Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô có nhiều cấu tử nhẹ

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học bách khoa hà nội
*****

cộng hoà xà hội chủ nghĩa việt nam
Độc lập - Tù do - H¹nh phóc
--------o O o--------

nhiƯm vơ thiÕt kế tốt nghiệp
Họ và tên:
Hoàng Danh Kiên
Khoá học:
Hoá dầu 2
Khoa: Công nghệ hoá học
Nghành học : Công nghệ hữu cơ - Hoá dầu

1.Đầu đề thiết kế:
Thiết kế phân xởng chng cất dầu thô có nhiều cấu tử nhẹ
Năng suất 4.600.000 tấn/năm

2.Các số liệu ban đầu


...





3. Nội dung phần thuyết minh và tính toán:
- Tổng quan lý thuyết dầu mỏ

-Công nghệ của quá trình chng cất
-Tính toán công nghệ
-Xây dựng
-Tính toán kinh tế
4. Các bản vẽ(Ghi rõ các loại bản vẽ và kích thớc các bản vẽ)
- Dây chuyền sản xuấ t - khổ A0
- Thiết bị chính
- khổ A1
- Xây dựng
- khổ A0

5. Cán bộ hớng dẫn :
Phần:
Phần công nghệ:
Phần Xây dựng:

Họ tên cán bộ


6. Ngµy giao nhiƯm vơ:
7. Ngµy hoµn thµnh nhiƯm vơ:
Ngµy tháng
năm
Chủ nhiệm bộ môn
(ký và ghi rõ họ tên)

Kết quả điểm đánh giá
- Quá trình thiết kế:
- Điểm duyệt
:

- Bản vẽ thiết kế: :
Ngày

tháng năm 2004
Chủ tịch hội đồng
(ký và ghi rõ họ tên)

Cán bộ hớng dẫn
(ký và ghi rõ họ tên)

Học sinh hoàn thành
(và nộp toàn bộ thiết kế co khoa)

Ngày

tháng

Mục lục
Mở đầu
Phần I
Tổng quan lý thuyết
I.Nguyên liệu
1. Phân loại dầu mỏ
2. Phân loại dầu mỏ theo họ hydrocacbon
3. Thành phần hoá học
II.
Sản phẩm của khí chng cất
1. Phân loại khí hydrocacbon
2. Phân loại xăng
3. Phân loại kerosene

4. Phân loại diezen
5. Phân loại mazut

năm2004
sinh viên


6. Phân loại dầu nhờn
7. Phân đoạn Gudron
III. Xử lý dầu thô trớc khi chng cất
1. Tách tạp chất cơ học
IVCác phơng pháp chng cất
1.Chng đơn giản
2.Chng Phức tạp
V. Các yếu tố ảnh hởng
1.Chế độ nhiệt của tháp chng luyện
2. Yếu tố áp suất của tháp chng luyện
3. Điều khiển khống chế chế độ làm việc của tháp chng cất
4. Các loại tháp chng cất
Phần II
Công nghệ của quá trình
I.
II.

Phân loại sơ đồ công nghệ
Dây chuyền công nghệ
1.Chọn chế độ công nghệ và sơ đồ công nghệ
2.Chọn sơ đồ công nghệ
3. Thuyết minh sơ đồ chng cất dầu bằng phơng pháp hai tháp
4. Ưu điểm của sơ đồ chng cất 2 tháp

III. Thiết bị chính trong dây chuyền
1. Tháp chng cất
2. Các loại tháp chng luyện
IV.Thiết bị đun nóng
1. Đun nóng bằng khói lò
2. Thiết bị đun nónglò ống
V. Thiết bị trao đổi nhiệt khác
1. Loại vỏ bọc
2. loại ống
Phần III
tính toán công nghệ
I.
II.
III.

IV.
V.

VI.

Tính cân bằng vật chất
I.1 Tại tháp tách sơ đồ
I.2 Tại tháp tách phân đoạn
Thiết Lập đờng cân bằng (VE) cho các sản phẩm
II.1 Đờng cân bằng (VE) của sản phẩm xăng
II.2 Đờng cân bằng (VE) của sản phẩm kerosen
Xác định các đại lợng trung bình của sản phẩm
III.1 Tỷ trọng trung bình
III.2 Xác định nhiệt độ sôi trung bình
III.3 Tính phân tử lợng trung bình của các sản phẩm

Tính tiêu hao hơi nớc
IV.1 Tính tiêu hao hơI cho các phân đoạn
IV.2 Tính tiêu hao nớc cho các tháp tách
Tính chế đọ của tháp chng cất
V.1 Tính ¸p st cđa th¸p
V.2 TÝnh nhiƯt ®é cđa th¸p
V.3 TÝnh chỉ số hồi lu đỉnh tháp
Tính kích thớc của thap chng cất
VI.1 Tính đờng kính tháp


VI.2 Tính chiều cao của tháp
VI.3 Tính số chóp và đờng kính chóp
Phần IV
Xây dựng
I.
II.
III.

Xác định địa điểm xây dựng nhà máy
Các yêu cầu về vệ sinh công nghiệp
Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy

Phần VI
An toàn
I.
II.
III.
IV.
V.

