công nghệ chế biến dầu nhờn quá trình tách sáp bằng phương pháp kết tinh làm lạnh (tiếp theo)

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU
NHỜN
ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU
Năm 2010

QUÁ TRÌNH TÁCH SÁP BẰNG
PHƯƠNG PHÁP KẾT TINH LÀM LẠNH

Tiến hành làm lạnh phân đoạn dầu nhờn, sáp được tách ra do
chúng bị kết tinh
=> bằng cách kết tinh có thể xử lý dầu nhờn chứa sáp.

Quá trình dựa vào nguyên lý kết tinh parafin rắn bằng cách
làm lạnh ở dàn lạnh, sau đó tách khỏi dầu nhờ lọc hay ly tâm.
+ Dưới tác dụng của áp suất ép lọc, tinh thể sáp được giữ lại
còn dầu nhờn được chảy qua. Khi lớp sáp đủ dày, xả áp và
tháo các bánh sáp thô ra.
+ Dưới tách dụng của lực ly tâm sẽ phân tách sáp ra khỏi
dung dịch dầu nhờn

QUÁ TRÌNH TÁCH SÁP BẰNG
PHƯƠNG PHÁP KẾT TINH LÀM LẠNH

Nhược điểm của phương pháp kết tinh làm lạnh:
+ Làm việc gián đoạn và rất nhiều khâu phải dùng tới áp suất;
+ Độ nhớt của dầu tách sáp lớn, gây trở ngại cho quá trình lọc, đặc biệt
là các loại dầu có độ nhớt cao
+ Không áp dụng được cho các nguyên liệu là dầu cặn vì tách sáp
không triệt để, do các vi tinh thể parafin được tạo ra trong quá trình
không thể tách ra hết bằng lọc

CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ
TRÌNH KẾT TINH KHỬ PARAFIN
1. Bản chất nguyên liệu
2. Thành phần dung môi
3. Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu
4. Nhiệt độ làm lạnh cuối
5. Tốc độ làm lạnh

ẢNH HƯỞNG CỦA BẢN CHẤT
NGUYÊN LIỆU

Bản chất nguyên liệu có ảnh hưởng rất rõ ràng đến quá
trình khử parafin.

Hiệu quả của quá trình lọc phụ thuộc trực tiếp vào hình
dạng, cấu trúc tinh thể parafin được tạo thành trong giai
đoạn kết tinh, mà cấu trúc này lại hoàn toàn phụ thuộc vào
bản chất (tính chất vật lý) của nguyên liệu.

Khi nhiệt độ cất của phân đoạn cao xu hướng có mặt các
hợp chất mạch vòng trong thành phần hydrocacbon rắn
càng nhiều. Cấu trúc tinh thể của mạch vòng thường nhỏ sẽ
gây khó khăn cho quá trình tách parafin, làm giảm tốc độ
lọc cũng như hiệu suất quá trình.

ẢNH HƯỞNG CỦA BẢN CHẤT
NGUYÊN LIỆU

Ảnh hưởng của nguyên liệu đối với quá trình tách parafin tuân

theo những nguyên tắc sau:
1. Nhiệt độ sôi và độ nhớt của nguyên liệu đầu vào càng cao,
càng khó tách hoàn toàn parafin rắn, hiệu suất quá trình kết
tinh và năng suất lọc sẽ giãm. Đồng thời nhiệt độ đông đặc của
sản phẩm sẽ cao hơn.
2. Khi Độ nhớt và hàm lượng hydrocacbon rắn của nguyên liệu
càng lớn thì trong thành phần của nó có chứa nhiều các hợp
chất kết tinh hơn, vì vậy cần tăng lượng dung môi sử dụng
3. Phân đoạn của nguyên liệu càng hẹp thì vận tốc lọc, hiệu
suất của quá trình sẽ tăng lên và hàm lượng dầu chứa trong
sáp cũng nhỏ đi.

