TÌM HIỂU QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ TRONG CHƯNG CẤT DẦU THÔ Ở ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG.

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Bộ Mơn Lọc Hóa Dầu

Bài Tiểu Luận:

TÌM HIỂU Q TRÌNH CƠNG NGHỆ TRONG CHƯNG CẤT DẦU THÔ
Ở ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG.

Giáo viên: Phạm Trung Kiên

Sinh Viên:

Doãn Anh Tuấn - 0921010382
Nguyễn Hữu Tuấn - 0921010383
Mai Văn Cường – 0921010023
Đinh Văn Phong - 0921010412
Lớp:

Lọc hóa dầu B – K54


MỤC LỤC:

Chương I :

Tìm hiểu chung về một quá trình cơng nghệ
Giới thiệu chung
Cơ sở lý thuyết
Cơng nghệ q trình điều khiển

Chương II :

Thiết lập yêu cầu điều khiển thiết bị chưng cất dầu thô ở áp suất
chân không
Thiết kế điều khiển quá trình

Chương III:

Tài liệu tham khảo


Chương I: Tìm hiểu chung về một q trình cơng nghệ

I. Giới thiệu chung
1. Định nghĩa
Trong cơng nghiệp nói chung và cơng nghiệp dầu khí nói riêng, người ta cần phải đo và
kiểm tra thường xuyên các đại lượng như: áp suất, nhiệt độ, nồng độ, lưu lượng,… Đó là
những q trình đo liên tục. Các tín hiệu đo từ các cảm biến được gửi về các trung tâm xử lý
số liệu. Do đó đảm bảo đo chính xác các thơng số này có ảnh hưởng rất lớn đến q trình
sản xuất và chế biến dầu khí.
Điều khiển q trình không phải là một lĩnh vực mới, nhưng luôn chiếm vị trí quan trọng
hàng đầu trong tự động hóa cơng nghiệp. Ngày nay các nhà máy, xí nghiệp đã và đang được
trang bị các hệ thống điều khiển tự động ở mức độ cao với các thiết bị tiên tiến. Bất cứ một
nhà máy xi măng, một nhà máy điện, hay một nhà máy lọc dầu nào nhất định không thể vận
hành được nếu thiếu hệ thống điều khiển tự động. Hệ thống điều khiển tự động đảm bảo cho
sự hoạt động của quy trình cơng nghệ đạt được kết quả mong muốn.
Việc ứng dụng rộng rãi tự động hoá điều khiển q trình các q trình cơng nghệ đang là
một trong các yếu tố then chốt để thúc đẩy tiến bộ kỹ thuật của ngành cơng nghệ. Tự động
hố là bước phát triển logic của cơ khí hố sản xuất. Nếu cơ khí hố thay thế lao động cơ
bắp cho con người thì tự động hố là bước tiếp tục phát triển thay thế các cơ quan cảm giác
và logic của con người.

2. Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không
Sản phẩm của chưng cất mazut trong chân không.
Các phương pháp tăng hiệu quả chưng cất chân không
3. Đặc điểm chưng cất trong tháp chân không
Đặc điểm chế độ hoạt động của tháp chân khơng
Đặc điểm kích thƯớc và cấu tạo của tháp chân khơng
Phân tích đặc điểm của các sơ đồ trích distilat từ tháp chân khơng

II. Cơ sở lý thuyết


1. Điều Khiển Q Trình
Trong các q trình hóa học, có những đối tượng gây ra những biến đổi khơng tốt tới
trạng thái hoạt động, thành phần và tính chất vật lí của dịng chảy. Để giảm thiểu tối đa tác
hại do những biến đổi đó gây nên, cần đến các thiết bị điều khiển quá trình.
Trong các quá trình lớn, các thiết bị được kiểm tra độ thích hợp, an tồn và tối ưu hóa.
Để điều khiển 1 q trình cần mơ phỏng nó bằng 1 mơ hình tốn học với các biến độc lập
và phụ thuộc. Khi giá trị của 1 biến độc lập được thiết lập, các giá trị khác tương ứng được
tìm bởi máy tính và truyền tới thiết bị điều khiển.
VD: Nếu nhiệt độ, thành phần, tốc độ dòng vào tháp chiết thay đổi, máy tính sẽ nhanh
chóng xác định các giá trị khác để duy trì độ tinh khiết ở đỉnh tháp.
Trong thực tế khơng phải tất cả các rối loạn nào cũng có thể được tính tốn, do đó đặc
trưng của q trình khơng được biết chính xác. Điều khiển phản hồi được bổ sung tức thời.
Một trong những đặc trưng chính của một hệ thống điều khiển hiện đại là thiết bị phân tích
nhanh chóng và chính xác.
VD:
Trong tháp etylen, cần dùng đến 10 bộ phân tích để đảm bảo độ tinh khiết.
Sắc kí khí có tốc độ cao thời gian phân tích 30 – 120s, độ nhạy cỡ phần triệu.
Phổ khối nhanh hơn, bền hơn dễ sử dụng nhưng độ nhạy kém hơn.
Phổ hồng ngoại và cộng hưởng từ hạt nhân cũng có thể dùng phân tích, giá

thành rẻ hơn xong ít thiết bị có khả năng đo các tính chất vật lý như: chiết suất, độ nhớt…


2. Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất chân không
Vẽ sơ đồ nguyên tắc cụm chƣng cất chân không
Sơ đồ vận hành của sơ đồ, lưu ý hoạt động của các cụm chính
Cách tạo chân khơng trong tháp chƣng cất thơng qua cụm tạo chân khơng

Hình Sơ đồ trích distilat từ
tháp chân khơng.
a- Lấy chất lỏng từ ống
rót của mâm
b- Qua tháp bay hơi
c- Qua bể chứa.

