Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu mazut ở áp suất chân không qua việc tính toán chế độ của dây chuyền cũng như tính kinh tế sao cho tối ưu nhất

Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Phần I: mở đầu
Dầu mỏ đợc con ngời biết đến và sử dụng vào thế kỷ 18 với mục đích thắp
sáng. Năm 1853 tại Mỹ xuất hiện giếng khoan dầu đầu tiên đây là bớc chuyển mình
và đi lên của ngành khai thác và chế biến dầu mỏ.
Đến năm 1992, thế giới đã có tới 100 loại dầu mỏ khác nhau thuộc sở hữu của
48 quốc gia trong đó có Việt Nam. Quốc gia có sản lợng dầu mỏ lớn nhất là Arập
Xêút chiếm 26% tổng sản lợng dầu mỏ trên thế giới.
Cho đến nay khi cha có sự thống nhất nhng đa số d luận khoa học cho rằng:
Dầu mỏ có nguồn gốc hữu cơ. Tuỳ thuộc vào tuổi của dầu, độ sâu và tính chất địa lý
mà dầu mỏ có thể khác nhau. Nhng đặc điểm chung của dầu đều tồn tại ở thể lỏng
sánh và dính. Dầu thô có màu tối hay gặp là màu nâu và đen, có mùi đặc trng khó
ngửi. Dầu mỏ không tan trong nớc nhẹ hơn nớc. Thành phần của dầu mỏ là một hỗn
hợp phức tạp chứa chủ yếu là hydrocacbon (80 85% C, 10 14% H).
Công nghiệp dầu khí là một ngành công nghiệp có những bớc thay đổi và phát
triển không ngừng, đặc biệt là những năm cuối thế kỷ 20. Công nghiệp dầu khí đã và
đang trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn, bên cạnh đó là sự phát triển không
ngừng của một số nguyên liệu trong ngành công nghiệp hoá dầu, song không thể
không nhắc đến nguyên liệu Mazut, là một trong những nguyên liệu có đặc tính quan
trọng để sản xuất ra dầu nhờn.
Mazut có tên gọi là dầu cặn, đợc sử dụng phổ biến cho ngành tổng hợp hoá
dầu và các ngành công nghiệp khác. nguyên liệu Mazut đã góp phần tạo ra sự thay
đổi lớn về cơ cấu phát triển các chủng loại và chất lợng sản phẩm của ngành công
nghiệp hoá dầu.
Ngày nay nguyên liệu Mazut đợc sử dụng với mục đích chủ yếu là giải quyết
nhu cầu nguyên liệu cho động cơ và nguyên liệu cho công nghiệp. Do có nhiều tính
năng u việt trong khi sử dụng, mà các dạng nguyên liệu cổ truyền không có đợc, đó
là: Dễ bảo quản và vận chuyển, dễ sử dụng ở quy mô công nghiệp hiện đại, nên nhu

cầu sử dụng nguyên liệu Mazut ngày càng tăng nhanh.
1


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Cùng với sự phát triển đất nớc nói chung, cũng nh sự phát triển không ngừng
của ngành công nghiệp dầu khí nói riêng, thì nguyên liệu Mazut đã đợc ứng dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, công nghiệp sản xuất khác nhau và là nguyên liệu
không thể thiếu của: Lò nung xi măng, gốm, sứ, các lò sấy lơng thực, thực phẩm, các
lò hơi nhà máy điện
Vấn đề đợc đặt ra hiện nay, đó là phải có sự đầu t để phát triển khoa học kỹ
thuật và cải tiến dây chuyền công nghệ khi sản xuất nguyên liệu Mazut, ở nớc ta
hiện nay, phần lớn các loại nguyên liệu đốt lò đợc lấy từ dầu mỏ, nguyên liệu lấy đợc
trong khi chế biến than đá và đá dầu rất ít. Hàng năm nớc ta vẫn phải nhập các
nguyên liệu đợc sản xuất ra từ dầu thô của nớc ngoài với giá thành khá cao trong đó
có cả nguyên liệu Mazut. Cho nên vấn đề phát triển khoa học kỹ thuật, hoàn thiện
dây chuyền công nghệ để sản xuất nguyên liệu Mazut từ những nguyên liệu sẵn có
trong nớc là rất cần thiết. Không những đáp ứng đợc nhu cầu về chất lợng và số lợng
của sản phẩm cho các ngành công nghiệp mà còn đem lại lợi nhuận cao trong quá
trình sản xuất, góp phần đẩy nhanh sự tăng trởng và phát triển của nền kinh tế quốc
dân.
Song để nguyên liệu Mazut thực sự bớc vào vận hội mới và cùng nghành dầu
khí Việt Nam hội nhập với các ngành công nghiệp khác trong khu vực và trên thế
giới, thì vấn đề nghiên cứu triển khai công nghệ sản xuất Mazut từ nguyên liệu dầu
thô sẵn có trong nớc là rất cần thiết. Từ đó ta có thể tạo ra những dây chuyền công
nghệ và thiết bị hợp lý và sản xuất ra nguyên liệu Mazut để đáp ứng đợc những yêu
cầu chất lợng sản phẩm cũng nh chỉ tiêu kỹ thuật với những nguyên liệu sẵn có ở

Việt Nam. Nhằm phục vụ những nhu cầu lâu dài trong nớc và hớng tới xuất sang các
nớc trong khu vực và trên thế giới.
Từ đó góp phần vào công cuộc xây dựng công nghiệp hoá - hiện đại hoá của
đất nớc. Nhằm đa nền kinh tế cũng nh nền công nghiệp nớc ta tiến lên một kỷ
nguyên mới, kỷ nguyên của sự hội nhập và phát triển.

