TỔNG QUAN về dầu THÔ và cặn dầu THÔ

I. TỔNG QUAN VỀ DẦU THÔ VÀ CẶN DẦU THÔ [Đồ án Vũ Quang Chỉnh]
I.1.Dầu mỏ và vai trò của dầu mỏ trong sản xuất công nghiệp
I.1.1. Khái quát
Dầu mỏ là khoáng vật phong phú nhất trong tự nhiên, là một trong những nguyên liệu thô
quan trọng nhất mà loài người có được và nó là một trong những nguồn cung cấp
hydrocacbon phong phú nhất có trong tự nhiên. Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ
xưa, đến thế kỷ XVIII dầu mỏ được sử dụng làm nhiên liệu để đốt và thắp sáng. Sang thế kỷ
XIX, dầu được coi như là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho nền
kinh tế. Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc gia
trên thế giới. Khoảng 65 ÷ 70% năng lượng sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ 20 ÷ 22% đi từ than, 5
÷ 6% từ năng lượng nước và 8 ÷ 12% từ năng lượng hạt nhân.
Hình 1. Bản đồ phân bố dầu mỏ trên thế giới
Bên cạnh việc sử dụng dầu mỏ để chế biến thành các dạng nhiên liệu thì hướng sử dụng mạnh
mẽ và hiệu quả nhất của dầu mỏ là làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hữu cơ – hóa
dầu như: sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón
Ngành khai thác chế biến dầu khí là một ngành công nghiệp mũi nhọn, trong một tương lai
dài vẫn chiếm 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. Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào
chất lượng của các quá trình chế biến. Theo các chuyên gia về hóa dầu Châu Âu, việc đưa dầu
mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao được hiệu quả sử dụng của dầu mỏ lên 5 lần, và
như vậy tiết kiệm được nguồn tài nguyên quý giá này.
I.1.2. Các sản phẩn của quá trình lọc dầu
Hình 2. Các sản phẩm từ dầu mỏ
Dầu mỏ là hỗn hợp rất phức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ và các hợp
chất khác như CO
2
, N
2
, H
2
, H

2
S, He, Ar, Ne Dầu mỏ muốn sử dụng được phải phân chia thành
từng phân đoạn nhỏ. Sự phân chia đó dựa vào phương pháp chưng cất để thu được các sản
phẩm có nhiệt độ sôi khác nhau. Trong nhà máy lọc dầu, phân xưởng chưng cất dầu thô là
một phân xưởng quan trọng, cho phép ta thu được các phân đoạn dầu mỏ để chế biến tiếp
theo.
I.1.3. Thành phần hóa học của dầu thô:
I.1.3.1.Thành phần nhóm hydrocarbon của dầu thô
- Hydrocarbon paraffin (alkane)
- Hydrocarbon không no
- Hydrocarbon naphten (Cycloalkane)
- Hydrocarbon thơm
I.1.3.2.Thành phần phi hydrocarbon trong dầu
- Hợp chất lưu huỳnh
- Nito và hợp chất chứa Nito
- Hợp chất chứa Oxy
I.2.Tổng quan về cặn dầu thô
I.2.1. Tác hại
Cặn dầu là một thực thể không thể tách rời với các sản phẩm dầu mỏ. Khi ngành công nghiệp
dầu khí càng phát triển mạnh mẽ thì theo đó lượng cặn dầu sinh ra từ các quá trình khai thác,
chế biến, vận chuyển hay tồn chứa gia tăng ngày càng lớn. Theo cơ quan quản lý Vietsopetro,
hàng năm lượng cặn dầu sinh ra khoảng 1500 – 1600 tấn và được vận chuyển đến công ty
Sông Thu - Đà Nẵng để nhập kho chờ xử lý. Ngoài ra, hàng năm công ty còn tiến hành nạo
vét, vệ sinh tầu dầu cho các đối tác nước ngoài, lượng cặn dầu lên đến vài nghìn tấn. Bên cạnh
đó, một số khu công nghiệp lọc hoá dầu ở nước ta cũng đang và sẽ được hình thành, do đó,
lượng cặn dầu sinh ra sẽ tăng một cách đáng kể, nếu không được kiểm soát chặt chẽ, cặn dầu
sẽ gây ra những tác hại vô cùng nghiêm trọng.
I.2.1.1.Tác hại của cặn dầu khi sử dụng làm nhiên liệu
Trong nhiên liệu, các chất nhựa (không hoà tan) cùng với nước, cặn bẩn và gỉ kim loại tạo
thành chất kết tủa dưới dạng nhũ tương bền vững, là nguyên nhân gây mài món các chi tiết