Hình Sơ đồ chưng cất mazut trong
hai tháp chưng cất


III. Cơng Nghệ Q Trình Điều Khiển
1. Điều Khiển Phản Hồi
Trong điều kiện phản hồi, sau khi tạo ra độ lệch cho 1 biến điều khiển, thiết bị điều khiển
sẽ hoạt động để giảm bớt hoặc xóa bỏ độ lệch đó.
Thơng thường, có 1 dao động của giá trị biến điều khiển, có biên độ và chu kì dao động.
Độ lệch giảm dần hay không đổi phụ thuộc vào bản chất của hệ thống và kiểu hoạt động của
thiết bị điều khiển.
Thiết bị điều khiển thường có 3 kiểu hoạt động hiệu chỉnh sau:
Điều khiển tỉ lệ: Hoạt động điều khiển tỉ lệ với độ lệch.
Điều khiển tích phân: Hoạt động điều khiển ở thời gian t tỉ lệ với tích phân của độ lệch
ở thời điểm đó

Điều khiển đạo hàm: Hoạt động điều khiển tỉ lệ với tốc độ mà ở đó độ lệch được tạo ra.
Mối quan hệ giữa độ chênh lệch đầu ra m – m0 và đầu vào tín hiệu e như sau:
m−m0 =K p

(

t

1
de
e+ ∫ edt + K d
Ki 0
dt

)

PID là bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân – đạo hàm kết hợp cả ba kiểu điều khiển. Kiểu tỉ lệ tốc
độ nhanh nhưng khi tăng tốc độ hoạt động thì sai số tăng. Bổ xung kiểu tích phân giúp giảm
hoặc triệt tiêu hồn toàn sai số nhưng khả năng đáp ứng lại chậm. Kiểu đạo hàm làm tăng
tốc độ hiệu chỉnh. Khi kết hợp cả 3 kiểu này tạo ra bộ điều khiển PID hoạt động nhanh, khơng
có sai số.
Các giá trị Kp, Ki, Kd tương ứng với các kiểu điều khiển được xác định bằng thực nghiệm
và cài đặt sẵn cho thiết bị điều khiển.
Điều khiển đạo hàm nhạy với tạp âm do những rối loạn ngẫu nhiên như bắn và chảy
rối do dòng chảy đến gây ra trong trường hợp điều khiển mực chất lỏng trong bình. Có nhiều
loại điều khiển thành phần vì có nhiều loại thiết bị phân tích và detecto dùng cho mục đích
này. Nhiều loại hoạt động điều chỉnh cuối cùng quy về điều chỉnh tốc độ dịng chảy. Ví dụ
điều khiển nhiệt độ bằng việc điều chỉnh sự trao đổi nhiệt hoặc áp suất thông qua điều chỉnh
dịng hơi và khí.

KÍ HIỆU
Khi lập sơ đồ q trình sản xuất cho hệ thống điều khiển, các thiết bị được kí hiệu
bằng các chữ cái và các chữ số thích hợp. Van điều khiển được kí hiệu CV – dãy số đằng
sau, detecto khơng cần dùng kí hiệu đặc biệt, dùng một điểm đơn giản kết nối đường truyền
tín hiệu với thiết bị hoặc quá trình.
2. Điều Khiển Kết Hợp
Trong một vài điều kiện cần sự tương tác giữa các thiết bị điều khiển.

Điều khiển thành phần điều chỉnh giá trị cho trước của điều khiển nhiệt độ

Giá trị cho trước của tốc độ dòng được điều chỉnh bởi điều khiển nhiệt độ.
Kết hợp các thiết bị điều khiển giúp hoàn thiện hệ thống điều khiển, tăng tốc độ điều khiển


3.

Các Biến Điều Khiển
a.

Nhiệt độ:

Nhiệt độ được điều chỉnh bởi 1 thiết bị trao đổi nhiệt (HTM)
Việc điều chỉnh nhiệt độ có thể thực hiện theo các cách sau:
Điều chỉnh tốc độ dòng của HTM
Điều chỉnh áp suất ngưng tụ khí hoặc hơi.
Làm ngập bề mặt trao đổi nhiệt tiếp xúc với hơi ngưng bằng nước ngưng.
Các hệ thống phản ứng ở áp suất hơi thích hợp có thể duy trì nhiệt độ sơi mong muốn
bằng cách cất hồi lưu ở chính áp suất hơi đó.
b.

Áp suất:

Áp suất được điều khiển bằng việc điều chỉnh dòng chảy ra từ các bình. Dịng chảy có thể là
q trình tự chảy, ngưng tụ khí sinh ra từ hệ thống
Trong hệ thống chưng cất phân đoạn, áp suất được điều khiển theo cách làm ngập bề mặt
truyền nhiệt để thay đổi tốc độ ngưng tụ dịng khí.
c.

