TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT KHOA: DẦU KHÍ ĐỒ ÁN MƠN HỌC: CÔNG NGHỆ LỌC DẦU GVHD: TS.NGÔ THANH HẢI SVTH: NGUYỄN DUY HỒNG MSSV: 1021011059 LỚP: LỌC – HĨA DẦU K55_VT GVHD: TS NGƠ THANH HẢI SVTH: NGUYỄN DUY HỒNG – LHD K55_VT TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU Lời Mở Đầu Chưng cất phương pháp phân tách nhất, gần phương pháp sử dụng nhà máy lọc dầu để phân chia dầu mỏ khí tự nhiên phân đoạn chúng thành phân đoạn tiểu phân đoạn Người ta cần chưng cất khơng dầu thơ, khí đồng hành, khí tự nhiên mà hỗn hợp sản phẩm khỏi lị phản ứng hóa học dùng trình chế biến sâu dầu mỏ lĩnh vực hóa dầu Sự chưng cất thực hiên thiết bị chưng cất Thiết bị chưng cất gồm tháp chưng cất bình tách thiết bị phụ trợ thiết bị làm lạnh, thiết bị làm lạnh ngưng tụ, gia nhiệt… Tháp chưng cất thiết bị chủ yếu phân xưởng chưng cất Từ xa nhìn vào nhà lọc dầu ta thấy lô nhô tháp cao, hầu hết chúng tháp chưng cất Chúng thường có kích thước to lớn, cao hẳn nhiều thiết bị khác, thường có cấu trúc hình viên trụ, nên thường gọi tháp (tháp chưng cất) Hầu hết tháp chưng cất dùng cơng nghiệp lọc hóa dầu chế biến khí tự nhiên tháp đĩa Đĩa (mân) cấu trúc khí nằm ngang tháp chưng cất, có tác dụng tạo điều kiện cho pha bay lên pha lỏng xuống tiếp xúc với cách tốt đủ lâu tháp để trao đổi chất chúng xảy hồn hảo Trong tháp chưng cất ln có nhiều đĩa Đó đĩa thực Số đĩa lớn số đĩa lý thuyết tính phương pháp Sự khác thường vào khoảng 1,2 – 1,5 lần Các tháp chưng cất nhà máy lọc dầu nhà máy chế biến khí có từ mười đến dăm sáu chục đĩa, nhà máy lọc hóa dầu GVHD: TS NGƠ THANH HẢI SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ LỌC DẦU cịn nhiều có cầu phân tách cao hơn, tạo phân đoạn có nhiệt độ sơi khác ít, chí ta chất gần nguyên chất Đường kính tháp chưng cất phụ thuộc vào công suất nó, nghĩa phụ thuộc vào lưu lượng nguyên liệu (để chưng cất), phụ thuộc vào lưu lượng dòng dòng lỏng tháp, cịn chiều cao tháp chủ yếu phụ thuộc vào số đĩa mà có Khoảng cách đĩa liên tiếp vào khoảng 0,25 – 0,8 m cịn lớn nữa, đặc biệt tháp chưng cất hoạt động áp suất tháp Cần ý khoảng cách đĩa nạp liệu cịn lớn hơn, thường 0,8 – 1,2m Ngồi cần không gian đáng kể đỉnh tháp đáy tháp Khoảng cách đĩa trần tháp thường 1m, khoảng cách đĩa mặt đáy tháp phải để thể tích vùng khoảng 20 – 25% lưu lượng cặn chưng cất tính m3/h Tháp chưng cất đặt bệ cao chừng – 5m để tạo điều kiện thuận lợi cho việc lấy phân đoạn cặn Phía tháp cịn có kết cấu che chắn Quanh tháp ln có cầu thang, chái cầu thang, ống dẫn phân đoạn v.v… Ở đỉnh tháp phải có ống dẫn phân đoạn bay khỏi tháp Tiết diện ống phải để tốc độ dịng bay 12 – 20m/s Ở đáy tháp phải có đường dẫn pha lỏng cặn chưng cất Một số tháp cịn có ống dẫn phân đoạn sườn chí vào tháp trường hợp thực hồi lưu, stripping phân đoạn Tốc độ dịng lỏng vào khoảng 0,2 – 0,8m/s chế độ tự chảy, – 3m/s chế độ chảy cưỡng GVHD: TS NGÔ THANH HẢI SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU nhờ bơm Ống dẫn pha lỏng lấy từ sườn tháp lắp vị trí thấp mặt đĩa lỏng lấy khoảng 30 – 40 cm Bên sườn tháp cất phải có cửa sổ để qua người chui vào tiến hành sữa chữa, làm vệ sinh Đó lỗ chui có đường