Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí mô phỏng phân xưởng chưng cất khí quyển của nhà máy lọc dầu nghi sơn bằng phần mềm PROII

LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp là những gì đúc kết lại sau một quá trình học tập, nghiên cứu
của sinh viên dưới sự hướng dẫn của các quý thầy cô. Sau ba tháng làm việc, em đã
hoàn thành đề tài. Thành quả đạt được hôm nay là do sự nỗ lực của bản thân dưới sự
hướng dẫn giúp đỡ động viên tận tâm của quý thầy cô, của bố mẹ cũng như các anh
chị em, bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Trường Đại Học Bách Khoa Đà
Nẵng đã truyền đạt kiến thức cơ bản và giúp đỡ chúng em trong những năm học vừa
qua, đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Hóa và bộ môn công nghệ chế biến dầu-khí.
Trên hết em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến cô TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân đã
hướng dẫn đề tài và tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp
này.
Em xin trân trọng gửi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè của em lời cảm ơn và
những lời chúc tốt đẹp nhất.
Trong quá trình thực hiện, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu sót
là điều khó tránh khỏi. Em rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các
bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Đà nẵng, ngày 2 tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Ngân


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

MỤC LỤC
MỤC LỤC....................................................................................................................... i
DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................................v
DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................vii

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT.......................................................................viii
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................ix
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN...........................1
I. Giới thiệu tổng quan khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn – Thanh Hóa...................1
1. Tổng quan về khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn...............................................1
2. Mục đích xây dựng khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn – Thanh Hóa.................1
3. Công suất thiết kế và nhu cầu sản phẩm thương mại của nhà máy......................2
II. Nguyên liệu dùng cho khu Liên hợp lọc hóa dầu nghi Sơn....................................2
1. Lý do chọn dầu Kuwait làm nguyên liệu cho nhà máy........................................2
2. Các tính chất đặc trưng của dầu Kuwait...............................................................3
III. Các sản phẩm thương mại của liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn..............................4
1. Các sản phẩm năng lượng....................................................................................5
1.1 LPG................................................................................................................5
1.2 Xăng (Gasoline)..............................................................................................5
1.3 Nhiên liệu phản lực JET A1............................................................................7
1.4 Nhiên liệu Diesel............................................................................................7
1.5 Dầu đốt FO.....................................................................................................9
2. Các sản phẩm phi năng lượng............................................................................10
2.1 Benzen..........................................................................................................10
2.2 Poly-propylene.............................................................................................10
2.3 Lưu huỳnh.....................................................................................................11
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT...................................12
I. Sơ lược về quá trình chưng cất..............................................................................12
1. Khái niệm về quá trình chưng cất......................................................................12
SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

1


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

2. Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất.............................................................13
2.1 Cân bằng lỏng – hơi......................................................................................13
2.2 Nguyên lí của quá trình chưng cất...............................................................14
2.3 Tháp chưng cất.............................................................................................18
II. Chưng cất dầu thô.................................................................................................20
1. Khái niệm..........................................................................................................20
2. Cách thức xác định tiêu chuẩn sản phẩm trong chưng cất dầu thô (GAP,
OVERLAP)...........................................................................................................23
3. Hệ thống phân xưởng chưng cất trong nhà máy lọc dầu....................................25
3.1 Giới thiệu chung về phân xưởng chưng cất khí quyển..................................25
3.2 Quy trình công nghệ....................................................................................25
3.3 Thiết kế........................................................................................................26
3.4 Sản phẩm của phân xưởng chưng cất khí quyển gồm các phân đoạn...........27
3.5 Công nghệ của hệ thống chưng cất khí quyển..............................................29
3.6 Các thiết bị phụ trợ trong cụm chưng cất khí quyển.....................................30
CHƯƠNG III: SƠ LƯỢC VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROII...............................32
I. Giới thiệu về phần mềm ProII................................................................................32
II. Các bước tiến hành mô phỏng..............................................................................33
CHƯƠNG IV: TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU
NGHI SƠN................................................................................................................... 35
I. Phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.................................................35
1. Mục đích của quá trình......................................................................................35
2. Mô tả quá trình...................................................................................................35
II. Cơ sở thiết kế........................................................................................................36
1. Mục đích thiết kế...............................................................................................36
2. Các nguồn nguyên liệu thiết kế..........................................................................37
3. Các trường hợp thiết kế......................................................................................37

3.1 Thiết kế cơ bản.............................................................................................37
3.2 Trường hợp tối thiểu Kerosene.....................................................................39
4. Các trường hợp kiểm tra....................................................................................39
SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

2


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

4.1 Trường hợp tối đa Kerosene.........................................................................39
4.2 Trường hợp hồi lưu lạnh...............................................................................39
4.3 Trường hợp Murban......................................................................................39
CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THÁP CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN CỦA
NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN.............................................................................40
I. Nguyên liệu dầu thô Kuwait (theo trường hợp cơ bản)..........................................40
II. Lựa chọn mô hình nhiệt động và hệ đơn vị chính.................................................40
1. Lưu lượng dòng nguyên liệu và các dòng sản phẩm chính:...............................41
2. Các điều kiện vào trước tháp của dầu thô:.........................................................41
3. Thông số các dòng hơi nước quá nhiệt:..............................................................41
4. Các tiêu chuẩn kỹ thuật:.....................................................................................41
5. Mô hình tháp 010-C-001 trong mô phỏng bằng phần mềm Pro/II:....................42
III. Tiến hành mô phỏng:...........................................................................................42
1. Chuyển số đĩa thực tế sang số đĩa lý thuyết:......................................................42
2. Mô phỏng tháp chưng cất khí quyển:.................................................................44
2.1 Nhập dòng nguyên liệu:................................................................................44
2.2 Các thiết bị trước tháp chưng cất..................................................................47
2.3 Nhập các thông số cho tháp chính:...............................................................49

2.4 Nhập các thông số cho các stripper:.............................................................50
2.5 Nhập các thông số cho bình tách:.................................................................50
CHƯƠNG VI: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG THÁP CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN VÀ KẾT
LUẬN........................................................................................................................... 51
I. Phân tích kết quả mô phỏng cụm tháp chính và các dòng sản phẩm trích ngang...51
1. Lưu lượng các dòng sản phẩm...........................................................................51
2. Chất lượng sản phẩm.........................................................................................51
II. Tính hiệu suất đĩa.................................................................................................59
1. Xác định số đĩa thực tế cho vùng NAPH – KER:..............................................60
2. Xác định số đĩa thực tế cho vùng KER – AGO:.................................................61
3. Xác định số đĩa thực tế cho vùng AGO – RA:...................................................62
CHƯƠNG VII:

