intTypePromotion=1

Đồ án tốt nghiệp: Chưng cất dầu thô áp suất thường

Chia sẻ: Nguyễn Thành Chung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:118

0
90
lượt xem
27
download

Đồ án tốt nghiệp: Chưng cất dầu thô áp suất thường

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp: Chưng cất dầu thô áp suất thường tiến hành đề cập tới các vấn đề lý thuyết có liên quan. Trên cơ sở đó thiết kế và lựa chọn dây chuyền chưng cất dầu thô nhiều phần nhẹ. Đồng thời xem xét để thiết kế dây mặt bằng phân xưởng và vấn đề an toàn lao động.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Chưng cất dầu thô áp suất thường

  1. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn TS. Lê Văn Hiếu người đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em về mặt kiến thức khoa học, với sự giúp đỡ ân cần và tận tính chỉ bảo của thầy đã giúp em hiểu được những vấn đề cần thiết và hoàn thành bản đồ án này đúng thời gian quy định. Tuy nhiên với khối lượng công việc lớn hoàn thành trong thời gian có hạn nên em không thể tránh khỏi những sai sót và vướng mắc nhất định. Vậy em kính mong các thầy giáo, cô giáo chỉ bảo cho em. Một lần nữa cho em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Công nghệ Hữu cơ - Hoá dầu đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Nguyễn Anh Tuấn Nguyễn Anh Tuấn 1 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  2. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 5 Phần I TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 7 I. DẦU THÔ 7 1. Các đặc tính quan trọng của dầu thô 7 2. Thành phần hoá học 12 3. Phân loại dầu thô 15 II. XỬ LÝ DẦU THÔ TRƢỚC KHI CHƢNG CẤT 18 1. Tách tạp chất cơ học, nƣớc, muối lẫn trong dầu 19 III. CÁC PHƢƠNG PHÁP CHƢNG CẤT 22 1. Chƣng đơn giản 26 2. Chƣng phức tạp 27 IV. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG 31 1. Chế độ nhiệt của tháp chƣng luyện 31 2. Yếu tố áp suất của tháp chƣng luyện 34 3. Điều khiển, khống chế chế độ làm việc của tháp chƣng cất 34 V. SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CHƢNG CẤT 35 1. Phân loại khí hydrocacbon 36 2. Phân đoạn xăng 36 3. Phân đoạn kerosen 37 4. Phân đoạn diezen 37 5. Phân đoạn mazut 37 6. Phân đoan dầu nhờn 38 7. Phân đoạn gudron 38 PhÇn II CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH 39 I. PHÂN LOẠI SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 39 II. DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 41 1. Chọn chế độ công nghệ và sơ đồ công nghệ 41 2. Chọn sơ đồ công nghệ 42 Nguyễn Anh Tuấn 2 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  3. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng 3. Thuyết minh sơ đồ chƣng cất dầu loại hai tháp 44 4. Ƣu điểm của sơ đồ chƣng cất 2 tháp 44 III. THIẾT BỊ CHÍNH TRONG DÂY CHUYỀN 45 1. Tháp chƣng cất 45 2. Các loại tháp chƣng luyện 47 IV. THIẾT BỊ ĐUN NÓNG 51 1. Thiết bị đun nóng bằng lò ống 51 V. THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 52 1. Loại vỏ bọc 52 2. Loại ống 53 Phần III TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 57 I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 57 I.1. Tại tháp tách sơ bộ 58 I. 2. Tại tháp tách phân đoạn 58 I.3. Tổng kết cân bằng vật chất 59 II. THIẾT LẬP ĐƢỜNG CÂN BẰNG (VE) CHO CÁC SẢN 60 PHẨM II.1. Đƣờng cân bằng (VE) sản phẩm xăng 60 II.2. Đƣờng cân bằng (VE) sản phẩm kerosen 62 II.3. Đƣờng cân bằng (VE) cho sản phẩm gazoil 63 III. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƢỢNG TRUNG BÌNH CỦA SẢN 64 PHẨM III.1. Tỷ trọng trung bình 64 III.2. Xác định nhiệt độ sôi trung bình 65 III.3. Tính phân tử lƣợng trung bình của các sản phẩm 65 IV. TÍNH TIÊU HAO HƠI NƢỚC 66 IV.1. Tính tiêu hao hơi cho tháp phân đoạn 66 IV.2. Tính tiêu hao nƣớc cho các tháp tách 66 V. TÍNH CHẾ ĐỘ CỦA THÁP CHƢNG CẤT 67 V.1. Tính áp suất của tháp 67 Nguyễn Anh Tuấn 3 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  4. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng V.2. Tính nhiệt độ của tháp 68 V.3. Tính chỉ số hồi lƣu đỉnh tháp 76 VI. TÍNH KÍCH THƢỚC CỦA THÁP CHƢNG CẤT 77 VI.1. Tính đƣờng kính tháp 77 VI.2. Tính chiều cao của tháp 79 VI.3. Tính số chóp và đƣờng kính chóp 79 Phần IV Xây dựng 81 I. Xác định địa điểm xây dựng nhà máy 81 II. Các yêu cầu khi thiết kế xây dựng 82 III. Giải pháp thiết kế xây dựng 84 Phần V TÍNH TOÁN KINH TẾ 88 I. Mục đích 88 II. Chế độ công tác của phân xƣởng 88 III. Nhu cầu về nguyên liệu và năng lƣợng 90 IV. Xác định nhu cầu công nhân cho phân xƣởng 91 V. Tính khấu hao cho phân xƣởng 93 VI. Chi phí khác cho 1 thùng sản phẩm 93 VII. Xác định hiệu quả kinh tế 94 Phần VI AN toàn 96 I. An toàn lao động trong phân xƣởng chƣng cất khí quyển 96 II. Tự động hoá. 100 III. Một số dụng cụ tự động hoá 102 KẾT LUẬN 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 Nguyễn Anh Tuấn 4 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  5. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng MỞ ĐẦU Dầu mỏ đƣợc con ngƣời biết đến từ thời cổ xƣa, đến thế kỷ 18, dầu mỏ đƣợc sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng. Sang thế kỷ19, dầu đƣợc coi nhƣ là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phƣơng tiện giao thông và cho nền kinh tế quốc dân. Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lƣợng quan trọng nhất của mọi 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. Bên cạnh đó hƣớng 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, 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 nhƣ dầu mỡ bôi trơn, nhựa đƣờng, 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. Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh là nhờ các đặc tính quý riêng của nguyên liệu dầu mỏ và nguyên liệu từ than hoặc các khoáng chất khác không thể có, đó là giá thành thấp, thuận tiện cho quá trình tự động hoá, dễ khống chế các điều kiện công nghệ và có công suất chế biến lớn, sản phẩm thu đƣợc có chất lƣợng cao, ít tạp chất và dễ tinh chế, dễ tạo ra nhiều chủng loại sản phẩm đáp ứng mọi nhu cầu của các ngành kinh tế quốc dân. 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 chứa dầu trữ lƣợng tƣơng đối lớn nhƣ mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng, mỏ Rồng vùng Nam Côn Sơn; các mỏ khí nhƣ Tiền Hải (Thái Bình), Lan Tây, Lan Đỏ... Đây là nguồn tài nguyên quí để giúp nƣớc ta có thể bƣớc vào kỷ nguyên mới của công nghệ dầu khí. Nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất Nguyễn Anh Tuấn 5 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  6. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng với công suất 6 triệu tấn/năm sắp hoàn thành để hoạt động và đang tiến hành phê chuẩn nhà máy lọc dầu số 2. Nhƣ vậy ngành công nghiệp chế biến dầu khí nƣớc ta đang bƣớc vào thời kỳ mới, thời kỳ mà cả nƣớc ta đang thực hiện mục tiêu công nghiệp hoá và hiện đại hoá. Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lƣợng của các quá trình chế biến. Theo các chuyên gia về hoá dầu ở châu Âu, việc đƣa dầu mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao đƣợc hiệu quả sử dụng của dầu mỏ lên 5 lần, và nhƣ vậy tiết kiệm đƣợc nguồn tài nguyên quý hiếm này. Dầu mỏ là hỗn hợp rất phức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ và các hợp chất khác nhƣ CO 2 , N 2, H2 S, N 2, He, Ar... Dầu mỏ muốn sử dụng đƣợc thì phải tiến hành phân chia thành từng phân đoạn nhỏ. Sự phân chia đó dựa vào phƣơng pháp chƣng cất ở các khoảng nhiệt độ sôi khác nhau. Quá trình chƣng cất dầu là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các thành phần gọi là các phân đoạn. Quá trình này đƣợc thực hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm để tách các cấu tử có trong dầu thô theo từng khoảng nhiệt độ sôi khác nhau mà không làm phân huỷ chúng. Tuỳ theo biện pháp tiến hành chƣng cất mà ngƣời ta phân 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 thu đƣợc các phân đoạn dầu mỏ để chế biến tiếp theo. Trong đồ án này sẽ tiến hành đề cập tới các vấn đề lý thuyết có liên quan. Trên cơ sở đó thiết kế và lựa chọn dây chuyền chƣng cất dầu thô nhiều phần nhẹ. Đồng thời xem xét để thiết kế dây mặt bằng phân xƣởng và vấn đề an toàn lao động. Nguyễn Anh Tuấn 6 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  7. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng Phần I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I. DẦU THÔ Dầu mỏ là một nguyên liệu hydrocacbon có trong thiên nhiên, có thành phần hóa học rất phức tạp, có những đặc tính vật lý thay đổi trong giới hạn rất rộng nhƣ độ nhớt, màu sắc và tỷ trọng. Màu sắc của dầu mỏ nguyên khai có thể màu sáng cho đến nâu đen. Tỷ trọng có thể thay đổi từ 0,7  1, độ nhớt cũng thay đổi trong giới hạn từ 1  50 cst ở 20 0C. Thành phần hoá học của dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp, gồm rất nhiều hydrocacbon. Các hydrocacbon thƣờng thuộc vào 3 họ: họ para-finic, họ naphtenic, họ aromatic hay còn gọi là hydrocacbon thơm. Với mức độ phức tạp khác nhau, trong cấu trúc dầu mỏ đồng thời cũng có mặt hydrocacbon loại cấu trúc hỗn hợp của cả 3 loại trên. Trong dầu mỏ nguyên khai không có hydrocacbon họ olephinic và sự phân bố của các hydrocacbon kể trên trong dầu mỏ quyết định công nghệ chế biến, hiệu suất và chất lƣợng sản phẩm. 1. Các đặc tính vật lý quan trọng của dầu thô [1, 2]. a- Tỷ trọng : Khối lƣợng riêng của dầu là khối lƣợng của 1 lít dầu tính bằng kilôgam. Tỷ trọng của dầu là khối lƣợng của dầu so với khối lƣợng của nƣớc ở cùng một thể tích và ở nhiệt độ xác định. Do vậy tỷ trọng sẽ có giá trị đúng bằng khối lƣợng riêng khi coi khối lƣợng riêng của nƣớc ở 4 oC bằng 1.Trong thực tế, tồn tại các hệ thống đo tỷ trọng sau : d 4 20, d 415, d1515,,66, ( hay theo đơn vị Anh Mỹ là Spgr 60/60 0 F ); độ API (API=141,5/s.g 60 0 F/60 0 F)- 131,5), trong đó chỉ số bên trên là nhiệt độ của dầu trong lúc thử nghiệm còn chỉ số bên dƣới là nhiệt độ của nƣớc khi thử nghiệm. Tỷ trọng của dầu dao động trong khoảng rộng, Nguyễn Anh Tuấn 7 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  8. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng tuỳ thuộc vào loại dầu và có trị số từ 0,8 đến 0,99. Tỷ trọng của dầu rất quan trọng khi đánh giá chất lƣợng dầu thô. Sở dĩ nhƣ vậy vì tỷ trọng có liên quan đến bản chất hoá học cũng nhƣ đặc tính phân bố các phân đoạn trong dầu thô. Dầu thô càng nhẹ tức có tỷ trọng thấp, càng mang đặc tính dầu paraphinic, đồng thời tỷ lệ các phân đoạn nặng sẽ ít. Ngƣợc lại, dầu càng nặng tức tỷ trọng cao, dầu thô càng mang đặc tính dầu aromatic hoặc naphantenic, các phân đoạn nặng sẽ chiếm tỷ lệ cao. Sở dĩ nhƣ vậy vì tỷ trọng hydrocacbon parafinic bao giờ cũng thấp hơn so với naphtenic và aromatic khi chúng có cùng một số nguyên tử cacbon trong phân tử. Mặt khác những phần không phải là hydrocacbon nhƣ các chất nhựa, asphaten, các hợp chất chứa lƣu huỳnh, chứa Nitơ,chứa kim loại lại thƣờng tập trung trong các phần nặng, các nhiệt độ sôi cao vì vậy dầu thô có tỷ trọng cao, chất lƣợng càng giảm. b- Độ nhớt của dầu và sản phẩm dầu : Độ nhớt đặc trƣng cho