Đồ án tốt nghiệp Chưng cấtt dầu thô ít phần nhẹ Lời cảm ơn Em xin chân thànhcảm ơn thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Hữu Trịnh người đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ và tận tình ân cần 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. Kính mong các thầy giáo, cô giáo chỉ bảo cho em. Một lần nữa em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Hữu Trịnh và các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn công nghệ Hữu Cơ - Hoá dầu dã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên: Phạm Bích Ngọc 1 Lớp Hoá dầu V02 - 01 1 Đồ án tốt nghiệp Chưng cấtt dầu thô ít phần nhẹ Mở đầu Dầu mỏ được con người biến đổi từ thời cổ xưa và công nghệ chế biến dầu mỏ được xem như bắt đầu ra đời vào năm 1859 khi mà Edwis Drake (Mỹ) khai thác được dầu thô, lúc bấy giờ lượng dầu thô khai thác được còn rất ít nó được sử dụng làm nhiên liệu để đốt chảy thắp sáng. Thế kỷ 19 dầu được coi như nguồn tài nguyên 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 ÷ 75% năng lượng sử dụng từ dầu mỏ, chỉ có 20 ÷22%. Dựa vào các quá trình chế biến như: Chưng cất, hydro crarking, reforming, ankil hoá, đồng phân hoá, polyme hoá cho ra các sản phẩm xăng, nhiên liệu phản lực dầu mỏ bôi trơn, có hiệu quả tối đa và một số sản phẩm khác như: sản phẩm năng lượng, phi năng lượng, butan, cốc và khí lỏng dân dụng, làm khí đốt và nhiên liệu. Ngày nay trên 90% sản phẩm hữu cơ có nguồn gốc từ dầu khí và tỷ lệ dầu khí sử dụng vào mục đích năng lượng sẽ giảm dần do đó dầu khí trong một tương lai lâu dài vẫn chiếm dữ một vị trí quan trọng trong lĩnh vực năng lượng và nguyên liệu hoá học mà không có một tài nguyên thiên nhiên nào cạnh tranh nổi. Dầu mỏ là hỗn hợp phức tạp trong đó có hàng trăm hợp chất khác nhau, nhưng nguyên tố cơ bản chứa trong dầu khí phần lớn là hyđro cacbon chiếm từ 60 ÷ 90% trọng lượng trong dầu, còn lại là các chất oxy, lưu huỳnh, nước, các phức chất cơ kim, các chất nhựa, asphanten. Trong khí còn chứa các khí trơ như He, Ar, Xe…. Đối với Việt Nam, coi dầu khí là ngành kinh tế mũi nhọn, là chỗ dựa cho ngành công nghiệp hoá, hiện đại hoá, làm đà thúc đẩy cho nền kinh tế 2 Lớp Hoá dầu V02 - 01 2 Đồ án tốt nghiệp Chưng cấtt dầu thô ít phần nhẹ quốc dân. Đây là mũi nhọn có tính chiến lược của Việt Nam, như vậy ngành công nghiệp chế biến dầu nước ta đang bước vào thời kỳ mới, thời kỳ mà cả nước đang thực hiện mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá chắc chắn sự đóng góp của ngành dầu khí trong công cuộc công nghiệp hoá đất nước sẽ có ý nghĩa không chỉ bằng những chỉ tiêu kinh tế cụ thể mà ngành công nghiệp mọi nhọn này còn là nguồn động viên tinh thần của đảng, toàn dân và nhất là thành viên đang hoạt động trong ngành dầu khí, hăng hái lao động góp phần xây dựng đất nước để sau vài thập niên tới sánh vai với các nước trong khu vực và trên thế giới. Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh là nhờ các đặc tính quý riêng của nguyên liệu dầu mỏ ma từ nguyên liệu than được các khoáng chất khác không thể có, đó là quá trình 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 được có chất lượng cao, ít tạp chất, dễ tinh chế, dễ tạo ra nhiều loại sản phẩm đáp ứng mọi nhu cầu của ngành kinh tế quốc dân. Cùng với ự phát triển mạnh của công nghiệp dầu khí trên thế giới dầu khí Việt Nam cũng đã được phát hiện những năm 1970 và đang trên đà phát triển, chúng ta đã tìm ra nhiều mỏ chứa dầu dự trữ lượng tương đối lớn như mỏ Bạch hổ, Đại hùng mỏ rồng Nam côn sơn các mỏ khí như Tiền hải (Thái Bình) Lan tây, lan đỏ… Đây là nguồn nguyên liệu quý giúp nước ta có thể bước vào kỷ nguyên mới của công nghệ dầu khí. Nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất 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 nghi sơn - Thanh Hoá với công suất 7 triệu tấn/năm. Như vậy ngành công nghiệp chế biến dầu khí nước ta đang bước vào thời kỳ mới, thời kỳ mà cả nước tađang thực hiện mục tiêu công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Chắc chắn sự đống góp của ngành dầu khí sẽ rấ có nghĩa. Dầu mỏ là một hỗn hợp rất phức tạp gồm hyđro cacbon, khí thiênnhiên, khí dầu mỏ và các hợp chất khác như CO 2 , N 2 , H 2 S, He…. Dầu 3 Lớp Hoá dầu V02 - 01 3 Đồ án tốt nghiệp Chưng cấtt dầu thô ít phần nhẹ mỏ muốn sử dụng được rộng rãi, chưng cất sơ khai dầu, chưng cất phân đoạn. Các phân đoạn thu được phù hợp cho các phương pháp chế biến khác. Thành phần phân đoạn là một chỉ tiêu quan trọng cần xác định dối với các sản phẩm trắng như xăng, terosen, điezen. Theo thành phần phân đoạn có thể biết được các loại sản phẩm thu được và khối lượng của chúng các phân đoạn bao giờ cũng gồm rất nhiều các đơn chất khác nhau với nhiệt độ sôi thay đổi. Do vậy đặc trưng cho tính bay hơi của một số phân đoạn là nhiệt độ sôi đầu và nhiệt độ sôi cuối. Các phân đoạn thu được từ các quá trình chưng cất sơ khai được chế bién bằng các phương pháp hoá học hay vật lý để thu các sản phẩm năng lượng caực sản phẩm phi năng lượng và các sản phẩm hoá học. Vì thế ngành khai thác chế biến dầukhí là một ngành công nghiệp mũi nhọn, trong tương lai lâu dài vẫn chiếm dữ một vị trí quan trọng trong lĩnh vực năng lượng và nguyên liệu hoá học mà không có tài nguyên thiên nhiên nào thay thế được. Đề tài của em là "Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô ít phần nhẹ với năng suất 2,5 triệu tấn/năm" và trên cơ sở trình bày các vấn đề lý thuyết có liên quan. 4 Lớp Hoá dầu V02 - 01 4 Đồ án tốt nghiệp Chưng cấtt dầu thô ít phần nhẹ Phần I. Tổng quan về lý thuyết Chương I. Nguyên liệu dầu thô I.1. Thành phần hoá học của dầu mỏ. Trong thiên nhiên dầu mỏ ở dạng chất lỏng nhờn, dễ bắt cháy, khi khai thác ở nhiệt độ thường có ở dạng lỏng hay đông đặc, có màu vàng đến đen là nguyên liệu chính cho quá trình chưng cất dầu thô. I.1.1. Thành phần nguyên tố của dầu mỏ. Dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp, trong dầu có chứa tới