CÁC sản PHẨM CHƯNG cất PHÂN đoạn TRONG dầu mỏ

Câu hỏi: Nêu các sản phẩm chưng cất phân đoạn trong dầu mỏ? Ý nghĩa các chỉ
tiêu của phân tích trong các sản phẩm đó?
Trả lời
Dầu mỏ là hỗn hợp rất phức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ
và các hợp chất khác như CO
2
, N
2
, H
2
, H
2
S, He, Ar, Ne Dầu mỏ muốn sử dụng được
phải phân chia thành từng phân đoạn nhỏ. Sự phân chia đó dựa vào phương pháp
chưng cất để thu được các sản phẩm có nhiệt độ sôi khác nhau. Trong nhà máy lọc
dầu, phân xưởng chưng cất dầu thô là một phân xưởng quan trọng, cho phép ta thu
được các phân đoạn dầu mỏ để chế biến tiếp theo.
Hình 1. Các sản phẩm chưng cất phân đoạn trong dầu mỏ
Các thành phần hóa học của dầu mỏ được chia tách bằng phương pháp chưng
cất phân đoạn. Các sản phẩm thu được từ việc lọc dầu có thể kể đến là dầu
hỏa, benzen, xăng, sáp parafin, nhựa đường v.v.
1
Một cách chính xác thì dầu mỏ là hỗn hợp của các hiđrôcacbon, là hợp chất
của hiđrô và cacbon.
Trong điều kiện thông thường, bốn alkan nhẹ nhất — CH
4
(mêtan), C
2
H
6
(êtan),

C
3
H
8
(prôpan) và C
4
H
10
(butan) — ở dạng khí, sôi ở nhiệt độ -161.6 °C, -88.6 °C,
-42 °C, và -0.5 °C tương ứng (-258.9°, -127.5°, -43.6°, và -31.1 °F).
Các chuỗi trong khoảng C
5-7
là các sản phẩm dầu mỏ nhẹ, dễ bay hơi. Chúng
được sử dụng làm dung môi, chất làm sạch bề mặt và các sản phẩm làm khô nhanh
khác. Các chuỗi từ C
6
H
14
đến C
12
H
26
bị pha trộn lẫn với nhau được sử dụng trong đời
sống với tên gọi là xăng. Dầu hỏa là hỗn hợp của các chuỗi từ C
10
đến C
15
, tiếp theo
là dầu điêzen/dầu sưởi (C
10

đến C
20
) và các nhiên liệu nặng hơn được sử dụng cho
động cơ tàu thủy. Tất cả các sản phẩm từ dầu mỏ này trong điều kiện nhiệt độ
phòng là chất lỏng.
Các dầu bôi trơn và mỡ (dầu nhờn) (kể cả Vadơlin®) nằm trong khoảng từ
C
16
đến C
20
.
Các chuỗi trên C
20
tạo thành các chất rắn, bắt đầu là sáp parafin, sau đó là hắc ín
và nhựa đường bitum.
Khoảng nhiệt độ sôi của các sản phẩm dầu mỏ trong chưng cất phân đoạn trong
điều kiện áp suất khí quyển tính theo độ C là:
• Xăng ête : 40-70 °C (được sử dụng như là dung môi)
• Xăng nhẹ: 60-100 °C (nhiên liệu cho ô tô)
• Xăng nặng: 100-150 °C (nhiên liệu cho ô tô)
• Dầu hỏa nhẹ: 120-150 °C (nhiên liệu và dung môi trong gia đình)
• Dầu hỏa : 150-300 °C (nhiên liệu)
• Dầu điêzen : 250-350 °C (nhiên liệu cho động cơ điêzen/dầu sưởi)
• Dầu bôi trơn : > 300 °C (dầu bôi trơn động cơ)
• Các thành phần khác: hắc ín, nhựa đường, các nhiên liệu khác
2
Hình 2: Mô hình tháp chưng cất hiện đại
Các sản phẩm thu được trong quá trình chưng cất phân đoạn trong dầu
mỏ:
1- Khí dầu mỏ (petroleum gas), nó được dùng để sưởi ấm, nấu ăn và chế biến ra

