bài giảng công nghệ chế biến dầu nhờn sơ đồ sản xuất dầu gốc

ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU
NHỜN

Năm 2010


SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU
NHỜN GỐC


QUÁ TRÌNH TRÍCH LY BẰNG DUNG
MÔI CHỌN LỌC


Mục đích: tách các hợp chất thơm đa vòng và các hợp
chất nhựa asphalt ra khỏi dầu nhờn gốc, nhằm tăng tính
nhớt nhiệt cũng như hạ chỉ số cốc trong sản phẩm.



Nguyên liệu: là các loại dầu được dùng làm nguyên liệu để
sản xuất dầu gốc. Các loại dầu cơ sở này có thể là:
- Phần cất của quá trình chưng cất chân không,
- Dầu trích từ cặn chưng cất chân không: là dầu đã được
khử asphalt bằng trích ly với dung môi propan.


QUÁ TRÌNH TRÍCH LY BẰNG DUNG
MÔI CHỌN LỌC



Chỉ số độ nhớt VI, là một thang đo quy ước đặc trưng cho sự thay đổi
độ nhớt động học của một phân đoạn dầu mỏ theo nhiệt độ. Chỉ số độ
nhớt VI càng cao, sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ càng nhỏ, dầu
nhờn làm việc càng tốt.
Hydrocarbon
VI
Parafin
140-180
Rafinat (dung dịch lọc đã tách aromatic, naphten)
Dầu đã khử parafin
95-105
Phần cất Distilat
75-95
Dầu naphten
40-65
Extrait (dung dịch trích chứa chủ yếu aromatic)

105-120

<30


QUÁ TRÌNH TRÍCH LY BẰNG DUNG
MÔI CHỌN LỌC




Sản phẩm:
+ Sản phẩm chính: sản phẩm thu được có chỉ số độ nhớt cao do
thanh phần chứa nhiều n-parafin và iso-parafin, naphten 1
vòng được gọi là dầu lọc (rafinat), chúng là phần lớn dầu còn
lại sau khi đã tách gần hết naphten đa vòng và hợp chất thơm.
+ Sản phẩm thứ hai gồm phần lớn naphten đa vòng và hợp
chất thơm có chỉ số độ nhớt thấp gọi là dầu trích (extract). Đây
là nguồn nguyên liệu để sản xuất bitum, chất đốt rắn công
nghiệp, chất dẻo, cao su
Dung môi:
+ Anilin, nitrobenzen, dicloetyl ete,
+ Phenol, Furfurol, N-metylpyrolidon


DUNG MÔI SỬ DỤNG TRONG QUÁ
TRÌNH TRÍCH LY CHỌN LỌC

Dung môi

Khối lượng
o
Công thức riêng ở 20 C,
kg/m3

Nhiệt
độ sôi,
o
C

Nhiệt độ

đông
đặc, oC

Nhiệt
bay hơi,
KJ/kg

Độ nhớt ở
động học
ở 50 oC

Phenol

C6H6

1071

181

+41

446,23

32.4

Fufurol

C5H4O2

1159

162

-39

450,55

11.5

C4H9CON

1033

204

-24

493.1

10.4

NMP


CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG QUÁ TRÌNH
TRÍCH LY BẰNG DUNG MÔI CHỌN LỌC


Hiệu quả của quá trình trích ly thường phụ thuộc vào rất
nhiều yếu tố:

Ảnh hưởng của bản chất nguyên liệu

Ảnh hưởng của loại dung môi
Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi
Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly
Ảnh hưởng của gradient nhiệt độ
Ảnh hưởng của phương thức và loại thiết bị trích
ly


BẢN CHẤT NGUYÊN LIỆU





Bản chất của nguyên liệu có ảnh hưởng rất quan trọng
đến quá trình trích ly: độ nhớt và tỷ trọng
Nguyên liệu có độ nhớt lớn thì do trong thành phần có
chứa nhiều các phân tử mạch vòng phức tạp.
=> làm cho việc xâm nhập của dung môi vào trong nguyên
liệu bị hạn chế.
Tỷ trọng của các nguyên liệu càng cao sẽ càng gần với tỷ
trọng của dung môi.
=> điều đó làm cho tốc độ phân tách giữa pha dầu và pha
chứa dung môi bị yếu đi.


