sự phân loại nào bao trùm các tính chất khác nhau và vì vậy cho đến nay cũng chƣa có sự phân loại nào đƣợc hoàn toàn. 2. Phân loại dầu mỏ theo hiđrocacbon . Phân loại dầu mỏ theo họ hiđrocacbon là phƣơng pháp phân loại phổ biến nhất. Theo cách phân loại này dầu mỏ nói chung sẽ mang đặc tính củaloại hiđrocacbon nào chiếm ƣu thế trong nó nhất. Nhƣ vậy trong dầu mỏ Sinh viên: Tran diep Ha 9 Lớp hoá dầu k48
có 3 loại hiđrocacbon chính: parafin, naphten và Ar, có nghĩa là sẽ có 3 loại dầu mỏ tƣơng ứng là dầu mỏ parafinic , dầu mỏ Naphtenic, dầu mỏ Aromatic, nếu một trong từng loại trên lần lƣợt chiếm ƣu thế về số lƣợng trong dầu mỏ . Dầu mỏ parafinic sẽ mang tính chất hoá học và vật lý đặc trƣng của các hiđrocacbon họ parafinic , tƣơng tự dầu mỏ Naphtenic sẽ mang tính chất hoáhọc và vật lý đặc trƣng của họ hiđrocacbon Naphtenic. Dầu mỏ Aromatic sẽ mang tính chất hoá học và vật lý đặc trƣng của hiđrocacbon họ thơm. Tuy nhiên trong phần nặng trên 3500C các hiđrocacbon không còn nằm ở dạng thuần chủng nữa mà bị hỗn hợp lẫn nhau, lai hoá lẫn nhau. Do đó để phân loại thƣờng phải xét sự phân bố từng họ hiđrocacbon trong các phân đoạn chƣng cất. Trong thực tế những họ dầu thuần chủng thƣờng rất ít gặp đặc biệt là họ dầu Aromatic hầu nhƣ trên thế giới không có. Vì vậy những trƣờng hợp mà hiđrocacbon trong đó chiếm tỷ lệ không chênh lệch nhau nhiều dầu mỏ sẽ mang đặc tính hỗn hợp trung gian giữa những loại hiđrocacbon đó. Nhƣ vậy 3 họ dầu chính sẽ gặp những họ dầu hỗn hợp trung gian giữa parafenic –naphtenic –aromatic . Bằng cách rõ ràng nhƣ vậy dầu mỏ có thể phân thành các họ sau : Có 3 họ chính : - Họ parafinic - Họ Naphtenic - Họ Aromatic . - Có 6 họ đầu trung gian : Họ Naphtenic - parafinic Sinh viên: Tran diep Ha 10 Lớp hoá dầu k48
Họ parafinic - Naphtenic Họ Aromatic - Naphtenic Họ Naphtenic - Aromatic Họ Aromatic - parafinic Họ parafinic -Aromatic Có 6 loại dầu hổn hợp : Họ parafinic – Aromatic – Naphtenic Họ Aromatic – parafinic – Naphtenic Họ Naphtenic – parafinic – Aromatic Họ parafinic – Naphtenic – Aromatic Họ Naphtenic – Aromatic – parafinic Họ Aromatic – Naphtenic – parafinic . Trong thực tế, dầu họ Aromatic , dầu họ Aromatic – parafinic , parafinic – Aromatic hầu nhƣ không có ,còn những họ dầu hỗn hợp chiếm tỷ lệ cũng rất ít. Chủ yếu là các họ dầu trung gian. Để có thể phân loại dầu mỏ theo họ hiđrocacbon nhƣ trên thƣờng sử dụng các thông số vật lý nhƣ đo tỷ trọng, nhiệt độ sôi …v….v….  Phân loại dầu mỏ theo hiđrocacbon bằng cách đo tỷ trọng một số phân đoạn chọn lựa. Phƣơng pháp này thực hiện bằng cách đo tỷ trọng của 2 phân đoạn dầu mỏ tách ra trong giới hạn sau : - Phân đoạn 1 : Bằng cách chƣng cất dầu mỏ ở áp suất thƣờng lấy ra phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 250270 0C Sinh viên: Tran diep Ha 11 Lớp hoá dầu k48
