đồ án công nghệ chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển

I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
Quá trình chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển là một quá trình vật lý gióp
cho quá trình tách các cấu tử cần thiết cho các sản phẩm mong muốn như xăng,
kerosen, diezen, dầu nhờn được diễn ra thuận lơi, chính vì vậy việc hiểu rõ bản
chất của quá trình để điều khiển và kiểm soát quá trình diễn ra thuận lợi, gióp
thu được nhiều sản phẩm, quá trình diễn ra an toàn hơn.
Chưng cất là quá trình tách một dung dịch bằng cách đun sôi nó, rồi ngưng
tụ hơi bay ra để được 2 phần: Phần nhẹ là distillat có nhiệt độ sôi thấp, chứa
nhiều chất dễ sôi, còn phần nặng còn lại là cặn chưng cất (redue). Chưng cất
dầu và sản phẩm dầu với mục đích tách dầu thô thành các phân đoạn, được thực
hiện bằng phương pháp sôi dần hoặc sôi nhiều lần. Chưng cất bay hơi nhiều lần
gồm hai hay nhiều quá trình bay hơi một lần.
I.1. Mục đích của quá trình
Ngày nay dầu mỏ và khí đốt được coi là “Vàng đen” , chúng đóng vai trò
quan trọng trong đời sống kinh tế toàn cầu. Đây còng là một nguyên liệu quan
trọng nhất của xã hội hiện đại để sản xuất điện và còng là nhiên liệu của tất cả
phương tiện giao thông vân tải. Hơn nữa dầu mỏ còng được sử dụng trong công
nghiệp hóa dầu để sản xuất chất dẻo và nhiều sản phẩm khác.Dầu mỏ mang lại
lợi nhuận siêu ngạch cho các quốc gia và dân tộc đang sở hữu và tham gia trưc
tiếp kinh doanh nguồn nguyên liệu trời cho này.Hiện nay trong cán cân năng
lượng thì dầu mỏ vẫn giữ vai trò quan trọng nhất so với các dạng năng lượng
khác. Cùng với than đá, dầu mỏ và nhiều loại khí đốt khác chiếm tới 90% tổng
tiêu thụ năng lượng toàn cầu. Đã có không ít các cuộc chiến tranh, các cuộc
khủng hoảng kinh tế và chính trị có nguyên nhân sâu xa từ các hoạt động cạnh
tranh sản xuất và kinh doanh trong lĩnh vực dầu mỏ.
Đối với nước ta hiện nay, vai trò và ý nghĩa của dầu khí nói chung trong đó
có dầu mỏ càng trở nên quan trọng trong thời kì đẩy nhanh công nghiệp hóa và
[Type text] Trang 1
hiện đại hóa. Không chỉ là vấn đề thu nhập kinh tế đơn thuần, trong những năm
qua dầu mỏ đã góp phần đáng kể trong ngân sách quốc gia, làm cân đối hơn cán
cân thương mại xuất nhập khẩu quốc tế, góp phần tạo nên sự ổn định nước nhà

trong những năm đổi mới đất nước. Chính vì vậy chúng ta cần phải sử dụng có
hiệu quả nguồn nguyên liệu quí này bằng việc thực hiện quá trình chế biến dầu
thô ở áp suất khí quyển để mang lại nhiều nguồn lợi về kinh tế hơn nữa cho
nước ta.
I.2. Nguyên lý của quá trình chưng cất
Chưng cất là quá trình tách một dung dịch bằng cách đun sôi nó, rồi ngưng
tụ hơi bay ra để được 2 phần: Phần nhẹ là distillat có nhiệt độ sôi thấp, chứa
nhiều chất dễ sôi, còn phần nặng còn lại là cặn chưng cất (redue).Như vậy, phép
chưng cất có thể thu được Distillat có thành phần mong muốn bằng cách chưng
cất nhiều lần.
Nhưng chưng cất nhiều lần như vậy rất phiền phức, tốn thời gian mà
không kinh tế. Để khắc phục nhược điểm này ta dùng hệ thống chưng cất có cột
chưng cất. Cột chưng cất có số đĩa lý thuyết càng lớn, thì có khả năng
cho một distillat có thành phần khác càng nhiều so với dung dịch trong bình
đun, tức là distillat rất giàu chất dễ bay hơi. Dùng cột chưng cất có nhiều đĩa lý
thuyết có thể thu được distillat là chất dễ bay hơi gần như tinh khiết.
I.2.1. Chưng cất đơn giản
Chưng cất bay hơi dần dần: Chủ yếu dùng trong phòng thí nghiệm để xác định
đường cong chưng cất Enghen. Chưng cất bay hơi một lần: Cho phép nhận được
phần chưng cất lớn hơn so với bay hơi một lần.
[Type text] Trang 2
Hình I.1. Chưng cất bay hơi dần dần
Chưng cất bay hơi nhiều lần: Cho phép quá trình tách các phân đoạn theo mong
muốn.
Hình I.2. Chưng cất bay hơi nhiều lần
I.2.2 Chưng cất phức tạp
Chưng cất có hồi lưu: Để nâng cao khả năng phân chia hỗn hợp
lỏng, người ta tiến hành cho hồi lưu một phần sản phẩm đỉnh. Nhờ sự tiếp xúc
thêm mộy lần giữa pha lỏng (hồi lưu) và pha hơi trong tháp được làm giàu thêm
cấu tử nhẹ nhờ đó mà độ phân chia cao hơn.

