CHƯNG CẤT DẦU THÔ Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA - VŨNG TÀU
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM


Chuyên đề:
CHƯNG CẤT DẦU THÔ Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN



Người hướng dẫn
Ts. LÊ THANH THANH


NHÓM THỰC HIỆN:





BÀ RỊA – VŨNG TÀU, Năm 2014
MỤC LỤC
Chương 1. Cơ sở của quá trình chưng cất dầu thô
1.1. Khái niệm và phân loại
1.1.1. Chưng cất đơn giản
1.1.1.1. Chưng cất bay hơi dần dần

2

1.1.1.2. Chưng cất bay hơi một lần
1.1.1.3. Chưng cất bay hơi nhiều lần
1.1.2. Chưng cất phức tạp

1.1.2.1. Chưng cất có hồi lưu
1.1.2.2. Chưng cất có tinh luyện
1.1.3. Chưng cất chân không và có hơi nước
1.2. Mục đích và ý nghĩa của quá trình chưng cất dầu thô
1.2.1. Mục đích
1.2.2. Ý nghĩa
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất dầu thô
1.3.1. Nguyên liệu và sản phẩm
1.3.1.1. Nguyên liệu
1.3.1.2. Sản Phẩm
1.3.2. Điều kiện công nghệ
1.3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
1.3.2.2. Ảnh hưởng của áp suất
1.4. Một số tháp chưng cất cơ bản
1.4.1. Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ
1.4.2. Tháp chóp
1.4.3. Tháp đệm
Chương 2. Sơ đồ công nghệ
2.1. Sơ đồ công nghệ chưng cất AD bay hơi một lần
2.2. Sơ đồ công nghệ chưng cất AD hai lần
2.2.1. Sơ đồ chưng cất dầu thô bay hơi hai bậc có sử dụng thiết bị bay hơi
(tháp rỗng)
2.2.2. Sơ đồ công nghệ chưng cất dầu thô AD bay hơi hai bậc có sử dụng tháp
loại xăng

3

Chương 1. CƠ SỞ CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT DẦU THÔ
1.1 Khái niệm và phân loại
1.1.1. Khái niệm:

Chưng cất dầu thô là một quá trình vật lí phân chia dầu thô thành các
phân đoạn. quá trình này được thực hiện bằng các biện pháp khác nhau
nhằm tách phân dầu theo nhiệt độ sôi của các cấu tử có trong dầu mà không
làm phân hủy chúng, có thể kể tới quá trình chưng cất đơn giản, phức tạp,
chưng cất chân không.
1.1.2. Phân loại:
 Chưng cất đơn giản
 Chưng cất bay hơi dần dần
 Chưng cất bay hơi một lần
 Chưng cất bay hơi nhiều lần
 Chưng cất phức tạp
 Chưng cất có hồi lưu
 Chưng cất có chưng luyện
 Chưng cất trong chân không
a. Chưng cất đơn giản
Chưng cất đơn giản dùng để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay
hơi rất khác nhau. Quás trình chưng cất đơn
giản là quá trình chưng cất được tiến hành bằng
cách bay hơi dần dần, một lần hay nhiều lần một
hỗn hợp chất lỏng cần chưng.
 Chưng cất bay hơi dần dần
1. Bình chưng 3. Thiết bị ngưng
2. Thiết bị đun4. Bể chứa sản phẩm
Hình 1.

4

Sơ đồ chưng cất bay hơi dần dần được trình bày trên hình 1, gồm
thiết bị đốt nóng liên tục (2) hỗn hợp chất lỏng trong bình chưng (1) từ
nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối khi liên tục tách hơi sản phẩm và ngưng

tụ hơi bay ra trong thiết bị ngưng tụ (3), cuối cùng ta thu sản phẩm lỏng
trong bể chứa (4).
Đối với phương pháp chưng này thì thường được áp dụng trong phòng thí
nghiệm. Vì phương pháp này quá đơn giản không làm bay hơi thành phần
cất.
Nhược điểm: của phương pháp này là không phân chia thành phân đoạn
nên trong công nghiệp hầu như không sử dụng phương pháp này.
 Chưng cất bằng cách bay hơi một lần
Phương pháp chưng này được gọi là phương pháp bay hơi cân bằng.
1. Bình chưng
2. Thiết bị đun nóng
3. Thiết bị ngưng tụ
4. Bể chứa sản phẩm



Hỗn hợp chất lỏng được cho vào liên tục và thiết bị đun sôi (2). Ở đáy
hỗn hợp được đốt nóng đến nhiệt độ sôi xác định và ở áp suất P cho trước,
pha lỏng-hơi được tạo thành và đạt đến trạng thái cân bằng, ở điều kiện đó
lại được cho vào thiết bị phân chia một lần trong thiết bị đoạn nhiệt (1). Pha
hơi qua thiết bị ngưng tụ (3) rồi vào bể chứa (4), từ đó ta nhận được phần
cất. Phía dưới thiết bị (1) là pha lỏng được tách ra liên tục và ta nhận được
phần cặn của quá trình chưng.
Hình 2.