kim loại, làm tắc bẩn bộ chế hoà khí, tắc vòi phun nhiên liệu động cơ.
Nước trong nhiên liệu làm tăng khả năng oxy hoá của dầu, làm giảm khả năng toả nhiệt của
nhiên liệu. Ngoài ra nước còn hoà tan các muối khoáng axit, bazơ có trong nhiên liệu, gây
hiện tượng ăn mòn, tạo gỉ ở các chi tiết kim loại và bồn bể chứa dầu.
Các axit hữu cơ, các peroxit và các sản phẩm oxy hoá khác sinh ra trong quá trình tạo cặn như
nhựa, asphanten làm biến đổi màu sắc, độ ổn định và phẩm chất của nhiên liệu theo chiều
hướng xấu.
I.2.1.2.Đối với quá trình chế biến dầu
Trong quá trình chế biến dầu, các tạp chất cơ học làm tăng sự bào mòn ống dẫn, chúng kết tụ
trên bề mặt trong các thiết bị và lò ống, làm giảm hệ số dẫn nhiệt, và kích thích quá trình cốc
hoá dầu.
I.2.1.3.Đối với quá trình vận chuyển, tồn chứa
Đối với quá trình vận chuyển, tồn chứa dầu, cặn dầu sẽ lắng đọng dưới đáy tank chứa, tạo
thành lớp cặn dầy và chặt lên bề mặt bồn bể chứa. Hiện tượng đóng cặn này làm cho bồn bể
chứa rất khó vệ sinh, chúng còn làm giảm chất lượng nhiên liệu và hiệu suất chứa đựng nhiên
liệu trong những lần tồn chứa tiếp theo.
I.2.1.4.Tác hại của cặn dầu đối với môi trường
Cặn dầu cần được quản lý và xử lý triệt để vì nó có khả năng gây ô nhiễm trầm trọng đối với
cả môi trường đất, nước và không khí. Cặn dầu gây ô nhiễm không khí là do sự bay hơi của
các phân đoạn nhẹ dưới điều kiện nhiệt độ của môi trường tác động vào. Ô nhiễm môi trường
nước là do dầu trong nước bị chuyển hoá thành các hợp chất độc hại đối với con người và
thuỷ sinh như phenol và các dẫn xuất của phenol. Đối với bã thải rắn, việc đổ hay chôn lấp
bừa bãi sẽ làm giảm chất lượng đất, làm chết cây xanh, gây ô nhiêm nước mặt, nước ngầm,
làm ảnh hưởng đến các loài sinh vật dưới nước… do dầu tạo thành một màng mỏng che kín
trên bề mặt nước - đất, nó ngăn cản quá trình trao đổi oxy không khí với môi trường nước và
ẩm giữa đất – không khí, giữa nước – không khí. Ngoài ra, nếu để cặn dầu ở ngoài trời, khi
gặp sét, nó có thể tự bốc cháy gây hoả hoạn và các sự cố môi trường khác.
I.2.2. Nguồn gốc phát sinh cặn dầu
- Cặn dầu có thể phát sinh trong các quá trình sau đây :
+ Quá trình khai thác, chế biến dầu mỏ

+ Quá trình tồn chứa dầu mỏ, xăng dầu thương phẩm trong hệ thống bồn bể chứa.
+ Quá trình vận chuyển dầu mỏ, xăng dầu thương phẩm bằng đường bộ, đường thuỷ,
đường sắt, đường ống, xà lan, tầu chở dầu, ôtô xitec, tuyến ống dẫn dầu.
I.2.2.1.Sự tạo thành cặn dầu trong quá trình chế biến dầu mỏ
Trong quá trình chế biến dầu mỏ, phần cặn dầu tồn tại chủ yếu ở dạng dầu cặn FO hay bitum,
trong đó bitum là loại sản phẩm nặng nhất thu được từ dầu mỏ bằng con đường chưng cất hay
oxy hoá tất cả các loại cặn sinh ra trong quá trình chế biến dầu mỏ. Do vậy, có thể xem như
quá trình chế biến dầu mỏ thành các sản phẩm khác nhau không sinh ra cặn dầu trực tiếp mà
cặn dầu chỉ sinh ra trong quá trình vận chuyển tồn chứa dầu thô trước khi đưa vào chế biến.
I.2.2.2.Sự tạo thành cặn dầu trong quá trình vận chuyển, tồn chứa dầu mỏ, xăng dầu
thương phẩm trong hệ thống bồn bể chứa
Trong quá trình vận chuyển và tồn chứa, phẩm chất của dầu mỏ cũng như các sản phẩm dầu
có thể bị kém đi do mất các phần nhẹ (bay hơi), do nhiễm bẩn khác nhau trong khi nhập vào
các phương tiện chưa tháo cặn và chưa rửa sạch, hoặc trong khi bơm chuyển tiếp các loại sản
phẩm khác nhau trong cùng một đường ống, do lẫn nước, hoá nhựa dưới tác dụng của oxy
không khí và nhiệt độ.
Cho dù là tồn chứa, vận chuyện dầu dưới hình thức nào đi nữa (đường bộ, đường sắt, đường
thuỷ, tuyến ống) thì sau một thời gian nhất định, tuỳ theo phẩm chất các sản phẩm đó, thời
gian, nhiệt độ tồn chứa vòng lưu chuyển mà hiện tượng tích tụ, lắng đọng ngày càng tăng.
Hai nguyên nhân chính làm xuất hiện cặn dầu trong quá trình tồn chứa và vận chuyển là do
thiếu tính ổn định của nhiên liệu trong quá trình bảo quản và doquá trình xuất nhập của nước,
tạp chất cơ học lẫn theo sản phẩm dầu vào bồn bể chứa. Sự ổn định của nhiên liệu trong quá
trình tồn chứa
Khai thác, chế biến dầu mỏ
Tàu chở dầu
Các kho xăng dầu
Trạm xăng dầu
Bồn chứa dầu sáng
Bồn chứa dầu FO
Vận chuyển