2


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Phần II: Tổng Quan
Chơng I: các tính chất của nguyên liệu và sản phẩm
I. Tính chất của nguyên liệu dầu thô

1. Tính chất lý học của dầu thô
Dầu thô là hỗn hợp chất lỏng có màu nâu sáng hoặc màu đen, tồn tại trong thiên
nhiên, dới dạng lỏng hoặc dạng lỏng-khí. Nằm trong lòng đất, đáy biển ở độ sâu từ
vài trăm mét đến hàng nghìn kilômet.
Khối lợng riêng của dầu thô là trọng lợng của một lít dầu tính bằng kg. Tỷ trọng
của dầu khí là khối lợng của dầu so với khối lợng của nớc ở cùng một thể tích và ở
một nhiệt độ xác định.
Do vậy tỷ trọng sẽ có gía trị đúng bằng khối lợng riêng khi coi trọng lợng của
nớc ở 40C bằng 1. Tỷ trọng của dầu mỏ dao động trong khoảng rộng, phụ thuộc vào
loại dầu và có tỷ số từ 0,8 - 0.99.
Trong thiên nhiên dầu mỏ nằm ở dạng lỏng nhờn, dễ bắt cháy. Khi khai thác ở
nhiệt độ thờng nó có thể ở dạng lỏng hoặc đông đặc, có màu vàng đến đen. Dầu mỏ
không phải là đơn chất mà là một hỗn hợp phức tạp của nhiều chất (có tới hàng trăm

chất). Sự khác nhau về số lợng cũng nh hàm lợng của các hỗn hợp chất có trong dầu
khí dấn đến sự khác nhau về thành phần của dầu so với các mỏ khác nhau và so với
các khoáng cháy khác nhau.
2. Tính chất hoá học của dầu thô
Thành phần hoá học của dầu mỏ và khí nói chung rất phức tạp khi khảo sát
thành dầu mỏ và khí của nhiều mỏ dầu trên thế giới, đều thấy không dầu nào giống
dầu nào, có bao nhiêu mỏ dầu khí thì có bấy nhiêu loại dầu mỏ. Ngay bản thân trong
một lố khoan dầu mỏ ở các tầng chứa dầu khá nhau cũng đều khác nhau.
Vì vậy trong dầu mỏ (và khí) đều có một nét chung là bao giờ thành phần các
hợp chất loại hydrocacbon (tức loại chỉ có C và H trong phân tử ) bao giờ cũng
chiếm phần chủ yếu, nhiều nhất cũng có thể chiếm tới 97-98%, ít nhất cũng trên
50%. Phần còn lại, là những hợp chất khác nh các hợp chất của oxy, nito, lu huỳnh,
3


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

các hợp chất cơ-kim, các chất nhựa và asphanten. Ngoài ra còn có một số hữu cơ nhủ
tơng nớc trong dầu tuy có lẫn vào trong dầu.
2.1. Thành phần nguyên tố của dẩu mỏ
Tuy trong dầu có chứa hàng trăm hợp chất khác nhau, những các nguyên tố cơ
bản chứa trong dầu khí phần lớn là cacbon và hydro (cacbon chiếm tới 82-87%,
hydro chiếm 11-14%). Ngoài các nguyên tố chính trên, trong dầu mỏ còn có nhiều
nhân tố khác nh lu huỳnh chiếm 0,1-7 %; nitơ chiếm từ 0,001-1,8%; oxy chiếm
0,05-1% và một lợng rất nhỏ (tính bằng phần triệu) các nguyên tố khác nh halogen
(clo, iod), các kim loại nh niken, valadi, volfram...so sánh với các khoáng cháy khác
nh than đá thì hàm lợng của C và H trong dầu khí cao hơn nhiều.
Thành phần nguyên tố của khoáng chất

Nguyên tố
Khoáng cháy
Dầu khí
Đá dầu
Than bùn
Than nâu
Than đá

C%

H%

82 - 87
70 - 76
55 - 60
74 - 75
80 - 81

11 - 14
9
6
5
5,5

2.2. Các hợp chất hydrocacbon của dầu mỏ.
Hydrocacbon là thành phần chính và quan trọng nhất của dầu mỏ.
Các hydrocacbon có trong dầu mỏ thờng đợc chia làm 5 loại sau:
Các parafin cấu trúc mạch thẳng (n-parafin).
Các parafin cấu trúc nhánh (i-parafin).

Các parafin cấu trúc vòng (cycloparafin hay naphten).
Các hydrocacbon thơm.
Các hydrocacbon hỗn hợp (hoặc lai hợp) nghĩa là trong phân tử có
mặt nhiều loại.
Số nguyên tử cacbon của các hydrocacbon trong dầu thờng từ C5 đến C60 (còn C1
đến C4 nằm trong khí) tơng ứng với trọng lợng phân tử khoảng 850 -880.
4


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Các hydrocacbon n -parafin của dầu mỏ là loại hydrocacbon có phổ biến nhất.
Hàm lợng chung các n -Parafin trong dầu mỏ thờng từ 25 -30% thể tích. Tuỳ theo
dầu mỏ đợc tạo thành vào những khoảng thời kỳ địa chất nào và ở những độ sâu nào,
mà sự phân bố n -Parafin trong dầu sẽ khác nhau.
Các Hyđrocacbon i-Paraphinic của dầu mỏ: loại này thờng chỉ nằm ở phần nhẹ
và phần có nhiệt độ sôi trung bình của dầu mỏ.
Các i -parafin trong dầu mỏ đều có cấu túc đơn giản, mạch chính dài, và nhành phụ
ít và ngắn.
Các hydrocacbon naphtenic Cycloparafin của dầu mỏ. Hydrocacbon naphtenic
là một trong số hydrocacbon phổ biến và quan trọng của dầu mỏ. Hàm lợng của
chúng trong dầu mỏ có thể thay đổi từ 30 -60% trọng lợng. Hydrocacbon
naphantenic của dầu mỏ thờng gặp dới dạng chính: loại vòng 5 cạnh và 6 cạnh và
loại nhiều vòng ngng tụ hoặc qua cầu nối.
Các hydrocacbon thơm của dầu mỏ: loại vòng thơm và loại nhiều vòng có cấu
trúc ngng tụ hoặc qua cầu nối. Loại hydrocacbon thơm một vòng và các đồng đẳng
của loại có phổ biến nhất.
Các hydrocacbon loại hỗn hợp naphten - thơm: là loại trong cấu trúc của nó

vừa có vòng thơm naphten loại rất phổ biến và chiếm đa số trong phần có nhiệt độ
sôi của dầu mỏ.
Các hợp chất không phụ thuộc loại hydrocacbon của dầu mỏ là những hợp
chất mà trong thành phần chúng có chứa O, N, S, tức những hợp chất hữu cơ của
oxy, nitơ, của lu huỳnh.
II. Thành phần và tính chất của mazut

1. Tính chất lý học
1.1. Đặc tính chung của mazut
Mazut là nhiên liệu lỏng thờng gọi là dầu FO có nguồn gốc từ dầu mỏ đợc
dùng làm nhiên liệu cho nồi hơi và nhiên liệu đốt lò của các lò đốt công nghiệp.
Trong những năm gần đây do công nghiệp chế biến dầu mỏ phát triển mạnh và sâu
sắc ngời ta thu đợc mazut từ nhiều quá trình chế biến dầu khác nhau, thành phần và
5


