Đồ án: Thiết kế dây chuyền chưng cất dầu thô nhiều phần nhẹ

Chia sẻ: Nguyen Ha | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

206
lượt xem 65
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Dầu mỏ dược tìm thấy vào năm 1859 tại Mỹ. Lúc bấy giờ lượng dầu thô khai thác được còn rất ít, chỉ phục vụ cho mục đích đốt cháy và thắp sáng. Nhưng chỉ một năm sau đó, không chỉ riêng ở Mỹ mà các nước khác người ta cũng đã tìm thấy dầu. Từ đó sản lượng dầu được khai thác ngày càng tăng lên rất nhanh.

Chủ đề:

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

Lưu

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

Đồ án Thiết kế dây chuyền chưng cất dầu thô nhiều phần nhẹ 1
MỞ ĐẦU Dầu mỏ dược tìm thấy vào năm 1859 tại Mỹ. Lúc bấy giờ lượng dầu thô khai thác được còn rất ít, chỉ phục vụ cho mục đích đốt cháy và thắp sáng. Nhưng chỉ một năm sau đó, không chỉ riêng ở Mỹ mà các nước khác người ta cũng đã tìm thấy dầu. Từ đó sản lượng dầu được khai thác ngày càng tăng lên rất nhanh. Đây là bước 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 lượng dầu mỏ lớn nhất là Arập xê út. Chiếm khoảng 26% tổng sản lượng dầu mỏ trên thế giới. Ngành công nghiệp đầu do tăng trưởng nhanh đã trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của hầu hết các 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. 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 tương lai vẫn chiếm giữ một vị trí quan trọng trong lĩnh vực năng lượng và nguyên liệu hoá học mà không có tài nguyên thiên nhiên nào có thể thay thế được. Bên cạnh đó lượng 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, 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 được đặc trưng bởi thành phần riêng song về bản chất chúng đều có các hiđrocacbon là thành phần chính, các hiđrocacbon đó 2
chiếm 6090% trọng lượng trong dầu, còn lại là các chất oxy, lưu huỳnh, nitơ, các phức chất cơ kim, nhựa, asphanten. Trong khí còn có các khí trơ như : 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 được phát hiện từ những năm 1970 và đang trên đà phát triển.Chúng ta đã tìm ra nhiều mỏ trữ dầu với trữ lượng tương đối lớn như mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng, mỏ Rồng, mỏ Rạng Đông, các mỏ khí như Lan Tây, Lan Đỏ…Đây là nguồn nhiên liệu quý để giúp nước ta có thể bước 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 được coi là nghành công nghiệp hoá, hiện đại hoá, tạo thế mạnh cho nền kinh tế quốc dân. Như vậy nghành công nghiệp chế biến dầu khí nước ta đang bước vào thời kỳ mới, thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Sự đóng góp của ngành dầu khí không chỉ mang lại thế mạnh cho nền kinh tế nước 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 nước để sau này vào thập niên tới sánh vai các nước 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 như 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. 3
Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng của quá trình chế biến. Theo các chuyên gia về hoá dầu của châu âu, việc đưa dầu mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao được hiệu quả sử dụng lên 5 lần, và như vậy tiết kiệm được 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 như CO2 ,H2S, N2 …..Dầu mỏ muốn sử dụng được thì phải tiến hành phân chia thành từng phân đoạn. Mỗi thành phần phân đoạn cho ta biết dược loại sản phẩm thu và khối lượng của chúng. Quá trình chưng cất dầu thô là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các phan đoạn. Quá trình này được thực hiện bằng các phương 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 chưng cất mà ta chia quá trình chưng cất thành chưng đơn giản, chưng phức tạp chưng cất nhờ cấu tử bay hơi hay chưng cất trong chân không. Trong các nhà máy lọc dầu, phân xưởng chưng cất dầu thô cho phép ta có thể thu được 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 chưng cất dầu thô nhiều phần nhẹ. Đồng thời xem xét thiết kế mặt bằng phân xưởng và vấn đề an toàn lao động. 4