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THU HỒI NHIỆT................................64

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

3


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

I. Thiết lập sơ đồ hệ thống thu hồi nhiệt....................................................................64
II. Mô phỏng hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt.............................................................64
1. Cơ sở tính toán...................................................................................................64
2. Nhập dữ liệu và xử lý kết quả mô phỏng...........................................................66
2.1 Mô phỏng thiết bị trao đổi nhiệt...................................................................66
2.2 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt.......................68

CHƯƠNG VIII: THIẾT KẾ THÁP CHÍNH VÀ CÁC SIDE COLUMN.....................69
I. Thiết kế sizing tháp chính và các side column:.....................................................69
1. Tháp chính (T1).................................................................................................70
2. Các side column.................................................................................................70
II. Rating tháp chính và các sidecolumn....................................................................71
1. Tháp chính.........................................................................................................71
2. Các side column.................................................................................................72
KẾT LUẬN..................................................................................................................75
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................76

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1 Tóm tắt một số tính chất đặc trưng của dầu thô Kuwait.................................4
Bảng 1-2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng LPG..................................................................5
Bảng 1-3 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng xăng không chì.................................................6
Bảng 1-4 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu phản lực JET A1 áp dụng cho dự án 7
Bảng 1-5 Tiêu chuẩn chất lượng nhiên liệu diesel áp dụng cho dự án...........................8
Bảng 1-6 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu đốt FO áp dụng cho dự án........................10
Bảng 1-7 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng Benzen...........................................................10
Bảng 4-1 Các điểm cắt của sản phẩm của CDU..........................................................37
Bảng 4-2 Tiêu chuẩn của sản phẩm.............................................................................38
Bảng 4-3 Tiêu chuẩn của quá trình phân tách..............................................................38

Bảng 5-1 Một số tính chất của dầu thô Kuwait............................................................40
Bảng 5-2 Lưu lượng các phân đoạn sản phẩm (Tính toán dựa vào điểm cắt và đường
cong chưng cất dầu thô TBP)................................................................................41
Bảng 5-3 Thông số của hơi nước Stripping.................................................................41
Bảng 5-4 Số đĩa lý thuyết của các vùng.......................................................................44
Bảng 5-5 Số liệu đường cong TBP của dầu thô Kuwait (lấy từ CRUDE OIL
ASAY/3550-8110-PD-0003 REV D3)..................................................................45
Bảng 5-6 Số liệu các thành phần nhẹ của dầu thô Kuwait (lấy từ CRUDE OIL
ASAY/3550-8110-PD-0003 REV D3)..................................................................45
Bảng 5-7 Các cấu tử giả trong thành phần dòng CRUDE1..........................................46
Bảng 5-8 Áp suất làm việc của tháp chính...................................................................49
Bảng 5-9 vị trí các dòng nguyên liệu và sản phẩm......................................................49
Bảng 5-10 thông số của các Pumparound....................................................................49
Bảng 5-11 Các ràng buộc cho tháp chính....................................................................50
Bảng 5-12 Các thông số làm việc của các Stripper......................................................50
Bảng 6-1 Lưu lượng các dòng sản phẩm.....................................................................51
Bảng 6-2 Chất lượng các phân đoạn của tháp CDU....................................................52
Bảng 6-3 Gap và Overlap của các phân đoạn..............................................................52
Bảng 6-4 Khống chế chất lượng phân tách..................................................................54
Bảng 6-5 So sánh giá trị PFD và sau khi dùng Controller...........................................55
Bảng 6-6 So sánh các tiêu chuẩn của sản phẩm...........................................................56
SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

5


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

Bảng 6-7 Xác định số đĩa thực tế cho vùng Naphta – Kerosen....................................61
Bảng 6-8 Xác định số đĩa thực tế cho Kerosen – LGO................................................62
Bảng 6-9 Xác định số đĩa thực tế cho vùng AGO – RA..............................................63
Bảng 7-1 Thông số của các thiết bị TĐN sau khi mô phỏng........................................67
Bảng 7-2 Tổng diện tích bề mặt TĐN của các thiết bị TĐN........................................68
Bảng 7-3 Nhiệt độ dòng nóng và dòng nguội qua từng thiết bị TĐN sau khi mô phỏng
.............................................................................................................................. 68
Bảng 8-1 Các thông số để sizing tháp chính và side column.......................................69
Bảng 8-2 Các thông số để thiết kế tháp chính từ kết qủa sizing...................................71
Bảng 8-3 Các thông số để thiết kế các Side Column từ kết qủa sizing........................72

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

6


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2-1: Quan hệ giữa áp suất và nồng độ của dung dịch hai cấu tử........................14
Hình 2-2: Quan hệ y – x...............................................................................................15
Hình 2-3: Quan hệ t – x, y............................................................................................15
Hình 2-4: Đồ thị thể hiện quá trình bay hơi.................................................................16
Hình 2-5: Sơ đồ chưng nhiều lần có hồi lưu của Cellier-Blumenthal..........................17
Hình 2-6: Sơ đồ hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục................................................18
Hình 2-7: Đồ thị so sánh của 3 đường cong chưng cất TBP, ASTM, FC......................21
Hình 2-8: Đồ thị đường cong TBP được chia thành 10 cấu tử giả...............................22
Hình 2-9: Đồ thị đường cong FC được xây dựng từ đường cong TBP.........................23

Hình 2-10: tiêu chuẩn tách phân đoạn dầu mỏ theo giá trị GAP.................................24
Hình 2-11: Tiêu chuẩn tách phân đoạn dầu mỏ theo giá trị OVERLAP.......................24
Hình 3-1: Biểu tượng phần mềm Pro/II............................................................................
Hình 3-2: Giao diện phần mềm Pro/II.............................................................................
Hình 5.1 Mô hình tháp chính C-001.................................................................................
Hình 5.2 Đường cong chưng cất dầu thô TBP..................................................................
Hình 5.3 Mô hình các thiết bị trước khi vào tháp chính...................................................
Hình 6.1: Đồ thị xác định hiệu suất sử dụng đĩa theo phương pháp O’Connell...........60
Hình 6.2 Biểu đồ thể hiện thành phần của hai phân đoạn NAPH_KER.......................61
Hình 6.3 Biểu đồ thể hiện thành phần hai phân đoạn KER_AGO................................62
Hình 6.4 Biểu đồ thể hiện thành phàn của hai phân đoạn AGO_RA................................
Hình 7.1: Sơ đồ mô phỏng Pro/II cụm tháp hệ thống thu hồi nhiệt..............................64
Hình 7.2: Đặc trưng sự chuyển động của lưu thể khi chảy xuôi chiều và ngược chiều
.............................................................................................................................65
Hình 7.3: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của hệ số F theo P và R.....................................

