Thiết kế dây chuyền chưng cất dầu thô nhiều phần nhẹ

MỞ ĐẦU
Dầu mỏ dƣợc tìm thấy vào năm 1859 tại Mỹ. Lúc bấy giờ lƣợng dầu
thô khai thác đƣợc còn rất ít, chỉ phục vụ cho mục đích đốt cháy và thắp
sáng. Nhƣng chỉ một năm sau đó, không chỉ riêng ở Mỹ mà các nƣớc khác
ngƣời ta cũng đã tìm thấy dầu. Từ đó sản lƣợng dầu đƣợc khai thác ngày
càng tăng lên rất nhanh. Đây là bƣớc chuyển mình đi lên của nghành khai
thác và chế biến dầu mỏ.
Đến năm 1982 thế giới đã có 100 loại dầu mỏ khác nhau thuộc sở hữu của
48 quốc gia, trong đó có Việt Nam. Quốc gia có sản lƣợng dầu mỏ lớn nhất
là Arập xê út. Chiếm khoảng 26% tổng sản lƣợng dầu mỏ trên thế giới.
Ngành công nghiệp đầu do tăng trƣởng nhanh đã trở thành ngành công
nghiệp mũi nhọn của hầu hết các quốc gia trên thế giới . Khoảng 65 70%
năng lƣợng sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ có 2022% năng lƣợng đi từ than,
56% từ năng lƣợng nƣớc và 812% từ năng lƣợng hạt nhân.
Ngày nay trên 90% sản phẩm hữu cơ có nguồn gốc từ dầu khí vào mục
đích đốt cháy sẽ giảm dần. Do đó dầu khí trong tƣơng lai vẫn chiếm giữ một
vị trí quan trọng trong lĩnh vực năng lƣợng và nguyên liệu hoá học mà
không có tài nguyên thiên nhiên nào có thể thay thế đƣợc. Bên cạnh đó
lƣợng sử dụng mạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ là làm nguyên liệu
cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu nhƣ : sản xuất cao su, vải, nhựa đến các
loại thuốc nhuộm, các hoá chất hoạt động bề mặt, phân bón.
Dầu mỏ là một hổn hợp rất phức tạp trong đó cả hàng trăm cấu tử khác
nhau. Mỗi loại dầu mỏ đƣợc đặc trƣng bởi thành phần riêng song về bản chất
chúng đều có các hiđrocacbon là thành phần chính, các hiđrocacbon đó

Sinh viên: Tran diep Ha

1

Lớp hoá dầu k48

chiếm 6090% trọng lƣợng trong dầu, còn lại là các chất oxy, lƣu huỳnh,
nitơ, các phức chất cơ kim, nhựa, asphanten. Trong khí còn có các khí trơ
nhƣ : He, Ar, Xe, Nz….
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí trên thế giới, dầu
khí Việt Nam cũng đã đƣợc phát hiện từ những năm 1970 và đang trên đà
phát triển.Chúng ta đã tìm ra nhiều mỏ trữ dầu với trữ lƣợng tƣơng đối lớn
nhƣ mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng, mỏ Rồng, mỏ Rạng Đông, các mỏ khí nhƣ Lan
Tây, Lan Đỏ…Đây là nguồn nhiên liệu quý để giúp nƣớc ta có thể bƣớc vào
kỷ nguyên mới của công nghệ dầu khí. Nhà máy số một Dung Quất với
công suất 6 triệu tấn /năm đang triển khai xây dựng để hoạt động và đang
tiến hành phê chuẩn nhà máy lọc dầu, số 2 Nghi Sơn- Thanh Hoá với công
suất 7 triệu tấn/năm.
Đối với Việt Nam dầu khí đƣợc coi là nghành công nghiệp hoá, hiện đại
hoá, tạo thế mạnh cho nền kinh tế quốc dân. Nhƣ vậy nghành công nghiệp
chế biến dầu khí nƣớc ta đang bƣớc vào thời kỳ mới, thời kỳ công nghiệp
hoá hiện đại hoá đất nƣớc. Sự đóng góp của ngành dầu khí không chỉ mang
lại thế mạnh cho nền kinh tế nƣớc nhà mà còn là nguồn động viên tinh thần
toàn đảng toàn dân ta và nhất là các thành viên đang làm việc trong ngành
dầu khí hăng hái lao dộng, sáng tạo góp phần xây dựng đất nƣớc để sau này
vào thập niên tới sánh vai các nƣớc tiên tiến trong khu vực và trên thế giới.
Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh là nhờ các đặc tính quý riêng
mà các dạng nhiên liệu khác nhƣ than hoặc các khoáng chất khác không thể
có, đó là giá thành thấp, dể vận chuyển và bảo quản, dễ hiện đại hoá và tự
động hoá trong sử dụng, ít tạp chất và có nhiệt năng cao, dể tạo ra loại sản
phẩm đáp ứng mọi nhu cầu của các nghành kinh tế quốc dân.

