Đề tài Khái quát về qui trình chưng cất dầu thụ ở áp suất thường và áp suất chân không

ĐỀ TÀI: Khái quát về quá trình chưng cất dầu thô ở áp suất thường và áp suất chân không MỞ ĐẦU : DÇu má d­îc t×m thÊy vµo n¨m 1859 t¹i Mü. Lóc bÊy giê l­îng dÇu th« khai th¸c ®­îc cßn rÊt Ýt, chØ phôc vô cho môc ®Ých ®èt ch¸y vµ th¾p s¸ng. Nh­ng chØ mét n¨m sau ®ã, kh«ng chØ riªng ë Mü mµ c¸c n­íc kh¸c ng­êi ta còng ®· t×m thÊy dÇu. Tõ ®ã s¶n l­îng dÇu ®­îc khai th¸c ngµy cµng t¨ng lªn rÊt nhanh. §©y lµ b­íc chuyÓn m×nh ®i lªn cña nghµnh khai th¸c vµ chÕ biÕn dÇu má. DÇu má lµ hçn hîp rÊt phøc t¹p gåm hi®rocacbon,khÝ thiªn nhiªn,khÝ dÇu má vµ c¸c t¹p chhÊt kh¸c nh­ CO2 ,H2S, N2O..DÇu má muèn sử dụng h× ph¶i tiÕn hµnh ph©n chia thµnh tõng ph©n ®o¹n. Mçi thµnh phÇn ph©n ®o¹n cho ta biÕt d­îc lo¹i s¶n phÈm thu vµ khèi l­îng cña chóng. Qu¸ tr×nh ch­ng cÊt dÇu th« lµ mét qu¸ tr×nh vËt lý ph©n chia dÇu th« thµnh c¸c ®o¹n. Qu¸ tr×nh nµy ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau nh»m t¸ch c¸c cÊu tö cã trong dÇu th« theo tõng kho¶ng thêi gian kh¸c nhau mµ kh«ng lµm ph©n huû chóng. Tuú theo biÖn ph¸p ch­ng cÊt mµ ta chia qu¸ tr×nh ch­ng cÊt thµnh ch­ng ®¬n gi¶n, ch­ng phøc t¹p ch­ng cÊt nhê cÊu tö bay h¬i hay ch­ng cÊt trong ch©n kh«ng. Trong c¸c nhµ m¸y läc dÇu, ph©n x­ëng ch­ng cÊt dÇu th« cho phÐp ta cã thÓ thu ®­îc c¸c ph©n ®o¹n dÇu má ®Ó thùc hiÖn c¸c qu¸ tr×nh tiÕp theo. Trong ®å ¸n nµy ®Ò cËp ®Õn c¸c vÊn ®Ò lý thuyÕt cã liªn quan, trªn c¬ së ®ã thiÕt kÕ d©y chuyÒn ch­ng cÊt dÇu th«. NỘI DUNG: CHƯƠNG I: Tổng quan về quá trình chưng cất dầu thô: I.1.Mục đích và ý nghĩa: I.1.1.Mục đích -Khi áp dụng loại hình công nghệ AD,chúng ta chỉ chưng cất dầu thô với mục đích nhận các phân đoạn nhẹ (naphta nhẹ,naphta nặng )phân đoạn kerosen:phân đoạn diezel( nhẹ ,nặng) và phần cặn sau khi chưng cất. khi muốn chưng cất sâu thêm phần cặn thô nhằm nhận các phân đoạn gasoile chân không hay phân đoạn dầu nhờn, người ta dùng chưng cất VD.phân đoạn gasoil chân không là nguyên liệu quý cho quá trình chế biến để nhận thêm xăng bằng quá trình cracking.phân đoạn dầu nhờn được dùng để chế tạo các sản phẩm daauf mở bôi trơn. Còn phần cặn của chưng cất VD gọi là phân đoạn I.1.1.ý nghĩa Trong công nghiệp chế biên dầu ,dầu thô sâu khi đã được xử lý qua các quá trình tách nước, muối và tạp chất cơ học, được dua vào chưng cất. Các quá trinh chưng cất dâu thô ở áp suất khí quyển AD (Atmospheric distillation ) và chưng cất chân không VD (Vacuum Ditillation) thuộc về các quá trinh ché biến vật lý . chưng cât ở áp suất khí quyển AD với nguyên liệu la dầu thô đôi khi còn là quá trình CDU ( Crude oil Distillation Unit ), còn là chưng cất VD dùng nguyên liệu là cặn của của quá trình chưng cất AD, trong thực tế đôi khi còn gọi là cặn chưng cất (cặn thô hay mazut). Tùy theo bản chất cửa nguyên liệu và mục đích của quátrình mà chúng ta sẽ áp dụng chưng cất AD, VD hay kết hợp cả AD-VD. -Khi áp dụng loại hình công nghệ AD,chúng ta chỉ chưng cất dầu thô với mục đích nhận các phân đoạn nhẹ (naphta nhẹ,naphta nặng) phân đoạn diezel( nhẹ ,nặng) và phần cặn sau khi chưng cất. khi muốn chưng cất sâu thêm phần cặn thô nhằm nhận các phân đoạn gasoile chân không hay phân đoạn dầu nhờn, người ta dùng chưng cất VD.phân đoạn gasoil chân không là nguyên liệu quý cho quá trình chế biến để nhận thêm xăng bằng quá trình cracking.phân đoạn dầu nhờn được dùng để chế tạo các sản phẩm daauf mở bôi trơn. Còn phần cặn của chưng cất VD gọi là phân đoạn cặn gudron,được dùng để chế tạo bitum, nhựa đường hay làm nguyên liệu cho quá trình cốc hóa sản xuất cốc dầu mỏ. như vậy tùy theo thành phần của dầu mỏ, nguyên liệu và mục đích chế biến mà người ta áp dụng loại hình chưng cất thích hợp(AVD). I.2.Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất: -Chưng cất dầu thô là một quá trinh vật lý phân chia dầu thô thành các phân đọan.Quá trình này được thực hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm tách phần dầu theo nhiệt độ sôi của các cấu tử có trong dầu mà không làm phân hủy chúng,có thể kể tới quá trình chưng cất đơn giản, phức tạp, chưng cất chân không . I.3phân loại: 1.Chưng cất đơn giản. .Chưng bay hơi dần dần .Chưng bay hơi một lần .Chưng bay hơi nhiều lần 2.Chưng cất phức tạp. .Chưng cất có hồi lưu .Chưng cất có tinh luyện 3.Chưng cất trong chân không. Chương II:Chưng cất ở áp suất thường: II.1Chưng cất đơn giản:. -Là quá trình chưng cất được tiến hành bằng phương pháp bay hơi dần dần, một lần hay nhiều lần một hỗn hợp lỏng cần chưng. II.1.1. chưng bay hơi dần dần. -Hỗn hợp chất lỏng đượcđót nóng liên tục nhờ thiết bị đốt nóng (2)từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độ sôi cuối hơi liên tục tách ra rồi được ngưng tụ nhờ thiết bị(3) cuối cùng thu được sản phẩm lỏng trong bể chứa(4) Hình.2.1.chưng bay hơi dần dần. II 1.2. Chưng bay hơi một lần: Hỗn hợp chất lỏng được cho vào liên tục và được đun nóng nhờ thiết bị đun sôi (2),ở đây hỗn hợp được đun nóng tới nhiệt độ xác định ở áp p cho trước.pha lỏng hơi được tạo thành và đạt đến trạng thái cân bằng,ở điều kiện đó lại được đưa vào thiết bị phân chia đoạn nhiệt 1.pha hơi qua thiết bị ngưng tụ 3 rồi vào bể chứa 4,pha lỏng được tách ra liên tục ta được phần cặn Hình.2.2.chưng bay hơi một lần. II 1.3. Chưng bay hơi nhiều lần -Đây là quá trinh gồm nhiều quá trình chưng bay hơi một lần nối tiếp nhau.phần cặn của lần chưng thứ nhất sẽ là nguyên liệu cho lần chưng thứ hai. - nguyên liệu đi vào tháp chưng(1), thành phần nhẹ đi lên qua thiết bị ngưng tụ(3),sản phảm được lấy ra ở bể chứa(4).Phần cặn của quá trình thứ(1)qua nồi sôi lại được gia nhiệtđến nhiệt độ sôi làm giàu cấu tử nhẹ, đi vào tháp chưng(5) tiếp tục quá trình và quá trình này lặp đi lặp lại cho đến hiệu quả tối ưu. II.2.Chưng cất phức tạp: II.2.1Chưng cất có hồi lưu: Hình 2.3. chưng cất có tinh luyện. -Là quá trình chưng lấy một phần chất lỏng ngưng tụ từ hơi tách ra,cho quay lại tưới vào dòng hơi bay lên. Nhờ có sự tiếp xức đồng đều một lần giữa pha lỏng và pha hơi mà cấu tử nhẹ được làm giàu thêm khi tách khỏi hệ thống, do đó độ phân chia cao hơn. II.2.2Chưng cất có tinh luyện. -Chưng cất có tinh luyện giúp cho độ phân chia cao hơn khi két hợp với hồi lưu. Cơ sở của quá trình này là tăng cường sự trao đổi chất nhiều lần giữa hai pha lỏng và khí. -Tháp chưng cất sẻ đươc trang bị các đĩa đệm để giúp sự tiếp xúc tốt hơn.Độ phân chia của một hỗn hợp các cấu tử trong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc, lượng hồi lượng đĩa và đỉnh tháp. Hình 2.4. tháp chưng cất khí quyển. II.2.3.Công nghệ chưng cất dâu thô. -Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ và chế độ công nghệ phụ thuộc vào đặc tính nguyên liệu và mục đích của quá trình chế biến. -Dầu có chứa lượng khí hòa tan thấp (0,5-1,2)trữ lượng xăng thấp(12-15%) phân đoạn này có nhiệt độ sôi đến 1800c)và hiệu suất các phân đoạn tới 3500c không lớn hơn 45%thì chọn sơ đồ chưng cất AD với bay hơi 1lần và tháp tinh cất.(sơ đồ loại 1thap) -Dầu mỏ chứa nhiều phần nhẹ,tiềm năng sản phẩm trắng cao(50-60%),chứa nhiều phân đoạn xăng(20-30%)thì nên chọn sơ đồ chưng cất AD bay hơi 2lan:Lần 1bay hơi sơ bộ một phần và tinh cất.Lần 2 tiến hành chưng cất phần dầu còn lại (sơ đồ loại 2 tháp) II.2.3.1. Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển. Trong chưng cất sôi dần hơi tạo thành thoát ra khỏi thiết bị chưng cất ngay lập tức, ngưng  tụ  trong  thiết  bị  làm  lạnh  -  ngưng  tụ  và  được  thu  hồi  dưới  dạng distillat. Ngược lại, trong sôi một lần hơi tạo thành trong quá trình nung nóng không thoát ra khỏi thiết bị cất cho đến khi đạt đến nhiệt độ nào đó, khi đó có một lượng pha hơi tách ra chất lỏng. Nhưng cả hai phương pháp chưng cất này đều không thể phân tách dầu và sản phẩm dầu thành các phân đoạn hẹp vì có một lượng thành phần có nhiệt sôi cao rơi vào ohần cất (distillat) và một phần phân đoạn nhiệt độ sôi thấp ở lại trong pha lỏng. Do đó phải tiến hành ngưng tụ hồi lưu hoặc tinh cất. Với quá trình này, dầu và sản phẩm dầu được nung nóng trong bình cầu. Hơi tạo thành khi chưng cất hầu như không chứa thành phần sôi cao, được làm lạnh trong thiết bị ngưng tụ hồi lưu và chuyển sang thể lỏng - phần hồi lưu. Chất hồi lưu chảy xuống dưới, lại gặp hơi tạo thành. Nhờ trao đổi nhiệt thành phần sôi thấp của phần hồi lưu hóa hơi, còn phần có nhiệt độ sôi cao trong hơi sẽ ngưng tụ. Trong quá trình tiếp xúc này sự phân tách sẽ tốt hơn. Tinh cất là sự tiếp xúc giữa dòng hơi bay lên và dòng lỏng chảy xuống - phần hồi lưu. Để tinh cất tốt phải tạo điều kiện tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng.  