5

Chưng cất bay hơi một lần như vậy sẽ cho phép nhận được phần chưng
cất lớn hơn so với phương pháp bay hơi dần dần ở cùng một điều kiện về
nhiệt độ và áp suất.

Tỷ lệ giữa lượng hơi nước tạo thành khi bay hơi một lần với lượng chất
lỏng nguyên liệu chưng ban đầu được gọi là phần chưng cất (phần chưng).
So với phương pháp bay hơi dần dần hay cùng một loại hình như sau:
Độ phân chia các cấu tử rất thấp, do vậy phương pháp này thường được
dùng trong thực tiễn các nhà máy chế biến dầu, để điều chỉnh nhiệt độ bắt
cháy của sản phẩm hoặc cấp nhiệt cho dầu thô hoặc sản phẩm trong các lò
đốt.
Ưu điểm nổi bật của quá trình chưng cất cho phép áp dụng trong điều
kiện thực tế chưng cất dầu. Tuy với nhiệt độ chưng bị giới hạn nhưng vẫn
cho phép nhận được một lượng phần cất lớn hơn.
 Chưng cất bằng cách bay hơi nhiều lần
Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chưng bay hơi một lần nối tiếp
nhau ở nhiệt độ tăng dần (hay ở áp suất thấp hơn) đối vối phần cặn. Trên
hình vẽ trình bày chưng cất hai lần, phần cặn của quá trình chưng lần một
là nguyên liệu của quá trình chưng lần hai sau khi được đốt nóng đến nhiệt
độ cao hơn. Từ đỉnh của thiết bị chưng lần một ta nhận được sản phẩm
đỉnh, còn ở đáy của thiết bị chưng lần hai ta nhận được phần cặn.


6

Hình 3.
1. Thiết bị bốc hơi.
2. Thiết bị đun nóng.
3. Thiết bị ngưng tụ.
4. Bể chứa sản phẩm.
Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chưng bay hơi một lần nối tiếp
nhau ở nhiệt độ tăng dần (hay ở áp suất thấp hơn) đối vối phần cặn. Trên
hình vẽ trình bày chưng cất hai lần, phần cặn của quá trình chưng lần một
là nguyên liệu của quá trình chưng lần hai sau khi được đốt nóng đến nhiệt

độ cao hơn. Từ đỉnh của thiết bị chưng lần một ta nhận được sản phẩm
đỉnh, còn ở đáy của thiết bị chưng lần hai ta nhận được phần cặn.
Phương pháp chưng cất dầu bằng cách bay hơi một lần và bay hơi nhiều
lần có ý nghĩa rất quan trọng trong thực tế công nghiệp chế biến dầu từ các
dây chuyền hoạt động liên tục. Quá trình bay hơi một lần được áp dụng khi
đốt nóng dầu trong thiết bị trao đổi nhiệt, trong lò ống và tiếp theo là quá


7

trình tách pha hơi khỏi pha lỏng ở bộ phận cung cấp, phân phối của tháp
tinh luyện.
Chưng cất đơn giản, nhất là đối với loại bay hơi một lần không đạt được
độ phân chia cao khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phần của hỗn
hợp chất lỏng.
b. Chưng cất phức tạp
Để nâng cao khả năng phân chia một hỗn hợp chất lỏng phải tiến hành
chưng cất có hồi lưu hay chưng cất có tinh luyện - đó là chưng cất phức
tạp.
 Chưng cất có hồi lưu
Chưng cất có hồi lưu là quá trình chưng khi lấy một phần chất lỏng
ngưng tụ từ hơi tách ra cho quay lại tưới vào dòng hơi bay lên. Nhờ có sự
tiếp xúc đồng đều giữa pha hơi và pha lỏng một lần nữa mà pha hơi khi
tách ra khỏi hệ thống lại được làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi
thấp hơn) so với khi không có hồi lưu. Nhờ vậy mà có độ phân chia cao
hơn. Việc hồi lưu lại chất lỏng được khống chế bằng bộ phận đặc biệt và
được bố trí phía trên thiết bị chưng.
 Chưng cất có tinh luyện
Chưng cất có tinh luyện còn cho bộ phân chia cao hơn khi kết hợp với
hồi lưu. Cơ sở của quá trình chưng luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả

hai phía giữa pha lỏng và pha hơi chuyển động ngược chiều nhau. Quá
trình này được thực hiện trong tháp tinh luyện. Để đảm bảo độ tiếp xúc
hoàn thiện hơn giữa pha hơi và pha lỏng, trong tháp được trang bị các đĩa
hay đệm. Độ phân chia một hỗn hợp các cấu tử trong tháp phụ thuộc vào số
lần tiếp xúc giữa các pha, vào lượng hồi lưu ở mỗi đĩa và hồi lưu ở đỉnh
tháp. Công nghệ chưng cất sơ khỏi dầu thô dựa vào quá trình chưng cất một
lần và nhiều lần có tinh luyện. Qúa trình tinh luyện xảy ra trong tháp chưng

