Tìm hiểu quá trình chưng cất dầu thô và phân xưởng chưng cất dầu thô trong nhà máy lọc dầu dung quất

Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC

MỤC LỤC .............................................................................................. i
DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN .................................................. iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN .............................................iv
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................ v
MỞ DẦU............................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đồ án........................................................................ 1
2. Nội dung chính của đồ án ..................................................................... 1
CHƢƠNG 1 .......................................................................................... 2
TỔNG QUAN VỀ DẦU MỎ VÀ SẢN PHẨM DẦU MỎ ......................... 2
1.1 Đại cƣơng về dầu mỏ ......................................................................... 2
1.2 Sản phẩm dầu mỏ .............................................................................. 3
1.2.1 Dầu bạch hổ ................................................................................... 3
1.2.2 Dầu Dubai ...................................................................................... 5
1.2.3 Các đặc tính quan trọng của dầu thô .................................................. 7
1.2.4 Thành phần hoá học ........................................................................ 8
CHƢƠNG 2 ........................................................................................ 10
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CHƢNG CẤT DẦU THÔ ..... 10
2.1 Chƣng cất đơn giản .......................................................................... 10
2.1.1 chƣng cất bay hơi dần dần .............................................................. 10
2.1.2 Chƣng cất bằng cách bay hơi một lần .............................................. 11
2.1.3 Chƣng cất bằng cách bay hơi nhiều lần ............................................ 12
2.2 Chƣng cất phức tạp .......................................................................... 13
2.2.1 Chƣng cất có hồi lƣu ..................................................................... 13
2.2.2 Chƣng cất có tinh luyện ................................................................. 13
2.2.3 Hoạt động của tháp tinh luyện ........................................................ 14
2.3 Chƣng cất trong chân không và chƣng cất với hơi nƣớc ........................ 16
2.4 Sản phẩm của quá trình chƣng cất ...................................................... 18

2.4.1 Phân đoạn khí hydrocacbon ............................................................ 18

i


Đồ án tốt nghiệp

2.4.2 Phân đoạn xăng ............................................................................. 18
2.4.3 Phân đoạn kerosen......................................................................... 19
2.4.4 Phân đoạn diezen .......................................................................... 19
2.4.5 Phân đoạn mazut ........................................................................... 20
2.4.6 Phân đoạn dầu nhờn ...................................................................... 20
2.4.7 Phân đoạn gudron ......................................................................... 20
CHƢƠNG 3 ........................................................................................ 21
PHÂN XƢỞNG CHƢNG CẤT DẦU THÔ TRONG NHÀ MÁY LỌC
DẦU DUNG QUẤT ............................................................................. 21
3.1 Hệ thống các phân xƣởng chính trong nhà máy lọc dầu dung quất ......... 21
3.2 Giới thiệu nhà máy lọc dầu dung quất ................................................ 21
3.3 Địa điểm và diện tích sử dụng ........................................................ 23
3.5 Sơ đồ hệ thống chƣng cất dầu thô nhiều cấu tử nhẹ .............................. 27
3.6 Đại cƣơng về tháp chƣng cất ............................................................. 28
3.6.1 Tháp chƣng cất dầu thô .................................................................. 29
3.6.2 Cấu trúc đĩa của tháp chƣng cất dầu thô ........................................... 30
3.7 Cấu tạo của tháp ổn định xăng ........................................................... 34
3.7.1 Cấu tạo đĩa và các thông số hoạt động của tháp ổn định xăng ............. 37
3.7.2 Sự hoạt động của tháp ổn định xăng ................................................ 37
3.8 Sơ đồ công nghệ phân xƣởng chƣng cất dầu thô .................................. 40
3.9 Tiền gia nhiệt cho dầu thô ................................................................. 44
3.10 Lò gia nhiệt ................................................................................... 46
3.11 Chƣng cất dầu thô .......................................................................... 49

3.12 Vùng sản phẩm đỉnh ....................................................................... 51
3.13 Vùng kerosen. ............................................................................... 52
KẾT LUẬN ............................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................

