Đồ Án Tốt Nghiệp Hóa Dầu

Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

Mở đầu
Dầu mỏ đợc con ngời biết đến từ thời cổ xa, đến thế kỷ 18, dầu mỏ đợc
sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng. Sang thế kỷ 19, dầu mỏ đợc coi
nh là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phơng tiện giao thông và cho nền kinh
tế quốc dân.
Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lợng quan trọng nhất của
mọi quốc gia trên thế giới. Khoảng 65 ữ 70% năng lợng đợc sử dụng đi từ dầu
mỏ, chỉ có 20 ữ 22% năng lợng đi từ than, 5 ữ 6% năng lợng đi từ nớc và 8 ữ
12% từ năng lợng hạt nhân.
Bên cạnh đó hớng sử dụng mạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ là
làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu nh : sản xuất cao su, chất
dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón, thậm chí cả
protein.
Ngoài các sản phẩm nhiên liệu và sản phẩm hoá học của dầu mỏ, các
sản phẩm phi nhiên liệu nh dầu mỏ bôi trơn, nhựa đờng, hắc ín ... cũng là một
phần bôi trơn thì không thể có công nghiệp động cơ, máy móc, là nền tảng của
kinh tế xã hội.
Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh là nhờ các đặc tính quý riêng
của nguyên liệu dầu mỏ mà nguyên liệu từ than hoặc các khoáng chất khác
không thể có, đó là giá thành thấp, thuận tiện cho quá trình tự động hoá, dễ
khống chế các điều kiện công nghệ và có công suất chế biến lớn, sản phẩm
thu đợc có chất lợng cao, ít tạp chất và dễ tinh chế, dễ tạo ra nhiều chủng loại
sản phẩm đáp ứng mọi nhu cầu của các ngành kinh tế quốc dân.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí, trên thế giới,
dầu khí Việt Nam cũng đã đợc phát triển từ những năm 1970 và đang trên đà
phát triển. Chúng ta đã tìm ra nhiều mỏ chứa dầu trữ lợng tơng đối lớn nh mỏ
Bạch Hổ, Đại Hùng, mỏ Rồng vùng nam Công Sơn, các mỏ khí nh Tiền Hải

(Thái Bình), Lan Tây, Lan Đỏ ... đây là nguồn tài nguyên quý để giúp nớc ta
có thể bớc vào kỷ nguyên mới của công nghệ dầu khí. Nhà máy lọc dầu số 1
Dung Quất với công suất 6,5 triệu tấn/ năm sắp hoàn thành để hoạt động và
đang tiến hành phê chuẩn nhà máy lọc dầu số 2. Nh vậy ngành công nghiệp
chế biến dầu khí ở nớc ta đang bớc vào thời kỳ mới, thời kỳ mà cả nớc ta đang
thực hiện mục tiêu công nghiệp hoá và hiện đại hoá. Chắc chắn sự đóng góp
của ngành dầu khí sẽ rất có ý nghĩa. Không những chỉ bằng các chỉ tiêu kinh
tế cụ thể mà ngành kinh tế mũi nhọn này còn là nguồn động viên tinh thần của

Lớp hoá dầu - QN K45

7

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

toàn Đảng, toàn dân ta và nhất là các thành viên đang hoạt động trong ngành
dầu khí hăng hái lao động sáng tạo, góp phần xây dựng đất nớc.
Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lợng của quá trình chế
biến. Theo các chuyên gia về hoá dầu ở Châu Âu, việc đa dầu mỏ qua các quá
trình chế biến nâng cao đợc hiệu quả sử dụng của dầu mỏ lên 5 lần và nh vậy
tiết kiệm đợc nguồn tài nguyên quý hiếm này.
Dầu mỏ là hỗn hợp phức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí dầu
mỏ và các hợp chất phi hydrocác. Dầu mỏ muốn sử dụng đợc thì phải tiến
hành phân chia thành từng phân đoạn nhỏ. Sự phân chia đó dựa vào phơng
pháp chng cất ở các khoảng nhiệt độ khác nhau. Quá trình chng cất dầu là một

quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các thành phần gọi là các phân đoạn.
Quá trình này đợc thực hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm để tách các
cấu tử có trong dầu thô theo từng khoảng nhiệt độ sôi khác nhau mà không
làm phân huỷ chúng. Tuỳ theo biện pháp tiến hành chng cất mà ngời ta phân
chia quá trình chng cất thành chng cất đơn giản, chng cất phức tạp, chng cất
nhờ cấu tử bay hơi hay chng cất trong chân không. Trong các nhà máy lọc
dầu, phân xởng chng cất dầu thô cho phép ta thu đợc các phân đoạn dầu mỏ để
chế biến tiếp theo.
Trong đề án này sẽ tiến hành đề cập tới các vấn đề lý thuyết có liên
quan. Trên cơ sở đó thiết kế dây chuyền chng cất dầu thô nhiều phần nhẹ.
Đồng thời xem xét thiết kế mặt bằng phân xởng và vấn đề an toàn lao động.

Phần i - tổng quan lý thuyết
i. mục đích và ý nghĩa

1. Mục đích :
Trong công nghiệp, các sản phẩm dầu mỏ đợc sử dụng dới nhiều hình
thức khác nhau. Nh làm nhựa rải đờng, làm dầu bôi trơn, dùng cho động cơ
diezel, động cơ xăng, động cơ phản lực ... chúng ta sử dụng ở nhiều lĩnh vực,
mục đích khác nhau.
Dầu thô của chúng ta là một hỗn hợp, chứa tất cả các yếu tố sử dụng
trên, muốn sử dụng đợc, chúng ta phải tiến hành phân chia từng phân đoạn. Sự
phân chia đó dựa vào chng cất để phân chia thành từng khoảng có nhiệt độ sôi
nhất định.
Các sản phẩm chng cất song, chúng ta cha thể sử dụng đợc ngay mà
phải qua các quá trình chế biến khác nhằm tăng cờng chất lợng sử dụng và chế
Lớp hoá dầu - QN K45

8

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

biến thành các sản phẩm thơng phẩm nh quá trình : cralking, refroc ming,
ankyl hoá .. nên sản phẩm chng cất không có ứng dụng sử dụng mà có ứng
dụng cho các quá trình chế biến khác nhau.
Nh vậy mục đích của việc chng cất dầu mỏ là phân chia thành các phân
đoạn có khảng nhiệt độ sôi nhất định để sử dụng vào các mục đích chế biến
tiếp theo để thu đợc các sản phẩm mong muốn.
Từ trên ta phải đặt tháp chng cất ở dầu dây truyền sản xuất, từ đầu mẻ
trở lên qua các quá trình làm sạch và tới tháp chng.
2. ý nghĩa của quá trình :
ý nghĩa của quá trình chng cất trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô
sau khi qua xử lý nh tách nớc, muối và tạp chất cơ học đợc đa vào chng cất,
quá trình chng cất ở áp suất khí quyển AD và chng cất chất khoáng VD thuộc
về quá trình chế biến vật lý.
ii. nguyên liệu

Dầu mỏ là một loại nguyên liệu hyđro các bon trong thiên nhiên, có
thành phần hoá học rất phức tạp, có những đặc tính vật lý thay đổi trong giới
hạn rất rộng nh độ nhớt, màu sắc và tỷ trọng. Màu sắc của dầu mỏ nguyên
khai tác có thể là màu sáng cho tới màu nâu đen. Tỷ trọng có thể thay đổi từ
0,7 - 1 độ nhớt cũng thay đổi từ 1 - 50 CST ở 200C.
Thành phần hoá học của dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp, gồm rất
nhiều hyđro các bon, các hyđro các bon thờng thuộc 3 họ parafinic, họ
raphtenic, họ aromatic hay còn gọi là hyđro các bon thơm.

