Thiết kế phân xưởng chưng cất chân không cặn dầu soviet năng suất 8 triệu tấn trên năm

Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
Dầu mỏ được con người biết đến từ rất xa xưa. Ở thế kỷ XIX, dầu mỏ được coi là
nguồn nhiên liệu chính cho các phương tiện giao thông và nền công nghiệp kinh tế quốc
dân. Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng giữ vị trí quan trọng đối với tất cả
các cuốc gia trên toàn thế giới. Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩthuật,
dầu mỏ được sử dụng rông rãi cho các ngành công nghiệp tổng hợp hóa dầu (sản xuất cao
Trang 1
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
su, chất dẻo, sợi tổng hợp, …), sản xuất các sản phẩm phi nhiên liệu vô cùng quan trọng
như dầu nhờn, dầu bôi trơn, nhựa đường… là một phần không thể thiếu trong sự phát
triển của nền công nghiệp hiện đại.
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp dầu khí thế giới, từ những thập
niên 70, ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam đã không ngừng phát triển và lần lượt đi
vào khai thác các mỏ dầu có giá trị kinh tế lớn như : Đại Hùng, Mỏ Rồng, Rạng Đông …
Bên cạnh đó, các nhà máy phục vụ cho ngành dầu khí lần lượt được xây dựng vào đi vào
hoạt động : Nhà máy chế biến khí Dinh Cố, Nhà máy lọc dầu Dung Quất … và hàng loạt
các dự án khác được kí kết đi vào xây dựng.
Cặn dầu, hay còn gọi là mazut là nguồn nhiên liệu quan trọng của hệ thống lò đốt
trong các ngành công nghiệp xi măng, gốm sứ, đặc biệt hơn nữa nó là nguồn nguyên liệu
mang các đặc tính rất tốt để sản xuất các loại dầu nhờn đáp ứng yêu cầu bôi trơn, làm mát
hệ thống động cơ, các thiết bị máy móc trong nền công nghiệp hiện đại.
Hiểu được tầm quan trọng đó, chúng em xin giới thiệu đồ án “ Thiết kế phân xưởng
chưng cất chân không cặn dầu Soviet năng suất 8 triệu tấn/năm” thể hiện sự tìm tòi học
hỏi trong quá trình học tập và mong rằng sẽ đóng góp được một phần nhỏ vào sự phát
triển của ngành công nghiệp dầu khí.
Trang 2
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
I. CÁC TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA NGUYÊN LIỆU

1.1. Thành phần, tính chất của Mazut
1.1.1. Tính chất vật lí
a. Đặc tính chung của cặn mazut
Mazut là nhiên liệu lỏng, thường gọi là dầu FO là phần cặn của quá trình chưng cất
khí quyển dầu thô,được dùng làm nhiên liệu đốtcho các lò đốt công nghiệp. Trong những
năm gần đây do nền công nghiệp phát triển mạnh ngoài việc được sử dụng làm nhiên liệu
đốt lò con người còn nhận ra được những giá trị quan trọng của cặn mazut đó là dùng làm
nguyên liệu sản xuất dầu nhờn. Ngày nay công nghiệp chế biến dầu mỏ phát triển mạnh
và sâu sắc người ta thu được mazut từ quá trình chế biến các loại dầu khác nhau, nên
thành phần và tính chất của các loại cặn mazut thu được cũng rất khác nhau.
b. Độ nhớt của cặn mazut
Độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng nhất của nhiên liệu lỏng, độ nhớt
của dầu được xác định phương pháp và thời gian của công đoạn bơm, rót, vận chuyển
dầu.
Độ nhớt ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình truyền nhiệt trong đun nóng
và làm lạnh dầu
Đối v.2ới cặn mazut và sản phẩm nặng khác độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ
c. Các nhựa và asphaten
Các chất nhựa là các chất nhựa lỏng đặc quánh đôi khi rắn. Chúng có màu nâu hoặc
nâu sẫm khi tách khỏi dầu
Các asphanten đều có màu nâu sẫm hoặc đen, dưới dạng rắn thù hình. Đun nóng
cũng không bị chảy mềm, chỉ bị phân hủy ở nhiệt độ sôi cao hơn 300
o
C tạo thành khí và
cốc asphanten
Trang 3
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
Tạp chất cơ học của cặn mazut, chất ổn định dầu cặn của cracking thu được trong
quá trình cracking nhiệt có chứa các hợp chất cao phân tử, các cấu tử của nguyên liệu ban
đầu và chứa các sản phẩm rắn ngưng tụ như các hợp chất asphanten, cacbon và cacbonit