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

7


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
CDU
NBP
AGO

HAGO
LAGO
KER
RA
LPG
FO
IBP
EP
KHDS
GOHDS
BPSD
TBP
PA
NAPH
DA
LPG RU
FF

Viết đầy đủ
Crude distillation unit
Normal boiling point
Atmospheric Gasoiline
Heavy atmospheric gas oil
Light atmospheric gas oil
Kerosene
Atmospheric residue
Liquefied petroleum
Fuel Oils
Initial boiling point
End point

Kerosene hydrodesulfurisation
Gas oil hydrodesulfurisation
Barrel per day
True boiling point
Pumparound
Naptha
Distillation atmospheric
Liquefied petroleum Recovery Unit
Flooding factor

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

8


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, nhu cầu năng lượng luôn là vấn đề được Đảng và Nhà nước ta đặt lên
hàng đầu. Để thúc đẩy tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì vấn đề
quan trọng là sự đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia. Chính vì lẽ đó Đảng và Nhà
nước ta đã chú trọng đầu tư các nhà máy lọc dầu, với mục đích khai thác tối đa nguồn
dầu thô sẵn có, đồng thời đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng gia tăng theo sự phát
triển của đất nước, cũng như đảm bảo sự phát triển bền vững không phụ thuộc quá
nhiều vào năng lượng của thế giới. Bên cạnh đó việc xây dựng các nhà máy lọc dầu
không chỉ đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia mà còn rất hữu ích để sản xuất ra
phân đạm, nhựa, chất dẻo, sợi tổng hợp, các chất tẩy rửa, dược phẩm,…Với những ý
nghĩa đó, Nhà máy lọc dầu Dung Quất đã được xây dựng với năng suất ban đầu là 6.5

triệu tấn dầu thô/ năm, Tháng 6/2009, Petro Việt Nam đã vận hành nhà máy lọc dầu
đầu tiên tại Dung Quất với nguồn nguyên liệu dầu thô Bạch Hổ, và đã cho ra dòng sản
phẩm đầu tiên, đánh dấu mốc lịch sử của nước ta về công nghệ lọc dầu, đã có thể tự
cung, tự cấp nguồn năng lượng hóa thạch cho đất nước. Tiếp sau nhà máy lọc dầu
Dung Quất dự kiến vào năm 2013, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn với công suất thiết kế 10
triệu tấn/năm từ nguồn nguyên liệu dầu thô nhập từ Kuwait sẽ được khánh thành nhằm
tạo ra các loại sản phẩm dầu mỏ khác nhau đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn kỹ thuật, môi
trường, đồng thời thỏa mãn nhu cầu tiêu thụ năng lượng cho cả miền Bắc.
Mô hình hóa và mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu khoa học được ứng
dụng rất rộng rãi: từ nghiên cứu, thiết kế chế tạo đến vận hành các hệ thống. Do đó, nó
được sử dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất và xã hội. Ngày nay, khó có thể tìm thấy
lĩnh vực nào mà con người không sử dụng phương pháp mô hình hóa ở những mức độ
khác nhau. Điều này đặc biệt quan trọng đối với lĩnh vực điều khiển các hệ thống kỹ
thuật, bởi vì điều khiển chính là quá trình thu nhận thông tin từ hệ thống theo một mô
hình nào đó và đưa ra tác động để điều khiển hệ thống. Và lĩnh vực chế biến dầu mỏ
cũng không là một ngoại lệ.
Làm thế nào để thiết kế được các thiết bị, phải vận hành hệ thống ra sao để có
được hiệu quả cao nhất đó là một bài toàn khó luôn đặt ra cho các nhà nghiên cứu, các
nhà kỹ thuật…Mô hình hóa và mô phỏng là một công cụ mạnh trong việc giải các bài
toán trên. Ngày nay, với sự trợ giúp của máy tính tốc độ cao kết hợp với các phần mềm

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

9


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

chuyên dụng như ProII, Hysys, Dynsim…càng làm cho việc tối ưu hóa, qui hoạch và
mô phỏng thuận lợi hơn.
Từ những điều phân tích ở trên, em đã quyết định chọn đề tài “Mô phỏng thiết
kế cụm phân xưởng chưng cất khí quyển của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn bằng
phần mềm ProII” để hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình, đồng thời hiểu rõ hơn về
nhà máy lọc dầu Nghi Sơn và hi vọng có cơ hội vào làm việc tại nhà máy để đóng góp
phần nhỏ kiến thức học được của mình vào công cuộc phát triển đất nước.