Với mức độ phức tạp khác nhau, trong cấu trúc dầu mỏ đồng thời cũng
có mặt hyđro các bon loại cấu trúc cả 3 hỗn hợp trên. Trong dầu mỏ nguyên
khai không có họ olephinic và sự phân bố của các hyđro các bon kể trên trong
dầu mỏ quyết định công nghệ chế biến, hiệu suất và chất lợng sản phẩm.
1. Phân loại dầu mỏ :
Nh ta đã biết các loại dầu mỏ trên thế giới đều khác nhau về thành phần
hoá học và đặc tính. Do đó phân chúng thành từng nhóm có tính chất giống
nhau là rất khó. Trong dầu mỏ thành phần chủ yếu và quan trọng nhất quyết
định các đặc tính cơ bản của dầu mỏ chính là thành phần các hỗn hợp chất
hyđro các bon chứa trong nớc. Cho nên dầu mỏ chia làm nhiều loại. Tuy nhiên
bên cạnh hyđro các bon còn có những thành phần không phải là hyđro các
bon, tuy ít nhng chúng không kém phần quan trọng. Do đó cha có sự phân loại

Lớp hoá dầu - QN K45

9

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

nào bao chùm các tính chất khác nhau và vì vậy cho đến nay cũng cha có cách
phân loại nào đợc hoàn hảo.
Dầu thô muốn đa vào quy trình chế biến hoặc buôn bán trên thị trờng
thế giới, cần phải xác định xem chúng thuộc loại nào, dầu nặng hay dầu nhẹ,
dầu chứa nhiều hyđro các bon parapinic, naphtenie hay aromatic, dầu có chứa
nhiều lu huỳnh hay không? Từ đó mới xác định đợc giá trị trên thị trờng và

hiệu quả thu đợc các sản phẩm khi chế biến.
Có nhiều phơng pháp để phân loại dầu mỏ, song dựa vào chủ yếu hai
phơng pháp chính đó là dựa vào bản chất hoá học và chất vật lý.
* Phân loại dầu mỏ dựa vào bản chất hoá học :
Phân loại theo bản chất hoá học có nghĩa là dựa vào thành phần của các
loại hyđro các bon có trong dầu. Nếu trong dầu, họ hyđro các bon chiếm phần
chủ yếu thì dầu mỏ sẽ mang tên họ đó. Theo vậy nếu nh dầu nào chiếm trên
75% họ nào thì dầu mang tên họ đó, bằng cách vậy dầu mỏ có thể phân thành
3 họ chính.
+ Họ parafinic
+ Họ naphenic
+ Họ Aromatic
Trong thực tế, không tồn tại các loại dầu thô thuần chủng nh vậy, mà
chỉ có loại dầu trung gian nh dầu Nâphteno - parafinic, có nghĩa là hàm lợng
porafinic trội hơn (50% parfinic, 25% naphtenic, còn lại là các loại khác).
Bằng cách nh vậy ta phân ra đợc 6 họ dầu trung gian :
+ Họ naphteno - parafinic
+ Họ parafino - Naphtenic
+ Họ Aromato - Naphtenic
+ Họ Naphteno - Aromatic
+ Họ Armato - parafinic
+ Họ porafino - Aromatic
Có 6 loại dầu hỗn hợp :
+ Họ parafino - aromafo - naphtenic
+ Họ aromato - naphteno - parafinic
+ Họ aromato - parafino - naphtenic
+ Họ naphteno - parafino - aromatic
+ Họ parafino - naphteno - aromatic
+ Họ nâphteno - aromato - parafinic

Lớp hoá dầu - QN K45

10

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

Trong thực tế, dầu họ Aromatic, dầu họ Aromato - parafinic, parafino,
aromafic hầu nh không có, còn những họ dầu hỗn hợp chiếm tỷ lệ rất ít, chủ
yếu là họ dầu trung gian.
a) Phơng pháp của viện dầu mỏ nga :
Phân tích hàm lợng của từng loại hyđro cacbon parafinic naphtenic,
aromatic trong phân đoạn có nhiệt độ sôi từ 250 ữ 3000C, kết hợp với xác định
hàm lợng parafin rắn và aspnanten có trong dầu thô (bảng II.1) rồi tuỳ theo
hàm lợng đó để ghép vào loại dầu gì.
Bảng phân loại dầu thô theo Viện dầu mỏ Nga
Hàm lợng hyđro cacbon (%) trong
Họ dầu mỏ

Họ parafinic
Họ
parafino
naphtenic
Họ naphtenic
Họ
parafino

naphteno - aromatic
Họ naphteno-aromatic

phân đoạn 250 ữ 3000C
Parafinic Naphtenic Aromatic

Hàm lợng (%) trong dầu
thô
Parafin rắn asphanten

46 ữ 61

23 ữ 32

15 ữ 25

1,15 ữ 10

0ữ6

42 ữ 45

38 ữ 39

16 ữ 20

1ữ6

0ữ6

15 ữ 20

61 ữ 76

6 ữ 13

Vết

0ữ6

27 ữ 35

36 ữ 47

26 ữ 33

0,5 ữ 1

0 ữ 10

0ữ8

57 ữ 58

20 ữ 25

0 ữ 0,5

0 ữ 20

b) Phơng pháp của Viện dầu mỏ Pháp :
Đo tỷ trọng (d154) của phân đoạn 250 ữ 3000C của dầu thô, trớc và sau
khi xử lý với axit sunfuric. Sau đó dựa vào khoảng tỷ trọng để ghép vào loại
dầu tơng ứng (bảng II.2)

Bảng cách phân loại dầu thô của Viện dầu mỏ Pháp
TT

1
2
3
4
5

Họ dầu mỏ
Họ parafinic
Họ parafino - naphtenic
Họ naphtenic
Họ parafino- naphteno - aromatic
Họ naphteno - aromatic

Lớp hoá dầu - QN K45

11

Tỷ trọng phân đoạn 250 ữ 3000C, d154
Trớc xử lý với
Sau xử lý với
H2S04
H2S04

0,825 ữ 0,835
0,800 ữ 0,808
0,839 ữ 0,851
0,818 ữ 0,828
0,859 ữ 0,869
0,847 ữ 0,863
0,817 ữ 0,869
0,813 ữ 0,841
0,878 ữ 0,869
0,844 ữ 0,866
Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

c) Phơng pháp của Viện dầu mỏ Mỹ :
Chng cất dầu thô sơ bộ, tách ra làm hai phân đoạn : phân đoạn 250 ữ
2750C (1) và phân đoạn 275 ữ 4150C (2) sau đó do tỷ trọng ở 15,60C (600F)
của mỗi phân đoạn. So sánh chúng với các giá trị tỷ trọng ở bảng II.3 để xếp
dầu thô vào loại gì.
Bảng phân loại dầu thô của Viện dầu mỏ Mỹ
TT

1
2
3
4
5

6
7

Tỷ trọng d15,615,6
Phân đoạn 1
Phân đoạn 2
< 0,8251
0,8762
< 0,8251
0,8767 ữ 0,9334
< 0,8762
0,8256 ữ 0,8597
0,8256 ữ 0,8597
0,8767 ữ 0,9334
> 0,9340
0,8767 ữ 0,9334
> 0,8502
0,8767 ữ 0,9334
> 0,8502
> 0,9340

Họ dầu mỏ
Họ parafinic
Họ parafino - trung gian
Họ trung gian - parafinic
Họ trung gian
Họ trung gian - naphtenic
Họ parafino - trung gian
Họ naphtenic

d) Phân loại theo Nelson, Watson và Murphy :
Theo 3 nhà bác học này, dầu mỏ đợc đặc trng bởi hệ số K, là một hằng
số vật lý quan trọng, đặc trng cho bản chất hoá học của dầu mỏ đợc tính theo
công thức.
K=

d

T : Nhiệt độ sôi trung bình của dầu thô, tính bằng độ Reomuya (0R)
l0R = 1,250C.
d : Tỷ trọng dầu thô, xác định ở 15,60C (600F) so với nớc ở cùng nhiệt
độ.
Giới hạn hệ số K đặc trng để phân chia dầu mỏ nh sau :
Dầu mỏ họ parafinic