Cặn dầu
Trong bất cứ quá trình vận chuyển hay tồn chứa các sản phẩm dầu mỏ, tính chất ổn định của
sản phẩm dầu mỏ là một chỉ tiêu rất quan trọng của nhiên liệu, nó biểu thị ở thành phần, tính
chất luôn luôn cố định của nhiên liệu. Đây cũng chính là nguyên nhân tạo ra các lớp cặn dầu
không mong muốn, bám dính trên các bề mặt bồn bể chứa đường ống hay tầu chở dầu. Yêu
cầu đề ra cho các loại nhiên liệu dầu mỏ đó không những được quy định bằng những điều
kiện sử dụng chúng trong động cơ, mà bằng nhiều yếu tố sử dụng khác nữa, trước hết là
những điều kiện bảo quản. Điều quan trọng nhất là phải làm sao cho từ lúc sản xuất ra nhiên
liệu cho đến khi đem sử dụng vào động cơ, nhiên liệu vẫn giữ được các phẩm chất ban đầu
của chúng, có nghĩa là sự ổn định về lý tính và hoá tính không được thay đổi trong suất quá
trình vận chuyển và tồn chứa lâu dài.
Đối với nhiên liệu lỏng, sự ổn định về lý tính thể hiện ở sự cố định thành phần cất và áp suất
hơi, muốn thế phải đảm bảo độ kín khít của phương tiện chứa đựng, không để mất những
phần nhẹ.
Sự ổn định hoá học của nhiên liệu có nghĩa là khả năng giữa vững các chỉ tiêu chất lượng của
chúng dưới sự tác động của các yếu tố bên ngoài khác nhau (như oxy không khí, nhiệt độ, ảnh
hưởng xúc tác của kim loại, ánh sáng…). Trong quá trình vận chuyển, vấn đề tiếp xúc giữa
sản phẩm dầu với oxi không khí là vấn đề không thể tránh khỏi, và như vậy trong những điều
kiện nhất định, sẽ xảy ra phản ứng oxy hoá của sản phẩm dầu. Kết quả của phản ứng oxy hoá
dẫn đến các tính chất hoá lý của sản phẩm dầu sẽ bị thay đổi và chính điều đó sẽ làm cho
phẩm chất của sản phẩm kém hẳn đi. Tốc độ oxy hoá, mức độ oxy hoá cũng như tính chất của
các sản phẩm oxy hoá đều phụ thuộc vào các yếu tố dưới đây:
+ Bản chất hoá học của chính loại sản phẩm đó, cụ thể là tính chất của các hợp chất hoá
học có trong sản phẩm, hàm lượng của các hợp chất đó trong hỗn hợp và quan hệ của chúng
với sự tác động của oxy trong không khí.
+ Các điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, áp suất và bề mặt tiếp xúc giữa sản phẩm với oxy.
+ Có lẫn các chất có khả năng làm tăng nhanh hoặc giảm chậm quá trình oxy hoá. Sự ổn
định về hoá học của nhiên liệu chủ yếu được xác định bởi cấu tạo phân tử của chúng, trong
cấu tạo phân tử có nhiều hydrocacbon chưa no thì tính ổn định kém, nhiên liệu bị oxy hoá và
trùng hợp rất nhanh, tạo nên các chất nhựa và axit, đồng thời làm biến đổi luôn thành phần

hoá học của chúng.
+ Quá trình oxy hoá nhiên liệu (tạo thành nhựa) xảy ra dần dần. Có thể coi những sản phẩm
ban đầu của quá trình oxy hoá chính là những peroxit.
Đây là những hợp chất kém bền vững, có khuynh hướng biến chủng nhanh. Yếu tố chủ yếu
có ảnh hưởng nhất tới sự hình thành phản ứng bậc hai của các peroxit là nhiệt độ, tốc độ của
quá trình tự phản ứng sẽ tăng nhanh nếu nhiệt độ tăng. Dưới tác động của nhiệt độ cao, áp
suất cao và tác động của oxy không khí, sẽ xuất hiện nhiều nhựa, asphanten, axit và các sản
phẩm của hiện tượng oxy hoá nặng hơn như cacben và cacboit không tan trong dầu.
Trong số tất cả các nhiên liệu dầu mỏ thương phẩm, đặc biệt chỉ có loại xăng chế tạo theo
phương pháp cracking có chứa nhiều hydrocacbon không no và nhiều hợp chất kém bền vững
khác có khả năng gây phản ứng oxy hoá, tạo nên những sản phẩm khác nhau có tính chất
giống như nhựa.
Người ta chia các loại nhựa ra làm hai loại: Nhựa thực tế (hay nhựa hoà tan) và nhựa ẩn (là
loại nhựa có thể tạo thành khi xăng bị oxy hoá trong quá trình tồn chứa). Loại nhựa ẩn chỉ hoà
tan rất ít, còn phần lớn kết tủa, đóng cặn dưới đáy bể chứa và trong ống dẫn. Nhìn bề ngoài,
các chất nhựa tồn tại từ thể lỏng loãng cho đến thể rắn và có màu từ vàng nhạt cho đến màu
nâu sẫm. Trong giai đoạn đầu của quá trình tạo nhựa, do có hàm lượng không lớn lắm nên các
chất nhựa hoà tan hoàn toàn trong nhiên liệu. Đến một giai đoạn nhất định nào đó của quá
trình oxy hoá, tuỳ thuộc vào điều kiện tồn chứa, tính chất của các hỗn hợp không no có trong
nhiên liệu và yếu tố khác nữa mà tính hoà tan của các chất nhựa sẽ giảm xuống tới mức chúng
bắt đầu tách ra khỏi nhiên liệu.
Khuynh hướng tạo nhựa của các nhiên liệu phần lớn phụ thuộc vào nhiệt độ, bề mặt tiếp xúc
với không khí và tác động của xúc tác kim loại và áng sáng.
Các hợp chất không phải là hydrocacbon có nhiều trong nhiên liệu được tạo thành trong quá
trình oxy hoá nhiên liệu cũng ảnh hưởng tới hiện tượng tạo nhựa. Nếu trong nhiên liệu có các
hợp chất lưu huỳnh và hợp chất nitơ thì sự tạo nhựa trong quá trình tồn chứa càng mạnh thêm.
Các sản phẩm của quá trình oxy hoá như peroxit và các chất nhựa có tính axit càng thúc đẩy
quá trình oxy hoá. Các chất nhựa trung tính có tác dụng kìm hãm quá trình oxy hoá nhiên liệu.
Người ta đánh giá khuynh hướng tạo nhựa của các loại xăng ôtô trong quá trình tồn chứa lâu
dài theo thời kỳ cảm ứng, có nghĩa là theo số phút không bị hấp phụ oxy của một mẫu thử