[Type text] Trang 3
Chưng cất có tinh luyện: Dựa vào quá trình trao đổi chất nhiều lần giữa pha
lỏng và hơi nhờ vào các đĩa hay đệm. Chưng cất sẽ có độ phân chia cao hơn nếu
kết hợp với hồi lưu
Hình I.3. Sự tiếp xúc giữa dòng lỏng và hơi trong tháp chưng cất
Chưng cất chân không & chưng cất với hơi nước: Độ bền nhiệt các cấu tử
trong dầu phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và thời gian lưu. Đối với các phân
đoạn có nhiệt độ sôi cao, người ta cần tránh sự phân huỷ chúng (giảm độ nhớt,
độ bền oxy hoá…) bằng cách hạn chế nhiệt độ (320o- 420oC) chưng cất. Nếu
nhiệt độ sôi cao hơn nhiệt độ phân huỷ chúng ta dùng chưng cất chân không hay
chưng cất hơi nước. Hơi nước làm giảm áp suất hơi riêng phần làm chúng sôi ở
nhiệt độ thấp hơn.
I.2.3 Đĩa chưng cất (Tray)
Trong công nghệ dầu khí, để chưng cất những lượng khổng lồ (hàng triệu
tấn/năm). Người ta dùng những thiết bị chưng cất khổng lồ, hoạt động liên tục.
[Type text] Trang 4
Hơi nguyên liệu sẽ bay lên đỉnh tháp và phần lỏng sẽ chảy xuống phần dưới
tháp. Sự tiếp xúc giữa hai dòng này được thực hiện một cách đặc biệt nhờ các
đĩa.
Tại các đĩa xảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng hơi và dòng lỏng. Đồng
thời tại đây còng xảy ra quá trình trao đổi chất, phần nhẹ trong pha lỏng bay hơi
theo pha hơi, phần nặng trong pha hơi ngưng tụ theo dòng lỏng.
Như vậy, khi dòng hơi lên đến đỉnh thì rất giàu cấu tử nhẹ, còn dòng lỏng đi
xuống đáy lại giàu cấu tử nặng hơn.
Có rất nhiều dạng đĩa khác nhau được sử dụng tuỳ vào loại nguyên liệu.
Nhưng mục đích chung nhằm đảm bảo sự tiếp xúc giữa pha lỏng và pha hơi
phải lớn để quá trình phân tách hiệu quả.
Hiện nay, sử dụng chủ yếu các dạng đĩa sau:
− Đĩa nhiều lỗ (Sieve Trays)
− Đĩa chụp (Bubble–Cap Trays)

− Đĩa ống khói (Chimmey Trays)
− Đĩa Van (Valve Trays)
[Type text] Trang 5
Hình I.4. Mâm kiểu van
Sự phân bố dòng chảy qua van ảnh hưởng rất lớn đến sự tiếp xúc pha và chất
lượng các phân đoạn.
I.2.4 Sự Stripping
Đối với chưng cất dầu thô, dòng trích ngang luôn có lẫn sản phẩm đỉnh.
Để loại bỏ các cấu tử nhẹ này, người ta thực hiện quá trình tái hoá hơi riêng
phần các phần nhẹ. Quá trình này gọi là quá trình stripping.
Quá trình này được thực hiện trong những cột nhỏ từ 4-10 đĩa, đặt bên cạnh
tháp chưng cất khí quyển và thường dùng hơi nước trực tiếp.
Ngoài ra có thể stripping bằng nhiệt (phân đoạn Kerozen).
I.2.5 Sự hồi lưu (Relux)
Nhằm tạo ra dòng lỏng có nhiệt độ thấp đi từ đỉnh tháp xuống đáy tháp để
trao đổi nhiệt với dòng hơi. Từ đó làm cho quá trình trao đổi chất tách phân
đoạn được triệt để và thu được chất lượng distillat mong muốn.
Tỉ lệ dòng hoàn lưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố kinh tế là
bài toán quyết định.
Khi tỉ lệ hoàn lưu tăng, số mâm giảm nhưng đường kính tháp tăng lên. Chủ
yếu có 3 dạng sau:
− Hồi lưu nóng: Sử dụng dòng hồi lưu ở trạng thái lỏng sôi.
− Hồi lưu lạnh: Nhiệt độ dòng hồi lưu ở dưới điểm lỏng-sôi.
− Hồi lưu vòng: Lấy các sản phẩm ở các mâm dưới hồi lưu lên các mâm
trên sau khi đã làm lạnh.
[Type text] Trang 6
I.3. Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình chưng cất
I.3.1. Nguyên liệu
Thành phần nguyên liệu đưa vào quá trình chưng cất phải được xác định
xem chúng thuộc loại nào: dầu nặng hay dầu nhẹ, dầu chứa nhiều hydrocacbon