d. Ảnh hưởng của thành phần nguyên tố, hàm lượng tro đến tính chất của cặn mazut
Hàm lượng cacbon trong các loại cặn mazut thương phẩm thường nằm trong phạm
vi từ 85 - 88% còn hàm lượng hydro từ 9,6 - 11%, người ta thấy rằng mật độ và độ nhớt
của cặn mazut thương phẩm thì hàm lượng cacbon trong cặn cracking cao hơn, theo quy
định hàm lượng tro trong dầu mazut không vượt quá 0,3% hàm lượng nước trong mazut
không vượt quá 2 ÷ 3%.
1.1.2. Thành hóa học
Do có phân tử lượng lớn, thành phần hóa học của phân đoạn dầu nhờn rất phức tạp:
các n- và izo-parafin ít, naphten và thơm nhiều. Dạng cấu trúc hỗn hợp tăng.
Hàm lượng các hợp chất của S, N, O tăng mạnh: hơn 50% lượng lưu huỳnh có trong
dầu mỏ tập trung ở phân đoạn này, gồm các dạng như disunfua, thiophen, sunfua vòng…
Các chất nitơ thường gặp ở dạng đồng đẳng của pyrol, pyridin và cacbazol.Các hợp chất
oxy ở dạng axit. Các kim loại nặng như V, Ni, Pd…; các chất nhựa, asphaten điều có mặt
trong phân đoạn. Thông thường, người ta tách phân đoạn dầu nhờn bằng cách chưng cất
chân không phần cặn dầu mỏ, để tránh phân hủy ở nhiệt độ cao. [1, trang 62]
1.2. Ứng dụng của phân đoạn cặn mazut
1.2.1. Sử dụng cặn mazut để sản xuất dầu gốc.
Khi nghiên cứu các tính chất sử dụng của phân đoạn dầu nhờn, người ta thấy các
hợp chất n– parafin với phân tử lượng lớn thường là parafin rắn (còn gọi là sáp), chúng
làm giảm độ linh động của dầu nhờn nên hàm lượng của chúng cũng phải giảm tới mức
cần thiết, đặc biệt với các dầu bôi trơn làm việc ở nhiệt độ âm.
Trang 4
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
Các izo– parafin lại là thành phần rất tốt trong dầu bôi trơn vì chúng có độ nhớt
thích hợp và tính chất nhớt nhiệt tốt. Nếu mạch nhánh izo– parafin càng dài thì đặc tính
này càng thể hiện rõ ràng hơn
Các hydrocacbon naphten hay hydrocacbon thơm 1 vòng hoặc 2 vòng với mạch
nhánh parafin dài khi có cùng nhiệt độ sôi thì độ nhớt cũng xấp xỉ nhau. Tăng chiều dài
nhánh, độ nhớt tăng lên rõ rệt và chỉ số nhớt cũng tốt, đặc biệt là khi mạch nhánh alkyl lại
phân nhánh

Đối với các naphten và hydrocacbon thơm nhiều vòng hoặc loại lai hợp naphten –
hydrocacbon thơm thường có độ nhớt rất cao, song chỉ số nhớt lại rất thấp do đó các hợp
chất này không phải là cấu tử cần thiết cho dầu gốc để chế tạo dầu bôi trơn chất lượng
cao. Mặt khác, trong quá trình bảo quản hay làm việc, các hợp chất này có xu hướng tạo
nhựa mạnh làm giảm nhanh chóng tính năng sử dụng của dầu nhờn
Như vậy, có các hợp chất hydrocacbon với cấu trúc gồm naphten hay hydrocacbon
thơm 1 vòng có nhánh izo – parafin dài và các izo – parafin mới là những cất tử lý tưởng
cho dầu bôi trơn, vì chúng không chỉ có độ nhớt đảm bảo mà còn có chỉ số độ nhớt cao,
cho phép chế tạo được dầu nhờn chất lượng cao
Trong trường hợp cần sản xuất dầu nhờn có chất lượng cao thì chúng ta cần phải
tiến hành loại bỏ các hợp chất không thích hợp ra khỏi nguyên liệu. Đó là các
hydrocacbon nhiều vòng, các hợp chất dị nguyên tố và ngay cả n– parafin có trọng lượng
phân tử lớn
Hình 1.3 cho biết những thành phần nào trong phần cất chân không từ dầu thô là có
lợi cho dầu gốc và thành phần nào cần phải tách ra trong quá trình lọc dầu.
Trang 5
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
Hình 1.3 Sơ đồ tách cấu tử không mong muốn ra khỏi các phân đoạn
chưng chân không trong quá trình sản xuất dầu gốc
1.2.2. Ứng dụng cặn mazut trong sản xuất cốc
Hiệu suất cốc thu được từ thành phần dầu của cặn mazut chỉ khoảng 1,2÷ 6,8%
trong khi đó hiệu suất thu được từ các asphanten là 57 ÷ 75,5%. Vì vậy sự có mặt của các
chất nhựa và asphanten trong cặn càng nhiều, càng ảnh hưởng tốt đến hiệu suất quá trình
cốc hoá.
Đánh giá khả năng tạo cốc của cặn, thường sử dụng để sản xuất cốc, thì cặn mazut
của dầu mỏ họ aromatic hay họ naphtenic sẽ cho hiệu suất và chất lượng cốc hoá cao
hơn, tốt hơn.
1.2.3. Ứng dụng phần cặn mazut để sản xuất bitum
Bitum có tính chất chịu nhiệt, chịu thời tiết tốt và có độ bền cao thì phải có khoảng
25% nhựa, 15 - 18% asphanten 52 - 54% dầu.