Sự tiếp xúc này thực hiện được nhờ vào thiết bị  tiếp xúc phân bố trong tháp (đệm, mâm..). Mức phân tách của các thành phần phụ thuộc nhiều vào số bậc tiếp xúc và lượng hồi lưu chảy xuống gặp hơi. Hình.2.5 sơ đồ chưng cất khí quyển. 1- Lò nung dạng ống, 2- tháp chưng cất, 3- thiết bị làm lạnh, 4- bộ trao đổi nhiệt. I- Dầu thô; II- sản phẩm trên (xăng); III- Kerosel; IV- dầu diesel; V- cặn chưng cất khí quyển (mazut); VI- hồi lưu; VII- chất cấp nhiệt ( hơi nước). Hình trên là sơ đồ nguyên tắc cụm chưng cất dầu ở áp suất khí quyển. Dầu thô được bơm vào bộ trao đổi nhiệt 4, trong đó nó được gia nhiệt, sau đó đưa vào lò nung (1) và dầu được nung nóng đến nhiệt độ cần thiết và được dẫn vào khoang bay hơi (vùng cấp) của tháp chưng cất (2). Trong quá trình nung nóng, một phần dầu chuyển sang pha hơi. Dầu ở thể hai pha lỏng - hơi được đưa vào tháp cất, trong đó do giảm áp một phần hơi nước được tạo thành, pha hơi tách ra khỏi  pha lỏng và bay lên trên dọc theo tháp, còn pha lỏng chảy và khiến cho pha lỏng giàu các chất có nhiệt độ sôi cao. II.2.3.2Chưng cất dầu có tác nhân bay hơi Một trong những phương pháp tăng hàm lượng các chất có nhiệt độ sôi cao trong cặn chưng cất là đưa vào phần dưới của tháp chưng cất tác nhân bay hơi. Tác nhân bay hơi được ứng dụng là hơi nước, khí trơ (nitơ, khí cacbonic, khí dầu), hơi xăng, ligroin hoặc kerosel. Tác nhân bay hơi được sử dụng rộng rãi nhất là hơi nước. Khi có hơi nước trong tháp chưng cất, áp suất riêng phần của hydrocarbon giảm và dẫn tới nhiệt độ sôi giảm. Nhờ đó, hydrocarbon có nhiệt độ sôi thấp nhất còn lại trong pha lỏng sau khi cất một lần sẽ chuyển sang pha hơi và bay lên. Hơi nước chuyển động dọc theo tháp chưng cất và bay ra cùng sản phẩm đỉnh, làm giảm nhiệt độ trong tháp xuống 10 ÷ 20oC. Nên sử dụng hơi quá nhiệt và đưa nó vào tháp với nhiệt độ bằng nhiệt độ của nguyên liệu nạp vào tháp hoặc cao hơn đôi chút. Thường hơi nước sau khi qua máy bơm hơi và turbin có áp suất tăng đến 2 ÷ 3 atm, được nung nóng trong ống ruột gà của lò nung dạng ống và nạp vào tháp với nhiệt độ 350 ÷ 450oC. II.2.3.3 Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất khí quỷên. Trong sơ đồ chưng cất khí quyển, dầu đã loại nước và loại muối trong cụm EDS được bơm vào mâm số 16 của tháp bay hơi K-1 bằng hai dòng. Từ đỉnh tháp K-1 sản phẩm đỉnh trong pha hơi được dẫn vào  thiết bị ngưng tụ bằng không khí T-5, sau đó vào thiết bị làm lạnh bằng nước T-5a và được làm lạnh đến 45oC, rồi đi vào bể chứa E-1. Nước tách từ bể E-1 được dẫn vào kênh thải. Xăng từ bể E-1 được bơm vào tháp K-1 bằng máy bơm H-5 làm dòng hồi lưu, xăng còn lại chảy vào bể E-12. Chế độ nhiệt ở dưới tháp K-1 được duy trì nhờ “dòng nóng”, là phần dầu thô đã loại xăng của tháp K-1 được bơm vào lò nung L-1 bằng 6 dòng nhờ máy bơm H-7. Tất cả các dòng dầu từ lò L-1 nhập lại và được bơm trở lại đáy tháp K-1 bằng 2 dòng. Hình.2.6.cụm chưng cất khí quyển K-1- Tháp bay hơi trước; K-2- Tháp chưng cất khí quyển chính; K-6, K-7, K-9- Tháp bay hơi; E-1, E-12, E-3- bể hồi lưu. T-5, T-7, T-22, T-23- thiết bị ngưng tụ bằng không khí; T-2, T-33, T-17, T-19, T-11- thiết bị trao đổi nhiệt “dầu thô- sản phẩm”; T-5a, T-7a, T-22a, T-20- Thiết bị làm lạnh; L-1 – lò nung dạng ống; H-3, H-21- Máy bơm. Sản phẩm đáy của tháp K-1 là dầu loại xăng được lấy ra bằng máy bơm H- 3 và được nung nóng tiếp trong lò L-1 và từ đây được đưa vào tháp chưng cất chính K-2 dưới mâm thứ 38. Để tăng thu hồi sản phẩm sáng từ mazut người ta bơm hơi nước quá nhiệt vào phía dưới tháp K-2. Từ đỉnh tháp K-2 hơi xăng và hơi nước được dẫn vào thiết bị ngưng tụ bằng không khí T-7, trong đó chúng được ngưng tụ và làm lạnh đến 80oC, sau đó đi vào thiết bị làm lạnh bằng nước T-7a. Phần ngưng (nhiệt độ 45oC) được đưa vào bể chứa E-3, trong đó nước được tách ra khỏi xăng (nước thải ra hệ thống thải). Xăng từ bể chứa E-3 được bơm bằng máy bơm H-4 vào trên tháp K-2 để điều chỉnh nhiệt độ trên tháp, phần xăng dư qua van điều chỉnh lưu lượng theo mức chất lỏng trong bể E-3 vào bể chứa E-12 . Để lấy nhiệt trong tháp K2 sử dụng 2 dòng hồi lưu: dòng thứ nhất vào dưới cửa trích phân đoạn 220 ÷ 280oC, dòng thứ hai - vào dưới cửa trích phân đoạn 280 ÷ 350oC. Phần hồi lưu thứ nhất được lấy ra từ mâm thứ 12 của tháp K-2 bằng bơm H-22 và qua thiết bị điều chỉnh lưu lượng rồi bơm vào trao đổi nhiệt T-2, thiết bị làm lạnh T-19 và với nhiệt độ 65 ÷ 70oC