- Phân đoạn 2 : Bằng cách chƣng cất phần còn lại trong chân không (ở 40 mm Hg) lấy ra phân đoạn sôi ở 275300 0C ở áp suất chân không ( tƣơng ứng 39041500C ở áp suất thƣờng). - Căn cứ vào giá trị tỷ trọng ta đo đƣợc 2 phân đoạn và đối chiếu vào giới hạn quy định cho từng loại dầu trong từng bảng dƣới đây mà xếp dầu thuộc họ nào . Họ dầu mỏ Phân đoạn 1 Phân đoạn 2 Họ parafenic ≤0.8251 ≤ 0.8762 Họ parafino – trung gian ≤0.8251 ≤ 0.87670.334 Họ trung gian-parafinic 0.8256  0.8597  0.8762 Họ trung gian 0.8256  0.8597  0.8767  0.9334 Họ trung gian-Naphtenic 0.8205  0.8597 ≥ 0.9340 Họ Naphteno- trung gian ≥ 0.8602 0.8767  0.9334 Họ Naphtenic ≥ 0.8602 ≥ 0.9304 3. Thµnh phÇn ho¸ häc. 3.1. Hi®rocacbon hä parafinic . Hi®rocacbon hä parafinic tõ C1 C 4 ®Òu lµ ë thÓ khÝ n»m trong dÇu má d-íi d¹ng hoµ tan trong dÇu má tr-íc khi ®-a vµo c¸c thiÕt bÞ chÕ biÕn dÇu ®Òu ph¶i qua giai ®o¹n lo¹i bá khÝ nµy trong c¸c thiÕt bÞ ®Æc biÖt : C¸c thiÕt bÞ æn ®Þnh thµnh phÇn ph©n ®o¹n dÇu má. Nh÷ng hi®rocacbon hä parafin tõ Sinh viên: Tran diep Ha 12 Lớp hoá dầu k48
C15C16 ®Òu lµ nh÷ng hi®rocacbon ë d¹ng láng chóng n»m trong c¸c ph©n ®o¹n x¨ng, ph©n ®o¹n kerosen, ph©n ®o¹n gasoil cña dÇu má . VÒ cÊu tróc chóng cã nh÷ng d¹ng ®ång ph©n ë d¹ng ph©n nh¸nh kh¸c nhau. Trong dÇu má cã 2 lo¹i parafin :n-parafin vµ iso parafin, trong ®ã n- parafin chiÕm ®a sè(25 30% thÓ tÝch ), chóng cã sè nguyªn tö c¸cbon tõ C1 C 45 Mét ®iÓm cÇn chó ý lµ c¸c n-parafin cã sè c¸cbon ≥18, ở nhiệt độ thƣờng chúng đã là chất rắn. Chúng có thể hoà tan trong dầu hoặc tạo thành các tinh thể trong dầu. Nếu hàm lƣợng của các parafin rắn này cao, dầu có thể bị đông đặc lại gây khó khăn cho quá trình vận chuyển. Do vậy, các chất parafin rắn có liên quan đến độ linh động của dầu mỏ. Hàm lƣợng chúng càng cao nhiệt độ đông đặc của chúng càng lớn. Tuy nhiên các parafin rắn tách ra từ dầu thô lại là nguyên liệu quý để tổng hợp hoá học, nhƣ để điều chế chất tẩy rửa hỗn hợp, tơ sợi, phân bón, chất dẻo…… Các iso parafin thƣờng chỉ nằm ở phần nhẹ và phần có nhiệt độ sôi trung bình của dầu chúng thƣờng có cấu trúc đơn giản : mạch chính dài, mạch phụ ít và ngắn , nhánh phụ thƣờng là nhóm metyl . Các iso parafincó số C 5C10 là các cấu tử rất quý trong phần nhẹ của dầu mỏ. Chúng làm tăng khản năng chống kích nổ của xăng. So với n-farafin thì iso parafin có độ linh động cao hơn . Thành phần và cấu trúc của các hiđrocacbon họ parafinic này trong các phân đoạn của dầu mỏ quyết định rất nhiều đến hiệu suất và chất lƣợng của sản phẩm thu đƣợc. Những hiđrocacbon họ parafinic từ C17 trở lên có cấu Sinh viên: Tran diep Ha 13 Lớp hoá dầu k48
