Đề cương ôn tập tốt nghiệp môn công nghệ chế biến dầu khí

Trường ĐH Bà Rịa Vũng Tàu Đề cương ôn tập TN
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Lớp : DH08H1
ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP TỐT NGHIỆP
(Công nghệ chế biến dầu khí)
I. CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU
1. Dầu và vai trò của dầu trong nên kinh tế (vai trò của dầu khí )
Dầu mỏ và khí đã và đang là nguồn nguyên liệu vô cùng quý giá của mỗi Quốc
gia nói chung và toàn nhân loại nói riêng.
- Về kinh tế, chính trị thì ngành dầu khí giữ vai trò đầu tàu trong nền kinh tế
Việt Nam đóng góp trung bình 28-30% tổng thu ngân sách Nhà nước, chiếm trung
bình 18-20% GDP của cả nước.
- Dưới gốc độ năng lượng thì dầu mỏ là nguồn năng lượng quan trọng nhất
của mọi Quốc gia trên thế giới. Theo số liệu thống kê thì có khoảng 65 đến 70%
năng lượng được sử dụng đi từ dầu mỏ và khí, chỉ có khoảng 20 đến 22% từ than,
5 đến 6% từ năng lượng nước và 8 đến 12% từ năng lượng hạt nhân.
- Về gốc độ nguyên liệu thì ta có thể hình dung với một lượng nhỏ khoảng 5%
dầu mỏ và khí được sử dụng làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp hoá dầu đã
có thể cung cấp được trên 90% nguyên liệu cho ngành công nghiệp hoá chất.Thực
tế, từ dầu mỏ người ta có thể sản xuất cao su, chất dẻo, sợi tổng hợp, các chất hoạt
động bề mặt, hợp chất trung gian, phân bón …
- Ngoài những mục đích trên thì các sản phẩm phi năng lượng của dầu mỏ
như dầu nhờn, mỡ, nhựa đường … cũng đóng vai trò hết sức quan trọng trong sự
phát triển của công nghiệp.
Chính tầm quan trọng nêu trên mà dầu mỏ đóng một vai trò hết sức đặc biệt
trong sự phát triển kinh tế, công nghiệp của mỗi Quốc gia. Do đó, tất cả các Quốc
gia trên thế giới đều xây dựng cho mình một nền công nghiệp dầu khí.
2. Bản chất hóa học và thành phần của dầu và khí
GVHD: K.s Ngô Bá Đạt 1
SVTH: Trần Mạnh Hùng
Trường ĐH Bà Rịa Vũng Tàu Đề cương ôn tập TN
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Lớp : DH08H1

a. Bản chất hóa học của dầu khí
- Trong thiên nhiên, dầu mỏ là chất lỏng nhờn sánh, thường dễ cháy và có màu
từ vàng sáng đến màu đen. Khi khai thác, ở nhiệt độ thường nó có thể ở dạng lỏng
hoặc đông đặc, còn khí hydrocacbon thường ở dạng hòa tan trong dầu (khí đồng
hành), hay ở dạng bị nén ép trong các mỏ khí (khí thiên nhiên).
- Dầu khí không phải là một đơn chất mà là một hỗn hợp rất phức tạp của nhiều
chất. Sự khác nhau về số lượng cũng như hàm lượng của các hợp chất có trong
dầu khí dẫn đến sự khác nhau về thành phần của dầu ở các mỏ khác nhau và so với
các khoáng cháy khác.
b. Thành phần hóa học của dầu khí
 Thành phần nguyên tố của dầu khí
- Các nguyên tố hóa học cơ bản tham gia trong thành phần dầu mỏ:
+ Carbon (82-87%k.l)
+ Hydro (11-14%k.l)
+ Lưu huỳnh (0.1-7%k.l)
+ Nitơ (dưới 1.8%k.l)
+ Oxy (dưới 3%k.l)
- Ngoài ra, trong dầu còn chứa một lượng rất nhỏ (tính bằng phần triệu) các
nguyên tố khác như halogen (clo, iod), các kloại như:V, Ni, Fe, Zn, Cu, Mg, Al…
 Thành phần hydrocacbon
- Hydrocacbon parafin là loại hydrocacbon phổ biến nhất. trong dầu mỏ có
hai loại parafin: n- parafin và izo-parafin, trong đó n-parafin chiếm đa số (25-
30%), chúng có số nguyên tử cacbon từ C
1
-C
45
.
+ C
1
đến C