parafinic, naphtenic hay aromatic,dầu có chứa nhiều lưu huỳnh hay không?
Trước khi đưa vào quá trình chế biến vì chúng có quyết định quan trọng đến
việc lựa chọn công nghệ cho quá trình chế biến.
Thành phần của dầu thô là hỗn hợp các chất hữu cơ rất phức tạp với các chất
lỏng chiếm ưu thế, trong đó còn có các hợp chất hữu cơ rắn hòa tan và các khí
hydrocacbon. Chúng gồm có:
 Nhóm Hydrocacbon: Các hydrocacbon parafin, Hydrocacbon không
no, Naphten, Hydrocacbon thơm lựa chọn công nghệ chưng cất phù
hợp tùy thuộc vào thành phần nhiều hay ít của các nhóm này gióp thu
được sản phẩm có tính chuyên hóa nhiều hơn, tránh tiêu hao năng
lượng cho nhiều quá trình không cần thiết
 Nhóm phi hydrocacbon: Hợp chất lưu huỳnh,Nitơ và hợp chất Nitơ,các
hợp chất chứa oxy Chúng chiếm thành phần nhỏ trong dầu mỏ nhưng
lại ảnh hưởng rất lớn và có tính quyết định đến việc lựa chọn công
nghệ phù hợp cho quá trình chưng cất gióp cho quá trình vận hành
được diễn ra an to toàn, sản phẩm thu được đạt chất lượng tốt, đạt hiệu
quả kinh tế cao nhất
I.3.2. Sản phẩm dầu mỏ của quá trình chưng cất
Dầu mỏ, khi muốn chế biến thành các sản phẩm phải được tiến hành chia
nhỏ thành từng phân đoạn hẹp với các khoảng nhiệt độ sôi nhất định. Những
phân đoạn này nói chung tương ứng với các sản phẩm cuối cùng của quá trình
[Type text] Trang 7
chế biến, nên chúng được mang tên các sản phẩm đó. Thông thường, dầu mỏ
được chia thành các phân đoạn chính sau đây:
- Phân đoạn xăng, với khoảng nhiệt độ sôi dưới 180
o
C.
- Phân đoạn kerosen, với khoảng nhiệt độ sôi từ 180-250
o
C.

- Phân đoạn gasoil, với khoảng nhiệt độ sôi từ 250-350
o
C.
- Phân đoạn dầu nhờn (hay còn gọi là phân đoạn gasoil nặng), với khoảng
nhiệt độ sôi từ 350 - 500
o
C.
- Phân đoạn cặn gudron có nhiệt độ sôi trên 500
o
C.
Trong các phân đoạn trên đây, sự phân bố các hợp chất hydrocacbon và
không hydrocacbon của dầu mỏ nói chung không đồng nhất chúng thay đổi rất
nhiều khi đi từ phân đoạn nhẹ sang phân đoạn nặng hơn. Vì vậy tính chất của
từng phân đoạn đều khác nhau. Hơn nữa, các loại dầu mỏ ban đầu đều có tính
chất và sự phân bố các hợp chất hữu cơ trong đó còng khác nhau, cho nên tính
chất của từng phân đoạn dầu mỏ còn phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính hoá học
của loaị dầu ban đầu.
+Sản phẩm khí Hydrocacbon
Khí thu được trong quá trình chưng cất dầu bao gồm các hydrocacbon
C1-C4 và một lượng ít C5-C6 , hydrocacbon thu được chủ yếu là C3 và C4.
Đây là nguồn nguyên liệu lớn cho quá trình tổng hợp hoá dầu còng như sử dụng
dân dụng bằng cách hoá lỏng (LPG). Từ C3 có thể chế tạo dung môi, C4 dùng
để sản xuất dung môi, sản xuất cao su, dùng trong cracking hơi, sản xuất phụ
gia MTBE chống kích nổ cho xăng.
+Phân đoạn xăng
Phân đoạn xăng được sử dụng 3 mục đích sau:
[Type text] Trang 8
 Sản xuất nhiên liệu dùng cho động cơ xăng.
 Sản xuất nguyên liệu cho công nghiệp hoá dầu.
 Sản xuất dung môi trong công nghiệp sơn, cao su, keo dán, ngoài ra được

sử dụng để trích ly chất bộo, trong công nghiệp hương liệu, dược liệu.
Trong phân đoạn xăng có nhiệt độ sôi từ 30-35oC tới nhiệt độ 180oC; được
tinh cất tiếp để nhận các phân đoạn hẹp như 30-62oC ; 62-85oC ; 85-105oC ;
105-140oC hay phân đoạn rộng như 85-140oC dùng làm nguyên liệu cho quá
trình izome hoá, reforming xúc tác với mục đích nhận xăng hay nhận
hydrocacbon thơm loại benzen (B), tuluen (T), xylen (X), hoặc làm nguyên liệu
cho cracking nhằm sản xuất các olefin thấp như etylen, propylen, butylen,
butadien. Ngoài ra phân đoạn xăng còn được làm dung môi như dung môi
parafinic (etepetrol) cho công nghiệp trích ly tinh dầu, pha chế mỹ phẩm.
+ Phân đoạn Kerosen
Phân đoạn này được sử dụng cho 2 mục đích:
 Làm nhiên liệu phản lực (ứng dụng chính).
 Dầu hoả dân dụng.
Nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực được chế tạo từ phân đoạn kerosen
hoặc từ hỗn hợp phân đoạn kerosen với phân đoạn xăng. Do đặc điểm cơ bản
chất của nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực là làm sao có tốc độ cháy lớn, dễ
dàng tự bốc cháy ở bất kỳ nhiệt độ và áp suất nào, cháy điều hoà và không bị tắt
trong dòng không khí có tốc độ xoáy lớn, nghĩa là quá trình cháy phải có ngọn
lửa ổn định. Để đáp ứng yêu cầu trên, người ta thấy trong thành phần các
hydrocacbon của phân đoạn kerosene, các hydro naphten và parafin thích hợp
nhất với những đặc điểm của quá trình cháy trong động cơ phản lực. Vì vậy
phân đoạn kerosen và phân đoạn xăng của dầu mỏ họ naphten-paraffin hoặc
parafino-naphten là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất nhiên liệu cho động cơ
phản lực. Trong khi đó sự có mặt của hydrocacbon thơm không thuận tiện cho
[Type text] Trang 9
quá trình cháy, do đó nếu hàm lượng của chúng quá lớn, cần phải loại bớt chúng
ra để giữa trong giới hạn 20-25%.
Chú ý hàm lượng của hydrocacbon paraffin trong nhiên liệu phản lực trong
khoảng 30-60%, nếu cao hơn cần phải tiến hành loại bỏ nhằm đảm bảo tính linh
động tốt của nhiên liệu ở nhiệt độ thấp.