Sinh viên: Tran diep Ha

2

Lớp hoá dầu k48


Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lƣợng của quá
trình chế biến. Theo các chuyên gia về hoá dầu của châu âu, việc đƣa dầu
mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao đƣợc hiệu quả sử dụng lên 5 lần,
và nhƣ vậy tiết kiệm đƣợc nguồn tài nguyên quý hiếm này.
Dầu mỏ là hỗn hợp rất phức tạp gồm hiđrocacbon,khí thiên nhiên,khí
dầu mỏ và các tạp chhất khác nhƣ CO2 ,H2S, N2 …..Dầu mỏ muốn sử dụng
đƣợc thì phải tiến hành phân chia thành từng phân đoạn. Mỗi thành phần
phân đoạn cho ta biết dƣợc loại sản phẩm thu và khối lƣợng của chúng. Quá
trình chƣng cất dầu thô là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các

phan đoạn. Quá trình này đƣợc thực hiện bằng các phƣơng pháp khác nhau
nhằm tách các cấu tử có trong dầu thô theo từng khoảng thời gian khác nhau
mà không làm phân huỷ chúng. Tuỳ theo biện pháp chƣng cất mà ta chia quá
trình chƣng cất thành chƣng đơn giản, chƣng phức tạp chƣng cất nhờ cấu tử
bay hơi hay chƣng cất trong chân không. Trong các nhà máy lọc dầu, phân
xƣởng chƣng cất dầu thô cho phép ta có thể thu đƣợc các phân đoạn dầu mỏ
để thực hiện các quá trình tiếp theo.
Trong đồ án này đề cập đến các vấn đề lý thuyết có liên quan, trên cơ sở
đó thiết kế dây chuyền chƣng cất dầu thô nhiều phần nhẹ. Đồng thời xem xét
thiết kế mặt bằng phân xƣởng và vấn đề an toàn lao động.

Sinh viên: Tran diep Ha

3

Lớp hoá dầu k48

PHẦN I: TỔNG QUAN
I. XỬ LÝ DẦU THÔ TRƢỚC KHI CHƢNG CẤT

Dầu thô đƣợc khai thác từ các mỏ dầu và chuyển vào các nhà máy chế
biến. Trƣớc khi chế biến phải tiến hành làm ổn định dầu vì trong dầu còn
chứa các khí hoà tan nhƣ khí đồng hành và các khí hiđrocacbon. Khi phun
dầu ra khỏi giếng khoan thì áp suất giảm, nhƣng dù sao vẫn con lại một
lƣợng nhất định lẫn vào trong dầu và phải tách tiếp trƣớc khi chế biến mục
đích là hạ thấp áp suất hơi khi chƣng cất dầu thô và nhận thêm nguồn
nguyên liệu cho chế biến dầu. Vì trong các khí hiđrocacbon nhẹ từ C1C4 là
nguồn nguyên liệu quý cho quá trình nhận olefin. Xử lý dầu thực chất là
chƣng tách bớt phần nhẹ nhƣng để tránh bay hơi cả phần xăng, tốt nhất là
tiến hành chƣng cất ở áp suất cao khi đó chỉ có các cấu tử nhẹ hơn C4 bay
hơi , còn phần tử C5 trở lên vẩn còn lại trong dầu.
Muốn xử lý dầu thô trƣớc khi đƣa vào chƣng cất chúng ta phải trải
qua những bƣớc tách cơ bản.
1. Tách tạp chất cơ học, nƣớc , muối lẫn trong dầu
Nƣớc lẫn trong dầu ở dƣới dạng mỏ chỉ ở dạng tự do không có dạng nhũ
tƣơng. Khi khai thác, bơm, phun dầu, các quá trình khuấy trộn thì nƣớc cùng
với dầu và các tạp chất tạo thành nhũ tƣơng.

Sinh viên: Tran diep Ha

4

Lớp hoá dầu k48

Nƣớc nằm dƣới dạng nhũ tƣơng thì rất bền vững và khó tách. Có 2
dạng nhũ tƣơng :
+ Dạng nhũ tƣơng nƣớc ở trong dầu.
+ Dang nhũ tƣơng dầu ở trong nƣớc.
Lƣợng nƣớc ở trong dầu nhiều hay ít ở trong nhũ tƣơng dầu ở mỏ khai
thác bằng cách nhìn màu sắc, qua thực nghiệm ngƣời ta kiểm tra thấy nếu
dầu chứa 10% nƣớc thì màu cũng tƣơng tự dầu không chứa nƣớc. Nếu nhũ
tƣơng dầu chứa 1520% nƣớc, có màu ghi đến vàng, nhũ tƣơng chứa 25%
nƣớc chứa màu vàng.
Dầu mỏ có lẫn nƣớc ở dạng nhũ tƣơng đƣa đi chế biến thì không thể
đƣợc mà phải khử chúng ra khỏi dầu. Khử nƣớc và muối ra khỏi dầu đến
dƣới hạn cho phép, cần tiến hành khử ngay ở nơi khai thác là tốt nhất.
Tiến hành tách nƣớc ở dạng nhũ tƣơng có 3 phƣơng pháp :
- phƣơng pháp cơ học ( lắng- lọc – ly tâm).
- tách nhũ tƣơng trong dầu bằng phƣơng pháp hoá học.
- Tách băng phƣơng pháp dùng điện trƣờng.
1.1. Tách bằng phương pháp cơ học (lắng- lọc- ly tâm).
Khi dầu và nƣớc trong dầu chƣa bị khuấy trộn mạnh và nƣớc lẫn trong
dầu ở dạng tự do với hàm lƣợng lớn có thể gần 50% và cao hơn.
+ phƣơng pháp lắng: phƣơng pháp này dùng khi dầu mới khai thác ở
giếng khoan lên, dầu và nƣớc chƣa bị khuấy trộn nhiều và nên nhũ tƣơng
mới tạo ít và nhũ tƣơng chƣa bền vững, nƣớc ở dạng tự do còn tƣơng đối
lớn. Dầu mỏ này ngƣời ta đƣa đi lắng, nhờ có tỷ trọng nƣớc nặng hơn dầu
nên nƣớc sẽ đƣợc lắng sơ bộ và tháo ra ngoài