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

tính chất của các loại mazut này cũng rất khác nhau. Nh ta biết khoảng 1/3 trọng lợng dầu thô cặn nặng, phần quan trọng cặn nặng là cặn cracking có độ nhớt cao.
1.2. Tính chất độ nhớt của mazut.
Độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng nhất của nhiên liệu lỏng. độ
nhớt của dầu xác định phơng pháp và thời gian của các công đoạn bơm, rót, vận
chuyển dầu. Ngoài ra tốc độ lắng các tạp chất cơ học trong bảo quản dầu tại bể chứa
cũng phụ thuộc nhiều vào độ nhớt của dầu. Độ nhớt ảnh hởng rất lớn đến hiệu quả
quá trình truyền nhiệt trong đun nóng và làm lạnh dầu, ảnh hởng đến khả năng tách
nớc khỏi dầu.
Đối với mazut và sản phẩm dầu mỏ nặng khác độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ
theo phơng trình của Vante (trang 19)

lg (V. 10 6 + 0,8 ) = A -B lgT
Trong đó:
A, B: các hệ số.
T: nhiệt độ tuyệt đối ( 0K).
V: độ nhớt động cơ ( m2/s).
Nếu đặt vế trái là y và lgT là x thì :
Phơng trình có dạng: y = ax + b.
Từ phơng trình trên ta thấy: tăng nhiệt độ thì độ nhớt của mazut giảm khá
nhanh.
Trong khoáng áp suất từ 1 đến 20 atm, thì áp suất rất ít ảnh hởng tới độ nhớt
của mazut.
1.3 Mật độ của mazut.
Nh đã biết, trong mazut bao giờ cũng chứa một lợng nớc nhất định. Mật độ của
dầu càng xa mật độ của nớc thì việc tách nớc khỏi dầu càng dễ dàng.
Mật độ của mazut phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức:
ut =u20 + (20 t)
Trong đó:
ut: mật độ tơng đối mazut ở nhiệt độ t.
6


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

: hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, 1/ 0C, : đợc xác định bằng thực
nghiệm tuỳ thuộc vào mật độ của từng loại mazut.
t: nhiệt độ
Mật độ tơng đối của mazut thờng thay đổi trong phạm vi 0.95 - 0,99.
trong dầu thì nớc tồn tại ở dạng nhủ tơng khá bên nớc trong dầu . Sự bền vững của

nhủ tơng nớc dầu đợc giải thích bởi độ nhớt của mazut, bởi dầu và nhớt là sự tồn tại
của các chất chất ổn định nhủ tơng.
Chất ổn định trog mazut craccking là cao vì có hợp chất asphanten, còn trong
mazut chng cất trực tiếp là hợp chất nhựa.
Phơng pháp hiệu quả nhất nhủ tơng nớc dầu là sử dụng chất chống nhủ tơng.
Các chất này làm giảm sức căn bề mặt trên bề mặt tiếp xúc giữa dầu và nớc, do đó
thuận lợi cho việc tách nớc ra khỏi dầu nh phơng pháp hoá học và phơng pháp điện
trờng.
Mật độ và độ nhớt của mazut cũng xác định hiệu quả lắng lọc của các tạp chất
cơ học có trong dầu. Khi nâng cao nhiệt độ thì độ nhớt dầu giảm sự chênh lệch về
mật độ qua tạp chất cơ học và dầu càng lớn hơn do đó tạp chất cơ học dễ lắng hơn.
1.4. Các hợp chất nhựa và asphanten, tạp chất cơ học của mazut
Chất ổn định dầu cặn của cracking thu đợc trong qúa trình cracking nhiệt của
nguyên liệu dầu mỏ thành phần cơ bản và quan trọng của các loại mazut thơng
phẩm. Cặn cracking chữa các hợp chất cao phân tử, chữa các cấu tử của nguyên liệu
ban đầu và chữa các sản phẩm rắn ngng tụ nh các hợp chất asphanten, cacbon và
cacbonit. Cacbonit chứa trong cặn cracking thờng gọi là cốc. Hàm lơng cốc và tốc độ
cốc hoá phụ thuộc vào nguyên liệu dùng cho quá trình cracking và cũng phụ thuộc
vào điều kiện cracking. Ngời ta nhận thấy rằng khi mật độ của nguyên liệu tăng hoặc
khi hàm lợng chất thơm của nguyên liệu mà tăng thì lợng cốc tạo ra càng nhiều.
Trong cặn Cracking cũng chứa một lợng các hợp chất nhựa và asphanten. Các
hợp chất có thành phần nguyên tố nh sau: C = 84,75%; H = 8,4%; S = 2,5%;
O = 4,35% và trọng lợng phân tử M = 555, còn asphanten có mật độ 420 =1,1477; M
= 821; C = 85,6%; H = 6,4%; S = 4,32% và O =3,68%.

7


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Asphanten là sản phẩm đợc tạo ra khi oxy hoá nhựa. Trong cặn cracking thì
asphanten tồn tại ở trạng thái keo. Asphanten là dạng bột và định hình và có màu tối
khi đun nóng đến t >3000C thì nó bị phân huỷ để tạo ra khí và cốc nhng không qua
giai đoạn nóng chảy. khi nhiệt độ phân (cracking) thì cốc đợc tạo ra tới 60% khối lợng của asphanten. Còn khi nhiệt phân nhựa thì lợng cốc tạo ra là từ 7 20%.
Trong nguyên liệu cracking, nếu hàm lợng asphanten và nhựa càng lớn thì lợng
cacbonit tạo ra càng nhiều.
Cacbon cũng là sản phẩm rắn ngng tụ có trong cặn cracking, về thành phần
nguyên tố thì trong cacbon có một ít oxy. Bề ngoài cacbonit và cacbon có màu tối
hơn asphanten, tuy nhiên độ hoà tan của chúng trong các dung môi hữu cơ thì rất
khác nhau vì:
Cacbonit hoàn toàn không hoà tan bất kỳ dung môi nào.
Cacbon thì hoà tan trong CS2
Còn asphanten thì hoà tan trong khá nhiều dung môi hữu cơ
Dới đây là một số tính chất lý hoá của cặn cracking thu đợc quá trình
cracking nhiệt ở Cộng Hoà Liên Bang Nga.
Nguyên liệu cho cracking nhất là nguyên liệu mazut chng cất trựuc tiếp có tỷ
trọng 0,917 đến 0,958 với những nguyên liệu ấy thì cặn cracking có các tính chất
hoá lý sau:
Tỷ trọng thay đổi từ 1,005 đến 1,058.
Độ nhớt biểu kiến ở 50 0C từ 190 đến 2728 0BY.
Nhiệt độ chớp cháy cốc hở từ 1850C đến 2430C.
Nhiết độ đông đặc từ 25 0C đến 34 0C.
Hàm lợng cacbon từ 0,87% đến 2,33%.
Hàm lợng asphanten 9,3% đến 16,7%.
Hàm lợng nhựa từ 4,9% đến 13,3%.
Độ cốc hoá từ 16,1% đến 25,5%.
Qua các số liệu trên đây thấy rằng: cặn cracking nặng làm 1,005 đến 1,058,
mazut chng cất trực tiếp (mazut chng cất 0,917 đến 0,958). Do hàm lợng cacbonit +