ii


Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN

STT

SỐ HÌNH VẼ

TÊN HÌNH VẼ

TRANG

1

2.1

Chƣng cất bay hơi dần dần

10

2

2.2

Chƣng cất bằng cách bay hơi một lần

11

3

2.3

Chƣng cất bằng cách bay hơi nhiều
lần

12

4

2.4

Nguyên lý làm việc của các tầng đĩa
trong tháp tinh luyện

15

5

3.1

Sơ đồ tổng thể nhà máy

21

6

3.2

Vị trí nhà máy lọc dầu dung quất

24

7

3.3

Sơ đồ nhà máy

25

8

3.4

Sơ đồ 3D nhà máy

26

9

3.5

Sơ đồ hệ thống chƣng cất nhiều cấu
tử nhẹ

27

10

3.6

Cấu trúc đĩa của tháp chƣng cất

32

11

3.7

Cấu tạo tháp ổn định xăng

36

12

3.8

Phần đáy của tháp ổn định xăng

37

13

3.9

Cấu tạo đĩa nạp liệu của tháp ổn định
xăng

37

14

3.10

Sơ đồ dòng tháp ổn định xăng

38

15

3.11

Sơ đồ dòng phân xƣởng chƣng cất
dầu thô

41

iii


Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN

STT

SỐ BẢNG
BIỂU

1

TÊN BẢNG

TRANG

1.1

Đƣờng cong chƣng cất và tỷ trọng của
dầu bạch hổ

3

2

1.2

Hàm lƣợng cấu tử nhẹ của dầu bạch hổ

4

3

1.3

Đƣờng cong chƣng cất và tỷ trọng của
dầu dubai

5

4

1.4

Hàm lƣợng cấu tử nhẹ của dầu dubai

5

5

1.5

Đƣờng cong chƣng cất hàm lƣợng của
dầu dubai

6

6

3.1

Các thông số tại các đĩa

32

7

3.2

Dãy các thiết bị trao đổi nhiệt

45

iv


Đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Sau 5 năm học tại trƣờng Đại Học Mỏ_Địa Chất, đƣợc trang bị hành
trang là những kiến thức, là tình yêu thƣơng, là sự quan tâm giúp đỡ của các
thầy cô trong trƣờng. Đó là những kiến thức cơ bản, những kỹ năng cần thiết
nhất phục vụ cho công việc của em sau này.
Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Lọc_Hóa dầu đã tạo điều
kiện cho em đợt thực tập này và một đợt thực tế em cũng thấy rất bổ ích với
những gì mà em đã học đƣợc tại đây. Thông qua bản đồ án tốt nghiệp này, cho
em gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo cô giáo trong bộ môn Lọc_Hóa dầu. Các
thầy cô đã định hƣớng cho em cách đi đúng đắn, làm cho em có nhận thức một
cách thực tế về con đƣờng mình đã lựa chọn. Đặc biệt trong thời gian này đƣợc
sự hƣớng dẫn của thầy Công Ngọc Thắng đã giúp em hoàn thành bản đồ án tốt
nghiệp của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!

v


Đồ án tốt nghiệp

MỞ DẦU

1. Tính cấp thiết của đồ án
Nằm trong khuôn khổ cũng nhƣ yêu cầu của đồ án, tác giả đề cập đến
các kiến thức cơ bản của công nghệ chƣng cất dầu, một phân xƣởng quan trọng
nhất cho bất kỳ một nhà máy lạc dầu nào trên thế giới. đây chỉ là những kiến
thức chung nhất, cơ bản nhất về công nghệ, nhƣng chúng rất cần thiết cho mỗi
ngƣời. Đối với mỗi công nghệ hiện đại tính phức tạp của nó là không thể tránh
khỏi, trong mỗi chuỗi công nghệ luôn chứa rất nhiều các thiết bị từ dơn giản
đến phức tạp.
2. Nội dung chính của đồ án
Là một kỹ sƣ lọc dầu tƣơng lai với mong muốn hiểu biết hơn về công
nghệ lọ dầu và nâng cao trình độ chuyên môn của bản thân, em chọn đề tài
“Tìm hiểu quá trình chƣng cất dầu thô và phân xƣởng chƣng cất dầu thô
trong nhà máy lọc dầu Dung Quất” trong quá trình thực hiện đồ án tốt
nghiệp, do trình độ còn hạn chế và khó khăn trong việc tìm tài liệu tham khảo
nên không tránh khỏi sự thiếu sót. Do vậy em rất mong nhận đƣợc sự chỉ bảo
và đóng góp ý kiến của các thầy cô

1


Đồ án tốt nghiệp

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ DẦU MỎ VÀ SẢN PHẨM DẦU MỎ

1.1 Đại cƣơng về dầu mỏ
Dầu mỏ là những hỗn hợp phức tạp có thành phần định tính định lƣợng
rất khác nhau tùy theo nguồn gốc của nó, nên sƣ dụng thuận lợi và hiệu quả ần
chế biến nó thành những sản phẩm sao cho mỗi sản phẩm dùng trong máy móc
thiết bị cùng loại và nhằm cùng một mục đích phải có những đặc tính kỹ thuật
tƣơng đối cố định dù cho chúng đƣợc sản suất từ những dầu mỏ khác nhau,
bằng cách này hay cách khác. Lọc dầu là lĩnh vực công nghiệp chế biến dầu
mỏ thành những sản phẩm mà các chất hóa học cơ bản tạo ra chúng đã có sẵn
trong dầu mỏ hoặc tƣơng tự những chất trong dầu mỏ. Xăng, DO, FO, nhiên
liệu phản lực, dầu bôi trơn, dung môi là những sản phẩm chủ yếu của công
nghệ lọc dầu. Công nghệp lọc dầu còn cho ra nhiều sản phẩm khác nhau: nhựa
đƣờng, sáp, parafin, LPG, khí đốt, dầu thắp...và ở một mức độ nào đó thì than
cốc dầu mỏ, muội than cũng đƣợc coi là sản phẩm của công nghệ lọc dầu.
Công nghệ lọc dầu cũng liên quan đến công nghiệp hóa dầu vì các phân đoạn
khí thu đƣợc ở nhà máy lọc dầu cũng có thể đƣợc sử dụng để sản xuất những
chất dầu dầu cho công nghiệp hóa dầu. Khí propylen, khí etylen cốn có trong
khí cracking, BTX, trong sản phẩm refoming là những chất dầu quan trọng
nhất trong công nghiệp hóa dầu.
Dù với mục đích gì thì công nghệ lọc dầu cũng đƣợc bắt đầu bằng việc
làm sạch dầu thô khỏi các tạp chất cơ học, khỏi nƣớc khoáng. Dầu thô đã làm
sạch sẽ đƣợc chƣng cất thành các phân đoạn thích hợp về cả mặt kỹ thuật và
mặt kinh tế. Các phân đoạn thu đƣợc thƣờng chƣa có đủ các đặc tính kỹ thuật
để có thể dùng nhƣ là mọt sản phẩm, tuy vậy cũng có những phân đoạn dùn
đƣợc nhƣ là sản phẩm dân dụng sau một số bƣớc chế biến. Đó là giai đoạn chế
2