Sinh viên: Tran diep Ha

5

Lớp hoá dầu k48

Tốc độ lắng của các hạt nƣớc tính theo công thức Stockes nếu
kích thƣớc hạt lớn hơn 0,5
r 2 ( d1  d 2 ) g
V=
18

(1)

Trong đó:
V=tốc độ lắng , cm/s
r: đƣờng kính hạt
d1,d2:tỷ trọng nƣớc trong dầu tƣơng ứng , g/cm
g: gia tốc trọng trƣờng,cm/s2
 :độ nhớt động học củahỗn hợp

công thức (1) ta thấy kích thƣớc hạt của pha phân tán càng nhỏ và tỷ
trọng của nƣớc và Từ dầu khác nhau càng ít . Độ nhớt của môi trƣờng càng
lớn thì sự phân lớp và lắng xảy ra càng chậm.
Việc tách nƣớc và tạp chất thực hiện ở nơi khai thác thƣờng lắng và gia nhiệt
ở thiết bị đốt nóng .
ở các nhà máy chế biến dầu tách nƣớc thƣờng gia nhiệt dể lắng , khống
chế nhiệt độ 120 1600C và p=815at để cho nƣớc không bay hơi . Qúa
trình lắng thƣờng xảy ra trong thời gian 23 giờ.
+phƣơng pháp ly tâm : phƣơng pháp ly tâm tách nƣớc ra khỏi dầu nhờ tác
dụng của lực ly tâm để tách riêng biệt các chất lỏng có tỷ trọng khác nhau .
Giá trị lực ly tâm xác định theo phƣơng trình sau:
f=k.m.r.n2
2 


 60 

k= 

2

trong đó:
m: khối lƣợng hạt nƣớc(g)
Sinh viên: Tran diep Ha

6

Lớp hoá dầu k48


r: bán kính quay(cm)
n: số lƣợng vòng quay của máy ly tâm (phút)
Lực ly tâm và tốc độ tách nƣớc thay đổi tỷ lệ thuận với bán kính quay và
tỷ với bình phƣơng số vòng quay của rôto. Trong công nghiệp thƣờng dùng
máy ly tâm có số vòng quay từ 35005000 vòng trong một phút. Số vòng
quay thì khả năng chế tạo thiết bị càng khó khăn và không thể chế tạo thiết
bị với công suất lớn .
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là công suất máy bé, khả năng phân
chia không cao, vốn chi tiêu lớn vì vậy phƣơng pháp nàykhông phổ biến
trong công nghệ tách nƣớc và tạp chất.
+ phƣơng pháp lọc:
Là tách nƣớc ra khỏi dầu sử dụng khi mà hỗn hợp nhũ tƣơng dầu,
nƣớc đã bị phá vỡ nhƣng nƣớc vẫn ở dạng lơ lửng trong dầu mà chƣa đƣợc
lắng xuống đáy. Dùng phƣơng pháp này là nhờ lợi dụng tính chất thấm ƣớt

chon lọc của các chất lỏng khác nhau lên các chất lọc khác. phƣơng pháp lọc
đạt hiệu quả rất cao và có thể tách đồng thời cả nƣớc lẫn muối.
1.2. Tách nhũ tương nước trong dầu bằng phương pháp hoá học.
Bản chất của phƣơng pháp hoá học là cho thêm một chất hoạt động bề
mặt để phá nhũ tƣơng.
Khi các điều kiện thao tác nhƣ nhiệt độ, áp suất chọn ở chế độ thích
hợp thì hiệu quả của phƣơng pháp cũng rất cao nhƣng khó khăn nhất là phải
chọn đƣợc chất hoạt động bề mặt thích hợp không gây hậu quả khó khăn cho
chế biến sau này cũng nhƣ không phân huỷ hay tạo môi trƣờng ăn mòn thiết
bị.