BẢN CHẤT NGUYÊN LIỆU


Một ví dụ minh họa: với tỷ lệ dung môi khoảng 290%V
so với nguyên liệu (2,9/1) và với nhiệt độ trích ly giống
nhau, ta thu được các kết quả như sau:


BẢN CHẤT NGUYÊN LIỆU
Thành

phần hoá học quyết định độ nhớt và tỷ trọng của
nguyên liệu
Nguyên liệu có độ nhớt và tỷ trọng cao là nguyên liệu có
chứa nhiều các hợp chất thơm đa vòng, nhựa asphalt, và các hợp
chất dị nguyên tố.
Phân đoạn cất,
o
C

Khoảng cất

Hiệu suất
Rafinat, %

Chỉ số độ
nhớt, IV

350÷500

150

64

82

420÷500

80

63

86

350÷420

70

68

84


DUNG MÔI SỬ DỤNG


3 dung môi được sử dụng phổ biến nhất đối với quá
trình trích ly chọn lọc:
+ Phenol,
+ Fufurol,
+ N-metylpyrolidon(NNP)

DUNG MÔI SỬ DỤNG - Phenol






Phenol: C6H5OH được sử dụng làm dung môi chọn lọc đối
với quá trình làm sạch dầu nhờn từ rất lâu:
+ Năm1922 đựơc nghiên cứu để ứng dụng trong quá trình
làm sạch các sản phẩm của dầu
+ Năm 1930 được sử dụng làm dung môi chọn lọc trong
quá trình trích ly ở Canada
Ưu điểm: Phenol có khả năng hoà tan cao, tạo điều kiện
thuận lợi cho quá trình làm sạch nguyên liêu dầu nhờn,
nhất là các loại có chứa nhiều cặn và độ nhớt cao, đồng thời
cũng là loại dung môi rẻ tiền và dễ kiếm
Hạn chế: Phenol có tỉ trọng thấp, nhiệt độ đông đặc và độ
nhớt cao


DUNG MÔI SỬ DỤNG-Furfurol
Furfurol: Các nhà máy trên thế giới sử dụng nhiều hơn so
với phenol do ít độc hại hơn
 Có khả năng hoà tan kém hơn phenol, nhưng dung môi này
có độ chọn lọc cao hơn
=> cần một lượng dung môi nhiều hơn nhưng sẽ thu được
hiệu quả lớn hơn khi dùng furfurol để làm sạch phần cất có
chứa nhiều hydrocacbon thơm.




DUNG MÔI SỬ DỤNG-Furfurol




⇒

Ưu điểm:
+ Có khối lượng riêng lớn nên thuận lợi cho quá trình tách pha sản
phẩm
+ Nhiệt độ đông đặc thấp nên khoảng nhiệt độ làm việc cuả quá trình
làm sạch chọn lọc bằng furfurol rộng hơn.
+ Nhiệt độ sôi thấp, làm giảm lượng năng lượng tiêu tốn trong quá trình
hoàn nguyên dung môi
Nhược điểm:
+ Độ bền nhiệt thấp và tính oxy hoá mạnh dễ tạo nhựa khi có mặt không
khí và nước.
Chính vì lý do này mà quá trình công nghệ khi dùng furfurol phải có
thêm giai đoạn loại không khí và hơi nước ra khỏi nguyên liêu ban đầu
trước khi tiến hành trích ly. Bên cạnh đó phải bảo quản furfurol trong
môi trường khí trơ, hoặc dầu nhờn.


DUNG MÔI SỬ DỤNG-NNP



NNP: Được sử dụng nhiều nhất trên thế giới hiện nay (ở Mỹ:
chiếm 45% quá trình trích ly chọn lọc làm sạch dầu nhờn)
Ưu điểm NNP so với furfurol và phenol
+ Có khả năng hoà tan tốt hơn so với furfurol và nhỏ hơn một ít
so với phenol,
+ Độ chọn lọc đối với các hydrocacbon thơm cao hơn
+ Ổn định hoá học hơn, do vậy không bị phân huỷ vì nhiệt và hoá
học
+ Bền oxy hoá hơn, chất lượng dung môi ổn định hơn do có ít liên
kết kép.
+ Nhiệt độ trích ly thấp hơn, sẽ tiết kiệm được năng lượng
+ Độ độc hại nhỏ hơn.


DUNG MÔI SỬ DỤNG

Dung môi

NNP/Phenol

Hiệu suất

Tăng 5-7% sản phẩm thu được

Tỷ lệ dung môi
Năng lượng

Giảm được 1,5
Giảm 25-30% tổng năng lượng tiêu tốn

TỶ LỆ DUNG MÔI TRÊN NGUYÊN
LIỆU



Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu phụ thuộc vào bản chất nguyên
liệu và yêu cầu đối với sản phẩm.
Nếu nguyên liệu có chứa nhiều hợp chất có chỉ số độ nhớt
thấp cũng như nếu yêu cầu về chất lương sản phẩm cao hơn
thì cần nhiều dung môi hơn
+ Phân đoạn cất nguyên liệu càng rộng thì yêu cầu đối với
dung môi càng nhiều
+ Đối với nguyên liệu thu được từ quá trình khử asphalt
căn gudron, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu phụ thuộc vào độ
cốc hoá của nguyên liệu