Đồ án tốt nghiệp

biến nông. Việc chế biến các phân đoạn thành các sản phẩm dâm dụng có
những phẩm chất kỹ thuật cao đóng vai trò ngày càng quan trọng trong công
nghiệp lọc dầu, đặc biệt dƣới áp lực nhày càng tăng của vấn đề bảo vệ môi
trƣờng.Đó là giai đoạn chế biến sâu.
Giai đoạn chế biến nông là bắt buộc, nhƣng giai đoạn chế biến sâu vừa
quan trọng hơn. Phƣơng pháp công nghệ của giai đoạn chế biến nông đã đƣợc
nghiên cứu, khá hoàn chỉnh về cơ bản không có những thay đổi đáng kể, trong
khi đó thì công nghệ chế biên sâu đang vẫn ở trong thời kỳ biến đổi mạnh mẽ
trên con đƣờng hoàn thiện để có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu về chất lƣợng ngày
càng cao.
1.2 Sản phẩm dầu mỏ
1.2.1 Dầu bạch hổ
Là loại dầu nhẹ với độ API là 39,2 à hàm lƣợng lƣu huỳnh là 0,03. Là
loại dầu parafin( hệ số đặc trƣng K = 12,3), dầu bạch hổ cho sản lƣợng
Naphtha trung bình và sản lƣợng những phần cất ở giữa và vaccum gas oil cao.
Dầu Bạch Hổ là loại dầu thô chất lƣợng cao, hàm lƣợng độc tố thấp thih hợp
cho những nhà máy lọc dầu và quá trình cracking.
a. Đƣờng cong chƣng cất và tỉ trọng
Bảng 1.1: Đƣờng cong chƣng cất và tỉ trọng của dầu bạch hổ
Phân đoạn
( 0C)

% khối lƣợng
(wt%)

% cất
(wt tích lũy)

Tỷ trọng

(kg/l)

Lights end

2.86

2.86

68 - 93

1.53

4.39

0.6816

93 - 157

8.43

12.82

0.7460

157 - 204

7.24

20.06

0.7734

204 - 260

8.38

28.44

0.7972

3


Đồ án tốt nghiệp

260 - 315

10.21

38.65

0.8160

315 - 371

12.11

50.76

0.8285

371 - 427

12.58

63.34

0.8437

427 - 482

12.84

76.18

0.8539

428 - 566

9.74

85.92

0.8904

>566

13.81

99.73

0.9313

TỔN THẤT

0,27

b. Hàm lƣợng các cấu tử nhẹ
Bảng 1.2: Hàm lƣợng cấu tử nhẹ của dầu Bạch Hổ
Cấu tử

% khối lƣợng

Metan

0.0002

Etan

0.0031

Propan

0.0327

Isobutan

0.0488

n-butan

0.2122

Isopentan

0.3741

n-pentan

0.6270

Cyclopentan

0.0300

2,2-dimetybutan

0.0234

2,3dimetylbutan

0.0530

2-metylpentan

0.3885

3-metylpentan

0.2099

n-hexan

0.8528

4


Đồ án tốt nghiệp

c. Nhận xét lựa chọn nghệ
Vì dầu Bạch Hổ là loại dầu thô ngọt, nhẹ giầu parafin dẫn đến trƣớc khi đƣa
vào tháp chƣng cất, nguyên liệu sẽ đƣợc gia nhiệt cao hơn lên tới 359ºC. Trên
đỉnh tháp thì nhiệt độ đƣợc khống chế ở 128ºC, phân doạn đỉnh đƣợc lấy ra
bao gồm cả phân đoạn khí và xăng để cho lƣu lƣợng sản phẩm lấy ra đƣợc
nhiều. Ở đáy thì khống chế ở 350ºC, dể quá trình lấy phân đoạn cặn đƣợc
thuận lợi.
1.2.2 Dầu Dubai
Là loại dầu chua với độ API là 31,2 và hàm lƣợng lƣu huỳnh tổng là
2,1% khối lƣợng, là loại dầu trung bình (co hệ số đặc trƣng K= 11,78).
a. Đƣờng cong chƣng cất và tỉ trọng
Bảng 1.3: Đƣờng cong chƣng cất và tỷ trọng của dầu Dubai
Nhiệt độ
(C)

89

120.4

259.8

372.0

482.2

678.9

% Cất

5

10

30

50

70

90

0.702

0.741

0.830

0.890

0.946

1.033

Tỉ trọng

b. Hàm lƣợng cấu tử nhẹ của dầu DuBai
Bảng 1.4: Hàm lƣợng cấu tử nhẹ của dầu DuBai

Cấu tử

Etan

% khối 0.01
lƣợng

Propan Isobutan

nnIsopentan
Cyclopentan
butan
pentan

0.16

0.59

0.15

0.62

0.93

0.09

c. Hàm lƣợng lƣu huỳnh
Hàm lƣợng lƣu huỳnh tổng trong dầu DUBAI là 2,1%, với hàm lƣợng hợp chất
5


Đồ án tốt nghiệp

của lƣu huỳnh thấp hơn 0.0001% khối lƣợng.
Bảng 1.5: Đƣờng cong chƣng cất hàm lƣợng của dầu DuBai
Thể tích %

Hàm lƣợng lƣu
huỳnh tổng (%wt)