các sản phẩm nhựa (making plastics). Thành phần chủ yếu là các alkan, với cấu trúc
từ 1 đến 4 nguyên tử carbon như metan, etan, propan và butan … Chúng có khoảng
nhiệt độ sôi dưới 104
0
F (hoặc 40
0
C); Thường được sử dụng dưới dạng khí dầu mỏ
hoá lỏng (LPG).
2- Naphata hay ligroin – sản phẩm trung gian để đưa đi chế biến, pha chế thành
xăng thương phẩm. Thành phần chủ yếu là các alkan với hỗn hợp các mạch H-C có
chứa từ 5 đến 9 nguyên tử cacbon; Khoảng nhiệt độ sôi từ 140 đến 212
0
F (60 đến
100
0
C)
3- Nhiên liệu cho động cơ (gasoline môtrr fuel) hay ta thường gọi là xăng
thương phẩm; Đó là chất lỏng, hỗn hợp của các alkan và xyclo alkan có từ 5 đến 12
nguyên tử C; Khoảng nhiệt độ sôi từ 104 đến 401
0
F (40 đến 205
0
C).
4- Nhiên liệu dầu hoả (kerosene fuel) dùng cho động cơ phản lực và máy bay
cánh quạt; Đây là nguyên liệu đầu vào để sản xuất nhiều sản phẩm khác; Đặc trưng là
3
chất lỏng; Là hỗn hợp của các alkan với 10 đến 18 nguyên tử C và các chất thơm
khác; Khoảng nhiệt độ sôi từ 350 đến 617
0
F (175 đến 325

0
C).
5- Dầu đốt (gas oil) hoặc dầu diezen chưng cất (diesel distillate), dùng làm nhiên
liệu cho động cơ diezen hoặc dầu đốt (heating oil); Là nguyên liệu đầu vào để sản
xuất nhiều sản phẩm khác; Đặc trưng là chất lỏng bao gồm các alkan chứa từ 12
(hoặc hơn) nguyên tử C. Khoảng nhiệt độ sôi từ 482 đến 662
0
F (250 đến 350
0
C).
6- Dầu nhờm (lubricating oil) – Được dùng để làm dầu bôi trơn cho động cơ, mỡ
nhờn và các loại dầu nhờn khác. Đặc trưng là chất lỏng, có liên kết chuỗi dài (từ 20
đến 50 nguyên tử C), bao gồm các alkan, xycloalkan và các chất thơm. Khoảng nhiệt
độ sôi từ 572 đến 700
0
F (300 đến 370
0
C)
7- Dầu nặng (heavy gas) hoặc nhiên liệu đốt lò (fuel oil). Được dùng làm nhiên
liệu cho công nghiệp. Là nguyên liệu đầu vào để sản xuất nhiều sản phẩm khác. Đặc
trưng là chất lỏng, có liên kết chuỗi dài (từ 20 đến 70 nguyên tử C), bao gồm các
alkan, xycloalkan và các chất thơm. Khoảng nhiệt độ sôi từ 700 đến 1112
0
F (370 đến
600
0
C).
8- Phần sót lại sau chưng cất (Residuals), bao gồm cặn cố (coke), nhựa đường
atphan và hắc ín (asphalt & tar), sáp (waxes). Chúng là những nguyên liệu đầu vào để
sản xuất ra nhiều sản phẩm thương mại khác nhau có những đặc tính rất đáng chú ý