Sinh viên: Tran diep Ha

7

Lớp hoá dầu k48


1.3. Tách bằng phương pháp dùng điện trường.
Phƣơng pháp dùng điện trƣờng để phá nhũ, tách muối khỏi dầu là một
phƣơng pháp hiện đại công suất lớn, quy mô công nghiệp và dễ tự động hoá
nên các nhà máy chế biến dầu lớn đều áp dụng phƣơng pháp này.
Vì bản thân các tạp chất đã là các hạt dễ nhiễm điện tích nếu ta dùng lực
điện trƣờng mạnh sẽ làm thay đổi điện tích,tạo đIều kiện chocác hạt đông tụ
hay phát triển làm cho kích thƣớc lớn lên do vậy chúng dễ tách ra khỏi dầu .
Sự tƣơng tác giữa điện trƣờng và các hạt tích điện làm cho các hạt tích
điện lắng xuống. Nguyên tắc này đƣợc áp dụng để tách muối nƣớc ra khỏi
dầu thô. Dầu thô đƣợc đốt nóng trong các thiết bị trao đổi nhiệt rồi trộn với
một lƣợng nƣớc sạch để tạo thành nhũ tƣơng chứa muối. Lực hút giữa các
hạt tích điện làm chúng lớn lên ngƣng tụ thành hạt có kích thƣớc lớn, chúng

dễ tạo thành lớp nƣớc năm dƣới dầu.
Trên thực tế ngƣời ta pha thêm nƣớc vào dầu một lƣợng từ 38% sovới
dầu thô và có thể pha thêm hoá chất rồi rồi cho qua van tạo nhũ tƣơng sau
khi qua thiết bị trao đổi nhiệtở nhiệt độ từ 1301500C muối trong dầu thô
đƣợc chuyển vào nhũ tƣơng. Khi dẫn vào khoảng cách giữa hai điện cực có
hiệu điện thế từ 20.000 vôn trở lên chúng tích điện vào nhau tăng dần kích
thƣớc , cuối cùng tách thành lớp nƣớc nằm ở dƣới dầu. Tránh sự bay hơi dầu
do tiễp xúc ở nhiệt độ cao, áp suất ở trong thiết bị tách muối đƣợc giữ ở áp
suất 912kg/ cm2 , bộ phận an toàn đƣợc bố trí ngay trong thiết bị. Khi tách
một bậc ngƣời ta có thể tách 9095% muối, còn tách 2 bậc hiệu suất muối
lên tới 99%.
II. NGUYÊN LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH.

Dầu mỏ là một nguyên liệu hydrocacbon có trong thiên nhiên có thành
phần hoá học rất phức tạp, có những đặc tính vật lý thay đổi trong giới hạn
Sinh viên: Tran diep Ha

8

Lớp hoá dầu k48


rất rộng nhƣ độ nhớt, màu sắc và tỷ trọng. Màu sắc của dầu mỏ nguyên khai
có thể màu sáng nâu đen. Tỷ trọng có thể thay đổi từ 0,71, độ nhớt cũng
thay đổi theo giới hạn từ 150% cst ở 200C.
Thành phần hoá học của dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp gồm rất nhiều
hiđrocacbon . Các hiđrocacbon thƣờng thuộc vào 3 họ : họ parafinic, họ
naphtenic, họ aromatic hay con gọi hiđrocacbon thơm.
Với mức độ phức tạp khác nhau, trong cấu trúc dầu mỏ đồng thời cũng
có mặt hiđrocacbon loại cấu trúc hỗn hợp của cả 3 loại trên. Trong dầu mỏ

nguyên khai không có hiđrocacbon họ Olephinic và sự phân bố của các
hiđrocacbon kể trên trong dầu mỏ quyết định công nghệ chế biến, hiệu suất
và chất lƣợng sản phẩm .
1. Phân loại dầu mỏ
Nhƣ ta đã biết các loại dầu mỏ trên thế giới đều khác nhau về thành
phần hoá học về đặc tính. Do đó để phân loại chúng thành từng nhóm có tính
chất giống nhau rất khó. Trong dầu mỏ phần dầu mỏ chủ yếu và quan trọng
nhất quyết định các đặc tính cơ bản của dầu mỏ chính là các hợp chất
hiđrocacbon chứa trong đó cho nên dầu mỏ thông thƣờng đƣợc chia theo
nhiêu loại. Ngoài hiđrocacbon còn có nhƣng thành phần không phải
hiđrocacbon, tuy ít nhƣng không kém phần quan trọng. Do đó chƣa có sự
phân loại nào bao trùm các tính chất khác nhau và vì vậy cho đến nay cũng
chƣa có sự phân loại nào đƣợc hoàn toàn.
2. Phân loại dầu mỏ theo hiđrocacbon .
Phân loại dầu mỏ theo họ hiđrocacbon là phƣơng pháp phân loại phổ
biến nhất. Theo cách phân loại này dầu mỏ nói chung sẽ mang đặc tính
củaloại hiđrocacbon nào chiếm ƣu thế trong nó nhất. Nhƣ vậy trong dầu mỏ

Sinh viên: Tran diep Ha

9

Lớp hoá dầu k48


có 3 loại hiđrocacbon chính: parafin, naphten và Ar, có nghĩa là sẽ có 3 loại
dầu mỏ tƣơng ứng là dầu mỏ parafinic , dầu mỏ