kính khoảng 60 cm Dĩ nhiên tháp chưng cất cịn phải có lỗ để lắp đặt cảm biến thiết bị độ đạc, kiểm tra, điều khiển Sơ đồ công nghệ đơn giản hóa để chưng cất hỗn hợp hydrocacbon nhẹ: GVHD: TS NGƠ THANH HẢI SVTH: NGUYỄN DUY HỒNG – LHD K55_VT TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT GVHD: TS NGÔ THANH HẢI ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU Phần 1: Tính tốn thơng số kỹ thuật cho tháp loại butan (Debutanizer) Cần chưng cất để tách nguyên liệu (cho bảng 1) thành sản phẩm distillat chứa không nhiều 5% mol i-C5 sản phẩm đáy (cặn) chứa không nhiều 0,5% mol n-C4 Bảng Thành phần nguyên liệu Chất C2 Nguyên liệu (mol/h) C3 40,38 iC4 39 nC4 108 iC5 115,87 nC5 155,33 nC6 251,36 nC7 292,78 nC8 Tổng 108,62 1115,34 Theo điều kiện vận hành tháp loại Butan cho: − − − − − − Sản phẩm distillat chứa không nhiều 5% mol i-C5 Sản phẩm đáy (cặn) chứa không nhiều 0,5% mol n-C4 Áp suất đỉnh tháp: 7,4 atm Áp suất đáy tháp: 8,8 atm Độ hiệu dụng (trung bình) đĩa 75% Độ hồi lưu 1,5 lần độ hồi lưu tối thiểu (R = 1,5Rmin) Ta tính thành phần distillat D cặn R Các phương trình cân khối lượng: AC2 = D.y1D + R.x1R AC3 = D.y2D + R.x2R GVHD: TS NGÔ THANH HẢI SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU AiC4 = D.y3D + R.x3R AnC4 = D.y4D + R.x4R AiC5 = D.y5D + R.x5R AnC5 = D.y6D + R.x6R AnC6 = D.y7D + R.x7R AnC7 = D.y8D + R.x8R AnC8 = D.y9D + R.x9R Thay giá trị số, coi x1R, x2R, x3R, y6D, y7D, y8D y9D không: = D.y1D + (1115,34 – D).0 40,38 = D.y2D + (1115,34 – D).0 39 = D.y3D + (1115,34 – D).0 108 = D.y4D + (1115,34 – D).0,005 115,87 = D.0,05 + (1115,34 – D).x5R (1) 155,33 = D.0 + (1115,34 – D).x6R (2) 251,36 = D.0 + (1115,34 – D).x7R (3) 292,78 = D.0 + (1115,34 – D).x8R (4) 108,62 = D.0 + (1115,34 – D).x9R (5) Cộng phương trình (1), (2), (3), (4) (5) lại với được: 923,96 = (1115,34 – D)(x5R + x6R + x7R + x8R + x9R) + 0,05.D Theo điều kiện trên: x4R + x5R + x6R + x7R + x8R + x9R = = 0,005 + x5R + x6R + x7R + x8R + x9R → x5R + x6R + x7R + x8R + x9R = 1- 0,005 = 0,995 Do đó: 923,96 = (1115,34 – D).0,995 + 0,05.D → D = 196,6172 kmol GVHD: TS NGÔ THANH HẢI SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU R = 918,7228 kmol Biết D ta tính đại lượng sau: y1D = 0,0203 y2D = 0,2054 y3D = 0,1984 y4D = 0,5259 Kết ghi bảng sau: Bảng Thành phần nguyên liệu, distillat, cặn (coi nguyên liệu có lưu lượng: 1115,34 mol/h) Chất Nguyên liệu Ci 1115,34C Distillat D.xiD yiD ≅ xiD Cặn xiR R.xiR 0,005 0,1154 0,1691 0,2736 0,3187 0,1182 4,5936 106,0392 155,33 251,36 292,78 108,62 918,7228 (# 918,7228) i C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 nC6 nC7 nC8 Tổng 0,0036 0,0362 0,0349 0,0968 0,1039 0,1393 0,2254 0,2625 0,0974 1,0000 40,38 39 108 115,87 155,33 251,36 292,78 108,62 1115,34 0,0203 0,2054 0,1984 0,5259 0,05 (# 1) 3,9913 40,3852 39,0089 103,4009 9,8309 196,6172 (# 196,6172) Phương pháp tính gần giả sử - kiểm tra để tính nhiệt độ đỉnh tháp áp suất đỉnh tháp 7,4 atm nhờ công thức sau (Trang 28, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng): ∑x = ∑ = i Và tính nhiệt độ đáy tháp áp suất đáy tháp 8,8 atm nhờ Hình 2.8: Biểu đồ số cân hydrocacbon (Trang 27, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) GVHD: TS NGÔ THANH HẢI SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU Kết cho bảng 3: Bảng Số liệu liên quan đến phép tính nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất Chất ki 61 ; 7,4 atm yiD ≅ xiD C2 C3 iC4 nC4 iC5 Tổng 6,6 2,25 1,2 0,85 0,4 0,0203 0,2054 0,1984 0,5259 0,05 0,0031 0,0912 0,1653 0,6187 0,125 1,0033 # Từ bảng ta tìm nhiệt độ đỉnh 61 Biết thành phần cặn bảng tìm ki Hình 2.8: Biểu đồ số cân hydrocacbon (Trang 27, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) dùng hệ thức (Trang 26, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng): ∑ = ∑ Kixi = Bảng Số liệu liên quan đến phép tính nhiệt độ đáy tháp tháp chưng cất Chất ki 162 ; 8,8 atm xiR kixiR nC4 iC5 nC5 nC6 nC7 nC8 3,1 1,8 1,75 0,99 0,55 0,32 0,005 0,1154 0,1691 0,2736 0,3187 0,1182 0,0155 0,2077 0,2959 0,2709 0,1753 0,0378 1,0031 # Tổng Từ bảng ta tìm nhiệt độ đáy 162 Vậy nhiệt độ đỉnh nhiệt độ đáy tháp chưng cất 61, 162 Căn vào số liệu tìm bảng lựa chọn nC4 LK, iC5 HK Nhiệt độ trung bình tháp chưng cất là: GVHD: TS NGÔ THANH HẢI SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU = 111,5 (6) Áp suất trung bình tháp chưng cất là: = 8,1 atm (7) Từ (6) (7) dựa vào Hình 2.8: Biểu đồ số cân hydrocacbon (Trang 27, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) , ta tìm số cân nC4, iC5 1,8 0,97 Do đó: αLH = = 1,8557 Như vậy, dựa vào số liệu thành phần distillat thành phần cặn bảng 2, theo phương trình Fenske: Nmin + = Thay giá trị tính vào phương trình Fenske, ta có: Nmin + = = 8,9 hay Nmin = 7,9 đĩa Bây ta tìm E phương trình Underwood bảng với: X= ∑ Ki lấy nhiệt độ trung bình 111,5, áp suất trung bình 8,1 atm Bảng Số liệu liên quan đến phép tính giả sử - kiểm tra để tìm E phương trình (2-13), q = Chất C2 xiA 0,0036 Ki 10,5 αi 5,8333 αixiA 0,0209 GVHD: TS NGÔ THANH HẢI E = 0,7580 αi - E 5,0753 X 0,0041 E =0,7680 αi – E 5,0653 X 0,0041 E = 0,7780 αi – E 5,0553 10 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT X 0,0041 TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU C3 0,0362 2,2222 0,0804 1,4642 0,0549 1,4542 0,0553 1,4442 0,0557 iC4 0,0349 2,19 1,2167 0,0425 0,4587 0,0927 0,4487 0,0947 0,4387 0,0969 nC4 0,0968 1,8 0,0968 0,2420 0,4001 0,2320 0,4172 0,2220 0,4360 iC5 0,1039 0,97 0,5389 0,0559 - 0,2191 - 0,2555 - 0,2291 - 0,2439 - 0,2391 - 0,2337 nC5 0,1393 0,89 0,4944 0,0689 - 0,2636 - 0,2613 - 0,2736 - 0,2518 - 0,2836 - 0,2429 nC6 0,2254 0,44 0,2444 0,0551 - 0,5126 - 0,1073 - 0,5236 - 0,1052 - 0,5336 - 0,1033 nC7 0,2625 0,21 0,1167 0,0306 - 0,6413 - 0,0478 - 0,6513 - 0,0469 - 0,6613 - 0,0463 nC8 0,0974 0,11 0,0611 0,0059 - 0,6969 - 0,0085 - 0,7069 - 0,0083 - 0,7169 - 0,0082 Tổng 1,0000 - 0,1286 - 0,0848 Vậy E = 0,778 Thay E = 0,778 vào phương trình Underwood (2-12) (Trang 29, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) : hmin + = ∑ ta có số liệu sau: Bảng Áp dụng phương trình (2-12) với E = 0,778 Chất xiD αi αixiD αi - E hmin + = C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 nC6 nC7 nC8 Tổng 0,0203 0,2054 0,1984 0,5259 0,05 5,8333 2,2222 1,2167 0,5389 - 0,1184 0,4564 0,2414 0,5259 