8

cất phân đoạn có bố trí các đĩa. Cấu trúc chính của tháp chưng là các đĩa có
nhiều loại khác nhau. Ví dụ: tháp đệm, tháp chốp, tháp chưng cất thường là
hình trụ thẳng đứng, bên trong có nhiều tầng đĩa. Người ta bố trí các ngăn
để khống chế mức chất lỏng trong các tầng đĩa làm tăng quá trình tiếp xúc
giữa pha hơi và pha láng trong tháp.
Hoạt động của tháp tinh luyện
Pha hơi V
n
bay lên từ đĩa thứ n lên đĩa thứ n-1 được tiếp xúc với pha
lỏng L
n-1
chảy từ đĩa n, chảy xuống đĩa dưới n=1 lại tiếp xúc với pha hơi
V
n=1
bay từ dưới lên. Nhờ quá trình tiếp xúc như vậy mà quá trình trao đổi
chất xảy ra tốt hơn. Pha hơi bay lên ngày càng được làm giàu thêm cấu tử
nhẹ, còn pha hơi lỏng chảy xuống phía dưới ngày càng chứa nhiều cấu tử
nặng. Số lần tiếp xúc càng nhiều quá trình trao đổi chất càng được tăng
cường và kết quả phân tách của tháp càng tốt, hay nói cách khác, tháp có
độ phân tách cao. Ngoài đỉnh và đáy, nếu cần người ta còn thiết kế hồi lưu

trung gian, bằng cách lấy sản phẩm lỏng ở cạnh sườn tháp cho qua trao đổi
nhiệt làm lạnh rồi quay lại tưới vào tháp. Khi lấy sản phẩm cạnh sườn của
tháp người ta trang bị thêm các bộ phận tách trung gian cạnh sườn tháp.
Như vậy theo chiều cao của tháp tinh luyện, ta sẽ nhận được các phân đoạn
có giới hạn sôi khác nhau tùy thuộc vào chế độ công nghệ chưng và dầu thô
nguyên liệu ban đầu. Khi chưng cất có tinh luyện quá trình tiếp xúc tốt, quá
trình trao đổi chất xảy ra mạnh làm cho độ phân chia tăng. Chưng cất áp
suất khí quyển thường được áp dụng để tách các sản phẩm có nhiệt độ sôi
nhỏ hơn 320 -420
o
C. Nếu chưng ở áp suất khí quyển với nhiệt độ cao hơn
thì sản phẩm dầu sẽ bị phá huỷ.



9

Chất lỏng

Máng chảy Tháp chóp
truyền


Hồi lưu Tới tháp bay hơi
trung gian

Đĩa chụp L
n+1

V
n

L
n

V
n+1




Cửa tháo
Hơi

Hình 4: Nguyên lý làm việc của các tầng đĩa trong tháp tinh luyện


10

c. Chưng cất trong chân không và chưng cất với hơi nước
Hỗn hợp các cấu tử có trong dầu thô, thường không bền dễ bị phân huỷ
khi tăng nhiệt độ.
Trong các trường hợp chất dễ bị phân huỷ nhiệt, nhất là các hợp chất
chứa lưu huỳnh và các hợp chất cao phân tử như nhựa… các hợp chất
parafin kém bền nhiệt hơn các hợp chất naphten và các naphten lại kém bền
nhiệt hơn các hợp chất thơm. Độ bền nhiệt của các cấu tử tạo thành không
chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào cả thời gian tiếp xúc ở
nhiệt độ đó. Trong thực tế chưng cất, đối với các phân đoạn có nhiệt độ sôi
cao, người ta cần tránh sự phân huỷ nhiệt chúng khi đốt nóng. Tuỳ theo loại