K = 13 ữ 12,15

Dầu mỏ họ trung gian

K = 12,110 ữ 11,5

Dầu mỏ naphtenic

K = 11,45 ữ 10,5

Dầu mỏ họ aromatic
K = 10
e) Phân loại dầu mỏ theo bản chất vật lý :

Lớp hoá dầu - QN K45

12

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

Đó là sự phân loại dựa theo tỷ trọng. Biết tỷ trọng có thể chia dầu thô
theo 3 cấp.
Dầu nhẹ :
d154 < 0,830
Dầu trung bình

d : 0,830 ữ 0,884

Dầu năng
d > 0,884
Hoặc có thể phân loại dầu thành 5 cấp :
Dầu rất nhẹ
d154 < 0,830
Dầu nhẹ vừa

d : 0,830 ữ 0,884

Dầu nặng

d : 0,865 ữ 0,905

Dầu rất nặng
d > 0,905
Ngoài ra, trên thị trờng dầu thế giới còn sử dụng độ 0API thay cho tỷ
trọng.
0

API = - 131,5

Dầu thô thờng có độ 0API từ 40 (d = 0,825) đến 10 (d 1)
Đánh giá chất lợng dầu :

Để xét giá trị của dầu thô trên thị trờng thế giới đồng thời định hớng
cho các quá trình sử dụng chế biến tính toán công suất thiết bị cho nhà máy
lọc dầu thì việc phân tích xác định các chỉ tiêu của dầu thô là rất cần thiết. Có
rất nhiều đặc tính quan trọng, trong phần này chỉ đa ra các tính chất tiêu biểu
nhất, liên quan đến sử dụng quá trình công nghệ chế biến chúng.
1. Thành phần hyđro cacbon của dầu mỏ :
Hyđro cacbon là thành phần quan trọng nhất của dầu thô, trong dầu
chúng chiếm từ 60 - 90% T L. Dầu chứa càng nhiều hyđro cacbon thì càng có
giá trị kinh tế cao. Phụ thuộc vào hàm lợng của từng loại : parafin, naphten,
aromat mà có thể sản xuất đợc các sản phẩm nhiên liệu có chất lợng khác
nhau. Dầu chứa naphten, aromat sẽ cho phép sản xuất xăng có trị số octan cao.
Dầu chứa nhiều n-parafin sẽ là nguồn tạo ra nhiên liệu diezen có chất lợng tốt,
nhng nếu hàm lợng parafin rắn quá cao sẽ làm tăng điểm đông đặc của dầu,
gây khó khăn cho quá trình vận chuyển, bốc rót, phải áp dụng các biện pháp
để hạ điểm đông, gây tốn kém. Dầu trung gian naphteno - parafinic sẽ là
nguyen liệu tốt để sản xuất ra dầu nhờn có chỉ số độ nhớt cao.
Khi khai thác đợc dâu thô, nhất thiết phải xác định hàm lợng và đặc tính
của các loại hyđro cacbon có trong dầu. Có nhiều phơng pháp để xác định

chúng nhng phổ biến là phơng pháp hoá lý nh sắc kỹ khí phổ hồng ngoại (IR)
và tử ngoại (UV) Brande, một chuyên gia về hoá dầu của Viện dầu mỏ Mỹ
Lớp hoá dầu - QN K45

13

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

(UOP) đã đa ra các công thức bán thực nghiệm, áp dụng để xác định hàm lợng
Cp, Cn, Ca trong dầu thô dựa vào độ hấp thụ của chúng trong phổ hồng ngoại.
Các công thức đó nh sau :
1. Ca = 1,2 + 9,8. (1600 cm-1)
2. Ca = 3,0 + 7,1 (813 cm-1)
Giới hạn Ca = 60%
3. Ca = 36,2 + 6,6 . (720 cm-1) - 5,9 . (1600cm-1)
Giới hạn Ca 10%
4. Cp = 29,9 + 6,6 . (720-1)
Giới hạn

Ca = 10 ữ 25%
Cp = 40 ữ 70%

5. Cn = 240lg lg [100 . (970cm -1)] - 25,5
Công thức (5) ít đợc sử dụng vì bớc sóng trong vùng 970 cm-1 rất yếu và
không ổn định. Vì vậy, có thể tính hàm lợng Cn theo công thức (6).

6. Cn = 100 - (Cp ữ Ca)
ở đây biểu thị mật độ quang học ở vùng có độ dày của cuvet là 1mm.
lg
=
d
d : Độ dày cuvet 1mm
I0 : Cờng độ tia sáng đơn sắc truyền vào lớp vật chất
I : Cờng độ tia sáng đơn sắc ló ra từ lớp vật chất
lg còn gọi là độ hấp thụ và ký hiệu là D 0 , bằng phổ IR ta xác định đợc
D0 thay vào công thức sẽ tính đợc Ca, Cn, Cp tơng ứng.
2. Tỷ trọng :
Dựa vào tỷ trọng có thể sơ bộ đánh giá dầu mỏ thuộc loại nặng hay nhẹ,
mức độ biến chất thấp hay cao. Theo tỷ trọng, phổ biến ngời ta chia dầu thành
3 cấp.
Dầu nhẹ
d154 < 0,830
Dầu trung bình

d154 = 0,830 ữ 0,884

Dầu nặng

d154 > 0,884

Lớp hoá dầu - QN K45

14

Lê Văn Định

Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

Dầu thô càng nhẹ thì hiệu suất và chất lợng các "sản phẩm trắng" thu đợc khi chng cất càng cao, dầu càng chứa ít S, càng mang nhiều đặc tính
parafinic hoặc trung gian naphteno-parafinic. Dầu càng nặng thì chứa càng
nhiều các chất dị nguyên tố, các chất nhựa và asphanten, không thuận lợi để
sản xuất các sản phẩm nhiên liệu và dầu nhờn, nhng lại là nguyên liệu tốt để
sản xuất bitum nhựa đờng và cốc.
3. Hệ số đặc trng K :
Hệ số này cho biết dầu mỏ mang đặc tính của loại hyđro cácbon nào là
chủ yếu. K dao động trong khoảng từ 13 ữ 10, trong đó :
Họ dầu parafinic

K = 13 ữ 12,5

Họ dầu naphtenic K = 11,45 ữ 10,5
Họ dầu aromatic

K = 10 ữ 10,5

Các họ dầu trung gian có giá trị K nằm giữa các trên. Biết đợc họ dầu
thô là loại gì sẽ có hớng sử dụng hợp lý. Chẳng hạn, một loại dầu thô có K =
12, dầu đó sẽ thuộc họ trung gian naphteno-parafinic, nó cho hiệu suất và chất
lợng của xăng, kerosen, gasoil cao. Dầu nhờn gốc sản xuất từ dầu thô này sẽ
có chỉ số độ nhớt cao song chất lợng bitum thu đợc từ cặn dầu đó sẽ không tốt.
4. Hàm lợng các hợp chất chứa các nguyên tố dị thể :
a) Các chất chứa lu huỳnh :
Lu huỳnh là tạp chất chủ yếu có trong dầu thô. Chúng tồn tại ở nhiều

dạng : mercaptan, sufua, disunfua, H 2S, S. Căn cứ vào hàm lợng lu huỳnh, ngời ta chia dầu mỏ ra làm 3 loại :
Dầu mỏ ít lu huỳnh
S < 0,5%
Dầu mỏ có lu huỳnh

S từ 0,51 ữ 2,0%

Dầu mỏ nhiều lu huỳnh S > 2%
Dầu mỏ chứa nhiều lu huỳnh thì khi chế biến thành các sản phẩm nhiên
liệu hoặc phi nhiên liệu, hàm lợng của nó cũng nhiều lên tơng ứng, lu huỳnh
là những chất gây nhiều tác hại: khi đốt cháy tạo S02, S03, gây độc hại và ăn
mòn đờng ống, thiết bị. Mặt khác, khi đa dầu thô đi chế biến hoá học, lu
huỳnh sẽ là nguyên nhân gây nên sự ngộ độc xúc tác, làm giảm hiệu suất và
chất lợng sản phẩm, vì vậy tuỳ theo yêu cầu của loại nhiên liệu và nguyên liệu
cho quá trình chế biến xúc tác mà cần khống chế sao cho hàm lợng S trong
giới hạn cho phép. Các giới hạn đã đợc trình bày ở phần trên.
b) Hàm lợng Nitơ trong dầu :
Lớp hoá dầu - QN K45

