Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Chương IV NHIÊN LIỆU ĐỐT LÒ 4.1. Nhiên liệu đốt lò và vai trò của nó Trong công nghiệp khi cần cung cấp nhiệt cho một quá trình nào đó thì người ta có thể sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau như: Hợp chất vô cơ rắn, sản phẩm dầu mỏ (GPL, dầu đốt, cốc), khí tự nhiên hoặc dùng điện. Đối với dầu đốt thì người ta chia ra làm các loại khác nhau:  Dầu đốt nhẹ  Dầu đốt nặng D ầu đốt nhẹ: Đây là loại dầu được dùng chủ yếu để sưởi ấm nhà cửa tại vùng nông thôn, để chạy các nhà máy nông nghiệp như máy kéo, máy làm đường, do đó có tên là dầu đốt gia đình FOD (Fuel Oil Domestic). Về cơ bản không khác nhiều nhiên liệu diezen, nhưng có một số tính chất kỹ thuật kém hơn, đặc biệt về trị số cetan, về tính chất nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, ở nước ta tính chất nhiệt độ thấp của FOD không phải là vấn đề cần quan tâm. Dầu đốt nặng Loại dầu này dùng cho các lò công nghiệp, các lò nung, lò hơi, nhà máy phát điện, các phương tiện giao thông trọng tải lớn như tàu thuỷ. . . Trong các lĩnh vực trên thì dầu đốt nặng được sử dụng nhiều nhất cho việc cung cấp nhiệt ở các lò công nghiệp nên thường hay gọi chung là nhiên liệu đốt lò. Ở trong phần này ta chỉ nghiên cứu nhiên liệu đốt lò ở trạng thái lỏng và thu được từ dầu mỏ. Nhiên liệu đốt lò thu được bằng cách phối trộn từ các phần cặn nặng ít giá trị kinh tế, khó chế biến tiếp: cặn chưng cất chân không, cặn của các quá trình crăckinh, cốc hoá giảm nhớt, phần trích ly thu được trong quá trình sản xuất dầu nhờn, nhựa đường . . . cùng với một số phần nhẹ nhằm đảm bảo mộ t số tính chất kỹ thuật như phân đoạn kerosen, phân đoạn gasoil . . . ThS. Trương Hữu Trì Trang 69 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Ngoài những loại trên thì người ta còn tận dùng dầu bôi trơn được thải ra sau khi đã sử dụng, dầu cặn từ các quá trình hoá dầu (crackinh hơi) . . . Nhiên liệu đốt lò đóng một vai trò quan trọng trong nền công nghiệp nói chung và công nghiệp Lọc - Hoá dầu nói riêng. Khi sử dụng tốt nguồn năng lượng của nhà máy sẻ góp phần quan trọng đến hiệu quả kinh tế của nhà máy. Trong nhà máy lọc dầu thì hiệu suất thu hồi các sản phẩ m như sau: Nguồn gốc BREGA Lybie BRENT Biển bắc Arabe leger SANFAYA Arable lourd Sản phẩm nhẹ 26 28 20 17 Phân đoạn trung bình 37 33 35 29 Sản phẩm nặng 37 39 45 54 Nhu cầu về các loại sản phẩm như sau: Năm 1973 1980 1990 2000 Sản phẩm nhẹ 29 31 35 37-39 Phân đoạn trung bình 30 31 36 39-41 Sản phẩm nặng 41 38 29 20-24 Trong đó: Sản phẩm nhẹ gồm: GPL, naphta, xăng ô tô Phân đoạn trung bình gồm: Kerosene, nhiên liệu phản lực, Diesel, dầu đốt dân dụng Sản phẩm nặng: Nhiên liệu đốt lò, bitum, dầu bôi trơn, cốc. ThS. Trương Hữu Trì Trang 70 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Như vậy, để