Đồ án công nghệ II ứng dụng của dầu thô

LỜI MỞ ĐẦU

Mục tiêu của đồ án công nghệ II nhằm trang bị cho sinh viên các kỹ năng cần
thiết khi vận dụng những kiến thức đã học để thiết kế sơ đồ công nghệ của một nhà
máy lọc dầu với nguồn nguyên liệu cho trước. Từ đó, các em tiến hành tính toán
tính chất đặc trưng của các sản phẩm đi ra từ các phân xưởng khác nhau để cuối
cùng đi phối trộn các s
ản phẩm cuối cùng theo nhu cầu cho trước và đảm bảo thỏa
mãn các yêu cầu kỹ thuật các sản phẩm theo tiêu chuẩn quốc tế.
Để có thể thực hiện tốt đồ án này, sinh viên cần phải nắm vững các kiến thức
cơ bản của các môn chuyên ngành: Hóa học dầu mỏ, các quá trình chuyển hóa hóa
học trong công nghệ lọc dầu, sản phẩm dầu mỏ thương phẩm. Đặc biệt, các em cần
phả
i vận dụng nhuần nhuyễn phần mềm Excel để tính tối ưu các bài toán phối liệu,
sau đó phải tính lặp nhiều lần để có thể thiết kế một nhà máy lọc dầu với các phân
xưởng vận hành theo năng suất và điều kiện tối ưu.
Có thể nói, Đồ án công nghệ II sẽ giúp cho sinh viên năm cuối nắm vững và
hệ thống lại toàn bộ các kiến thức chuyên ngành đã h
ọc, chuẩn bị tốt cho các em
thực hiện bước cuối cùng là Đồ án tốt nghiệp.

1/35
2/35

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Khoa Hóa Kỹ Thuật
Bộ môn Công Nghệ Hóa Học - Dầu & Khí
---o-o---


ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ II

ỨNG DỤNG DẦU THÔ


Nhóm sinh viên thực hiện :
Lớp :

I- Đề bài:
Tính toán công nghệ cho một nhà máy lọc dầu với nguyên liệu là dầu thô ARABE
LÉGER.
Số liệu ban đầu
Năng suất nhà máy, 10
3
t/năm: 8600
Tại tháp chưng cất khí quyển thu được các phân đoạn sau:
Phân đoạn Khoảng nhiệt độ sôi (t
o
C)
GAZ: Khí < 20
GAS: Xăng nhẹ 20 ÷ 85
BZN: Xăng nặng 85 ÷ 190
KER: Kerosen 190 ÷ 240
GO: Gasoil 240 ÷ 370
RDA: Phần cặn khí quyển >370
+

RSV: Phần cặn chân không >540
+
Sơ đồ công nghệ của nhà máy có thể gồm có:
- Một phân xưởng chưng cất khí quyển (DA) tách khí và các phân đoạn dầu thô.
- Một phân xưởng chưng cất chân không xử lý phần cặn khí quyển (RA) nhằm thu

2 loại nguyên liệu:
- Phần cất chân không cung cấp cho FCC,
- Phần cặn chưng cất chân không cung cấp cho Visbreaking (VB) và sản xuất
bitum.
- Một phân xưởng Reforming xúc tác (RC), với nguồn nguyên liệu có thể là:
-
Phân đoạn xăng nặng (BZN) thu được từ DA,
- Xăng thu được từ quá trình giảm nhớt (VB).
- Một phân xưởng crắcking xúc tác tầng sôi (FCC) xử lý phần cất chân không.
- Một phân xưởng giảm nhớt (VB) xử lý phần cặn chưng cất chân không.
- Một phân xưởng HDS để xử lý các loại nguyên liệu nếu cần thiết.
II- Yêu cầu và nội dung đồ án
Sử dụng phần mề
m Excel lập chương trình tính toán và Word soạn thảo thuyết
minh.
Nội dung đồ án:
- Đề tài
3/35
- Mục lục
- Chương I: MỞ ĐẦU: Giới thiệu chung về dầu thô và các loại sản phẩm, chức
năng và nhiệm vụ của nhà máy lọc dầu, nhiệm vụ của đồ án và hướng giải
quyết . . .
- Chương II: TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU: Tính cân bằng vật liệu cho mỗi
công đoạn, cho mỗi phân xưởng và cho toàn bộ nhà máy (Yêu cầu mô tả rõ
ràng các phương pháp tính toán, tra tài liệu, chú thích tài liệu tham kh
ảo, kết
thúc mỗi phần phải có bảng tổng hợp cân bằng vật liệu).
- Chương III: TÍNH PHỐI LIỆU SẢN PHẨM để cung cấp những sản phẩm sau
theo nhu cầu của thị trường (Yêu cầu sử dụng phần mềm Excel để phối liệu tối
ưu bảo đảm được số lượng và chất lượng của sản phẩm, từ đó xác định n