như: rắn, và có cấu tạo hợp chất phức tạp với 70 hoặc hơn các nguyên tử C và có thể
đạt tới khoảng nhiệt độ sôi lớn hơn 1112
0
F (600
0
C).
4
Hình3: Sơ đồ công nghệ của một nhà máy lọc dầu tiêu biểu
Một số chỉ tiêu chất lượng tương ứng được quy định trong tiêu chuẩn quốc
gia.
5
- Chỉ tiêu chất lượng của xăng là : Thành phần chưng cất, tỉ trọng, áp suất hơi,
độ axit, hàm lượng lưu huỳnh, trị số octan… tương úng cho từng loại xăng. Trong đó
trị số octan ( viết tắt là RON ) thường được coi là chỉ tiêu chất lượng quan trọng nhất.
Thí dụ ta gọi xăng RON 92, tức là loại xăng này có chất lượng cháy tương
đương với một chất chuẩn (trong đó có 92% chất izooctan + 8% chất n-Heptan) được
so sánh với nhau khi cùng chạy trong một động cơ chuẩn gọi là máy đo trị số ốc tan.
Chất izoôctan như đã nói, là chất cháy nghiêm túc, cháy êm đẹp, không gây kích nổ.
Người ta lấy chất này làm chuẩn cao và quy cho nó có trị số ốc tan là 100. Ngược lại
một chất cháy dở nhất, cháy không nghiêm túc, dễ bị kích nổ, rất xấu cho động cơ
người ta lấy chất này làm chuẩn thấp và quy cho nó có trị số ốc tan bằng không (0)
chất này là n-Heptan.
Các loại xăng khác như xăng RON95, RON 98 là xăng có trị số ốc tan là 95, 98.
Cách diễn giải tương tự như trên. Như vậy trị số ốctan chính bằng số phần trăm
izooctan trong mẫu chuẩn khi so sánh tương đương với xăng cần đo và đó cũng là trị
số ốc tan của xăng cần đo. Sau khi chưng cất, các phân đoạn xăng thô chỉ có trị số ốc
tan khoảng 60-70, nghĩa là chất lượng chưa có thể sử dụng cho xe máy ngày nay
được. Các dòng xe đời mới đòi hỏi chất lượng xăng rất cao, có trị số ốc tan 95, 98 và
cao hơn. Động cơ chạy xăng, công suất lớn, có hệ số nén của piston lớn thì cần xăng
có RON cao để trách kích nổ.

Để tăng trị số ốc tan, người ta đã nghiên cứu và pha vào xăng nhiều chất hóa học
khác nhau, tuy nhiên cũng chỉ được pha ở mức giới hạn vì nhiều lý do khác. Như vậy
muốn tăng trị số octan một cách cơ bản và bền vững chỉ còn cách đầu tư công nghệ.
Ngoài trị số ôctan, chất lượng xăng còn yêu cầu nhiều chỉ tiêu quan trọng khác
ví dụ như xăng nhẹ quá dễ bay hơi tạo thành các bóng hơi trong ống dẫn xăng, gây
khó nổ và dễ chết máy. Khi tồn chứa, bảo quản bị hao hụt nhiều.
Trong xăng phải giới hạn lượng benzen vì nó là chất rất độc hại, gây ung thư. Ở
Viêt nam hiên nay quy định chất này phải nhỏ hơn 2,5%, trong khi các nước công
nghiệp phát triển như EU, chỉ cho phép tỷ lệ benzen trong xăng phải nhỏ hơn 1%.
Benzen là chất dễ bay hơi nên trong hơi xăng bay ra có lẫn benzen rất độc, không nên
dùng mồm hút xăng bằng ống nhựa.
6
- Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu phản lực bao gồm: thành phần chưng cất,
tỉ trọng, hàm lượng lưu huỳnh, độ dài ngọn lửa không khói, nhiệt độ kết tinh …
Nhiên liệu cho máy bay phản lực thì cần có những quy định khắt khe về tiêu
chuẩn chất lượng, kỵ nhất là lẫn nước hoặc có nhiều chất mà khi ở nhiệt độ thấp
chúng kết tinh, gây tắc hệ thống dẫn nhiên liệu. Khi bay trên cao nhiệt độ bên ngoài
máy bay là khoảng -450C… Chính vì thế nhiên liệu bay phản lực Jet-A1 thường quy
định có nhiệt độ kết tinh khoảng từ -50
0
C đến -47
0
C.
Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diezen bao gồm: thành phần chưng cất, tỉ
trọng, hàm lượng lưu huỳnh, trị số Xetan, độ axit, nhiệt độ đông đặc…
Nhiên liệu điezen, thường gọi là dầu DO, dùng cho các thiết bị chạy bằng động
cơ diezen , như ô tô du lịch, xe tải nặng, các máy phát điện, tầu thủy….
Nhiên liệu đốt lò FO cần quan tâm đến nhiệt lượng cháy, lượng lưu huỳnh, tỉ
trọng, nhiệt độ chớp cháy, nhiệt độ đông đặc Theo tiêu chuẩn Việt nam hàm lượng
lưu huỳnh phải < 2%.