quay trở lại mâm 11 của tháp K-2, từ mâm thứ 10 phân đoạn 180 ÷ 220oC được bơm lên mâm trên của tháp K-6. Hơi nước quá nhiệt được đưa vào đáy tháp bay hơi K-6. Trong tháp K-6 diễn ra sự bay hơi của phân đoạn xăng, hơi này quay trở lại mâm thứ 9 của tháp K-2. Từ đáy tháp K-6 phân đoạn 180 ÷ 220oC được máy bơm H-18  bơm qua hệ thống trao đổi nhiệt và làm lạnh (T-22, T-22a) vào hệ thống làm sạch. Phân đoạn 220 ÷ 280oC từ đáy tháp bay hơi K-7 nhờ máy bơm H-19 được bơm qua thiết bị làm lạnh bằng không khí T-23, bằng  nước T-20, qua bộ điều chỉnh lưu lượng và đi vào ống dẫn của nhiên liệu diesel. Từ mâm thứ 30 hoặc 32 của tháp K-2 phân đoạn nhiên liệu diesel (280 ÷ 350oC) được lấy ra và đưa qua tháp bay hơi K-9. Dưới tháp K-9 hơi nước quá nhiệt cũng được đưa vào. Phân đoạn bay hơi của tháp K-9 quay lại mâm thứ 24 của tháp K-2 Từ đáy tháp K-9 phân đoạn 280 ÷ 350oC được máy bơm H-20 bơm qua hệ thống trao đổi nhiệt T-11 để nung nóng phân đoạn xăng trước tháp ổn định K- 8 và được đưa vào ống dẫn chung của nhiên liệu diesel. Mazut từ đáy tháp K- 2 được máy bơm H-21 bơm sang cụm chưng cất chân không. 3.3 thông số kỹ thuật. Bảng.2.1.thông số kỹ thuật tháp K-1. Tháp K-1                                                      Ngưỡng cho phép Lưu lượng nguyên liệu, m3/h                                         ≤1.250 Nhiệt độ, oC - Dầu thô vào tháp                                                        ≥ 200 - Dòng hồi lưu                                                              ≤ 340 - Đỉnh tháp     85oC - Đáy tháp                                                                    ≤ 240oC Áp suất tháp (trên), atm                                                ≤ 6,0 Chi phí hơi, m3/h                                                           90 Bảng.2.2.thông số kỹ thuật tháp K-2. Tháp K-2 Nhiệt độ, oC Nguyên liệu vào tháp                                      ≥ 360 Dòng hồi lưu: + thứ I tại cửa ra khỏi tháp 170 + thứ II tại cửa ra khỏi tháp                                          260 + thứ I tại cửa vào tháp 70 + thứ II tại cửa vào tháp                                               80 Bảng.2.3.thông số kỹ thuật lò nung. Lò nung Nhiệt độ, oC tại ca ra khỏi lò                                              ≤ 800 Khí khói trên vách ngăn                               ≤ 800 Đỉnh tháp                                                85oC - Đáy tháp                                                                    ≤ 240oC Áp suất tháp ( trên), atm                                               ≤ 6,0 CHƯƠNG III. chưng cất ở áp suất chân không chân không. -Hỗn hợp trong dầu thô thường không bền ,dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao ,độ bền nhiệt của cấu tử không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào thời gian ở nhiệt độ đó. -Sự phân hủy sẻ làm xấu đi tính chất của sản phẩm và nguy hiểm cho quá trình chưng cất vì nó tọa ra các hợp chát gây ăn mòn .Vì vậy ta tiến hành chưng cất chân không ,sẻ đảm bảo cho hiệu quả tách sâu hơn phân đoan dầu nhờn (550-600oC). III.1.CHÂN KHÔNG VÀ KỸ THUẬT CHÂN KHÔNG: III.1.1.Chân không. -Chân không, theo lý thuyết cổ điển là trạng thái không gian không chứa vật chất. Vì vậy, vùng không gian này có thể tích khác không nhưng khối lượng và năng lượng đều bằng không. Điều đó có nghĩa là áp suất tuyệt đối trong vùng không gian này cũng bằng không. Chân không như thế được gọi là chân không tuyệt đối.Tuy nhiên, trong thực tế không thể tồn tại vùng chân không tuyệt đối như vậy được. Khoa học vật lý lý thuyết cũng đã chứng minh rằng không tồn tại vùng chân không này do vi phạm các nguyên lý của vật lý vi mô về thăng giáng lượng tử. Còn về mặt kỹ thuật, người ta định nghĩa chân không là vùng không gian có mật độ vật chất thấp hơn so với mật độ vật chất trong không khí, hay nói cách khác, đó là vùng không gian có áp suất tuyệt đối thấp hơn áp suất khí quyển tiêu chuẩn (p 100 Pa)- Chân không trung bình (100 Pa > p > 0,1 Pa)- Chân không sâu (0,1 Pa > p > 10-5 Pa)- Chân không rất sâu ( p < 10-5 Pa).III.1.2.Kỹ thuật chân không. -Trong một số quy trình công nghệ, ta không thể sử dụng quy trình dưới áp suất thường được mà phải sử dụng áp suất chân không trong hệ thống. Ví dụ như một số thiết bị cô đặc các dung dịch dễ biến tính vì nhiệt ( như nước đường, nước ép trái cây…), thiết bị chưng cất chân không trong chưng cất phân đoạn dầu mỏ…. Đặc điểm chung của các quy trình này là do ta không thể cho hoạt động dưới áp suất khí quyển được là vì chất tan sẽ bị phân huỷ, bị biến tính, hoặc bị biến đổi thành các dạng hợp chất hoá học không mong muốn dưới tác dụng của nhiệt. Do đó, sử dụng áp suất chân không trong hệ thống sẽ giúp ta giảm nhiệt độ, cho phép ta thu được sản phẩm mong muốn.III.1.3.