xăng trong các điều kiện thí nghiệm (có nhiệt độ 10000C và áp suất cao).
Ngoài những yếu tố đã kể trên, tác động xúc tác của kim loại, nhất là đồng, cũng làm ảnh
hướng tới tính chất ổn định của xăng. Tác động này thể hiện dưới dạng quá tình oxy hoá khử
giữa kim loại với các muối của nó và giữa các peroxit với các sản phẩm oxy hoá khác hoặc
với chất chống oxy hoá.
Trong quá trình tồn chứa, phẩm chất của các loại nhiên liệu đều bị biến đổi rất nhiều. Cùng
với lượng nhựa tăng lên trong quá trình tồn chứa, độ axit và màu sắc của nhiên liệu diezen
cũng bị biến đổi. Đó là dấu hiệu đầu tiên của sự mất phẩm chất. Muốn giảm bớt sự tạo nhựa
do tác động của không khí, tốt nhất nên tồn chứa các sản phẩm dầu sáng, đặc biệt là xăng,
dưới một lớp bột cách ly bền vững hoặc dưới một lớp màng hoạt tính bề mặt.
Việc đánh giá tính chất ổn định của nhiên liệu trong quá trình tồn chứa dựa trên cơ sở xác
định hiệu quả tác động của oxy không khí lên loại nhiên liệu đó trong điều kiện nhiệt độ cao,
có chất xúc tác hoặc không có chất xúc tác. Hiệu quả đó thường thể hiện ở sự tạo nhựa, sự tạo
các chất kết tủa và các sản phẩm ăn mòn hoà tan trong sản phẩm thí nghiệm.
Khuynh hướng tạo nhựa của nhiên liệu trong quá trình tồn chứa được biểu thị bằng chỉ số iốt
và giai đoạn cảm ứng. Cặn dầu sinh ra trong quá trình xuất, nhập
Ngoài ra, trong quá trình vận chuyển tồn chứa, dầu mỏ và các sản phẩm dầu thường bị lẫn
nước cũng như bị nhiễm bẩn nhiều loại tạp chất cơ học như bụi, cát, gỉ sắt…
Tại các mỏ dầu, dầu mỏ được để lắng cẩn then, mặc dù vậy một phần nước và tạp chất vẫn
còn lẫn trong dầu đi vào đường ống và các bể chứa của nhà máy. Số lượng các tạp chất phục
thuộc vào thế nằm của túi dầu trong tầng đất mỏvà phương pháp khai thác dầu mỏ. Trong quá
trình tồn chứa dầu mỏ, phần lớn các tạp chất đọng lại trong bể chứa và trong bộ phận lắng bùn
của thiết bị lắng. Những phần tử tạp chất nhỏ nhất có thể vẫn còn lại trong dầu dưới dạng
huyền phù (đặc biệt là loại dầu mỏ có nhiều nhựa), rồi sau đó trong quá trình chưng cất, một
phần tạp chất sẽ kết bám trên thành thiết bị và thành lò ống, đẩy nhanh quá tình tạo cốc của
dầu mỏ.
I.2.3. Thành phần của cặn dầu
Tính chất và thành phần của cặn đáy trong bể phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như loại
sản phẩm được tồn chứa, các điều kiện và thời hạn tồn chứa.
I.2.3.1.Cặn dầu mỏ.