đáp ứng được các yêu cầu trên thì trong nhà máy lọc dầu phải có các thiết bị để chuyển hoá các phần nặng thành các phần nhẹ hơn. Các quá trình chuyển hoá này sẻ tiêu thụ một phần năng lượng đáng kể, chúng ta sẻ thấy rỏ qua bảng sau: Hiệu suất của các dạng sản phẩm thu được với các quá trình khác nhau. (dầu thô Arable leger) Quá trình lọc đơn giản Quá trình chuyển hoá thông thường Quá trình chuyển hoá sâu Sản phẩm nhẹ 20 32 35 Phân đoạn trung bình 35 41 48 Sản phẩm nặng 41 20 5 Sự tiêu thụ năng lượng 4 7 12 Như vậy khi thực hiện các quá trình chuyển hoá càng sâu thì năng lượng tiêu thụ càng lớn. 4.2. Thành phần hoá học và các nguồn thu nhiên liệu đốt lò từ dầu mỏ 4.2.1. Các nguồn thu nhiên liệu đốt lò Như phần trên đã nêu, ngày nay do nhu cầu các sản phẩm nhẹ ngày càng tăng và nhu cầu về các phần nặng thì ngày càng giảm. Vì vậy, buộc các nhà máy lọc dầu phải có các thiết bị (các quá trình chế biến sâu) để biến đổi các phần nặng thành các phần nhẹ. Việc xuất hiện các quá trình chế biến sâu đã làm thay đổi rất nhiều thành phần hoá học của nhiên liệu đốt lò. Sự biến đổi này theo xu hướng làm giảm số lượng và chất lượng của nhiên liệu đốt lò. Cùng với sự thay đổi về yêu cầu của các sản phẩm dầu mỏ thì sơ đồ nhà máy lọc dầu cũng đã biến đổi theo để đáp ứng được các yêu cầu đặt ra, sự thay đổi này thể hiện qua 3 sơ đồ như sau: ThS. Trương Hữu Trì Trang 71 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Khí đốt ThS. Trương Hữu Trì Trang 72 Chưng cất khí quyển Dầu thô RC Chất đốt • Sơ đồ 1 Sơ đồ này bao gồm : GPL Xăng HDS Kerosen Gazole/FOD FO  Phân xưởng chưng cất khí quyển  Phân xưởng reforming xúc tác  Phân xưởng HDS Nhiên liệu đốt lò thu được trong sơ đồ này chỉ đơn giản là phần cặn của quá trình chưng cất trực tiếp ở áp suất khí quyển. Nó có khối lượng riêng nhỏ hơn 1000 kg/m 3 ở 15 o C và hàm lượng kim loại thấp. * Sơ đồ 2 Khí đốt GPL Chưng cất khí quyển DSV FCC HDS RC Chất đốt Dầu thô Xăng KEROSENE Gazole/FOD FO Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm So với sơ đồ 1 thì ở đây có thêm phân xưởng chưng cất chân không và phân xưởng cracking xúc tác nhằm chuyển hoá phần cặn nặng của quá trình chưng cất khí quyển thành các phân đoạn nhẹ. Nhiên liệu đốt lò thu được từ sơ đồ này là hỗn hợp của phần cặn của quá trình chưng cất trực tiếp ở áp suất khí quyển và dòng sản phẩm cúa phân xưởng FCC có vai trò như chất làm loãng để giảm độ nhớt. Nhiên liệu đốt lò đây chứa một hàm lượng lớn lưu huỳnh và kim loại. • Sơ đồ 3 VB FCC HDS RC Chưn g cất khí quyển Kerosen Gasole/FOD Xăng GPL Dầu thô Khí đốt FO Chất đốt Sơ đồ này có thêm phân xưởng giảm nhớt nhằm giảm nhớt của cặn nặng và tận thu các thành phần nhẹ. Nhiên liệu đốt lò thu được từ sơ đồ này là hỗn hợp các phần cặn của quá trình giảm nhớt và các dòng chất pha loãng. Dòng chất pha loãng được sử