Phân đoạn kerosene của họ dầu mỏ paraffin còn được dùng để sản xuất dầu
hoả dân dụng (thắp sáng hoặc đun nấu) mà không đòi hỏi một quá trình biến đổi
thành phần bằng các phương pháp hóa học phức tạp, đáp ứng được yêu cầu của
dầu hoả là ngọn lửa cháy xanh, không có màu vàng đỏ, không tạo nhiều khói
đen, không tạo nhiều tàn đọng ở đầu bấc và dầu phải dễ dàng bốc hơi theo lên
phía trên để cháy.
+Phân đoạn Diezel
Phân đoạn gasoil nhẹ của dầu mỏ chủ yếu được sử dụng làm nhiên liệu cho
động diesel. Do động cơ diesel đòi hỏi nhiên liệu phải có trị số xetan cao (có
tính chất rất dễ oxy hoá để tự bốc cháy tốt) do phân đoạn gasoil (của dầu mỏ họ
paraffin) lấy trực tiếp từ quá trình chưng cất sơ khởi thường có trị số xetan rất
cao. Vì vậy chúng thường được sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu diesel thích
hợp nhất mà không phải qua một quá trình biến đổi hoá học nào. Tuy nhiên cần
làm tăng trị số xetan của nhiên liệu diesel, người ta còng có thể cho thêm vào
một số chất phụ gia thúc đẩy quá trình oxy hoá. Với số lượng khoảng 1,5% ta có
thể tăng chỉ số xetan lên đến 15-20 đơn vị so với trị số ban đầu của nó là 40 đơn
vị.
+ Phân đoạn dầu nhờn
Với phân đoạn 350 – 500
o
C; 350 - 540
o
C (580
o
C) được gọi là gasoil chân
không. Được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác hay
hydrocracking. Còn các phân đoạn dầu nhờn hẹp 320 - 400
o
C; 300 - 420
o

C;
[Type text] Trang 10
400 - 450
o
C; 420 - 490
o
C; 450 - 500
o
C được dùng làm nguyên liệu cho sản
xuất các loại dầu nhờn bôi trơn khác nhau.
Ngoài ra phân đoạn này còn dùng để sản xuất sản phẩm trắng, các sản phẩm
trắng là tên gọi của 2 nhiên liệu xăng, kerosene, diesel. Đó là các loại nhiêu liệu
được sử dụng nhiều nhất, quan trọng nhất. Để làm tăng số lượng các nhiên liệu
này, có thể tiến hành phân huỷ gasoil nặng bằng phương pháp cracking hoặc
hydrocracking, với cách này, có thể biến các cấu tử C21- C40 thành xăng (C5-
C11), kerosene (C11- C16), diesel (C16- C20). Dẫn đến nâng cao hiệu suất sử
dụng của dầu mỏ.
[Type text] Trang 11
II. CÔNG NGHÊ CHƯNG CẤT DẦU THÔ Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN
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 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 nhúm 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 các nhà máy hiện
đại luụn dựng loại hình công nghệ A – V – D.
II.1. Chuẩn bị nguyên liệu trước khi chế biến
Dầu thô vừa khai thác ở mỏ lên, ngoài phần chủ yếu là các hydrocacbon
trong dầu còn lẫn nhiều tạp chất nh tạp chất cơ học, đất đá, nước và cả muối
khoáng. Chúng lẫn vào dầu khí và phổ biến nằm ở dạng nhò tương nên khó tách
ở điều kiện bình thường. Nếu không tách các tạp chất này, khi vận chuyển hay
tồn chứa và đặc biệt là khi chưng cất dầu, chúng sẽ tạo cặn bùn và các hợp chất
ăn mòn, phá háng thiết bị, làm háng công suất chế biến. Vì thế trước khi đưa
vào chế biến dầu thô cần phải được cho qua các bước xử lý khác nhau.
II.1.1. Ổn định dầu thô
[Type text] Trang 12
Dầu thô mới khai thác lên có lẫn các khí hữu cơ (C1-C4 và một ít C5+) và
khí vô cơ (H2S, CO2, He) sự có mặt các khí trong dầu mỏ, khi vận chuyển phần
nhẹ dễ bắt cháy không an toàn và không kinh tế vì trong quá trình vận chuyển
các khí nhẹ dễ mất mát, mà các khí hữu cơ này là nguyên liệu có giá trị cho
công nghiệp tổng hợp hoá dầu. Trong quá trình tách các khí có lợi ta tách được
cả khí H2S là khí có hại, nó ăn mòn thiết bị. Dầu mỏ sau khi đã tách rồi mới cho
sang giai đoạn tách muối và nước bằng phương pháp nhiệt hoá học, sau đó cho
sang tách muối và nước bằng phương pháp điện hay là kết hợp phương pháp
nhiệt điện.
Ổn định dầu nguyên khai tức là loại bớt các phần quá nhẹ rất dễ bay hơi
trong dầu ngay từ lúc vừa thoát ra khỏi giếng khoan (tức là xử lý ngay ở nơi
khai thác).
Hình II.1. Sơ đồ ổn định dầu nguyên khai
[Type text] Trang 13
(1). Lắng tách tạp chất (2). Trao đổi nhiệt
(3). Phân ly tách nước (4). Tháp chưng
(5). Lò đốt (6,8). Thiết bị làm lạnh bằng không khí