4
là chất khí
+ C
5
đến C
16
là chất lỏng
+ C
17
và lớn hơn là chất rắn.
GVHD: K.s Ngô Bá Đạt 2
SVTH: Trần Mạnh Hùng
Trường ĐH Bà Rịa Vũng Tàu Đề cương ôn tập TN
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Lớp : DH08H1
- Hydrocacbon không no: Trong dầu thô hầu như không tìm thấy olefin hoặc
chỉ có một lượng rất nhỏ ở một số mỏ. Các olefin được tạo thành trong quá trình
chế biến dầu.
- Hydrocacbon naphten: là một trong số hydrocacbon phổ biến và quan trọng
trong dầu mỏ.
+ Trong dầu chứa naphten từ 1 đến 4 vòng. Hàm lượng của chúng có thể thay
đổi từ 30-60% trọng lượng.
+ Các phân đoạn nhẹ của dầu thì chứa chủ yếu đồng đẳng của vòng no 5-6
cạnh:
+ Các phân đoạn có nhiệt độ sôi dưới 300
0
C chứa tới 30% naphten đơn vòng
( đối với dầu parafin) và 90% (dầu naphten).
+ Naphten đa vòng chủ yếu chứa trong phân đoạn có nhiệt độ sôi cao hơn
300
0

C.
- Hydrocacbon thơm trong dầu chứa chủ yếu các hidrocacbon thơm từ 1-4
vòng.
+ Phân đoạn xăng có nhiệt độ sôi từ 30- 200
0
C chủ yếu chứa các đồng đẳng
của benzen: benzen, toluen, xylen.
+ Phân đoạn kerosen có nhiệt độ sôi 200 đến 300
0
C chứa các đồng đẳng của
benzen và naphtalen.
+ Phân đoạn gasoil có nhiệt độ sôi 400-500
0
C chủ yếu chứa các đồng đẳng
của naphtalen và antrasen: pyren, phenantren, diphenyl.
- Hydrocacbon loại hỗn hợp naphten-thơm: tetralin, indan,…
 Thành phần phi hydrocacbon
- Các hợp chất chứa lưu huỳnh:
+ Lưu huỳnh tự do: S, H2S
GVHD: K.s Ngô Bá Đạt 3
SVTH: Trần Mạnh Hùng
Trường ĐH Bà Rịa Vũng Tàu Đề cương ôn tập TN
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Lớp : DH08H1
+ Mercaptan: R-S-H
+ Sunfua R-S-R’
+ Đisunfua R-S-S-R’
+ Thiophen
+ Thiophan
- Các hợp chất chứa N thường có rất ít trong dầu mỏ (0,01-1% trọng lượng)
+