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

10


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU
NGHI SƠN
I. Giới thiệu tổng quan khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn – Thanh Hóa
1. Tổng quan về khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn
Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn thuộc khu kinh tế Nghi Sơn nằm ở phía Nam
của tỉnh Thanh Hóa, cách Hà Nội 200 km, có đường bộ và đường sắt Quốc gia chạy
qua, có cảng biển nước sâu cho tàu có tải trọng đến 30.000 DWT (Dead Weight
Tonnage) cập bến. Khu kinh tế Nghi Sơn được đánh giá là trọng điểm phát triển phía
Nam của Vùng kinh tế Bắc Bộ, đồng thời là cầu nối giữa vùng Bắc Bộ với Trung Bộ,
thị trường Nam Lào và Đông Bắc Thái Lan.
Được Thủ tướng Chính phủ ký Quyết định thành lập và ban hành quy chế hoạt
động số 102/2006/QĐ-TTg ngày 15 tháng 5 năm 2006, khu kinh tế Nghi Sơn đóng vai
trò và ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Thanh

Hoá và cả nước. Chính phủ đã xác định mục tiêu xây dựng và phát triển khu kinh tế
Nghi Sơn thành một khu kinh tế tổng hợp đa ngành, đa lĩnh vực với trọng tâm là công
nghiệp nặng và công nghiệp cơ bản như: công nghiệp lọc hóa dầu, công nghiệp luyện
cán thép cao cấp, cơ khí chế tạo, sửa chữa và đóng mới tàu biển, công nghiệp điện,
công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, sản xuất hàng tiêu dùng, chế biến xuất khẩu,
… gắn với việc xây dựng và khai thác có hiệu quả cảng biển Nghi Sơn, hình thành các
sản phẩm mũi nhọn, có chất lượng và khả năng cạnh tranh cao, các loại hình dịch vụ
cao cấp đẩy mạnh xuất khẩu mở rộng ra thị trường khu vực và thế giới.
2. Mục đích xây dựng khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn – Thanh Hóa
Công nghiệp lọc dầu là một trong những ngành công nghiệp nền tảng, có ý
nghĩa hết sức quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân. Bên cạnh việc
đảm bảo an ninh năng lượng cho đất nước mà cụ thể là cung cấp các loại nhiên liệu
như: khí hóa lỏng LPG, xăng, dầu hỏa, nhiên liệu phản lực, diesel,… là các mặt hàng
chiến lược, sự hình thành và lớn mạnh của ngành công nghiệp này với sự ra đời của
Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn sẽ là động lực phát triển cho các ngành tiếp sau là
công nghiệp hóa dầu, sản xuất hóa chất cơ bản, vận chuyển, lưu trữ, kinh doanh và
phân phối các sản phẩm dầu khí.
Ngoài những lợi ích căn bản nói trên, sự tồn tại của Liên hợp lọc hóa dầu Nghi
Sơn chắc chắn sẽ mang lại hiệu quả tích cực trong nhiều phương diện như kinh tế, xã
SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

Trang 1


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

hội, an ninh, quốc phòng, cũng như góp phần đẩy nhanh quá trình thực hiện chủ
trương công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước do Chính phủ đề ra cụ thể là:

 Đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và đảm bảo an ninh nhiên liệu.
 Cung cấp nguyên liệu phát triển công nghiệp Hóa Dầu.
 Góp phần phát triển kinh tế khu vực phía Bắc và đảm bảo sự phát triển
đồng đều của cả nước.
3. Công suất thiết kế và nhu cầu sản phẩm thương mại của nhà máy
Đầu tháng 5 năm 2008 khu Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn Thanh Hóa đã được
khởi công với tổng vốn đầu tư là 6,2 tỷ USD do tập đoàn dầu khí quốc gia Việt Nam
(Petro Vietnam) nắm giữ 25,1% cổ phần và các bên liên doanh là Kuwait Petroleum
International (KPI) nắm giữ 35,1% cổ phần, công ty Idemitsu Kosan Co.,Ltd - Japan
(IKC) nắm giữ 35,1% cổ phần và công ty dầu khí Mitsui Chemicals Inc (MCI) của
Nhật nắm giữ 4,7% cổ phần. Theo dự kiến, với công suất thiết kế 10 triệu tấn dầu
thô/năm từ nguồn nguyên liệu dầu thô nhập từ Kuwait, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn sẽ
đảm bảo cung cấp xăng dầu và các sản phẩm dầu mỏ khác cho toàn bộ miền Bắc. Khi
đi vào vận hành thương mại vào năm 2013 nhà máy sẽ cung cấp 2,3 triệu tấn xăng với
3 chủng loại RON92, RON95 và RON98; 3,7 triệu tấn diesel; 400.000 tấn nhựa
polypropylene; 600.000 tấn nhiên liệu phản lực JetA1; gần 1 triệu tấn sản phẩm hóa
dầu khác cùng với 0,5 triệu tấn khí hóa lỏng LPG mỗi năm [1]. Như vậy, khi đi vào
hoạt động thương mại vào năm 2013, cùng với nhà máy lọc dầu Dung Quất nhu cầu sử
dụng năng lượng của Việt Nam sẽ được đáp ứng khoảng 50%, đồng thời hoạt động của
hai nhà máy này sẽ tạo tiền đề cho ngành công nghiệp hóa dầu, công nghiệp phụ trợ và
các ngành dịch vụ khác phát triển.

II. Nguyên liệu dùng cho khu Liên hợp lọc hóa dầu nghi Sơn
1. Lý do chọn dầu Kuwait làm nguyên liệu cho nhà máy
Nước ta khai thác nguồn dầu thô tại mỏ Bạch Hổ - Vũng Tàu là nguồn dầu
tương đối sạch với hàm lượng lưu huỳnh thấp (0.041%wt) rất tốt để làm nguyên liệu
cho nhà máy lọc dầu. Tuy nhiên, chúng ta khai thác mỏ dầu Bạch Hổ từ những năm
1973 khi đó đất nước chưa có nhà máy lọc dầu nên nguồn dầu thô khai thác được chủ
yếu là bán cho nước ngoài. Đến năm 2009 nhà máy lọc dầu Dung Quất đi vào hoạt
động thì nguồn nguyên liệu chủ yếu cho nhà máy là dầu Bạch Hổ, do đó để đảm bảo

sự hoạt động lâu dài và liên tục của khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn thì nguồn dầu
thô cung cấp cho nhà máy chúng ta phải hợp tác và nhập dầu thô Trung Đông. Các
SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

Trang 2


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

phương án pha trộn dầu thô Kuwait, Dubai và Sư Tử Đen đã được nghiên cứu và cho
ta thấy rằng phương án 100% dầu Kuwait là cho lợi nhuận thô lớn nhất là 1041 triệu
USD/năm. Chính vì vậy, dầu thô Kuwait được lựa chọn làm nguồn nguyên liệu chính
cho liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn.
2. Các tính chất đặc trưng của dầu Kuwait
Dầu thô Kuwait thuộc loại dầu trung bình (d = 0,8760 và oAPI =29,9) và là dầu
chua do có chứa hàm lượng lưu huỳnh cao (khoảng 2,65%). Vì vậy, khi chế biến loại
dầu thô này cần xử lý lưu huỳnh sâu để sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng.
Dầu Kuwait có chứa hàm lượng kim loại nặng tương đối cao như hàm lượng Ni
là 10,1ppm, Vanadi 31,1ppm và Iron 0,7ppm. Với hàm lượng các kim loại cao như vậy
thì sẽ có hại cho quá trình chế biến vì sự có mặt của các kim loại này sẽ gây ngộ độc
xúc tác, phá hủy thiết bị và làm giảm chất lượng thành phẩm.
Hàm lượng Nitơ trong dầu Kuwait, cao khoảng 372 ppm, do vậy dễ gây ngộ
độc xúc tác và làm cho dầu có tính ổn định không cao khi tồn chứa.
Một số tính chất đặc trưng của dầu thô Kuwait được cho trong bảng 1-1.