ẢNH HƯỞNG CỦA BẢN CHẤT
NGUYÊN LIỆU
Phân đoạn sôi
375-515
o
C 380-460
o
C
Nhiệt độ làm lạnh -28 -28
Thời gian làm lạnh 120 48
Hiêu suất 65 73
Nhiệt độ đông đặc
của sản phẩm
-20 -20
Phần dầu trong sáp 40 25

ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI


Dung môi sử dụng trong quá trình phải đảm bảo được hai yêu cầu sau:
1. Giảm độ nhớt của nguyên liệu để đảm bảo có thể tách được parafin
ra khỏi dầu. Để đảm bảo được yêu cầu này dung môi cần phải có độ
nhớt đủ nhỏ trong khoảng nhiệt độ rộng cho đến nhiệt độ kết tinh
2. Đảm bảo được tính chọn lọc. Dung môi cần phải hoà tan tốt phần
dầu và không hoà tan các hợp chất kết tinh của nguyên liệu ở nhiệt độ
của quá trình tách parafin

ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI

Dung môi không phân cực: propan, pentan, butan, toluen, benzen
…

Dung môi phân cực: aceton, metyl-etyl-keton, metyl-isobutyl-
keton, metyl-propyl-keton …

DUNG MÔI KHÔNG PHÂN CỰC

Dung môi không phân cực: trước đây người ta sử dụng chủ
yếu là propan, butan, pentan lỏng.

Hydrocacbon rắn ở gần nhiệt độ đông đặc vẫn tan trong
dung môi, và khả năng hoà tan của dung môi phụ thuộc vào
khối lượng phân tử của chúng.

Vì khả năng hoà tan parafin rắn trong dung môi không
phân cực cao nên để tách hoàn toàn parafin rắn ra khỏi sản
phẩm cần phải làm lạnh sâu hơn.
=> Gradien nhiệt độ quá trình tách parafin sẽ cao hơn, đối
với propan lỏng nhiệt độ này khoảng từ 15-25

o
C. Hiệu quả
kinh tế của qua trình giảm xuống vì tiêu tốn nhiều năng
lượng cho quá trình làm lạnh

DUNG MÔI KHÔNG PHÂN CỰC

Trong dung môi parafin lỏng, khả năng hoà tan của parafin rắn tăng
với sự tăng lên của khối lượng phân tử của dung môi (từ C1-C4), từ
C5 trở lên, khả năng hoà tan của nó lại ngược lại giảm đi
Khối lượng phân tử của dung môi
Độ hoà tan, g/100 ml

DUNG MÔI KHÔNG PHÂN CỰC

Nhược điểm khác của dung môi không phân cực:
1. Độ chọn lọc nhỏ => gradient nhiệt độ cao
2. Tồn tại một lượng lớn dầu trong pha rắn, cần phải tiến hành làm
lạnh với vận tốc nhỏ
=> giảm hiệu suất của quá trình
3. Trong trường hợp sử dụng những hợp chất hydrocacbon lỏng này,
đòi hỏi thiết bị phải làm việc dưới áp suất để dung môi hoá lỏng.

DUNG MÔI PHÂN CỰC

Trong dung môi phân cực, parafin rắn chỉ tan ở nhiệt cao.
Ở nhiệt độ thấp dung môi không hoà tan parafin rắn nhưng
lại cũng hoà tan kém phần lỏng của nguyên liệu
=> bởi vậy ở nhiệt độ tách parafin một phần cấu tử của dầu
sẽ bị tách ra cùng với parafin rắn trong quá trình.


Sử dụng hỗn hợp dung môi không phân cực và phân cực:
+ Dung môi phân cực sẽ giúp cho quá trình kết tinh parafin
(aceton, metyl-etyl-keton, metyl-isobutyl-keton)
+ Dung môi không phân cực hoà tan phần dầu nhờn
(toluen, benzen )
=> Cần phải tối ưu hoá tỷ lệ hai dung môi này trong hỗn hợp
để đạt được hiệu quả cao nhất khi sử dụng: hoà tan tốt nhất
dầu nhờn và kết tủa tốt nhất parafin

ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI
Dung môi Thời gian lọc,c Hiệu suất dầu
thu được, %
Nhiêt độ đông đặc
của dầu sau khi loại
parafin,
o
C
Gradient
nhiêt độ,
o
C
Aceton : Toluen
15:85
25:75
35:65
45:55
442
310
160

152
76
74
73
68
-2
-5
-8
-11
16
13
10
7
MEK : Toluen
40:60
50:50
60:40
80:20
170
160
130
100
75
72
72
68
-7
-13
-14
-15

13
7
6
5

ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI

Khi tăng tỷ lệ của dung môi thơm trong hỗn hơp dung môi,
sẽ làm tăng hiệu suất của quá trình, nhưng lại làm tăng
nhiệt độ đông đặc của sản phẩm thu được, thời gian lọc và
gradient nhiệt độ.