PHẦN I: TỔNG QUAN I. XỬ LÝ DẦU THÔ TRƯỚC KHI CHƯNG CẤT Dầu thô được khai thác từ các mỏ dầu và chuyển vào các nhà máy chế biến. Trước khi chế biến phải tiến hành làm ổn định dầu vì trong dầu còn chứa các khí hoà tan như khí đồng hành và các khí hiđrocacbon. Khi phun dầu ra khỏi giếng khoan thì áp suất giảm, nhưng dù sao vẫn con lại một lượng nhất định lẫn vào trong dầu và phải tách tiếp trước khi chế biến mục đích là hạ thấp áp suất hơi khi chưng 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 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. Muốn xử lý dầu thô trước khi đưa vào chưng cất chúng ta phải trải qua những bước tách cơ bản. 1. Tách tạp chất cơ học, nước , muối lẫn trong dầu Nước lẫn trong dầu ở dưới dạng mỏ chỉ ở dạng tự do không có dạng nhũ tương. Khi khai thác, bơm, phun dầu, các quá trình khuấy trộn thì nước cùng với dầu và các tạp chất tạo thành nhũ tương. Nước nằm dưới dạng nhũ tương thì rất bền vững và khó tách. Có 2 dạng nhũ tương : + Dạng nhũ tương nước ở trong dầu. 5
+ Dang nhũ tương dầu ở trong nước. Lượng nước ở trong dầu nhiều hay ít ở trong nhũ tương dầu ở mỏ khai thác bằng cách nhìn màu sắc, qua thực nghiệm người ta kiểm tra thấy nếu dầu chứa 10% nước thì màu cũng tương tự dầu không chứa nước. Nếu nhũ tương dầu chứa 1520% nước, có màu ghi đến vàng, nhũ tương chứa 25% nước chứa màu vàng. Dầu mỏ có lẫn nước ở dạng nhũ tương đưa đi chế biến thì không thể được mà phải khử chúng ra khỏi dầu. Khử nước và muối ra khỏi dầu đến dưới hạn cho phép, cần tiến hành khử ngay ở nơi khai thác là tốt nhất. Tiến hành tách nước ở dạng nhũ tương có 3 phương pháp : - phương pháp cơ học ( lắng- lọc – ly tâm). - tách nhũ tương trong dầu bằng phương pháp hoá học. - Tách băng phương pháp dùng điện trường. 1.1. Tách bằng phương pháp cơ học (lắng- lọc- ly tâm). Khi dầu và nước trong dầu chưa bị khuấy trộn mạnh và nước lẫn trong dầu ở dạng tự do với hàm lượng lớn có thể gần 50% và cao hơn. + phương pháp lắng: phương pháp này dùng khi dầu mới khai thác ở giếng khoan lên, dầu và nước chưa bị khuấy trộn nhiều và nên nhũ tương mới tạo ít và nhũ tương chưa bền vững, nước ở dạng tự do còn tương đối lớn. Dầu mỏ này người ta đưa đi lắng, nhờ có tỷ trọng nước nặng hơn dầu nên nước sẽ được lắng sơ bộ và tháo ra ngoài Tốc độ lắng của các hạt nước tính theo công thức Stockes nếu kích thước hạt lớn hơn 0,5 r 2 ( d1  d 2 ) g V= (1) 18 Trong đó: 6
V=tốc độ lắng , cm/s r: đường kính hạt d1,d2:tỷ trọng nước trong dầu tương ứng , g/cm g: gia tốc trọng trường,cm/s2  :độ nhớt động học củahỗn hợp công thức (1) ta thấy kích thước hạt của pha phân tán càng nhỏ và tỷ trọng của nước và Từ dầu khác nhau càng ít . Độ nhớt của môi trường càng lớn thì sự phân lớp và lắng xảy ra càng chậm. Việc tách nước và tạp chất thực hiện ở nơi khai thác thường lắng và gia nhiệt ở thiết bị đốt nóng . ở các nhà máy chế biến dầu tách nước thường gia nhiệt dể lắng , khống chế nhiệt độ 120 1600C và p=815at để cho nước không bay hơi . Qúa trình lắng thường xảy ra trong thời gian 23 giờ. +phương pháp ly tâm : phương pháp ly tâm tách nước 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 phương trình sau: f=k.m.r.n2 2 2  k=     60  trong đó: m: khối lượng hạt nước(g) r: bán kính quay(cm) n: số lượng vòng quay của máy ly tâm (phút) Lực ly tâm và tốc độ tách nước thay đổi tỷ lệ thuận với bán kính quay và tỷ với bình phương số vòng quay của rôto. Trong công nghiệp thường dùng máy ly tâm có số vòng quay từ 35005000 vòng trong một phút. Số vòng 7