8


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

asphanten + nhựa trong cặn cracking bẩn dẫn đến độ cốc hoá của nó lớn ( từ 16,2
đến 25,5% ).
Từ 2 tính chất trên nên độ nhớt của cặn cracking rất lớn ( ở 50 0C từ 190 đến
2728 0BY ) khi đó cũng ở 50 0C thì đối mazut chng cất trực tiếp chỉ là từ 5,6 dến
13,09 0BY.
Do đó nếu đem trộn mazut chng cất với cặn cracking thì gọi là mazut cracking
thì ngời ta thu đợc mazut thơng phẩm với các chỉ tiêu về tính chất hoá lý khác nhau
phù hợp với các đối tợng tiêu thụ khác nhau.
Nh đã nói ở trên, trong dầu thì các hạt cacbon và asphanten tồn tại ở trạng thái
keo do các hạt. Lấp phụ hợp chất nhựa lên bề mặt của nó tạo ra lớp bảo vệ của các
hạt keo. ( Nếu vì một lý do nào đó lớp vỏ bảo vệ bị phá huỷ thì các hạt rắn sẽ tự kết
hợp với nhau tạo ra hạt có kích thớc lớn gọi là cặn rắn lắng đọng xuống đáy bể
chứa).
* Một vài tính chất hoá lý của cacbonit:
Mật độ: 204 = 1,2 - 1,25, nặng hơn nớc nên lắng đọng khi bảo quản lâu sự
lắng đọng này càng nhanh khi nung nóng dầu đến nhiệt độ cao.
Kích thớt hạt: là một tập hợp các hạt có kích thớt khác nhau 60 đến 250 à
(1à = 10-3 mm). Trong đó các hạt nhỏ hơn 88à chiếm tới 75%, các hạt 250 à chiếm
0,7%.
Hàm lợng trơ: thờng từ 7 -7,5 trọng lợng = A.
Hàm lợng ảm thờng bằng 3 -3,5% = W.
Hàm lợng chất bốc V= 14 đến 15%, do hàm lợng chất bốc trong cacbonit cao

(14 -15%) do hàm lợng chất bốc trong cacbonit cao (14 -15%) nên gọi cacbonit là
cốc chỉ mang tính chất quy ớc, trong khi đó cốc sản xuất từ than chỉ có hàm lợng
chất cốc quá nhỏ v <= 0,5%.
Thành phần nguyên tố: C =87,52%, H = 4,84%, S = 1,17%, N=0,57% . Nhiệt
cháy Q= 3496 kj/kg.
1.5. Thành phần nguyên tố và nhiệt cháy của mazut. ảnh hởng của hàm lợng tro,
S, và nớc đến các tính chất của mazut.

9


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hàm lợng C trong các loại mazut thơng phẩm thờng nằm trong phạm vi từ 85
-88%, còn hàm lợng H từ 9,6 -11% trọng lợng. Ngời ta thấy rằng mật độ và độ nhớt
của mazut càng tăng thì hàm lợng C tăng, còn hàm lợng H giảm so với mazut thơng
phẩm, thì hàm lợng C trong cặn cracking cao hơn, theo quy định hàm lợng tro trong
dầu mazut không vợt quá 0,3%, hàm lợng nớc trong mazut không vợt quá 2 -3%.
2. Tính chất hoá học

Phân đoạn gavil nặng ( hay phân đoạn dầu nhờn) là sản phẩm chng cất trong
chân không của phần cặn dầu mỏ, sau khi đã tách các phân đoạn xăng, kerosen và
gasoil . Ba phân đoạn này thờng không màu hoặc có màu nhạt nên đợc gọi là sản
phẩm trắng. Sản phẩm còn lại có mầu sẫm đến nâu đen gọi là cặn mazut đợc sử dụng
hoặc trực tiếp làm nhiên liệu lỏng cho các lò công nghiệp, hoặc đợc chng cất tiếp tục
trong chân không (để tránh hân huỷ do nhiệt) để thu gasvil nặng và cặn guđrôn.
Phân đoạn gasvil nặng đợc sử dụng trong các mục đích sau:
Dùng làm nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn

Dùng làm nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm trắng.
2.1. Phân đoạn dầu nhờn khi sử dụng để sản Tính chất của xuất dầu nhờn
Mục đích cơ bản nhất của dầu nhờn là sử dụng làm một chất lỏng bôi trơn giữa
các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết chuyển động khác nhau nhằm giảm ma sát, giảm
sự mài mòn, nhờ đó giảm chi tiêu hao năng lợng để thắng lực ma sát sinh ra khi các
chi tiết tiếp xúc làm việc. Khi dầu nhờn đợc đặt vào bề mặt tiếp xúc, tạo nên một lớp
dầu nhờn rất mỏng đủ sức tách hai bề mặt không cho tiếp xúc nhau và khi hai bề mặt
chuyển động, chỉ có các lớp phân tử trong dầu nhờn tiếp xúc trợt nên nhau mà thôi.
Khi các lớp phân tử dầu nhờn trợt nên nhau, chúng cũng tạo nên một lực ma sát
chống lại lực tác động, ma sát này gọi là ma sát nội tại của dầu nhờn, Lực ma sát này
thờng rất nhỏ và không đáng kể so với lực ma sát sinh ra khi hai bề mặt tiếp xúc
nhau chuyển động tơng đối với nhau. Nhờ vậy mà làm giảm ma sát của các chi tiết
hoạt động trtong máy móc, động cơ, trong bất kỳ chế độ làm việc nào cần phải làm
sao cho dầu nhờn bám chắt lên bề mặt để không tách ra khỏi bề mặt tiếp xúc đồng

10


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

thời phải có một lực ma sát nội tại bé. Tính bám dính của dầu nhờn phụ thuộc vào
thành phần hoá học của chúng.
Tính độ nhớt:
= F . X/ S.V
V
Trong đó:
F: lực tác s
động, dyn.