dầu thô, trong thực tế không nên đốt nóng quá 400-420
o
C với dầu không có
hay có chứa rất ít lưu huỳnh, và không đốt nóng quá 320-340
o
C đối với dầu
có nhiều lưu huỳnh.
Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí quyển cao hơn nhiệt độ phân
huỷ của chúng, người ta dùng chưng cất chân không. Ví dụ: chưng cất với
hơi nước để tránh sự phân huỷ nhiệt giảm áp suất riêng phần của cấu tử
trong hỗn hợp, làm cho chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn. Hơi nước được dùng
ngay trong chưng cất khí quyển.
Sự phân huỷ khi chưng cất sẽ làm xấu đi tính chất của sản phẩm như
làm giảm độ bền oxy hoá, nhưng quan trọng hơn là chúng gây nguy hiểm
cho quá trình chưng cất và chúng tạo thành các hợp chất ăn mòn và làm
tăng áp suất của tháp. Để giảm mức độ phân huỷ, thời gian lưu của nguyên
liệu ở nhiệt độ cao cũng cần phải hạn chế.
Ví dụ: Trong thực tế chưng cất, thời gian lưu của nguyên liệu dầu (phân
đoạn cặn chưng cất khí quyển) ở đáy tháp AD không lớn hơn 5 phút và
phân đoạn gudron khi chưng cất chân không VD chỉ vào khoảng từ 2- 5

11

phút. Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí quyển cao hơn nhiệt độ
phân huỷ nhiệt của chúng, người ta phải dùng chưng cất trong chân không
hay chưng cất với hơi nước để tránh phân huỷ nhiệt, chân không làm giảm
nhiệt độ sôi của hơi nước cũng có tác dụng tương tự như dùng chân không:
giảm áp suất riêng phần của cấu tử hỗn hợp làm cho chúng sôi ở nhiệt độ
thấp hơn. Hơi nước được dùng ngay cả trong chưng cất khí quyển. Khi tinh
luyện hơi nước được dùng để tái bay hơi phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp

còn chứa trong mazut hay trong gudron, trong nhiên liệu và dầu nhờn.
Chưng cất có tác nhân hơi nước còn làm hiệu quả của quá trình chưng
cất cao hơn, trong thực tế thường sử dụng tác nhân bay hơi và hơi nước quá
nhiệt, hơi nước làm tác nhân tái bay hơi còn bị hạn chế vì nhiệt lượng bay
hơi khác xa với nhiệt độ đốt nóng chất lỏng trong chưng cất.
Nhược điểm: phương pháp chưng cất với hơi nước thì tổn thất nhiệt
năng tăng và có thể tạo nhũ tương bên trong dầu. Do vậy lượng hơi nước
có hiệu quả tốt nhất chỉ trong khoảng 2- 3% so với nguyên liệu đem chưng
cất. Khi mà số cấp tiếp xúc là 3- 4% trong điều kiện như vậy lượng hơi dầu
tách ra từ phân đoạn mazut đạt tới 14- 23%.
Để tránh sản phẩm dầu ngậm nước ngoài việc giảm áp suất hơi riêng và
tăng cương khấy trộn chất lỏng, tăng cường tốc độ đốt nóng cặn dầu trong
lò ống khi chưng cất, tránh và ngăn ngừa quá trình tạo cốc trong các ống
đốt nóng.
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 500 -
600
o
C.
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.

12

Khi chưng với hơi nước số lượng phân đoạn tách ra khá triệt để. Ta có
thể tính theo công thức:
G

Với G và z : sè lượng hơi dầu tách được và lượng hơi nước.
M

f
: phân tử lượng của hơi dầu.
18 : phân tử lượng của nước.
P
f
: áp suất riêng phần của dầu ở nhiệt độ chưng.
P : áp suất tổng cộng của hệ.
Nhiệt độ của hơi nước không được thấp hơn nhiệt độ hơi dầu để tránh
sản phẩm dầu ngậm nước. Do vậy người ta thường dùng hơi nước có nhiệt
độ trong khoảng 380 - 450
o
C, áp suất hơi từ 0,2 - 0,5 MPa.
Trong một vài trường hợp khi cần nâng cao nhiệt độ bắt cháy của nhiên
liệu diezel, hay nhiên liệu phản lực, người ta không dùng chưng cất với hơi
nước mà dùng quá trình bay hơi một lần để tránh tạo thành nhò tương nước
bền trong nhiên liệu.
1.2. Mục đích và ý nghĩa của quá trình chưng cất dầu thô
1.2.1. Mục đích
Khi áp dụng loại hình công nghệ AD, chúng ta chỉ chưng cất dầu thô
với mục đích nhận các phân đoạn nhẹ (naphta), phân đoạn kerosen: phân
đoạn diezel và cặn chưng cất
1.2.2. Ý nghĩa
Trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô sau khi đã được xử lý qua
các quá trình tách nước, muối và các tạp chất cơ học được đưa vào quá
z
r
ff