dụng chủ yếu là LCO, HCO của quá trình cracking xúc tác, GO thu được trực tiếp từ quá trình chưng cất khí quyển. Nhiên liệu đốt lò thu được ở đây có độ ổn định kém và chứa một hàm lượng lớn lưu huỳnh và kim loại. ThS. Trương Hữu Trì Trang 73 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Một vài tính chất của các phối liệu sản xuất dầu đốt công nghiệp Tính chất RA RSV Cặn giảm nhớt LCO (BTS) HCO (BTS) Độ nhớt ở 100 o C (cSt) 46 1500 7500 1 1.7 d 4 15 0.972 1.026 1.040 0.899 0.942 Carbon Conradson (%m) 10.8 18.9 26.9 < 0.1 <0.1 Asphaltène (%m) 3.2 6.4 16.6 0 0 Lưu huỳnh (%m) 3.4 4.5 4.8 0.5 1.0 Nitơ (ppm) 2500 3000 3500 370 1050 Kim loại (ppm) 65 215 257 0 0 Tóm lại : Ngày nay, nhiên liệu đốt lò thu được từ nhiều quá trình chế biến sâu với các chất pha loảng khác nhau để đạt được những chỉ tiêu sử dụng của nó như độ nhớt, hàm lượng lưu huỳnh, khôi lượng riêng . . . 4.2.2. Thành phần hoá học của nhiên liệu đốt lò Thành phần của nhiên liệu đốt lò là một hỗn hợp phức tạp bao gồm những hợp chất có trọng lượng phân tử lớn, chúng có mặt trong dầu thô ban đầu hay được sinh ra từ các quá trình chuyển hoá sâu. Cấu trúc của các hợp chất này rất phức tạp vì vậy việc phân tách chúng thành các hợp chất riêng lẻ hay các họ như khi nghiên cứu đối với các phân đoạn nhẹ là rất khó khăn và không có nhiều ý nghĩa thực tế. Trong thực tế để khi nghiên cứu thành phần hoá học của nhiên liệu đốt lò người ta dựa vào các tính chất lý học của nó như khả năng tan trong các dung môi, khả năng ThS. Trương Hữu Trì Trang 74 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm hấp phụ khác nhau để tách loại chúng thành các nhóm chất khác nhau. Thực tế người ta thu được ba nhóm chất như sau:  Nhóm dầu  Nhóm nhựa  Nhóm asphalten Việc phân chia nhiên liệu đốt lò thành các nhóm chất như trên thường không rỏ ràng vì cấu trúc của phần nặng trong nhóm nhẹ và cấu trúc của phần nhẹ trong nhóm năng là không khác nhau nhiều, nhất là giữa nhóm nhựa và nhóm asphalten. Nhóm dầu : Đây là những hợp chất nhẹ nhất của nhiên liệu đốt lò, chúng bao gồm các hợp chất parafin, olefin naphten và các hợp chất hydrocacbon thơm. Đây là các hợp chất tan được trong các dung môi thông thường như xăng nhẹ, parafin. . . nhưng không thể tách chúng ra khỏi hỗn hợp bằng các chất hấp phụ vì chúng không có cực (hoặc cực yếu) Nhóm nhựa : Nhựa là dẫn xuất của các hydrocacbon polyaromatique hoặc của các naphteno- aromatic, có độ nhớt lớn. Nó có thể tan trong các hydrocacbon nhẹ C 5 -C 8, xăng. . . nhưng đây là các hợp chất có cực nên có thể tách chúng ra khỏi hỗn hợp bằng các chất hấp phụ. Trọng lượng phân tử của nó phân bố trong một khoảng rộng từ 2000 - 4000. Tỷ lệ C/H trong các vòng ngưng tụ của nhựa khoảng từ 7.7 - 8.9. Nhóm asphalten : Asphalten là những hợp chất cao phân tử đa vòng, ngưng tụ cao, có khối