quay thì khả năng chế tạo thiết bị càng khó khăn và không thể chế tạo thiết bị với công suất lớn . Nhược điểm của phương pháp này là công suất máy bé, khả năng phân chia không cao, vốn chi tiêu lớn vì vậy phương pháp nàykhông phổ biến trong công nghệ tách nước và tạp chất. + phương pháp lọc: Là tách nước ra khỏi dầu sử dụng khi mà hỗn hợp nhũ tương dầu, nước đã bị phá vỡ nhưng nước vẫn ở dạng lơ lửng trong dầu mà chưa được lắng xuống đáy. Dùng phương pháp này là nhờ lợi dụng tính chất thấm ướt chon lọc của các chất lỏng khác nhau lên các chất lọc khác. phương pháp lọc đạt hiệu quả rất cao và có thể tách đồng thời cả nước lẫn muối. 1.2. Tách nhũ tương nước trong dầu bằng phương pháp hoá học. Bản chất của phương pháp hoá học là cho thêm một chất hoạt động bề mặt để phá nhũ tương. Khi các điều kiện thao tác như nhiệt độ, áp suất chọn ở chế độ thích hợp thì hiệu quả của phương pháp cũng rất cao nhưng khó khăn nhất là phải chọn được chất hoạt động bề mặt thích hợp không gây hậu quả khó khăn cho chế biến sau này cũng như không phân huỷ hay tạo môi trường ăn mòn thiết bị. 1.3. Tách bằng phương pháp dùng điện trường. Phương pháp dùng điện trường để phá nhũ, tách muối khỏi dầu là một phương 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 phương pháp này. Vì bản thân các tạp chất đã là các hạt dễ nhiễm điện tích nếu ta dùng lực điện trường mạnh sẽ làm thay đổi điện tích,tạo đIều kiện chocác hạt đông tụ hay phát triển làm cho kích thước lớn lên do vậy chúng dễ tách ra khỏi dầu . 8
Sự tương tác giữa điện trường và các hạt tích điện làm cho các hạt tích điện lắng xuống. Nguyên tắc này được áp dụng để tách muối nước ra khỏi dầu thô. Dầu thô được đốt nóng trong các thiết bị trao đổi nhiệt rồi trộn với một lượng nước sạch để tạo thành nhũ tương chứa muối. Lực hút giữa các hạt tích điện làm chúng lớn lên ngưng tụ thành hạt có kích thước lớn, chúng dễ tạo thành lớp nước năm dưới dầu. Trên thực tế người ta pha thêm nước vào dầu một lượng từ 38% sovới dầu thô và có thể pha thêm hoá chất rồi rồi cho qua van tạo nhũ tương sau khi qua thiết bị trao đổi nhiệtở nhiệt độ từ 1301500C muối trong dầu thô được chuyển vào nhũ tương. 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 thước , cuối cùng tách thành lớp nước nằm ở dưới dầu. Tránh sự bay hơi dầu do tiễp xúc ở nhiệt độ cao, áp suất ở trong thiết bị tách muối được giữ ở áp suất 912kg/ cm2 , bộ phận an toàn được bố trí ngay trong thiết bị. Khi tách một bậc người 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 rất rộng như 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 thường thuộc vào 3 họ : họ parafinic, họ naphtenic, họ aromatic hay con gọi hiđrocacbon thơm. 9
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 lượng sản phẩm . 1. Phân loại dầu mỏ Như 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 thường được chia theo nhiêu loại. Ngoài hiđrocacbon còn có nhưng thành phần không phải hiđrocacbon, tuy ít nhưng không kém phần quan trọng. Do đó chưa có sự phân loại nào bao trùm các tính chất khác nhau và vì vậy cho đến nay cũng chưa có sự phân loại nào được hoàn toàn. 2. Phân loại dầu mỏ theo hiđrocacbon . Phân loại dầu mỏ theo họ hiđrocacbon là phương pháp phân loại phổ biến nhất. Theo cách phân loại này dầu mỏ nói chung sẽ mang đặc tính củaloại hiđrocacbon nào chiếm ưu thế trong nó nhất. Như vậy trong dầu mỏ có 3 loại hiđrocacbon chính: parafin, naphten và Ar, có nghĩa là sẽ có 3 loại dầu mỏ tương ứng là dầu mỏ parafinic , dầu mỏ Naphtenic, dầu mỏ Aromatic, nếu một trong từng loại trên lần lượt chiếm ưu thế về số lượng trong dầu mỏ . Dầu mỏ parafinic sẽ mang tính chất hoá học và vật lý đặc trưng của các hiđrocacbon họ parafinic , tương tự dầu mỏ Naphtenic sẽ mang tính chất 10
hoáhọc và vật lý đặc trưng của họ hiđrocacbon Naphtenic. Dầu mỏ Aromatic sẽ mang tính chất hoá học và vật lý đặc trưng 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 thường phải xét sự phân bố từng họ hiđrocacbon trong các phân đoạn chưng cất. Trong thực tế những họ dầu thuần chủng thường rất ít gặp đặc biệt là họ dầu Aromatic hầu như trên thế giới không có. Vì vậy những trường 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. Như vậy 3 họ dầu chính sẽ gặp những họ dầu hỗn hợp trung gian giữa parafenic –naphtenic –aromatic . Bằng cách rõ ràng như 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 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 11