15

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

Các chất chứa nitơ trong dầu thờng ít hơn so với lu huỳnh. Chúng có
tính bazơ nên có ảnh hởng lớn đến quá trình lọc dầu trên xúc tác axit (quá

trình craking, reforming, alkyl hoá...) nó là nguyên nhân của sự mất hoạt tính
xúc tác và gây tạo cặn trong động cơ. Mặt khác, do nitơ có tính nhuộm màu
xanh nên nó làm cho các sản phẩm trắng bị biến màu, ví dụ kerosen khi có
mặt nitơ sẽ ngả sang màu vàng chanh, gây tâm lý bất an cho ngời sử dụng.
c) Các chất nhựa và asphanten :
Dầu mỏ có nhiều nhựa và asphanten thì trong sản phẩm (nhất là diezen,
dầu nhờn, cặn) càng có nhiều chất đó. Nói chung, nhựa và asphanten là những
chất có hại. Nếu trong sản phẩm nhiên liệu có nhựa và asphanten thì khả năng
cháy sẽ không hoàn toàn, tạo cặn và tàn, làm tắc vòi phun động cơ. Nhựa thờng là những chất dễ bị oxy hoá, sẽ làm giảm tính ổn định của các sản phẩm
dầu mỏ. Tuy nhiên dầu thô chứa nhiều nhựa asphanten thì cặn gudron của nó
sẽ là nguyên liệu tốt để sản xuất bitum, sản xuất cốc. Đối với loại dầu nặng
napteno-aromatic, hiệu suất bitum thu đợc là cao nhất. Tỷ lệ asphanten/nhựa
hoặc asphanten/ (asphanten + nhựa) cao thì chất lợng bitum thu đợc đều tốt.
Phần cặn gudron của dầu thô Việt Nam có tổng số hàm lợng nhựa và
asphanten rất thấp (14,83%) nên không thể sử dụng để sản xuất bitum.
5. Độ nhớt :
Dựa vào độ nhớt của dầu mỏ có thể tính toán đợc các quá trình bơm vận
chuyển. Dầu có độ nhớt càng cao thì càng khó vận chuyển bằng đờng ống. Để
vận chuyển đợc phải tiêu hao năng lợng, nh vậy chi phí sẽ tăng lên. Nói
chung, dầu mang đặc tính parafinic sẽ có độ nhớt thấp hơn so với dầu nặng
(naphteno-aromatic). Đối với phân đoạn dầu mỏ, chẳng hạn nh diezen, độ
nhớt phải có giá trị đảm bảo cho quá trình phun nhiên liệu trong động cơ đợc
thuận tiện (đó là 3,5 ữ 6 cSt ở 200C). với dầu nhờn, độ nhớt là một chỉ tiêu gần
nh quan trọng nhằm đảm bảo cho quá trình bôi trơn đợc tốt. Sự thay đổi độ
nhớt theo nhiệt độ phản ánh tính chất nhớt, nhiệt độ của một loại dầu thô. Sự
thay đổi này càng ít càng tốt.
6. Nhiệt độ đông đặc :
Nhiệt độ đông đặc phản ánh tính linh động của dầu ở nhiệt độ thấp. Nếu
nhiệt độ đông đặc của một loại dầu nào đó cao thì sẽ rất khó khăn cho quá
trình vận chuyển, bơm rót, phải tiến hành các biện pháp để giảm nhiệt độ

đông đặc nh gia nhiệt, dùng phụ gia gây tốn kém. Điều này gây ảnh hởng tới
giá thành dầu thô.
Lớp hoá dầu - QN K45

16

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

Có hai nguyên nhân đã đến tăng điểm đông đặc, đó là : dầu có độ nhớt
lớn và dầu có nhiều n-parafin rắn. Trong đó nguyên nhân thứ hai là chủ yếu.
Ví dụ dầu Bạch Hổ có nhiều n-parafin rắn nên nhiệt độ đông đặc là + 330C.
7. Nhiệt độ chớp cháy :
Nhiệt độ chớp cháy phản ánh hàm lợng hyđrocacbon nhẹ có trong dầu
và cho biết tính nguy hiểm đối với hiện tợng cháy nổ khi bảo quản vận
chuyển. Nhiệt độ này càng thấp, càng gần với nhiệt độ của môi trờng thì càng
phải thận trọng khi bảo quản bốc rót. Phải có các biện pháp đề phòng để giảm
tối đa hiện tợng cháy nổ.
8. Hàm lợng cốc conradson :
Độ cốc hoá canradson là đại lợng đặc trng cho khả năng tạo cốc của
phần cận dầu mỏ. Đại lợng này càng cao thì còn có nghĩa là hàm lợng càng
cao. Mặt khác, hàm lợng cốc canradson cao còn có nghĩa là hàm lợng nhựa và
asphanten trong dầu mỏ sẽ cao, và có thể sử dụng cặn dầu mỏ loại này để sản
xuất bitum nhựa đờng với hiệu suất và chất lợng tốt.
Dầu thô Việt Nam là dầu parafinic, chỉ số cốc canradson của phân đoạn
cặn gudron rất thấp (3,44%) vậy không thể sử dụng phân đoạn cặn này làm

nguyên liệu cho quá trình cốc hoá.
9. Kim loại nặng có trong dầu :
Trong dầu mỏ thờng có nhiều kim loại dới dạng vi lợng nh V, Ni, Na,
Co, Pb, Ti, Mg, Mn ... trong đó chủ yếu hai nguyên tố vanadi và niken. Hàm lợng các kim loại trong dầu phản ánh mức độ ảnh hởng của chúng khi sử dụng
các phân đoạn làm nhiên liệu hoặc nguyên liệu cho các quá trình chế biến xúc
tác. Ví dụ, nếu trong nhiên liệu đốt lò (FO) chứa nhiều V, Na, các kim loại
này sẽ gây thủng lò do tạo thành các hợp kim với sắt có nhiệt độ nóng chảy
thấp, còn trong phản ứng reforming xúc tác, Pb, As sẽ làm xúc tác mất hoạt
tính nhanh chóng, do vậy cần phải xử lý để hàm lợng các kim loại đạt giới hạn
cho phép.
Hàm lợng các kim loại nặng nh V, Ni trong dầu thô đợc xác định bằng
phơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử, dựa vào bớc sóng hấp thụ của các nguyên
tố đó trong phổ (gọi là độ hấp thụ) suy ra đợc nồng độ của chúng, sau đó tính
toán theo công thức :
M=
M : hàm lợng của V hoặc Ni (ppm)
C : nồng độ của V, Ni (àg/l)
V : thể tích dung dịch pha loãng
Lớp hoá dầu - QN K45