ăng
suất của mỗi phân xưởng và sơ đồ công nghệ của nhà máy):
Sản phẩm Ký hiệu Số lượng (10
3
t/n)
Propan PR 190
Butan BU 250
Nguyên liệu cho hóa dầu PC 550
Xăng super không chì 98/88 SU 98 850
Xăng super không chì 95/85 SU 95 1080
Jet A
1
JA1

850
Dầu Diezel GOM 1100
Dầu đốt dân dụng FOD 1300
Nhiên liệu đốt lò N
0
2 FO2 1050
Bitum BI 230
- Chương IV: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO NHÀ MÁY.
- Chương V: KẾT LUẬN: Từ kết quả tính toán được, nhận xét về phương pháp
tính toán, tính khả thi khi xem xét các mặt: Tiêu chuẩn kỹ thuật, nhu cầu thị
trường, công nghệ, thiết bị, cân bằng nhiên liệu đốt ...
- Tài liệu tham khảo.
- Phụ lục (01 sơ đồ dây chuyền công nghệ của toàn nhà máy khổ A
3
gắn kèm
theo đồ án và các phụ lục khác nếu có).

Mỗi nhóm nộp 01 bản thuyết minh và 01 đĩa mềm gồm 3 file: Word (thuyết minh),
Excel (tính toán) và ACAD (bản vẽ).
Bản vẽ: 01 sơ đồ dây chuyền công nghệ của toàn nhà máy khổ A
1
,
III- Thời gian tiến hành
- Ngày giao đồ án:
- Ngày hoàn thành và nộp:

Tổ trưởng Bộ môn





TS. Nguyễn Đình Lâm
Giáo viên hướng dẫn





GVC. ThS. LÊ THỊ NHƯ Ý




1 Tính toán các tính chất của các sản phẩm dầu mỏ
1.1 Tỉ trọng
Để xác định tỉ trọng d

4
15
của các sản phẩm dầu mỏ :
- Trước hết ta dựa vào biểu đồ d
4
15
- % thể tích phần chưng cất được để xác định
d
4
15
của phân đoạn nhẹ đầu tiên ;
- Sau đó, để xác định d
4
15
của các phân đoạn tiếp theo, ta dùng nguyên tắc cộng
tính theo thể tích.
Cụ thể, ta có :
- Phân đoạn 1 có thể tích v
1
và có tỉ trọng d
1
;
- Phân đoạn 2 có thể tích v
2
và có tỉ trọng d
2
;
- Phân đoạn 3 có thể tích v
3
và có tỉ trọng d

3
;
- Phân đoạn n có thể tích v
n
và có tỉ trọng d
n
.
Ta có thể minh họa trên biểu đồ Tỉ trọng - hiệu suất % thể tích thu xăng
C
5
+
:

Hình 5 : Biểu đồ Tỉ trọng - hiệu suất % thể tích thu xăng C
5
+

V
1
V
2
V
3
rendement en essence C5+ (%vol)
d
m3



d

m2


d
m1
Densité cumulée
Từ biểu đồ Tỉ trọng - hiệu suất % thể tích thu xăng C
5
+
(Hình 1), ta tra
được :
•
d
m2
là tỉ trọng của phân đoạn hỗn hợp 1 và 2, tương ứng với phần thể tích v
m2
= v
1
+
v
2
d
m3
là tỉ trọng của phân đoạn hỗn hợp 1, 2 và 3, tương ứng với phần thể tích v
m3
=
v
1
+ v
2

+ v
3
4/35

5/35

6/35


7/35
Theo nguyên tắc bảo toàn khối lượng, ta có :
m
Σ
= m
1
+ m
2
d
m2
.V
m2
= d
1
.V
1
+ d
2
.V
2
hay : d

m2
.v
m2
= d
1
.v
1
+ d
2
.v
2
Suy ra :
2
112m2m
2
v
vdvd
d
.. −
=

Tương tự, ta có :
3
11223m3m
3
v
vdvdvd
d
...
−−

=

Cứ như vậy, ta sẽ tính toán được tỉ trọng của tất cả các phân đoạn.
Đối với KER, GO, để xác định tỉ trọng, ta sử dụng các số liệu trong bảng
phân tích dầu thô ARABIAN LIGHT ;
•
• Đối với phân đoạn cặn RA, để xác định tỉ trọng, ta sử dụng biểu đồ d
4
15
-
hiệu suất thu cặn theo % khối lượng (Hình 2)
1.1.1 Tỉ trọng tiêu chuẩn S (densité standard)
S = 1,002 d
4
15