trúc thẳng n- parafin trong dầu mỏ là những hiđrocacbon rắn, chúng thƣờng nằm dƣới dạng tinh thể lẫn lộn với các hợp chất khác tong dầu mỏ. Các parafin này có cấu trúc tinh thể dạng tấm hoặc dạng dài có nhiệt độ nóng chảy từ 40700C chúng thƣờng có trong các phân đoạn dầu nhờn. Sự có mặt của các hiđrocacbon parafin loại này trong dầu mỏ tuỳ theo mức độ nhiều ít mà sẽ ảnh hƣởng lớn nhỏ đến tính chất lƣu biến của dầu mỏ nguyên khai. Các hiđrocacbon parafenic trong dầu mỏ (dạng khí và lỏng) là một nguyên liệu ban đầu rất quý để tổng hợp hoá học. Vì vậy thƣờng sử dụng hoặc cả phân đoạn (phân đoạn khí và xăng hay còn gọi là khí Naphten hoặc tách ra khỏi phân đoạn dƣới dạng các hiđrocacbon riêng lẻ bằng cách chƣng cất, hấp thụ qua dãy phân tử, kết tinh ở nhiệt độ thấp ….Những parafin rắn thƣờng đƣợc tách ra sử dụng trong công nghiệp sản xuất giấy nén, giấy cách điện. 3.2. Hiđrocacbon họ Naphtenic . Hiđrocacbon họ Naphtenic trong dầu mỏ là những hiđrocacbon vòng no (xyclo parafin ) , thƣờng ở dạng vòng 5,6 cạnh có thể ở dạng ngƣng tụ 23 vòng, với số vòng từ 14 là chủ yếu. Naphtenic là một trong số hiđrocacbon phổ biến và quan trọng trong dầu mỏ. Hàm lƣợng của chúng có thể thay đổi từ 3060 trọng lƣợng. Hiđrocacbon Naphtenic là các thành phần rất quan trọng của nhiên liệu mô tơ và dầu nhờn. Có naphtenic là một vòng có mạch nhánh dài thành phần rất tốt của dầu nhờn vì chúng có độ nhớt cao và độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ. Đặc biệt , chúng là các cấu tử rất quý cho nhiên liệu phản lực, vì chúng cho nhiệt cháy cao, đồng thời giữ đƣợc tính linh động ở nhiêt độ thấp, Sinh viên: Tran diep Ha 14 Lớp hoá dầu k48
điều này rất phù hợp khi động cơ làm việc ở nhiệt độ âm. Ngoài ra những naphtenic nằm trong dầu mỏ còn là nguyên liệu quý để từ đó chế đƣợc các hiđrocacbon thơm: benzen, toluen, xylen (BTX), là các chất khởi đầu để điều chế tơ sợi tổng hợp và chất dẻo. Nhƣ vậy , dầu mỏ càng chứa nhỉều hiđrocacbon naphtenic thì càng có giá trị kinh tế cao,vì từ đó có thể sản xuất đƣợc sản phẩm nhiên liệu có chất lƣợng tốt. Chúng lại có nhiệt độ đông đặc thấp nên giƣ đƣợc tính linh động, không gây khó khăn tốn kém cho quá trình bơm, vận chuyển, phun nhiên liệu. 3.3. Các hiđrocacbon họ Aromatic (hiđrocacbon thơm). Hiđrocacbon họ Aromatic trong dầu mỏ thƣờng chiếm tỷ lệ ít hơn hai loại trên khoảng 530% , chungs thƣờng là những loại vòng thơm. Ảnh hƣởng của hiđrocacbon loại này trong thành phần các sản phẩm dầu mỏ thay đổi khác nhau. Loại hiđrocacbon Aromatic thƣờng gặp là loại một vòng và đồng đẳng của chúng(BTX….). Các chất này thông thƣờng nằm trong phần nhẹ và là cấu tử làm tăng khản năng chống kích nổ của xăng. Các chất ngƣng tụ 2,3 hoặc 4 vòng thơm có mặt trong phần có nhiệt độ sôi trung bình và cao của dầu mỏ, hàm lƣợng các chất loại này thƣờng ít hơn. Trong thành phần các loại dầu mỏ đều tập trung hiđrocacbon loại thơm ngƣng tụ cao song cấu trúc đã bị lai hợp với các mức độ khác nhau giữa 3 loại thơm –naphten-parafin . Ngoài thành phần các hiđrocacbon kể trên trong dầu mỏ bao giờ cũng chứa các hợp chất phi hiđrocacbon : O, N, S và các lim loại , trong đó đáng kể nhất là hợp chất chứa lƣu huỳnh và nhựa asphanten. Sinh viên: Tran diep Ha 15 Lớp hoá dầu k48