Cặn của những dầu mỏ loại nặng chứa nhiều nhựa và asphanten dùng làm nguyên
liệu sản xuất bitum là tốt nhất.
Trang 6
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
Hàm lượng asphanten trong cặn càng cao, tỷ số asphanten càng cao, chất lượng
bitum càng tốt, công nghệ chế biến ngày càng đơn giản.
Cặn của dầu mỏ có chứa nhiều parafin rắn là loại nguyên liệu xấu nhất trong sản
xuất bitum, bitum có độ bền rất thấp và tính bám dính rất kém.
Để tăng dần hàm lượng asphanten và nhựa, thường tiến hành quá trình oxy hoá
bằng oxy không khí ở nhiệt độ 170 - 260
0
C trong quá trình oxy hoá, một bộ phận dầu sẽ
chuyển sang nhựa còn một bộ phận chuyển sang asphanten do xảy ra các sản phẩm
ngưng tụ. Do đó hàm lượng dầu sẽ giảm, hàm lượng asphanten sẽ tăng nhưng hàm lượng
nhựa ít thay đổi.
1.2.4. Ứng dụng phần cặn mazut làm nguyên liệu lò đốt
Dầu mazut được sử dụng làm nhiên liệu đốt lò nhờ nhiệt năng của chúng, nhiệt
năng của cặn dầu nằm trong khoảng 10000 Cal/kg. Những thành phần không thuộc loại
hydrocacbon trong dầu cặn cũng có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất sử dụng của nó.
Các hợp chất của lưu huỳnh trong dầu mỏ tập trung chủ yếu vào dầu cặn. Các hợp
chất lưu huỳnh còn kết hợp với kim loại, tăng lượng cặn bám trong các thiết bị đốt và
khói thải của nó gây ô nhiễm môi trường.
Cặn mazut thực chất là một hệ keo cân bằng mà hướng phân tán asphanten và môi
trường phân tán là dầu và nhựa. Trong đó có nhiều chất là những loại cặn có độ nhớt cao.
II. CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG CẶN MAZUT
2.1. Đặc điểm của quá trình chưng cất ở áp suất chân không
Chưng cất cặn dầu là một quá trình chế biến vật lý trong đó các cấu tử có trong cặn
dầu không hề bị biến đổi mà chúng chỉ được phân chia đơn thuần thành các nhóm sản
phẩm. Phương pháp này bao gồm quá trình sôi và bay hơi hỗn hợp chất lỏng sau đó
ngưng tụ hơi và làm lạnh bằng nước. Như vậy hơi nhẹ bay lên ngưng tụ thành lỏng, chất

lỏng thu được này sẽ tinh khiết hơn nguyên liệu ban đầu mà thành phần chất vẫn không
thay đổi.
Sau khi chưng chất dầu dưới áp suất khí quyển ở nhiệt độ 350 - 370
o
C để chưng cất
phần còn lại cần chọn điều kiện để loại trừ khả năng cracking và tạo điều kiện thu được
phần cất cao 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
Trang 7
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
nguyên liệu cho cracking xúc tác. Phương pháp phổ biến nhất để tách các phân đoạn ra
khỏi mazut là chưng cất chân không.[1, trang 204]
2.2. Mục đích
Hỗn hợp các cấu trúc trong dầu thô thường không bền, dễ bị phân huỷ khi tăng
nhiệt độ. Độ bền của các cấu tử tạo thành dầu không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn
phụ thuộc cả vào thời gian tiếp xúc ở nhiệt độ đó. Trong thực tế chưng cất, đối với các
phân đoạn có nhiệt độ cao, người ta cần tránh sự phân huỷ nhiệt của chúng khi đốt nóng.
Tuỳ theo loại dầu thô, trong thực tế không nên đốt nóng quá 400 ÷ 420
0
C với dầu không
có hay có chứa rất ít lưu huỳnh và không quá 320 ÷ 340
0
C với dầu có nhiều lưu huỳnh.
Áp suất chân không làm giảm nhiệt độ sôi, còn hơi nước cũng có tác dụng tương tự
như dùng chân không là giảm áp suất riêng phần của cấu tử hỗn hợp làm cho chúng sôi ở
nhiệt độ thấp hơn. Khi tinh luyện, nó được dùng để tái bay hơi phân đoạn có nhiệt độ sôi
thấp còn chứa trong mazut hay gudron, trong nhiên liệu và dầu nhờn. Kết hợp dùng chân
không và hơi nước khi chưng cất phần cặn sẽ cho phép đảm bảo hiệu quả tách sâu hơn
phân đoạn dầu nhờn (có thể đến 550 ÷ 600
0

C).
Vậy có 2 mục đích chưng cất chân không cặn mazut
- Giảm phân huỷ và phản ứng cracking, tăng hiệu suất thu các phân đoạn
dầu nhờn và cặn gudron.
- Thu được distilat dầu nhờn cho cụm sản xuất dầu nhờn, hoặc gasoil chân
không – là nguyên liệu cho cracking xúc tác.
2.3. Đặc điểm chưng cất cặn mazut trong tháp chân không
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 tháp, điều kiện
nung nóng nhiên liệu 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
Trang 8
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
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, trang 205]
Cấu tạo của tháp chân không khác với tháp chưng cất khí quyển nhằm giảm thời
gian lưu của cặn trong tháp để tránh phân hủy nó dưới tác dụng của nhiệt độ cao. Do lưu
lượng các dòng hơi trong tháp chân không lớn, nên đường kính của các tháp này lớn hơn
nhiều so với tháp cất khí quyển (8 ÷ 12 m). Do sự phân bố của chất lỏng và bọt sủi không
đồng nhất nên hiệu quả của mâm không cao. Để phân bố chất lỏng đồng đều trên các
mâm nên sử dụng cấu trúc mâm đặc biệt (mâm lưới, van (xupap) và sàng).
Sự phân huỷ khi chưng cất sẽ làm xấu đi các tính chất làm việc của sản phẩm, như
làm giảm độ nhớt và nhiệt độ bắt cháy cốc kín của chúng, giảm độ bền oxy hóa. Nhưng
quan trọng hơn là chúng gây nguy hiểm cho quá trình chưng cất vì chúng tạo ra các hợp
chất ăn mòn và làm tăng áp suất tháp. Để giảm mức độ phân hủy, thời gian lưu của
nguyên liệu ở nhiệt độ cao cũng cần phải hạn chế. Ví dụ như trong thực tế chưng cất, thời
gian lưu của nguyên liệu dầu (phân đoạn cặn của chưng cất khí quyển) ở tháp chưng cất