15

0.0004

20

0.0012

25

0.0024

30

0.0048

35

0.0092

40

0.0136

45

0.0184

50

0.0224

55

0.0224

60

0.0252

65

0.0264

70

0.0276

75

0.0296

80

0.0320

85

0.0356

90

0.0392

d. nhận xét lựa chọn công nghệ
Vì dầu thô DuBai là loại dầu chua, ham lƣợng lƣu huỳnh tăng cao khi
nhiệt độ càng cao nên nguyên liệu khi vào tháp chƣng cất đƣợc gia nhiệt thấp
hơn dầu Bạch Hổ. Nhiệt độ tại đĩa 43 là 354ºC, nhiệt độ đỉnh đƣợc khống chế

6

Đồ án tốt nghiệp

ở 121ºC dể lƣợng sản phẩm lấy ra ít có hợp chất của lƣu huỳnh ây ăn mòn thiết
bị. Ở đáy là 347ºC. các điểm cắt ở cá phân đoạn sƣờn cũng thấp hơn từ 11ºC ở
phân đoạn Kerosen và LGO, 7ºC ở phân đoạn HGO để sản phẩm lấy ra đủ tiêu
chuẩn.
1.2.3 Các đặc tính quan trọng của dầu thô
a- Tỷ trọng :
Khối lƣợng riêng của dầu là khối lƣợng của 1 lít dầu tính bằng kilôgam.
Tỷ trọng của dầu là khối lƣợng của dầu so với khối lƣợng của nƣớc ở cùng một
thể tích và ở nhiệt độ xác định. Do vậy tỷ trọng sẽ có giá trị đúng bằng khối
lƣợng riêng khi coi khối lƣợng riêng của nƣớc ở 4oC bằng 1.Trong thực tế, tồn
15,6
tại các hệ thống đo tỷ trọng sau : d420, d415, d15,6
, ( hay theo đơn vị Anh Mỹ là

Spgr 60/600F ); độ API (API=141,5/s.g 600F/600F)- 131,5), trong đó chỉ số bên
trên là nhiệt độ của dầu trong lúc thử nghiệm còn chỉ số bên dƣới là nhiệt độ
của nƣớc khi thử nghiệm. Tỷ trọng của dầu dao động trong khoảng rộng, tuỳ
thuộc vào loại dầu và có trị số từ 0,8 đến 0,99. Tỷ trọng của dầu rất quan trọng
khi đánh giá chất lƣợng dầu thô. Sở dĩ nhƣ vậy vì tỷ trọng có liên quan đến bản
chất hoá học cũng nhƣ đặc tính phân bố các phân đoạn trong dầu thô.
Dầu thô càng nhẹ tức có tỷ trọng thấp, càng mang đặc tính dầu
paraphinic, đồng thời tỷ lệ các phân đoạn nặng sẽ ít. Ngƣợc lại, dầu càng nặng
tức tỷ trọng cao, dầu thô càng mang đặc tính dầu aromatic hoặc naphantenic,
các phân đoạn nặng sẽ chiếm tỷ lệ cao. Sở dĩ nhƣ vậy vì tỷ trọng hydrocacbon
parafinic bao giờ cũng thấp hơn so với naphtenic và aromatic khi chúng có
cùng một số nguyên tử cacbon trong phân tử. Mặt khác những phần không
phải là hydrocacbon nhƣ các chất nhựa, asphaten, các hợp chất chứa lƣu
huỳnh, chứa Nitơ,chứa kim loại lại thƣờng tập trung trong các phần nặng, các

nhiệt độ sôi cao vì vậy dầu thô có tỷ trọng cao, chất lƣợng càng giảm.

7


Đồ án tốt nghiệp

b- Độ nhớt của dầu và sản phẩm dầu :
Độ nhớt đặc trƣng cho tính lƣu biến của dầu cũng nhƣ ma sát nội tại của
dầu. Do vậy, độ nhớt cho phép đánh giá khả năng bơm vận chuyển và chế biến
dầu.
Quan trọng hơn, độ nhớt của sản phẩm đánh giá khả năng bôi trơn, tạo
mù sƣơng nhiên liệu khi phun vào động cơ, lò đốt. Độ nhớt phụ thuộc vào
nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm. Có 2 loại độ nhớt :
+ Độ nhớt động học (St hay cSt)
+ Độ nhớt quy ƣớc (độ nhớt biểu kiến) còn gọi là độ nhớt Engler (0E)
c - Thành phần phân đoạn :
Vì dầu mỏ là thành phần hỗn hợp của nhiều hydrocacbon, có nhiệt độ
sôi khác nhau, nên dầu mỏ không có một nhiệt độ sôi cố định đặc trƣng nhƣ
mọi đơn chất khác. Ở nhiệt độ nào cũng có những hợp chất có nhiệt độ sôi
tƣơng ứng thoát ra, và sự khác nhau của từng loại dầu thô chính là sự khác
nhau về lƣợng chất thoát ra ở các nhiệt độ tƣơng ứng khi chƣng cất. Vì thế, để
đặc trƣng cho từng loại dầu thô, thƣờng đánh giá bằng đƣờng cong chƣng cất,
nghĩa là các đƣờng cong biểu diễn sự phân bố lƣợng các sản phẩm chƣng cất
theo nhiệt độ sôi. Những điều kiện chƣng cất khác nhau sẽ cho các đƣờng cong
chƣng cất khác nhau.
1.2.4 Thành phần hoá học
Dầu mỏ có thành phần cấu tạo rất phức tạp nhƣng chủ yếu đƣợc tạo
thành bởi các thành phần chính cần quan tâm là hydrocacbon họ farafinic,
naphtenic, aromatic và các hợp chất chứa lƣu huỳnh, các hợp chất chứa nhựa

và asphanten.