3.4. Các hợp chất chứa lưu huỳnh. Các hợp chất chứa lƣu huỳnh chứa dầu mỏ có thể ở dạng khí hoà tan trong dầu (H2S ) hoặc ở dạng lỏng phân bố hầu hết trong các phân đoạn dầu mỏ. Phân đoạn càng nặng các hợp chất chứa lƣu huỳnh càng nhiều so với các phân đoạn nhẹ . Các chất hƣu cơ có chứa lƣu huỳnh là hợp chất phổ biến nhất, làm xấu đi chất lƣợng của dầu thô, gây ăn mòn thiết bị khi chế biến, gây ô nhiễm môi trƣờng. Vì vậy dầu mỏ chứa nhiều hợp chất chứa lƣu huỳnh phải sử dụng các biện pháp xử lý tốn kém. Do vậy mà hàm lƣợng của hợp chất lƣu huỳnh đƣợc coi là một chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng dầu thô và sản phẩm dầu. 3.5.Các hợp chất nhựa –asphanten. Các hợp chất nhựa –asphanten thƣờng nằm trong phần cặn của dầu mỏ ở nhiệt độ sôi 3500C. Đó là những hợp chất hữu cơ có trọng lƣợng phân tử lớn, trong cấu trúc có cả vòng thơm, vòng asphanten các mạch thẳng đính chung quanh đồng thời còn chứa cá nguyên tố C, H, O, S, N dƣới dạng dị vòng hay dạng cầu nối . Hàm lƣợng và thành phần hoá học các chất này quyết định đến việc chọn lựa các phƣơng pháp , đến hiệu suất và chất lợng của sản phẩm . Ngoài ra trong nhóm chất phi hiđrocacbon của dầu mỏ cần phải kể đến các hợp chất chứa nitơ, oxy, các hợp chất cơ kim chứa kim loại nhƣ Ni, Fe, Cu… Tất cả các hợp chất nàyđều gây cản trở cho việc chế biến dầu mỏ . III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CHƢNG CẤT. Quá trình chƣng cất dầu thô là một quá trình tách phân đoạn. Quá trình này đƣợc thực hiện băng các biệt pháp khác nhau nhằm tách nhằm tách các phần dầu theo nhiệt độ sôi của các cấu tử trong dầu mà không làm phân Sinh viên: Tran diep Ha 16 Lớp hoá dầu k48
huỷ chúng. Hơi nhẹ bay lên và ngƣng tụ thành phần lỏng. Tuỳ theo biện pháp tiến hành chƣng cất mà ngƣời ta phân chia ra quá trình chƣng cất thành chƣng đơn giản, chƣng phức tạp, chƣng nhờ cấu tử bay hơi hay chƣng cất trong chân không. 1. Chƣng đơn giản . Chƣng đơn giản là quá trình chƣng cất đƣợc tiến hành bằng cách bay hơi dần dần, một lần hay nhiều lần, một hỗn hợp chất lỏng cần chƣng đƣợc mô tả trên hình 1(a,b,c). 1.1. Chưng bay hơi dần dần. Sơ đồ chƣng cất bằng cách bay hơi dần dần đƣợc trình bày trên (hình 1a) gồm thiết bị đốt nóng liên tục, một hổn hợp chất lỏng trong bình chƣng 1. Từ nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối khi liên tục tách hơi sản phẩm và ngƣng tụ hơi bay trong thiết bị ngƣng tụ 3 và thu sản phẩm trong bể chứa 4. Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc áp dụng trong phòng thí nghiệm 1.2. Chưng cất bằng cách bay hơi 1lần Sơ đồ chƣng cất bằng cách bay hơi một lần dƣợc trình bày trên hình 1b, phƣơng pháp này gọi là phƣơng pháp bay hơi cân băng. Phƣơng pháp này ngƣời ta tiến hành ở nhiệt độ nhất định cho trƣớc và áp suất cố định. Ƣu điểm : của quá trình chƣng cất cho phép áp dụng trong điều kiện thực tế chƣng cất dầu. Nhƣợc điểm : của phƣơng pháp này là nhiệt độ chƣng lại bị giới hạn và không tách đƣợc sản phẩm trắng ra riêng. 1.3.Chưng cất bằng cách bây hơi nhiều lần. Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chƣng bay hơi một lần nối tiếp nhau nhiệt độ tăng dần hay ở áp suất thấp hơn đối với phần cặn của chƣng lần một Sinh viên: Tran diep Ha 17 Lớp hoá dầu k48