Cặn trong các bể chứa dầu mỏ nguyên khai, xét về tính chất của nó thì gồm hỗn hợp các hợp
chất hữu cơ và vô cơ.
Dầu mỏ như ta đã biết là một hỗn hợp nhiều hydrocacbon có phân tử lượng khác nhau. Trong
thời gian tồn chứa tại bể, ở những điều kiện nhất định (áp suất, nhiệt độ), những hydrocacbon
cao phân tử loại xêrêzin và paraffin dưới dạng các tinh thể chứa sẽ bắt đầu tác ra khỏi dầu mỏ,
chúng có thể lẫn trong dung môi hoặc lắng xuống bể. Đồng thời trong các cặn đáy tại các bể
chứa dầu mỏ nguyên khai còn có lẫn các phần tử nham thạch từ lòng đất theo dầu mỏ chảy
vào, cùng với nước và các tạp chất khác, các tinh thể paraffin do đông tụ thành những phức hệ
riêng có đường kính tới 0,5 – 1mm nên lắng xuống đáy bể, ở đây chúng dần dần kết chặt với
các tinh thể cát và các tạp chất khác nhau tạo thành một lớp cặn bền vững, gây hậu quả xấu
cho việc sử dụng các bể chứa. Trong quá trình tồn chứa dầu mỏ tại các bể chứa, sau khi bơm
chuyển hết dầu theo đường ống hoặc chuyển tải hết theo đường ống hoặc chuyển tới các
wagon xitec ta sẽ thấy dưới đáy bể còn đọng lại chủ yếu là paraffin, cặn hắc ín và nhựa
asphanten.
Cùng với cát, vảy gỉ sắt và các tạp chất cứng khác tạo thành một khối kết chặt. Phần cặn nào
chưa kịp lắng kết chặt thì sẽ dễ dàng tan ra khi có dòng dầu mỏ mới phu tiếp vào nên xuất
hiện khối lắng kết không đều dưới đáy bể như mức cặn lắng tại vùng có ống xuất. Theo tài
liệu của hai công ty quản lý đường ống dẫn dầu Tatarxki và Barkiaxki thì trong các bể chứa
dầu mỏ dung tích là 5000m
3
thì độ cao trung bình của lớp cặn trong 1 năm là 500 – 800mm.
Bảng 1.3. Thành phần cặn trong bể chứa dầu mỏ Thành phần % khối lượng Nước 18 Thành
phần cơ học 12 Parafin 21 Dầu mỏ, các chất nhựa 49
I.2.3.2.Cặn nhiên liệu đốt lò ( FO )
Nhiên liệu đốt lò (Fuel oil, viết tắt là FO) là sản phẩm của quá trình chưng cất, thu được từ
phân đoạn dầu thô có nhiệt độ sôi trên 200 - 3000
0
C. Tuy nhiên, nhiên liệu đốt lò cũng có thể
nhận được từ phần chưng cất nhẹ hơn, hoặc từ phần cặn của các công đoạn chế biến sâu
(cracking, reforming), hoặc được pha trộn với những thành phần nhẹ và sử dụng cho các lò

đốt nồi hơi, cho động cơ diezen tàu thuỷ và các quá trình công nghệ khác… Vì vậy, khái niệm
nhiên liệu đốt lò (FO) cũng bao hàm các loại nhiên liệu nhẹ hơn, có nhiệt độ cất trung bình,
màu hổ phách… như nhiên liệu diezen, dầu hỏa thắp đèn khi chúng được sử dụng làm nhiên
liệu đốt lò.
Nhiên liệu FO nặng hơn nhiên liệu DO và xăng. Do đó, quá trình lắng tách và đông tụ các
hydrocacbon cao phân tử xuống đáy bồn bể chứa nhiên liệu FO xảy ra mạnh hơn
Ngoài ra, sản phẩm dầu càng nặng càng chứa nhiều hợp chất của nitơ, lưu huỳnh hoạt tính nên
thúc đẩy hiện tượng ăn mòn điện hoá, gây phá huỷ thành và đáy thiết bị tồn chứa, tạo ra gỉ sắt
và tạp chất cơ học nhiều hơn. Đồng thời đây cũng là nguyên nhân thúc đẩy quá trình tạo nhựa
và asphanten trong nhiên liệu FO nhanh hơn so với các loại nhiên liệu khác.
Như vậy, trong cùng thời gian và điều kiện tồn chứa, phụ thuộc vào bản chất của nhiên liệu,
nếu nhiên liệu càng nặng thì trong cặn càng chứa nhiều nhựa, asphanten, cacboit và tạp chất
cơ học.
I.2.3.3.Các sản phẩm dầu sáng. [2]
Tính chất của các loại cặn đáy trong các bể chứa dầu sáng có khác đôi chút so với cặn đáy, ở
đây nó bao gồm các sản phẩm ăn mòn và các tạp chất cơ học. Các sản phẩm ăn mòn nằm lẫn
trong khối sản phẩm dầu dưới dạng các hạt cực nhỏ trong suất quá trình sử dụng bể. Trong đó
các sản phẩm của quá trình oxy hoá chiếm chủ yếu (đặc biệt là trong các sản phẩm chế tạo
bằng phương pháp xúc tác).
Cặn trong các bể chứa dầu nhờn cũng gồm các sản phẩm ăn mòn các tạp chất cơ học và loại
nhũ tương lẫn trong nước.
I.2.3.4.Cặn gudron.
Cặn gudron là phần cặn còn lại của dầu mỏ sau khi đã tách phân đoạn gasoil nặng bằng chưng
cất ở áp suất chân không. Loại cặn này có nhiệt độ sôi lớn hơn 5000
0
C, gồm các hợp chất có
số nguyên tử cacbon lớn hơn C41, giới hạn cuối có thể đến C80.
I.2.3.5.Nhóm chất dầu.
Nhóm chất dầu bao gồm các hydrocacbon có phân tử lượng lớn, tập trung nhiều các hợp chất
thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng giữa thơm và naphten, đây là nhóm