8


Đồ án tốt nghiệp

Họ farafinic thƣờng tồn tại trong dầu mỏ ở dạng từ C1 dến C4 hoặc cao
hơn. Có hai dạng đồng phân chính là iso-farafinic và n-farafinic. Thành phần
của các hidrocacbon họ farafinic trong dầu mỏ có ảnh hƣởng đến sản phẩm và
chất lƣợng dầu mỏ thu đƣợc.
Naphtenic trong dầu mỏ là những hydrocacbon có cấu trúc dạng vòng
no. những naphtenic có cấu trúc một vòng cho xăng có chất lƣợng tốt cong nếu
có cấu trúc một vòng cho xăng có chất lƣợng tốt còn nếu có cấu trúc một vòng
với mạch nhánh dài thì rất tốt cho dầu nhờn vì chúng có độ nhớt cao và ít thay
đổi theo nhiệt độ. Họ Aromantic có thành phần thấp nhất trong dầu mỏ chúng
là những vòng thơm thƣờng gạp loại một vòng và đồng đẳng của chúng, các
thành phần này làm tăng khả năng chống cháy kích nổ của xăng.
Ngoài ra trong thành phần dầu mỏ còn chúa các thành phần hợp chất
chứa lƣu huỳnh, chúng làm xấu chất lƣợng của xăng, nhựa và asphanten là
thành phần chính của cặn, chúng quyết định dây truyền công nghệ sản suất.
Dầu mỏ có tính chất rất phức tạp nên hiên nay có rất nhiều cách phân
loại chúng, phổ biến hiện nay là phân loại theo thành phần HC.

9


Đồ án tốt nghiệp

CHƢƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CHƢNG CẤT DẦU THÔ
Qúa trình chƣng cất dầu là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành
các thành phần gọi là các phân đoạn. Qúa trình này đƣợc thực hiện bằng các
biện pháp khác nhau nhằm tách các phần dầu theo nhiệt độ sôi của các cấu tử
có trong dầu mà không làm phân hủy chúng. Hơi nhẹ bay lên ngƣng tụ thành
phần lỏng. Tùy theo biện pháp tiến hành chƣng cất mà ngƣời ta phân chia quá
trình chƣng cất thành chƣng cất đơn giản, chƣng phức tạp, chƣng cất nhờ cấu
tử bay hơi hay chƣng cất trong chân không.
2.1 Chƣng cất đơn giản
2.1.1 chƣng cất bay hơi dần dần

Hình 2.1 Chƣng cất bay hơi

Chú thích:
1. Bình chƣng

dần dần

2. Thiết bị đun sôi
3. Thiết bị ngƣng tụ
4. Bể chứa sản phẩm

10


Đồ án tốt nghiệp

Sơ đồ chƣng cất bay hơi dần dần đƣợc trình bày trên hình vẽ, gồm thiết
bị đốt nóng liên tục (2) hỗn 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 ra

trong thiết bị ngƣng tụ (3), cuối cùng ta thu sản phẩm lỏng trong bể chứa (4).
Đối với phƣơng pháp chƣng này thì thƣờng đƣợc áp dụng trong phòng
thí nghiệm. Vì phƣơng pháp này quá đơn giản không làm bay hơi thành phần
cất.
Nhược điểm của phƣơng pháp này là không phân chia thành phân đoạn
nên trong công nghiệp hầu nhƣ không sử dụng phƣơng pháp này.

2.1.2 Chƣng cất bằng cách bay hơi một lần

Hình 2.2: chƣng cất bằng cách bay hơi một lần
Phƣơng pháp chƣng này còn đƣợc gọi là phƣơng pháp bay hơi cân bằng.
Hỗn hợp chất lỏng đƣợc cho vào liên tục và thiết bị đun sôi (2). Ở đây
hỗn hợp đƣợc đốt nóng đến nhiệt độ sôi xác định và ở áp suất P cho trƣớc, pha
lỏng-hơi đƣợc tạo thành và đạt đến trạng thái cân bằng, ở điều kiện đó lại đƣợc
cho vào thiết bị phân chia một lần trong thiết bị đoạn nhiệt (1). Pha hơi qua
thiết bị ngƣng tụ (3) rồi vào bể chứa (4), từ đó ta nhận đƣợc phần cất. Phía

11


Đồ án tốt nghiệp

dƣới thiết bị (1) là pha lỏng đƣợc tách ra liên tục và ta nhận đƣợc phần cặn của
quá trình chƣng.
Chƣng cất bay hơi một lần nhƣ vậy sẽ cho phép nhận đƣợc phần chƣng
cất lớn hơn so với phƣơng pháp bay hơi dần dần ở cùng một điều kiện về nhiệt
độ và áp suất.
Tỷ lệ giữa lƣợng hơi nƣớc tạo thành khi bay hơi một lần với lƣợng chất
lỏng nguyên liệu chƣng ban đầu đƣợc gọi là phần chƣng cất (phần chƣng).
So với phƣơng pháp bay hơi dần dần hay cùng một loại hình nhƣ sau:

Độ phân chia các cấu tử rất thấp, do vậy phƣơng pháp này thƣờng đƣợc
dùng trong thực tiễn các nhà máy chế biến dầu, để điều chỉnh nhiệt độ bắt cháy
của sản phẩm hoặc cấp nhiệt cho dầu thô hoặc sản phẩm trong lò đốt.
Ƣu điểm nổi bật của quá trình chƣng cất cho phép áp dụng trong điều
kiện thực tế chƣng cất dầu. Tuy với nhiệt độ chƣng bị giới hạn nhƣng vẫn cho
phép nhận đƣợc một lƣợng phần cất lớn hơn.
2.1.3 Chƣng cất bằng cách bay hơi nhiều lần

1.
2.
3.
4.