Khi thiết kế mặt b»ng xÝ nghiƯp
Kü tht an toµn khi thiÕt kÕ sư dụng máy móc, thiết bị
An toàn điện
An toàn trong xây dựng
Biện pháp phòng chống cháy nổ trong nhà máy
Kết luận
TàI liƯu tham kh¶o


Lời cảm ơn

Em xin chân thành cảm ơn ts.Nguyễn Hữu Trịnh ngời đà tận tình hớng
dẫn giúp đỡ em về mặt kiến thức khoa học, với sự ân cần chỉ bảo của thầy đÃ
giúp đỡ em hiểu đợc những vấn đề cần thiết và hoàn thành bản đồ án này
đúng thời gian qui định.
Tuy nhiên với khối lợng công việc hoàn thành trong thời gian có
hạnnên em không thể tránh khỏi nhwngx sai sót và vớng mắc nhất định. Vậy
em kính mong thầy giáo, cô giáo chỉ bảo cho em.
Một lần nữa cho em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ác thầy giáo cô
giáo trong Bộ môn Công Nghệ Hữu Cơ - Hoá dầu đà tạo điều kiện giúp đỡ
em trong thời gian vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên
Hoàng Danh Kiên

Mở đầu

Dầu mỏ đợc con ngời biết đến từ thời cổ xa, đến thế kỉ 18, dầu mỏ đợc
sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng. Sang thế kỉ 19, dầu mỏ đợc coi
nh là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phơng tiện giao thông và cho nền kinh
tế quốc dân.
Hiện nay, đà trở thành nguồn năng lợng quan trọng nhất của mọi quốc
gia trên thế giới. Khoảng 65 - 70% năng lợng đợc sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ
có 20 - 22% năng lợng đi từ than, 5 - 6% năng lợng đi từ nớc và 8 - 12% từ
năng lợng hạt nhân.
Bên cạnh đó hớng sử dụng mạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ là
làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu nh:sản xuất cao su, chất
dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón, thậm chí cả
prôtêin.
Ngoài các sản phẩm nhiên liệuvà sản phẩm hoá học của dầu mỏ, các sản
phẩm phi nhiên liệu nh dầu mỡ bôi trơn, nhựa đờng, 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 xà 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 đợc có chất lợng cao, ít tạp chất và dễ tinh chế, dễ tạo ra nhiều chủng loại
sản phẩm đáp ứng mọi nhu cầu của các nghành kinh tế quốc dân.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí, trên thế giới,
dầu khí Việt Nam cũng đà đợc phát triển từ những năm 1970 và đang trên đà
phát triển. Chúng ta đà tìm ra nhiều mỏ chứa dầu trữ lợng tơng đói lớn nh mỏ
Bạch Hổ,Đại Hùng, mỏ Rồng vùng Nam Côn Sơn;
Các mỏ khí nh Tiền Hải(Thái Bình), Lan Tây, Lan Đỏ.Đây là nguồn
tàI nguyên quí để giúp nớc ta có thể bớc vào kỷ nguyên mới của công nghệ
dầu khí. Nhà máy lọc đầ số 1 Dung Quất với công suất 6,5 triệu tấn /năm sắp

hoàn thành dể hoạt động và đang tiến hành phê chuẩn nhà máy lọc dầu số 2.
Nh vậy nghành công nghiệp chế biến dầu khí ở nớc ta đang bớc vào thời kỳ
mới, thời kỳ mà cả nớc ta đang thực hiện mục tieu công nghiệp hoá và hiện
đại hoá. Chắc chắn ự đóng góp của nghành dầu khí sẽ rất có ý nghĩa, không
những chỉ bằng các chỉ tiêu kinh tÕ cơ thĨ mµ nghµnh kinh tÕ mịi nhän này
còn là nguồn đoọng viêntinh thần của toàn Đảng ,toàn dân ta và nhất là các
thành viên đang hoạt động trong nghành dầu khíhăng hái lao động sáng tạo,
góp phần xây dựng đất nớc.
Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lợng của quá trình chế
biến. Theo các chuyên gia về hoá dầu ở Châu Âu, Việc đa dầu mỏ qua các
quá trình chế biến nâng cao đợc hiệu quả sử dụng của dầu mỏ lên 5 lần, và
nh vậy tiết kiệm đợc nguồn tài nguyên quí hiếm này.
Dầu mỏ là hỗn hợp phhức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí
dầu mỏ và các hợp chất khác nh co2, N2, H2S, He, Ar …. DÇu má mn sư
dơng đợc thì phảI tiến hành phân chia thành từng phân đoạn nhỏ.Sự phân chia
đó dựa vào phơng pháp chng cất ở các khoảng nhiệt độ khác nhau .Quá trình
chng cất dầu là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các thành phần
gọi là các phân đoạn . Quá trình này đợc 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 .Tùy theo biện pháp tiến hành chng
cất mà ngời ta phân chia quá trình chng cất thành chng cất đơn giản ,chng cất
phức tạp ,chng cất nhờ cấu tử bay hơi hay chng cất trong chân không.Trong
các nhà máy lọc dầu ,phân xởng chng cất dầu thô cho phép ta thu đợc 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 dây chuyền chng cất dầu thô nhiều phần nhẹ.
Đồng thời xem xét thiết kế mặt bằng phân xởng và vấn ®Ị an toµn lao ®éng.

Phần I
Tổng quan lý thuyết
I.