hàng trăm chất khác nhau, nhưng các nguyên tố cơ bản chứa trong dầu là cácbon và hyđro. Trong đó C chiếm 82 ÷ 87%: h chiếm 0,01 ÷1,8% còn lại là các chất chứa oxy, lưu huỳnh nitơ, các phức cơ kim có chất nhựa, aphanten. Trong khí còn chứa các khí trơ như N 2 , He, Ar, Xe… Nhìn chung, dầu mỏ càng chứa nhiều hyđro cácbon càng ít thành phần dị thể tố càng tốt và loại dầu mỏ đó có giá trị kinh tế cao. I.1.2. Thành phần hydro cacbon trong dầu mỏ. Hyđro cacbon là phần chính của dầu, như tất cả các loại hyđro cacbon (trừ olefin) đều có mặt trong dầu mỏ. Chúng được chia thành các nhóm parafin, naphten, aromat, hỗ hợp raphten - aromat. Bằng các phương pháp hoá lý, người ta đã xác định được hơn 400 loại hyđro cacbon khác nhau. I.1.2.1. hyđro cacbon parafinic. Hyđrocacbon parafinic còn họi là alkan, là loại hyđro cacbon phổ biến nhất. Về mặt cấu trúc, hyđro cacbon parafin có hai loại: loại cấu trúc mạch thẳng gọi là n - parafin và loại cấu mạch nhánh gọi là izo - parafin. Chungs 5 Lớp Hoá dầu V02 - 01 5 Đồ án tốt nghiệp Chưng cấtt dầu thô ít phần nhẹ cói số nguyên tử cacbon từ C 1 ÷ C 45 . Trong đó n - parafin chiếm đa số (25 ÷ 30% thể tích) Trong dầu mỏ chúng tồn tại ở ba dạng: lỏng,, khí và rắn. ở điều kiện thường (nhiệt độ 25 0 C, áp suất khí quyển) các parafin mạch thẳng chứa từ C 1 ÷ C 4 đều nằm ở thể khí. Các n - parafin mà phân tử chừa từ C 5 ÷ C 17 nằm ở thể lỏng, còn các n - parafin chứa 18 nguyên tử cacbon trở lên nằm ở dạng tinh thể. Nhưng hyđro cacbon parafin từ C 5 ÷ C 10 nằm trong phần nhẹ của dầu với nhánh là những cấu tử tốt của xăng, vì cho xăng có khả năng chống kích nổ kém (nC 7 có trị số octan = 0). Trong chế biến hoá dầu, nhưng hyđro cacbon chứa trong phần nhẹ dầu hay trong khí đồng hành lại là nguyên liệu rất tốt cho quá trình sản xuất defin thấp như etylen, poropylen, butylen và toluen đó là nguyên liệu cơ sở cho tổng hợp hoá học để sản xuất chất dẻ, vải, sợi hoá học, tơ nhân tạo. Phải áp dụng các biện pháp như: gia nhiệt đường ống cho thêm phụ gia, tách bớt n - parafin rắn ngay tại nơi khai thác để tại điểm đông đặc, các biện pháp này gây tốn kém, làm tăng giá thành dầu thô. Tuy nhiên, các parafin rắc tách ra được từ dầu thô lại là nguyên liệu quý cho tổng hợp hoá học để điều chế chất tẩy rửa tổng hợp, phân tích… Còn các izo - parafin thường chỉ nằm trong phần nhẹ và phần có nhiệt độ sôi cao thì ít. Chúng thường có cấu trúc đơn giản, mạch chính dào, nhánh phụ ít và ngắn, nhánh phụ thường là nhóm metyl. Các izo - parafin có cacbon từ C 5 ÷C 10 là các cấu tử rất quý trong phần nhẹ của dầu mỏ, chúng làm tăng khả năng chống kích nổ của xăng. Các izo - parafin so với n - parafin chúng có độ linh động cao hơn và chúng làm tăng trị số octan của xăng. 6 Lớp Hoá dầu V02 - 01 6 Đồ án tốt nghiệp Chưng cấtt dầu thô ít phần nhẹ I.1.2.2. Hydro cacbon Naphtenic. Naphteric còn gọi là cyclo parafin, có công thức tổng quát là C n H 2n .Nó là một trong những hyđro cacbon phổ biến và quan