là nguyên liệu cho chƣng lần hai. Sau khi đƣợc đốt nóng đến nhiệt độ cao hơn từ đỉnh của thiết bị chƣng lần một, ta nhận đƣợc sản phẩm từ đỉnh còn đáy chƣng lần hai ta nhận đƣợc sản phẩm cặn. Phƣơng pháp chƣng cất bằng dầu bay hơi một lần và bay hơi nhiều lần có ý nghĩa rất lớn trong công nghiệp chế biến dầu, ở đây các dây chuyền hoạt động liên tục. Quá trình bay hơi một lần đƣợc áp dụng khi đốt nóng dầu trong các thiết bị trao đổi nhiệt, trong lò ống và quá trình tách pha hơi khỏi pha lỏng ở bộ phận cung cấp, phân phối của tháp tinh luyện. Chƣng cất đơn giản nhất là loại bay hơi một lần không đạt đƣợc độ phân chia cao khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phần của hỗn hợp chất lỏng. Ngƣời ta phải tiến hành chƣng cất có tinh luyện đó là chƣng phức tạp. Sản phẩm chƣng cất phần đƣợc Thùng bay hơi dần dần 3 Dầu thô 2 Sản phẩm Lò đốt (a) đáy 3 Sản phẩm chƣng lỏng 1 Thùng bay hơi 1 lần SinhDầu viên:thô Tran diep Ha 18 Lớp hoá dầu k48 Lò đốt Sản phẩm đáy (cặn)
2 (b) Sản phẩm lỏng 1 Thùng bay hơi nhiều lần Sản phẩm lỏng Dầu thô 2 Lò đốt 3 Cặn đáy Lò đốt (c) Hình 1: Sơ đồ chưng cất dầu thô 1. thùng ; 2 .lò đốt nóng ; 3 . thiết bị làm lạnh 2 . Chƣng cất phức tạp. 2.1. Chưng cất có hồi lưu. Quá trình chƣng cất có hồi lƣu là quá trình chƣng khí lấy một phần chất lỏng ngƣng tụ từ hơi tách ra cho quay lại tƣới vào dòng hơi bay lên. Nhờ có sự tiếp xúc đồng đều và thêm một lần nữa giữa pha lỏng và pha hơi mà khi pha hơi tách ra khỏi hệ thống lại đƣợc làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn )so với khi không có hồi lƣu, nhờ vậy có độ phân chia cao hơn. Việc hồi lƣu lại chất lỏng đƣợc khống chế bằng bộ phận đặc biệt và đƣợc bố trí ở phía trên thiết bị chƣng. Sinh viên: Tran diep Ha 19 Lớp hoá dầu k48
2.2. Chưng cất có tinh luyện . Chƣng cất có tinh luyện còn cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với hồi lƣu . Cơ sở của quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả phía hai phía giữa pha lỏng và pha hơi chuyển động ngƣợc chiều nhau. Quá trình này đƣợc thực hiện trong tháp tinh luyện. Để đảm bảo sự tiếp xúc hoàn thiện giữa pha hơi và pha lỏng, trong tháp đƣợc trang bị các đĩa hay đệm. Độ phân chia các hỗn hợp trong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các pha, vào lƣợng hồi lƣu ở đỉnh tháp. Công nghệ hiện đại chƣng cất dầu thô dựa vào quá trình chƣng cất 1 lần và nhiều lần có tinh luyện xảy ra trong tháp chƣng cất phân loại trong tháp có bố trí các đĩa. Sinh viên: Tran diep Ha 20 Lớp hoá dầu k48