Nguyên liệu

Dầu mỏ là một nguyên lệu hydrocacbon co trong thiên nhiên,có thành
phần hoá học rất phức tạp, có những đặc tính vật lý thay đổi trong giới hạn rất
rộng nh độ nhớt, màu sắc và tỷ trọng. Màu sắc của dầu mỏ nguyên khai có thể
là màu sáng cho đến màu nâu đen. Tỷ trọng cã thĨ thay ®ỉi tõ 0.7 - 1, ®é nhít
cịng thay đổi từ 1 - 50 cst ở 200 C.
Thành phần hoá học của dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp, gồm rất nhiều
hydrocacbon. Các hydrocacbon thờng thuộc vào 3 hä: hä parafinic, hä
naphtenic, hä aromatic hay cßn gäi là hydrocacbon thơm.
Với mức độ phức tạp khác nhau, trong cấu trúc dầu mỏ đồng thời cũng có
nặt hydrocacbon loại cấu trúc hỗn hợp cả 3 loại trên. Trong dầu mỏ nguyên
khai không có họ olephinic và sự phân bố của các hydrocacbon kể trên trong
dầu mỏ quyết định công nghệ chế biến, hiệu suất và chất lợng sản phẩm.
1. Phân loại dầu mỏ
Nh ta đà 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 thµnh tõng nhãm cã tÝnh chÊt
gièng nhau rÊt khã. Trong dầu mỏ thành phần chủ yếu và quan trọng nhất
quyết định các đặc tính cơ bản của dầu mỏ chính là thành phần các hợp chất
hydrocacbon chứa trong nó. Cho nên dầu mỏ thông thờng đợc chia thành
nhiều loại. Tuy nhiên bên cạnh hydrocacbon còn có những thành phần không
phải là hydrocacbon, tuy ít nhng chúng không kém phần quan trọng. Do đó
cha có một sự phân loại bao trùm các tính chất khác nhau và vì vậy cho đến
nay cũng cha có cách phân loại nào đợc hoàn hảo.
2. Phân loại dầu mỏ theo họ hydrocacbon

Phân loại dầu mỏ theo họ hydrocacbon là phơng pháp phân loại
thông dụng nhất. Theo cách phân loại này dầu mỏ nói chung sẽ mang đặc
tính của loại hydrocacbon nào chiếm u thế trong đó nhất. Nh vậy trong dầu
mỏ có 3 loại hydrocacbon chính: paraffin, naphaten và hydrocacbon thơm, có
nghĩa là sẽ có 3 loại dầu mỏ tơng ứng là dầu mỏ parafinic, dầu mỏ naphtenic,
dầu mỏ aromatic, nếu một trong từng loại trên lần lợt chiếm u thế về số lợng
trong dầu mỏ.
Dầu mỏ parafinic sẽ mang tính chất hoá học và vật lý đặc trng của các
hydrocacbon họ parafinic, tơng tự dầu mỏ naphtenic sẽ mang tính chất hoá
học và vật lý đặc trng của hydrocacbon họ naphtenic. Dầu mỏ aromatic sẽ
mang tính chất hoá học và vật lý đặc trng của hydrocacbon họ thơm.
Tuy nhiên trong thành phần nặng trên 3500C các hydrocacbon thờng
không còn nằm ở dạng thuần chủng nữa mà bị hỗn hợp lẫn nhau,lai hoá lẫn
nhau. Do đó để phân loại thờng phải xét sự phân bố từng họ hydrocacbon chỉ
trong các phân đoạn chng cất. Trong thực tế những họ dầu thuần chủng rất ít
gặp đặc biệt là họ dầu aromatic hầu nh trên thế giới không có. Vì vậy những
trờng 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 ®ã.


Nh vậy 3 họ dầu chính sẽ gặp những họ dầu trung gian giữa parafinic naphtenic - aromatic.
Bằng cách nh vậy rõ ràng dầu mỏ có thể phân thành các hä sau:
Cã 3 hä chÝnh
+ Hä parafinic
+ Hä naphtenic
+ Hä aromatic
Cã 6 hä dÇu trung gian:
Hä naphteno – parafinic
Hä parafino – naphtenic

Hä aromato – naptenic
Hä naphteno – aromatic
Hä aromato – parafinic
Họ parafino aromatic
Có 6 loại dầu hỗn hợp:
Họ parafino – aromano – naphtenic
Hä aromato – parafino – naphtenic
Hä naphteno – parafino – aromatic
Hä parafino – naphteno – aromatic
Hä naphteno – aromato – parafinic
Hä aromato – naphteno – parafinic.
Trong thùc tÕ, dÇu hä aromatic, dÇu hä aromato – parafinic, parafino
– aromatic hầu nh 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 nh trên có thể sử
dụng phơng 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 nh vậy rất phức tạp. Ngày nay để đơn giản hoá
việc phân loại , thờng sử dụng các thông số vật lý nh tỷ trọng, nhiệt độ sôi
v.v
*Phân loại dầu mỏ theo hydrocacbon bằng cách đo tỷ trọng của 2 phân
đoạn dầu mỏ tách ra trong giới hạn sau:
- Phân đoạn 1: Bằng cách chng cất dầu mỏ áp suất thờng lấy ra phân
đoạn có giới hạn nhiệt độ sôi từ 250-2700C.
- Phân đoạn 2: Bằng cách chng cất phần còn lại trong chân không(ở 40
mmHg) lấy ra phân đoạn sôi ở 275-3000C ở áp suất chân không (tơng ứng
390 - 4150C ở áp suất thờng).
Căn cứ vào tỷ trọng ta đo đợc 2 phân đoạn và đối chiếu vào giới hạn
qui định cho từng loại dầu trong bảng dới đây mà xếp dầu thuộc họ nào.