trọng dầu mỏ, hàm lượng của chúng có thể thay đổi từ 30 ÷ 60% t rọng lượng. Các hyđro cacbon thường gặp là loại một vòng, trong đó chiếm chủ yếu là loại vòng 5,6 cạnhm loại vòmg 7 cạnh hoặc lớn hhơn ít gặp trong dầu, và khác những naphten có từ 2 ÷ 3 vòng ngưng tụ cũng ít gặp, các loại hyđro cacbon naphten có mặt trong phân đoạn nhẹ (thường là một vòng và ít nhánh phụ) hoặc ở phần có nhiệt độ sôi trung bình và cao (khi đó là những cấu tử có nhiều vòng và nhánh phụ dài). Một số ví về các hyđro cacbon có trong dầu mỏ như sau: R R R ch 3 ch 3 ch 3 (ch 2 ) 11 (ch 2 ) 40 ch 3 ch 3 Hyđro cacbon naphten là thành phần rất quan trọng trong nhiên liệu động cơ và dầu nhờn. Các naphten một vòng làm cho xăng có chất lượng cao những hyđro cacbon naphten một vòng có mạch dài là thành phần rất tốt của dầu nhờn vì chúng có độ nhớt cao và ít thay đổi theo nhiệt, đặc biệt chúng là các cấu tử rất quý cho nhiên liệu phản lực,do chúng có nhiệt cháy cao, đồng thời giữ được tính linh động ở nhiệt độ thấp, điều này rất phù hợp khi động cơ phải làm việc ở nhiệt độ âm. Ngoài ra, hyđro cacbon naphten trong dầu mỏ còn là nguyên liệu quý để từ đó điều chế các hyđro cacbon thơm bezen butaen xylen (BTX) là chất khởi đầu trong sản xuất tơ sợi tổng hợp. Như vậy dầu mỏ chứa nhiều hyđro cacbon naphten thì càng có giá trị kinh tế cao vì từ đó có thể sản xuất được các sản phẩm nhiên liệu và phi nhiên 7 Lớp Hoá dầu V02 - 01 7 Đồ án tốt nghiệp Chưng cấtt dầu thô ít phần nhẹ liệu có chất lượng tốt, chúng lại có nhiệt độ đông đặc thấp nên giữ được tính linh động không gây khó khăn tốn kém cho quá trình bơm, vận chuyển phun nhiên liệu. I.1.2.3. Hyđro cacbon aromatic (hyđro cacbon thơm). Hyđro cacbon thơm thường gặp là loại một vòng no và đồng đẳng của chúng (bezen, toluen xylen…). Các chất này thường nằm trong phần nhẹ và là cấu tử làm tăng khả năng chống kiéch nổ của xăng. Các chất ngưng tụ 2,3 hoặc 4 vòng thơm có mặt trong phần có nhiệt độ số trung bình và cao của dầu mỏ, hàm lượng các chất loại này thường ít hơn. Dưới đây là một số aromat thường gặp trong dầu. ch 3 ch 3 ch 3 bezen toluen xylen Naphtalen antraxen pherantren pyren diphenyl Khác với nhiêu liệu xăng ở nhiên liệu phản lực và điezen, nếu hàm lượng aromat cao thì chúng làm giảm chất lượng của các loại nhiên liệu đó do khó tự bố cháy và tạo cốc, tạo tàn trong động cơ. Cũng như hyđro cacbon naphtentic, các cấu tử dromat một vòng có nhánh phụ dài làl nguyên liệu quý để sản xuất dầu nhờn có độ nhớt và chỉ số độ nhớt cao (độ nhớt ít bị biến đổi theo nhiệt độ). 