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

Trang 3

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

Bảng 1-1 Tóm tắt một số tính chất đặc trưng của dầu thô Kuwait

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

Tính chất
Tỷ trọng ở 60/60 oF
0
API
Khối lượng riêng ở 15 0C

Hàm lượng lưu huỳnh tổng
Hàm lượng nước
Áp suất hơi Ried
Hàm lượng H2S
Hệ số KUOP
Asphaltenes
Sodium
Hàm lượng Iron
Hàm lượng Vanadium
Hàm lượng Nickel
Hàm lượng nitrogen
Cặn carbon condradson
Chỉ số axit tổng
Độ nhớt ở 200C
Độ nhớt ở 500C
Hàm lượng sáp

Đơn vị
kg/dm3
% khối lượng
%Vol
kPa
ppm
% khối lượng
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
%khối lượng

mgKOH/g
cSt
cSt
% khối lượng

Giá trị
0,8765
29,9
0,8760
2,65
0,00
26,2
<1
11,84
2,5
3,3
0,7
31,1
10,1
372,0
6,11
0,045
22,73
8,88
3,8

III. Các sản phẩm thương mại của liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn
Theo tiến độ dự kiến, vào năm 2013 Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn sẽ bắt đầu
đi vào vận hành thương mại. Không giống như các loại sản phẩm khác, yêu cầu đối
với nhiên liệu (LPG, xăng, Jet A1, dầu diesel, FO,...) luôn thay đổi theo chiều hướng

ngày càng nghiêm ngặt hơn, đặc biệt là các chỉ tiêu liên quan đến bảo vệ môi trường,
sức khỏe cộng đồng. Do đó, không thể lấy các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm hiện hành
của Việt Nam áp dụng cho dự án. Vì vậy, cần phải nghiên cứu xây dựng chỉ tiêu chất
lượng sản phẩm áp dụng cho dự án dựa trên nền tảng tiêu chuẩn Euro 3, Euro 4 nhưng
đồng thời vẫn phải đảm bảo hiệu quả kinh tế của dự án.
Sản phẩm thương mại của Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn gồm:
 Các sản phẩm năng lượng như: LPG, xăng, jet A1, diesel, FO.
 Các sản phẩm phi năng lượng như: benzen, para-xylene, polypropylene, lưu huỳnh.

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

Trang 4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

1. Các sản phẩm năng lượng
1.1 LPG
Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG được tách ra từ phân đoạn nhẹ khi chưng cất dầu thô,
thành phần gồm propan C3 và butan C4 được phối trộn theo tỉ lệ: C3/C4 = 7:3 hay C3/C4
= 5:5 tùy thuộc vào điều kiện sử dụng.
Khi sử dụng LPG làm chất đốt thì tính chất quan trọng cần phải quan tâm là tỉ
lệ giữa C3/C4, do tỉ lệ C3/C4 ảnh hưởng đến áp suất hơi bão hòa. Áp suất hơi bão hòa
của LPG phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài mà không phụ thuộc vào lượng LPG chứa
bên trong. Nếu nhiệt độ LPG lỏng tăng lên lập tức LPG lỏng sẽ sôi hóa hơi để cân
bằng lại áp suất bão hòa. Do vậy, áp suất hơi bão hòa là một yếu tố quan trọng để đánh
giá tính an toàn khi sử dụng LPG làm chất đốt.
Hàm lượng lưu huỳnh trong LPG đòi hỏi ngày càng khắt khe vì yêu cầu về

chống ô nhiễm môi trường ngày càng cao.
Một số chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng của LPG đối với nhà máy được cho
trong bảng 1-2.
Bảng 1-2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng LPG
Tên chỉ tiêu

Áp dụng cho dự án

Phương pháp thử

0,5

ASTM D1657

Áp xuất hơi (Reid) ở 37,8oC (kPa)

1430

ASTM D1267

Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max

100

ASTM D2784

Mecaptan,ppm,max

20

ASTM D3227

Propan,%vol,max
1.2 Xăng (Gasoline)

20-50

ASTM D2163

Khối lượng riêng (15oC) (kg/l)

Phân đoạn xăng với khoảng nhiệt độ sôi dưới 180 0C bao gồm các hydrocacbon
từ C5 – C11 . Cả ba loại hydrocacbon parafinic, naphtenic, aromatic đều có mặt trong
phân đoạn xăng, tuy nhiên thành phần, số lượng các hydrocacbon trên rất khác nhau
phụ thuộc vào nguồn gốc dầu thô. Ngoài các hydorocacbon, trong phân đoạn xăng còn
có các hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ và oxy. Các hợp chất chứa lưu huỳnh thường ở
dạng hợp chất không bền như mercaptan (RSH). Các hợp chất nitơ chủ yếu ở dạng
pyridine.
Hiện nay, trên thị trường Việt Nam loại xăng RON95 có thị phần không đáng
kể, tuy nhiên tuy nhiên nhu cầu về loại xăng này có khả năng tăng rất lớn trong thời
SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

Trang 5


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

gian tới và giai đoạn sau năm 2015 sẽ chiếm phần lớn thị trường xăng. Trong tương

lai, nhu cầu sử dụng xăng RON98 cũng sẽ xuất hiện do số lượng xe hơi cao cấp sẽ
tăng dần. Xuất phát từ nhu cầu như vậy nhà máy được thiết kế sao cho có thể sản xuất
được loại xăng này đáp ứng nhu cầu sử dụng. Dưới đây là bảng chỉ tiêu đánh giá chất
lượng xăng không chì.
Bảng 1-3 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng xăng không chì
Tên chỉ tiêu