Thiết bị bốc hơi.
Thiết bị đun nóng.
Thiết bị ngƣng tụ.
Bể chứa sản phẩm.

Hình 2.3: Chƣng cất bằng cách bay hơi nhiều lần
12


Đồ án tốt nghiệp

Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chƣng bay hơi một lần nối tiếp
nhau ở nhiệt độ tăng dần (hay ở áp suất thấp hơn) đối vối phần cặn. Trên hình
vẽ trình bày chƣng cất hai lần, phần cặn của quá trình chƣng lần một là nguyên
liệu của quá trình 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 đỉnh, còn ở đáy của
thiết bị chƣng lần hai ta nhận đƣợc phần cặn.

Phƣơng pháp chƣng cất dầu bằng cách bay hơi một lần và bay hơi nhiều
lần có ý nghĩa rất quan trọng trong thực tế công nghiệp chế biến dầu từ các dây
chuyền hoạt động liên tục. Qúa trình bay hơi một lần đƣợc áp dụng khi đốt
nóng dầu trong thiết bị trao đổi nhiệt, trong lò ống và tiếp theo là 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 đối với 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.
2.2 Chƣng cất phức tạp
Để nâng cao khả năng phân chia một hỗn hợp chất lỏng phải tiến hành
chƣng cất có hồi lƣu hay chƣng cất có tinh luyện - đó là chƣng cất phức tạp.
2.2.1 Chƣng cất có hồi lƣu
Chƣng cất có hồi lƣu là quá trình chƣng khi 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 giữa pha hơi và pha lỏng một lần nữa mà pha hơi khi 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 mà có độ phân chia cao hơn. Việc hồi lƣu
lại chất lỏng đƣợc khống chế bằng bộ phận đặc biệt và đƣợc bố trí phía trên
thiết bị chƣng.
2.2.2 Chƣng cất có tinh luyện
Chƣng cất có tinh luyện còn cho bộ phân chia cao hơn khi kết hợp với
hồi lƣu. Cơ sở của quá trình chƣng luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả hai

13


Đồ án tốt nghiệp

phía giữa pha lỏng và pha hơi chuyển động ngƣợc chiều nhau. Qúa trình này
đƣợc thực hiện trong tháp tinh luyện. Để đảm bảo độ tiếp xúc hoàn thiện hơn

giữa pha hơi và pha lỏng, trong tháp đƣợc trang bị các đĩa hay đệm. Độ phân
chia một hỗn hợp các cấu tử trong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các
pha, vào lƣợng hồi lƣu ở mỗi đĩa và hồi lƣu ở đỉnh tháp. Công nghệ chƣng cất
sơ khởi dầu thô dựa vào quá trình chƣng cất một lần và nhiều lần có tinh luyện.
Qúa trình tinh luyện xảy ra trong tháp chƣng cất phân đoạn có bố trí các đĩa.
Cấu trúc chính của tháp chƣng là các đĩa có nhiều loại khác nhau.
2.2.3 Hoạt động của tháp tinh luyện
Pha hơi Vn bay lên từ đĩa thứ n lên đĩa thứ n-1 đƣợc tiếp xúc với pha
láng Ln-1 chảy từ đĩa n, chảy xuống đĩa dƣới n=1 lại tiếp xúc với pha hơi V n=1
bay từ dƣới lên. Nhờ quá trình tiếp xúc nhƣ vậy mà quá trình trao đổi chất xảy
ra tốt hơn. Pha hơi bay lên ngày càng đƣợc làm giàu thêm cấu tử nhẹ, còn pha
hơi lỏng chảy xuống phía dƣới ngày càng chứa nhiều cấu tử nặng. Số lần tiếp
xúc càng nhiều quá trình trao đổi chất càng đƣợc tăng cƣờng và kết quả phân
tách của tháp càng tốt, hay nói cách khác tháp có độ phân tách cao. Ngoài đỉnh
và đáy, nếu cần ngƣời ta còn thiết kế hồi lƣu trung gian, bằng cách lấy sản
phẩm lỏng ở cạnh sƣờn tháp cho qua trao đổi nhiệt làm lạnh rồi quay lại tƣới
vào tháp. Khi lấy sản phẩm cạnh sƣờn của tháp ngƣời ta trang bị thêm các bộ
phận tách trung gian cạnh sƣờn tháp. Nhƣ vậy theo chiều cao của tháp tinh
luyện, ta sẽ nhận đƣợc các phân đoạn có giới hạn sôi khác nhau tùy thuộc vào
chế độ công nghệ chƣng và dầu thô nguyên liệu ban đầu. Khi chƣng cất có tinh
luyện quá trình tiếp xúc tốt, quá trình trao đổi chất xảy ra mạnh làm cho độ
phân chia tăng. Chƣng cất áp suất khí quyển thƣờng đƣợc áp dụng để tách các
sản phẩm có nhiệt độ sôi nhỏ hơn 320 ÷ 420oC. Nếu chƣng ở áp suất khí quyển
với nhiệt độ cao hơn thì sản phẩm dầu sẽ bị phá huỷ.