+
- Các hợp chất chứa oxi: Oxi có mặt trong dầu dưới dạng các axit mạch
thẳng, mạch vòng, phenol, este, nhựa, asphanten ….
- Các chất nhựa và asphanten
Nhựa Asphanten
- Trọng lượng phân tử: 600-1000 đ.v C. - Trọng lượng phân tử: 1000-2500 đ.v C.
- Dễ tan trong dung môi hữu cơ. Khi tan
tạo dung dịch thực.
- Khó tan trong dung môi hữu cơ, khi tan
tạo dung dịch keo.
- Độ thơm hóa: 0,14 đến 0,25 - Độ thơm hóa: 0,2 đến 0,7
- Nước lẫn trong dầu mỏ nước vỉa, nước khoan là nước lẫn theo dầu, sau khi
được tách sơ bộ, phần nước khoan còn lại chính là nhũ tương. Những nhũ tương
này là loại “nước trong dầu”, chúng là loại kị nước.
3. Tính chất hóa lý của dầu và các sản phẩm dầu
GVHD: K.s Ngô Bá Đạt 4
SVTH: Trần Mạnh Hùng
Trường ĐH Bà Rịa Vũng Tàu Đề cương ôn tập TN
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Lớp : DH08H1
- Tỷ trọng của một chất nào đó là tỷ số giữa khối lượng riêng của nó với khối
lượng riêng của chất chuẩn được đo trong những điều kiện xác định (nhiệt độ).(đối
với chất lỏng chất chuẩn được chọn là nước còn các chất khí là không khí)
Thông thường tỷ trọng của lỏng được ký hiệu như sau:d
t1

t2
Trong đó: t1 là nhiệt độ tiến hành đo khối lượng riêng của mẫu;
t2 là nhiệt độ tiến hành đo khối lượng riêng của nước.
Thực tế người ta hay sử dụng d
20

4
, d
15,6

15,6
những con số này là nhiệt độ tính
bằng độ C mà ở đó tiến hành đo khối lượng riêng. d
15,6

15,6
đôi khi được ký hiệu là
S và được gọi là tỷ trọng chuẩn.
Ngoài ra, người ta còn dùng một khái niệm khác để biểu diễn tỷ trọng đó là độ
API (API: American Petroleum Institute), giá trị của nó được xác định thông qua
tỷ trọng chuẩn theo công thức sau :
- Độ nhớt là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại sinh ra
giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau. Vì vậy, độ nhớt có
liên quan đến khả năng thực hiện các quá trình bơm, vận chuyển chất lỏng trong
các hệ đường ống, khả năng thực hiện các quá trình phun, bay hơi của nhiên
liệu trong buồng cháy, đồng thời nó liên quan đến khả năng bôi trơn của các phân
đoạn khi sử dụng làm dầu nhờn.
Độ nhớt có thể được biểu diễn theo nhiều cách khác nhau:
♦ Độ nhớt tuyệt đối (hay độ nhớt động lực)
♦ Độ nhớt động học
Ngoài hai loại trên thì người ta còn sử dụng độ nhớt quy ước.
- Áp suất hơi bão hoà chính là áp suất hơi mà tại đó thể hơi nằm cân bằng
với thể lỏng trong một nhiệt độ nhất định.
GVHD: K.s Ngô Bá Đạt 5
SVTH: Trần Mạnh Hùng

Trường ĐH Bà Rịa Vũng Tàu Đề cương ôn tập TN
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Lớp : DH08H1
- Nhiệt bay hơi (nhiệt hóa hơi) nhiệt hóa hơi là nhiệt lượng cần thiết để
cung cấp cho đơn vị trọng lượng nhiên liệu biến thành hơi ở nhiệt độ và áp suất cố
định nào đó. Nhiệt bay hơi của distilat dầu ở áp suất khí quyển (kcal/kg).
+ Xăng: 70-75
+ Kerosen: 60-65
+ Nhiên liệu diesel: 55-60
+ Gasoil: 45-55
- Nhiệt cháy (nhiệt trị) là lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn
vị thể tích hay trọng lượng nhiên liệu. Có nhiệt cháy trên (nhiệt cháy cao) (PCS)
và nhiệt cháy dưới (nhiệt cháy thấp) (PCI).
+ Nhiệt cháy trên là lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị thể
tích hay trọng lượng nhiên liệu được cộng thêm nhiệt lượng do hơi nước ngưng tụ
trong sản phẩm cháy.
+ Nếu không kể lượng nhiệt do hơi nước ngưng tụ trong sản phẩm cháy, sẽ
được một đại lượng nhiệt cháy có trị số thấp, được gọi là nhiệt cháy dưới (PCI).
Trong tính toán nhiệt, chỉ sử dụng đaị lượng nhiệt cháy thấp.
- Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ, tại đó sản phẩm dầu được gia nhiệt trong
điều kiện tiêu chuẩn, sinh ra một lượng hơi, tạo thành với không khí xung quanh
hỗn hợp nhiên liệu, sẽ chớp cháy khi đưa ngọn lửa đến gần.
- Nhiệt độ tự bắt cháy: là nhiệt độ thấp nhất tại đó sp dầu được gia nhiệt
trong thiết bị chuẩn thoát ra một lượng hơi kết hợp với kk xq một hỗn hợp có khả
năng tự bắt cháy.
- Nhiệt độ bắt cháy: sau chớp cháy nếu tiếp tục gia nhiệt thì hỗn hợp nhiên
liệu và kk sẽ bắt cháy (không dưới 5s). Nhiệt độ thấp nhất khi đó gọi là nhiệt độ
bắt cháy.
- Nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ tại đó sp dầu chuyển từ thể rắn qua thể lỏng
GVHD: K.s Ngô Bá Đạt 6
SVTH: Trần Mạnh Hùng