Xăng không chì
92
95
98

Phương pháp thử

Trị số octan, min.
- Theo phương pháp nghiên cứu

92

95

98

82

85

88

(RON)

- Theo phương pháp môtơ
(MON)
Hàm lượng chì, g/l, max.
Hàm lượng lưu huỳnh, ppm,
max.
Hàm lượng Benzene
Áp xuất hơi (Reid) ở 37,8oC,kPa.
Khối lượng riêng (15oC), kg/l

0
50
1
43-75
0,72-0,76

TCVN 2703 : 2002
(ASTMD2699)
ASTM D2700
TCVN 7143 : 2002
(ASTM D 3237)
TCVN6701: 2000
ASTMD 5453
TCVN 6703 : 2000
ASTMD 4420
TCVN 7023 : 2002
(ASTMD4953)
TCVN 6594 : 2000
(ASTMD1298)

1.3 Nhiên liệu phản lực JET A1

Nhiên liệu cho động cơ phản lực là một loại nhiên liệu được sử dụng cho các
động cơ trên máy bay phản lực, loại động cơ này làm việc trong điều kiện rất đặc biệt
(nhiệt độ và áp suất môi trường thấp, ở độ cao lớn). Vì vậy, nhiên liệu cho nó đòi hỏi
một sự khắt khe nhất trong tất cả các loại phương tiện giao thông.
Nhiên liệu dùng trong động cơ phản lực được phối trộn từ phân đoạn kerosene
hoặc từ hỗn hợp giữa phân đoạn kerosene với phân đoạn xăng. Yêu cầu của nhiên liệu
phản lực là dễ cháy ở bất kỳ điều kiện áp suất và nhiệt độ nào, cháy điều hòa, không bị
tắt trong dòng không khí có tốc độ xoáy lớn.
SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

Trang 6


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

Nguyên lý hoạt động của động cơ phản lực khác với nguyên lý làm việc của
động cơ piston, đó là nhờ năng lượng dòng khí để biến đổi thành cơ năng chạy turbin.
Không khí được đưa từ máy nén vào buồng cháy, ở đây nhiên liệu đã được phun và
bay hơi, hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp cháy. Sau đó, tia lửa điện được bật
lên một lần làm toàn bộ khối nhiên liệu bùng cháy. Vì vậy, thành phần của nhiên liệu
cần có nhiều paraphinic mạch thẳng. Để đảm bảo có nhiệt trị cao, nhiên liệu không
được chứa nhiều thành phần aromatic mà chủ yếu là paraphin và naphten.
Bảng 1-4 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu phản lực JET A1 áp dụng cho dự án
Tên chỉ tiêu

Áp dụng cho dự án

Hàm lượng lưu huỳnh %kl, max

0,1

Lưu huỳnh mercaptan %kl, max

0,003

Khối lượng riêng (ở15oC), kg/l

0,775-0,84

Điểm chớp cháy flash point, 0C

38

Điểm đông đặc Freezing Point,
0

C

-47

Phương pháp thử
TCVN 2708 : 2002
(ASTM D1266-98)
ASTM D3227
TCVN 6594 : 2002
(ASTM D1298)
TCVN 6608 : 2002
(ASTM D3828)

TCVN 7170 : 2002
(ASTM D2386)

1.4 Nhiên liệu Diesel
Nhiên liệu diesel là một loại nhiên liệu lỏng được sử dụng cho động cơ diesel,
động cơ diesel là một động cơ nhiệt dùng để biến năng lượng hóa học của nhiên liệu
khi cháy thành năng lượng cơ học dưới dạng chuyển động quay. Quá trình cháy trong
động cơ diesel là khả năng tự bốc cháy. Hỗn hợp nhiên liệu được phun vào xylanh, ở
đó không khí đã được nén trước và đang ở nhiệt độ cao. Với nhiệt độ này nhiên liệu sẽ
tự bốc cháy. Do đó, dầu diesel cần có nhiều cấu tử dễ bắt cháy như parafin hay có trị
số cetane (IC) cao.
Nhiên liệu Diesel được lấy chủ yếu từ phân đoạn gasoil của quá trình chưng cất
dầu mỏ có khoảng nhiệt độ sôi trong khoảng 250 0C-3500C, với thành phần gồm các
hydrocacbon từ C16-C20.
Các tính chất sử dụng đối với nhiên liệu diesel thương phẩm cần lưu ý là: chỉ số
cetane, thành phần phân đoạn, độ nhớt, điểm chớp cháy, điểm vẩn đục, điểm chảy, hàm
lượng gommer và hàm lượng các hợp chất ăn mòn,...
SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

Bảng 1-5 Tiêu chuẩn chất lượng nhiên liệu diesel áp dụng cho dự án
Tên chỉ tiêu
Hàm lượng lưu
huỳnh, ppm, max

Chỉ số cetane, min.
Nhiệt độ cất, oC,

Diezen cao

50

350

48

46
360

90% thể tích, max.
Điểm chớp cháy cốc
kín, oC, min.
Độ nhớt động học ở
40oC, cSt
Cặn cacbon của

55
1,6-5,5

10% cặn chưng cất,

0,2

% khối lượng, max.
Điểm đông đặc, oC,

max.
Khối lượng riêng
(ở15oC), kg/l
1.5 Dầu đốt FO

Phương pháp thử

cấp/diezen thường

6
0,82-0,85

TCVN 6701: 2000 (ASTM D 2622)
ASTM D 5453
ASTM D 976
TCVN 2698 : 2002 (ASTM D 86)
TCVN 6608: 2000 (ASTM D 3828)
ASTM D93
TCVN 3171: 2003 (ASTM D 445)
TCVN 6324 : 1997(ASTMD189)
ASTM D 4530
TCVN 3753 : 1995
ASTM D 97
TCVN6594 : 2000 (ASTMD1298)
ASTM D 4052

Nhiên liệu đốt lò (Fuel Oils – FO) là sản phẩm chủ yếu của phân đoạn cặn dầu
thô có nhiệt độ sôi tương ứng lớn hơn 3500C.
Hai tiêu chuẩn quan trọng góp phần vào việc phân loại FO là độ nhớt và hàm
lượng lưu huỳnh:

- Độ nhớt của chất lỏng là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát
nội tại sinh ra ngay trong lòng chất lỏng khi có sự chuyển động tương đối của các phân
tử với nhau. Độ nhớt có thể biễu diễn dưới dạng ba dạng chính như sau: độ nhớt động
lực (cP), độ nhớt động học (cSt) và độ nhớt quy ước.
Độ nhớt nhiên liệu có ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của động cơ, khi độ
nhớt quá lớn sẽ làm tăng tổn thất áp suất trong bơm và trong kim phun, làm tăng kích
thước của các hạt sương nhiên liệu sẽ bay xa nên nó có thể va đập vào thành của
buồng cháy. Khi độ nhớt quá thấp sẽ làm tăng lưu lượng thoát ra ở bơm nạp liệu, như
vậy sẽ làm giảm lưu lượng thể tích thực thoát ra ở kim phun.