hợp chất nhẹ nhất, có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1, hoà tan trong xăng, n-pentan, CS2…, nhưng
không hoà tan trong cồn. Trong phân đoạn cặn, nhóm dầu chiếm khoảng 46%.
I.2.3.6.Nhóm chất nhựa (còn gọi là nhóm malten)
Nhóm này ở dạng keo quánh, gồm hai nhóm thành phần, đó là chất trung tính và các chất axit.
Các chất trung tính có màu đen hoặc nâu, nhiệt độ hoá mềm nhỏ hơn 1000 0C, tỷ trọng lớn
hơn 1, dễ dàng hoà tan trong dung môi như xăng. Chất trung tính tạo cho nhựa có tính dẻo dai
và tính kết dính. Hàm lượng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ kéo dài của nhựa, chiếm
khoảng 10 – 15% khối lượng của cặn gudron.
Các chất axit là các chất có nhóm – COOH, màu nâu sẫm, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ hoà tan trong
clorofrom và rượu etylic, chất axit tạo cho nhựa có tính hoạt động bề mặt. Khả năng kết dính
của bitum phụ thuộc vào hàm lượng chất axit có trong nhựa, nó chỉ chiếm 1% trong cặn dầu
mỏ. Nhóm asphanten Nhóm asphanten là nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng
lớn hơn 1, chứa phần lớn các hợp chất dị vòng có khả năng hoà tan mạnh trong cacbon
disufua (CS2). Đun nóng ở 3000
0
C không bị nóng chảy mà bị cháy thành tro.
Ngoài 3 loại chất chính nói trên, trong cặn gudron còn có những hợp chất cơ kim của kim loại
nặng, các chất cacben, cacboit rắn, giống như cốc, màu sẫm, không tan trong các dung môi
thông thường, chỉ tan trong pyridin.
1.3. Cặn dầu thô dùng để chưng cất ở áp suất chân không
Phân đoạn mazut là phân đoạn cặn chưng cất khí quyển, được dùng làm nhiên liệu đốt cho
các lò công nghiệp hay được sử dụng làm nhiên liệu cho quá trình chưng cất chân không để
nhận các cấu tử dầu nhờn hay nhận nhiên liệu cho quá trình cracking nhiệt, cracking xúc tác
hay hydrocracking.
II. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
II.1. Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển
Trong chưng cất sôi dần hơi tạo thành thoát ra khỏi thiết bị chưng cất ngay lập tức, ngưng
tụ trong thiết bị làm lạnh - ngưng tụ và được thu hồi dưới dạng distillat. Ngược lại, trong
sôi một lần hơi tạo thành trong quá trình nung nóng không thoát ra khỏi thiết bị cất cho
đến khi đạt đến nhiệt độ nào đó, khi đó có một lượng pha hơi tách ra chất lỏng. Nhưng cả

hai phương pháp chưng cất này đều không thể phân tách dầu và sản phẩm dầu thành các
phân đoạn hẹp vì có một lượng thành phần có nhiệt sôi cao rơi vào ohần cất (distillat) và
một phần phân đoạn nhiệt độ sôi thấp ở lại trong pha lỏng. Do đó phải tiến hành ngưng tụ
hồi lưu hoặc tinh cất. Với quá trình này, dầu và sản phẩm dầu được nung nóng trong bình
cầu. Hơi tạo thành khi chưng cất hầu như không chứa thành phần sôi cao, được làm lạnh
trong thiết bị ngưng tụ hồi lưu và chuyển sang thể lỏng - phần hồi lưu. Chất hồi lưu chảy
xuống dưới, lại gặp hơi tạo thành. Nhờ trao đổi nhiệt thành phần sôi thấp của phần hồi lưu
hóa hơi, còn phần có nhiệt độ sôi cao trong hơi sẽ ngưng tụ. Trong quá trình tiếp xúc này
sự phân tách sẽ tốt hơn.
Tinh cất là sự tiếp xúc giữa dòng hơi bay lên và dòng lỏng chảy xuống - phần hồi lưu. Để
tinh cất tốt phải tạo điều kiện tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng. Sự tiếp xúc này thực hiện
được nhờ vào thiết bị tiếp xúc phân bố trong tháp (đệm, mâm ). Mức phân tách của các
thành phần phụ thuộc nhiều vào số bậc tiếp xúc và lượng hồi lưu chảy xuống gặp hơi.