0,0269 - 5,0553 1,4442 0,4387 0,2220 - 0,2391 - 0,0234 0,3161 0,5502 2,3689 - 0,1125 3,1461 Bảng cho ta thấy độ hồi lưu tối thiểu hmin = 2,15 GVHD: TS NGÔ THANH HẢI 11 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT - 0,0417 #0 TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU Sau tìm hmin, Nmin ta dùng biểu đồ Gilliland hình 2.9 (Trang 29, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) để tìm số đĩa lí thuyết N Thơng thường độ hồi lưu h có quan hệ với hmin: h = (1,2 1,5)hmin Mà hồi lưu 1,5 lần độ hồi lưu tối thiểu (R = 1,5R min) h = 1,5hmin = 1,5.2,15 = 3,225 Khi đó: = = 0,254 Với = 0,254 ta tra hình 2.9: Quan hệ Gilliland (Trang 29, giáo trình cơng nghệ lọc dầu, Phan Tử Bằng) kết sau: = = 0,38 Nên N lý thuyết = 13,4 đĩa Do độ hiệu dụng (trung bình) đĩa 75%, nên: N thực tế = = = 17,87 18 đĩa Vậy số đĩa (thực tế) cần có tháp chưng cất 18 đĩa Phần Tính tốn thơng số kỹ thuật cho tháp chưng cất dầu thơ khí (CDU) Dầu thơ Dubai (nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu Dung Quất) có đặc trưng sau:    O API = 31,2 KUOP = 11,78 Đường cong chưng cất (TBP) tỉ khối cho bảng đây: Nhiệt độ () 49 71 104 132 160 193 221 260 Phần chưng cất (%V, tích lỹ) 3,67 10 15 20 25 30 35 GVHD: TS NGÔ THANH HẢI 12 Tỷ khối 0,675 0,725 0,750 0,770 0,790 0,810 0,830 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU 288 316 343 371 399 427 454 488 521 566 638 760 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 0,845 0,865 0,875 0,890 0,900 0,915 0,930 0,950 0,970 0,995 1,020 - Cần chưng cất dầu thô thành phân đoạn sản phẩm: − − − − − Phân đoạn đỉnh: full range naphtha Phân đoạn đáy (AR): atmospheric residue Kerosense LGO HGO với điểm cắt (cut point) TBP sau: Sản phẩm Điểm cắt (cut point) TBP () Full Range Naphtha / Kerosense 165 Kerosense / Light Gas Oil (LGO) 205 LGO / Heavy Gas Oil (HGO) 330 HGO / Atmospheric Residue (AR) 370 Tháp chưng cất dầu thô gồm 48 đĩa: vùng cất (từ đĩa đến đĩa 42) có đường kính 6,7 m, vùng nạp liệu-đĩa tháp (từ 43 đến đĩa 48) có đường kính m Các phân đoạn sườn Kerosense, LGO, HGO lấy đĩa 15, 26, 38; đĩa nạp liệu đĩa 43 Áp suất đỉnh tháp 1,5 atm, độ giảm áp suất trung bình qua đĩa mmHg Công suất tháp 6,5 triệu tấn/năm GVHD: TS NGÔ THANH HẢI 13 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT GVHD: TS NGÔ THANH HẢI ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU 14 SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT ... NGÔ THANH HẢI ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU SVTH: NGUYỄN DUY HOÀNG – LHD K55_VT TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ LỌC DẦU Phần 1: Tính tốn thông số kỹ thuật cho tháp loại butan (Debutanizer) Cần... ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU = 111,5 (6) Áp suất trung bình tháp chưng cất là: = 8,1 atm (7) Từ (6) (7) dựa vào Hình 2.8: Biểu đồ số cân hydrocacbon (Trang 27, giáo trình cơng nghệ lọc dầu,... NGUYỄN DUY HỒNG – LHD K55_VT TRƯỜNG ĐH MỎ ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ LỌC DẦU Kết cho bảng 3: Bảng Số liệu liên quan đến phép tính nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất Chất ki 61 ; 7,4 atm yiD ≅ xiD C2 C3