Họ dầu mỏ

Phân đoạn 1

Phân đoạn 2


Hä parafinic

≤ 0,8251

≤0,8762

Hä parafino - trung gian

≤ 0.8251

0,8767 ÷ 0,334

0.8256 ÷ 0,8597

< 0,8762

0.8256 ÷ 0,8597

< 0,8767 ÷ 0.9334

0,8265 ÷ 0,8597

≥ 0.9340

≥0,8602

0.8767 ÷ 0.9334

≥0,8602

≥ 0.9304

Hä trung gian - parafinic
Hä trung gian
Hä trung gian-naphtenic
Họ naphteno- trung gian
Họ naphtenic

2. Thành phần hoá học
a) Hydrocacbon hä parafinic
Hydrocacbon hä parafinic trong dÇu má cã tõ C1 - C4 hoặc cao hơn . Nhng
hydrocacbon họ parafinic từ C1 - C4 đều là ở thể khí nằm trong dầu mỏ dới
dạng hoà tan trong dầu mỏ trớc khi đa 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 mỏ. Những hydrocacbon họ parafinic từ C5 C16 đều là những hydrocacbon ở dạng lỏng chúng nằm trong các phân đoạn
xăng, phân đoạn kerosene, 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 paraffin: n-parafin và izo-parafin. Trong
đó n-parafin chiếm ®a sè (25 - 30% thĨ tÝch), chóng cã sè nguyêntử cacbon
từ C1 - C45 . Một điểm cần chú ý là các n-parafin có số cacbon 18, ở nhiệt độ
thờng chúng đà là chất rắn. Chúng có thể hoà tan trong dầu hoặc tạo thành
các tinh thể lơ lửng trong dầu. Nếu hàm lợng của cac paraffin rắn này cao,
dầu có thể đông đặc lại gây khó khăn cho vấn đề vận chuyển. Do vậy, các

chất paraffin rắn có liên quan đến độ linh động của dầu mỏ. Hàm lợng của
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, nh để điều chế
: Chất tẩy rửa tổng hợp, tơ sợi, phân bón, chất dẻo .
Các izo-parafin thờng chỉ nằm ở phần nhẹ và phần có nhiệt độ sôI trung
bình của dầu. Chúng thờng có cấu trúc đơn giản: mạch chính dài, nhánh phụ
ít và ngắn, nhánh phụ thờng là nhánh metyl. Các izo-parafin có số các bon từ
C5 - C10 là các cấu tử rất quí trong phần nhẹ của dầu mỏ, chúng làm tăng
khẳnng chống kích nổ của xăng. So với n-parafin thì izo-parafin có độ linh
động cao hơn.
Thành phần và cấu trúc của cac hydrocacbon họ parafinic này trong
các phân đoạn của dầu mỏ quyết định rất nhiều đến hiệu suất và chất lợng của
các sản phẩm thu đợc. Những hydrocacbon họ parafinic từ C17 trở lên có cấu
trcs thẳng n-parafin, trong dầu mỏ là những hydrocacbon rắn, chúng thờng
nằm dới 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 - 470C chúng thờng có trong các phân đoạn dầu nhờn. Sự có mỈt


của các hydrocacbon parafinic loại này trong dầu mỏ tuỳ theo mức độ nhiều
ít mà sẽ có ảnh hởng lớn nhỏ đến tính chất lu 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 thờng sử dụng hoặc
cả phân đoạn (phân đoạn khí và xăng hay còn gọi là naphten) hoặc tách ra
khỏi phân đoạn dới dạng các hydrocacbon riêng lẻ bằng cách chng cất, hấp
thụ qua dÃy phân tử, kết tinh ở nhiệt độ thấp ... Những parafin rắn thờng đợc
tách ra sử dụng trong công nghiệp sản xuất giấy, nến, giấy cách điện...
b) Hydrocacbon họ naphtenic
Hydrocacbon họ naphtenic trong dầu mỏ la những hydrocacbon vòng no
(xyclo parafin), thờng ở dạng vòng 5,6 cạnh có thể ở dạng ngng tơ 2 - 3 vßng,

víi sè vßng tõ 1 - 4 lµ chđ u. Naphtenic lµ mét trong sè hydrocacbon phổ
biến và quan trọng trong dầu mỏ. Hàm lợng cđa chóng cã thĨ thay ®ỉi tõ 30 60% träng lợng.
Hydrocacbon naphtenic là cac thành phần rất quan trọng của nhiên liệu
mô tơ và dầu nhờn. Các naphtenic một vòng làm cho xăng có chất lợng 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 quí cho nhiên liệu phản lực, vì chúng
cho nhiệt cháy rất cao, đồng thời giữ đợc 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 là nguyên liệu quí để từ đó điều chế đợc các
hydrocacbon thơm: benzene, toluene, xylem (BTX), là các chất khởi đầu để
điều chế tơ sợi tổng hợp và chất dẻo.
Hydrocacbon họ naphenic là một thành phần quan trọng có hàm lợng
cấu trúc, cấu trúc và sự phân bố của chúng trong các phân đoạn có ảnh hởng
rất lớn đến hiệu suất và chất lợng sản phẩm thu đợc.
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 nghĩ quan trọng, quyết định hiệu suất các hydr
naphten tạo thơm nhận đợc qua phản ứng khử hydro naphten tạo thơm cđa
qu¸ triÝnh reforming xóc t¸c.
c) C¸c hydrocacon hä aromatic (hydrocacbon thơm)
Hydrocacbon họ aromatic trong dầu mỏ thờng chiếm tỷ lệ ít hơn hai loại
trên khoảng 5 - 30%, chúng thờng là hững loại vòng thơm. ảnh hởng của
hydrocacbon loại này trong thành phần các sản phẩm dầu mỏ thay đổi khác
nhau. Loại hydrocacbon aromatic thờng gặp là loại một vòng và đồng đẳng
của chúng (BTX). Các chất này thờng nằm trong phần nhẹ và là cấu tử làm
tăbg khẳ năng chống kích nổ của xăng. Các chất ngng tụ 2,3 hoặc 4 vòng
thơm có mặt trong phần có nhiệt độ sôi trung bình à cao của dầu mỏ; hàm lợng các chất này thờng ít hơn.
Trong thành phần cặn các loại dầu mỏ đều tập trung các hydrocacbon
loại thơm ngng tụ cao song ở đây cấu trúc đà bị lai hợp với các mức độ khác