tính lƣu biến của dầu cũng nhƣ ma sát nội tại của dầu. Do vậy, độ nhớt cho phép đánh giá khả năng bơm vận chuyển và chế biến dầu. Quan trọng hơn, độ nhớt của sản phẩm đánh giá khả năng bôi trơn, tạo mù sƣơng nhiên liệu khi phun vào động cơ, lò đốt. Độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm. Có 2 loại độ nhớt : + Độ nhớt động học (St hay cSt) + Độ nhớt quy ƣớc (độ nhớt biểu kiến) còn gọi là độ nhớt Engler (0E) c - Thành phần phân đoạn : Vì dầu mỏ là thành phần hỗn hợp của nhiều hydrocacbon, có nhiệt độ sôi khác nhau, nên dầu mỏ không có một nhiệt độ sôi cố định Nguyễn Anh Tuấn 8 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  9. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng đặc trƣng nhƣ mọi đơn chất khác. Ở nhiệt độ nào cũng có những hợp chất có nhiệt độ sôi tƣơng ứng thoát ra, và sự khác nhau của từng loại dầu thô chính là sự khác nhau về lƣợng chất thoát ra ở các nhiệt độ tƣơng ứng khi chƣng cất. Vì thế, để đặc trƣng cho từng loại dầu thô, thƣờng đánh giá bằng đƣờng cong chƣng cất, nghĩa là các đƣờng cong biểu diễn sự phân bố lƣợng các sản phẩm chƣng cất theo nhiệt độ sôi. Những điều kiện chƣng cất khác nhau sẽ cho các đƣờng cong chƣng cất khác nhau. Đƣờng cong chƣng cất là đƣờng cong biểu diễn tƣơng quan giữa thành phần cất và nhiệt độ sôi. Để đặc trƣng cho từng loại dầu thô thƣờng xác định bằng 2 đƣờng cong chƣng cất sau : * Đƣờng cong chƣng cất Engler : Hay còn gọi là đƣờng cong chƣng cất đơn giản, hay là đƣờng cong chƣng cất Engler. Các đặc tính bốc hơi của dầu mỏ đƣợc xác định bằng cách chƣng đơn giản trong thiết bị chƣng kiêủ Engler (chƣng cất dầu trong một bình cầu đơn giản, không có tinh luyện và hồi lƣu) ở đó sự phân chia rất yếu thƣờng tƣơng ứng từ 1  2 đĩa lý thuyết. Đƣờng cong thu đƣợc qua quan hệ % thể tích chƣng cất đƣợc và nhiệt độ chƣng cất. Đƣờng cong này cho biết sơ bộ và nhanh sự phân bố các hợp chất có nhiệt độ sôi khác nhau trong dầu thô. Nguyễn Anh Tuấn 9 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  10. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng 1- Đƣờng cong Engler của hỗn hợp 3 cấu tử 2- Đƣờng cong Engler của hỗn hợp phức tạp 100%Vchƣng cất Hình 1 : Đƣờng cong chƣng cất Engler * Đường cong điểm sôi thực : Đƣờng cong này còn gọi là đƣờng cong chƣng cất có tinh luyện. Đƣờng cong chƣng cất nhận đƣợc khi chƣng cất dầu thô trong thiết bị chƣng cất có trang bị phần tinh luyện và hồi lƣu, có khả năng phân chia tƣơng ứng với số đĩa lý thuyết trên 10 với tỷ số hồi lƣu sản phẩm khoảng 5. Về lý thuyết trong chƣng cất điểm sôi thực đã sử dụng hệ chƣng cất có khả năng phân chia rất triệt để nhằm làm các cấu tử có mặt trong hỗn hợp sẽ đƣợc phân chia riêng biệt ở chính nhiệt độ sôi của từng cấu tử và với số lƣợng đúng bằng số lƣợng có trong hỗn hợp. Đƣờng cong này phản ánh chính xác hơn sự phân bố từng hợp chất theo nhiệt độ sôi thực của nó trong dầu thô. t t tB t B 2 tA tA 1 Nguyễn Anh Tuấn 10 Lớp Hóa Dầu QN-K44 %V
  11. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng Hình 2. Đường cong điểm sôi thực của hỗn hợp 2 cấu tử A và B 1. Đƣờng cong điểm sôi thực lý thuyết . 