khí quyển không lớn hơn 5 phút và phân đoạn gudron khi chưng cất chân không chỉ vào
khoảng 2 đến 5 phút.
Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí quyển cao hơn nhiệt độ phân hủy nhiệt
của chúng, người ta phải dùng đến tháp chưng cất chân không hay chưng với hơi nước để
tránh phân hủy nhiệt.
Tuy nhiên tác dụng của hơi nước làm tác nhân bay hơi còn bị hạn chế, vì nhiệt độ
bay hơi khác xa so với nhiệt độ đốt nóng chất lỏng. Vì thế nếu tăng lượng hơi nước thì
nhiệt độ và áp suất hơi bão hoà của dầu giảm xuống và sự tách hơi cũng giảm theo. Do
vậy lượng hơi nước có hiệu quả nhất chỉ trong khoảng 2 ÷ 3% so với nguyên liệu đem
chưng cất khi số cấp tiếp xúc lý thuyết là 3 hoặc 4. Trong điều kiện như vậy, lượng hơi
dầu tách ra từ phân đoạn mazut đạt tới 14 ÷ 23%. Khi chưng cất với hơi nước, số lượng
phân đoạn tách ra được có thể tính theo phương trình sau:
Trong đó:
G và z – số lượng hơi dầu tách được và lượng hơi nước
– phân tử lượng của hơi dầu
Trang 9
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
18 – phân tử lượng của nước
P – áp suất tổng cộng của hệ
– áp suất riêng phần của dầu ở nhiệt độ chưng.
Nhiệt độ của hơi nước cần phải không thấp hơn nhiệt độ của hơi dầu tránh sản
phẩm dầu ngậm nước. Do vậy người ta thường dùng hơi nước nhiệt độ trong khoảng 380
÷ 4500C, áp suất hơi từ 0,2 ÷ 0,5 MPa.
Công nghệ chưng cất dầu với hơi nước có nhiều ưu điểm. Ngoài việc giảm áp suất
riêng phần của dầu, nó còn tăng cường khuấy trộn chất lỏng tránh tích nhiệt cục bộ, tăng
diện tích bề mặt bay hơi do tạo thành những tia và các bong bóng hơi. Người ta cũng
dùng hơi nước để tăng cường đốt nóng cặn dầu trong lò ống khi chưng cất trong chân
không. Khi đó đạt được mức độ bay hơi lớn cho nguyên liệu dầu, tránh và ngăn ngừa tạo
cốc trong các lò đốt nóng. Tiêu hao hơi nước trong trường hợp này khoảng 0,3 ÷ 0,5% so
với nguyên liệu.

Thay thế hơi nước bằng khí trơ sẽ tiết kiệm lượng lớn nhiệt chi cho tạo hơi nước và
giảm chi phí dùng nước cho ngưng tụ. Tuy nhiên nó lại không được ứng dụng rộng rãi do
phải có thiết bị gia nhiệt và ngưng tụ lớn, khó tách triệt để sản phẩm dầu ra khỏi dòng
khí.
Các phân đoạn ligroin – kerosene – gasoil cũng được làm tác nhân bay hơi nhưng
hơi nước được sử dụng phổ biến nhất.
2.4. Sản phẩm của quá trình chưng cất cặn mazut
Chế biến mazut trong chân không thu được các distilat dầu nhờn có nhiệt độ sôi và
độ nhớt khác nhau, cặn của quá trình là semiguron hoặc gudron. Các sơ đồ công nghệ
chưng cất chân không được chia thành nhóm nhiên liệu và dầu nhờn. Trong sơ đồ nhiên
liệu từ mazut thu phân đoạn rộng có nhiệt độ sôi đến 550
0
C là gasoil chân không, là
nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác hoặc hydrocracking. Trong nhóm công nghệ
thứ hai thu được phân đoạn dầu nhờn, sau khi chế biến (xử lý bằng hydro, làm sạch lựa
chọn, loại parafin bằng xúc tác hoặc loại parafin ở nhiệt độ thấp trong dung môi, làm
sạch tiếp xúc ) có thể thu được các dầu nhờn gốc khác nhau.
Chưng cất chân không tạo ra các sản phẩm dầu bôi trơn có độ nhớt khác nhau và
tất cả các dầu bôi trơn chưng cất phản ánh thành phần hoá học tổng quát của loại dầu mỏ
Trang 10
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
đem sử dụng. Và sản phẩm thu được từ quá trình chưng cất chân không cặn mazut là các
phân đoạn dầu nhờn và cặn gudron.
Sơ đồ mô tả chưng chân không cặn mazut:
Hình 2.4 Các phân đoạn sản phẩm từ quá trình chưng cất chân không
Bảng 2.4 Chất lượng sản phẩm dầu thu được trong tháp chưng cất chân không như sau:
Trang 11
Phân đoạn 350 – 500
o
C

Hàm lượng nhựa, % k.l không quá
Bay hơi, % t.t.
đến 480
o
C, không thấp hơn
đến 350
o
C, không cao hơn
12
96
20
Nhựa đường ( phân đoạn > 500
o
C)
Nhiệt độ chớp cháy,
o
C, không thấp
hơn
Độ nhớt tương đối ở 80
o
C
Bay hơi đến 500
o
C, % t.t không quá
200
80 – 150
96
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
2.5. Phân đoạn dầu nhờn
Dầu nhờn gốc thu được từ quá trình chưng cất chân không cặn mazut là quá trình