Trường hợp muốn sản xuất dầu nhờn, parafin, nhựa đường thì phải theo một sơ
đồ công nghệ khác. Khi đó cặn chưng cất khí quyển > 370
0
C, phải tiếp tục chưng cất
ở áp suất thấp (thường gọi là chưng cất chân không). Nếu tiếp tục đun nóng, nhiệt độ
cao dần sẽ gây phân hủy dầu.Vậy muốn phần cặn tiếp tục bay hơi khi chưng cất thì
phải giảm áp suất vì nhiệt độ sôi của các chất giảm khi áp suất giảm. Dựa vào tính
chất này, người ta chưng cất thành các phân đoạn nặng có nhiệt độ sôi đến 400
0
C,
400-450
0
C,450-500
0
C và cặn chưng cất chân không sôi trên 500
0
C hoặc trên 550
0
C.
Các phân đoạn này phải qua công nghệ tách parafin, tách nhựa để sản xuất được các
loại dầu nhờn gốc. Từ các loại dầu nhờn gốc được phân ra và pha trộn với các loại
phụ gia khác nhau để sản xuất các chủng loại dầu nhờn khác nhau: dầu nhờn bôi trơn
và làm mát cho động cơ, dầu nhờn cho máy biến thế, dầu thủy lực, dầu cho máy lạnh,
v.v. Dầu nhờn thường thấy nhất là dầu nhờn cho động cơ ô tô, xe máy. Các dầu nhờn
có độ nhớt khác nhau, ít biến đổi độ nhớt theo nhiệt độ là dầu nhờn tốt (gọi là dầu
nhờn có chỉ số nhớt cao). Để có sản phẩm dầu nhờn đạt các chỉ tiêu chất lượng của
từng loại là cả một kỹ nghệ phức tạp.
7
Các tầng đĩa bên trong tháp chưng cất
Parafin (sáp) được dùng trong nhiều ngành công nghiệp, có thể oxy hóa để thành

axit béo, làm chất tẩy rửa tổng hợp. Khi chế biến axit béo với sút (gọi là xà phòng
hóa) được một loại sản phẩm dùng để kết hợp với dầu nhờn gốc để sản xuất mỡ.
Người ta trộn 30-35% axit béo đã sà phòng hóa với 65-70% dầu nhờn gốc, làm nóng
cho tan chảy thành lỏng, pha các chất phụ gia, để nguội từ từ cho đông lại, rồi khuấy
trộn cho ra các loại mỡ bôi trơn (thường gọi là mỡ bò). Có rất nhiều loại mỡ khác
nhau, cho ổ trục, vòng bi, loại chịu nhiệt, chịu lạnh.v.v
- Nhựa đường (bitum: Không phải loại dầu thô nào cũng có thể sản xuất được
nhựa đường. Dầu thô Việt nam hiện có, nhất là dầu Bạch hổ thì không thể sản xuất
nhựa đường vì thành phần của cặn quá nhiều parafin, rất ít các chất nhựa và
asphalten, các chất này vừa dẻo vừa kết dính chắc, bền khi kết hợp với vật liệu vô cơ
như đá, cát… là tiêu chí cần thiết của nhựa đường.
Dầu mỏ có tính naphtenic, như các loại dầu mỏ Trung đông là loại sản xuất nhựa
đường rất tốt vì trong cặn chưng cất có thành phần các chất nhựa, asphalten rất cao,
rất ít parafin (vì khi có parafin thì nhựa đường dễ nóng chảy, không dẻo, dòn, kết
dính kém, giảm chất lượng nhựa đường).
Cặn chưng cất > 500
0
C của các loại dầu naphtenic, thu được qua phân xưởng
sản xuất nhựa đường. Ở đây người ta đun nóng, xục không khí để ô xy hóa, biến các
8
chất nặng trong đó thành nhựa, thành asphalten đến khi có được tỷ lệ thích hợp trong
thành phần của nhựa đường để đảm bảo đạt 3 chỉ tiêu chất lượng quan trọng (độ kéo
dài, độ chảy mềm và độ xuyên kim).
Sản xuất các sản phẩm lọc dầu trên thế giới đã có lịch sử phát triển trên 150
năm, là một ngành công nghệ đã tập hợp , tích lũy và ứng dụng rất nhiều thành quả
sáng tạo của loài người về mặt khoa học, kỹ thuật. Cũng từ đó, ngoài các công nghệ
lọc dầu cổ điển, đã có nhiều công nghệ chế biến dầu thô tiên tiến ngày càng gắn liền
với công nghệ sản xuất các sản phẩm hóa dầu.
9