nhau giữa 3 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 cha S và nhựa
asphanten.
d) Các hợp chất chứa lu huỳnh
Các hợp chất chứa lu huỳnh của 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 lu huỳnh càng nhiều so với các phân
đoạn nhẹ. Các chất hữu cơ có chứa lu huỳnh là loại hợp chất phổ biến nhất,
làm xấu đi chất lợng của dầu thô.
ảnh hởng của các hợp chất chứa lu huỳnh chủ yếu gây ăn mòn thiết bị
công nghệ khi chế biến, ăn mòn độngncơ khi sử dụng, các sản phẩm chứa
nhiếu lu huỳnh gây ô nhiễm môi trờng. Vì vậy dầu mỏ chứa nhiều các hợp
chất chứa lu huỳnh phải sử dụng nhiều quá trình công nghệ phụ thêm để làm
sạch các sản phẩm cũng nh sử dụng các thiết bị công nghệ với các vật liệu
chịu ăn mòn ( tháp chng 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 lợng mong
muốn.
c) Các hợp chất nhựa asphanten
Các hợp chất nhựa asphenten thờng nằm trong phần cặn của dầu
mỏ ở nhiệt đọ sôI 3500C. Đó là những hợp chất hữu cơ có trọng lợng phân tử
lớn, trong cấu trúc có cả vòng thơm, vòng asphenten, các mạch thẳng đính
xung quanh đồng thời còn chứa các nguyên tố C, H, O, S, N dới dạng dị vòng
hay cầu nối. Hàm lợng và thành phần hoá học các chất này trong dầu mỏ
quyết định đến việc chọn lựa các phơng pháp, đến hiệu suất và chất lợng 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 nh Ni, Fe,
Cu
Tất cả các hợp chất này đều gây cản trở cho việc chế biến dầu mỏ.
II.

Sản phẩm của quá trình chng cất

Khi tiến hành chng cất sơ bộ dầu mỏ chúng ta nhận đợc nhiều phân
đoạn dầu mỏ. Chúng đợc phân biệt với nhau bởi giói hạn nhiệt độ sôi hay
nhiệt độ chng bởi thành phần hydrocacbon, độ nhớt, nhiệt độ chớp cháy,
nhiệt độ đông đặc và nhiều tính chất khác có liên quan đến việc sử dụng. Tử
chng cất ta nhân đợc các sản phảm sau:
-

Phân đoạn khí hydrocacbon.

Phân đoạn xăng còn có thể chia thành 2 phân đoạn: Xăng nhẹ chứa các cấu
tử tf C5 - C8 có nhiệt độ sôi dới 1100C. Xăng nặng chứa các cấu tử từ C5 - C10
với nhiệt độ sôi từ 110 - 1800C.
Phân đoạn kerosene có nhiệt độ sôi từ 180 - 2500C . Bao gåm
c¸c cÊu tư tõ C11 - C15.

-

-

Phân đoạn gazoi nhẹ có khoảng nhiệt độ sôI 250 - 3500C bao
gåm c¸c cÊu tư tõ C10 - C20 .

-

Phân đoạn gazoil nặng hay còn gọi là phân đoạn dầu nhờn bao
gồm các cáu tử từ C21 - C35.

-

Phân đoạn cặn goudron co nhiệt độ sôi > 5000C bao gồm các
cấu tử từ C41 trở lên và có thể lên tới C50, C60.

1. Phân đoạn khí hydrocacbon
Khí hydrocacbon chủ yếu là C3 - C4 tuỳ thuộc vào công nghệ chng cất phân
đoạn C3 - C4 nhận đợc là thể khí. Phân đoạn này thờng đợc làm nguyên liệu
cho quá trình chia khí để nhận các khí riêng biệt cho công nghệ chế biến tiếp
theo thành những hoá chất cơ bản hay đợc làm nguyên liệu dân dụng.
2.Phân đoạn xăng
Phân đoạn xăng thờng đợc sử dụng vào 3 mục đích chủ yếu
sau:
- Sản xuất nguyên liệu cho động cơ xăng
- Sản xuất nguyên liệu cho công nghiệp hoá dầu
- Sản xuất dung môi cho công nghiệp hoá học.
Trong thành phần nguyên liệu xăng nói chung đều có nhiều hydrocacbon,
parafin, và aromat chiếm ít hơn nghĩa là hàm lợng các cấu tử có trị số octan
cao. Vì vậy phân đoạn xăng lấy trực tiếp từ dầu mỏ thờng không đáp ứng đợc
yêu cầu về khẳ năng chống kích nổ khi ứng dụng làm nguyên liệu cho động
cơ xăng, chúng có trị sè octan thÊp tõ 30 - 60 trong khi yªu cầu trị số octan
cho động cơ xăng phải từ trên 70. Vì vậy để có thể sử dụng đợc phải áp dụng
các biện pháp nâng cao khả năng chống kích nổ của xăng ( nâng cao trị số
octan) lấy trực tiếp từ dầu mỏ.