ứng dụng chân không trong chưng cất dầu thô. -Sau khi chưng cất dầu dưới áp suất khí quyển ở nhiệt độ 350 ÷ 370oC, để chưng cất tiếp cặn còn lại cần chọn điều kiện để loại trừ khả năng cracking và tạo điều kiện thu được nhiều phần cất nhất. Phụ thuộc vào nguyên liệu từ cặn chưng cất khí quyển (mazut) có thể thu được distilat dầu nhờn cho cụm sản xuất dầu nhờn, hoặc gasoil chân không - là nguyên liệu cho cracking xúc tác. Phương pháp phổ biến nhất để tách các phân đoạn ra khỏi mazut là chưng cất trong chân không. Chân không hạ nhiệt độ sôi của hydrocarbon và cho phép lấy được distilat có nhiệt độ sôi 500oC ở nhiệt độ 410 ÷ 420oC. Tất nhiên khi gia nhiệt cặn dầu đến 420oC thì sẽ diễn ra cracking một số hydrocarbon, nhưng nếu distilat nhận được sau đó được chế biến thứ cấp thì sự hiện diện của các hydrocarbon không no không có ảnh hưởng đáng kể. Để điều chế distilat dầu nhờn thì phân hủy cặn phải ít nhất bằng cách tăng hơi nước, giảm chênh lệch áp suất trong tháp chân không. Nhiệt độ sôi của hydrocarbon giảm mạnh nhất khi áp suất dư thấp hơn 50 mmHg. Do đó cần ứng dụng chân không sâu nhất mà phương pháp cho phép. -Ngoài ra, để tăng hiệu suất distilat từ mazut đưa vào tháp chân không hơi nước quá nhiệt hoặc chưng cất cặn chân không (gudron) với tác nhân bay hơi (phân đoạn ligroin- kerosen).Chân không tạo thành nhờ thiết bị ngưng tụ khí áp hoặc máy bơm chân không (bơm piston, bơm rotary, bơm phun hoặc bơm tia) mắc nối tiếp với nhau.III.1.3.1.Thiết bị tạo chân không. -Chân không trong thiết bị được tạo thành bằng cách ngưng tụ khí trong không gian kín và hút khí và hơi không ngưng tụ ra bằng thiết bị tương ứng. Trong phần này giới thiệu các thiết bị ngưng tụ bề mặt, máy bơm chân không, thiết bị ngưng tụ khí áp và máy bơm phun (ejector). Máy bơm chân không dùng để bơm khí, nén và xảa) Thiết bị ngưng tụ bề mặt:- Trong sơ dồ chưng cất chân không công suất cao chân không trong tháp K-10( H.6.3) được tạo ra bằng thiết bị ngưng tụ bề mặt và bơm phun với thiết bị ngưng tụ bề mặt trung gian. Hỗn hợp hơi nước, hydrosunfua và khí phân hủy đi ra từ tháp K-10 trước tiên đi vào không gian giữa các ống thiết bị ngưng tụ bề mặt dạng cố định, kết cấu của chúng được trình bày trong hình 6.9.Trong ống của thiết bị ngưng tụ bề mặt theo hệ thống 8 dòng nước lạnh chảy từ dưới lên trên. Nhờ làm lạnh và ngưng tụ hơi trong không gian giữa các ống của thiết bị ngưng tụ bề mặt thể tích pha hơi giảm mạnh và tạo thành chân không trong tháp. b) Máy bơm chân không: - Có máy bơm chân không khô và ướt, piston và quay. Máy bơm khô chỉ dùng để bơm khí khô, còn bơm ướt-để bơm khí chứa chất lỏng. Máy bơm chân không piston khô có năng suất 160-200 m3/phút và tạo chân không đến 30mmHg.Máy bơm chân không quay được trang bị bánh hoạt động gắn các gàu bất động đặt lệch tâm trong thân máy bơm. Máy bơm được rót đầy nước hoặc chất lỏng không cháy và không ăn mòn các chi tiết máy khác đến một mức, sao cho phần cuối của các gàu khi quay luôn nằm trong chất lỏng. Khi bánh xe quay nhanh nước (chất lỏng) văng vào thành, tạo thành vòng nước cân bằng. Giữa các gàu và vòng này dưới tác dụng của lực tâm sai của bánh xe tạo thành các ô có thể tích không đồng đều-ở dưới là ô lớn, ở trên - ô nhỏ. Khi piston hoạt động nước được lấp đầy. Ở nửa vòng quay đầu của van các ô to lên và các khe này khí được hút. Trong nửa vòng quay thứ 2 các ô xẹp xuống, bị nén lại và xả khí qua lỗ chuyên dụng. Chiều sâu chân không phụ thuộc vào nhiệt độ của chất lỏng làm việc. Do đó, nước được nạp với nhiệt độ càng thấp càng tốt, chất lỏng được làm lạnh trong máy lạnh chuyên dụng.Máy bơm chân không quay nên được dùng khi khí nén không chứa hydrosunfua. Ưu điểm của máy bơm này là có thể nối chúng trực tiếp với động cơ điện, khiến cho chúng gọn và chặt chẽ. Máy bơm chân không quay hiệu RMK năng suất 720-1800 m3/h tạo thành chân không khoảng 720mmHg.c) Thiết bị ngưng tụ khí áp. -Thiết bị ngưng tụ khí