14


Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.4: Nguyên lý làm việc của các tầng đĩa trong tháp tinh luyện

15


Đồ án tốt nghiệp

2.3 Chƣng cất trong chân không và chƣng cất với hơi nƣớc
Hỗn hợp các cấu tử có trong dầu thô, thƣờng không bền dễ bị phân huỷ
khi tăng nhiệt độ.
Trong các trƣờng hợp chất dễ bị phân huỷ nhiệt, nhất là các hợp chất
chứa lƣu huỳnh và các hợp chất cao phân tử nhƣ nhựa… các hợp chất parafin
kém bền nhiệt hơn các hợp chất naphten và các naphten lại kém bền nhiệt hơn
các hợp chất thơm. 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 chƣng cất, đối với các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao, ngƣời ta cần tránh
sự phân huỷ nhiệt chúng khi đốt nóng. Tuỳ theo loại dầu thô, trong thực tế
không nên đốt nóng quá 400÷ 420oC với dầu không có hay có chứa rất ít lƣu
huỳnh, và không đốt nóng quá 320 ÷ 340oC đối với dầu có nhiều lƣu huỳnh.
Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí quyển cao hơn nhiệt độ phân
huỷ của chúng, ngƣời ta dùng chƣng cất chân không.
Sự phân huỷ khi chƣng cất sẽ làm xấu đi tính chất của sản phẩm nhƣ
làm giảm độ bền oxy hoá, nhƣng quan trọng hơn là chúng gây nguy hiểm cho
quá trình chƣng cất vì chúng tạo thành các hợp chất ăn mòn và làm tăng áp
suất của tháp. Để giảm mức độ phân huỷ, thời gian lƣu của nguyên liệu ở nhiệt
độ cao cũng cần phải hạn chế.
Ví dụ: trong thực tế chƣng cất, thời gian lƣu của nguyên liệu dầu (phân
đoạn cặn chƣng cất khí quyển) ở đáy tháp AD không lớn hơn 5 phút và phân
đoạn gudron khi chƣng cất chân không VD chỉ vào khoảng từ 2÷ 5 phút. Khi
nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí quyển cao hơn nhiệt độ phân huỷ nhiệt

của chúng, ngƣời ta phải dùng chƣng cất trong chân không hay chƣng cất với
hơi nƣớc để tránh sự hủy nhiệt, chân không làm giảm nhiệt độ sôi, còn hơi
nƣớc cũng có tác dụng tƣơng tự nhƣ dùng chân không: giảm áp suất riêng phần
của cấu tử hỗn hợp làm cho chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn. Hơi nƣớc đƣợc
dùng ngay cả trong chƣng cất khí quyển. Khi tinh luyện hơi nƣớc đƣợc dùng

16


Đồ án tốt nghiệp

để tái bay hơi phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp còn chứa trong mazut hay trong
gudron, trong nhiên liệu và dầu nhờn.
Chƣng cất có tác nhân hơi nƣớc còn làm hiệu quả của quá trình chƣng
cất cao hơn, trong thực tế thƣờng sử dụng tác nhân bay hơi và hơi nƣớc quá
nhiệt, hơi nƣớc làm tác nhân tái bay hơi còn bị hạn chế vì nhiệt lƣợng bay hơi
khác xa với nhiệt độ đốt nóng chất lỏng trong chƣng cất.
Nhược điểm: phƣơng pháp chƣng cất với hơi nƣớc thì tổn thất nhiệt
năng tăng và có thể tạo nhò tƣơng bên trong dầu. Do vậy lƣợng hơi nƣớc có
hiệu quả tốt nhất chỉ trong khoảng 2 ÷ 3% so với nguyên liệu đem chƣng cất.
Khi mà số cấp tiếp xúc là 3 ÷ 4% trong điều kiện nhƣ vậy lƣợng hơi dầu tách
ra từ phân đoạn mazut đạt tới 14 ÷ 23%.
Kết hợp dùng chân không và hơi nƣớc khi chƣng cất phần cặn sẽ cho
phép đảm bảo hiệu quả tách sâu hơn phân đoạn dầu nhờn có thể đến 500 ÷
600oC.
Nếu tăng lƣợng hơi nƣớc thì nhiệt độ và áp suất hơi bão hoà của dầu
giảm xuống, và sự tách hơi cũng giảm theo.
Khi chƣng với hơi nƣớc số lƣợng phân đoạn tách ra khá triệt để. Ta có
thể tính theo công thức:
G

f
18



f
  r

z

Với G và z : số lƣợng hơi dầu tách đƣợc và lƣợng hơi nƣớc.
Mf : phân tử lƣợng của hơi dầu.
18 : phân tử lƣợng của nƣớc.
Pf : áp suất riêng phần của dầu ở nhiệt độ chƣng.
P : áp suất tổng cộng của hệ.

17


Đồ án tốt nghiệp

Nhiệt độ của hơi nƣớc không đƣợc thấp hơn nhiệt độ hơi dầu để tránh
sản phẩm dầu ngậm nƣớc. Do vậy ngƣời ta thƣờng dùng hơi nƣớc có nhiệt độ
trong khoảng 380 ÷ 450oC, áp suất hơi từ 0,2 ÷ 0,5 MPa.
Trong một vài trƣờng hợp khi cần nâng cao nhiệt độ bắt cháy của nhiên
liệu diezel, hay nhiên liệu phản lực, ngƣời ta không dùng chƣng cất với hơi
nƣớc mà dùng quá trình bay hơi một lần để tránh tạo thành nhò tƣơng nƣớc
bền trong nhiên liệu.
2.4 Sản phẩm của quá trình chƣng cất