8 Lớp Hoá dầu V02 - 01 8 S Đồ án tốt nghiệp Chưng cấtt dầu thô ít phần nhẹ I.1.2.4. Hyđro cacbon loại hỗn hợp naphten - thơm. Loại này rất phổ biến trong dầu, chúng thường nằm ở phàn có được sôi cao. Cấu trúc của chúng rất giống với cấu trúc trong các vật liệu hữu cơ ban đầu tạo thành dầu nên dầu càng có độ biến đổi chất thấp sẽ càng có nhiều các hyđro cacbon loại này. Một số loại hyđro cacbon hỗn hợp naphten - thơm thường gặp trong dầu mỏ có cấu trúc như sau: ch 2 ch 2 tetralin indan xyclohexylbenzen 1-xyclohexyl - 2 phenyletan I.1.3. Các thành phần phihydrocacbon. I.1.3.1. Các hợp chất chứa lưu huỳnh Trong thành phần phi hyđro cacbon, các chất hữu cơ chứa lưu huỳnh là loại hợp chất phổ biến nhất, chúng làm xấu đi chất lượng của dầu thô. Người ta dã xác định được trên 250 loại hợp chất của lưu huỳnh. Các loại dầu thô chứa ít hơn 0,5% lưu huỳnh là loại dầu tốt, còn dầu chứa từ 1 đến 2% lưu huỳnh trở lên là dầu xấu. Các chất chứa lưu huỳnh thường scó các dạng như: - Mercaptan R - S - H Disunfua R - S - S - R'. - Sùnua R - S R' Thiophen. - Lưu huỳnh tự do S, H 2 S - Lưu huỳnh dạng marcaptan. Mecaptan là các hợp chất có nhóm SH liên kết trực tiếp với gốc hyđro cacbon chúng không bền và dễ phân huỷ ở nhiệt độ cao. 2RSH 0 300 C → R - S - R + H 2 S. 9 Lớp Hoá dầu V02 - 01 9 Đồ án tốt nghiệp Chưng cấtt dầu thô ít phần nhẹ RSH 0 500 C → R' - CH = CH 2 + H 2 S. Các chất Mecaptan thường có mặt ở phần nhiệt độ sôi thấp có phân đoạn xăng, với nhiệt độ dưới 200 0 C) gốc hyđro cacbon thường từ C 1 ÷ C 8 . Lưu huỳnh dạng sunfua và disunfua. Các chất này có ở phân đoạn nhiệt độ sôi trung bình và cao. Gốc hyđro cacbon có thể là mạch thẳng vòng no hoặc thơm. Ví dụ: S - R (ch 2 ) n S - R Đặc biệt ở phần có nhiệt độ sôi cao thường thấy nhiều lưu huỳnh dangj disunfua, có thể là do các chất mercapten bị phân huỷ được dẽ dàng oxy hoá để tạo ra disunfua theo phản ứng. 2RSH + 1 2 O 2 → R - S - S - R + H 2 O Lưu huỳnh dạng thi ophen. Các hợp chất chứa lưu huỳnh dạng thiophen có cấu trúc mạch vòng như: S S thiophen benzo thiophen dibenzen thiophen Thiophen là bạc chất chứa lưu huỳnh phổ biến nhất (chiếm từ 45 ÷ 92 % trong tất cả các dạng hợp chất chứa lưu huỳnh của dầu mỏ) chúng thường có ở phầncơ nhiệt độ sôi trung bình và cao của dầu. - Lưu huỳnh dạng tự do. 10 Lớp Hoá dầu V02 - 01 10 [...]... tinh luyn Quỏ trỡnh tinh luyn xy ra trong thỏp chng phõn on trong thỏp b trớ cỏc a , hot ng ca thỏp c mụ t nh sau: 25 Lp Hoỏ du V02 - 01 25 Chng ctt du thụ ớt phn nh ỏn tt nghip Chất lỏng thân tháp Máng chảy chuyền Hồi lƯu trung gian Tới tháp bay hơi phụ Đĩa chụp Ln Vn Vn+1 Cửa tháo hồi lƯu Hơi Hỡnh 6: Nguyờn lý lm vic ca tng a trong thỏp tinh luyn Pha hi Vn bay lờn t a th n lờn a th n - 1 c tip xỳc . - 01 17 Đồ án tốt nghiệp Chưng cấtt dầu thô ít phần nhẹ Chương II. Chưng cất dầu thô. II. 1. Mục đích và ý nghĩa của quá trình chưng cất dầu thô Trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô sau khi. Hoá dầu V02 - 01 19 Đồ án tốt nghiệp Chưng cấtt dầu thô ít phần nhẹ II.1.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất dầu thô. Quá trình chưng cất dầu là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành. thành phần của dầu mỏ, và mục đích chế biến mà người ta áp dụng loại hình công nghệ chưng cất thích hợp. 18 Lớp Hoá dầu V02 - 01 18 Đồ án tốt nghiệp Chưng cấtt dầu thô ít phần nhẹ II.1.1. Các sơ đồp