(7). Tách khí
(I). Dầu nguyên khai (II). Khi đi thiêu đốt
(III). Khí đi phân chia (IV). Xăng nhẹ
(V). Dầu đã ổn định
Thuyết minh sơ đồ: Dầu thô vừa khai thác lên cho qua thiết bị lắng tách tạp
chất cơ học (1) sau đó cho qua thiết bị trao đổi nhiệt (2) và qua thiết bị phân ly
(3) để tách sơ bộ nước, rồi đưa vào tháp chưng (4). Áp suất của tháp chưng
được điều chỉnh tuỳ theo mức độ chứa các phần nhẹ trong dầu thô. Sản phẩm
lỏng đáy tháp được đưa sang thiết bị đun sôi (5) kiểu lò đứng, ở đây dùng một
phần khí khô thoát ra ở đỉnh tháp chưng để làm nhiên liệu đốt lò. Phần khí béo
có thể sử dụng cho các nhu cầu địa phương, hay cho vào phân xưởng phân chia
khí để sử dụng làm nguyên liệu cho ngành tổng hợp hoá dầu, hoặc có thể nén lại
cho xuống các giếng khoan, hay thiêu đốt C1, C2. Ở đáy tháp (4) lấy dầu đã ổn
định đưa về các nhà máy xử lý và chế biến.
II.1.2. Tách các tạp chất cơ học, nước và muối
-Tách bằng phương pháp cơ học
+ Lắng: Bản chất của phương pháp lắng là dùa vào sự khác nhau về tỷ trọng
của dầu và các tạp chất như đất đá, nước và muối. Nếu dầu có các tạp chất này,
khi để lắng lâu ngày các tạp chất sẽ tách ra và lắng xuống tạo thành hai líp rõ rệt
và có thể tách ra dễ dàng.
[Type text] Trang 14
Tốc độ lắng của các hạt được tính theo công thức Stockes, áp dụng khi kích
thước hạt lớn hơn 0,5 m.
Trong đó: V- vận tốc lắng cm/s
r- đường kính hạt
d
1
,d
2
- tỷ trọng của hạt và của dầu tương ứng

g- gia tốc trọng trường
- độ nhớt động học của hỗn hợp.
Từ công thức này ta thấy nếu kích thước hạt càng bé, sự chênh lệch về tỷ
trọng càng ít, độ nhớt của hỗn hợp càng lớn thì tốc độ lắng càng nhỏ và như
vậy, để phân chia thành các líp riêng biệt đòi hỏi thời gian càng lớn.
Để tăng tốc độ lắng, người ta thường dùng biện pháp gia nhiệt để giảm độ
nhớt. Nhiệt độ thường được duy trì trong khoảng 50-60
o
C, để tránh mất mát dầu
do bay hơi. Nếu duy trì quá trình ở áp suất cao, ta có thể nâng cao nhiệt độ để
tăng tốc độ lắng mà không sợ mất mát vì áp suất hơi lúc này thấp hơn so với
trường hợp dùng áp suất thấp.
+ Phương pháp ly tâm: Là phương pháp hay được dùng để tách nước và các
tạp chất đất đá. Lực ly tâm càng lớn càng có khả năng phân chia cao, các hạt có
tỷ trọng khác nhau khỏi dầu. Lực ly tâm tỷ lệ với bình phương số vòng quay ly
tâm của rôto, nên số vòng quay càng lớn hiệu quả tách càng cao. Trong công
nghiệp thường dùng máy ly tâm với số vòng quay từ 3500-50000 vòng/phút.
Nhưng nếu số vòng quay càng lớn thì việc chế tạo thiết bị càng khó khăn và
không thể chế tạo thiết bị với công suất lớn. Do vậy, lĩnh vực áp dụng của
phương pháp này cũng bị hạn chế.
[Type text] Trang 15
+ Phương pháp lọc: Để tách nước và các tạp chất đất đá khỏi dầu có thể dùng
phương pháp lọc khi chóng ta cho thêm vào dầu một chất dễ thấm nước, dễ giữ
nước và tách chúng ra. Các chất này thuộc loại các “chất trợ lọc”. Ví dụ: trong
thực tế người ta dùng bông thuỷ tinh để lọc nước khỏi dầu.
Phương pháp lọc tuy đơn giản và có thể đạt hiệu quả cao, nhưng gặp phải
khó khăn là phải liên tục thay thế màng lọc do bẩn hay quá tải mà đôi khi việc
thay thế cũng rất tốn kém và phức tạp.
+ Các phương pháp khác
- Tách nhũ tương nước trong dầu bằng phương pháp hoá học