Trường ĐH Bà Rịa Vũng Tàu Đề cương ôn tập TN
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Lớp : DH08H1
- Nhiệt độ đông đặc là nhiệt độ tại đó sp dầu trong điều kiện thử nghiệm tiêu
chuẩn mất tính linh động.
- Nhiệt độ sôi đầu: là nhiệt độ đọc được trên nhiệt kế vào lúc giọt chất
lỏng ngưng tụ đầu tiên chảy ra từ cuối ống ngưng tụ.
- Nhiệt độ sôi cuối: là nhiệt độ cao nhất đạt được trong qúa trình chưng cất.
- Nhiệt độ sôi 10% (t10%), t50%, t90%, t95%, là nhiệt độ đọc trên
nhiệt kế tương ứng khi thu được 10%, 50%, 90%, 95% chất lỏng ngưng tụ trong
ống thu.
- Nhiệt độ (tp) cất 10-30% có ý nghĩa quyết định khả năng khởi động của
động cơ. Khoảng nhiệt độ đó càng thấp, động cơ càng dễ khởi động khi máy
nguội. Tuy nhiên nếu thấp quá dễ tạo nút hơi trong hệ thống cung cấp nhiên liệu
gây hao tổn nhiên liệu. Nên nhiệt độ sôi 10% không nên vượt quá 70
0
C.
- Nhiệt độ (tp) cất 50% có ý nghĩa quyết định khả năng tăng tốc của động cơ
và quá trình đốt nóng động cơ. Nếu nhiệt độ cất 50% quá cao thì khi thay đổi tốc
độ, lượng nhiên liệu trong máy ít, công suất giảm, điều khiển xe khó khăn. Do vậy
nhiệt độ cất 50% (từ 40 đến 70%) càng thấp càng tốt vì dễ dàng tăng số vòng quay
của động cơ lên mức tối đa trong thời gian ngắn nhất. Tuy vậy nếu quá thấp dễ tạo
nút hơi và gây thất thoát nhiên liệu (vì vậy không nên vượt quá 140
0
C).
- Nhiệt độ (tp) cất 90% đặc trưng cho khả năng cháy hết của nhiên liệu trong
động cơ. Nếu nhiệt độ cất 90% quá cao, xăng không bốc hơi hoàn toàn trong
buồng đốt. Xăng ở trạng thái lỏng theo xylanh lọt qua xecmăng đi vào cacte chứa
dầu, làm loãng dầu nhờn, giảm khả năng bôi trơn và gây mài mòn động cơ. Ngoài
ra nhiên liệu bay hơi không tốt sẽ cháy chậm và không hoàn toàn, làm tăng muội
trong buồng đốt động cơ. T