1.1.2 Độ API
5,131
S
5,141
API
0
−=

1.2 Nhiệt độ sôi trung bình của phân đoạn
1.2.1 Nhiệt độ sôi trung bình đã hiệu chỉnh (t
v
- température moyenne
pondérée)
t

v
được tính toán dựa vào đường cong ASTM hoặc TBP ; •
• Nếu sử dụng đường cong ASTM, t
v
được tính theo công thức :
4
tt2t
t
905010
v
++
=

Nếu sử dụng đường cong TBP, t
v
được tính theo công thức :
•
3
ttt
t
805020
v
++
=

1.2.2 Nhiệt độ sôi trung bình tiêu chuẩn tmav (temperature mean
average)
- Tính độ dốc s của đường cong chưng cất :
C)/ thãø têch(%
o

60
tt
s
1070
−
=

- Dựa vào (Hình 3), ta suy ra ∆t
mav
.
- t
mav
= t
v
+ ∆t
mav


8/35


1.3 Hệ số đặc trưng K
UOP
(K
W
)
Người ta có thể xác định K
UOP
của các phân đoạn dầu mỏ theo 2 cách :
- Dùng biểu đồ P2 để tra ra gía trị của K

UOP
nếu biết tỉ trọng d
4
15
và nhiệt độ sôi
trung bình tiêu chuẩn t
mav
của phân đoạn đó ;
- Aïp dụng công thức :
S
T81
K
3
mav
UOP
×
=
,


9/35
1.4 Hàm lượng lưu huỳnh
Dựa vào biểu đồ % Lưu huỳnh theo khối lượng - hiệu suất thu xăng C
5
+
theo %
khối lượng (Hình 1), ta tra được hàm lượng lưu huỳnh có trong phân đoạn nhẹ đầu
tiên (xăng nhẹ) ;
Sau đó, dựa vào biểu đồ trên và biểu đồ % Lưu huỳnh theo khối lượng - hiệu
suất thu cặn theo % khối lượng (Hình 2), dùng phương pháp cộng tính theo khối

lượng, ta tính được hàm lượng lưu huỳnh có trong các phân đoạn tiếp theo.
Nghĩa là :
2
112m2m
2
m
msms
s
.%.%
%
−
=


1.5 Khả năng chống kích nổ của các sản phẩm xăng
Để xác định giá trị của RON có pha 0,15g Tétraéthyl Chì /l :
- Xác định giá trị của RON không pha Chì và RON 0,5
o
/
oo
, bằng cách sử dụng biểu
đồ « NO éthylé 0,5
o
/
oo
- NO clair - hiệu suất thu xăng » ;
- Sau đó, dùng P4 để xác định giá trị của RON có pha 0,15g TEP/l (0,15g TEP/l ≈
0,54cc TEP/gallon ≈ 0,142
o
/

oo
) bằng cách nối 2 giá trị của RON không pha Chì và
RON 0,5
o
/
oo
, sau đó từ hàm lượng 0,15g TEP/l gióng lên sẽ cắt đường thẳng trên tại
một điểm. Từ điểm này gióng ngang qua, ta xác định được giá trị của RON có pha
0,15g TEP/l.
Sau khi đã xác định RON của xăng nhẹ, ta sẽ tiến hành xác định RON của
xăng nặng theo phương pháp cộng tính về thể tích.

1.6 Hàm lượng hydrocarbure Aromatique
Để xác định hàm lượng Aromatique cho xăng nhẹ, ta tra trên biểu đồ « %
Aromatique - hiệu suất thu xăng theo % thể tích » ;
Hàm lượng Aromatique của xăng nặng và Kérosène sẽ được xác định theo phương
pháp cộng tính về thể tích.
%Ar
Σ
. %v
Σ
= % Ar
1
. %v
1
+ % Ar
2
. %v
2
+ … + %Ar

n
. %v
n
Với : %Ar
Σ
, % Ar
1
, % Ar
2
, …, %Ar
n
: hàm lượng Aromatique của phân đoạn hỗn
hợp và của các phân đoạn thành phần ;
%v
Σ
, %v
1
, %v
2
, …, %v
n
: hiệu suất thể tích thu được của phân đoạn hỗn
hợp và của các phân đoạn thành phần ;

10/35


11/35
1.7 Độ nhớt
1.7.1 Độ nhớt động học ν (viscosite cinematique)