Bản chất của phương pháp là cho thêm một chất hoạt động bề mặt để phá nhũ
tương (còn gọi là chất khử nhũ). Khi các điều kiện thao tác như nhiệt độ, áp
suất, rung động … được chọn ở chế độ thích hợp thì hiệu quả của phương pháp
cũng rất cao. Nhưng khó khăn là phải chọn được chất hoạt động bề mặt thích
hợp, không gây hậu quả khó khăn cho chế biến sau này, cũng như không phân
huỷ hay tạo điều kiện ăn mòn thiết bị.
- Phương pháp dùng điện trường
Dùng điện trưòng để phá nhũ, tách muối khỏi dầu là một phương pháp hiện đại,
công suất lớn, qui mô công nghiệp và dễ tự động hoá nên các nhà máy chế biến
dầu có công suất lớn đều áp dụng phương pháp này.
Vì bản thân các tạp chất đã là các hạt dễ nhiễm điện tích, do vậy nếu ta dùng
lực điện trường mạnh sẽ làm thay đổi điện tích tạo điều kiện cho các hạt đông tụ
hay phát triển làm cho kích thước lớn lên và như vậy chúng dễ bị tách ra khỏi
dầu. Tương tác giữa điện trường và các hạt làm cho các hạt tích điện và lắng
xuống. Nguyên tắc này được áp dụng để tách muối, nước ra khỏi dầu.
Dầu thô được gia nhiệt trước trong các thiết bị trao đổi nhiệt rồi được trộn
với một lượng nước sạch để tạo thành nhò tương chứa muối. Lực hót giữa các
hạt tích điện làm cho các hạt lớn lên, ngưng tụ thành hạt có kích thước lớn và
[Type text] Trang 16
chúng dễ tách thành líp nước nằm dưới lớp dầu. Trong thực tế người ta pha
thêm nước vào dầu với lượng từ 3-8% so với dầu thô và có thể cho thêm hoá
chất rồi cho qua van tạo nhò. Sau khi đã qua thiết bị trao đổi nhiệt ở nhiệt độ
130-250
o
C, muối trong dầu thô được chuyển vào nhũ tương và khi được dẫn
vào khoảng cách giữa hai điện cực có hiệu điện thế 26000V trở lên, chúng tích
điện va vào nhau và tăng dần kích thước cuối cùng tách thành líp nước nằm
phía dưới lớp dầu. Để ngăn ngừa sự bay hơi dầu do tiếp xúc ở nhiệt độ cao áp
suất trong thiết bị tách muối được giữ ở áp suất 9-12kG/cm
2

. Bộ phận an toàn
được bố trí ngay trong thiết bị, khi tách một bậc, người ta có thể tách 90-95%
muối, còn nếu áp dụng tách hai bậc sẽ nâng hiệu suất tách muối lên 99%. Thiết
bị tách muối và nước có dạng hình trụ hoặc hình cầu. Dạng hình trụ loại nằm
ngang được sử dụng phổ biến hơn do dễ chế tạo, lắp đặt và tốn ít kim loại hơn.
Thiết bị thường có kích thước sau: đường kính 3-5m, chiều dài 18-20m, dung
tích thường từ 100-150m
3
và có thể chịu áp suất đến 18-20 kg/cm
2
.
II.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất
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 đích và yêu
cầu của quá trình, vào chưng loại sản phẩm cần thu và phải có dây chuyền công
nghệ hợp lý. Vì vậy khi thiết kế quá trình chưng cất chúng ta phải xét kỹ và kết
hợp đầy đủ các yếu tố để quá trình chưng cất đạt hiệu quả kinh tế cao nhất. Các
yếu tố công nghệ chưng cất dầu chính là các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình làm
việc của tháp chưng cất.
II.2.1. Nhiệt độ của tháp chưng luyện
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.
[Type text] Trang 17
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, còn nhiệt độ nguyên liệu vào tháp chưng cất chân không là
400-440
o
C.
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. Với
áp suất chân không khi áp suất là 10 - 70 mmHg thường nhiệt độ không quá
120
0
C để tách hết phần gas nhẹ còn lẫn trong nguyên liệu và với mục đích giảm
bớt sự mất mát các cấu tử trong phân đoạn dầu nhờn.
Dùng hồi lưu sẽ tạo điều kiện phân chia tốt hơn, có 3 dạng hồi lưu: hồi lưu
nóng, hồi lưu nguội, hồi lưu trung gian.