Mực chất lỏng:

Mực chất lỏng trong bình thường được điều chỉnh bằng cách bổ xung hoặc chảy ra ngoài qua các
van.
Mực chất lỏng khi bắn hoặc chảy rối thường không ổn định, trong TH này sử dụng các thiết bị
điều khiển chậm.
d.

Tốc độ dòng:

Tốc độ dòng thường được đo thơng qua sự chênh lệch áp suất, ngồi ra còn sử dụng tới các thiết
bị khác. Đo tức thời nhiệt độ và áp suất cho phép đo dòng trên mỗi đơn vị khối lượng, bộ đo khối
lượng dòng trực tiếp cũng được sử dụng. Kết quả đo dòng được truyền tới 1 thiết bị điều khiển để
điều chỉnh độ mở van duy trì điều kiện mong muốn.
e.

Dịng chất rắn:

Ngoại trừ việc định lượng liên tục thì điều khiển dịng chất rắn ít chính xác hơn dịng lỏng. Cân tự
động băng chuyền liên tục có khả năng chính xác tới ± 1% hoặc ± 0.1% khi cần thiết.
Thiết bị cấp chất rắn bằng bộ truyền động có tốc độ thay đổi.

f.

Tỷ lệ dòng:

Điều khiển tỉ lệ dòng dùng trong các quá trình pha trộn hỗn hợp cấp cho phản ứng, như pha trộn
nhiên liệu – khơng khí. Trong q trình 2 dịng chảy, mỗi dịng có thiết bị điều khiển riêng, nhưng tín


hiệu từ bộ sơ cấp sẽ đi tới thiết bị điều khiển tỉ lệ là bộ phận điều chỉnh giá trị cho trước cho các thiết
bị khác. Trong hệ thống khí đốt – khơng khí, nhiệt độ và tính chất vật lí có thể biểu hiện thành phần
hỗn hợp.
g.

Thành phần:

Phân tích thành phần sử dụng sắc kí khí và phổ khối là phổ biến. Hoặc sử dụng các thiết bị đặc
thù của từng chất như pH, oxy và các sản phẩm cháy. Sử dụng băng tẩm làm đetector thích hợp ở
nồng độ chất thấp. Điều khiển thành phần bằng cách điều khiển 1 vài trạng thái khác như: thời gian,
nhiệt độ, áp suất, tốc độ tái sinh xúc tác…


Chương II: Quá trình điều khiển thiết bị chưng cất dầu thơ ở áp suất
chân khơng.
Chưng cất là q trình tách một dung dịch bằng cách đun sơi nó, rồi ngưng tụ hơi bay ra để được 2
phần: Phần nhẹ là distillat có nhiệt độ sơi thấp, chứa nhiều chất dễ sơi, cịn phần nặng cịn lại là cặn
chưng cất (redue). Chưng cất dầu và sản phẩm dầu với mục đích tách dầu thơ thành các phân đoạn,
được thực hiện bằng phương pháp sôi dần hoặc sôi nhiều lần. Chưng cất bay hơi nhiều lần gồm hai
hay nhiều quá trình bay hơi một lần.
Chưng cất dầu trong công nghiệp hoạt động liên tục ở nhiệt độ không quá 370 oC - nhiệt độ
hydrocarbon bắt đầu phân hủy - cracking. Từ dầu thô nhận được các sản phẩm sáng như xăng, dầu

hỏa, diesel.

I. Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất:
1. Sự sôi của dung dịch
Sự sôi của chất nguyên chất: Một chất lỏng sẽ sôi ở nhiệt độ mà tại đó áp suất hơi bão hồ của nó
bằng áp suất mơi trường đè lên mặt thống. Ví dụ như nước sẽ sôi ở 1000C tại P = 1 atm
(760mmHg).
Nhiệt độ sơi của Butan
Áp suất, atm

Nhiệt độ,oC

1

0

3.41

36

4.80

50

Ta gọi chất có áp suất hơi bão hồ lớn, có nhịêt độ sơi thấp là chất dễ sơi. Chất khó sơi có áp suất
hơi bão hồ bé, có nhiệt độ sơi cao.
Thành phần pha hơi sinh ra khi đun sôi một dung dịch: Pha hơi sinh ra khi chất lỏng nguyên chất sôi
là pha hơi đơn chất. Pha hơi sinh ra khi một dung dịch sôi là một hỗn hợp của tất cả các hợp phần
của dung dịch và có thành phần phụ thuộc vào thành phần của dung dịch lỏng theo định luật
Konovalov.

Định luật Konovalov: Khi sôi một dung dịch lỏng cho ra một pha hơi giàu chất dễ sôi hơn so với dung
dịch lỏng.

2. Nguyên lý của quá trình chưng cất
Chưng cất là quá trình tách một dung dịch bằng cách đun sơi nó, rồi ngưng tụ hơi bay ra để được 2
phần: Phần nhẹ là distillat có nhiệt độ sơi thấp, chứa nhiều chất dễ sơi, cịn phần nặng cịn lại là cặn
chưng cất (redue).