17

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

G : lợng mẫu

Đối với dầu thô Việt Nam hàm lợng trung bình của V và Ni so với dầu
thô thế giới là rất thấp, ngay cả trong phần cặn gudron, lợng V cũng chỉ là
0,46 ppm, còn Ni là 10,53ppm, do vậy dầu Việt Nam rất sạch, có thể sử dụng
trực tiếp cả phần cặn để thực hiện quá trình cracking xúc tác cặn (RFCC).
10. Tiềm lợng các phân đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau :
Dựa vào tiềm lợng các phân đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau ta có thể
đánh giá đợc khả năng sản xuất các sản phẩm nhiên liệu và phi nhiên liệu từ
dầu thô. Nếu tiềm lợng phân đoạn đến 2000C cao, có nghĩa là phần nhẹ trong
dầu mỏ nhiều, thì loại dầu đỏ sẽ cho phép sản xuất xăng có hiệu suất cao.
Tiềm lợng các phân đoạn đến 3500C cao, cho phép đánh giá hiệu suất các "sản
phẩm trắng" cao. Ví dụ dầu mỏ có tiềm lợng phân đoạn đến 3500C ở mức trên
35% là rất tốt để sản xuất nhiên liệu mô tơ. Còn nếu dầu mỏ có tiềm lợng
phân đoạn đó ít hơn 30% sẽ là loại dầu ít thích hợp để sản xuất các loại nhiên
liệu này. Phần có khoảng sôi 350 ữ 5000C hoặc cao hơn cho phép đánh giá
hiệu suất và chất lợng dầu nhờn thu đợc bằng phơng pháp chng cất hoặc chế
biến.
Tóm lại, để đánh giá xếp loại dầu thô, ta cần phải xem xét mọi khía
cạnh các đặc trng vật lý, chỉ tiêu chất lợng trong đó 10 chỉ tiêu trên là quan
trọng hơn cả. Từ các số liệu phân tích đợc, cộng với sự hiểu biết của nhà công
nghệ, có thể đa ra phơng án sử dụng dầu mỏ và các phân đoạn sao cho có hiệu
quả nhất, hoặc thiết lập đợc chế độ tối u cho các quá trình chế biến dầu.
iii. xử lý dầu thô trớc khi chng cất

Dầu thô trớc khi khai thác từ các mỏ dầu và chuyển vào các nhà máy
chế biến. Trớc khi chế biến phải tiến hành làm ổn định dầu vì trong dầu còn có
các loại khí hoà tan nh khí đồng hành và các khí phi hyđro cac bon. Khi dầu
phun ra khỏi các giếng khoan thì áp suất giảm, nhng dù sao vẫn còn lại một lợng khí nhất định lẫn vào trong dầu phải tách tiếp trớc khi chế biến, mục đích
là hạ thấp áp suất hơi khi chng cất dầu thô và nhận thêm nguồn nguyên liệu
cho chế biến dầu. Vì trong khí hyđro cac bon nhẹ từ C 1 ữ C4 là nguyên liệu
quý cho quá trình nhận olefin. Xử lý chế biến thực chất là chng tách bớt phần

nhẹ để tránh bay hơi cả phần xăng. Tốt nhất là tiến hành chng cất ở áp suất
cao khi đó chỉ có các cấu tử nhẹ hơn C4 bay hơi, còn phần từ C5 trở lên vẫn
còn lại trong dầu.

Lớp hoá dầu - QN K45

18

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

Muốn xử lý dầu thô trớc khi đa vào chng cất chúng ta phải trải qua
những bớc tách cơ bản.
Tách tạp chất cơ học, nớc, muối lẫn trong dầu :
Nớc lẫn trong dầu ở dới mỏ chỉ ở dạng tự do chứ không có dạng nhũ tơng. Khi khai thác, bơm, phun dầu, các quá trình khuấy trộn thì nớc cùng với
các tạp chất tạo thành ở dạng nhũ tơng.
Nớc nằm dới dạng nhũ tơng thì rất bền vững và khó tách. Có hai dạng
nhũ tơng :
- Dạng nhũ tơng nớc trong dầu
- Dạng nhũ tơng dầu trong nớc
Lợng nớc ở trong dầu nhiều hay ít trong nhũ tơng dầu ở mỏ khai thác
xác định bằng cách nhìn màu sắc. Qua thực nghiệm ngời ta kiểm tra thấy nếu
dầu chứa 10% nớc thì màu cũng tơng tự dầu không chứa nớc. Nếu nhũ tơng
dầu chứa 15 ữ 20% nớc, có màu ghi đến vàng, nhũ tơng chứa 25% nớc có màu
vàng.
Dầu mỏ có lẫn nớc ở dạng nhũ tơng đa đi chế biến thì không thể đợc mà

phải khử chúng ra khỏi dầu. Khử nớc và muối ra khỏi dầu đến giới hạn cho
phép, cần phải tiến hành ở nơi khai thác là tốt nhất.
Tiến hành tách nớc ở dạng nhũ tơng có 3 phơng pháp :
- Phơng pháp cơ học (lắng - lọc - ly tâm)
- Tách nhũ tơng nớc trong dầu bằng phơng pháp hoá học
- Tách bằng phơng pháp dùng điện trờng
a) Tách bằng phơng pháp cơ học (lắng - lọc - ly tâm )
Khi dầu và nớc trong dầu cha bị khuấy trộn mạnh và nớc ở trong dầu ở
dạng tự do với hàm lợng lớn có thể gần 50% và cao hơn.
* Phơng pháp lắng : phơng pháp này dùng khi dầu mới khai thác ở
giếng khoan lên dầu và nớc cha bị khuấy trộn nhiều nên nhũ tơng mới tạo ít và
nhũ tơng cha bền vững, nớc ở dạng tự do còn tơng đối lớn. Dầu mỏ này ngời ta
đem đi lắng, nhờ tỷ trọng nớc lớn hơn dầu nớc sẽ lắng sơ bộ và tháo ra ngoài.
Tốc độ lắng của các hạt nớc tính theo công thức Stockes nếu kích thớc
hạt lớn hơn 0,5g.
V=
(1)
Trong đó :
V : tốc độ lắng, cm/s
R : đờng kính hạt
d1, d2 : tỷ trọng nớc và dầu tơng ứng, g/cm3
Lớp hoá dầu - QN K45

19

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học
g : gia tốc trọng trờng, cm/s2
: độ nhớt động học của hỗn hợp

Từ công thức (1) ta thấy kích thớc hạt của pha phân tán càng nhỏ và tỷ
trọng của nớc và dầu khác nhau càng ít. Độ nhớt của môi trờng càng lớn thì sự
phân lớp và lắng càng xảy ra chậm.
Việc tách nớc và tạp chất thực hiện ở nơi khác và gia nhiệt ở thiết bị đốt
nóng.
ở các nhà máy chế biến dầu tách nớc thờng gia nhiệt để lắng, khống
chế nhiệt độ từ 120 ữ 1600C và p = 8 ữ 15 at để cho nớc không bay hơi. Quá
trình lắng thờng xảy ra trong thời gian 2 ữ 3 giờ.
Phơng pháp ly tâm :
Phơng pháp ly tâm tách nớc ra khỏi nhờ tác động của lực ly tâm để tách
riêng các chất lỏng có tỷ trọng khác nhau.
Giá trị lực ly tâm xác định theo phơng trình sau :
F = K.m.r.n2
K=(
m : khối lợng hạt nớc (g)
r : bán kính quay (cm)
n : số lợng vòng quay của máy ly tâm (vòng/phút)
Lực ly tâm và tốc độ tách nớc thay đổi tỷ lệ thuận với bán kính quay và
tỷ lệ với bình phơng số vòng quay của roto. Trong công nghiệp thờng dùng
máy ly tâm có vòng quay từ 3500 ữ 5000 vòng trong một phút. Số vòng quay
càng lớn thì khả năng chế tạo thiết bị càng khó khăn và không thể chế tạo thiết
bị với công suất lớn.
Nhợc điểm của phơng pháp này là công suất máy bé, khả năng phân
chia không cao, vốn chi tiêu lớn vì vậy phơng pháp này không phổ biến trong
công nghệ tách nớc và tạp chất.
Phơng pháp lọc :

Là tách nớc ra khỏi dầu sử dụng khi mà hỗn hợp nhũ tơng dầu đã bị phá
vỡ nhng nớc vẫn ở dạng lơ lửng trong dầu mà cha đợc lắng xuống đáy. Dùng
phơng pháp này là nhờ lợi dụng tính chất thấm ớt chọn lọc của các chất lỏng
khác nhau lên các chất lọc khác. Phơng pháp lọc đạt hiệu quả rất cao và đồng
thời có thể tách cả nớc lẫn muối.