lượng phân tử lớn (từ 700 - 40000). Chúng tan được trong dung dịch H 2 S, benzen, CCl 4 nhưng không tan được trong xăng nhẹ,các hydrocacbon nhẹ C 5 -C 8 . Người ta nhận thấy rằng trong Asphalten chứa một hàm lượng đáng kể các dị nguyên tố như O, N, S. Tỷ lệ C/H trong các vòng ngưng tụ của Asphalten khoảng từ 9 - 11. ThS. Trương Hữu Trì Trang 75 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Trong dầu đốt thì nhóm nhựa tan được trong nhóm dầu để tạo thành một dung dịch thực sự và hỗn hợp của hai nhóm chất này có một tên gọi chung là nhóm Malten. Asphalten không tan trong các dung môi thông thường, không tan trong nhóm maltene kể trên mà chỉ bị trương nở trong nhóm chất này khi tồn tại trong dầu đốt để tạo thành một hệ keo cân bằng mà tướng phân tán là Asphalten và môi trường phân tán là dầu và nhựa. Trong quá trình lưu trữ và tồn chứa, do có độ nhớt cao, thường phải tiếp xúc v ới oxy không khí nên các nhóm chất này sẻ bị biến đổi. Xu hương của sự biến đổi này là dầu chuyển thành nhựa và nhựa sẻ chuyển thành asphalten. Khi quá trình biến đổi này xãy ra mạnh sẻ làm cho cân bằng hệ keo bị phá vỡ, gây nên kết tủa asphalten. Sự phá vỡ cân bằng hệ keo này có thể còn do khi pha trộn vào dầu đốt những loại dầu có nguồn gốc khác, làm cho asphalten có thể bị kết tủa. Kết quả là chúng sẽ cùng với nước và cặn khác tạo thành một chất như “bùn” đọng ở đáy các thiết bị chứa, gây khó khăn khi sử dụng và cả khi rửa. 4.2.3. Phân loại nhiên liệu đốt lò Do nhiên liệu đốt lò được ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau nên yêu cầu về chất lượng của nó cũng khác nhau, hơn nữa chất lượng này còn tuỳ thuộc vào mức độ phát triển và yêu cầu của từng nước hay từ ng khu vực. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, nhiên liệu đốt lò được phân chia dựa vào hàm lượng lưu huỳnh và độ nhớt thành 4 loại như sau:  FO N 0 1 (2,0% lưu huỳnh)  FO N 0 2A (1,5% lưu huỳnh )  FO N 0 2B (3,0% lưu huỳnh)  FO N 0 3 (3,0% lưu huỳnh) ThS. Trương Hữu Trì Trang 76 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Chỉ tiêu chất lượng của các loại dầu này như sau: Chỉ tiêu chất lượng của dầu FO N 0 1 (2,0% lưu huỳnh) Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Đơn vị đo Phương pháp thử Mức quy định - Khối lượng riêng ở 15 0 C (max) - TCVN 3893-95 0,965 - Độ nhớt động học ở 40 0 C (max) cSt ASTM-D445 87 - Điểm chớp cháy cốc kín (min) 0 C ASTM-D93/TCVN 2693-95 66 - Hàm lượng lưu huỳnh (max) %kl ASTM-D129 2,0 - Điểm đông đặc (max) 0 C ASTM-D97/TCVN 3753-95 10 - Hàm lượng nước (max) %tt ASTM-D95/TCVN 2692-95 1,0 - Hàm lượng tạp chất (max) %kl ASTM-D473 0,15 - Nhiệt trị (min) Cal/g ASTM-D240 9800 - Hàm lượng tro (max) %kl ASTM-D482/TCVN 2690-95 0,15 - Cặn Carbon Coradson (max) %kl ASTM-D189 6 ThS. Trương Hữu Trì Trang 77 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Chỉ tiêu chất lượng của dầu FO N 0 2A (1,5% lưu huỳnh ) Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Đơn vị đo Phương pháp thử Mức quy định - Khối lượng riêng ở 15 0 C (max) - TCVN 3893-95 0,97 - Độ nhớt động học ở 40 0 C (max) cSt ASTM-D445 180 - Điểm chớp cháy cốc kín (min) 0 C ASTM-D93/TCVN 2693- 95 66 - Hàm lượng lưu huỳnh (max) %kl ASTM-D129 1,5 - Điểm đông đặc (max) 0 C ASTM-D97/TCVN 3753- 95 21 - Hàm lượng nước (max) %tt ASTM-D95/TCVN 2692- 95 1,0 - Hàm lượng tạp chất (max) %kl ASTM-D473 0,15 - Nhiệt trị (min) Cal/g ASTM-D240 9800 - Hàm lượng tro (max) %kl ASTM-D482/TCVN 2690-95 0,15 - Cặn Carbon Coradson (max) %kl ASTM-D189 10 ThS. Trương Hữu Trì Trang 78 [...]... %tt 269 3- 95 3,0 375 3- 95 ASTM-D95/TCVN 66 269 2- 95 21 1,0 - Hàm lượng tạp chất (max) %kl ASTM-D473 0,15 - Nhiệt trị (min) Cal/g ASTM-D 240 9800 - Hàm lượng tro - Cặn Carbon Coradson ThS Trương Hữu Trì (max) %kl (max) %kl ASTM-D482/TCVN 269095 ASTM-D189 0,15 10 Trang 79 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Chỉ tiêu chất lượng của dầu FO N03 Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm - Khối lượng riêng ở 150C (max) - Độ nhớt.. .Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Chỉ tiêu chất lượng của dầu FO N02B (3,0% lưu huỳnh) Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Đơn vị đo Mức Phương pháp thử quy định - Khối lượng riêng ở 150C (max) - TCVN 389 3-9 5 0,97 - Độ nhớt động học ở 40 0C (max) cSt ASTM-D 445 180 - Điểm chớp cháy cốc kín (min) 0 ASTM-D93/TCVN - Hàm lượng lưu huỳnh (max) %kl ASTM-D129 - Điểm đông đặc (max) 0 ASTM-D97/TCVN - Hàm lượng... ở 40 0C (max) - Điểm chớp cháy cốc kín (min) Đơn vị đo Mức Phương pháp thử quy định - TCVN 389 3-9 5 0,991 cSt ASTM-D 445 380 0 ASTM-D93/TCVN C 269 3- 95 - Hàm lượng lưu huỳnh (max) %kl - Điểm đông đặc (max) 0 - Hàm lượng nước (max) %tt - Hàm lượng tạp chất (max) %kl ASTM-D473 0,15 - Nhiệt trị (min) Cal/g ASTM-D 240 9800 - Hàm lượng tro (max) %kl - Cặn Carbon Coradson (max) ThS Trương Hữu Trì C %kl ASTM-D129... C %kl ASTM-D129 66 ASTM-D97/TCVN 3,0 375 3- 95 ASTM-D95/TCVN 269 2- 95 ASTM-D482/TCVN 269095 ASTM-D189 21 1,0 0,35 14 Trang 80 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Theo tiêu chuẩn của Pháp, dựa vào độ nhớt và hàm lượng lưu huỳnh người ta chia FO làm 4 loại chính: - FO N01 : độ nhớt động học ở 500C nhỏ hơn hoặc bằng 110mm2/s - FO N02 : độ nhớt động học ở 500C nhỏ hơn hoặc bằng 110mm2/s - FO N02 BTS : hàm lượng... cho mỏ phun làm việc đủ công suất Nếu công suất thay đổi thì chất lượng biến bụi dầu cũng ảnh hưởng rất nhiều Nếu cần giảm công suất nhiệt theo yêu cầu công nghệ trong lò thì không được giảm đến mức để cho tốc độ không khí nhỏ hơn 50 - 60 m/s Loại mỏ này làm việc với hệ số tiêu hao không khí n = 1,1 - 1,25 ThS Trương Hữu Trì Trang 84 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Sơ đồ mỏ phun thấp áp 1- ng dẫn dầu; 2- ng... độ chớp cháy cSt - Đường cong chưng cất E250 E350 -Hàm lượng lưu huỳnh %kl max 2 4 2 1 -Hàm lượng nước %kl max 0,75 1,5 1,5 1,5 - Hàm lượng chất không %kl max 0,25 0,25 0,25 0,25 tan ThS Trương Hữu Trì Trang 81 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm 4. 