Như vậy, phép chưng cất có thể thu được Distillat có thành phần mong muốn bằng cách chưng cất
nhiều lần.
Nhưng  chưng  cất  nhiều  lần  như  vậy  rất  phiền  phức,  tốn  thời  gian  mà không kinh tế. Để khắc
phục nhược điểm này ta dùng hệ thống chưng cất có cột chưng cất. Cột  chưng  cất  có  số  đĩa  lý 
thuyết  càng  lớn,  thì  có  khả  năng  cho  một distillat có thành phần khác càng nhiều so với dung
dịch trong bình đun, tức là distillat rất giàu chất dễ bay hơi. Dùng cột chưng cất có nhiều đĩa lý thuyết
có thể thu được distillat là chất dễ bay hơi gần như tinh khiết.


II.

Chân không và kỹ thuật chân không trong chưng cất dầu mỏ
1. Chân không

Chân không, theo lý thuyết cổ điển là trạng thái khơng gian khơng chứa vật chất. Vì vậy, vùng khơng
gian này có thể tích khác khơng nhưng khối lượng và năng lượng đều bằng khơng. Điều đó có nghĩa
là áp suất tuyệt đối trong vùng khơng gian này cũng bằng không. Chân không như thế được gọi là
chân không tuyệt đối.
Tuy nhiên, trong thực tế không thể tồn tại vùng chân không tuyệt đối như vậy được. Khoa học vật lý
lý thuyết cũng đã chứng minh rằng không tồn tại vùng chân không này do vi phạm các nguyên lý của

vật lý vi mô về thăng giáng lượng tử. Còn về mặt kỹ thuật, người ta định nghĩa chân khơng là vùng
khơng gian có mật độ vật chất thấp hơn so với mật độ vật chất trong khơng khí, hay nói cách khác,
đó là vùng khơng gian có áp suất tuyệt đối thấp hơn áp suất khí quyển tiêu chuẩn (pĐể tiện cho việc nghiên cứu, người ta tạm phân chia chân không thành 4 loại:
- Chân không thấp ( p > 100 Pa)
- Chân không trung bình (100 Pa > p > 0,1 Pa)
- Chân khơng sâu (0,1 Pa > p > 10-5 Pa)
- Chân không rất sâu ( p < 10-5 Pa).

2. Kỹ thuật chân khơng
Trong một số quy trình cơng nghệ, ta khơng thể sử dụng quy trình dưới áp suất thường được mà
phải sử dụng áp suất chân khơng trong hệ thống. Ví dụ như một số thiết bị cô đặc các dung dịch dễ
biến tính vì nhiệt ( như nước đường, nước ép trái cây…), thiết bị chưng cất chân không trong chưng
cất phân đoạn dầu mỏ…. Đặc điểm chung của các quy trình này là do ta khơng thể cho hoạt động
dưới áp suất khí quyển được là vì chất tan sẽ bị phân huỷ, bị biến tính, hoặc bị biến đổi thành các
dạng hợp chất hố học khơng mong muốn dưới tác dụng của nhiệt. Do đó, sử dụng áp suất chân
không trong hệ thống sẽ giúp ta giảm nhiệt độ, cho phép ta thu được sản phẩm mong muốn.

3. Các phân đoạn sản phẩm
Các định nghĩa đặc chủng dùng trong chưng cất chân khơng:
• Các chất khơng ngưng tụ: là các hợp chất không ngưng tụ được cho dù đi qua hệ thống tạo chân
khơng.
• Hydrocarbon nhẹ của q trình craquage: là các hydrocarbon tạo thành từ quá trình craquage
ngun liệu trong lị. Ta tìm thấy chúng ở phía đỉnh tháp cùng với các sản phẩm không ngưng tụ và
hơi nước bơm vào trong q trình.
• LVGO (light vacuum gas oil): gazol chân khơng nhẹ: 350-390oC
• MVGO (medium vacuum gas oil): phần cất chân khơng trung bình: 390-450oC
• HVGO (heavy vacuum gas oil): phần cất chân không nặng: 450-550oC
Nguyên liệu sau khi qua các thiết bị trao đổi nhiệt và lị đốt, khi vào tháp gồm có các thành
phần như sau:

* Phần hơi, gồm các cấu tử nhẹ, dễ dàng bay lên trên, sục vào lỏng trên các đĩa.


* Phần lỏng quá bốc hơi, (chiếm 3-5 % nguyên liệu) gồm các cấu tử khá nặng bị cuốn
theo, khi gặp lượng hồi lưu lỏng ngay trên đĩa tiếp liệu, nó ngưng tụ lại và một phần lớn, được cho:
- Tuần hồn trở lại dưới vùng nhập liệu, ngay phía trên đĩa stripping đầu tiên, hoặc tùy trường hợp có
thể được tuần hồn lại về lị, gọi là overflash.
- Tuần hồn lại phần dầu cặn này lên phía trên vùng rửa nhằm để bảo đảm tốt lưu lượng lỏng tưới
ướt đệm (đôi khi đệm được sử dụng). Giải pháp này ngày càng bị loại bỏ vì nó hỗ trợ cho q trình
đóng cặn trong vùng này.
- Nó có thể được lấy ra như 1 phân đoạn cất với mục đích tái trộn vào trong cặn chưng cất khí quyển
hoặc được sử dụng như là chất trợ chảy của nhiên liệu nặng, gọi là slop cut.
* Phần lỏng nặng không bay hơi chảy xuống đáy tháp (là cặn chân không: RSV)
- Lưu ý rằng xu hướng hiện đại là làm sao đó để giảm tối đa lượng cặn chân khơng, có nghĩa là phải
tăng đến tối đa phần cất chân không nặng, muốn vậy điểm cuối phần chưng có thể phải vượt quá
585oC.
- Quá trình sản xuất các loại dầu nhờn cơ sở đòi hỏi phải thực hiện việc phân thành nhiều đoạn (4
đoạn) và phải phân đoạn thật tốt để thu được các phân đoạn khác nhau rõ rệt, có các khoảng độ
nhớt thật phân biệt.
- Quá trình sản xuất bitum được thực hiện với các loại dầu thô đặc chủng.