F

S: diện tích mặt tiếp xúc, cm2..
X

V: tốc độ chuyển động, cm/sec.
X: khoảng cách giữa2 lớp tiếp xúc, cm.
: độ nhớt tuyệt tối bằng Poa (P0)

2.2. Tính chất cặn mazut khi đợc sử dụng sản xuất cốc.
Hiệu suất cốc thu đợc từ thành phần dầu của cặn mazut chỉ khoảng 1,2-6,8%,
trong khi đó hiệu suất thu đợc từ các nhựa đến 27-31% và từ các asphanten là 5775,5%. Vì vậy sự có mặt của các chất nhựa và asphanten trong cặn càng nhiều, càng
ảnh hởng tốt đến hiệu suất quá trình cốc hoá.
Để đánh giá khả năng tạo cốc của cặn, thờng sử dụng một đại lợng đặc trng,
gọi là cốc hoá conradson đợc biểu hiện bằng phần trăm cốc thu đợc khi cốc hoá cặn
trong điều kiện thí nghiệm.

11


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

ảnh hởng thành phần của cặn đến độ cốc hoá conradson

Loại cặn

Hiệu suất

dầu mỏ%

Thành phần cặn % trọng lợng
Dầu

Nhựa

Asphanten

Axít
asphanter

Dầu họ paraphinie
(Grosny)

56

84

12,6

13

0,4

4

Dầu họ
Naphenic
Mazut

62

73

18

8

1,0

9,5

Để sản xuất cốc, thì cặn mazut của dầu mỏ họ Aromatic hay họ Paphtenic sẽ
cho hiệu suất cốc hoá cao hơn và chất lợng cốc hoá cao hơn và chất lợng cốc hoá tốt
hơn. Những loai cặn của quá trình chế biến dầu mỏ mà có nhiều hydrocacbon thơm
nhiều vòng ngng tụ cao (cặn cracking, cặn pyroli) cũng đều là nguyên liệu tốt để sản
xuất cốc.
2.3. Tính chất phần cặn mazut để sử dụng sản xuất bitum
Butum có tính chụi nhiệt tốt, chụi thời tiết tốt và có độ bền cao, thì phải có
khoảng 25% nhựa, 15-18% asphanten, 52-54% dầu.
Tỷ lệ asphanten /nhựa = 0,5 - 0,6%
Nhựa + asphanten / dầu= 0,8- 0,9%
Nói chung cặn của dầu mỏ loại Naphtenic hay Aromatic tức cặn của những dầu
mỏ loại nặng chứa nhiều nhựa và asphanten dùng làm nguyên liệu sản xuất bitum là
tốt nhất.Hàm lợng asphanten trong cặn càng cao, tỷ số asphanten trong cặn càng cao,
chất lợng bitum càng cao, công nghệ chế biến ngày càng đơn giản.
Cặn của dầu mỏ có nhiều paraphin rắn là loại nguyên liệu xấu nhất trong sản
xuất bitum, bitum có độ bền rất thấp và tính gán kết (bám dính) rất kém do nhiều
hydrocacbon không cực.

Để tăng dần hàm lợng asphanten và nhựa, thờng tiến hành quá trình oxy hoá
bằng oxy không khí ở nhiệt độ 170 - 260 0C. Trong quá trình oxy hoá, mỗi bộ phận
dầu sẽ chuyển sang nhựa, còn một bộ phận nhựa chuyển sang asphanten do xảy ra
12


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

các phản ứng ngng tụ. Do đó hàm lợng dầu sẽ giảm, hàm lợng asphanten sẽ tăng, nhng hàm lọng nhựa thay đổi ít. Tùy theo mức độ cứng dẻo mà qui định mức độ của
quá quá trính này.
2.4. Tính chất phần cặn mazut dùng làm nhiên liệu đốt lò.
Dầu mazut đợc sử dụng làm nhiên liệu đốt lò làm nhiệt năng của chúng, nhiệt
năng của dầu cặn nằm trong khoảng 10000 Kcal/ kg.
Những thành phần không thuộc loại hydrocacbon trong dầu cặn cũng có ảnh hởng rất lớn đến tính chất sử dụng của nó. Các hợp chất của lu huỳnh trong dầu mỏ
tập chung chủ yếu vào dầu cặn, sự có mặt của lu huỳnh đã làm giảm bớt nhiệt năng
của dầu cặn. Các hợp chất lu huỳnh còn kết hợp với kim loại, tăng lợng cặn bám
trong các thiết bị đốt và khói thải của nó gây ô nhiễm môi trờng.
Cặn mazut thực chất là một hệ keo cân bằng mà hớng phân tán asphanten và
môi trờng phân tán là dầu và nhựa. Trong đó có nhiều chât là những loại cặn có độ
nhớt cao, thờng phải gia nhiệt trong quá trình chuyển hóa giữa dầu-nhựa asphanten
sẽ xảy ra và làm cho cân bằng của hệ keo bị phá vỡ gây nên sự kết tủa asphanten.
2.5. Tính chất hydrocacbon naphtenic (cỵcloparaphin)
Hydrocacbon của dầu mỏ thờng gặp dới dạng chính: Loại vòng 5 cạnh, 6 cạnh
và loại vòng ngng tụ hoặc qua cầu nối. Bằng phơng pháp phân tích phổ khối, cho biết
số vòng naphten có phần đến từ 10 -12 trong phần có nhiệt độ sôi rất cao của dầu
mỏ, nhng thực tế cha tách ra đợc một hợp chất nào nh thế. Chỉ có loại naphten 5
vòng (đianata C14H2O và triterpan C30H50) đợc xem là loại naphten có số vòng cao
nhất và đã tách ra đợc từ dầu mỏ.

Trong dầu mỏ, thì loại naphten 1 vòng (5 cạnh và 6 cạnh có các nhánh phụ
xung quanh là loại chiếm phần chủ yếu nhất. Những phần nhẹ của dầu mỏ chủ yếu là
các naphten 1 vòng với các nhánh phụ rất ngắn (chủ yếu là metyl), còn trong những
phần có nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ thì có nhánh phụ dài hơn nhiều.

13


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Pentacyclo ( 7, 3, 1, 14,12, 02,7, 06,11)
ở Lideman dùng phong pháp phổ khối và phổ cộng hởng từ hạt nhân để xác
định dầu mỏ california những loại có cấu trúc nh thế.
(CH2)11-CH3
(CH3)10-CH3

Những loại naphten 2 vòng đã CH
thấy có trong dầu mỏ, naphaten 2 vòng thuộc
3

loại vòng ngng tụ nh: bicyclo(3,3,0) octan( CH
hay pentalan) bicyclo(4,3,0) noman(hay
3

CH3

hidrindan), bicyclo(4,4,0) deocan(decalin, bicyclo(2,2,1) heptan.

Bicyclo(3,3,0) octan

Bicyclo(4,3,0)no nan

Bicyclo(2,2,1)haptnan

Những naphten 3vòng thờng gặp là adamantan và những đồng đẳng của nó.
1-metyl,2 -metyl, 1,3dimetyl,1,3,5, trimetyl.