Ở cùng một hiệu suất thu được sản
phẩm, thì thời gian lọc, gradient
nhiệt độ và nhiệt độ đông đặc của
sản phẩm sẽ thấp hơn nếu ta dùng
dung môi MEK thay cho aceton
trong hỗn hợp với toluen, và lượng
dung môi toluen thêm vào cũng ít
hơn.
Hiệu suất, %
Keton, %
1- aceton; 2-MEK

ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI

MEK có khả năng hoà tan cao hơn so với aceton, bởi vậy nên
cần lượng toluen thấp hơn.

Nếu tăng số lương nguyên tử cacbon trong keton lên thì dẫn

tới khả năng hoà tan của dung môi cũng được tăng lên. Nên
trong trường hơp sử dụng dung môi metyl-propyl-keton hay
metyl-isobutyl-keton không cần thiết sử dụng toluen.

Keton có số lượng cacbon trên 7 không được sử dụng cho quá
trình tách parafin bởi vì độ nhớt của dung môi này quá lớn ở
nhiệt độ thấp, gây khó khăn cho quá trình tạo tinh thể của
parafin rắn. Cũng như nhiệt độ sôi của dung môi này cao, quá
trình hoàn nguyên dung môi cũng sẽ phức tạp hơn

ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI
Dung môi Thành phần
keton trong
dung môi
Nhiệt độ,
o
C Gradient
nhiệt độ
Độ tăng, %
Nhiệt độ
làm lanh
cuối
Nhiệt độ đông
đặc của sản
phẩm
Vận tốc
lọc
Hiệu suất
tách parafin
Dầu cất (350-500

o
C )
M-iB-keton 100 -25 -25 0 120 109
Aceton 30 -25 -18 7 100 100
M-iB-keton 100 -35 -35 0 110 105
MEK 40 -35 -30 5 100 100
Aceton 30 -35 -28 7 90 98
Dầu cặn (>500
o
C)
M-iB-keton 100 -25 -25 0 140 102
MEK 40 -25 -20 5 100 100
Aceton 30 -25 -18 7 96 95

ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ DUNG
MÔI/NGUYÊN LIỆU

Tác dụng của hỗn hợp dung môi là hoà tan tốt dầu khử
(toluen) và kết tủa tốt parafin (keton) điều này có nghĩa là
dung môi sẽ tách tốt parafin ra khỏi dầu khử. Vì vậy tỷ lệ
dung môi/nguyên liệu càng lớn thì hiệu quả quá trình càng
cao.

Nếu tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu nhỏ dẫn đến sẽ tạo ra thêm
những tinh thể kích thước nhỏ.

Nếu tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu quá lớn sẽ làm giảm nồng độ
của hyđrocacbon rắn trong dung dịch và khi đó sẽ tạo ra
nhiều phôi tinh thể mới
=> kết quả sẽ làm giảm kích thước của tinh thể cũng như vận

tốc của quá trình lọc

ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ DUNG
MÔI/NGUYÊN LIỆU

Tỷ lệ tối ưu sẽ phụ thuộc vào
thành phần, tính chất của
nguyên liệu, bản chất dung
môi và yêu cầu đối với chất
lượng sản phẩm

Đối với nguyên liệu có độ
nhớt lớn cũng như yêu cầu
đôi càng cao thì tỷ lệ dung
môi/nguyên liệu cũng sẽ tăng
lên

Khi tăng dung môi/nguyên
liệu => chi phí vận hành cũng
sẽ tăng lên
Dầu cất 300-400
o
C
Tỷ lệ dung
môi/nguyên liệu
3:1 4:1
Nhiệt độ làm
lạnh,
o
C

-55 -55
Vận tốc lọc,
kg/m2.h
70 90
Hiệu suất, % 65 69
Nhiệt độ đông
đặc của sản phẩm
-47 -45

ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ LÀM LẠNH

Tốc độ làm lạnh trong giai đoạn làm lạnh có ảnh hưởng đến kích
thước của tinh thể và do vậy sẽ ảnh hưởng đến giai đoạn lọc tách
dầu khử ra khỏi parafin. Thực nghiệm thu được kết quả sau:
+ Khi tốc độ làm lạnh là quá chậm sẽ gây nên sự hình thành các
tinh thể dạng “hình xoắn ốc nhiều lớp” làm bít tắc không cho
dầu khử đi qua lớp tinh thể sắp lớp này;
+ Khi tốc độ làm lạnh là quá nhanh sẽ gây nên sự hình thành các
tinh thể dạng “hình kim” có kích thước rất nhỏ, chúng dễ làm
bít tắc lưới lọc dẫn đến không cho dầu khử đi qua lưới. Đồng
thời trong trường hợp này hàm lượng dầu trong “sáp” cũng
nhiều hơn.
=> Tốc độ làm lạnh tối ưu của quá trình sẽ phụ thuộc vào thành
phần tính chất nguyên liệu, loại dung môi và tỷ lệ dung môi sử
dụng

ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ LÀM LẠNH

Nhiệt độ sôi của phân đoạn nguyên liệu càng cao thì tốc độ
làm lạnh càng nhỏ.


Kết quả thực nghiệm cho thấy tốc độ làm lạnh đóng vai trò
quan trọng nhất ở giai đoạn làm lạnh ban đầu, bởi vì tại
thời điểm này bắt đầu hình thành những tâm tinh thể đầu
tiên. Khi đến nhiệt độ làm lạnh cuối, khi mà các các parafin
rắn tách khỏi dung dịch dầu, vận tốc làm lạnh có thể tăng
lên mà không ảnh hưởng nhiều đến kết quả của quá trình.

Khoảng giá trị tốc độ làm lạnh thích hợp cần được xác định
và nó thường nằm trong khoảng từ 3-5
o
C/phút tuỳ theo
bản chất nguyên liệu

ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ LÀM LẠNH
Ảnh hưởng của tốc độ làm lạnh đôi với quá trình tách parafin
1 – hiệu suất của quá trình tách
2 – vận tốc lọc
––– dầu cất; dầu cặn
Vận tốc làm lạnh,
o
C/h
Vận tốc lọc, kg/m2.h
Hiệu suất quá trình, %

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÀM
LẠNH CUỐI

Mục đích của quá trình khử parafin là nhằm hạ thấp điểm
chảy của dầu khử bằng cách hạ thấp nhiệt độ làm lạnh lúc

cuối.

Hạ quá thấp nhiệt độ làm lạnh lúc cuối sẽ có nhược điểm là
tiêu tốn năng lượng, đồng thời lại còn làm giảm ít nhiều chỉ
số độ nhớt và hiệu suất thu hồi dầu khử.

Như vậy, giá trị nhiệt độ làm lạnh lúc cuối mà quá trình khử
parafin cần phải thực hiện hoàn toàn phụ thuộc vào giá trị
điểm chảy của sản phẩm dầu khử thu được(thường thấp
hơn 5-10
o
C đối với dung môi có chứa keton).
(Cần lưu ý rằng tiêu chuẩn kỹ thuật về điểm chảy của dầu nhờn ở
mỗi vùng khí hậu trên thế giới là khác nhau và thông thường ở xứ
ôn đới, điểm chảy là thấp và ở xứ nhiệt đới là cao)

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ TÁCH SÁP BẰNG
DUNG MÔI

Sơ đồ công nghệ tách sáp bằng dung môi bao gồm ba công
đoạn:
1. Pha trộn dầu nhờn cần tách sáp với dung môi rồi làm
lạnh (giai đoạn kết tinh)
2. Lọc hỗn hợp đã làm lạnh để tách sáp (giai đoạn lọc)
3. Tái sinh, thu hồi dung môi để sử dụng lại (giai đoạn hoàn
nguyên dung môi)

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ TÁCH SÁP BẰNG
DUNG MÔI
Thiết bị kết

tinh
Thiết bị làm
lạnh bề mặt
Dung môi rửa lạnh
Thu hồi dung môi
từ dầu tách sáp
Thu hồi dung môi
từ sáp ướt
Dầu tách sáp Sáp mềm
Hệ thống làm lạnh
Lọc chân không quay
Nguyên liệu