4. Phân xưởng chưng cất chân không
Sơ đồ công đoạn chưng cất chân không ướt phần cặn của chưng cất khí quyển có các điều kiện làm
việc kèm theo.
Cặn khí quyển (RDA) được lưu trữ ở khoảng 150oC nhằm để bảo đảm độ nhớt để khơng bị đóng
vón (đó là khi 2 tháp chưng khí quyển (DA) và chưng chân khơng (DSV) khơng làm việc liên tục).
Sau đó đun nóng cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt và trong lò lên đến nhiệt độ tối đa khoảng 365415oC trước khi đi vào tháp.
Trong trường hợp chưng cất chân không ướt, chùm ống của lò thường được trang bị bộ phận bơm
phụt hơi nước làm loãng nhằm hạn chế độ đậm đặc, độ nhớt do đó giảm được q trình cốc hóa.
Số lượng trích dịng được cố định bởi sự địi hỏi của các cơng đoạn phía hạ nguồn.

Thường có 3 phân đoạn được trích ra từ tháp:
• LVGO (gazol chưng cất chân không nhẹ), sáp nhập với gazol chưng cất khí quyển để sản xuất ra
các sản phẩm thương mại.
• MVGO (phần cất chân khơng trung bình) và
• HVGO (phần cất chân không nặng),
Những phân đoạn này tạo thành ngun liệu cho các cơng đoạn hạ nguồn. Ngồi ra việc trích MVGO
và HVGO cịn nhằm để thu hồi nhiệt lượng có giá trị nhiệt độ đáng kể từ dịng hồi lưu tuần hoàn.
Thực tế việc thu hồi nhiệt ở đây chỉ có ý nghĩa: nhờ nhiệt độ của các dịng trích ngang thân tháp là
khác nhau và khá lớn so với nhiệt độ đỉnh tháp, chúng được dùng làm tác nhân nóng thích hợp để
đun nóng các lưu thể khác (dầu thô nguyên liệu chẳng hạn). Do vậy chúng sẽ nguội đi và khi trở lại
tháp và sẽ là chất lỏng hồi lưu. Nếu các công đoạn hạ nguồn là các cơng đoạn chuyển hóa (chuyển
hóa nhiệt hoặc chuyển hóa xúc tác), thì số lượng của dịng trích thường là 3 (vì sau đó cịn làm
ngun liệu). số lượng dịng trích là 4 nếu các phần cất được dùng để sản xuất dầu nhằm có được
nhiều sản phẩm dầu gốc có độ nhớt khác nhau


5. Các sơ đồ tháp chưng cất chân không cho các mục đích khác nhau
Chưng cất chân khơng chuẩn bị nguyên liệu cho các công đoạn xúc tác kiểu FCC hoặc
hydrocraquage
a.

Tháp khơng có vùng phân đoạn

Trong trường hợp đặc biệt tháp có thể khơng bao gồm vùng phân đoạn, nghĩa là không xác định
điểm đầu và điểm cuối của chưng cất chân khơng, do vậy khơng có các đĩa đầu và cuối của đoạn có
các nhiệt độ tương ứng với các điểm đó
• 1 hoặc 2 vùng rửa được nhập liệu bởi dịng hồi lưu nội của đĩa trích dịng HVGO và đơi khi cịn bởi
sự hồi lưu từng phần của phân đoạn dầu cặn và quá bốc hơi (slop cut và overflash)
• 1 vùng trao đổi nhiệt phía trên trích dịng HVGO
• 1 vùng trao đổi nhiệt phía trên trích dịng LVGO

Ở đỉnh tháp có một lớp đệm lọc tách có thể được tưới bởi một phần của dịng hồi lưu tuần hồn lạnh
LVGO
b.

Tháp có các vùng phân đoạn

Các cấu hình có thể có thì rất nhiều và phụ thuộc vào mục đích của giai đoạn hạ nguồn (khơng dùng
tháp này để sản xuất nguyên liệu chuyển hoá). Khi một công đoạn hạ nguồn đặt ra các điều kiện về
điểm cuối của phần cất là lớn hơn điểm cuối của phân đoạn HVGO, ta phải dự đoán vùng phân đoạn
nằm khoảng giữa dịng trích HVGO và phân đoạn dầu cặn (vùng đáy). Nhập liệu cho vùng này khi đó
được tạo thành bởi dòng hồi lưu nội dưới HVGO.
Cũng như vậy, nếu gazol có trong nguyên liệu cần phải cải thiện giá trị hoặc nếu công đoạn hạ
nguồn đặt ra hàm lượng thành phần nhẹ hay điểm đầu của chưng cất chân khơng thì vùng phân
đoạn giữa dịng trích LVGO và MVGO cần phải được xác định vị trí (vùng đỉnh). Cuối cùng, đôi khi
tháp chưng cất cũng được trang bị vùng phân đoạn giữa MVGO và HVGO (MVGO hướng đến cơng
đoạn hydrocraquage cịn HVGO hướng đến cơng đoạn FCC) (vùng giữa).
c.