Naphtenic, dầu mỏ

Aromatic, nếu một trong từng loại trên lần lƣợt chiếm ƣu thế về số lƣợng
trong dầu mỏ .
Dầu mỏ parafinic sẽ mang tính chất hoá học và vật lý đặc trƣng của các
hiđrocacbon họ parafinic , tƣơng tự dầu mỏ Naphtenic sẽ mang tính chất
hoáhọc và vật lý đặc trƣng của họ hiđrocacbon Naphtenic. Dầu mỏ Aromatic
sẽ mang tính chất hoá học và vật lý đặc trƣng của hiđrocacbon họ thơm.
Tuy nhiên trong phần nặng trên 3500C các hiđrocacbon không còn nằm ở
dạng thuần chủng nữa mà bị hỗn hợp lẫn nhau, lai hoá lẫn nhau. Do đó để
phân loại thƣờng phải xét sự phân bố từng họ hiđrocacbon trong các phân
đoạn chƣng cất. Trong thực tế những họ dầu thuần chủng thƣờng rất ít gặp
đặc biệt là họ dầu Aromatic hầu nhƣ trên thế giới không có. Vì vậy những
trƣờng hợp mà hiđrocacbon trong đó chiếm tỷ lệ không chênh lệch nhau
nhiều dầu mỏ sẽ mang đặc tính hỗn hợp trung gian giữa những loại
hiđrocacbon đó.
Nhƣ vậy 3 họ dầu chính sẽ gặp những họ dầu hỗn hợp trung gian giữa
parafenic –naphtenic –aromatic .
Bằng cách rõ ràng nhƣ vậy dầu mỏ có thể phân thành các họ sau :
Có 3 họ chính :
- Họ parafinic
- Họ Naphtenic
- Họ Aromatic .
- Có 6 họ đầu trung gian :
Họ Naphtenic - parafinic

Sinh viên: Tran diep Ha

10

Lớp hoá dầu k48

Họ parafinic - Naphtenic
Họ Aromatic - Naphtenic
Họ Naphtenic - Aromatic
Họ Aromatic - parafinic
Họ parafinic -Aromatic
Có 6 loại dầu hổn hợp :
Họ parafinic – Aromatic – Naphtenic
Họ Aromatic – parafinic – Naphtenic
Họ Naphtenic – parafinic – Aromatic
Họ parafinic – Naphtenic – Aromatic
Họ Naphtenic – Aromatic – parafinic
Họ Aromatic – Naphtenic – parafinic .
Trong thực tế, dầu họ Aromatic , dầu họ Aromatic – parafinic , parafinic –
Aromatic hầu nhƣ không có ,còn những họ dầu hỗn hợp chiếm tỷ lệ cũng rất
ít. Chủ yếu là các họ dầu trung gian.
Để có thể phân loại dầu mỏ theo họ hiđrocacbon nhƣ trên thƣờng sử dụng
các thông số vật lý nhƣ đo tỷ trọng, nhiệt độ sôi …v….v….
 Phân loại dầu mỏ theo hiđrocacbon bằng cách đo tỷ trọng một số phân
đoạn chọn lựa.
Phƣơng pháp này thực hiện bằng cách đo tỷ trọng của 2 phân đoạn dầu
mỏ tách ra trong giới hạn sau :
- Phân đoạn 1 : Bằng cách chƣng cất dầu mỏ ở áp suất thƣờng lấy ra
phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 250270 0C

Sinh viên: Tran diep Ha

11

Lớp hoá dầu k48

- Phõn on 2 : Bng cỏch chng ct phn cũn li trong chõn khụng
( 40 mm Hg) ly ra phõn on sụi 275300 0C ỏp sut chõn khụng (
tng ng 39041500C ỏp sut thng).
- Cn c vo giỏ tr t trng ta o c 2 phõn on v i chiu vo
gii hn quy nh cho tng loi du trong tng bng di õy m xp du
thuc h no .
Phõn on 1

Phõn on 2

0.8251

0.8762

H parafino trung gian

0.8251

0.87670.334

H trung gian-parafinic

0.8256 0.8597

0.8762

H trung gian

0.8256 0.8597

H trung gian-Naphtenic

0.8205 0.8597

H Naphteno- trung gian

0.8602

H du m
H parafenic

0.8602

H Naphtenic

0.8767

0.9334

0.9340
0.9334

0.8767

0.9304

3. Thành phần hoá học.
3.1. Hiđrocacbon họ parafinic .

Hiđrocacbon

họ parafinic từ C1 C

4

đều là

ở thể khí nằm trong dầu mỏ d-ới dạng hoà tan trong
dầu mỏ tr-ớc khi đ-a vào các thiết bị chế biến dầu
đều phải qua giai đoạn loại bỏ khí này trong các
thiết bị đặc biệt : Các thiết bị ổn định thành phần
phân đoạn dầu mỏ. Những hiđrocacbon họ parafin từ