áp gồm ống 3 có chiều cao 12m, trong đó các dòng khí và nước chuyển động gặp nhau; hơi nước ngưng tụ và cùng với nước qua cửa van thủy lực chảy vào bể chứa hoặc thải vào kênh. Van thuỷ lực được tạo thành như sau: đuôi của ống 3 ngập trong lớp nước trong bể 4. Không khí và khí không ngưng tụ được hút bằng máy bơm chân không hoặc bơm tia nước.d) Bơm phun tia. -Hơi hoạt đông phun ra từ vòi phun 1 với tốc độ siêu âm. Nhờ sự trộn rối của tia hơi chuyển động xoấy với các hạt không khí \, trong buồng hút 2 diễn ra sự hút khí kôhng ngưng tự và cuốn chúng vào ống thắtt – buồng trộn 3 để trộn hoàn tàon hơi với khí. Buồng trộn 3 kết thúc bằng họng hình trụ. Trừ hong dòng hơi trộn với khí được hút đi vào buồng khuếch tán 4 để chuyển động năng của dòng thành công khi hỗn hợp rời khỏi thiết bịe) Hệ thiết bị ngưng tụ khí áp - bơm phun: Hình.3.1.thiết bị ngưng tụ khí áp-bơm phun. - Trong hệ này hơi thoát ra từ đỉnh tháp chân không, ngưng tụ ngay lập tức trong thiết bị ngưng tụ khí áp và sau đó được hút bằng máy bơm chân không (thường bơm phun hơi). Áp suất dư trong thiết bị ngưng tụ khí áp phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, nhưng không thấp hơn áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độ nào đó. Nước từ thiết bị ngưng tụ khí áp bị nhiễm sản phẩm dầu và hợp chất lưu huỳnh (thường 5,5% so với mazut). Vì vậy để giảm dòng nước nhiễm bẩn trong nhà máy nước thải được sử dụng lại. Tuy nhiên, khi đó nhiệt độ nước đổ vào thiết bị ngưng tụ khí áp sẽ tăng đôi chút và phải trang bị thêm phụ kiện cho hệ cấp nước.Trong sơ đồ tạo chân không bằng hệ thiết bị ngưng tụ khí áp - bơm phun. Sản phẩm dầu ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ không hòa loãng bằng nước lạnh, nhờ đó nó dễ dàng tách ra khỏi condensat, được thu gom vào bể lắng và giếng khí áp.f) Hệ bơm phun - thiết bị ngưng tụ khí . -Trong sơ đồ này hơi từ trên tháp chân không đưa trực tiếp vào bơm phun, còn độ sâu của chân không không phụ thuộc vào nhiệt độ của nước thoát ra từ thiết bị ngưng tụ khí áp. Nhờ đó có thể tạo chân không sâu hơn (áp suất dư đạt 5 ÷ 10 mmHg). Độ sâu chân không phụ thuộc vào đối áp tại cửa ra của bơm phun, vì vậy để tạo chân không sâu cần mắc nối tiếp vài bơm phun. III.1.3.2.Đặc điểm chưng cất trong tháp chân không. -Đặc điểm chưng cất trong tháp chân không tương tự như trong tháp chưng cất khí quyển. Tuy nhiên nó cũng có một số đặc điểm riêng liên quan với áp suất dư trong tháp thấp, điều kiện nung nóng nhiên liệu có thành phần phân đoạn nặng. Trong tháp chân không cần tạo điều kiện để cất được nhiều nhất và phân hủy ít nhất. Để làm được điều này cần sử dụng thiết bị tạo chân không để có được áp suất chân không thấp nhất trong hệ. Để giảm thời gian lưu của mazut trong lò nung và giảm trở lực nên sử dụng lò nung hai chiều, đưa hơi nước vào ống xoắn của lò, giảm thiểu khoảng cách giữa cửa nhập liệu vào tháp và cửa ra khỏi lò nung, tăng đường kính ống dẫn nguyên liệu, giảm thiểu các chỗ uốn góc, dạng chữ S.Cấu tạo của tháp chân không khác với tháp chưng cất khí quyển nhằm giảm thời gian lưu của cặn trong tháp để tránh phân hủy nó dưới tác dụng của nhiệt độ cao. Do lưu lượng các dòng hơi trong tháp chân không lớn, nên đường kính của các tháp này lớn hơn nhiều so với tháp cất khí quyển (8 ÷ 12 m). Do sự phân bố của chất lỏng và bọt sủi không đồng nhất nên hiệu quả của mâm không cao. Để phân bố chất lỏng đồng đều trên các mâm nên sử dụng cấu trúc mâm đặc biệt (mâm lưới, van (xupap) và sàng). III.1.3.3 Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất chân không Hình.3.2.sơ đồ công nghệ chưng cất chân không. -Sơ đồ nguyên tắc cụm chưng cất chân không trình bày trong hình 16. Mazut từ dưới tháp K-2 được máy bơm H-21 (không vẽ trong sơ đồ) bơm vào ống xoắn của lò nung L-3 và sau khi nung nóng đến 400 ÷ 410oC được dẫn vào tháp chưng cất chân không K-10. Để giảm sự phân hủy của mazut khi nung nóng ở nhiệt độ cao và tạo cốc trong các ống lò nung và tăng phần cất, thêm hơi nước quá nhiệt vào từng dòng chảy qua lò nung tại cửa vào tháp K-1. Ở đỉnh tháp chưng cất chân không K-10 giữ áp suất không quá 50 mmHg. Khí sinh ra khi phân hủy mazut cùng hơi nước được dẫn sang thiết bị ngưng tụ T-35, trong đó hơi nước ngưng tụ, còn khí được hút bằng máy bơm chân không - phun ba cấp H-1. Phần ngưng tụ từ T-35 được đưa vào bể