2. Đƣờng cong điểm sôi thực thực tế. Trên hình (2) trình bày đƣờng cong diểm sôi thực của hỗn hợp hai cấu tử với thành phần 30% cấu tử A và 70% cấu tử B. Cấu tử A sôi ở nhiệt độ t A và cấu tử B sôi ở nhiệt độ t B dƣới áp suất chung của hệ khi chƣng cất . Đƣờng biểu diễn bậc thang chính là đƣờng cong điểm sôi thực lý thuyết, có nghĩa là sự phân chia thành 2 cấu tử. Ở đây đã thực hiện một cách hoàn hảo. Còn đƣờng cong đứt khúc chính là đƣờng cong điểm sôi thực trong thực tế. Vì sự phân chia thành hai cấu tử đã xảy ra không thể nào hoàn toàn cả. Vì thông thƣờng chỉ sử dụng dụng cụ chƣng cất với số đĩa lý thuyết từ 10-20 đĩa. Đây là đƣờng cong rất quan trọng đƣợc sử dụng để đặc trƣng cho từng loại dầu thô. Trên thực tế, không có loại dầu thô nào có đƣờng cong chƣng cất điểm sôi thực giống nhau hoàn toàn cả. Nói chung dầu thô có thể chia thành nhiều phân đoạn nhƣng thƣờng phân chia 3 phân đoạn chính nhƣ sau: phân đoạn nhẹ, phân đoạn trung bình và phân đoạn nặng. Phân đoạn nhẹ: là phân đoạn bao gồm các hợp chất có khoảng sôi nằm trong nhiệt độ thƣờng đến 200 0 C, còn gọi là phân đoạn xăng Nguyễn Anh Tuấn 11 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  12. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng thô hay naphta. Phân đoạn này bao gồm những hydrocacbon chứa từ 5 đến 10 nguyên tử cacbon. Ở phân đoạn này không có những hydrocacbon có cấu trúc bị lai hoá, mà chỉ có các hydrocacbon thuần chủng mang đặc tính paraphinic, naphtenic hoặc aromatic một cách rõ rệt. Phân đoạn này đƣợc sử dụng chủ yếu để chế tạo xăng cho động cơ, chế tạo các dung môi nhẹ, cũng nhƣ làm nguyên liệu hoá dầu để sản xuất nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu nhờ vào các quá trình nhiệt phân, reforming, đồng phân hoá, oxy hoá bộ phận. Phân đoạn trung bình là phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 2003500 C ở đoạn này có chứa các hợp chất hydrocacbon từ 10-20 nguyên tử cacbon, với cấu trúc không còn thuần chủng, bị lai hoá bộ phận. Phân đoạn này đƣợc sử dụng để chế tạo dầu hoả, nhiên liệu phản lực, nhiên liệu diezel, cũng nhƣ làm nguyên liệu để sản xuất nhờ vào quá trình biến đổi hoá học (cracking) Phân đoạn nặng có nhiệt độ sôi trên 350 0C là phân đoạn bao gồm các hợp chất hydrocacbon có từ 20-50 nguyên tử các bon với cấu trúc bị lai hoá rất phức tạp, đƣợc sử dụng để chế tạo các loại nhiên liệu nặng nhƣ dầu FO (Fuel Oil), chế tạo nhớt (dầu nhờn) cho máy móc cơ khí và động cơ, chế tạo nhựa đƣờng (bium) hoặc làm nguyên liệu cho quá trình cracking hoặc hydrocracking. 2. Thành phần hoá học [2]. a) Hydrocacbon họ parafinic Hydrocacbon họ parafinic trong dầu mỏ có từ C l  C 4 hoặc cao hơn. Nhƣng hydrocacbon họ parafinic từ C l  C 4 đều là ở thể khí nằm trong dầu mỏ dƣới dạng hoà tan trong dầu mỏ trƣớc khi đƣa vào các thiết bị chế biến dầu đều phải qua giai đoạn loại bỏ các khí này trong các thiết bị đặc biệt: Các thiết bị ổn định thành phần phân đoạn dầu Nguyễn Anh Tuấn 12 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  13. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng mỏ. Những hydrocacbon họ parafinic từ C 5  C16 đều là những hydrocacbon ở dạng lỏng chúng nằm trong các phân đoạn xăng, phân đoạn kerosen, phân đoạn gazoil của dầu mỏ. Về cấu trúc chúng có nhiều dạng đồng phân với mức độ phân nhánh khác nhau. Trong dầu mỏ có 2 loại parafin: n-parafin và izo- parafin. trong đó n-parafin chiếm đa số (25  30% thể tích), chúng có số nguyên tử cacbon từ C 1  C 45 . Một điểm cần chú ý là các n-parafin có số cacbon  18, ở nhiệt độ thƣờng chúng đã là chất rắn. Chúng có thể hoà tan trong dầu hoặc tạo thành các tinh thể lơ lửng trong dầu. Nếu hàm lƣợng của các parafin rắn này cao, dầu có thể bị đông đặc lại gây khó khăn cho vấn đề 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 dầu càng lớn. Tuy nhiên, các parafin rắn tách từ dầu thô lại là nguyên liệu quý để tổng hợp hoá học, nhƣ để điều chế: chất tẩy rửa hỗn hợp, tơ sợi, phânbón, chất dẻo... Các izo-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, nhánh phụ ít và ngắn, nhánh phụ thƣờng là nhóm metyl. Các izo-parafin có số cacbon từ C 5  C10 là các cấu tử rất quý trong phần nhẹ của dầu mỏ. Chúng làm tăng khả năng chống