Lớp hoá dầu - QN K45

20

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

b) Tách nhũ tơng nớc trong dầu bằng phơng pháp hoá học :
Bản chất của phơng pháp hoá học là cho thêm một hoá học chất hoạt
động bề mặt để phá nhũ tơng.
Khi các điều kiện theo tác nh nhiệt độ, áp suất đợc chọn ở chế độ thích
hợp thì hiệu quả của phơng pháp cũng rất cao nhng khó khăn nhất là phải
chọn đợc chất hoạt động bề mặt thích hợp không gây hậu quả khó khăn cho
chế biến sau này cũng nh không phân huỷ hay tạo môi trờng ăn mòn thiết bị.
c) Tách bằng phơng pháp dùng điện trờng :
dàu đ tách muối n ớc

máy biến áp

LC

muối n ớc
trộn
dầu thô

LC

n ớc sạch
tr ao đổi nhiệt

Hình 1 : sơ đồ công nghệ khu muối nớc bằng điện
Phơng pháp dinh điện trờng để phá nhũ, tách muối khỏi dầu là một phơng pháp hiện đại công suất lớn quy mô công nghiệp và dễ tự động hoá nên
các nhà máy chế biến dầu lớn đều sử dụng phơng pháp này.
Vì bản thân các tạp chất đã là các hạt dễ nhiễm điện tích nếu ta dùng
lực điện trờng mạnh sẽ làm thay đổi điện tích, tạo điều kiện cho các hạt đông
tụ hay phát triển làm cho kích thớc lớn lên do vậy chúng dễ tách ra khỏi dầu.
Sự tơng tác giữa điện trờng và các hạt làm cho các hạt tích điện lắng
xuống. Nguyên tắc này đợc áp dụng để tách muối ra khỏi dầu thô. Dầu thô đợc đốt nóng trong các thiết bị trao đổi nhiệt rồi trọn lại với mọi lợng nớc sạch
để tạo thành nhũ tơng chứa muối. Lực hút giữa các hạt tích điện làm chúng
lớn lên và ngng tụ thành hạt có kích thớc lớn, chúng dễ tách thành lớp nớc
nằm dới dầu.
Trên thực tế ngời ta pha thêm nớc vào dầu một lợng từ 3 - 8% so với
dầu thô có pha thêm hoá chất rồi cho qua van tạo nhũ tơng sau khi qua thiết bị
trao đổi nhiệt ở nhiệt độ từ 130 ữ 1500C muối trong dầu thô đợc chuyển vào
nhũ tơng. Khi dẫn vào khoảng cách giữa hai điện cực có hiệu điện thế từ
Lớp hoá dầu - QN K45

21

Lê Văn Định

Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

20.000V trở lên chúng tích điện vào nhau và tăng dần kích thớc cuối cùng
tách thanh lớp nớc nằm ở dới dầu. Tránh sự bay hơi dầu do tiếp xúc ở nhiệt độ
cao, áp suất ở trong thiết bị tách muối đợc giữ ở áp suất 9 ữ 12kg/cm2, bộ phận
an toàn đợc bố trí ngay trong thiết bị. Khi tách một bậc ngời ta có thể tách 90
ữ 95% muối, còn tách hai bậc hiệu suất tách muối lên tới 99%.
Các phơng pháp chng cất

ý nghĩa của quá trình chng cất trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô
sau khi qua xử lý, tách nớc, muối và tạp chất cơ học đợc đa vào chng cất, quá
trình chng cất dầu ở áp suất khí quyển AD và chng cất chân không VD thuộc
về các quá trình chế biến vật lý.
Chng cất ở áp suất khí quyển AD với nguyên liệu là dầu thô đôi khi còn
gọi là CDU. Còn chng cất VD dùng nguyên liệu là cặn của quá trình chng cất
AD. Trong thực tế đôi khi còn đợc gọi là cặn chng cất. Tuỳ theo bản chất
nguyên liệu và mục đích của quá trình chúng ta áp dụng chng cất AD, VD hay
kết hợp cả hai AD, VD. Các nhà máy hiện đại ngày nay luôn dùng công nghệ
AVD. Khi áp dụng loại hình công nghệ AD chúng ta chỉ chng cất dầu thô để
nhập các phân đoạn: xăng (naphta nhẹ, naphta nặng) phân đoạn kerosen, phân
đoạn diezen và phần cặn còn lại sau khi chng cất. Nh vậy tuỳ thuộc vào thành
phần dầu mỏ nguyên liệu và mục đích chế biến mà ngời ta áp dụng một trong
các loại hình công nghệ chng cất (hình 1: a, b, c, d).
Cơ sở lý thuyết của quá trình chng cất
iii
Quá

trình chng
cất dầu thô là một quá trình phân đoạn. Quá trình này đ3
ợc thực hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm tách các phần dầu theo nhiệt
độ sôi của các cấu tử trong dầu mà không xảy ra sự phân huỷ. Hơi nhẹ bay lên
và ngng tụ thành phần lỏng tuỳ theo biện pháp tiến hành chng cất mà ngời ta
i
phân chia quá trình chng cất thành chng cất đơn giản, chng
cất 3phức tạp, chng
1
V
iv
nhờ cấu tử bay hơi chng trong chân không.
3

1

V

1

3
vi

V

1

3
vii

1

3
viii

V

1

Lớp hoá dầu - QN K45

3
ix

Lê Văn Định

22
h ình 1.a

sơ đồ ch ng cất dầu thô loại ad


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

7

2
x

viii

1

3

V

xiii

V

1

1
1

3
xiv

V

2

1

3
xv

V
1

3
xii

Lớp hoá dầu - QN K45

23
hìn h 1.c

sơ đồ ch ng cất dầu thô loại vd nhận dầu nhờn

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

x

iii

3
viii

ii

6

V
3
1

1

4

5

V
V

2

1

3

1

3

1

3

1

3

V
1

7

V
V

2

V

1

3

1

3

1

3

xiii

xiv

xv

V
1

3

xii

hình 1.d

sơ đồ ch ng cất kết hợp avd

Chú thích : 1. Thiết bị trao đổi, 2 lò đốt, 3 làm lạnh, 4 tháp, ch ng cất 5,
tháp tái sinh hơi 6, bể chứa 7 tháp chng cất chân không, I dầu thô, II x xăng, II
khí IV, xăng nặng, V hơi nớc, Vi kerosen VII gazoil nhẹ, VIII gazoil nặng IX
cặn AD, X ữ XV dầu nhờn (các loại dầu nhờn)
1. Chng cất đơn :
Chng đơn giản là quá trình chng cất đợc tiến hành bằng cách bay hơi
dần dần, một lần hay nhiều lần mỗi hỗn hợp chất lỏng cần chng đợc mô tả trên
hình 2 (a, b, c)
a) Chng cất bay hơi dần dần :
sơ đồ chng cất bay hơi dần dần đợchình
trình
a bày trên hình 2a gồm: thiết bị
sản phẩm ch ng
đốt nóng liên tục, mỗi hỗn hợp chất lỏng trong bình chng 1. 3Từ nhiệt độphần
thấp
cất đ ợc
tới nhiệt độ sôi cuối khi liên tục tách hơi sản phẩm lỏng trong bể chứa 4 phơng
pháp này thờng đợc áp dụng trong phòng thí nghiệm.

2
thùng bay hơi dần dần

2

dầu thô

Lớp hoá dầu - QN K45
sản phẩm đáy

24

Lê Văn Định

lò đốt nóng


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

b) Chng cất bằng cách bay hơi một lần :
Sơ đồ chng cất bằng cách bay hơi một lầ đợc trình bày trên hình 2b, phơng pháp này còn gọi là phơng pháp bay hơi cân bằng. Phơng pháp này ngời
ta tiến hành ở nhiệt độ nhất định cho trớc và áp suất cố định.
- Ưu điểm của quá trình chng cất cho phép áp dụng trong điều kiện thực
tế chng cất dầu, tuy với nhiệt độ chng cất dới dạng hạn nhng vẫn cho phép
nhận đợc một phần cất lớn hơn.
- Nhợc điểm của phơng pháp là độ phân chia cha cao.
hình b

3

sản phẩm ch ng
( lỏng )

1
thùng bay hơi một lần

2

dầu thô

lò đốt

c) Chng cất bằng cách bay hơi nhiều lần :
sản phẩm đáy
Đây là quá trình( cặn
gồm) nhiều quá trình chng bay hơi một lần nối tiếp
nhau ở nhiệt độ tăng dần hay áp suất thấp hơn đối với phần cặn (hình 2c) trình
bày sơ đồ chng cất lần 2. Phần cặn của chng cất lần một nguyên liệu cho chng
cất lần hai, sau khi đợc đốt nóng đến nhiệt độ cao hơn từ đỉnh của thiết bị chng lần một ta nhận đợc sản phẩm đỉnh còn đáy chng cất lần hai ta nhận đợc
sản phẩm cặn.