chứa E-22, từ đó vào bể chứa B, nước từ đó được thải ra còn sản phẩn dầu tích tụ trong bể lắng được máy bơm H-40 bơm vào cửa nạp của máy bơm nguyên liệu.Từ mâm 15 của tháp chân không K-10 dòng hồi lưu trên được máy bơm H-24 hút ra và bơm qua các thiết bị trao đổi nhiệt T-25, thiết bị ngưng tụ bằng không khí T-25a, máy lạnh T-28 và với nhiệt độ 50oC được đưa trở lại mâm 18 của tháp K-10. Phân đoạn có nhiệt độ sôi dưới 350oC dư được máy bơm H-24 bơm vào tháp K-2 hoặc vào đường ống nhiên liệu diesel. Cũng có thể đưa dòng hồi lưu nóng vào mâm 14 nhờ máy bơm H-24. -Từ mâm 9 trích phân đoạn 350 ÷ 500oC ra dưới dạng sản phẩm trung gian, sau đó nó được máy bơm H-25 bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt T-16 (dòng nóng), sau đó lượng phân đoạn 350 ÷ 500oC cần thiết quay trở lại tháp như dòng hồi lưu sau khi đã qua máy làm lạnh T-30, phần dư qua thiết bị trao đổi nhiệt T-1 và lấy ra ngoài.Từ mâm thứ 9 của tháp K-10 dòng hồi lưu dưới được máy bơm H-26 bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt T-18 và thiết bị làm lạnh T-31, trong đó nó được làm lạnh đến 170oC và trở về mâm số 6, còn phần dư quay trở lại tháp chưng cất khí quyển K-2. Từ bơm H-25 và H-26 hai dòng nóng trở lại tương ứng tại mâm thứ 8 và thứ 4.Từ đáy tháp K-10 gudron (nhựa đường) được máy bơm H-27 bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt T-4, T-3, T-34, máy lạnh T-24 và với nhiệt độ không quá 100oC được đưa vào bể chứa. III.1.4thông số quá trình: Bảng.1các thông số kỹ thuật của quá trình chưng cất chân không. Nhiệt độ(OC) Chế độ tối ưu    Ngưỡng cho phép Mazut tại cửa ra lò L-3                       400 ≤ 420 Vách ngăn lò L-3                               700 ≤ 450 Đỉnh tháp K-10 90 ≤ 100 Đáy tháp 345 ≤ 350 Hơi quá nhiệt 420 ≤ 440 Áp suất dư trong tháp K-10, mm Hg 60 ≥ 50 Áp suất hơi vào máy phun chân không, atm 11 ≥ 10,0 Bottom of Form III.1.5.Các sản phẩm thu được khi chưng cất dầu thô trong chân không. -Chế biến mazut trong chân không thu được các distilat dầu nhờn có nhiệt độ sôi, độ nhớt và các tính chất khác khác nhau, cặn của quá trình này là semigudron hoặc gudron. Các sơ đồ chưng cất chân không được chia thành nhóm nhiên liệu và dầu nhờn. Trong nhóm sơ đồ nhiên liệu từ mazut thu phân đoạn rộng có nhiệt độ sôi đến 5500C gọi là gasoil chân không, là nguyên liệu cho cracking xúc tác hoặc hydrocracking.Trong nhóm công nghệ thứ 2 thu được phân đoạn dầu nhờn, sau khi chế biến ( xử lý bằng hydro, làm sạch lựa chọn, loại parafin bằng xúc tác hoặc loại parafin ở nhiệt độ thấp trong dung môi, làm sạch tiếp xúc…) có thể thu được các dầu nhờn gốc khác nhau.Trong các nhà máy chưng cất chân không nguyên liệu mazut hiện đại có 2 loại sơ đồ công nghệ: chưng cất bay hơi 1 bậc tất cả các phân đoạn và phân tách nó trong 1 tháp chân không và chưng cất mazut bay hơi hai bậc và phân tách phân đoạn chưng cất trong 2 tháp chân không.Để thu được gasoil chân không với khoảng sôi 350-5000C làm nguyên liệu cho cracking xúc tác hoặc hydrocracking thì chưng cất 1 bâc đạt yêu cầu. Nếu cần phải thu được nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn thì tốt hơn nên chọn hệ thống chưng cất chân không 2 tháp. Trong tháp thứ nhất tách được phân đoạn dầu nhờn rộng, trong tháp thứ hai - chưng cất tiếp nó thành các phân đoạn dầu nhờn hẹp.Trong hình vẽ.3.2 dẫn ra sơ đồ nguyên tắc chưng cất chân không mazut hai bậc để nhận phân đoạn dầu nhờn. Mazut nóng với nhiệt độ 310-3150C từ tháp chưng cất khí quyển được máy bơm bơm vào lò nung để gia nhiệt đến 410-4200C và đưa vào tháp chưng cất chân không thứ nhất K-4. Trong tháp K-4 diễn ra phân tách phân đoạn chân không rộng ra khỏi cặn nặng là gudron. Để cất phân đoạn chân không tốt hơn và giảm nhiệt độ bay hơi, đưa vào tháp K-4 hơi nước quá nhiệt với khối lượng 1-1.5% so với nguyên liệu. Nếu phân đoạn chân không rộng được sử dụng làm nguyên liệu cho cụm cracking xúc tác hoặc hydrocracking, thì nó được lấy ra từ mâm thứ 6 và thứ 7 của tháp thứ nhất, cho nhiệt trong trao đổi nhiệt và đưa vào sơ đồ để chế biến tiếp. Tùy thuộc vào khả năng của sơ đồ, phân đoạn chân không rộng có nhiệt độ sôi trong khoảng 350-5200C.Khi chế biến phân đoạn chân không rộng với mục đích thu các dầu nhờn khác nhau nó được gia nhiệt bổ sung bằng nhiệt của gudron trong trao đổi nhiệt với gudron và đi vào tháp chân không thứ hai để tinh cất thành những phân đoạn hẹp hơn. Nhiệt lượng thiếu được lấy từ dưới tháp K-5 dưới dạng tia nóng nhờ tuần hoàn distilat dầu nhờn nặng được lấy ra có nhiệt độ sôi 420-490oC hoặc 420-5000C qua một phần ống của lò nung. Đưa vào tháp K-5 hơi quá nhiệt.Chất lượng sản phẩm dầu thu được trong tháp chưng cất chân không thứ nhất như sau:Phân đoạn 350 đến 5000C:Hàm lượng nhựa, % k.l, không quá 12Bay hơi, % t.t.