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 như 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 như trên thường sử dụng các thông số vật lý như 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. Phương 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 chưng cất dầu mỏ ở áp suất thường lấy ra phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 250270 0C - Phân đoạn 2 : Bằng cách chưng 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 ( tương ứng 39041500C ở áp suất thường). - Căn cứ vào giá trị tỷ trọng ta đo được 2 phân đoạn và đối chiếu vào giới hạn quy định cho từng loại dầu trong từng bảng dưới 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 12
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 díi d¹ng hoµ tan trong dÇu má tríc 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 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 thường chúng đã là chất rắn. Chúng có thể hoà tan trong dầu hoặc tạo thành các tinh thể trong dầu. Nếu hàm lượng 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 lượng 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, như để điều chế chất tẩy rửa hỗn hợp, tơ sợi, phân bón, chất dẻo…… 13
Các iso parafin thường chỉ nằm ở phần nhẹ và phần có nhiệt độ sôi trung bình của dầu chúng thường có cấu trúc đơn giản : mạch chính dài, mạch phụ ít và ngắn , nhánh phụ thường 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 lượng của sản phẩm thu được. Những hiđrocacbon họ parafinic từ C17 trở lên có cấu trúc thẳng n- parafin trong dầu mỏ là những hiđrocacbon rắn, chúng thường nằm dưới 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 thường 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 hưởng lớn nhỏ đến tính chất lưu 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 thường sử dụng hoặc cả phân đoạn (phân đoạn khí và xăng hay còn gọi là khí Naphten hoặc tách ra khỏi phân đoạn dưới dạng các hiđrocacbon riêng lẻ bằng cách chưng cất, hấp thụ qua dãy phân tử, kết tinh ở nhiệt độ thấp ….Những parafin rắn thường được 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 ) , thường ở dạng vòng 5,6 cạnh có thể ở dạng ngưng tụ 14
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 lượng của chúng có thể thay đổi từ 3060 trọng lượng. 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 được tính linh động ở nhiêt độ thấp, 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 được các hiđrocacbon thơm: benzen, toluen, xylen (BTX), là các chất khởi đầu để điều chế tơ sợi tổng hợp và chất dẻo. Như vậy , dầu mỏ càng chứa nhỉều hiđrocacbon naphtenic thì càng có giá trị kinh tế cao,vì từ đó có thể sản xuất được sản phẩm nhiên liệu có chất lượng tốt. Chúng lại có nhiệt độ đông đặc thấp nên giư được 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 thường chiếm tỷ lệ ít hơn hai loại trên khoảng 530% , chungs thường là những loại vòng thơm. Ảnh hưởng của hiđrocacbon loại này trong thành phần các sản phẩm dầu mỏ thay đổi khác nhau. Loại hiđrocacbon Aromatic thường gặp là loại một vòng và đồng đẳng của chúng(BTX….). Các chất này thông thường nằm trong phần nhẹ và là cấu tử làm tăng khản năng chống kích nổ của xăng. Các chất ngưng tụ 2,3 hoặc 4 vòng thơm có mặt trong phần có nhiệt độ sôi trung bình và cao của dầu mỏ, hàm lượng các chất loại này thường ít hơn. 15
Trong thành phần các loại dầu mỏ đều tập trung hiđrocacbon loại thơm ngưng 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 lưu huỳnh và nhựa asphanten. 3.4. Các hợp chất chứa lưu huỳnh. Các hợp chất chứa lưu 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 lưu huỳnh càng nhiều so với các phân đoạn nhẹ . Các chất hưu cơ có chứa lưu huỳnh là hợp chất phổ biến nhất, làm xấu đi chất lượng của dầu thô, gây ăn mòn thiết bị khi chế biến, gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy dầu mỏ chứa nhiều hợp chất chứa lưu huỳnh phải sử dụng các biện pháp xử lý tốn kém. Do vậy mà hàm lượng của hợp chất lưu huỳnh được coi là một chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu thô và sản phẩm dầu. 3.5.Các hợp chất nhựa –asphanten. Các hợp chất nhựa –asphanten thường nằm trong phần cặn của dầu mỏ ở nhiệt độ sôi 3500C. Đó là những hợp chất hữu cơ có trọng lượng 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 dưới dạng dị vòng hay dạng cầu nối . Hàm lượng và thành phần hoá học các chất này quyết định đến việc chọn lựa các phương pháp , đến hiệu suất và chất lợng của sản phẩm . 16