Sinh viờn: Tran diep Ha

12

Lp hoỏ du k48


C15C16

đều là những hiđrocacbon ở dạng lỏng chúng

nằm trong các phân đoạn xăng, phân đoạn kerosen,
phân đoạn gasoil của dầu mỏ .
Về cấu trúc chúng có những dạng đồng phân ở
dạng phân nhánh khác nhau. Trong dầu mỏ có 2 loại
parafin

:n-parafin

và

iso

parafin,

trong

đó

n-

parafin chiếm đa số(25 30% thể tích ), chúng có
số nguyên tử cácbon từ C1 C

45

Một điểm cần chú ý

là các n-parafin có số cácbon 18, nhit thng chỳng
ó l cht rn. Chỳng cú th ho tan trong du hoc to thnh cỏc tinh th
trong du. Nu hm lng ca cỏc parafin rn ny cao, du cú th b ụng
c li gõy khú khn cho quỏ trỡnh vn chuyn. Do vy, cỏc cht parafin rn
cú liờn quan n linh ng ca du m. Hm lng chỳng cng cao nhit
ụng c ca chỳng cng ln. Tuy nhiờn cỏc parafin rn tỏch ra t du
thụ li l nguyờn liu quý tng hp hoỏ hc, nh iu ch cht ty ra
hn hp, t si, phõn bún, cht do

Cỏc iso parafin thng ch nm phn nh v phn cú nhit sụi trung
bỡnh ca du chỳng thng cú cu trỳc n gin : mch chớnh di, mch ph
ớt v ngn , nhỏnh ph thng l nhúm metyl . Cỏc iso parafincú s C 5C10
l cỏc cu t rt quý trong phn nh ca du m. Chỳng lm tng khn nng
chng kớch n ca xng. So vi n-farafin thỡ iso parafin cú linh ng cao
hn .
Thnh phn v cu trỳc ca cỏc hirocacbon h parafinic ny trong cỏc
phõn on ca du m quyt nh rt nhiu n hiu sut v cht lng ca
sn phm thu c. Nhng hirocacbon h parafinic t C17 tr lờn cú cu

Sinh viờn: Tran diep Ha

13

Lp hoỏ du k48


trúc thẳng n- parafin trong dầu mỏ là những hiđrocacbon rắn, chúng thƣờng
nằm dƣới dạng tinh thể lẫn lộn với các hợp chất khác tong dầu mỏ. Các
parafin này có cấu trúc tinh thể dạng tấm hoặc dạng dài có nhiệt độ nóng
chảy từ 40700C chúng thƣờng có trong các phân đoạn dầu nhờn. Sự có
mặt của các hiđrocacbon parafin loại này trong dầu mỏ tuỳ theo mức độ
nhiều ít mà sẽ ảnh hƣởng lớn nhỏ đến tính chất lƣu biến của dầu mỏ nguyên
khai.
Các hiđrocacbon parafenic trong dầu mỏ (dạng khí và lỏng) là một
nguyên liệu ban đầu rất quý để tổng hợp hoá học. Vì vậy thƣờng sử dụng
hoặc cả phân đoạn (phân đoạn khí và xăng hay còn gọi là khí Naphten hoặc
tách ra khỏi phân đoạn dƣới dạng các hiđrocacbon riêng lẻ bằng cách chƣng
cất, hấp thụ qua dãy phân tử, kết tinh ở nhiệt độ thấp ….Những parafin rắn
thƣờng đƣợc tách ra sử dụng trong công nghiệp sản xuất giấy nén, giấy cách

điện.
3.2. Hiđrocacbon họ Naphtenic .
Hiđrocacbon họ Naphtenic trong dầu mỏ là những hiđrocacbon vòng
no (xyclo parafin ) , thƣờng ở dạng vòng 5,6 cạnh có thể ở dạng ngƣng tụ
23 vòng, với số vòng từ 14 là chủ yếu. Naphtenic là một trong số
hiđrocacbon phổ biến và quan trọng trong dầu mỏ. Hàm lƣợng của chúng có
thể thay đổi từ 3060 trọng lƣợng.
Hiđrocacbon Naphtenic là các thành phần rất quan trọng của nhiên liệu
mô tơ và dầu nhờn. Có naphtenic là một vòng có mạch nhánh dài thành phần
rất tốt của dầu nhờn vì chúng có độ nhớt cao và độ nhớt ít thay đổi theo
nhiệt độ. Đặc biệt , chúng là các cấu tử rất quý cho nhiên liệu phản lực, vì
chúng cho nhiệt cháy cao, đồng thời giữ đƣợc tính linh động ở nhiêt độ thấp,

Sinh viên: Tran diep Ha

14

Lớp hoá dầu k48


điều này rất phù hợp khi động cơ làm việc ở nhiệt độ âm. Ngoài ra những
naphtenic nằm trong dầu mỏ còn là nguyên liệu quý để từ đó chế đƣợc các
hiđrocacbon thơm: benzen, toluen, xylen (BTX), là các chất khởi đầu để
điều chế tơ sợi tổng hợp và chất dẻo.
Nhƣ vậy , dầu mỏ càng chứa nhỉều hiđrocacbon naphtenic thì càng có giá
trị kinh tế cao,vì từ đó có thể sản xuất đƣợc sản phẩm nhiên liệu có chất
lƣợng tốt. Chúng lại có nhiệt độ đông đặc thấp nên giƣ đƣợc tính linh động,
không gây khó khăn tốn kém cho quá trình bơm, vận chuyển, phun nhiên
liệu.
3.3. Các hiđrocacbon họ Aromatic (hiđrocacbon thơm).