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

Trang 8


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

Đối với dầu đốt FO, theo tiêu chuẩn Việt nam hiện nay có 4 loại dầu đốt khác
nhau tương ứng với các giá trị độ nhớt quy định (độ nhớt động học ở 40 oC) là 87, 180,
180 và 380 cSt. Đối với dầu FO theo quy định của dự án có giá trị độ nhớt động học ở
40oC là 380 cSt, tương ứng với loại dầu đốt công nghiệp nặng, sử dụng chủ yếu vào
mục đích cung cấp năng lượng cho nhà máy.
- Hàm lượng lưu huỳnh cũng là một tiêu chuẩn quyết định chất lượng dầu đốt
FO. Theo dự án Nghi Sơn, hàm lượng lưu huỳnh trong FO được quy định với hàm
lượng < 1% khối lượng để thỏa mãn chỉ tiêu về ô nhiễm môi trường.
Ngoài hai tính chất trên thì dầu đốt FO khi sử dụng cũng cần phải đáp ứng
những tiêu chuẩn quy định khác như: nhiệt độ bắt cháy, điểm đông đặc, cặn cacbon,
hàm lượng tro, nước và tạp chất cơ học,…

Bảng 1-6 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu đốt FO áp dụng cho dự án
Tên chỉ tiêu

Áp dụng cho dự án

Khối lượng riêng (ở15oC),kg/l,max

0,991

Hàm lượng lưu huỳnh%kl,max

1

Điểm đông đặc Pour Point 0C,max

24

Độ nhớt động học ở 50oC, cSt,max

380

Điểm chớp cháy flash point 0C

66

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

Phương pháp thử
TCVN 6594:2002

(ASTM D1298)
TCVN 6701:2002
(ASTM D2622)
TCVN 3753:1995
(ASTM D97)
TCVN 3171:2003
(ASTM D445)
TCVN 6608:2000
(ASTM D3828)

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

2. Các sản phẩm phi năng lượng
2.1 Benzen
Được sản xuất bằng phương pháp reforming xúc tác (Al-Pt) ở nhiệt độ 480
-5200C với áp suất 20 atm.
Benzen được dùng làm nguyên liệu gốc để chế biến các loại sợi polyamid,
capron và nylon, cao su tổng hợp và chất dẻo trên cơ sở phenol. Ngoài ra, benzen còn
được dùng làm nguyên liệu để chế biến thuốc nhuộm, dược phẩm,...
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm: độ tinh khiết, hàm lượng lưu huỳnh,
khối lượng riêng,… thể hiện trên bảng 1-7.
Bảng 1-7 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng Benzen
Tên chỉ tiêu

Áp dụng cho dự án

Phương pháp thử

Độ tinh khiết, %wt, min

99,9

ASTM D4492

Hàm lượng lưu huỳnh, ppm, max

1,0

ASTM D1685

0,882-0,886

ASTM D4052

Khối lượng riêng (ở15oC), kg/l
2.2 Poly-propylene

Là nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp sản xuất vật liệu polymer
composite. Ngoài ra với yêu cầu ngày càng khắc khe của vật liệu xây dựng về độ an
toàn, mỹ quan cũng như ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người,
poly-propylene là vật liệu xây dựng của ngày mai, nó đang thay thế dần các vật liệu
truyền thống như: kim loại, gỗ, sứ,….
Hiện nay, Việt Nam chưa ban hành quy định về chất lượng đối với các sản
phẩm chất dẻo poly-propylene (PP). Chất lượng các sản phẩm này thay đổi tùy theo
từng lô hàng nhập khẩu và các ứng dụng của chúng. Trong giai đoạn thiết kế, tiêu

chuẩn chất lượng của poly-propylene sẽ được đưa ra theo mục đích của người sử dụng.
Đối với nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, tiêu chuẩn poly-propylene chủ yếu dựa trên độ
tinh khiết của sản phẩm là 99,5% .
2.3 Lưu huỳnh
Được thu hồi từ các dòng khí chua có chứa hàm lượng lưu huỳnh cao như (H 2S,
COS, CS2).

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

Trang 10


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

Lưu huỳnh có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, vì
vậy việc sản xuất lưu huỳnh có vai trò quan trọng cho sự phát triển nền công nghiệp
của một quốc gia. Ứng dụng chủ yếu của lưu huỳnh:
-

90% lượng lưu huỳnh dùng để sản xuất H2SO4.
Ngoài ra 10% lượng lưu huỳnh còn lại được ứng dụng để lưu hóa cao su,
sản xuất chất tẩy trắng bột giấy, chế tạo diêm, dược phẩm, phẩm nhuộm,
thuốc trừ sâu,…

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

Trang 11

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT
I. Sơ lược về quá trình chưng cất
1. Khái niệm về quá trình chưng cất
Chưng là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng cũng như các hỗn hợp khí lỏng
thành những cấu tử riêng biệt, dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn
hợp cùng một nhiệt độ.
 Trong sản xuất ta gặp những phương pháp chưng sau đây:
- Chưng đơn giản: dùng để tách các hỗn hợp có các cấu tử có độ bay hơi rất khác
nhau. Phương pháp này dùng để tách sơ bộ và làm sạch các cấu tử khỏi tạp
-

chất.
Chưng bằng hơi nước trực tiếp: dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay
hơi và tạp chất không bay hơi, thường được ứng dụng trong trường hợp chất