TỶ LỆ DUNG MÔI TRÊN NGUYÊN
LIỆU

Độ cốc hoá nguyên liệu sau
quá trình tách asphalt, %
1,25

1,52

1,90

Tỷ lệ phenol/nguyên liệu

2,8:1

3,2:1

4,5:1

Hiệu suất pafinat, %

67,7

55,1

50,0

Độ cốc hoá, %

0,42

0,44

0,65


TỶ LỆ DUNG MÔI TRÊN NGUYÊN
LIỆU

Chỉ số độ nhớt



Tăng tỷ lệ dung môi/nguyên liệu sẽ làm tăng thêm khả năng hoà tan
của nguyên liệu vào phần dung dịch extract
⇒ Hiệu suất rafinat thu được sẽ giảm xuống, chỉ số độ nhớt lại tăng lên
Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu:
+ Dầu nhờn cất: 1,5÷2,0
+ Dầu nhờn khử asphalt: 2,0 ÷ 4,0
Hiệu suất rafinat



tỷ lệ dung môi/nguyên liệu


NHIỆT ĐỘ


Nhiệt độ tiến hành quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn
của dung môi (là nhiệt độ mà nguyên liệu hoà tan hoàn toàn
vào dung môi, quá trình trích ly không còn ý nghĩa nữa) và
chất lượng sản phẩm mong muốn
=> nhiệt độ trích ly phải nhỏ hơn nhiệt độ tới hạn dung môi
từ 10-25oC
Nhiệt độ trích ly

Dầu nhờn cất

Dầu nhờn khử
asphalt

Phenol

55 – 70 oC

75 – 95 oC

Furfurol

60 – 90 oC

95 – 115 oC


NHIỆT ĐỘ

Chỉ số độ nhớt



Tăng nhiệt độ trích ly lên sẽ làm tăng độ hoà tan của nguyên liệu vào
dung môi và nó có hiệu quả tương tự như là khi tăng tỷ lệ dung
môi/nguyên liệu.
Nếu tăng nhiệt độ lên nhiều, sẽ làm cho những cấu tử quý của dầu
nhờn (naphten thậm chí parafin) cũng hoà tan vào dung môi, làm giảm
lượng pha dầu thu được, cũng như chất lượng của sản phẩm thu được.

Hiệu suất rafinat



Nhiệt độ tới hạn
Nhiệt độ trích ly


GRADIENT NHIỆT ĐỘ






Quá trình khử asphalt đươc tiến hành trong tháp trích ly
cần có sự chênh lệch nhiệt độ thấp ở đáy tháp và cao hơn ở
đỉnh tháp.
Nhiệt độ chênh lệch trong tháp trích ly:
+ Khi sử dụng furfurol: 30-40 oC
+ Khi sử dụng phenol: 10-20 oC
Nhiệt độ này được điều chỉnh bằng nhiệt độ cấp liệu của
nguyên liệu và dung môi vào tháp trích ly cũng như nhiệt
độ của dong tuần hoàn.


THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ


Hiệu quả của sự gia tăng tỷ lệ dung môi và tăng nhiệt độ
trích ly là khá giống nhau, do vậy cần phải tối ưu hoá việc
sử dụng hai thông số này cho những trường hợp sau:
Nhiêt độ cao/tỷ lệ dung môi thấp

Nhiêt độ thấp/tỷ lệ dung môi cao

Được sử dụng khi
+ Chỉ được sử dụng một lượng dung môi
tuần hoàn thấp
+ khi lượng nguyên liệu lại khá nhiều

Được sử dụng khi
+ Cho phép được sử dụng một lượng
dung môi tuần hoàn lớn
+ với 1 lượng nguyên liệu ít hơn

Kết quả:
+ Hiệu suất trích ly kém hơn
+ Nhưng tiêu thụ năng lượng lại thấp

Kết quả:
+ Hiệu suất trích ly cao hơn
+ Nhưng tiêu thụ năng lượng lớn


DÒNG TUẦN HOÀN






Để nâng cao hiệu quả của quá trình trích ly người ta sử
dụng dòng tuần hoàn có chứa các chất chống hoà tan (chất

làm giảm khả năng hoà tan của dung môi) để làm tăng
thêm độ chọn lọc.
=> không làm mất mát đi sản phẩm của quá trình.
Nếu nhiệt độ hoà tan tới hạn của nguyên liệu càng thấp thì
có thể bổ sung chất làm giảm khả năng hoà tan nhiều hơn
và mang lại hiệu quả cao hơn
Đôi khi cũng có thể bổ sung chất giảm khả năng hoà tan
vào vùng rafinat, để giúp sự phân pha tốt hơn, giảm khả
năng tạo thành lớp nhũ tương bền giữa hai pha


CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH BẰNG
PHENOL
Quá trình làm sạch chọn lọc bằng phenol bao gồm bốn
giai đoạn chính sau:
1. Trộn để hấp thụ nguyên liệu với hỗn hợp hơi đẳng phí
của nước-phenol
2. Trích ly
3. Hoàn nguyên dung môi từ dung dịch rafinat qua 2bậc.
4. Hoàn nguyên dung môi từ dung dich chiết qua 3 bậc