Đến 4800C, không thấp hơn 96Đến 3500C, không cao hơn 20Nhựa đường (phân đoạn > 5000C):Nhiệt độ chớp cháy, 0C, không thấp hơn 200Độ nhớt tương đối ở 800C 80-150Bay hơi đến 5000C, % t.t, không quá 96 Từ tháp thứ hai thu các phân đoạn 350-4200C và 420-5000C. Hồi lưu cho tháp thực hiện bằng cách lấy một phần cất trích ngang trên từ tháp K-4 và K-5, làm lạnh chúng trong trao đổi nhiệt và thiết bị làm lạnh, tiếp theo đưa phần cất lạnh lên mâm trên, Nhiệt lượng dư được lấy ra bằng dòng hồi lưu tuần hoàn.Hơi và khí phân hủy không ngưng tụ lấy ra từ tháp K-4 và K-5 hút vào thiết bị tạo chân không. Với mục đích không tạo khói, muội trong khu vực nhà máy, khí phân hủy và hydrosulfua sau bậc cuối cùng của bơm tia hơi đưa vào lò nung để đốt. CHƯƠNG IV:chưng cất kết hợp AVD IV.so sáng chưng cất(AD) và(VD). IV.1.Chưng cất khí quyển (AD). IV.1.1sản phẩm. -khí hydrocacbon thu được thành C1-C4.tùy thuộc công nghệ chưng cất,phân đoạn C3-C4 ở thể khí hay được nén ở thể lỏng. phân đoạn này thường được dùng làm nhiên liệu cho các quá trình chế biến tiếp theo,thành những sản phẩm dan dụng. -phân đoạn xăng có nhiệt độ sôi từ 50-180oC được tinh chế tiếp để nhận các phân đoạn hẹp hơn hay rông hơn dùng làm nguyên liệu cho quá trình isomer hóa, reforming xúc tác để nhận xăng hoặc các loại hydrocacbon thơm.BTX.hoặc làm nguyên liệu cho cracking sản xuất các olefin thấp như etylen,propylen… -phân đoạn kerosen có nhiệt độ sôi 180oC-250oC Đượcdùng làm nhiên liệu cho động cơ phản lực. dầu hỏa dân dụng.Nếu hàm lượng lưu huỳnh cao người ta thường tiến hành làm sạch bằng hydro. -phân đoạn dieezel là phân đoạn có nhiệt độ sôi 250oC-350oC,được dùng làm nhiên liệu diezel.khi nhận phân đoạn này từ dầu mỏ có nhiều lưu huỳnh neen cững phải khữ bằng hydro. -phân đoạn mazut là phầ cặn của quá trình chưng cất khí quyển làm nhiên liệu đốt cho lò công nghiệp,hay sữ dụng làm nguyên liệu cho quá trình chưng cất chân không thu dầu nhờn. IV1.2.Chưng cất chân không(VD) IV.1.2.1sản phẩm. -phân đoạn dầu nhờn còn gọi là phân đoạn gasoil chân không,có nhiệt độ sôi từ 300o-C500oC được dùng làm sản xuất cho các loại dầu nhờn bôi trơn khác nhau.ngoài ra còn làm nguyên liệu cho các quá trình chế biến khác. -phân đoạn cặn gudron là phần cặn của quá trình chưng cất chân không, được dùng làm nguyên liệu cho quá trinh cốc hóa để sản xuất cốc hoặc dùng để chế tạo bitum. IV.2.Cụm chưng cất kết hợp. IV.2.1.Thuyết minh dây chuyền. =>Nguyên liệu dầu thô(I) sau khi sau khi tách khí và xữ lý tạp chất cơ học được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt (1) và vào lò đốt được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi và nhập vào tháp chưng cất khí quyển(4) và được phân chia thành các phân đoạn tương ứng với khoảng nhiệt độ sôi của chúng sau đó qua tháp tai sinh(5).làm giàu cấu tử nhẹ cho quay về tháp chưng nhằm mục đích thu cấu tử nhẹ có giá trị như khí, xăng.chưng cất khí quyển chúng ta nhận được các phân đoạn sau đó được làm lạnh ở thiết bị (3)thu được sản phẩm. -Phân đoạn khí (III) thành phần C3-C4, có nhiệt độ sôi 10-40oC. -Phân đoạn xăng(II) thành phần C5-C11, có nhiệt độ sôi 50-180oC. -hân đoạn Kerosen(VI) thành phần C11-C16, có nhiệt độ sôi 180-250oC -phân đoạn Diezel(VII) thành phần C16-C21,có nhiệt độ sôi 250-350oC =>Nguyên liệu của quá trình chưng cất khí quyển(cặn mazut) chuyển sang lò đốt(2)ngay tháp chưng chân không tại đó nguyên liệu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi và được nhập liệu vào thấp chưng cất chân không(7).cặn mazut là những cấu tử có nhiệt độ sôi cao khi chưng cất khí quyển sẻ bị phá hủy.vì vậy phải chuyển sang chưng cất chân không ap suất thấp(10-40mHg)làm giảm nhiệt độ sôi của chúng.trong tháp chân không chúng ta cũng tách được các phân đoạn tương ứng với khoảng sôi.sau đó qua tháp tái sinh (5)và làm lạnh ở thiết bị số (3).thu được phần dầu nhờn (VIII,IX,X,XIII.XIV,XV)và phần cặn gudron(XII).