chế biến vật lý, do đó thành phần hoá học của phân đoạn dầu nhờn giống như thành phần
hoá học của phân đoạn cặn mazut. Tuy nhiên do tính chất sử dụng của dầu nhờn mà một
số hợp chất trong cặn mazut không có lợi cần phải loại ra.
Các loại dầu thô khác nhau sẽ cho thành phần phân đoạn dầu nhờn khác nhau và chỉ
những phân đoạn đầu nhờn của dầu mỏ họ naphteno – parafinic, parafino – naphtenic hay
parafinic có khả năng sản xuất được dầu gốc có chất lượng cao. Ngược lại, từ dầu mỏ họ
naphten hay aromatic khó có khả năng chế tạo dầu nhớt có chỉ số độ nhớt cao.
Trong trường hợp muốn sản xuất dầu nhờn có chỉ số độ nhớt cao thì dầu mỏ họ
naphten hay aromatic thì người ta phải thêm một lượng lớn các phụ gia để làm tăng chỉ
số nhớt như vậy giá thành sẽ cao hơn. Những phụ gia này thường là các polyme như
polyizobutylen, polymetacrylat và polyme của este vinylic, polyalkylstyren.
Như vậy, việc tách các thành phần không mong muốn nhờ quá trình lọc dầu cho
phép có thể sản xuất dầu gốc chất lượng cao từ các dầu thô mà có nguồn gốc không phù
hợp cho mục đích này.
Bảng 2.5 Thành phần các hydrocacbon có mặt trong dầu nhờn
Loại hydrocacbon % thể tích
n– Parafin
izo– Parafin
Naphten 1 vòng
Naphten 2 vòng
Naphten 3 vòng
Hydrocacbon thơm 1 vòng + naphten
Hydrocacbon thơm 2 vòng + naphten
Hydlocacbon thơm 3 vòng + naphten
Hydrocacbon hơn nhiều vòng ngưng tụ
và các hợp chất phi hydrocacbon
13.4
8.3
18.4
9.9

16.5
16.5
8.1
6.6
8.0
2.6. Phân đoạn cặn chân không
Trang 12
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
Phân đoạn cặn gudron là phần còn lại của quá trình chưng cất chân không sau khi
đã lấy đi các phân đoạn dầu nhờn. Chúng có nhiệt độ sôi lớn hơn 500
0
C, gồm các
hydrocacbon có số nguyên tử cacbon lớn hơn C
41
. Thành phần của phân đoạn này rất
phức tạp và có thể chia thành ba nhóm sau:
a) Nhóm chất dầu bao gồm các hydrocacbon có phân tử lượng lớn
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 hydrocacbon thơm và naphten. Đây là nhóm
hợp chất nhẹ nhất có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1, hoà tan trong xăng, n– pentan, CS
2
(Cacbon
Disunfua) nhưng không hoà tan trong cồn. Trong phân đoạn cặn, nhóm chất dầu chiếm
khoảng 45 ÷ 46%. Trong công nghệ sản xuất dầu nhờn ta có thể tận dụng phần chất dầu
này để sản xuất dầu nhờn có độ nhớt cao sử dụng cho các loại động cơ có tốc độ chậm và
tải trọng lớn.
b) Nhóm chất nhựa (còn gọi là nhóm maltene)
Nhóm này ở dạng keo quánh gồm hai thành phần, đó là các chất trung tính và các
chất axit.
Các chất trung tính có màu đen hoặc nâu, nhiệt độ hoá mềm nhỏ hơn 100

0
C, tỷ
trọng lớn hơn 1, dễ dàng hoà tan trong xăng, naphta. 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 đến 15% khối lượng của cặn gudron.
Các chất axit là chất có nhóm – COOH, màu nâu sẫm, tỷ trọng lớn hơn 1 dễ hoà tan
trong cloroform và rượu etylic. Chấl axit tạo cho nhựa tính hoạt động bề mặt. Khả năng
kết dính của bitum phụ thuộc vào hàm lượng chất axit có trong nhựa, nó chỉ chiếm
khoảng 1% trong cặn dầu mỏ.
c) Nhóm asphanten:
Nhóm asphaten 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 disunfua (CS
2
).
Đun ở 300
0
C không bị nóng chảy mà bị cháy thành tro.
Ngoài ba nhóm chất chính nói trên, trong cặn gudron còn có các 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.
Trang 13
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
Phân đoạn cặn gudron được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như sản xuất
bitum, than cốc, nhiên liệu đốt lò. Trong các ứng dụng trên thì sản xuất bitum là ứng
dụng quan trọng nhất.
2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất chân không
2.7.1. Các khí không ngưng
Các chất khí không ngưng là hỗn hợp của không khí và các hydrocarbon nhẹ (C
1
,

C
2
) hòa tan trong nguyên liệu, có giá trị thấp, được thu hồi ở áp suất thấp (áp suất của
bình lắng gạn của chưng cất chân không là từ 0.1 – 0.2 bar). Sự thâm nhập của không khí
tỉ lệ với diện tích bề mặt xung quanh tháp, với số lượng các khớp nối, mặt bích, lỗ dột
với quá trình lưu trữ nguyên liệu (bể kín khít, áp suất, nhiệt độ bảo quản ).
Các khí không ngưng này được sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu đốt cho lò đun sôi
cặn khí quyển. Chúng được đốt cháy trực tiếp trong khoang của lò đốt nhờ các mỏ đốt
đặc biệt ít làm tổn thất áp suất. Lượng khí đốt thay đổi và tăng cùng với sự tăng nhiệt độ
cháy của lò và với sự tăng kích thước của tháp. Như vậy trong một giờ có thể đốt đến 1
tấn khí đối với một quá trình xử lý khoảng 500 tấn cặn chưng cất khí quyển. Lưu ý đặc
biệt là khi khí bị lẫn H
2
S, cần phải xử lý khí không ngưng này trước khi sử dụng chúng
làm nhiên liệu đốt lò.
2.7.2. Các chất thải
Phân xưởng chưng cất chân không cũng tương tự như phân xưởng chưng cất khí
quyển, nó sản sinh ra ít dòng chất thải và việc xử lý chúng không gặp khó khăn nào đặc
biệt.
a. Dòng lỏng: nước acid từ ngưng tụ hơi stripping
b. Dòng khí: khí thải duy nhất là khói lò
2.7.3. Ăn mòn
Các lưu ý về ăn mòn đối với công đoạn chưng cất khí quyển vẫn có giá trị đối với
quá trình chưng cất chân không, cho dù sự ăn mòn trong quá trình chưng cất chân không
là ít quan trọng hơn do tháp làm việc ở điều kiện chân không khá cao. Việc sử dụng thép
hợp kim cho các ống trao đổi nhiệt và bọc lớp phủ cũng bằng thép hợp kim cho đáy tháp
là vì nhiệt độ.
2.7.4. Nhiệt độ của tháp
Trang 14
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh

Nhiệt độ là thông số quan trọng nhất của tháp chưng cất. Thay đổi nhiệt độ của tháp
thì nhiệt độ và hiệu suất của sản phẩm thay đổi. Chế độ nhiệt của tháp gồm: nhiệt độ của
nguyên liệu vào tháp, nhiệt độ đỉnh tháp, nhiệt độ trong tháp và nhiệt độ đáy tháp.
Nhiệt độ của nguyên liệu vào tháp chưng phụ thuộc vào bản chất của nguyên liệu,
mức độ phân tách của sản phẩm, áp suất trong tháp và lượng hơi nước đưa vào đáy tháp,
nhưng chủ yếu phải tránh sự phân huỷ nhiệt ở nhiệt độ cao. Nếu nguyên liệu thuộc loại
dầu nặng mức độ phân chia lấy sản phẩm ít thì nhiệt độ vào tháp chưng luyện sẽ không
cần cao. Trong thực tế sản phẩm khi chưng cất ở áp suất khí quyển, nhiệt độ nguyên liệu
vào tháp chưng luyện thường trong giới hạn 320 ÷ 360ºC còn nhiệt độ nguyên liệu mazut
vào tháp chưng ở áp suất chân không thường khoảng 400 ÷ 440ºC.
Nhiệt độ đáy tháp phụ thuộc vào phương pháp bay hơi và hồi lưu đáy. Nếu bay hơi
phần hồi lưu đáy bằng thiết bị đốt nóng riêng biệt thì nhiệt độ đáy tháp sẽ ứng với nhiệt
độ bốc hơi cân bằng ở áp suất tại đáy tháp, nếu bốc hơi bằng cách dùng hơi nước quá
nhiệt thì nhiệt độ đáy tháp sẽ thấp hơn vùng nạp liệu. Nhiệt độ đáy tháp phải chọn tối ưu,
vừa tránh sự phân huỷ các cấu tử nặng, vừa phải đủ để tách hết hơi nhẹ ra khỏi phần
nặng.
Nhiệt độ đỉnh tháp được khống chế nhằm đảm bảo sự bay hơi. Để tách xăng ra khỏi
mazut đối với tháp chưng cất chân không áp suất chưng là 10 ÷ 70 mmHg thường nhiệt
độ không quá 120ºC với mục đích để giảm bớt mất mát gasoil chân không hay mất mát
các cấu tử trong phân đoạn dầu nhờn.
Để bảm bảo chế độ nhiệt của tháp, cũng như để phân chia các quá trình hoàn thiện
thì phải có hồi lưu.
Hồi lưu nóng: Quá trình hồi lưu nóng được thực hiện bằng cách ngưng tụ một phần
hơi sản phẩm đỉnh ở nhiệt độ sôi của nó. Khi tưới trở lại tháp, chúng chỉ cần thu nhiệt để
bốc hơi. Tác nhân lạnh có thể dùng là nước hay chính sản phẩm lạnh. Xác định lượng hồi
lưu nóng theo công thức:
Trong đó: Rn: lượng hồi lưu nóng, kg/h
Q: Nhiệt hồi lưu cần lấy để bốc hơi, kcal/h
i: Nhiệt ngưng tụ của sản phẩm lỏng, kcal/kg.
Trang 15

Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
Do thiết bị hồi lưu nóng ít phổ biến và bị hạn chế do khó lắp ráp và khó cho việc vệ
sinh, đặc biệt khi công suất của tháp lớn,.
Hồi lưu nguội: Được thực hiện bằng cách làm nguội và ngưng tụ sản phẩm đỉnh rồi
tưới trở lại tháp chưng. Khi đó lượng hồi lưu cần thu lại một lượng nhiệt cần thiết để đun
nóng nó đến nhiệt độ sôi cần thiết và nhiệt độ cần để hoá hơi:
Trong đó:
Rng : Lượng hồi lưu nguội.
Q : Lượng nhiệt mà hồi lưu cần.
: Hàm nhiệt của hơi.
: Lượng nhiệt của lỏng hồi lưu.
i: Nhiệt lượng phần hơi cần.
C: Nhiệt dung sản phẩm hồi lưu.
t
1
, t
2
: Nhiệt độ của hơi và của lỏng tương ứng.
Hồi lưu nguội được sử dụng tương đối rộng rãi, vì lượng hồi lưu thường ít, làm tăng
chất lượng mà không làm giảm nhiều năng suất của tháp chưng.
Hồi lưu trung gian: Quá trình hồi lưu trung gian thực hiện bằng cách lấy một phần
sản phẩm lỏng nằm trên các đĩa có nhiệt độ là t
1
, đưa ra ngoài làm lạnh đến t
0
rồi tưới trở
lại tháp, khi đó chất lỏng hồi lưu cần thu một lượng nhiệt để đun nóng từ nhiệt độ t
0
÷ t
2