Số nguyên
Tử cácbon

Hydrocacbon naphtenic

14

Dầu mỏ
sốp ca

Dầu mỏ
Pônca


Đồ án tốt nghiệp
C8
C9
C9
C9
C9
C10

C10
C10
C11
C11
C11
C11
C12
C13

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
Cis-bicyclo ( 3,3,0) octan
1 -Metyl bicyclo ( 3,3,0) octan
1 -Metyl bicyclo ( 3,3,1) octan
Endo -3 Metyl bicyclo ( 3,3,0) octan
Endo -3 Metyl bicyclo ( 3,3,0) octan
Trans -decalin
Cis -decalin
Adamantan
Cis 3 Metyl Trans -decalin
Trans -2 metyl -trans decalin
1 Metyl -adamantan
2 Metyl -adamantan
1,3 dimetyl adamatan
1, 3, 5 trimetyl -adamantan

0,017
0,032
0,027
0,018
0,052

0,267
0,020
0,027
0,145
0,147
0,091
0,049
0,076
0,050

0,06
0,2
-

2.6. Hydrocacbon thơm
Hydrocacbon thơm của dầu mỏ thờng gặp là loại vòng thơm và loại nhiều
vòng thơm có cấu trúc ngng tụ hoặc cầu nối.
Loại Hydrocacbon thơm 1 vòng và các đồng đẳng của nó là benzen, toluen,
xylen, tetra metyl benzen (1,2,3,4 và 1,2,3,5) thờng thấy với tỷ lệ cao nhất. Trong
dầu mỏ Aclan (Liên xô) nhận thấy trong Hydrocacbon thơm một vòng với 2,3,4
nhóm thế metyl thì loại 1,3; 1,3,5; 1,2,4,5 chiếm phần chủ yếu, theo Smit thì hàm lợng tối đa của Toluen trong dầu vào khoảng 2,3%, Xylen và Benzen và ở khoảng 1
- 6%.
Loại Hydrocacbon thơm 2 vòng có cấu trúc ngng tụ nh Naphtalen và đồng
đẳng hoặc cấu trúc cầu nối nh: Diphenyl nói chung đều trong dầu mỏ. Trong đó loại
cấu trúc đơn giản kiểu diphenyl thì ít hơn so với cấu trúc 2 vòng ngng tụ kiểu
Naphtalen, trong các diphenyl này cũng xác định đợc một số đồng đẳng của nó nh 2
metyl, 3 metyl, 4 metyldiphenyl, 3 etyl và iso propydiphenyl, cũng nh 2,3 nhóm thế
metyl.
Trong những phần còn lại có độ sôi cao của dầu mỏ có mặt các Hydrocacbon
thơm3 vòng và nhiều vòng ngng tụ. Trong dầu kuweit đã tách đợc các đồng đẳng của

phenanten là 2,6 vbà 2,7 Dimetyl; 2,3,6 Trimetyl và tetrametyl phenantren.
Những Hydrocacbon nhiều vòng nh pyzen, crizen, perilen
cũng tìm thấy trong dầu.

15
Pyren

Crizen

Perilen


Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Phân bố các hydrocacbon thom trong dầu mỏ Pencal ( Mỹ)

Hydrocacbon thơm
Hydrocacbon thơm 1 vòng
C6 C9
C10
C11 trở lên
Hydrocacbon thơm 2 vòng
Hydrocacbon thơm 3 vòng

Hàm lợng trong dầu
mỏ % trọng lợng

% So với toàn bộ

Hydrocacbon thơm

2,96
1,02
0,52
1,30
0,60
6,4

45
16
9
21
9
100

2.7. Hydrocacbon loại hỗn hợp naphten -thơm
Hydrocacbon dạng hỗn hợp thơm và naphten ( tức là loại mà trong cấu trúc
của nó vừa có vòng thơm vừa có vòng naphten) lại thấy rất phổ biến và chiếm đa số
trong phần có nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ. Cấu trúc Hydrocacbon hỗn hợp này trong
dầu mỏ rất gần với cấu trúc tơng tự trong các vật liệu hữu cơ ban đầu tạo thành dầu,
cho nên dầu càng có độ biến chất thấp sẽ càng nhiều hydrocacbon loại này.
Hydrocacbon hỗn hợp dạng đơn giản nhấtlà tetralin, indan đó là loại gồm 1 loại
thơm và một vòng naphten kết hợp.

Tatralin

In dan

16

Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Phân bố hydrocacbon hỗn hợp trong dầu mỏ Pencan %
trọng lợng

Loại hydrocacbon C13 C14 C15 C16 C17 C18

C19

Tổng số loại
C13 -C19

1 vòng thơm 1 vòng naphten

2

10

11

8

6

2

1

40

2

1

3

5

4

2

1

16

4

12

10

7

5

2

1

40

1 vòng thơm 2 vòng naphten
1 vòng thơm

Những hydrocacbon 1 vòng và 1 vòng naphaten hỗn hợp, ngoài dạng ngng tụ,
cũng có mặt dạng cầu nối giống nh điphênyl:
CH2-CH2
1-hexyl 2-Phenyletan

Loại hydrocacbon hỗn hợp nhiều vòng thơm nhiều vòng naphaten (2,3 vòng )
thơm ngng tụ với 1, 2, 3 vòng naphaten ), nói chung tổng số vòng tối đa của loại cấu
trúc hỗn hợp cũng có chỉ đến 6 và nhánh phụ có thể từ 2-6.
2.8. Các chất nhựa và asphanten của dầu mỏ
Các hợp chất nhựa và asphanten là những chất mà trong cấu trúc phân tử của nó
ngoài C và H còn có đồng thời những nguyên tố khác nh S, O, N và chúng có trọng lợng phân tử rất lớn M= 500-600 trở lên. Bởi vậy, các chất nhựa asphanten chỉ có mặt
trong những phân đoạn có nhiệt độ sôi cao và cặn dầu mỏ.
2.8.1. Asphanten dầu mỏ.
Asphanten hầu hết có tính chất giống nhau
Các asphanten đều có màu nâu sẫm hoặc đen, dới dạng rắn hình thù. Đun nóng
cũng không chảy mềm, chỉ bị phân huỷ ở nhiệt độ sôi cao hơn 300 0C tạo thành khí
và cốc. Asphanten không hòa tan trong rợu, xăng nhẹ ( eterpetrol nhng có thể hoà
tan trong benzen, dorofor và sunfua cacbon.