Phân đoạn xăng còn đợc sử dụng vào mục đích sản xuất nguyên
liệu cho hoá dầu, chủ yếu dùng để sản xuất các hydrocacbon thơm
(BTX) và dùng để sản xuất các hydrocacbon olefin nhẹ (etylen,
propylene, butadien).
3. Phân đoạn kerosen
Nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực đợc chế tạo từ phân đoạn
kerosene hoặc từ hỗn hợp giửa phân đoạn kerosene với xăphan đoạn xăng.
Do đặc điểm cơ bản nhất của nhiên liệu ding cho động cơ phản lực là làm
sao có tốc độ cháy lớn, dễ dàng tự bốc cháy ở bất kỳ nhiệt đọ và áp suất nào,
cháy điều hoà không bị tắt trong dòng không khí có tốc độ xoáy lớn nghĩa là
quá trìh cháy phảI có ngọn lửa ổn định. Để đáp ứng yêu cầu trên ngời ta they
trong thành phần các hydrocacbon của phân đoạn kerosene thì các
hydrocacbon naphten và parafin thích hợp với đặc điểm của quá trình cháy
trong động cơ phản lực nhất. Vì vậy phân đoạn kerosene và phân đoạn xăng
của họ dầu mỏ naphteno parafin hoặc parafino- naphten là nguyên liệu tốt
nhất để sản xuất nhiên liệu cho động cơ phản lực nêu hàm lợng lu huỳnh
hoạt động lớn, ngời ta phảI tiến hành làm sạch nhờ xử lý hydro.
Phân đoạn kerosene của dầu mỏ họ parafinic đợc sử dụng để sản xuất
dầu hoả dân dụng mà không đòi hỏi quá trình biến đổi thành phần bằng các
phơng pháp hoá học phức tạp vì nó đapớ ứng đợc yêu cầu.
4.Phân đoạn diezen


Phân đoạn diezen là phân đoạn có nhiệt đọ sôI từ 240 - 3600C ding làm
nguyên liệu diezen, khi nhận nguyên liệu này từ dầu mỏ có rất nhiều lu huỳnh
cho nên ngời ta phảI khử các hợp chất lu huỳnh bằng hydro hoá làm sạch.
Phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 200 - 3000C, cao nhất là 3400C . Phân đoạn này
từ dầu mỏ chứa rất nhiều hydrocacbon parafin còn phảI tiến hành tách nparafin. n-Parafin tách đợc sẽ dùng để sản xuất parafin lỏng.
3. Phân đoạn mazut
Đó phân đoạn cặn chng cất khí quyển, phân đoạn này dùng làm nhiên liệu đốt

lò cho các lò công nghiệp, lò phản ứng,. Nó hay đợc sử dụng cho các quá
trình chng cất chân không để nhận các cấu tử dầu nhờn hay nhận nhiên liệu
cho quá trình cracking xúc tác, cracking nhiệt và hydrocacking.
4.Phân đoạn dầu nhờn
Phân đoạn này có nhiệt độ từ 350 - 5000C, 350 - 5400C đợc gọi là
gazoil chân không. Đó là nguyên liệu cho quá trinh cracking xúc tác hay
hydrocracking. Còn phân đoạn dầu nhờn có nhiệt độ sôi hẹp từ 320 - 4000C,
300 - 4200C, 400 - 4500C đợc làm nguyên liệu cho sản xuất dầu nhờn bôI
trơn.
5. Phân đoạn gudron
Là sản phẩm cặn của quá trình chng cất đợc làm nguyên liệu cho quá
trình cốc hoá để sản xuất cốc hoặc để chế tạo bitum các loại khác nhau hoặc
để chế tạo thêm phần dầu nhờn nặng.
* Trong các phân đoạn trên thì phân đoạn xăng, kerosene, diezen là
những phân đoạn quan trọng, chúng đợc gọi là các sản phẩm trắng, vì chúng
cha bị nhuốm màu,. Phân đoạn mazut, dầu nhờn, gudron ngời ta gọi là sản
phẩm đen.
Do vậy trong dầu mỏ loại nào có trữ lợng các sản phẩm trắng cao thì đó là
loại dầu rất tốt cho quá trình chế biến thu các sản phẩm về nhiên liệu. Chính
vì thế mà tiềm lợng sản phẩm trắng đợc xem là một trong những chỉ tiêu đánh
giá chất lợng của ầu thô.
III. xử lý dầu thô trớc khi chng cất
Dầu thô trớc khi khai thác từ các mỏ dầu và chuyển vào các nhà máy
chế biến. Trớc khi chế biến phải tiến hành làm ổn định dầu vì trong dầu còn
có các loại khí hoà tan nh khí đồng hành và các khí phi hydrucacbon. Khi dầu
phun ra khỏi các giếng khoan thì áp suất giảm, nhng dù sao vẫn còn lại mọt lợng nhất định lẫn vào trong dầu và phảI tách tiếp trớc khi chế bíên, mục đích
là hạ thấp áp suất hơi khi chng cất dầu thô và nhận thêm nguồn nguyên liệu
cho chế biến dầu. Vì trong các khí hydrocacbon nhẹ từ C1 - C4 là nguyên liệu
quý cho quá trình nhận olefin. Xử lý chế biến thực chất là chng tách bớt phần
nhẹ những để tránh bay hơi cả phần xăng, tốt nhất là tiến hành chng cất ở áp

suất cao khi đó chỉ có các cấu tử nhẹ hơn C4 bay hơi, còn phần từ C5 trở lên
vẫn còn lại trong dầu.
Muốn xử lý dầu thô trớc khi đa vào chng cất chúng ta phải trải qua những bớc
tách cơ bản
Tách tạp chất cơ học, nớc, muối lÉn trong dÇu