Đáy tháp

Đáy của tháp được trang bị từ 4-6 đĩa qui ước dạng clapet đối với chưng cất chân khơng ướt nhằm
để đảm bảo cho q trình stripping. Đối với chưng cất chân không khô, đáy tháp được trang bị các
chican nằm ngang (đĩa tạo lối đi chữ chi). Thời gian lưu ở đáy tháp của cặn chưng cất chân khơng
phải được giảm thiểu theo khả năng có thể được nhằm để tránh khỏi quá trình tạo cốc. Điều này
cũng đúng đối với đĩa trích dịng HVGO.
d.

Chưng cất chân không hai giai đoạn

Trong một vài trường hợp, nhằm thu được các phân đoạn rất nặng, người ta có thể dự kiến đến giải

pháp chưng cất chân không hai giai đoạn. Tháp chưng cất đầu tiên thường là tháp khô, cịn tháp thứ
hai là tháp ướt vì do độ đậm đặc của lưu thể đáy tháp nên phải bơm hơi nước nhằm vừa cấp nhiệt,
vừa làm loãng cặn đáy tháp đầu tiên. Sản phẩm từ đáy tháp thứ nhất sẽ làm nhập liệu cho tháp thứ
hai.
Chưng cất chân không sản xuất các loại dầu cơ sở


Các tháp chưng cất chân không sản xuất các loại dầu nhờn cơ sở được trang bị các thiết bị strippeur
cho trích dịng các phần cất. Tháp chưng cất được bổ sung các vùng phân đoạn ở giữa mỗi dịng
trích. Thường là dạng tháp ướt, có 4 phân đoạn trích ngang
Chưng cất chân không sản xuất bitum
Các tháp chưng cất chân khơng sản xuất bitum có bố trí cơng đoạn stripping ở đáy tháp và do vậy
được xem như ít nhất là bán ướt. Các tháp này hoạt động ở độ chân khơng lớn vì chúng rất nặng và
nhớt nên dễ bị phân hủy vì nhiệt.
Cấu tạo một số bộ phận quan trọng của tháp chưng cất chân không
a.

Đệm và bộ phân phối lỏng

Tháp chưng cất chân không trong thực tế hiện nay tất cả đều trang bị đệm cho các vùng phân đoạn
và vùng trao đổi nhiệt, nhằm hạn chế tổn thất áp suất. Vùng đáy tháp được trang bị các đĩa kiểu van
cổ điển.
Có hai loại đệm được sử dụng.
• Loại đệm vrac (xếp đệm ngẫu nhiên) tạo thành từ các vòng và lưới kim loại. Loại đệm này được sử
dụng cho các vùng trao đổi nhiệt
• Loại đệm cấu trúc (xếp đệm theo cấu trúc trật tự) được tạo thành từ chồng các lưới kim loại uốn
cong và đục lỗ Loại đệm này hữu hiệu hơn và đắt tiền hơn và nhất là được sử dụng trong các vùng
phân đoạn, tuy nhiên việc sử dụng chúng ngày nay có khuynh hướng phổ biến cho tồn bộ phần
tháp ở phía trên vùng rửa. Các vùng rửa có thể được tạo thành từ các loại lưới kim loại thô hơn
b.

Bơm chân không và thiết bị ngưng tụ kiểu bơm phụt

Trong chưng cất chân khơng có một hệ thống tạo chân không nhờ các bơm phụt. Các thiết bị bơm
phụt có chức năng hút và nén lại khí bằng cách tăng tốc dịng hơi nước (chất lỏng phát động) có áp
suất trung bình hoặc áp suất thấp (thường>6 bar) khi nó phụt qua ống tuye.
Pha hơi khi ra khỏi bơm phụt, nó bị ngưng tụ một phần trong thiết bị trao đổi nhiệt với nước làm
lạnh. Phần khí khơng ngưng đi qua tiếp các éjecteurs nối tiếp phía sau và cuối cùng đi về lò đốt.
Pha lỏng được thu hồi lại trong các chân ống của các tháp baromet, sau đó sẽ đi đến bình lắng gạn
để tách hydrocarbon ra khỏi nước acid bằng phương pháp lắng gạn. hydrocarbon được sử dụng lại
còn nước acid được đưa về thiết bị strippeur để loại nước acid đậm đặc, còn nước đã xử lý acid sẽ
được sử dụng lại.


III.

Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không

Các công đoạn chưng cất khí quyển và chưng cất chân khơng kết hợp đồng bộ ngày càng được áp
dụng. Phần cặn đi ra khỏi đáy của tháp khí quyển, sau khi đi qua lò đốt, sẽ là nguyên liệu trực tiếp
cho tháp chưng cất chân không. Thiết bị như vậy sẽ tránh được các công đoạn làm lạnh, đưa về bể
lưa trữ, sau đó lại bơm, rồi đun nóng lại phần cặn khí quyển trước khi vào tháp. Tổng bề mặt trao đổi
nhiệt và từ đó là giá đầu tư sẽ được giảm xuống. Điều đó sẽ làm lợi được về mặt năng lượng khoảng
20% so với sử dụng 2 phân xưởng riêng rẽ. Tuy nhiên, dựa trên quan điểm lý thuyết, sự vận hành
các cơng đoạn chưng cất khí quyển và chưng cất chân không là thường xuyên với nhau (khơng có lý
do để vận hành cụm đến sự phụ thuộc lẫn nhau giữa hai cơng đoạn, điều này có thể dẫn đến bất lợi
khi ta khử cốc cho lò của công đoạn chưng cất chân không (ngưng hoạt động khi khử cốc) trong khi
mà lị chưng cất khí quyển, lại không cần khử cốc (nhưng cũng phải ngừng hoạt động theo). Tuy vậy,
đối với các cơng đoạn có năng suất lớn, mà trong đó có nhiều thiết bị kép được lắp đặt nhằm làm dễ
dàng quá trình bảo dưỡng, làm vệ sinh ln trong lúc vận hành, thì việchoạt động liên tục nhiều năm

của công đoạn, không cần nghỉ vì lý do bảo dưỡng, là có thể được thực hiện.
Sau khi chưng cất dầu dưới áp suất khí quyển ở nhiệt độ 350 ÷ 370 oC, để chưng cất tiếp cặn còn lại
cần chọn điều kiện để loại trừ khả năng cracking và tạo điều kiện thu được nhiều phần cất nhất. Phụ
thuộc vào nguyên liệu từ cặn chưng cất khí quyển (mazut) có thể thu được distilat dầu nhờn cho cụm
sản xuất dầu nhờn, hoặc gasoil chân không - là nguyên liệu cho cracking xúc tác. Phương pháp phổ
biến nhất để tách các phân đoạn ra khỏi mazut là chưng cất trong chân không. Chân không hạ nhiệt
độ sơi của hydrocarbon và cho phép lấy được distilat có nhiệt độ sơi 500 oC ở nhiệt độ 410 ÷ 420 oC.
Tất nhiên khi gia  nhiệt  cặn  dầu  đến  420oC  thì  sẽ  diễn  ra  cracking  một  số  hydrocarbon, nhưng
nếu distilat nhận được sau đó được chế biến thứ cấp thì sự hiện diện của các hydrocarbon khơng no
khơng có ảnh hưởng đáng kể. Để điều chế distilat dầu nhờn thì phân hủy cặn phải ít nhất bằng cách
tăng hơi nước, giảm chênh lệch áp suất trong tháp chân không. Nhiệt độ sôi của hydrocarbon giảm
mạnh  nhất  khi  áp  suất  dư  thấp  hơn  50  mmHg.  Do  đó  cần  ứng  dụng  chân khơng sâu nhất
mà phương pháp cho phép.
Ngồi ra, để tăng hiệu suất distilat từ mazut đưa vào tháp chân không hơi nước quá nhiệt hoặc
chưng cất cặn chân không (gudron) với tác nhân bay hơi (phân đoạn ligroin- kerosen).
Chân không tạo thành nhờ thiết bị ngưng tụ khí áp hoặc máy bơm chân không (bơm piston, bơm
rotary, bơm phun hoặc bơm tia) mắc nối tiếp với nhau.

1. Thiết bị ngưng tụ bề mặt

Thiết bị ngưng tụ bề
mặt dạng cố định
Frezon


Bình ngưng frêơn thường sử dụng ống đồng có cánh về phía mơi chất lạnh.
Bình ngưng có thân hình trụ nằm ngang làm từ vật liệu thép CT 3, bên trong là các ống trao đổi nhiệt
bằng thép áp lực C20. Các ống trao đổi nhiệt được hàn kín hoặc núc lên hai mặt sàng hai đầu. Để có
thể hàn hoặc núc các ống trao đổi nhiệt vào mặt sàng, nó phải có độ dày khá lớn từ 20÷30mm. Hai
đầu thân bình là các nắp bình. Các nắp bình tạo thành vách phân dịng nước để nước tuần hồn

nhiều lần trong bình ngưng. Mục đích tuần hồn nhiều lần là để tăng thời gian tiếp xúc của nước và
môi chất; tăng tốc độ chuyển động của nước trong các ống trao đổi nhiệt nhằm nâng cao hệ số toả
nhiệt α. Cứ một lần nước chuyển động từ đầu này đến đầu kia của bình thì gọi là một pass.

Trong ống của thiết bị ngưng tụ bề mặt theo hệ thống 8 dòng nước lạnh chảy từ dưới lên trên. Nhờ
làm lạnh và ngưng tụ hơi trong không gian giữa các ống của thiết bị ngưng tụ bề mặt thể tích pha hơi
giảm mạnh và tạo thành chân không trong tháp.
Tuỳ theo kích cỡ và cơng suất bình mà các ống trao đổi nhiệt có thể to hoặc nhỏ. Các ống thường
được sử dụng là: Φ27x3, Φ38x3, Φ49x3,5, Φ57x3,5.
Bình ngưng có ống trao đổi nhiệt bằng thép có thể sử dụng cho hệ thống frêôn, nhưng cần lưu ý là
các chất frêơn có tính tẩy rửa mạnh nên phải vệ sinh bên trong đường ống rất sạch sẽ và hệ thống
phải trang bị bộ lọc cơ khí. Đối với frêơn an tồn và hiệu quả nhất là sử dụng bình ngưng ống đồng,
vừa loại trừ vấn đề tắc bẩn, vừa có khả năng trao đổi nhiệt tốt hơn, nên kích thước bình gọn.