17

Đồ án tốt nghiệp

Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Loại dầu có biến chất cao, mang đặc tính paraphinic, rất nhiều hydrocacbon
paraphinic trong dầu nhẹ thì lợng asphanten trong những loại dầu nhẹ thờng rất ít
nằm dơí dạng phân tán lơ lửng, đôi khi chỉ có dạng vết. Ngợc lại trong những loại
dầu biến chất thấp, tức là dầu nặng nhiều hydrocacbon thơm, thì thờng chứa nhiều
asphanten và chúng thờng o dạng dung dịch keo bền vững.
Asphanten thờng có trị số brom và trị số iod cao, có nghĩa chúng có thể mang
đặc tính không no. Các hologen này ( Brom và iod ) có thể đã kết hợp với ôxy và l u
huỳnh để tạo thành những hợp chất kiểu ocxori hoặc sunfoni.
Các asphanten có chứa nhiều nguyên tố S, O, N có thể nằng dới dạng các dị
vòng trong hệ nhiều vòng thơm ngng tụ cao, các hệ vòng thơm này cũng có thể nối
với nhau qua những cầu nối ngắn để trở thành những phân tử có trọng lợng phân tử
lớn.
2.8.2. Các chất nhựa
Là chất nhựa lỏng đặc quánh đôi khi rắn khi tách ra khỏi dầu mỏ. Chúng có
màu sẫm hoặc nâu. tỷ trọng lớn hơn 1, trọng lợng phân tử từ 500 đến 2000. Nhựa tan
đợc hoàn toàn trong các dầu nhờn, xăng nhẹ cũng nh trong benzen, cloroformete.
Khi nhựa hoà tan trong các dung môi (benzen, cloroformete, dầu nhờn, xăng nhẹ )
chúng tạo thành một dung dịch thực.
Nhựa có khả năng nhuộm màu rất mạnh, đặc biệt là nhựa từ các phân đoạn nặng
hoặc từ dầu thô, khả năng nhuộm màu của những loại nhựa này gấp 10 -20 lần so
với nhựa của những phân đoạn nhẹ ( kerosen). Những loại dầu mỏ rất ít asphanten,
nhng vẫn có màu sẫm đến nâu đen ( nh dầu Bạch Hổ Việt Nam) chính vì sự có mặt
của các chất nhựa.
Nhựa rất giống với asphanten, nhựa rất dễ chuyển hoá thành asphanten. Vd:
nhựa chỉ cần bị oxy hoá nhẹ khi có sự thâm nhâp oxy của không khí ở nhiệt độ thờng hay đun nóng.

18


§å ¸n tèt nghiƯp

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP CỦA CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT MAZUT
Trong công nghiệp hiện nay dùng phổ biến 2 phương pháp để sản xuất dầu
mazut sau:
-

Phương pháp cracking trực tiếp, xúc tác

-

Phương pháp chưng cất ở áp suất thường

Công nghệ sản xuất mazut bàng cracking trực tiếp để nhận phần cặn còn lại
sau quá trình cracking là phương pháp có triển vọng để sản xuất ra mazut và các
sản phẩm có nhiệt độ sôi cao. Trong những năm gần đây khi nguyên liệu tốt
ngày một cạn dần và nhất là khi tạo được chất xúc tàn cracking mới và công
nghệ mới thì việc sử dụng nguyên liệu nặng càng nhiều vì quá trình sản xuất
tương đối đơn giản. Nhưng sản phẩm cho chất lượng không cao, đồng thời khi
tăng nhiệt độ lên cao ảnh hưởng trực tiếp của dây chuyền công nghệ, thiết bò
phải đắt tiền, tốn kém nên chưa được áp dụng được rộng rãi.
Hiện nay trên thế giới dầu mazut được sản xuất chủ yếu từ dầu thô bằng
cách chưng cất ở áp suất chân không để trách phân hủy do nhiệt, để thu được

gasoil nặng và cặn gudron. Những năm gần đây công nghệ sản xuất bằng cách
chưng cất ở áp suất chân không từ dầu thô đã có những ưu thế hơn về dây
chuyền công nghệ và chất lượng sản phẩm.
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT

Quá trình chưng cất dầu thô là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành
các thành phần gọi là phân chia đoạn. Quá trình này được thực hiện bằng các
biện pháp khác nhau nhằm tách các phần dầu theo nhiệt độ sôi của các cấu tử có

19


§å ¸n tèt nghiƯp

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

trong dầu mà không làm phân hủy chúng, hơi nhẹ bay lên ngưng tụ thành các
phần tử lỏng. Tùy theo các biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia
quá trình chưng cất thành chưng cất đơn giản, chưng cất phức tạp, chưng cất nhờ
cấu tử bay hơi hay chưng cất trong chân không.
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT

1. Chưng cất đơn giản
Chưng cất đơn giản là một 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 cất.
1.1. Chưng cất bằng cách bay hơi đần dần:
Phương pháp chưng cất bằng cách bay hơi đần dần chỉ thường được áp dụng
trong phòng thí nghiệm.
3

Ng­ng tơ

2
n
ã
n
§un nãng
g

1
n
ã
n
g

CỈn

4

S¶n phÈm

Sơ đồ chưng cất bằng cách bay hơi dần dần.
 CÊu t¹o:
1- Thiết bò chưng cất
2- Thiết bò đun sôi
3- Thiết bò ngưng tụ
4- Bể chứa
Khi nguyên liệu vào thiết bò (1) được đốt nóng liên tục hỗn hợp chất lỏng
từ nhiệt đội sôi thấp đến nhiệt độ sôi cuối, liên tục tách hơi sản phẩm và ngưng
tụ hơi bay ra trong thiết bò ngưng tụ (3), cuối cùng thu được sản phẩm trong bể

chứa (4).
20


§å ¸n tèt nghiƯp

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

1.2. Chưng cất bằng cách bay hơi một lần
SƠ ĐỒ CHƯNG CẤT BẰNG CÁCH BAY HƠI MỘT LẦN Ở ÁP SUẤT MỘT LẦN
Ở ÁP SUẤT TH¦êNG

X¨ng
Ph©n ®o¹n 1
Ph©n ®o¹n 2
Ph©n ®o¹n 3

DÇu th«
Mazut

Loại sơ này có ưu điểm là: Sự bốc hơi đồng thời các phân đoạn nhẹ và
nặng, sẽ góp phần làm giảm được nhiệt độ bốc hơi và nhiệt lượng đun nóng dầu
trong lò. Thiết bò này giản đơn và gọn gàng. Nhưng loại này có nhiều hạn chế và
nhược điểm như sau: Đối với các loại dầu có chứa nhiều khí hòa tan cũng như
chứa nhiều phân đoạn nhẹ, nhiều tạp chất Lưu huỳnh, nước thì gặp nhiều khó
khăn trong quá trình chưng.
Khó khăn đó là do áp suất trong các thiết bò sơ đồ cho đến tận lò đều lớn.
Vì vậy thiết bò phải có độ bền lớn, làm bằng vật liệu đắt tiền, đôi khi còn gây
hiện tượng nổ, hỏng thiết bò do áp suất trong tháp tăng đột ngột. Với những lý do
trên cơ sở này chỉ sử dụng cho loại dầu mỏ chứa ít phần nhẹ (không quá 8 –

10%) ít nước, ít Lưu huỳnh.