kích nổ của xăng. So với n-parafin thì izo-parafin có độ linh động cao hơn. Thành phần và cấu trúc của các hydrocacbon họ parafinic này trong các phân đoạn của dầu mỏ quyết định rất nhiều đến hiệu suất và chất lƣợng của các sản phẩm thu đƣợc. Những hydrocacbon họ parafinic từ C 17 trở lên có cấu trúc thẳng n-parafin, trong dầu mỏ là những hydro-cacbon rắn, chúng thƣờng nằm dƣới dạng các tinh thể lẫn lộn với các hợp chất khác trong dầu mỏ. Các parafin này có cấu trúc tinh thể dạng tấm hoặc dạng dài có nhiệt độ nóng chảy từ 40  70 0 C chúng thƣờng có trong các phân đoạn dầu nhờn. Sự có mặt của các hydrocacbon parafinic loại này trong dầu mỏ tuỳ theo mức độ nhiều ít mà sẽ có ảnh hƣởng lớn nhỏ đến tính chất lƣu biến của dầu mỏ nguyên khai. Các hydrocacbon parafinic trong dầu mỏ (dạng khí và lỏng) còn là một nguyên liệu ban đầu rất quí để tổng hợp hoá học, vì vậy thƣờng Nguyễn Anh Tuấn 13 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  14. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng sử dụng hoặc cả phân đoạn (phân đoạn khí và xăng hay còn gọi là naphta hoặc tách ra khỏi phân đoạn dƣới dạng các hydrocacbon riêng lẻ bằng cách chƣng cất, hấp thụ qua rây phân tử, kết tinh ở nhiệt độ thấp... Những parafin rắn thƣờng đƣợc tách ra sử dụng trong công nghiệp sản xuất giấy, nến, giấy cách điện... b) Hydrocacbon họ naphtenic Hydrocacbon họ naphtenic trong dầu mỏ là những hydrocacbon 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 hydrocacbon phổ biến và quan trọng trong dầu mỏ. Hàm lƣợng của chúng có thể thay đổi từ 30  60% trọng lƣợng. Hydrocacbon naphtenic là các thành phần rất quan trọng của nhiên liệu mô tơ và dầu nhờn. Các naphtenic một vòng làm cho xăng có chất lƣợng cao, những hydrocacbon naphtenic một vòng có mạch nhánh dài là 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 nhiệt độ thấp, điều này rất phù hợp khi động cơ phải làm việc ở nhiệt độ âm. Ngoài ra, những naphtenic nằm trong dầu mỏ còn là nguyên liệu quý để từ đó điều chế đƣợc các hydrocacbon thơm: benzen, toluen, xylen (BTX), là các chất khởi đầu để điều chế tơ sợi tổng hợp và chất dẻo. Hydrocacbon họ naphtenic là một thành phần quan trọng, hàm lƣợng, cấu trúc và sự phân bố của chúng trong các phân đoạn có ảnh hƣởng rất lớn đến hiệu suất và chất lƣợng sản phẩm thu đƣợc. Mặt khác trong quá trình chế biến dầu mỏ để sản xuất nguyên liệu cơ sở cho tổng hợp hoá dầu thì các hydrocacbon naphtenic trong các phân đoạn nhẹ (phân đoạn xăng) có ý nghĩa quan trọng, quyết định hiệu suất các hydrocacbon thơm nhận đƣợc qua phản ứng khử hydro naphten của quá trình reforming xúc tác. c) Các hydrocacbon họ aromatic (hydrocacbon thơm) Nguyễn Anh Tuấn 14 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  15. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng Hydrocacbon họ aromatic trong dầu mỏ thƣờng chiếm lỷ lệ ít hơn hai loại trên khoảng 5  30%, chúng thƣờng là những loại vòng thơm. Ảnh hƣởng của hydrocacbon loại này trong thành phần các sản phẩm dầu mỏ thay đổi khác nhau. Loại hydrocacbon aromatic thƣờng gặp là loại một vòng và đồng đẳng của chúng (BTX...). Các chất này thƣờng nằm trong phần nhẹ và là cấu tử làm tăng khả 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 cặn các loại dầu mỏ đều tập trung hydrocacbon loại thơm ngƣng tụ cao song ở đây cấu trúc đã bị lai hợp với các mức độ khác nhau giữa ba loại thơm  naphten  parafin. Ngoài thành phần các hydrocacbon kể trên trong dầu mỏ bao giờ cũng chứa các hợp chất khác không phải hydrocacbon, ngoài hydro và cacbon trong phân tử của chúng có chứa các nguyên tố O, N, S và các kim loại. Đó là các hợp chất phi hydrocacbon trong đó đáng kể