0
sôi
này không quá 190
0
C.
- Nhiệt độ cất cuối (cặn cất) đánh giá mức độ bay hơi hoàn toàn và làm loãng
dầu nhờn. Nếu nhiệt độ sôi cuối quá cao thì dầu nhờn sẽ bị rửa trôi trên thành
xylanh, mài mòn piston, nếu nhiệt độ sôi cuối quá thấp nhiên liệu bay hơi không
GVHD: K.s Ngô Bá Đạt 7
SVTH: Trần Mạnh Hùng
Trường ĐH Bà Rịa Vũng Tàu Đề cương ôn tập TN
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Lớp : DH08H1
tốt sẽ cháy chậm và không hoàn toàn, làm tăng muội trong buồng đốt động cơ.
T
0
sôi cuối
không nên quá 205
0
C.
- Điểm sương là nhiệt độ tại đó các sản phẩm dầu sau khi được làm lạnh tạo
thành các hạt nhỏ li ti (có dạng sương).
- Điểm vẫn đục là nhiệt độ cao nhất mà sản phẩm dầu đem làm lạnh ở đó bắt
đầu xuất hiện sự kết tinh của các phân tử paraffin trong hỗn hợp của nó ở điều
kiện thí nghiệm. Việc xác định điển vẫn đục được tiến hành theo các tiêu chuẩn
ISO 3015 hoặc ASTM D2500.
- Điểm đông đặc là nhiệt độ cao nhất mà sản phẩm dầu lỏng đem làm lạnh
trong điều kiện nhất định không còn chảy được nữa.
- Điểm kết tinh là nhiệt độ để sp dầu bắt dầu kết tinh có thể nhìn t bằng mắt thg
- Điểm anilin là nhiệt độ thấp nhất trong điều kiện xác định, anilin và sản phẩm
tương ứng hòa tan vào nhau để tạo thành một hỗn hợp đồng nhất. Điểm anilin

thông thường được xác định qua pp thể tích bằng nhau giữa anilin và sản phẩm.
- Chiều cao ngọn lửa không khói là chiều cao tối đa của ngọn lửa không có
khói tính bằng mm, khi đốt nhiên liệu trong đèn dầu tiêu chuẩn. Chiều cao ngọn
lửa không khói dùng để đánh giá khả năng tạo cặn cacbon. Chiều cao ngọn lửa
không khói càng cao chứng tỏ nhiên liệu cháy càng hoàn toàn, chiều cao càng thấp
khả năng tạo cặn cacbon càng lớn. Các n-parafin cho chiều cao ngon lửa không
khói cao nhất.
n-parafin > izo-parafin > naphten > aromat
- Trị số octane là một đơn vị đo quy ước dùng để đặc trưng cho khả năng
chống kích nổ của nhiên liệu và nó được đo bằng % thể tích của izo-octane (2,2,4-
trimetyl pentan- C
8
H
18
) trong hổn hợp của nó với n-heptane (n-C
7
H
16
) tương đương
với khả năng chống kích nổ của nhiên liệu thử nghiệm ở điều kiện chuẩn.
Hiện có bốn loại trị số octane khác nhau đang được sử dụng ở châu Âu:
+ Trị số octane theo phương pháp nghiên cứu (RON)
GVHD: K.s Ngô Bá Đạt 8
SVTH: Trần Mạnh Hùng
Trường ĐH Bà Rịa Vũng Tàu Đề cương ôn tập TN
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Lớp : DH08H1
+ Trị số octane theo phương pháp môtơ (MON)
+ Trị số octane theo phân đoạn cất (có nhiệt độ sôi từ 100
0
C) R-100