a. Hồi lưu nóng
[Type text] Trang 18

Hồi lưu nóng là quá
trình hồi lưu không cần làm lạnh ngưng tụ mà chỉ cần ngưng tụ một phần hơi
sản phẩm đỉnh ở nhiệt độ sôi của nó, sau đó cho tưới trở lại đỉnh tháp, như vậy
chỉ cần một lượng nhiệt đủ để bốc hơi.
Hình II.2. Sơ đồ hồi lưu nóng
1 - Thiết bị tháp chưng
2 - Thiết bị ngưng tụ
+ Lượng hồi lưu nóng đước tính bằng công thức
L
Q
R
n
=
R
n
: Lượng hồi lưu nóng (kg/h)
Q : Lượng nhiệt hồi lưu cần lấy để bốc hơi (kcal/kg)
L : Nhiệt ngưng tụ của sản phẩm nóng (kcal/kg)
+ Hồi lưu nóng có ưu điểm là
Cấp nhiệt cho hồi lưu thấp chỉ đủ bốc hơi. Tác nhân làm lạnh có thể dùng
nước hay chính sản phẩm lạnh.
[Type text] Trang 19
+ Nhược điểm
Khó lắp rắp, gặp nhiều khó khăn cho việc vệ sinh do tạo nhựa ở nhiệt độ cao
và khả năng phân tán không cao do dùng lượng dầu hồi lưu.
b. Hồi lưu nguội
Là loại được thực hiện bằng cách làm nguội và ngưng tụ toàn bộ sản phẩm

đỉnh rồi tưới trở lại đỉnh tháp. Khi đó lượng nhiệt cần thiết để cấp cho phần
hồi lưu bao gồm: Nhiệt cần thiết để đun nóng nó đến nhiệt độ sôi và nhiệt
lượng cần thiết để hoá hơi.
Hình II.3. Sơ đồ hồi lưu
nguội
1 - Tháp chưng
2 - Thiết bị ngưng tụ
3 - Bể chứa hồi lưu
+ Lượng hồi lưu nguội được tính theo công thức
Ctti
Q
qq
Q
R
h
t
h
t
ng
)(
12
21
−+
=
−
=
[Type text] Trang 20
ng
R
: Lượng hồi lưu nguội

Q : Nhiệt lượng hồi lưu cần (Kcal/kg)
h
t
q
1
: Hàm nhiệt của hơi phần tinh cất với nhiệt độ t
1
đi ra khỏi tháp
chưng
h
t
q
2
cất (kcal/h)
: Nhiệt lượng của lỏng hồi lưu ứng với nhiệt độ t
2
(kcal/h)
i : Nhiệt lượng phần hơi cần
C : Nhiệt dung của sản phẩm hồi lưu
t
1
, t
2
: Nhiệt độ của hồi lưu và lỏng tương ứng
Hồi lưu nguội được sử dụng rộng rãi vì lượng hồi lưu thường Ýt, làm tăng
chất lượng mà không làm giảm nhiều năng suất của tháp chưng và điều chỉnh
đỉnh tháp dễ dàng.
c. Hồi lưu trung gian
Ngoài hồi lưu đỉnh, đáy tháp người ta còn sử dụng hồi lưu trung gian để
tăng chất lượng của các sản phẩm cạnh sườn và điều chỉnh nhiệt độ trong tháp.

Qúa trình hồi lưu được thực hiện bằng cách lấy một phần sản phẩm lỏng nằm
trên các đĩa có nhiệt độ t
1
đưa ra ngoài làm lạnh đến nhiệt độ t
0
rồi co quay trở
lại tháp. Khi đó chất lỏng hồi lưu cần thu một lượng nhiệt độ để đun nóng từ
nhiệt độ t
0
đến t
1
.
+ Ưu điểm của hồi lưu trung gian
[Type text] Trang 21
Làm 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 của
tháp.
Hình II.4. Sơ đồ hồi lưu trung gian
1 - Tháp chưng
2 - Thiết bị trao đổi nhiệt
3 – Bơm
Người ta thường kết hợp chưng hồi lưu trung gian với hồi lưu đỉnh cho phép
điều chỉnh chính xác nhiệt độ đỉnh tháp dẫn đến đảm bảo được hiệu suất và chất
lượng của sản phẩm. Sự cấp nhiệt ở đáy tháp có thể dùng thiết bị trao đổi nhiệt
hay trực tiếp đốt nóng đáy tháp hoặc cho dòng tuần hoàn từ đáy tháp qua lò đốt
rồi quay về tháp. Sử dụng phổ biến nhất là chưng cất cấp nhiệt dùng dòng tuần
hoàn qua lò đốt. Qúa trình này được tiến hành bằng cách lấy dòng chất lỏng ở
đĩa cuối cùng của tháp cho qua lò ống để đốt nóng chất lỏng, chất lỏng được đốt
nóng trong lò tạo hỗn hợp hơi và lỏng quay về đáy tháp chưng.
II.2.2. Yếu tố áp suất của tháp chưng cất