Lớp hoá dầu - QN K45

25

Lê Văn Định

Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

Phơng pháp chng cất dầu bằng bay hơi một lần và bay hơi nhiều lần có
ý nghĩa rất lớn trong thực tế công nghiệp chế biến dầu, ở đây các dây chuyền
hoạt động liên tục. Quá trình bay hơi một lần đợc áp dụng khi đốt nóng dáu
trong các thiết bị trao đổi nhiệt, trong lò ống và quá trình tách rời pha hơi khỏi
khỏi pha lỏng ở bộ phận cung cấp, phân phối của tháp tinh luyện.
Chng đơn giản nhất là với loại bay hơi một lần, không đạt đợc bộ phận
chia cao khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phần của các hợp chất
lỏng ngời ta phải tiến hành chng cất có tinh luyện đó là chng phức tạp.
hình c

3

sản phẩm lỏng

3

sản phẩm ch ng

1
thùng bay hơi nhiều lầ n

2
dầu thô
lò đốt

2

cặn đáy
lò đốt

sơ đồ ch ng cất dầu thô

2. Chng phức tạp : 1.thùng; 2.lò đốt; 3.thiết bị làm lạnh
* Chng cất có hồi lu :
Quá trình chng cất có hồi lu là một quá trình chng khi lấy một phần
chất lỏng ngng tụ hơi tách ra cho quay lại tới vào dòng bay hơi lên nhờ có sự
tiếp xúc đồng đều và thêm một lần nữa giữa pha lỏng và pha hơi mà pha hơi
khi tách khỏi hệ thống lại đợc làm giàu thêm cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp
hơn) so với khi không có hồi lu, nhờ vậy có sự phân chia cao hơn. Việc hồi lu
lại chất lỏng đợc khống chế bằng bộ phận phân chia đặc biệt và đợc bố trí trên
bộ phận chng.
a) Chng cất có tinh luyện :
Chng cất có tinh luyện còn cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với
hồi lu. cơ sở quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả hai phía
Lớp hoá dầu - QN K45

26

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

giữa pha lỏng và pha hơi chuyển động ngợc chiều nhau. Quá trình này đựơc
thực hiện bằng phơng pháp tinh luyện. Để đảm bảo cho sự tiếp xúc hoàn thiện

hơn giữa pha hơi và pha lỏng trong tháp đợc trang bị các đĩa hay đệm. Độ
phân chia một hỗn hợp các cấu tử trong tháp đợc phụ thuộc vào số lần tiếp xúc
giữa các pha vào lợng hồi lu ở mỗi đĩa và hồi lu ở đỉnh tháp.
Công nghệ hiện đại chng cất sơ khởi dầu thô dựa vào quá trình chng cất
một lần và nhiều lần có tinh luyện xảy ra trong tháp chng cất phân loại trong
tháp có bố trí đĩa.
chất lỏng
thân tháp
máng chảy chuyền

hồ i l u trung gian

tới tháp bay hơi phụ
đĩa chụp

Lớp hoá dầu - QN K45

27

Lê Văn Định
cửa t háo hồi l u

hơi


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

Hình 3 : nguyên lý làm việc của các tầng đĩa trong tháp tinh luyện

Pha hơi V n bay lên từ đĩa n lên đĩa n - 1 đợc tiếp xúc với pha lỏng Ln-1
chảy từ đĩa n - 1 xuống, còn pha lỏng Ln từ đĩa n, chảy xuống đĩa phía dới n +
1 lại tiếp xúc với pha hơi V n+1 bay từ dới lên. Nhờ quá trình tiếp xúc nh vậy
mà quá trình trao đổi chất xảy ra tốt hơn. Pha hơi bay lên ngày càng đợc làm
giàu thêm nhiều cấu tử nhẹ, còn pha lỏng chảy xuống phía dới ngày càng chứa
nhiều cấu tử nặng. Số lần tiếp xúc càng nhiều, sự trao đổi chất ngày càng tăng
và sự phân chia ngày càng tốt, hay nói cách khác, tháp có độ phân chia cao.
Đĩa trên có hồi lu đỉnh, còn đĩa dới cùng có hồi lu đáy. Nhờ có hồi lu đỉnh và
đáy cho làm tháp hoạt động liên tục, ổn định và có khả năng phân tách cao.
Ngoài đỉnh và đáy ngời ta còn thiết kế hồi lu trung gian bằng cách lấy sản
phẩm lỏng ở cạnh sờn tháp cho qua trao đổi nhiệt làm lạnh rồi quay lại tới vào
tháp, còn khi lấy sản phẩm cạnh sờn của tháp ngời ta trang bị thêm các bộ
phận tách trung gian cạnh sờn của tháp.
Nh vậy theo chiều cao của tháp tinh luyện sẽ nhận đợc các phân đoạn
có giới hạn sôi khác nhau tuỳ thuộc vào chế độ công nghệ chng cất dầu thô,
nguyên liệu ban đầu.
b) Chng cất chân không và chng cất hơi nớc :
Gồm hỗn hợp các cấu tử có trong dầu thô thờng không bền, dễ bị phân
huỷ khi tăng nhiệt độ. Trong số các hợp chất dễ bị phân huỷ nhiệt nhất là các
hợp chất chứa lu huỳnh và các hợp chất cao phân tử nh nhựa ... các hợp chất
parafin kém bền nhiệt hơn các hợp chất naphten và naphten lại kém bền hơn
các hợp chất thơm. Độ bền nhiệt của cấu tử tạo thành dầu không chỉ phụ thuộc
Lớp hoá dầu - QN K45

28

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc cả thời gian tiếp xúc ở nhiệt độ đó. Trong thực
tế chng cất, đối với các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao, ngời ta còn tránh sự
phân huỷ nhiệt khi chúng đốt nóng. Tuỳ theo loại dầu thô, trong thực tế không
nên đốt nóng quá 4200C với dầu không có hay chứa ít lu huỳnh và không quá
3200C ữ 3400C với dầu có nhiều lu huỳnh.
Sự phân huỷ khi chng cất sẽ làm xấu đi các tính chất của sản phẩm, nh
làm giảm độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy của chúng, giảm độ bền oxi hoá.
Nhng quan trọng hơn cả là chúng gây nên nguy hiểm cho quá trình chng cất vì chúng tạo thành các tạp chất ăn mòn và làm tăng áp suất của tháp.
Để giảm sự phân huỷ, thời gian lu của nguyên liệu ở nhiệt độ cao cũng cần đợc hạn chế. Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí quyển cao hơn nhiệt độ
phân huỷ của chúng, ngời ta phải chng cất chân không VD, hay chng cất với
hơi nớc để tránh sự phân huỷ nhiệt, chân không làm giảm nhiệt độ sôi, còn hơi
nớc cũng có tác dụng làm giảm nhiệt độ sôi, giảm áp suất riêng phần của cấu
tử hỗn hợp làm cho chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn. Hơi nớc đợc dùng ngay cả
trong chng cất khí quyển. Khi tinh luyện, hơi đợc dùng để tái bay hơi phân
đoạn có nhiệt độ sôi thấp còn chứa trong mazut hay trong gudron, trong
nguyên liệu hoặc dầu nhờ. Kết hợp dùng chân không và hơi nớc khi chng cất
phần cặn sẽ cho phép tách sâu hơn phân đoạn dầu nhờn.
Tuy nhiên tác dụng của hơi nớc làm tác nhân bay hơi còn bị hạn chế vì
nhiệt độ bay hơi khác xa so với nhiệt độ đốt nóng chất lỏng. Vì thế nếu tăng
năng lợng hơi nớc thì nhiệt độ và áp suất hơi bão hoà của dầu giảm xuống và
sự tách hơi cũng giảm theo. Do vậy lợng hơi nớc có hiệu quả tốt nhất chỉ trong
khoảng từ 2 ữ 3% so với nguyên liệu đem chng cất khi mà số cấp tiếp xúc là 3
hoặc 4. Trong điều kiện nh vậy lợng dầu tách ra từ phân đoạn mazut đạt tới 14
ữ 23%.
Khi chng cất với hơi nớc số lợng phân đoạn tách ra đợc có thể tính theo
phơng trình sau :
G=.Z