18

13

trình chưng cất nhằm thu được các loại sản phẩm theo yêu cầu. Các quá
trình chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển AD (Atmospheric Distillation)
và quá trình chưng cất trong chân không VD (Vacuum Distillation) thuộc
về nhóm các quá trình chế biến vật lý. Đối với quá trình chưng cất dầu thô
ở áp suất khí quyển AD thì nguyên liệu đưa vào quá trình chưng cất là dầu
thô, đôi khi còn gọi là quá trình CDU (Crude oil Distillation Unit), còn đối
với quá trình chưng cất trong chân không VD thì nguyên liệu của quá trình
chính là phần cặn của quá trình chưng cất ở áp suất khí quyển AD, trong
thực tế đôi khi còn gọi là cặn chưng cất (cặn thô hay mazut). Tuỳ theo mục
đích và quá trình chưng cất mà chúng ta sẽ áp dụng quá trình chưng cất
AD, VD hay kết hợp cả hai quá trình AD – VD (gọi tắt là quá trình A- V –
D). Trong công nghiệp chế biến hiện nay thỡ cỏc nhà máy hiện đại luụn
dựng loại hình công nghệ A – V – D.
1.3. Nguyên liệu và sản phẩm
1.3.1. Nguyên liệu
Đối với quá trình chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển thì nguyên liệu đưa
vào chưng cất là dầu thô đã được ổn định và loại bỏ bớt tạp chất cơ học
1.3.2. Sản phẩm
a. Sản phẩm khí Hydrocacbon
Khí thu được trong quá trình chưng cất dầu bao gồm các
hydrocacbon C
1
-C

4
và một lượng ít C
5
-C
6
, hydrocacbon thu được chủ
yếu là C
3
và C
4
. Đây là nguồn nguyên liệu cho quá trình tổng hợp hoá dầu
cũng như sử dụng dân dụng bằng cách hoá lỏng (LPG). Từ C
3
có thể chế
tạo dung môi, C
4
dùng để sản xuất dung môi, sản xuất cao su, dùng trong
cracking hơi, sản xuất phụ gia MTBE chống kích nổ cho xăng
b. Phân đoạn xăng

14

Với khoảng nhiệt độ sôi < 180
o
C, phân đoạn xăng sẽ bao gồm các
Hydrocacbon từ C
5
-C
10
, C

11
. Cả 3 loại hydrocacbon: parafinic, naphtenic,
và hydrocacbon thơm đều có mặt trong phân đoạn xăng. Hầu như tất cả các
chất đại diện và một số đồng phân của các parafin, cycloparafin
(cyclopentan và cyclohexan) và hydrocacbon thơm có nhiệt độ sôi đến
180
o
C đều tìm thấy trong phân đoạn này
c. Phân đoạn kerosen
Phân đoạn này còn gọi là dầu lửa, có nhiệt độ sôi từ 180-250
o
C, bao
gồm các hydrocacbon có số cacbon C
11
-C
15
, C
16
.
Trong phân đoạn kerosen, hầu hết là các naphten-parafin, rất ít iso-
parafin
d. Phân đoạn Diezel
Phân đoạn diesel hay còn gọi là phân đoạn gasoil nhẹ, có khoảng
nhiệt độ 250-350
o
C, chứa các hydrocacbon có số cacbon C
16
-C
20
, C

21
Phần lớn các n-parafin, iso-parafin và hydrocacbon thơm rất ít
e. Cặn gudron (cặn dầu mỏ)
Cặn gudron là phần còn lại có nhiệt độ sụi trờn 500
o
C. Ở đây tập
trung những hydrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ C
41
trở
lên, có thể đến C
50
– C
60
còng có thể có giới hạn cuối cùng là C
80
.
1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chưng cất dầu thô
Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất và chất lượng của quá
trình chưng cất là nhiệt độ, áp suất và phương pháp chưng cất. Chế độ công
nghệ chưng cất phụ thuộc nhiều vào chất lượng dầu thô ban đầu, vào mục