Nớc lẫn trong dầu ở dới mỏ chỉ ở dạng tự do chứ không có dạng nhũ tơng. Khi khai thác, bơm, phun dầu, các quá trình khuấy trộn thì nớc cùng với
các tạp chất tạo thành ở dạng nhũ tơng.
Nớc nằm dới dạng nhũ tơng thì rất bèn vững và khó tách. Có hai dạng
nhũ tơng:
+ Dạng nhũ tơng nớc trong dầu
+ Dạng nhũ tơng dầu trong nớc
Lợng nớc ở trong dầu nhiều hay ít trong nhũ tơng dầu ở mỏ khai thác
bằng cách nhìn màu sắc, qua thực nghiƯm ngêi ta kiĨm tra thÊy nÕu dÇu chøa
10% níc thì màu cũng tơng tự dầu không chứa nớc. Nếu nhũ tơng dầu chứa
15 - 20% nớc, có màu ghi đến vàng, nhũ tơng chứa 25% nớc có màu vàng.
Dầu mỏ có lẫn nớc ở dạng nhũ tơng đa đi chế biến thì không thể đợc
mà phảI khử chúng ra khỏi dầu. Khử nớc và muối ra khỏi dầu đến giới hạn
cho phép, cần phải tiến hành ở nơi khai thác là tốt nhất .
Tiến hành tách nớc ở dạng nhũ tơng có 3 phơng pháp:
Phơng pháp cơ học ( lắng lọc ly tâm).
Tách nhũ tơng nớc trong dầu bằng phơng pháp hoá học.
Tách bằng phơng pháp dùng điện trờng
a) tách bằng phơng pháp cơ học (lắng- lọc- ly tâm)
khi dầu và nớc trong dầu cha bị khuấy trộn mạnh và nớc ở trong dầu ở dạng
tự do với hàm lợng lớn có thể gần 50% và cao hơn
*Phơng pháp lắng: Phơng pháp này dùng khi dầu mới khai thác ở giếng
khoan lên,dầu và nớc cha bị khuấy trộn nhiều nên nhũ tơng mới tạo ít và nhũ
tơng cha bền vững, nớc ở dạng tự do còn tơng đối lớn. Dầu mỏ này ngời ta

đem đi lắng, nhờ tỷ trọng nớc lớn hơn dầu nớc sẽ lắng sơ bộ và tháo ra ngoài.
Tốc độ lắng của các hạt nớc tính theo công thức Stockes nếu kính thớc
hạt lớn hơn 0,5 àm .
V=

r 2 (d1 d 2 ) g
18.

(1)

Trong đó:
V: tóc độ lắng, cm/s
R: đờng kính hạt
d1,d2: tỷ trọng nớc và dầu tơng ứng, g/cm3
g: gia tốc trọng trờng, cm/s2
: độ nhớt động học của hỗn hợp.
Từ công thức (1) ta thấy kích thớc hạt của pha phân tán càng nhỏ và tỷ
trọng của nớc và dầu khác nhau càng ít. Độ nhớt của môi trờng càng lớn thì
sự phân lớp và lắng càng xảy ra chậm.
Việc tách nớc và tạp chất thực hiện ở nơI khai thác và gia nhiệt ở thiết
bị đốt nóng.
ở các nhà máy chế biến dầu tách nớc thờng gia nhiệt để lắng, khống
chế nhiệt độ từ 120 - 1600C và p = 8 - 15 at để cho nớc không bay hơi. Quá
trình lắng thờng xảy ra trong thời gian 2 - 3 giê.


* Phơng pháp ly tâm: Phơng pháp ly tâm tách nớc ra khỏi dầu nhờ tác
động của lực ly tâm để tách riêng các chất lỏng có tỷ trọng khác nhau.
Giá trị lực ly tâm xác định theo phơng trình sau:
F = K.m.r.n2

K = 2 2
60
m: khối lợng hạt nớc (g)
r: bán kính quay (cm)
n: số lợng vòng quay của máy ly tâm (vòng/phút)
Lực ly tâm và tốc độ tách nớc thay đổi tỷ lệ thuận với bán kính quay
và tỷ lệ với bình phơng số vong quay của roto. Trong công nghiệp thờng dùng
máy ly tâm có vòng quay tõ 3500 - 5000 vßng trong mét phót. Sè vßng quay
càng lớn thì khẳ năng chế tạo thiết bị càng khó khăn và không thể chế tạo
thiết bị với công suất lớn.
Nhựơc điểm của phơng pháp này là công suất máy bé, khẳ năng phan
chia không cao, vốn chi tiêu lớn vì vậy phơng pháp này không phổ biến trong
công nghệ tách nớc và tạp chất.
* Phơng pháp lọc:
Là tách nớc ra khỏi dầu sử dụng khi mà hỗn hợp nhũ tơng dầu đà bị
phá vỡ nhng nớc vẫn ở dạng lơ lững trong dầu mà cha đợc lắng xuống đáy.
Dùng phơng pháp này là nhờ lợi dụng tính chất thấm ớt chọn lọc của các chất
lỏng khác nhau lên các chất lọc khác. Phơng pháp lọc đạt hiệu quả rất cao và
đồng thời có thể tách cả nớc lẫn muối.
b) Tách nhũ tơng nớc trong dầu bằng phơng pháp hoá học
Bản chất của phơng pháp hoá học là cho thêm một hoá học hoạt động
bề mặt để phá nhũ tơng.
Khi các điều kiện thao tác nh nhiệt độ, áp suất đợc chọn ở chế độ thích
hợp thì hiệu quả của phơng pháp cũng rất cao nhng khó khăn nhất là phảI
chọn đợc chất bề mặt thích hợp không gây hậu quả khó khăn cho chế biến sau
này cũng nh không phân huỷ hay tạo môI trờng thiết bị.
c) Tách bằng phơng pháp dùng điện trờng.