.
Trong đó : Q là lượng hồi lưu lấy đi, kcal
, : Hàm nhiệt của hồi lưu ở pha lỏng với nhiệt độ t
2
và t
0
, kcal/kg.
Hồi lưu trung gian có nhiều ưu điểm: Giảm lượng hơi đi ra ở đỉnh tháp, tận dụng
được một lượng nhiệt thừa rất lớn của tháp chưng để đun nóng nguyên liệu ban đầu, tăng
công suất làm việc của tháp, tăng cường chất lượng của các sản phẩm cạnh sườn và điều
chỉnh nhiệt độ trong tháp. Người ta thường kết hợp hồi lưu trung gian với hồi lưu lạnh
cho phép điều chỉnh chính xác nhiệt độ chưng do đó đảm bảo được hiệu suất và chất
lượng sản phẩm của quá trình
2.7.5. Áp suất của tháp
Trang 16
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
Khi tháp chưng cất mazut trong tháp chưng chân không thì thường tiến hành áp suất
từ 10 ÷ 70 mmHg
Áp suất trong mỗi tiết diện của tháp chưng luyện phụ thuộc vào trở lực thuỷ tĩnh khi
hơi qua các đĩa, nghĩa là phụ thuộc vào số đĩa và cấu trúc đĩa, lưu lượng riêng của chất
lỏng và hơi. Thông thường từ đĩa này sang đĩa khác, áp suất giảm từ 5 ÷ 10 mmHg từ
dưới lên khi chưng cất, ở áp suất chân không qua mỗi đĩa áp suất giảm từ 1 ÷ 3 mmHg.
Áp suất làm việc của tháp phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất của nguyên liệu và áp
suất riêng phần của từng cấu tử trong tháp. Nếu tháp chưng luyện mà dùng hơi nước trực
tiếp cho vào đáy tháp thì hơi nước làm giảm áp suất riêng phần của hơi sản phẩm đầu,
cho phép chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn. Lượng hơi nước tiêu hao phụ thuộc vào
áp suất chung của tháp và áp suất riêng phần của các sản phẩm đầu.
Lượng hơi nước tiêu hao cho tháp chưng ở áp suất chân không khoảng 5÷8% trọng
lượng so với nguyên liệu.
Trang 17

Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH
TRONG SƠ ĐỒ
I. LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH
CHƯNG CẤT
1.1. Các loại sơ đồ chưng cất chân không trong công nghiệp
Gồm hai loại:
 Loại sơ đồ bay hơi một bậc
 Loại sơ đồ bay hơi hai bậc
1.1.1. Sơ đồ bay hơi một bậc
Trang 18
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
Hình 1.1: sơ đồ bay hơi một bậc
Loại sơ đồ bốc hơi một lần thường dùng để chế biến mazut thành các phân đoạn
làm nguyên liệu sản xuất nhiên liệu.
1.1.2. Sơ đồ bay hơi hai bậc
Trang 19
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
Hình 1.2: sơ đồ bay hơi hai bậc
Loại sơ đồ bay hơi hai lần dùng để chế biến mazut thành các phân đoạn dầu nhờn.
Hiện nay trong công nghệ chế biến dầu mỏ người ta thường kết hợp chưng cất thường và
áp suất chân không trong một sơ đồ liên tục, về mặt kinh tế tiết kiệm được các bể chứa,
diện tích mặt bằng, tăng công suất của quá trình cùng một dây chuyền điều khiển tự động
đạt hiệu về mặt hiệu quả kinh tế.
Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ và chế độ công nghệ chưng cất hoàn toàn phụ thuộc
vào các đặc tính của quá trình chế biến.
Dựa trên nguồn nguyên liệu ban đầu và sản phẩm yêu cầu chúng em lựa chọn sơ đồ
chưng cất chân không bay hơi một bậc dầu mazut để nhận các phân đoạn dầu nhờn theo
yêu cầu đề ra.
Trang 20

Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
1.2. Chế độ công nghệ của tháp chưng cất chân không
Nhiệt độ:
0
C
Đỉnh 80 – 100
Đáy 340 – 365
Áp suất ở đỉnh:
Kpa 5,3 – 8,0
mm Hg 40 – 60
Tiêu tốn hơi nước:
% Khối lượng: 0,85 – 0,9
II. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CHÍNH
2.1. Sơ đồ cụm chưng cất chân không cặn dầu mazut
Trang 21
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
2.2. Thuyết minh sơ đồ
Cặn mazut từ bể chứa nguyên liệu số (12) được bơm ly tâm bơm lên, chia làm 2
dòng, một dòng vào bể trao đổi nhiệt ống chùm số (3) trao đổi nhiệt với dòng tuần hoàn
của tháp chưng cất sau đó được đưa vào thiết bị lò đốt số (1). Dòng thứ 2 được đưa qua
các thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm của các sản phẩm trích ngang và tiếp tục đưa qua
thiết bị làm lạnh ống lồng ống số (6), sau đó được bơm ly tâm đưa vào thiết bị lò đốt. Sau
khi ra khỏi lò nhiệt độ dòng nguyên liệu là khoảng 400 – 420 0C được đi vào vùng nhập
liệu của tháp. Tại đỉnh tháp thu được khí nhẹ, sau đó dòng khí đi qua thiết bị làm lạnh
ngung tụ (9) rồi xuống bể chứa chân không số (8) tại đây chất lỏng được tách ra, sau đó
được đưa vào bể chứa khí áp kế số (11) tại đây thu được cặn gasoil và nước ngưng. Khí
không ngưng sẽ được hệ thống tạo chân không hút ra thu được khí không ngừng và tạo
được áp suất chân không cho tháp.
Ở phân giữa tháp thu hồi được sản phẩm trích ngang thứ nhất qua thiết bị bay hơi
số(7), tại đây phân nhẹ được hoàn lưu lại tháp, phần lỏng được bơm số (17) bơm vào