-

được tách không tan vào nước.
Chưng chân không: dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu tử.
Ví dụ như trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ độ

-

cao hay trường hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao.
Chưng luyện: là phương pháp phổ biến nhất dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp

các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào
nhau
+ Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ

cao và các hỗn hợp có nhiệt độ sôi quá cao.
+ Chưng luyện ở áp suất cao dùng cho các hỗn hợp không hóa lỏng ở áp suất thường
 Ứng dụng chưng cất trong công nghiệp:
- Chưng hỗn hợp hai cấu tử: thì ta sẽ thu được hai sản phẩm, sản phẩm đỉnh chủ
yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn hơn (dễ bay hơi) và một phần rất ít cấu tử có độ bay
hơi bé, sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé (khó bay hơi) và một phần
rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn.
- Chưng hỗn hợp đa cấu tử: thu được nhiều sản phẩm và có thể bao nhiêu cấu tử
sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm, có hai cách chưng hỗn hợp nhiều cấu tử đó là chưng
sao cho trong cả hai sản phẩm đỉnh và đáy đều có mặt tất cả các cấu tử (chỉ dùng cách
này để tách sơ bộ) và chưng sao cho một hoặc nhiều cấu tử không có mặt trong sản
phẩm.
Có hai dạng hỗn hợp đa cấu tử: đơn giản và phức tạp:
SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

Trang 12


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

-

Đối với hỗn hợp đa cấu tử đơn giản có thể thu được từng cấu tử riêng

-

biệt bằng cách chưng nhiều lần.
Đối với hỗn hợp đa cấu tử phức tạp, không thể nào biết được số lượng
các cấu tử cũng như thành phần và tính chất của từng cấu tử trong hỗn
hợp. Ví dụ hỗn hợp đa cấu tử điển hình là dầu thô. Vì vậy quá trình
chưng cất sẽ có những đặc trưng riêng. Phương pháp chưng cất dầu thô
sẽ được giới thiệu chi tiết trong những phần sau đây.

2. Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất
Quá trình truyền chất giữ vai trò quan trọng trong nền công nghiệp hóa học. Đó
là quá trình di chuyển vật chất từ pha này sang pha khác khi hai pha tiếp xúc trực tiếp
với nhau. Quá trình chưng được bắt đầu áp dụng với công nghiệp sản xuất rượu từ thế
kỷ XI và liên tục sau đó được áp dụng đa dạng trong rất nhiều ngành công nghiệp khác
nhau. Đối với ngành công nghiệp dầu khí quá trình chưng cất giữ một vai trò vô cùng
quan trọng, từ khâu đầu tiên chưng cất dầu thô thành các phân đoạn dầu mỏ cho đến
khâu cuối cùng để thu được những sản phẩm dầu mỏ theo yêu cầu kinh tế, kỹ thuật.
Ngày nay khi khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ và nền công nghiệp hiện
đại cũng đòi hỏi nhu cầu năng lượng rất lớn, tài nguyên dầu mỏ được khai thác và chế
biến với nhu cầu và số lượng ngày càng tăng nhanh, quá trình chưng cất dầu thô ngày
càng được chú trọng nghiên cứu và cải tiến. Sản phẩm của quá trình chưng cất dầu thô
gồm các phân đoạn dầu mỏ từ pha khí cho đến pha lỏng bao gồm: khí đốt, LPG, phân
đoạn xăng (naphta), phân đoạn kerosen, phân đoạn diesel (nhẹ, nặng) và phân đoạn
cặn với khoảng nhiệt độ sôi trên 350oC.
2.1 Cân bằng lỏng – hơi
 Dung dịch lý tưởng: là dung dịch mà lực liên kết giữa các phân tử cùng loại và
lực liên kết giữa các phân tử khác loại bằng nhau do đó các phân tử hòa tan vào
nhau theo bất kỳ tỷ lệ nào. Cân bẳng giữa lỏng và hơi tuân theo:
+ Định luật Raoult: áp suất hơi bão hòa riêng phần của một chất tỷ lệ thuận
với nồng độ phần mol của nó trong dung dịch.

pi = xipibh (1)
+ Định luật Dalton:

pi = yip

(2)

+ Định luật Raoult – Dalton: yi* = xipibh / p (3)
Trong đó:

yi, xi: nồng độ phần mol của cấu tử i trong pha hơi và pha lỏng

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

Trang 13


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

pibh : áp suất hơi bão hòa của cấu tử i nguyên chất
p: áp suất chung
Áp suất hơi bão hòa của một chất lỏng là áp suất hơi riêng phần gây ra bởi các
phân tử hơi chất đó tồn tại trên mặt thoáng khi chất lỏng bay hơi nhiều nhất, hay nói
cách khác, khi có cân bằng hơi – ngưng tụ.
 Dung dịch thực: là những dung dịch không tuân theo định luật Raoult.
+ Nếu lực liên kết giữa các phân tử khác loại nhỏ hơn lực liên kết giữa các phân tử
cùng loại thì sự sai lệch là dương.
+ Nếu lực liên kết giữa các phân tử khác loại lớn hơn lực liên kết giữa các phân tử

cùng loại thì sự sai lệch là âm.
Trong trường hợp lực liên kết giữa các phân tử khác loại rất bé so với lực liên kết
giữa các phân tử cùng loại thì dung dịch sẽ phân lớp, nghĩa là các cấu tử không hòa tan
vào nhau hoặc hòa tan không đáng kể.

Hình 2-1: Quan hệ giữa áp suất và nồng độ của dung dịch hai cấu tử
1.Tuân theo định luật Raoult
2.Sai lệch dương

3.Sai lệch âm

2.2 Nguyên lí của quá trình chưng cất
 Đồ thị y – x
Trong chưng luyện thì đồ thị cân bằng y –x được sử dụng phổ biến. Động lực
của quá trình chưng luyện được tính qua hiệu số nồng độ giữa đường cân bằng và
đường chéo (Hình 2-2). Trên đường chéo có x = y. Động lực được thể hiện qua nồng
độ pha hơi y* – y = ∆y hoặc pha lỏng x – x * = ∆x. Điều kiện để có thể tiến hành chưng
luyện là nồng độ của hơi phải lớn hơn nồng độ của lỏng trong trang thái cân bằng nhiệt

SVTH: Nguyễn Văn Ngân_Lớp 10H5

Trang 14