Mối liên hệ giữa độ nhớt động lực µ và độ nhớt động học ν :
ρ
µ
=ν

Với : ρ - khối lượng thể tích
Người ta có thể tính gần đúng giá trị của độ nhớt dựa vào các công thức của Abbott
và Al (1971) :
()
()
W
W
222
W
W
2242
WW
K782314364250A
AK8602180A10506639A994310K1716170
AK10182461A1026293K127690K947331393714
,,
,.,,,

.,.,,,, log
100
−+
−++
+
−++−=ν
−

−−
()
()
W
2
W
W
324
210
K6296278626A
A197680A248991K
AK10489958A10134475A16653204636340
,,
,,8,0325.10

.,.,,,log
2-
−+
++
+
−+−−=ν
−−
Với : ν
210
- độ nhớt động học ở 210
Ò
F, mm
2
/s hay cSt ;
ν

100
- độ nhớt động học ở 100
Ò
F, mm
2
/s hay cSt ;
• Chú ý :
- Các công thức tính độ nhớt trên không áp dụng được nếu K
W
< 10 và A <0
- Giới hạn áp dụng các công thức trên :
0,5 < ν
100
< 20 cSt và 0,3 < ν
210
< 40 cSt
- Sai số trung bình khoảng ≤ 20%.
Từ các độ nhớt tính toán được ν
100
và ν
210
, muốn chuyển sang các giá trị độ
nhớt ν
20
o
C
và ν
50
o
C

và ν
100
o
C
, ta phải sử dụng biểu đồ ASTM tiêu chuẩn Độ
nhớt - nhiệt độ .
•
•
Ta có : 20
o
C = 68
0
F
50
o
C = 122
0
F
100
o
C = 212
0
F
Cách xác định :
- Đối với mỗi phân đoạn , xác định trên biểu đồ 2 điểm có nhiệt độ là 100
0
F và
210
0
F tương ứng với các ν

100

và ν
210
đã biết ;
- Kẻ một đường thẳng đi qua 2 điểm đó ;
- Dựa vào đường thẳng kẻ được để xác định độ nhớt ở những nhiệt độ cần thiết.
Riêng đối với cặn của quá trình chưng cất khí quyển, độ nhớt được xác định dựa
vào biểu đồ Độ nhớt động học (cSt) - hiệu suất thu cặn (% khối lượng).
12/35


13/35
1.8 Khối lượng phân tử
• Để xác định khối lượng phân tử cho xăng nhẹ, ta tra trên biểu đồ « Masse
molaire - hiệu suất thu xăng C
5
+
theo % khối lượng » ;
• Khối lượng phân tử của xăng nặng và Kérosène sẽ được xác định theo phương
pháp cộng tính về khối lượng .
• Nếu ta gọi :M
Σ
, M
1
, M
2
, …, M
n
: khối lượng phân tử của phân đoạn

hỗn hợp và của từng phân đoạn thành phần ;
m
Σ
, m
1
, m
2
, …, m
n
: khối lượng của phân đoạn hỗn hợp và của
từng phân đoạn thành phần ;
%m
Σ
, %m
1
, %m
2
, …, %m
n
: khối lượng của phân đoạn hỗn hợp và của
từng phân đoạn thành phần ;
Ta có :
n
n
2
2
1
1
n21
M

m
M
m
M
m
m
nnn
m
n
m
M
+++
=
+++
==
ΣΣ
Σ
Σ
Σ
...
...
Hay :
n
n
2
2
1
1
M
m

M
m
M
m
m
M
%%%
%
+⋅⋅⋅++
=
Σ
Σ


• Còn đối với những phân đoạn có tỉ trọng tiêu chuẩn S < 0,97 và nhiệt độ sôi T
b
<
840K , ta có thể xác định khối lượng phân tử của chúng theo công thức của
Riazi sau đây :
M = 42,965[exp (2,097 . 10
-4
T
b
- 7,78712 S + 2,08476 . 10
-3
T
b
S)] (T
b
1,26007

.S
4,98308
)
• Đối với các phân đoạn nặng có nhiệt độ sôi > 600K, người ta thường sử dụng
công thức của Lee và Kesler :
()
()
()
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−+−+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−−−+−++−=
b
2
3

b
b
2
b
7
b
T
335417
322840S022260S8088201
T
T
466222
74650S020580S7708401
T
10
S9917537418TS49486612272M
,
,,,
10

,
,,,,,,,
12

Trong đó : M - khối lượng phân tử, kg/kmol ;
T
b
- nhiệt độ sôi trung bình tiêu chuẩn của phân đoạn, K;
S - tỉ trọng tiêu chuẩn của phân đoạn.
Sai số trung bình khi tính toán theo 2 công thức trên khoảng ≤ 5 %.

14/35