Hiđrocacbon họ Aromatic trong dầu mỏ thƣờng chiếm tỷ lệ ít hơn hai
loại trên khoảng 530% , chungs thƣờng là những loại vòng thơm. Ảnh
hƣởng của hiđrocacbon loại này trong thành phần các sản phẩm dầu mỏ thay
đổi khác nhau. Loại hiđrocacbon Aromatic thƣờng gặp là loại một vòng và
đồng đẳng của chúng(BTX….). Các chất này thông thƣờng nằm trong phần
nhẹ và là cấu tử làm tăng khản năng chống kích nổ của xăng. Các chất
ngƣng tụ 2,3 hoặc 4 vòng thơm có mặt trong phần có nhiệt độ sôi trung bình
và cao của dầu mỏ, hàm lƣợng các chất loại này thƣờng ít hơn.
Trong thành phần các loại dầu mỏ đều tập trung hiđrocacbon loại thơm
ngƣng tụ cao song cấu trúc đã bị lai hợp với các mức độ khác nhau giữa 3
loại thơm –naphten-parafin .
Ngoài thành phần các hiđrocacbon kể trên trong dầu mỏ bao giờ cũng chứa
các hợp chất phi hiđrocacbon : O, N, S và các lim loại , trong đó đáng kể
nhất là hợp chất chứa lƣu huỳnh và nhựa asphanten.

Sinh viên: Tran diep Ha

15

Lớp hoá dầu k48


3.4. Các hợp chất chứa lưu huỳnh.
Các hợp chất chứa lƣu huỳnh chứa dầu mỏ có thể ở dạng khí hoà tan trong
dầu (H2S ) hoặc ở dạng lỏng phân bố hầu hết trong các phân đoạn dầu mỏ.
Phân đoạn càng nặng các hợp chất chứa lƣu huỳnh càng nhiều so với các
phân đoạn nhẹ . Các chất hƣu cơ có chứa lƣu huỳnh là hợp chất phổ biến
nhất, làm xấu đi chất lƣợng của dầu thô, gây ăn mòn thiết bị khi chế biến,
gây ô nhiễm môi trƣờng. Vì vậy dầu mỏ chứa nhiều hợp chất chứa lƣu
huỳnh phải sử dụng các biện pháp xử lý tốn kém. Do vậy mà hàm lƣợng của

hợp chất lƣu huỳnh đƣợc coi là một chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng dầu thô và
sản phẩm dầu.
3.5.Các hợp chất nhựa –asphanten.
Các hợp chất nhựa –asphanten thƣờng nằm trong phần cặn của dầu mỏ ở
nhiệt độ sôi 3500C. Đó là những hợp chất hữu cơ có trọng lƣợng phân tử lớn,
trong cấu trúc có cả vòng thơm, vòng asphanten các mạch thẳng đính chung
quanh đồng thời còn chứa cá nguyên tố C, H, O, S, N dƣới dạng dị vòng
hay dạng cầu nối . Hàm lƣợng và thành phần hoá học các chất này quyết
định đến việc chọn lựa các phƣơng pháp , đến hiệu suất và chất lợng của sản
phẩm .
Ngoài ra trong nhóm chất phi hiđrocacbon của dầu mỏ cần phải kể đến
các hợp chất chứa nitơ, oxy, các hợp chất cơ kim chứa kim loại nhƣ Ni, Fe,
Cu…
Tất cả các hợp chất nàyđều gây cản trở cho việc chế biến dầu mỏ .
III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CHƢNG CẤT.

Quá trình chƣng cất dầu thô là một quá trình tách phân đoạn. Quá
trình này đƣợc thực hiện băng các biệt pháp khác nhau nhằm tách nhằm tách
các phần dầu theo nhiệt độ sôi của các cấu tử trong dầu mà không làm phân
Sinh viên: Tran diep Ha

16

Lớp hoá dầu k48


huỷ chúng. Hơi nhẹ bay lên và ngƣng tụ thành phần lỏng. Tuỳ theo biện
pháp tiến hành chƣng cất mà ngƣời ta phân chia ra quá trình chƣng cất thành
chƣng đơn giản, chƣng phức tạp, chƣng nhờ cấu tử bay hơi hay chƣng cất
trong chân không.