15

đích và yêu cầu của quá trình, vào chưng loại sản phẩm cần thu và phải có
dây chuyền công nghệ hợp lý.
1.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ là thông số quan trọng nhất của tháp chưng cất bằng cách thay
đổi chế độ nhiệt của tháp chưng cất, dễ điều chỉnh được chất lượng và hiệu
xuất của sản phẩm. 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 (dầu thô) vào tháp chưng khống chế tuỳ theo
bản chất của dầu thô, mức độ cần phân tách, sản phẩm, áp suất trong tháp
và lượng hơi nước đưa vào đáy tháp, nhưng chủ yếu là phải tránh được sự
phân huỷ nhiệt của nguyên liệu ở nhiệt độ cao. Do vậy nhiệt ở lò ống phải
được khống chế chặt chẽ, nếu dầu là loại dầu nhẹ, mức độ phân chia lấy
sản phẩm ít, thì nhiệt độ phần nguyên liệu vào không cần cao. Trong thực
tế sản xuất khi chưng cất ở áp suất khí quyển, nhiệt độ nguyên liệu vào tháp
chưng luyện giới hạn 320 - 360
o
C ở áp suất p = 1 at.
Nhiệt độ đáy tháp chưng luyện phụ thuộc vào phương pháp bay hơi và
phần hồi lưu đáy. Nếu dùng một thiết bị đốt nóng riêng biệt (reboiler) thì
nhiệt độ đáy tháp sẽ ứng với nhiệt độ bốc hơi cân bằng tại áp suất đáy tháp.
Nếu bốc hơi do đưa hơi nước quá nhiệt vào đáy tháp, nhiệt độ đáy tháp sẽ
thấp hơn nhiệt độ vùng nạp liệu từ 10 - 40
0
C nhiệt độ đáy tháp phải chọn
tối ưu, tránh sự phân huỷ cấu tử nặng, nhưng lại phải đủ để tách hết hơi nhẹ
khỏi phần cặn đáy. Nhiệt độ đỉnh tháp được khống chế và chọn nhằm đảm
bảo được sự bay hơi hoàn toàn sản phẩm đỉnh mà không cuốn theo các
phần nặng khác. Muốn vậy người ta phải dùng hồi lưu đỉnh tháp để tách
xăng khỏi phân đoạn khác, nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất khi ở áp suất khí
quyển cần giữ trong khoảng 100 - 120
0
C.


16

1.4.2. Ảnh hưởng của áp suất

Khi chưng cất dầu mỏ ở áp suất khí quyển, áp suất tuyệt đối trong tháp
thường cao hơn so với áp suất khí quyển và ở mỗi phần lấy sản phẩm ra
áp suất cũng có khác nhau, phụ thuộc vào việc tăng hay giảm nhiệt độ của
tháp khi lấy sản phẩm ra.
Áp suất trong tháp được khống chế bằng bộ phận điều chỉnh áp suất
đặt ở thiết bị ngưng tụ, áp suất trong mỗi tiết diện của tháp chưng luyện
phụ thuộc vào trở lực thủy tĩnh khi hơi đi qua các đĩa, hay phụ thuộc
vào số đĩa và cấu trúc của đĩa, lưu lượng riêng của chất lỏng bay hơi.
Thông thường từ đĩa này sang đĩa khác áp suất thay đổi từ 5-10 mmHg,
từ dưới lên áp suất thấp qua mỗi đĩa giảm từ 1-3 mmHg. Áp suất của
tháp phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất nguyên liệu và áp suất riêng phần
của từng cấu tử. Áp suất hơi nước được đưa vào cũng ảnh hưởng đến áp
suất chung của tháp. Lượng hơi nước tiêu hao dùng cho tháp chưng ở áp
suất khí quyển khoảng 1,2-1,5% trọng lượng so với nguyên liệu
1.4.3. Ảnh hưởng của hơi nước
1.5. Một số tháp chưng cất cơ bản
Một số loại tháp chưng cất:
 Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ hoặc mâm đĩa lưới
 Tháp chưng cất dùng mâm chóp
Tháp đệm
1.5.1. Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ
Ưu điểm: chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ dàng, trở lực thấp hơn tháp
chóp, ít tốn kém kim loại hơn tháp chóp

17

Nhược điểm: yêu cầu phải lấp đặt cao, mâm phải phẳng, đối với tháp
có đường kính quá lớn (>2,4m) ít dủng mâm xuyên lỗ vì khi đó chất lỏng
phân bố không đều trên mâm

Hình sơ đồ tháp mâm xuyên lỗ
1. Ống chảy truyền
2. Lớp chất lỏng
3. Các lỗ sàng
1
2
3

18

1.5.2. Tháp chóp
Ưu điểm: hiệu suất truyền
khối cao, ổn định, ít tốn năng lượng

hơn nên có số mâm ít hơn
Nhược điểm: chế tạo phức
tạp, trở lực lớn




1.5.3. Tháp đệm
Ưu điểm: chế tạo đơn giản,
trở lực thấp
Nhược điểm: hiệu suất thấp,
kém ổn định do sự phân bố các pha
theo tiết diện không đều, sử dụng
tháp chêm không cho phép ta kiểm
soát quá trình chưng cất theo không
gian tháp trong khi đó ở tháp mâm
thì quá trình thể hiên qua từng
mâm một cách rõ ràng, tháp chêm
khó chế tạo được kích thước lớn ở
qui mô công nghiệp.