2. Máy bơm chân khơng

Discharge:

Ống Xả

Suction:

Ống nạp

Discharge Port:

Cửa xả

Suction Port: Cửa hút

Impeller:

Cánh quạt

Liquid Ring:

Thùng chất lỏng

Biểu đồ trên cho thấy một mặt cắt ngang của bơm chân khơng. Nó hoạt động trên nguyên tắc piston
quay trong chất lỏng, trục và cánh bơm là bộ phận chuyển động. Các trục và bánh công tác lắp ráp
được đặt lệch tâm tương đối so với vỏ bơm. Khi cánh bơm quay chất lỏng (là liên tục cung cấp cho


máy bơm), lực văng ly tâm hướng ra ngoài tạo thành một vòng chất lỏng quay vòng đồng tâm với vỏ
bơm do các vị trí lệch tâm của cánh bơm chất lỏng sẽ di chuyển theo hướng từ trục của bơm tạo
thành vịng xốy kéo theo khơng khí được hút vào và xả khí ra tại các vị trí khoảng trống của cánh
bơm,
Khi cánh bơm quay, một dòng chất lỏng được được tạo ra bởi lực ly tâm do cánh bơm quay tạo ra
do cấu tạo đặc biệt khoảng trống ở cổng hút sẽ hút khơng khí thơng qua cổng hút. Sau khi cổng hút
được thông qua, chất lỏng buộc phải quay trở lại vào không gian giữa lưỡi các cánh bơm, từng bước
đẩy khơng khí ra ngồi qua cổng xả. Khi không gian giữa các lưỡi cánh công tác chạm tới cổng xả,
vịng chất lỏng sẽ buộc khơng khí bị nén giữa các lưỡi dao vào cổng xả.
Máy bơm chân không quay được trang bị bánh hoạt động gắn các gàu bất động đặt lệch tâm trong
thân máy bơm. Máy bơm được rót đầy nước hoặc chất lỏng khơng cháy và khơng ăn mịn các chi tiết
máy khác đến một mức, sao cho phần cuối của các gàu khi quay luôn nằm trong chất lỏng. Khi bánh
xe quay nhanh nước (chất lỏng) văng vào thành, tạo thành vòng nước cân bằng. Giữa các gàu và
vòng này dưới tác dụng của lực tâm sai của bánh xe tạo thành các ơ có thể tích khơng đồng đều-ở
dưới là ơ lớn, ở trên - ô nhỏ. Khi piston hoạt động nước được lấp đầy. Ở nửa vòng quay đầu của van
các ô to lên và các khe này khí được hút. Trong nửa vịng quay thứ 2 các ơ xẹp xuống, bị nén lại và
xả khí qua lỗ chuyên dụng. Chiều sâu chân không phụ thuộc vào nhiệt độ của chất lỏng làm việc. Do

đó, nước được nạp với nhiệt độ càng thấp càng tốt, chất lỏng được làm lạnh trong máy lạnh chuyên
dụng.
Máy bơm chân không quay nên được dùng khi khí nén khơng chứa hydrosunfua. Ưu điểm của máy
bơm này là có thể nối chúng trực tiếp với động cơ điện, khiến cho chúng gọn và chặt chẽ. Máy bơm
chân không quay hiệu RMK năng suất 720-1800 m3/h tạo thành chân không khoảng 720mmHg.

Bơm phun dạng tia
Hơi hoạt đông phun ra từ vòi phun 1 với tốc độ siêu âm. Nhờ sự trộn rối của tia hơi chuyển động
xoấy với các hạt khơng khí \, trong buồng hút 2 diễn ra sự hút khí kơhng ngưng tự và cuốn chúng vào
ống thắtt – buồng trộn 3 để trộn hoàn tàon hơi với khí. Buồng trộn 3 kết thúc bằng họng hình trụ. Trừ
hong dịng hơi trộn với khí được hút đi vào buồng khuếch tán 4 để chuyển động năng của dịng
thành cơng khi hỗn hợp rời khỏi thiết bị.


3. Thiết bị ngưng tụ khí áp

Thiết bị ngưng tụ khí áp
Thiết bị ngưng tụ khí áp gồm ống 3 có chiều cao 12m, trong đó các dịng khí và nước chuyển động
gặp nhau; hơi nước ngưng tụ và cùng với nước qua cửa van thủy lực chảy vào bể chứa hoặc thải
vào kênh. Van thuỷ lực được tạo thành như sau: đuôi của ống 3 ngập trong lớp nước trong bể 4.
Khơng khí và khí khơng ngưng tụ được hút bằng máy bơm chân không hoặc bơm tia nước.

Bơm tia hơi hai bậc


Bơm hai bậc với thiết bị ngưng tụ bề mặt

Hệ thống lắp ráp thiết bị ngưng tụ bơm tia