21


§å ¸n tèt nghiƯp

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

1.3. Chưng cất bằng cách bay hơi nhiều lần.

X¨ng
X¨ng nhĐ

Ph©n ®o¹n 1
Ph©n ®o¹n 2
Ph©n ®o¹n 3

DÇu nãng

(a)

Mazut
X¨ng
Ph©n ®o¹n 1
Ph©n ®o¹n 2
Ph©n ®o¹n 3

DÇu nãng

(b)

Mazut

S¬ ®å chng cÊt b»ng c¸ch bay h¬i nhiỊu lÇn
Thiết bò trưng cất bằng cách bay hơi hai lần theo sơ đồ (a): Gồm quá trình
bốc hơi hai lần và tinh luyện hai lần trong 2 tháp nối tiếp nhau, sơ đồ này thường
áp dụng để chế biến các loại dầu có nhiều phân đoạn nhẹ và khí, những hợp chất
chứa Lưu huỳnh có lẫn trong nước.
Nhờ các cấu từ nhẹ, nước được tách ra sơ bộ ở tháp thứ nhất nên trong các
ống xoắn của lò và tháp thứ hai không có hiện tượng áp suất lớn như trong trường
hợp trên. Mặt khác các hợp chất chứa Lưu huỳnh gây ăn mòn thiết bò đã được
thoát ra ở đỉnh tháp thứ nhất. Nên trong tháp chưng chính thứ hai không cần thiết
22


§å ¸n tèt nghiƯp

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

kế vật liệu đắt tiền, có độ bền cao và không bò ăn mòn, có thể sử dụng thép
thường để chế tạo tháp thứ hai.
Thiết bò chưng cất bay hơi hai lần theo sơ đồ (a): Nhờ những hydrocacbon
nhẹ được loại ra ở tháp thứ nhất cho phép đun dầu làm việc với hệ số trao đổi
nhiệt lớn, giảm bớt đáng kể công suất cần thiết kế của lò đun chính, nhờ loại bỏ
nước ở ngay tháp thứ nhất nên tháp thứ hai làm việc hoàn toàn an toàn.
Nhược điểm của sơ đồ này là phải đun nóng dần trong lò với nhiệt độ cao
hơn 5 – 100 C so với sơ đồ trên. (Do các phân đoạn nhẹ và phân đoạn nặng bay
hơi riêng lẻ) có thể hạn chế hay giảm bớt hiện tượng này bằng cách cho hơi vào
những ống cuối cùng của lò để giảm áp suất riêng phần của hydrocacbon, dùng

sơ đồ này có lợi nhất khi cần tách phần nhẹ, sơ đồ này được dùng phổ biến trong
quá trình chưng cất hiện nay.
Sơ đồ (b) hệ thống thiết bò bay hơi hai lần và tinh luyện một lần trong tháp
chưng luyện. Sơ đồ này không được dùng phổ biến vì sự tinh luyện phần nhẹ và
phần nặng xảy ra đồng thời trong cùng một tháp chính thứ 2, như vậy có phần
nào làm giảm bớt được nhiệt độ đun nóng dầu trong lò.
2. Chưng cất phức tạp
2.1. 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 và thêm một lần nữa giữa pha lỏng và pha hơi 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 phần trên thiết bò chưng.
2.2. Chưng cất có tinh luyện

23


§å ¸n tèt nghiƯp

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

Chưng cất có tinh luyện còn cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với hồi
lưu. Cơ sở của quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả hai phía
pha lỏng và pha hơi chuyển động ngược chiều nhau. Quá trình này được thực
hiện trong tháp (cột) tinh luyện. Để đảm bảo sự tiếp xúc hoàn thiện hơn giữa pha
lỏng và pha hơi, trong tháp được trang bò “đóa hay đệm”. Độ phân chia một hỗn
hợp các cấu tử trong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các pha (số đóa lý
thuyết), vào lượng hồi lưu ở mỗi đóa và hồi lưu ở đỉnh tháp.

Công nghệ hiện đại chưng cất sơ khởi dầu thô dựa vào quá trình chưng cất
một lần và nhiều lần có tinh luyện, quá trình xảy ra trong tháp chưng cất phân
đoạn có bố trí các đóa.

nguyªn lý lµm viƯt cđa c¸c tÇng ®Üa
trong th¸p tinh lun
ChÊt láng
Th©n th¸p

M¸ng ch¶y trun

Tíi th¸p bay h¬i phơ

Håi l­u trung gian

§Üa chơp

Cưa th¸o håi l­u

H¬i

♦ Nguyên lý làm việc:
24


§å ¸n tèt nghiƯp

Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi

Pha hơi Vn bay từ đóa thứ n đến đóa thứ n-1. Được tiếp xúc với pha lỏng

Ln-1 chảy từ đóa thứ n-1 xuống pha lỏng L n từ đóa n, chảy xuống đóa phía dưới n+1
tiếp xúc với pha hơi Vn+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 giàu thêm. Cấu
tử nhẹ, còn pha 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 càng nhiều
và kết quả phân tách cửa tháp càng tốt, hay nói cách khác tháp có độ phân tách
càng cao. Đóa trên cùng có hồi lưu đỉnh, còn đóa dưới có hồøi lưu đáy, nhờ có hồi
lưu đỉnh và đáy mà làm cho tháp hoạt động liên tục, ổn đònh và có khả năng
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 người ta trang bò
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.
3. Chưng cất chân không
Hỗn hợp các cấu tử có trong dầu thô thường không bền, dễ bò phân hủy khi
tăng nhiệt độ. Trong khi các hợp chất dễ bò phân hủy nhiệt, nhất là các hợp chất
chứa Lưu huỳnh và chất cao phân tử như nhựa...các hợp chất parafin kém bền
nhiệt hơn các hợp chất naphten và các naphten kém bền nhiệt hơn các hợp chất
thơm (aromatic).
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 trách sự phân hủy nhiệt
chúng khi đốt nóng. Tùy theo loại dầu thô, trong thực tế không nên đốt nóng quá
25