1- Lò nung dạng ống, 2- tháp chưng cất, 3- thiết bị làm lạnh, 4- bộ trao đổi nhiệt.
I- Dầu thô; II- sản phẩm trên (xăng); III- Kerosel; IV- dầu diesel; V- cặn chưng cất khí
quyển (mazut); VI- hồi lưu; VII- chất cấp nhiệt ( hơi nước).
Hình trên là sơ đồ nguyên tắc cụm chưng cất dầu ở áp suất khí quyển. Dầu thô được
bơm vào bộ trao đổi nhiệt 4, trong đó nó được gia nhiệt, sau đó đưa vào lò nung (1) và dầu
được nung nóng đến nhiệt độ cần thiết và được dẫn vào khoang bay hơi (vùng cấp) của
tháp chưng cất (2). Trong quá trình nung nóng, một phần dầu chuyển sang pha hơi. Dầu ở
thể hai pha lỏng - hơi được đưa vào tháp cất, trong đó do giảm áp một phần hơi nước được
tạo thành, pha hơi tách ra khỏi pha lỏng và bay lên trên dọc theo tháp, còn pha lỏng chảy
xuống dưới.
Trong tháp chưng cất có các mâm chưng cất, trên đó có sự tiếp xúc giữa pha hơi bay
từ dưới lên và pha lỏng chảy từ trên xuống. Để cất phần lỏng của nguyên liệu ở dưới tháp
người ta đưa nhiệt vào mâm cuối cùng. Nhờ đó phần nhẹ của sản phẩm đáy chuyển sang
pha hơi và do đó tạo hồi lưu hơi. Hơi hồi lưu này bay lên từ mâm cuối cùng và tiếp xúc
với pha lỏng chảy xuống và khiến cho pha lỏng giàu các chất có nhiệt độ sôi cao.
II.2. Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không

Sau khi chưng cất dầu dưới áp suất khí quyển ở nhiệt độ 350 oC ÷ 370oC, 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 sôi của hydrocarbon
và cho phép lấy được distilat có nhiệt độ sôi 500 oC ở nhiệt độ 410 oC ÷ 420 oC. Tất
nhiên khi gia nhiệt cặn dầu đến 420 oC 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
không no không 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 không sâu nhất mà phương pháp cho phép.
Ngoài ra để tăng hiệu suất distilat từ mazut đưa vào tháp chân không hơi nước quá
nhiệt hoặc chưng cất cặn chân không với tác nhân bay hơi.
Đặc điểm chưng cất trong tháp chân không tương tự như trong tháp chưng cất khí
quyển. Tuy nhiên nó cũng có một số đặc điểm riêng liên quan với áp suất dư trong tháp
thấp, điều kiện nung nóng có thành phần phân đoạn nặng. Trong tháp chân không cần tạo
điều kiện để cất được nhiều nhất và phân hủy ít nhất. Để làm được điều này cần sử dụng
thiết bị tạo chân không để có được áp suất chân không thấp nhất trong hệ. Để giảm thời
gian lưu của mazut trong lò nung và giảm trở lực nên sử dụng lò nung hai chiều, đưa hơi
nước vào ống xoắn của lò, giảm thiểu khoảng cách giữa cửa nhập liệu vào tháp và cửa ra
khỏi lò nung, tăng đường kính ống dẫn nguyên liệu, giảm thiểu các chỗ uốn góc, dạng chữ
S
1. Hệ thiết bị ngưng tụ khí áp – bơm phun

Sơ đồ công nghệ tạo chân không bằng hệ thiết bị ngưng tụ khí áp - bơm phun.
Trong hệ này hơi thoát ra từ đỉnh tháp chân không, ngưng tụ ngay lập tức trong thiết bị
ngưng tụ khí áp và sau đó được hút bằng máy bơm chân không (thường bơm phun hơi).
Áp suất dư trong thiết bị ngưng tụ khí áp phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, nhưng không

thấp hơn áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độ nào đó. Nước từ thiết bị ngưng tụ khí áp bị
nhiễm sản phẩm dầu và hợp chất lưu huỳnh (thường 5,5% so với mazut). Vì vậy để giảm
dòng nước nhiễm bẩn trong nhà máy nước thải được sử dụng lại. Tuy nhiên, khi đó
nhiệtđộ nước đổ vào thiết bị ngưng tụ khí áp sẽ tăng đôi chút và phải trang bị thêmphụ
kiện cho hệ cấp nước.
Sơ đồ tạo chân không bằng hệ thiết bị ngưng tụ khí áp -bơm phun thể hiện trong hình Sản
phẩm dầu ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ không hòa loãng bằng nước lạnh, nhờ đó nó dễ
dàng tách ra khỏi condensat, được thu gom vào bể lắng và giếng khí áp.
2. Hệ bơm phun - thiết bị ngưng tụ khí áp.