Hình Cấu tạo tháp đệm
1. Thân tháp 2. Bộ phận phân phối chất lỏng
hồi lưu
3. Lớp đệm 4. Bộ phận phân phối hơi
1. Ống hơi 2. Ống chảy truyền
3. Chóp 4. Thân tháp
5. Tấm ngăn

19

Chương 2. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT

2.1 Sơ đồ công nghệ chưng cất AD bay hơi một bậc
Với dầu mỏ có chứa lượng khí hoà tan thấp (0,5 -1,2%) trữ lượng
xăng thấp (12 - 15% phân đoạn có nhiệt độ sôi nhỏ hơn 180
o
C) và hiệu suất
các phân đoạn cho tới 350
o
C không lớn hơn 45% thì thuận tiện nhất và
cũng phù hợp hơn cả là nên chọn sơ đồ công nghệ chưng cất AD với bay
hơi một lần và một tháp chưng cất.
Hình 5.Sơ đồ công nghệ chưng cất AD bay hơi một lần


 Thuyết minh dây chuyền
Dầu thô ổn định và loại muối được bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt (4)
và ống ruột gà của lò nung (1) vào tháp chưng cất (2). Đỉnh tháp có áp suất
dư khoảng 0,2atm, ứng với trờ lực của thiết bị ngưng tụ, ở đáy tháp có nạp
hơi nước. từ tháp thu được các phân đoạn khác nhau theo nhiệt độ sôi :
xăng, ligloin, kerosene, gasoil, sola và các phân đoạn khác. Các hợp phần
sôi thấp của phân đoạn ligroin được chưng cất trong tháp bay hơi (3), có
cấp nhiệt bằng nồi sôi.
Hiệu suất phân đoạn như sau: kerosene 5-8%; gasoil và sola 19-20%;
distilat parafin nhẹ và nặng 15-18%; cặn là.
Nhược điểm:
 Trở lực dòng nguyên liệu trao đổi nhiệt và lò nung cao, dẫn tới chi
phí năng lượng cho máy bơm nguyên liệu cao;
 Trở lực trong ống và vỏ trao đổi nhiệt cao, nên xác suất rơi dầu thô

vào distilat lớn khi độ kín của trao đổi nhiệt không đảm bảo.
 Không đáp ứng được yêu cầu chế biến đối với các dầu khác nhau.
Đối với dầu chứa lượng khí hòa tan và phân đoạn nhẹ cao việc ứng
dụng sơ đồ này gặp khó khăn.
Ưu điểm:
 Số thiết bị ít, nên các đường công nghệ ngắn, chặt chẽ, diện tích nhỏ.
 Nhiệt độ nung nóng lò nung thấp.
 Không cần thiết bị chân không.
 Chi phí nhiên liệu và hơi nước thấp

21

2.2. Sơ đồ chưng cất AD với bay hơi hai bậc
Với dầu mỏ chứa nhiều phần nhẹ, tiềm lượng sản phẩm trắng cao (50-
65%) chứa nhiều khí hoà tan (>1,2%), chứa nhiều phân đoạn xăng (20-
30%), thì nên chọn sơ đồ chưng cất AD với bay hơi hai lần. Lần một tiến
hành bay hơi sơ bộ phần nhẹ và tinh chất chúng ở tháp sơ bộ, còn lần hai
tiến hành chưng cất phần dầu còn lại. Như vậy ở tháp chưng sơ bộ, ta tách
được phần khí hoà tan và phần xăng có nhiệt độ sôi thấp ra khỏi dầu. Để
ngưng tụ hoàn toàn hơi bay lên, người ta phải tiến hành chưng cất ở áp suất
cao hơn (khoảng 0,35 - 1,0 MPa). Nhờ áp dụng chưng hai lần ta có thể
giảm được áp suất trong tháp thứ hai đến áp suất 0,14 - 0,16MPa và nhận
được từ dầu thô lượng sản phẩm trắng nhiều hơn. Còn chưng cất ở áp suất
thấp khi dùng nguyên liệu là cặn của chưng cất AD được dùng với mục
đích hoặc nhận nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác hay quá trình
hydrocracking.
Sơ đồ chưng cất dầu thô với tháp bay hơi loại hai tháp rất phổ biến trong
các nhà máy chế biến dầu của Liên Bang Nga và các nước Tây Âu. Sơ đồ
công nghệ này cho phép đạt được độ sâu chưng cất cần thiết và linh hoạt
hơn khi liên kết các khối AD và VD với các loại nguyên liệu dầu thô khác

nhau.
Có 2 sơ đồ chưng cất bay hơi hai
 Sơ đồ chưng cất dầu thô bay hơi hai giai đoạn có sử dụng thiết bị bay
hơi ( tháp rỗng) : khi nguyên liệu là dầu thô ổn định, loại sơ bộ nước
và không chứa hydrosulfua.
 Sơ đồ chưng cất dầu thô bay hơi hai bậc có sử dụng tháp loại xăng:
khi dầu thô có khí hòa tan, nước muối.
2.2.1 Sơ đồ chưng cất dầu thô bay hơi hai bậc có sử dụng thiết bị bay
hơi (tháp rỗng)