Trong đó :
G và Z : số lợng hơi dầu tách đợc và lợng hơi nớc
M : phân tử lợng của hơi dầu
18 : phân tử lợng của nớc
P : áp suất tổng cộng của hệ
Lớp hoá dầu - QN K45

29

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

P : áp suất riêng phần của dầu ở nhiệt độ chng
Nhiệt độ của hơi nớc cần phải không thấp hơn nhiệt độ của hơi dầu để
tránh sản phẩm dầu ngậm nớc. Do vậy, ngời ta thờng dùng hơi nớc có nhiệt độ
từ 3800C ữ 4500C, áp suất hơi từ 0,2 ữ 0,5Mpa. Hơi nớc dùng trong công nghệ
chng cất dầu có rất nhiều u điểm: làm giảm áp suất hơi riêng phần của dầu,
tăng cờng khuấy trộn chất lỏng tránh tích nhiệt cục bộ, tăng diện tích bề mặt
bay hơi do tạo thành các tia và bong bóng hơi. Ngời ta cũng dùng hơi nớc để
tăng cờng đốt nóng cặn dầu trong lò ống khi chng cất chân không. Khi đó đạt
mức độ bay hơi lớn cho nguyên liệu dầu, tránh sự tạo cốc trong ác lò đốt
nóng. Tiêu hao hơi nớc trong trờng hợp này vào khoảng 03 ữ 0,5% với nguyên
liệu.
3. Các yếu tố ảnh hởng :
- Các thông số công nghệ ảnh hởng trực tiếp tới hiệu suất và chất lợng
của quá trình chng cất nh nhiệt độ, áp suất, phơng pháp chng cất.

- Chế độ công nghệ chng cất phụ thuộc vào chất lợng dầu thô ban đầu,
vào mục đích và yêu cầu của quá trình, chủng loại sản phẩm cần thu và phải
có dây chuyền công nghệ hợp lý. Vì vậy, khi thiết kế quá trình chng cất chúng
ta phải xét kỹ và kết hợp đầy đủ các yếu tố để quá trình chng cất đạt hiệu quả
kinh tế cao. Sơ đồ nguyên lý của tháp chng cất đợc trình bày trên hình 4. Các
yếu tố ảnh hởng tới công nghệ chng cất dầu chính là yếu tố ảnh hởng tới quá
trình làm việc của tháp chng cất.
* Chế độ của tháp chng luyện :
Nhiệt độ là một thông số quan trọng nhất của tháp chng, bằng cách thay
đổi nhiệt độ của tháp sẽ điều chỉnh đợc chất lợng và hiệu suất của sản phẩm,
chế độ nhiệt của tháp gồm: nhiệt độ của nguyên liệu vào tháp, nhiệt độ đỉnh
tháp, nhiệt độ trong và đáy tháp.
Nhiệt độ của nguyên liệu dầu thô vào tháp chng đợc khống chế tuỳ theo
bản chất của loại dầu thô, mức độ cần phân chia sản phẩm, áp suát trong tháp
và lợng hơi của nớc đa vào đáy tháp nhng phải tránh khỏi đợc sự phân huỷ
nhiệt của nguyên liệu ở nhiệt độ cao, do vậy nhiệt độ lò ống đốt nóng phải đợc
khống chế chặt chẽ.
Nhiệt độ đáy tháp chng luyện phụ thuộc vào phơng pháp bay hơi và
phần hồi lu đáy. Nếu bay hơi hồi lu đó bằng một thiết bị đốt nóng riêng thì
nhiệt độ đáy tháp sẽ ứng với nhiệt độ bay hơi cân bằng ở áp suất tại đáy tháp.
Nếu bốc hơi bằng cách dùng hơi nớc quá nhiệt độ phần đáy tháp sẽ thấp hơn
Lớp hoá dầu - QN K45

30

Lê Văn Định


Đồ án tốt nghiệp

Trờng ĐHBK Hà Nội - Khoa công nghệ Hoá học

nhiệt độ vùng nạp liệu. Nhiệt độ đáy tháp phải chọn tối u tránh sự phân huỷ
các cẩu tử nặng nhng phải đủ để tách hết hơi nhẹ khỏi phần cặn đáy.
Nhiệt độ đỉnh tháp phải đợc khống chế nhằm đảm bảo sự bay hơi hoàn
toàn sản phẩm đỉnh mà không gây sự cuốn theo các phần nặng. Muốn vậy ngời ta phải dùng hồi lu đỉnh tháp để tách xăng khỏi các phân đoạn khác. Nhiệt
độ đỉnh tháp chng khi chng cất ở áp suất khí quyển cần giữ trong khoảng 100
ữ 1200C. Còn với tháp chng chân không khi P chng từ 10 ữ 70 mmHg thờng
không qua 1200C để tách hết phần gazoil nhẹ còn lẫn trong nguyên liệu.
Dùng hồi lu sẽ tạo điều kiện phân chia tốt. Hồi lu đỉnh tháp thờng có 2
dạng :
- Hồi lu nóng đợc thực hiện bằng cách cho ngng tụ một phần hơi sản
phẩm đỉnh ở nhiệt độ sôi của nó, sau đó cho tới lại đỉnh tháp. Nh vậy, chỉ cần
cung cấp một lợng nhiệt để bốc hơi. Tác nhân làm lạnh có thể dùng nớc hay
chính sản phẩm lạnh, công thức của nhiệt lợng hồi lu nóng.
Rn =
Trong đó :
Rn : lợng hồi lu nóng (kg/h)
Q : lợng nhiệt hồi lu cần lấy để bốc hơi (kcal/h)
L : lợng nhiệt ngng tụ của sản phẩm lỏng (kcal/h)
Do thiết bị hồi lu nóng khó lắp ráp và có nhiều khó khăn cho việc vệ
sinh, đặc biệt công suất thấp nên ngày càng đợc ít dùng.
- Hồi lu nguội : là loại đợc thực hiện bằng cách làm nguội và ngng tụ
toàn bộ sản phẩm đỉnh rồi tới trở lại đỉnh tháp. Khi đó lợng nhiệt cần thiết để
cấp cho phần hồi lu bao gồm nhiệt cần để nung nóng nó đến nhiệt độ sôi và lợng nhiệt cần hoá hơi, do vậy hồi lu nguội tính bằng công thức :
Rng = =
Trong đó :
Rng : lợng hồi lu nguội
Q : lợng nhiệt mà hồi lu cần
qht1 : hàm nhiệt của hơi

qlt2 : nhiệt của lỏng hồi lu
i : lợng nhiệt phần hơn cần
C : nhiệt dung của sản phẩm hồi lu
t1, t2 : nhiệt độ của hơi và của lỏng tơng ứng
Hồi lu nguội đợc sử dụng tơng đối rộng rãi vì lợng hồi lu thờng ít, làm
tăng rõ ràng chất lợng mà không làm giảm nhiều năng suất của tháp chng.
Lớp hoá dầu - QN K45

31

Lê Văn Định