Trong sơ đồ này hơi từ trên tháp chân không đưa trực tiếp vào bơm phun, còn độ sâu của
chân không không phụ thuộc vào nhiệt độ của nước thoát ra từ thiết bị ngưng tụ khí áp.
Nhờ đó có thể tạo chân không sâu hơn (áp suất dư đạt 5 ÷ 10 mmHg). Độ sâu chân không
phụ thuộc vào đối áp tại cửa ra của bơm phun, vì vậy để tạo chân không sâu cần mắc nối
tiếp vài bơm phun.
Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất khí quyển
K-1- Tháp bay hơi trước; K-2- Tháp chưng cất khí quyển chính; K-6, K-7, K-9- Tháp bay hơi;
E-1, E-12, E-3- bể hồi lưu; T-5, T-7, T-22, T-23- thiết bị ngưng tụ bằng không khí; T-2, T-33,
T-17, T-19, T-11- thiết bị trao đổi nhiệt “dầu thô- sản phẩm”; T-5a, T-7a, T-22a, T-20- Thiết
bị làm lạnh; L-1 – lò nung dạng ống; H-3, H-21- Máy bơm.
Sản phẩm đáy của tháp K-1 là dầu loại xăng được lấy ra bằng máy bơm H- 3 và được nung
nóng tiếp trong lò L-1 và từ đây được đưa vào tháp chưng cất chính K-2 dưới mâm thứ 38. Để
tăng thu hồi sản phẩm sáng từ mazut người ta bơm hơi nước quá nhiệt vào phía dưới tháp K-
2.
Từ đỉnh tháp K-2 hơi xăng và hơi nước được dẫn vào thiết bị ngưng tụ bằng không khí T-7,
trong đó chúng được ngưng tụ và làm lạnh đến 80oC, sau đó đi vào thiết bị làm lạnh bằng
nước T-7a. Phần ngưng (nhiệt độ 45oC) được đưa vào bể chứa E-3, trong đó nước được tách
ra khỏi xăng (nước thải ra hệ thống thải). Xăng từ bể chứa E-3 được bơm bằng máy bơm H-4
vào trên tháp K-2 để điều chỉnh nhiệt độ trên tháp, phần xăng dư qua van điều chỉnh lưu
lượng theo mức chất lỏng trong bể E-3 vào bể chứa E-12 .

Để lấy nhiệt trong tháp K2 sử dụng 2 dòng hồi lưu: dòng thứ nhất vào dưới cửa trích phân
đoạn 220 ÷ 280oC, dòng thứ hai - vào dưới cửa trích phân đoạn 280 ÷ 350oC. Phần hồi lưu
thứ nhất được lấy ra từ mâm thứ 12 của tháp
K-2 bằng bơm H-22 và qua thiết bị điều chỉnh lưu lượng rồi bơm vào trao đổi nhiệt T-2, thiết
bị làm lạnh T-19 và với nhiệt độ 65 ÷ 70oC quay trở lại mâm 11 của tháp K-2, từ mâm thứ 10
phân đoạn 180 ÷ 220oC được bơm lên mâm trên của tháp K-6.
Hơi nước quá nhiệt được đưa vào đáy tháp bay hơi K-6. Trong tháp K-6 diễn ra sự bay hơi
của phân đoạn xăng, hơi này quay trở lại mâm thứ 9 của tháp K-2. Từ đáy tháp K-6 phân đoạn
180 ÷ 220oC được máy bơm H-18 bơm qua hệ thống trao đổi nhiệt và làm lạnh (T-22, T-22a)
vào hệ thống làm sạch.
Phân đoạn 220 ÷ 280oC từ đáy tháp bay hơi K-7 nhờ máy bơm H-19 được bơm qua thiết bị
làm lạnh bằng không khí T-23, bằng nước T-20, qua bộ điều chỉnh lưu lượng và đi vào ống
dẫn của nhiên liệu diesel. Từ mâm thứ 30 hoặc 32 của tháp K-2 phân đoạn nhiên liệu diesel
(280 ÷ 350oC) được lấy ra và đưa qua tháp bay hơi K-9. Dưới tháp K-9 hơi nước quá nhiệt
cũng được đưa vào. Phân đoạn bay hơi của tháp K-9 quay lại mâm thứ 24 của tháp K-2.
Từ đáy tháp K-9 phân đoạn 280 ÷ 350oC được máy bơm H-20 bơm qua hệ thống trao đổi
nhiệt T-11 để nung nóng phân đoạn xăng trước tháp ổn định K- 8 và được đưa vào ống dẫn
chung của nhiên liệu diesel. Mazut từ đáy tháp K- 2 được máy bơm H-21 bơm sang cụm
chưng cất chân không.
3.3 Chế độ công nghệ
Dưới đây là chế độ công nghệ đặc trưng của cụm chưng cất khí quyển:
Tháp K-1 Ngưỡng cho phép
Lưu lượng nguyên liệu, m3/h ≤1.250
Nhiệt độ, oC
- Dầu thô vào tháp ≥ 200
- Dòng hồi lưu ≤ 340
- Đỉnh tháp theo chất lượng của phân đoạn sôi đầu - 85oC
- Đáy tháp ≤ 240oC
Áp suất tháp (trên), atm ≤ 6,0
Chi phí hơi, m3/h 90

Tháp K-2
Nhiệt độ, oC
- Nguyên liệu vào tháp ≥ 360
- Dòng hồi lưu:
+ thứ I tại cửa ra khỏi tháp 170
+ thứ II tại cửa ra khỏi tháp 260
+ thứ I tại cửa vào tháp 70
+ thứ II tại cửa vào tháp 80
Lò nung
Nhiệt độ, oC
- tại cửa ra khỏi lò ≤ 800
- khí khói trên vách ngăn ≤ 800
- Đỉnh tháp theo chất lượng của phân đoạn sôi đầu - 85oC
- Đáy tháp ≤ 240oC
Áp suất tháp ( trên), atm ≤ 6,0