22




 Thuyết minh dây chuyền
Dầu thô loại muối (V) bằng hai dòng chảy qua trao đổi nhiệt (11) và
thiết bị tách nước (12) và với nhiệt độ khoảng 200
0
C đi vào thiết bị bay hơi
(tháp rỗng 2), trong đó chia thành pha hơi và pha lỏng. pha hơi đi vào tháp
chính (3), cả pha lỏng sau khi nung nóng đến 330-340
0
C trong lò nung
cũng được nạp vào tháp (3).
Sản phầm đỉnh của tháp là xăng (II), hơi của nó đi qua thiết bị ngưng
tụ (4), phần ngưng tụ đi vào thiết bị tách nước (5) và tách khí (6). Một phần
Hình 6. Sơ đồ chưng cất dầu thô bay hơi hai giai đoạn có sử dụng thiết bị bay hơi (tháp
rỗng)

23

ngưng tụ được sử dụng làm dòng hồi lưu (IX), còn phần chính đi rửa kiềm
trong tháp (7) và tiếp theo đi vào bể chứa sản phẩm. hydrocarbon không
ngưng tụ (I) đi vào cụm công nghệ phân đoạn khí. Cặn là mazut
Ưu điểm:
 Mềm dẻo hơn và khả năng hoạt động cao hơn đối với sự biến đổi
hàm lượng phân đoạn xăng và khí hòa tan trong dầu .
 Các chất ăn mòn mạnh bị loại bỏ qua dòng sản phẩm đỉnh của tháp
thứ nhất nên bảo vệ được tháp chính.
 Không tạo áp suất cao, có thể sử dụng thiết bị rẻ tiền hơn
Nhược điểm:
 Dầu thô cần được nung nóng trong lò nung đến nhiệt độ cao hơn so
với sơ đồ bay hơi 1 bậc.
 Nhiều thiết bị phụ trợ
2.2.2. Sơ đồ chưng cất dầu thô bay hơi hai bậc có sử dụng tháp loại
xăng
 Thuyết minh dây chuyền
Dầu thô (I) qua nhóm trao đổi nhiệt (7) vào tháp bay hơi. Hơi xăng,
nước cùng với khí hydrocarbon hòa tan trong dầu và hydrosunfua qua thiết
bị làm lạnh- ngưng tụ (6) vào thiết bị tách khí (5). Khí (III) từ thiết bị tách
khí được đưa đến cụm phân đoạn khí, còn xăng một phần đưa vào tháp làm
dòng hồi lưu, phần còn lại vào tháp ổn định (4). Sản phẩm đỉnh của tháp là
khí hóa lỏng (IV) cũng được đưa đến cụm phân đoạn khí.
Dầu thô loại xăng (II) từ tháp (2) chảy qua ống ruột gà của lò nung
(1) vào tháp chính (3). Sản phẩm đỉnh là xăng nặng (V), hơi sản phẩm này
qua thiết bị làm lạnh- ngưng tụ (6), vào thiết bị tách khí (5), từ đây một
phần lam dòng hồi lưu cho tháp (3), phần còn lại sau khi kiềm hóa và rửa

24

nước trộn với xăng ổn định (VI)lấy từ tháp (4). Ngoài ra còn thu phân đoạn
kerosene máy bay, nhiên liệu diesel (VII) và mazut ở đáy tháp (3)


Đặc điểm của tháp loại xăng:
 Hiệu suất phần tinh cất xăng thấp (5-15%), do đó khó tách hết phân
đoạn xăng ra khỏi dầu thô.
 Trong vùng cất của tháp bay hơi do tải trọng hơi thấp nên tải trọng
lỏng cao, làm tăng trở lực của mâm, làm giảm sủi bọt và điều kiện
bay hơi của phân đoạn nhẹ ra khỏi cặn.
 Tách xăng tiến hành khi có khí đi cùng dầu thô và hơi nước.
 Để ngưng tụ phân đoạn xăng nhẹ trong thiết bị làm lạnh bằng nước
tháp cần giữ ở áp suất cao.

Hình 7.Sơ đồ chưng cất dầu thô bay hơi hai bậc có sử dụng tháp loại xăng