nhất là các hợp chất chứa S và nhựa asphanten. d) Các hợp chất chứa lưu huỳnh Các hợp chất chứa lƣu huỳnh của dầu mỏ có thể ở dạng khí hoà tan trong dầu (H2 S) 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 hữu cơ có chứa lƣu huỳnh là loại hợp chất phổ biến nhất, làm xấu đi chất lƣợng của dầu thô. Ảnh hƣởng của các hợp chất chứa lƣu huỳnh chủ yếu gây ăn mòn thiết bị công nghệ khi chế biến, ăn mòn động cơ khi sử dụng, các sản phẩm chứa nhiều S gây ô nhiễm môi trƣờng. Vì vậy dầu mỏ chứa nhiều các hợp chất chứa lƣu huỳnh phải sử dụng nhiều quá trình công nghệ phụ thêm để làm sạch các sản phẩm cũng nhƣ sử dụng các thiết bị công nghệ với các vật liệu chịu ăn mòn (tháp chƣng sở khởi) do đó giá thành hạ các sản phẩm khi chế biến dầu mỏ nhiều S, rất nhiều sản phẩm cũng không đạt chất lƣợng mong muốn. e) Các hợp chất nhựa  asphanten Nguyễn Anh Tuấn 15 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  16. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng Các hợp chất nhựa  asphanten thƣờng nằm trong phần cặn của dầu mỏ ở nhiệt độ sôi 3500 C. 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 các 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 trong dầu mỏ quyết định đến việc chọn lựa các phƣơng pháp, đến hiệu suất và chất lƣợng sản phẩm. Ngoài ra trong nhóm chất phi hydrocacbon 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 này đều gây cản trở cho việc chế biến dầu mỏ. 3. Phân loại dầu mỏ [2]. Nhƣ ta đã biết các loại dầu mỏ trên thế giới đều khác nhau về thành phần hoá học và đặc tính. Do đó để phân loại chúng thành từng nhóm có tính chất giống nhau rất khó. Trong dầu mỏ phần chủ yếu và quan trọng nhất quyết định các đặc tính cơ bản của dầu mỏ chính là phần các hợp chất hydrocacbon chứa trong đó. Cho nên dầu mỏ thông thƣờng đƣợc chia theo nhiều loại. Tuy nhiên bên cạnh hydrocacbon còn có những thành phần không phải hydrocacbon, tuy ít nhƣng chúng không kém phần quan trọng. Do đó chƣa có một sự phân loại bao trùm các tính chất khác nhau và vì vậy cho đến nay cũng chƣa có cách phân loại nào đƣợc hoàn hảo. * Phân loại dầu mỏ theo họ hydrocacbon Phân loại dầu mỏ theo họ hydrocacbon là phƣơng pháp phân loại thông dụng nhất. Theo cách phân loại này dầu mỏ nói chung sẽ mang đặc tính của loại hydrocacbon nào chiếm ƣu thế trong đó nhất. Nhƣ vậy trong dầu mỏ có 3 loại hydrocacbon chính: parafin, naphten và hydrocacbon thơm, 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 hydrocacbon họ parafinic, tƣơng tự dầu mỏ naphtenic sẽ mang Nguyễn Anh Tuấn 16 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  17. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng tính chất hoá học và vật lý đặc trƣng của hydrocacbon họ naphtenic. Dầu mỏ aromatic sẽ mang tính chất hoá học và vật lý đặc trƣng của hydrocacbon họ thơm. Tuy nhiên trong phần nặng trên 350 0 C các hydrocacbon thƣờng 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 hydrocacbon chỉ trong các phân đoạn chƣng cất. Trong thực tế những họ dầu thuần chủng rất ít gặp đặc biệt là họ dầu aromatic hầu nhƣ trên thế giới không có. Vì vậy những trƣờng hợp mà hydrocacbon trong đó chiếm tỷ lệ không chênh lệch nhau nhiều, dầu mỏ sẽ mang đặc tính hỗn hợp trung gian giữa những loại hydrocacbon đó. Nhƣ vậy 3 họ dầu chính sẽ gặp những họ dầu hỗn hợp trung gian giữa parafinic  naphtenic  aromatic. Bằng cách nhƣ vậy rõ ràng dầu mỏ có thể phân thành các họ sau: Có 3 họ chính: + Họ parafinic + Họ naphtenic + Họ aromatic Có 6 họ dầu trung gian: Họ naphteno  parafinic Họ parafino  naphtenic Họ aromato  naptenic Họ naphteno  aromatic Họ aromato  parafinic Họ parafino  aromatic. Có 6 loại dầu hỗn hợp: Họ parafino  aromato  naphtenic Họ aromato  parafino  naphtenic Họ naphteno  parafino  aromatic Họ parafino  naphteno  aromatic Nguyễn Anh Tuấn 17 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  18. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng Họ naphteno  aromato  parafinic Họ aromato  naphteno  parafinic. Trong thực tế, dầu họ aromatic, dầu họ aromato  parafinic, parafino  aromatic hầu nhƣ không có, còn những họ dầu hỗn hợp chiếm tỉ lệ cũng rất ít. Chủ yếu là các họ dầu trung gian. Để có thể phân loại dầu mỏ theo họ hydrocacbon nhƣ trên có thể sử dụng phƣơng pháp phân tích xác định thành phần hoá học nhằm khảo sát sự phân bố hydrocacbon các loại khác nhau trong dầu mỏ. Tuy nhiên, cách làm nhƣ vậy rất phức tạp. Ngày nay để đơn giản hoá việc phân loại, thƣờng sử dụng các thông số vật lý nhƣ đo tỷ trọng, nhiệt độ sôi v.v... * Phân loại đầu mỏ theo hydrocacbon 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 áp suất thƣờng lấy ra phân đoạn có giới hạn nhiệt độ sôi từ 250  270 0C.  Phân đoạn 2: Bằng cách chƣng cất phần còn lại trong chân không (ở 40 mmHg) lấy ra phân đoạn sôi ở 275  3000 C ở áp suất chân không (tƣơng ứng 390  4150 C ở áp suất thƣờng). Căn cứ vào giá trị tỷ trọng đo của 2 phân đoạn và đối chiếu vào giới hạn quy định cho từng loại dầu trong bảng dƣới đây mà xếp dầu thuộc họ nào. Họ dầu mỏ Phân đoạn 1 Phân đoạn 2 Họ parafinic  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  0,8265  0,8597  0,9340 naphtenic  0,8602 0,8767  0,9334 Họ naphteno  trung Nguyễn Anh Tuấn 18 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  19. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng gian  0,8602  0,9304 Họ naphtenic II. XỬ LÝ DẦU THÔ TRƢỚC KHI CHƢNG CẤT [1]. 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 phi hydrocacbon. Khi dầu phun ra khỏi giếng khoan thì áp suất giảm, nhƣng dù sao vẫn còn 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 hydrocacbon nhẹ từ C l  C 4 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 C 4 bay hơi, còn phần từ C 5 trở lên vẫn 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 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 ở dạng nhũ tƣơng. Nƣớc nằm dƣới dạng nhũ tƣơng thì rất bền vững và rất khó tách. Có 2 dạng nhũ tƣơng: + Dạng nhũ tƣơng nƣớc ở trong dầu + Dạng nhũ tƣơng dầu ở trong nƣớc Lƣợng nƣớc ở trong dầu nhiều hay ít 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 có màu vàng. Nguyễn Anh Tuấn 19 Lớp Hóa Dầu QN-K44
  20. Đồ án tốt nghiệp Chƣng cất dầu thô áp suất thƣờng 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 giới 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 nƣớc trong dầu bằng phƣơng pháp hoá học  Tách bằng phƣơng pháp dùng điện trƣờng. a) 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. * Phương pháp lắng: phƣơng pháp này dùng khi dầu mới khai thác ở giếng khoan lên, dầu và nƣớc chƣa bị khuấy trộn nhiều 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 nƣớc sẽ đƣợc lắng sơ bộ và tháo ra ngoài. Tốc độ lắng của các hạt nƣớc tính theo công thức Stockes nếu kích thƣớc hạt lớn hơn 0,5 m. r 2 d1  d2 g V  (1) 18. Trong đó: V: tốc độ lắng, cm/s r: đƣờng kính của hạt, cm d 1, d2 : tỷ trọng nƣớc và dầu tƣơng ứng, g/cm3 g: gia tốc trọng trƣờng, cm/s 2 : độ nhớt động học của hỗn hợp. Từ công thức (1) ta thấy kích thƣớc hạt của pha phân tán càng nhỏ và tỷ trọng của nƣớc và dầu khác nhau càng ít. Độ nhớt của môi trƣờng càng lớn thì sự phân lớp và lắng càng xảy ra chậm. Việc tách nƣớc và tạp chất thực hiện ở nơi khai thác thƣờng lắng và gia nhiệt ở thiết bị đốt nóng. Nguyễn Anh Tuấn 20 Lớp Hóa Dầu QN-K44
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2