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 như 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 CHƯNG CẤT. Quá trình chưng cất dầu thô là một quá trình tách phân đoạn. Quá trình này được 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 huỷ chúng. Hơi nhẹ bay lên và ngưng tụ thành phần lỏng. Tuỳ theo biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia ra quá trình chưng cất thành chưng đơn giản, chưng phức tạp, chưng nhờ cấu tử bay hơi hay chưng cất trong chân không. 1. Chưng đơn giản . Chưng đơn giản là quá trình chưng cất được tiến hành bằng cách bay hơi dần dần, một lần hay nhiều lần, một hỗn hợp chất lỏng cần chưng được mô tả trên hình 1(a,b,c). 1.1. Chưng bay hơi dần dần. Sơ đồ chưng cất bằng cách bay hơi dần dần được trình bày trên (hình 1a) gồm thiết bị đốt nóng liên tục, một hổn hợp chất lỏng trong bình chưng 1. Từ nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối khi liên tục tách hơi sản phẩm và ngưng tụ hơi bay trong thiết bị ngưng tụ 3 và thu sản phẩm trong bể chứa 4. Phương pháp này thường được áp dụng trong phòng thí nghiệm 1.2. Chưng cất bằng cách bay hơi 1lần Sơ đồ chưng cất bằng cách bay hơi một lần dược trình bày trên hình 1b, phương pháp này gọi là phương pháp bay hơi cân băng. Phương pháp này người ta tiến hành ở nhiệt độ nhất định cho trước và áp suất cố định. 17
Ưu điểm : của quá trình chưng cất cho phép áp dụng trong điều kiện thực tế chưng cất dầu. Nhược điểm : của phương pháp này là nhiệt độ chưng lại bị giới hạn và không tách được sản phẩm trắng ra riêng. 1.3.Chưng cất bằng cách bây hơi nhiều lần. Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chưng bay hơi một lần nối tiếp nhau nhiệt độ tăng dần hay ở áp suất thấp hơn đối với phần cặn của chưng lần một là nguyên liệu cho chưng lần hai. Sau khi được đốt nóng đến nhiệt độ cao hơn từ đỉnh của thiết bị chưng lần một, ta nhận được sản phẩm từ đỉnh còn đáy chưng lần hai ta nhận được sản phẩm cặn. Phương pháp chưng 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 được 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. Chưng cất đơn giản nhất là loại bay hơi một lần không đạt được độ phân chia cao khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phần của hỗn hợp chất lỏng. Người ta phải tiến hành chưng cất có tinh luyện đó là chưng phức tạp. Sản phẩm chưng cất phần được Thùng bay hơi dần dần 3 Dầu thô 2 Sản phẩm đáy 18
Lò đốt (a) 3 Sản phẩm chưng lỏng 1 Thùng bay hơi 1 lần 2 Dầu thô Lò đốt Sản phẩm đáy (cặn) (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 . Chưng cất phức tạp. 2.1. Chưng cất có hồi lưu. Quá trình chưng cất có hồi lưu là quá trình chưng khí 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 pha lỏng và pha hơi mà khi 19
pha hơi tách ra khỏi hệ thống lại được làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn )so với khi không có hồi lưu, nhờ vậy có độ phân chia cao hơn. Việc hồi lưu lại chất lỏng được khống chế bằng bộ phận đặc biệt và được bố trí ở phía trên thiết bị chưng. 2.2. Chưng cất có tinh luyện . Chưng cất có tinh luyện còn cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với hồi lưu . 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 ngược chiều nhau. Quá trình này được thực hiện trong tháp tinh luyện. Để đảm bảo sự tiếp xúc hoàn thiện giữa pha hơi và pha lỏng, trong tháp được 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 lượng hồi lưu ở đỉnh tháp. Công nghệ hiện đại chưng cất dầu thô dựa vào quá trình chưng cất 1 lần và nhiều lần có tinh luyện xảy ra trong tháp chưng cất phân loại trong tháp có bố trí các đĩa. 20