0
C
+ Trị số octane trên đường đi (Road ON).
Các trị số octane RON, MON, R-100
0
C được xác định trong động cơ có thiết kế
đặc biệt một xylanh CFR. Còn trị số octane trên đường đi được xác định trong
động cơ xe máy đang vận hành thực tế trên đường hoặc trên máy động lực kế dạng
satxi.
- Trị số cetane là một đơn vị đo quy ước dùng để đặc trưng cho khả năng tự
bốc cháy của nhiên liệu trong động cơ diezen, được tính bằng % thể tích của
n-cetane (n-C
16
H
34
) trong hỗn hợp của nó với α- metyl naptalen (C
11
H
10
) khi hỗn
hợp này có khả năng bắt cháy tương đương với nhiên liệu đang xem xét .
Có 3 phương pháp xác định trị số cetane:
+ Theo mức nén tới hạn
+ Theo chu kỳ bắt cháy trễ
+ Theo sự trùng hợp chớp cháy (đơn giản nhất).
- Điểm khói cho ta chỉ số về đặc tính sinh khói của nhiên liệu phản lực, về
thành phần các dạng hydrocacbon có trong nhiên liệu. Càng nhiều hycacbon thơm
càng nhiều khói khi cháy. Điểm khói càng cao thì nhiên liệu khí cháy càng ít khói.
- Hàm nhiệt của một hydrocacbon riêng lẽ hoặc của một phân đoạn dầu mỏ là
đại lượng nhiệt chứa trong toàn bộ hydrocacbon hoặc phân đoạn dầu mỏ có ở một

trạng thái nhiệt độ đã xác định.
- Nhiệt dung là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho một đơn vị trọng lượng
tăng lên 1oC. Nhiệt dung đo bằng kcal/kgoC.
Nhiệt dung của phân đoạn dầu mỏ, phụ thuộc vào tỷ trọng và nhiệt độ. Tỷ trọng
của phân đoạn càng lớn, nhiệt dung càng bé.
- Độ dẫn nhiệt λ đặc trưng cho lượng nhiệt chuyển qua môi trường dòng thể
tích trong một đợn vị thời gian qua một đơn vị bề mặt thẳng góc so với phương
GVHD: K.s Ngô Bá Đạt 9
SVTH: Trần Mạnh Hùng
Trường ĐH Bà Rịa Vũng Tàu Đề cương ôn tập TN
Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm Lớp : DH08H1
truyền và với một gradien nhiệt độ giữa bề mặt vào và ra là 1oC/m. đơn vị đo là
kcal/m2.hoC/m tức kcal/mhoC.
+ Đối với các khí hydrocacbon, khí càng nặng độ dẩn nhiệt càng thấp.
+ Đối với các phân đoạn lỏng có trọng lượng phân tử càng lớn, độ dẫn nhiệt
càng cao.
- Cặn Cacbon để đánh giá khả năng tạo cặn của các loại sản phẩm dầu mỏ
người ta sử dụng tiêu chuẩn hàm lượng cặn cacbon đó chính là lượng cặn thu được
khí ta tiến hành gia nhiệt cho mẫu để bảo đảm cho mẫu bay hơi, nhiệt phân và cốc
hoá trong những thiết bị và những điều kiện xác định.
Tùy theo thiết bị sử dụng để tiến hành xác định cặn mà cặn thu được gọi là cặn
cacbon conradson hoặc cặn cacbon rabostton.
- Hàm lượng tro để đánh giá hàm lượng của các kim loại có mặt trong
dầu thô cũng như một số sản phẩm người ta tiến hành đốt cháy hoàn toàn mẫu khi
đó phần còn lại không cháy được gọi là tro. Thực chất tro chính là oxyt của các
kim loại.
Động cơ xăng Động cơ điesel
- Nguyên liệu: xăng. - Dầu diesel.
- Có bộ chế hòa khí và bộ phận đánh
lửa.

- Không cần.
- Chế độ làm việc: nén ở trị số thấp hơn. - Nén ở trị số cao hơn.
4. Phân loại, đánh giá chất lượng và các hướng chế biến dầu
GVHD: K.s Ngô Bá Đạt 10
SVTH: Trần Mạnh Hùng