2.4.1 Phân đoạn khí hydrocacbon
Khí hydrocacbon chủ yếu là C3  C4 tuỳ thuộc vào công nghệ chƣng cất
phân đoạn C3  C4 nhận đƣợc là ở thể khí. Phân đoạn này thƣờng đƣợc dùng
làm nguyên liệu cho quá trình chia khí để nhận các khí riêng biệt cho công
nghệ chế biến tiếp theo thành những hoá chất cơ bản hay đƣợc dùng làm nhiên
liệu dân dụng.
2.4.2 Phân đoạn xăng
Phân đoạn xăng thƣờng đƣợc sử dụng vào 3 mục đích chủ yếu sau:
 Sản xuất nhiên liệu cho động cơ xăng
 Sản xuất nguyên liêu cho công nghiệp hoá dầu
 Sản xuất dung môi cho công nghiệp hoá học.
Trong thành phần nhiên liệu xăng nói chung đều có nhiều hydrocacbon,
parafin và aromat chiếm ít hơn nghĩa là hàm lƣợng các cấu tử có trị số octan
cao. Vì vậy phân đoạn xăng lấy trực tiếp từ dầu mỏ thƣờng không đáp ứng
đƣợc yêu cầu về khả năng chống kích nổ khi ứng dụng làm nhiên liệu cho
động cơ xăng, chúng có trị số octan rất thấp từ 30  60 trong khi yêu cầu trị số
octan cho động cơ xăng phải trên 90. Vì vậy để có thể sử dụng đƣợc phải áp
dụng các biện pháp nhằm nâng cao khả năng chống kích nổ của xăng (nâng
cao trị số octan) lấy trực tiếp từ dầu mỏ.

18


Đồ án tốt nghiệp

Phân đoạn xăng còn đƣợc sử dụng vào mục đích sản xuất nguyên liệu cho hoá
dầu, chủ yếu dùng để sản xuất các hydrocacbon thơm (BTX) và dùng để sản
xuất các hydrocacbon olefin nhẹ (etylen, propylen, butadien).
2.4.3 Phân đoạn kerosen
Nhiêu liệu dùng cho động cơ phản lực đƣợc chế tạo từ phân đoạn

kerosen hoặc từ hỗn hợp giữa phân đoạn kerosen với phân đoạn xăng. Do đặc
điểm cơ bản nhất 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 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 ngƣời ta thấy trong
thành phần các hydrocacbon của phân đoạn kerosen thì các hydrocacbon
naphten và parafin thích hợp với những đặc điểm của quá trình cháy trong
động cơ phản lực nhất. Vì vậy phân đoạn kersen và phân đoạn xăng của dầu
mỏ họ naphteno  parafin hoặc parafino  naphten là nguyên liệu tốt nhất để
sản xuất nhiên liệu cho động cơ phản lực nếu hàm lƣợng lƣu huỳnh hoạt động
lớn, ngƣời ta phải tiến hành làm sạch nhờ xử lý hydro.
Phân đoạn kerosen của dầu mỏ họ parafinic đƣợc sử dụng để sản xuất
dầu hoả dân dụng mà không đòi hỏi quá trình biến đổi thành phần bằng các
phƣơng pháp hoá học phức tạp vì nó đáp ứng đƣợc yêu cầu.
2.4.4 Phân đoạn diezen
Phân đoạn diezen là phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 240  3600C dùng làm
nguyên liệu diezen, khi nhận nguyên liệu này từ dầu mỏ có rất nhiều lƣu huỳnh
cho nên ngƣời ta phải khử các hợp chất lƣu huỳnh bằng hydro hoá làm sạch.
Phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 200  3000C, cao nhất là 3400C. Phân đoạn này từ
dầu mỏ chứa rất nhiều hydrocacbon parafin cần phải tiến hành tách n-parafin.
n-Parafin tách đƣợc sẽ dùng để sản xuất parafin lỏng.

19


Đồ án tốt nghiệp

2.4.5 Phân đoạn mazut
Đó là phân đoạn cặn chƣng cất khí quyển, phân đoạn này dùng làm
nhiên liệu đốt lò cho các lò công nghiệp, lò phản ứng. Nó hay đƣợc sử dụng

cho các quá trình chƣng cất chân không để nhận các cấu tử dầu nhờn hay nhận
nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác, cracking nhiệt và hydrocacking.
2.4.6 Phân đoạn dầu nhờn
Phân đoạn này có nhiệt độ từ 350  5000C, 350  5400C đƣợc gọi là
gazoil chân không. Đó là nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác hay
hydrocacking. Còn phân đoạn dầu nhờn có nhiệt độ sôi hẹp hơn từ 320 
4000C, 300  4200C, 400  4500C đƣợc dùng làm nguyên liệu cho sản xuất dầu
nhờn bôi trơn.
2.4.7 Phân đoạn gudron
Là sản phẩm cặn của quá trình chƣng cất chân không đƣợc dùng làm
nguyên liệu cho quá trình cốc hoá để sản xuất cốc hoặc dùng để chế tạo bitum
các loại khác nhau hoặc để chế tạo thêm phần dầu nhờn nặng.
Trong các phân đoạn trên thì phân đoạn xăng, kerosen, diezen là những
phân đoạn quan trọng, chúng đƣợc gọi là các sản phẩm trắng, vì chúng chƣa bị
nhuốm màu. Phân đoạn mazut, dầu nhờn, gudron ngƣời ta gọi là sản phẩm đen.
Do vậy trong dầu mỏ loại nào có trữ lƣợng các sản phẩm trắng cao thì
đó là loại dầu rất tốt cho quá trình chế biến thu các sản phẩm về nhiên liệu.
Chính vì thế mà tiềm lƣợng sản phẩm trắng đƣợc xem là một trong những chỉ
tiêu đánh giá chất lƣợng của dầu thô.

20