thiết bị trao đổi nhiệt ông chùm số (3) để giảm nhiệt độ sau đó đưa qua thiết bị làm mát
bằng không khí số (4), một phần dòng sản phẩm qua thiết bị làm lạnh ngưng tụ số (9) sau
đó quay lại đỉnh tháp phần còn lại được đưa vào bể chứa phân đoạn dầu nhờn nhẹ số
(15). Dòng sản phẩm trích ly thứ 2 qua thiết bị bay hơi số(7), tại đây phân nhẹ được hoàn
lưu lại tháp, phần lỏng được bơm số (17) bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt ông chùm số (3)
Trang 22
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
để giảm nhiệt độ sau đó đưa qua thiết bị làm mát bằng không khí số(4), dòng sản phẩm
được đưa vào bể chứa phân đoạn dầu nhờn nặng số (14).
Dòng sản phẩm đáy được bơm pittong số (5) bơm vào thiết bị làm lạnh bằng ống
lồng ống số (6) sau đó đưa qua thiết bị làm lạnh bằng không khí số (4), sau đó được chia
ra làm 2 dòng, một dòng được đưa lại hôi lưu đáy tháp, một dòng được đưa vào bể chứa
cặn gudron số (13)
2.3. Cấu tạo chính của tháp chưng cất chân không
1. Đáy tháp
2. Thân tháp
3. Tấm chắn chảy
chuyền
4. Máng chảy chuyền
5. Tấm chắn chảy tràn
6. Đĩa.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
I. Tính cân bằng
1.1. Cân bằng vật chất
Nguyên liệu được đưa vào chưng cất là cặn mazut dầu Soviet (Nga) với các
thông số như sau:
Bảng 3.1. Các phân đoạn dầu Soviet ở áp suất chân không
Giới hạn sôi
Hiệu suất
(%) trên dầu

Hiệu suất
(%) phân
đoạn
Tỷ trọng
< 350
o
C 4.5 10.40 0.8773
350 – 420
o
C 12.8 29.56 0.8955
420 – 500
o
C 12 27.71 0.9258
> 500
o
C 14 32.33 1.0021
Kí hiệu các phân đoạn:
+ Dầu nhờn trung 350 – 420
o
C: DN
1
+ Dầu nhờn tối màu 420 – 500
o
C: DN
2
Trang 23
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
+ Phân đoạn gasoil nhẹ < 350
o
C: gas

+ Cặn gudron <500
o
C: gud
+ Tỷ trọng trung bình
Giá trị hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ α đối với sản phẩm dầu xác định theo bảng 2.5
[1 – 33]. Khi cần chuyển đổi sang có thể sử dụng biểu thức sau:
+ Phân tử lượng trung bình của các sản phẩm
Dựa vào của từng sản phẩm, công thức [1 – 37] tính được phân tử lượng
trung bình của các sản phẩm như sau:
+ Phân tử lượng trung bình của gas: 261 g/mol
+ Phân tử lượng trung bình của DN
1
: 303 g/mol
+ Phân tử lượng trung bình của DN
2
: 407 g/mol
+ Phân tử lượng trung bình của gud: 1591 g/mol
Dựa vào công thức tính tỷ trọng và phân tử lượng trung bình ta có bảng sau:
Bảng 3.2 Bảng các đại lượng trung bình
1.1.1. N
ă
n
g
suất phân xưởng
Mỗi năm có 365 ngày và nhà máy làm việc liên tục trong 24giờ/ngày. Chia
mỗi ngày chia làm 3 ca, mỗi ca 8h. Với số ngày nghỉ và tu sửa 30 ngày.
Do đó ta có số ngày làm việc trong 1 năm là: 365 – 30 = 335 ngày
Vậy tổng số giờ làm việc trong 1 năm là 335 * 24 = 8040 giờ
Sau khi tính toán số ngày nghỉ, số ngày tu sửa và số ngày bảo dưỡng máy móc
thiết bị ta có thời gian làm việc cho một năm là 8000 giờ.

Năng suất của phân xưởng 8 triệu tấn/năm.
Trang 24
Phân đoạn M
Gas 0.8773 0.8807 261
DN
1
0.8955 0.8988 303
DN
2
0.9258 0.9289 407
Gudron 1.0021 1.0021 1591
Đồ án công nghệ GVHD: TS. Lê Thanh Thanh
Do đầu vào của dầu mazut đã bị lấy đi 1% cho nhiên liệu đốt lao nên công
suất chỉ còn lại: 8000000 – 0.01 * 8000000 = 792000 (tấn/năm)
Lượng sản phẩm gasoil sản xuất được trong một giờ là:
G
gas
= 990 * 10.40% = 103 (tấn/giờ)
Lượng dầu nhờn trung sản xuất được trong một giờ là:
G
DN1
= 990 * 29.56% = 293 (tấn/giờ)
Lượng dầu nhờn tối màu thu được trong một giờ là:
G
DN2
= 990 * 27.71% = 274 (tấn/giờ)
Lượng gudron thu được trong một giờ là:
G
gud
= 990 * 32.33% = 320 (tấn/giờ)

Tính lượng sản phẩm theo kmol/h:
Lượng gasoil thu được là:
Lượng dầu nhờn trung thu được là:
Lượng dầu nhờn tối màu thu được là:
Lượng gudron thu được là:
1.1.2. Tính tiêu hao nước dành cho tháp chưng
- Tính tiêu hao nước cho tháp phân đoạn:
Trong công nghiệp chế biến dầu lượng hơi nước được dùng xả vào đáy tháp
chưng cất chân không thường chọn bằng 3% trọng lượng so với lưu lượng của cặn
gudron thoát ra.
Trang 25