1. Chƣng đơn giản .
Chƣng đơn giản là quá trình chƣng cất đƣợc tiến hành bằng cách bay hơi
dần dần, một lần hay nhiều lần, một hỗn hợp chất lỏng cần chƣng đƣợc mô
tả trên hình 1(a,b,c).
1.1. Chưng bay hơi dần dần.
Sơ đồ chƣng cất bằng cách bay hơi dần dần đƣợc trình bày trên (hình 1a)
gồm thiết bị đốt nóng liên tục, một hổn hợp chất lỏng trong bình chƣng 1.
Từ nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối khi liên tục tách hơi sản phẩm và
ngƣng tụ hơi bay trong thiết bị ngƣng tụ 3 và thu sản phẩm trong bể chứa 4.
Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc áp dụng trong phòng thí nghiệm
1.2. Chưng cất bằng cách bay hơi 1lần
Sơ đồ chƣng cất bằng cách bay hơi một lần dƣợc trình bày trên hình 1b,
phƣơng pháp này gọi là phƣơng pháp bay hơi cân băng. Phƣơng pháp này
ngƣời ta tiến hành ở nhiệt độ nhất định cho trƣớc và áp suất cố định.
Ƣu điểm : của quá trình chƣng cất cho phép áp dụng trong điều kiện thực
tế chƣng cất dầu.
Nhƣợc điểm : của phƣơng pháp này là nhiệt độ chƣng lại bị giới hạn và
không tách đƣợc sản phẩm trắng ra riêng.
1.3.Chưng cất bằng cách bây hơi nhiều lần.
Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chƣng bay hơi một lần nối tiếp nhau
nhiệt độ tăng dần hay ở áp suất thấp hơn đối với phần cặn của chƣng lần một

Sinh viên: Tran diep Ha

17

Lớp hoá dầu k48


là nguyên liệu cho chƣng lần hai. Sau khi đƣợc đốt nóng đến nhiệt độ cao

hơn từ đỉnh của thiết bị chƣng lần một, ta nhận đƣợc sản phẩm từ đỉnh còn
đáy chƣng lần hai ta nhận đƣợc sản phẩm cặn.
Phƣơng pháp chƣng cất bằng dầu bay hơi một lần và bay hơi nhiều lần có
ý nghĩa rất lớn trong công nghiệp chế biến dầu, ở đây các dây chuyền hoạt
động liên tục. Quá trình bay hơi một lần đƣợc áp dụng khi đốt nóng dầu
trong các thiết bị trao đổi nhiệt, trong lò ống và quá trình tách pha hơi khỏi
pha lỏng ở bộ phận cung cấp, phân phối của tháp tinh luyện.
Chƣng cất đơn giản nhất là loại bay hơi một lần không đạt đƣợc độ phân
chia cao khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phần của hỗn hợp chất
lỏng. Ngƣời ta phải tiến hành chƣng cất có tinh luyện đó là chƣng phức tạp.

Sản phẩm chƣng cất
phần đƣợc
Thùng bay hơi dần dần
3
2

Dầu thô
Sản phẩm
đáy

Lò đốt

(a)

3

1

SinhDầu

viên:thô
Tran diep Ha
Sản phẩm đáy
(cặn)

Sản phẩm chƣng
lỏng

Thùng bay hơi 1 lần

18
Lò đốt

Lớp hoá dầu k48


2

(b)
Sản phẩm
lỏng
1

Thùng bay hơi nhiều lần
Sản phẩm lỏng
2

Dầu thô

Lò đốt

3
Lò đốt

Cặn đáy
(c)

1. thùng ;

Hình 1: Sơ đồ chưng cất dầu thô
2 .lò đốt nóng ;
3 . thiết bị làm lạnh

2 . Chƣng cất phức tạp.
2.1. Chưng cất có hồi lưu.
Quá trình chƣng cất có hồi lƣu là quá trình chƣng khí lấy một phần chất
lỏng ngƣng tụ từ hơi tách ra cho quay lại tƣới vào dòng hơi bay lên. Nhờ có
sự tiếp xúc đồng đều và thêm một lần nữa giữa pha lỏng và pha hơi mà khi
pha hơi tách ra khỏi hệ thống lại đƣợc làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ
sôi thấp hơn )so với khi không có hồi lƣu, nhờ vậy có độ phân chia cao hơn.
Việc hồi lƣu lại chất lỏng đƣợc khống chế bằng bộ phận đặc biệt và đƣợc bố
trí ở phía trên thiết bị chƣng.

Sinh viên: Tran diep Ha

19

Lớp hoá dầu k48


2.2. Chưng cất có tinh luyện .

Chƣng cất có tinh luyện còn cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với hồi
lƣu . Cơ sở của quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả phía
hai phía giữa pha lỏng và pha hơi chuyển động ngƣợc chiều nhau. Quá trình
này đƣợc thực hiện trong tháp tinh luyện. Để đảm bảo sự tiếp xúc hoàn thiện
giữa pha hơi và pha lỏng, trong tháp đƣợc trang bị các đĩa hay đệm. Độ phân
chia các hỗn hợp trong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các pha, vào
lƣợng hồi lƣu ở đỉnh tháp.
Công nghệ hiện đại chƣng cất dầu thô dựa vào quá trình chƣng cất 1 lần và
nhiều lần có tinh luyện xảy ra trong tháp chƣng cất phân loại trong tháp có
bố trí các đĩa.

Sinh viên: Tran diep Ha

20

Lớp hoá dầu k48