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
[Type text] Trang 22
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.
II.2.3. Những điều cần chú ý khi điều chỉnh, khống chế chế độ làm việc của
tháp chưng cất
Để duy trì sự làm việc ổn định của tháp chưng cất chúng ta cần nắm vững các
nguyên tắc sau:
+ Điều chỉnh áp suất trong tháp sẽ làm thay đổi điểm sôi của chất lỏng.
+ Nếu áp suất tăng lên, chất lỏng sôi ở nhiệt độ cao hơn nếu áp suất cao quá,
lượng chất lỏng trong tháp sẽ nhiều và như vậy sẽ dẫn đến hiện tượng "sặc"
tháp, làm giảm hiệu quả phân tách.
+ Nếu các điều kiện khác trong tháp là cố định, thì sản phẩm đỉnh, sản phẩm
cạnh sườn và sản phẩm đáy sẽ trở lên nhẹ hơn nếu áp suất trong tháp tăng lên.
+ Nếu nhiệt độ đáy tháp quá thấp, sản phẩm đáy sẽ chứa nhiều phần nhẹ hơn.
+ Nếu nhiệt độ cấp liệu vào tháp quá thấp, lượng hơi trên các khay chứa đĩa sẽ
nhỏ, như vậy phần lỏng sẽ nhiều và chúng chảy xuống phía dưới vào bộ phận
chưng sẽ càng nhiều.
[Type text] Trang 23
+ Với sơ đồ chưng cất có sử dụng thiết bị reboiler, nếu nhiệt độ của reboiler quá

thấp sẽ không tách hết phần nhẹ trong cặn và làm tặng lượng cặn.
+ Nếu nhiệt độ đỉnh quá cao, sản phẩm đỉnh sẽ quá nặng, và có nhiều sản phẩm
hơi so với thiết kế và ngược lại nếu nhiệt độ đỉnh quá thấp, sản phẩm sẽ quá nhẹ
và ít sản phẩm hơn.
+ Nhiệt độ cần thiết để tách các phân đoạn dầu thô nặng sẽ cao hơn so với tách
dầu thô nhẹ.
+ Chú ý: Nhất là nhiệt độ đỉnh tháp, tránh nhiệt độ quá cao do làm lạnh không
đủ (VD: Do mất nước làm lạnh) dẫn đến sự thay đổi chế độ hồi lưu, ảnh hưởng
nhiều đến chất lượng sản phẩm.
II.2.4. Các điều kiện cần thiết đảm bảo cho việc chưng cất
Để chưng cất tốt nhất thì cần thiết các điều kiện sau:
+ Phải tồn tại pha hơi và pha lỏng chuyển động ngược chiều nhau trên toàn bộ
chiều cao của tháp chưng.
+ Phải có sự chênh lệch về nhiệt độ giữa pha lỏng và pha hơi hồi lưu, nhiệt độ
của pha hơi phải cao hơn pha lỏng.
+ Cấu tạo của tháp phải đảm bảo sự tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng tốt.
+ Phần cột chưng ở phía trên đĩa nạp liệu thực hiện quá trình tăng cường độ cấu
tử nhẹ trong pha hơi gọi là phần tinh luyện.
II.3. Chọn dây chuyền công nghệ
Việc chọn sơ đồ công nghệ và chế độ chưng cất hoàn toàn phụ thuộc vào
các đặc tính của nguyên liệu và mục đích chế biến. Có hai loại sơ đồ chưng cất
dầu thô ở áp suất khí quyển chủ yếu đó là: Sơ đồ công nghệ chưng cất AD với
bay hơi một lần và Sơ đồ công nghệ chưng cất AD với bay hơi hai lần. Với
[Type text] Trang 24
thành phần nguyên liệu đã cho ta chọn dây chuyền công nghệ chưng cất loại hai
tháp với một tháp bay hơi sơ bộ và một tháp chưng cất chính.
Ưu điểm: Với dầu mỏ chứa nhiều phần nhẹ, tiềm lượng sản phẩm trắng
cao (50 -65%), chứa nhiều khi hoà tan (>1,2%) chứa nhiều phân đoạn xăng.
Trong nhiều trường hợp này để đạt được mục đích của quá trình chưng cất có
kết quả cao thì ta nên chọn sơ đồ công nghệ chưng cất AD với bay hơi hai lần,

lần 1 bay hơi sơ bộ phần nhẹ và tinh cất chúng ở tháp sơ bộ còn lần hai chưng
cất phần dầu còn lại.
Nhờ áp dụng chưng hai lần ta có thể giảm được áp suất trong tháp thứ hai
đến áp suất 0,14-0,16 MPa và nhận được từ dầu thô lượng sản phẩm trắng nhiều
hơn. Nhờ các cấu tử nhẹ nước được tách sơ bộ ở tháp thứ nhất nên trong các
ống xoắn của lò và trong tháp thứ hai không có hiện tượng gây ra áp suất lớn
như trường hợp tinh luyện bốc hơi và tinh luyện một lần. Mặt khác những hợp
chất gây ăn mòn, như hợp chất lưu huỳnh được thoát ra từ tháp thứ nhất. Nên
trong tháp thứ hai không cần phải thiết kế bằng vật liệu đắt tiền có độ bền cao
và không bị ăn mòn. Nhờ những hydrocacbon nhẹ được loại ra ở tháp thứ nhất
cho phép việc đun dầu với hệ số trao đổi nhiệt lớn, giảm bớt đáng kể công suất
cần thiết của lò đun dầu. Nhờ loại bỏ được nước ngay ở tháp thứ nhất nên tháp
thứ hai làm việc an toàn.
Nhược điểm: Phải đun nóng dầu trong lò với nhiệt độ cao hơn từ 5 – 10oC
so với sơ đồ khác (các phân đoạn nhẹ và nặng bốc hơi riêng lẻ), có thể hạn
chế hiện tượng này bằng cách cho hơi nước vào những ống cuối cùng của lò để
giảm bớt áp suất riêng phần của các hydrocacbon.
[Type text] Trang 25