Dầu đà tách muối nuớc

Máy biến áp

LC

Muối, nuớc
trộn

Dầu thô

LC

Nuớc sạnh

Trao đổi nhiệt

Hình 1*: Sơ đồ công nghệ khu muối nuớc bằng điện

Phơng pháp ding điện trờng để phá nhũ, tách muối khỏi dầu là một phơng pháp hiện đại công suất lớn quy mô công nghiệp và dễ tự động hoá nên
các nhà máy chế biến dầu lớn đều sử dụng phơng pháp này.
Vì bản thân các tạp chất đà là các hạt dễ nhiễm điện tích nếu ta ding
lực điện trờng mạnh sẽ làm thay đổi điện tích, tạo điều kiện cho các hat đông
tụ hay pứ triển làm cho kích thớc lớn lên do vậy chúng dễ tách ra khỏi dầu.
Sự tơng tác giữa điện trờng và các hạt làm cho các hạt tích điên lắng
xuống. Nguyên tắc này đợc áp dụng để tách muối ra khỏi dầu thô. Dầu thô đợc đốt nóng trong các thiêt bị trao đổi nhiệt rồi trọn lại với mọt lợng nớc sạch
để tạo thành nhũ tơng chứa muối. Lực hút giữa các hạt tích điện làm chúng
lơn lên và ngng tụ thành hạt có kích thớc lớn, chúng dễ tách thành lớp nớc
nằm dới dầu.
Trên thực tế ngời ta pha thêm nớc vào dầu một lợng từ 3 - 8% so với
dầu thô và có pha thêm hoá chất rồi cho qua van tạo nhũ tơng sau khi qua
thiết bị trao ®ỉi nhiƯt ë nhiƯt ®é tõ 130 -1500C mi trong dầu thô đợc chuyển

vào nhũ tơng. Khi dẫn vào khoảng cách giữa hai điện cực có hiệu điện thế từ
20.000 vôn trở lên chúng tích điện vào nhau và tăng dần kích thớc cuối cùng
tách thanh lơp nớc nằm ở dới dầu. Tránh sự bay hơi dầu do tiếp xúc ở nhiệy
độ cao, áp suất ở trong thiết bị tách muối đợc giữ ở áp suất 9 - 12 kG/cm2, bộ
phận an toàn đợc bố trí ngay trong thiết bị. Khi t¸ch mét bËc ngêi ta cã thĨ
t¸ch 90 - 95% muối, còn tách hai bậc hiệu suất tách muối lên tới 99%.
IV các phơng pháp chng cất
ý nghĩa của qúa trình chng cất :trong công nghiệp chế biến dầu, dầu
thô sau khi qua xử lý nh: tách nớc, muối và tạp chất cơ học đợc đa vào chng
cất, quá trình chng cất dầu ở áp suất khí quển AD và chng cất chân không VD
thuộc về các quá trình chÕ biÕn vËt lý.
Chng cÊt ë ¸ st khÝ qun AD với nguyên liệu là dầu thô đôi khi còn
gọi là CDU. Còn chng cất VD dung nguyên liệu là cặn của quá trình chng cất
AD. Trong thực tế đôI khi còn đợc gọi là cặn chng cất. Tuỳ theo bản chất
nguyên liệu và mục đích của quá trình chúng ta áp dụng chng cất AD , VD
hay kết hợp cả hai AD và VD. Các nhà máy hiện đại ngày nay luôn ding công


nghệ AVD. Khi áp dụng loại hình công nghệ AD chúng ta chỉ chng cát dầu
thô để nhậ các phân đoạn: xăng (naphta nhẹ, naphta nặng) , phân đoạn
kerosen, phân đoạn diezen và phần cặn còn lại sau khi chng cất. Nh vậy tuỳ
thuộc vào thành phần dầu mỏ nguyên liệu và mục đích chế biến mà ngời ta áp
dụng một trong các loại hình công nghệ chng cất (hình 1: a, b, c, d)
- C¬ së lý thut cđa quá trình chng cất
Qúa trình chng cất dầu thô là một quá trình phân đoạn. Quá trình
này đợc thực hiện băng các biện pháp khác nhau nhằm tách các phần dầu
theo nhiệt độ sôi của các cấu tử trong dầu mà không xảy ra sự phân huỷ. Hơi
nhẹ bay lên và ngng tụ thành phần lỏng tuỳ theo biện pháp tiến hành chng cất
mà ngời ta phân chia quá trình chng cất thành chng cất đơn giản, chng cất
phức tạp, chng nhờ cấu tử bay hơi hay chng trong chân kh«ng.

Chú thích:
1. Thiết bị trao đổi nhiệt; 2. Lò đốt; 3 Làm lạnh; 4. Tháp chng cất; 5.
Tháp tái sinh hơi; 6. Bể chứa; 7. Tháp chng cất chân không;
I. dầu thô; II. Xăng; III. Khí; IV. Xăng nặng; V. Hơi nớc; VI. Kerosen; VII.
Gazoil nhẹ; VIII. Gazoil nặng; IX. Cặn AD; X ữ XV. Dầu nhờn ( Các loại dÇu
nhên).