3 Sơ lược về quá trình đốt cháy nhiên liệu lỏng trong lò đốt 4. 3.1 Một số khái niệm cơ bản về quá trình đốt cháy 4. 3.1.1 Thành phần cháy được và không cháy được Dưới... 0,5 0,1 - 0,2 hạt bụi dầu) , mm ThS Trương Hữu Trì Trang 86 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Sự khác nhau giữa hai mỏ phun này chủ yếu là: Trong mỏ phun thấp áp chất biến dầu thành bụi là không khí được cấp từ quạt ly tâm có áp suất cao Còn trong mỏ phun cao áp chất biến bụi dầu là không khí nén hay hơi nước có áp suất cao Ở mỏ phun thấp áp tất cả không khí cần để đốt cháy nhiên liệu đều đi qua mỏ phun Nhiệt... này lớn sẻ giúp cho quá trình lắng tách nước cũng tốt hơn 4. 5 .4 Hàm lượng nước Nước không phải là thành phần của dầu mỏ nhưng nó luôn có mặt trong dầu thô hay trong tất cả các sản phẩm của dầu mỏ Sự có mặt của nước luôn gây ra những tác hại nhất định Nước có mặt trong dầu thô hay các sản phẩm có thể từ các nguồn gốc sau: Trong dầu thô ban đầu nhưng không tách loại hết trong quá trình xử lý Do sự thở... 2- ng dẫn không khí; 3-tường lò 4. 4.2.2 Mỏ phun cao áp Sơ đồ cấu tạo mỏ phun cao áp như sau: Sơ đồ mỏ phun cao áp 1- ường dẫn dầu; 2-cơ cấu hãm; 3- ường dẫn không khí làm chất biến bụi Các bộ phận chính của mỏ phun này là: ống dẫn dầu ở trong và ống dẫn chất biến bụi 3 bao bên ngoài Ống dẫn không khí đợt hai đưa vào đốt cháy nhiên liệu được bố trí riêng ngay tại lò nơi đặt mỏ phun Khi mỏ phun làm việc,... thấp khoảng 4% khối lượng - FO N02 TBTS : hàm lượng lưu huỳnh cực thấp khoảng 1% khối lượng Bảng phân loại các loại dầu FO theo tiêu chuẩn của Pháp Đơn vị Giá trị FO Tính chất tính giới 0 0 N 02 N02 BTS TBTS hạn N1 N2 Min 15 110 110 110 500C (max) Max 110 - - - 1000C (max) Max - 40 40 40 0 C Min 70 70 70 70 % max 65 65 65 65 85 85 85 85 - Độ nhớt động học 500C (min) - Nhiệt độ chớp cháy cSt - Đường cong . hơn 50 - 60 m/s. Lo ại mỏ này làm việc với hệ số tiêu hao không khí n = 1,1 - 1,25. ThS. Trương Hữu Trì Trang 84 Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm Sơ đồ mỏ phun thấp áp 1- ng dẫn dầu; 2- ng dẫn. (max) - TCVN 389 3-9 5 0,97 - Độ nhớt động học ở 40 0 C (max) cSt ASTM-D 445 180 - Điểm chớp cháy cốc kín (min) 0 C ASTM-D93/TCVN 269 3- 95 66 - Hàm lượng lưu huỳnh (max) %kl ASTM-D129 3,0 - Điểm. (max) - TCVN 389 3-9 5 0,965 - Độ nhớt động học ở 40 0 C (max) cSt ASTM-D 445 87 - Điểm chớp cháy cốc kín (min) 0 C ASTM-D93/TCVN 269 3-9 5 66 - Hàm lượng lưu huỳnh (max) %kl ASTM-D129 2,0 - Điểm