CHƯƠNG I : QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Dầu mỏ người biết đến từ thời cổ xưa, đến kỷ 18, dầu mỏ sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng Sang kỷ 19, dầu coi nguồn nhiên liệu cho phương tiện giao thông cho kinh tế quốc dân Hiện nay, dầu mỏ trở thành nguồn lượng quan trọng quốc gia giới Khoảng 65 ÷ 70% lượng sử dụng từ dầu mỏ, có 20 ÷ 22% lượng từ than, ÷ 6% từ lượng nước ÷ 12% từ lượng hạt nhân Bên cạnh hướng sử dụng mạnh mẽ có hiệu dầu mỏ làm nguyên liệu cho cơng nghiệp tổng hợp hố dầu như: sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, chất hoạt động bề mặt, phân bón, chí protêin Ngồi sản phẩm nhiên liệu sản phẩm hoá học dầu mỏ, sản phẩm phi nhiên liệu dầu mỡ bơi trơn, nhựa đường, hắc ín phần quan trọng phát triển cơng nghiệp Nếu khơng có dầu mỡ bơi trơn khơng thể có cơng nghiệp động cơ, máy móc, tảng kinh tế xã hội Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh nhờ đặc tính quý riêng nguyên liệu dầu mỏ nguyên liệu từ than khống chất khác khơng thể có, giá thành thấp, thuận tiện cho q trình tự động hố, dễ khống chế điều kiện cơng nghệ có cơng suất chế biến lớn, sản phẩm thu có chất lượng cao, tạp chất dễ tinh chế, dễ tạo nhiều chủng loại sản phẩm đáp ứng nhu cầu ngành kinh tế quốc dân Cùng với phát triển mạnh mẽ cơng nghiệp dầu khí giới, dầu khí Việt Nam phát từ năm 1970 đà phát triển Chúng ta tìm nhiều mỏ chứa dầu trữ lượng tương đối lớn mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng, mỏ Rồng vùng Nam Cơn Sơn; mỏ khí Tiền Hải (Thái Bình), Lan Tây, Lan Đỏ Đây nguồn tài nguyên quý để giúp nước ta bước vào kỷ ngun cơng nghệ dầu khí Nhà máy lọc dầu số Dung Quất với công suất triệu tấn/năm hoàn thành hoạt động tiến hành phê chuẩn nhà máy lọc dầu số Như ngành cơng nghiệp chế biến dầu khí nước ta bước vào thời kỳ mới, thời kỳ mà nước ta thực mục tiêu công nghiệp hoá đại hoá Hiệu sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng trình chế biến Theo chun gia hố dầu châu Âu, việc đưa dầu mỏ qua trình chế biến nâng cao hiệu sử dụng dầu mỏ lên lần, tiết kiệm nguồn tài nguyên quý Dầu mỏ hỗn hợp phức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hợp chất khác CO 2, N , H 2S, N , He, Ar Dầu mỏ muốn sử dụng phải tiến hành phân chia thành phân đoạn nhỏ Sự phân chia dựa vào phương pháp chưng cất khoảng nhiệt độ sôi khác Quá trình chưng cất dầu trình vật lý phân chia dầu thô thành thành phần gọi phân đoạn Quá trình thực biện pháp khác nhằm để tách cấu tử có dầu thơ theo khoảng nhiệt độ sôi khác mà không làm phân huỷ chúng Tuỳ theo biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia trình chưng cất thành chưng đơn giản, chưng phức tạp, chưng cất nhờ cấu tử bay hay chưng cất chân không Trong nhà máy lọc dầu, phân xưởng chưng cất dầu thô cho phép ta thu phân đoạn dầu mỏ để chế biến 1.1 TỔNG QUAN VỀ CHƯNG CẤT DẦU THƠ Dầu thơ khai thác từ mỏ dầu chuyển vào nhà máy chế biến Trước chế biến phải tiến hành làm ổn định dầu dầu chứa khí hồ tan khí đồng hành khí phi hydrocacbon Khi dầu phun khỏi giếng khoan áp suất giảm, lại lượng định lẫn vào dầu phải tách tiếp trước chế biến mục đích hạ thấp áp suất chưng cất dầu thô nhận thêm nguồn nguyên liệu cho chế biến dầu Vì khí hydrocacbon nhẹ từ Cl ÷ C nguồn nguyên liệu quý cho trình nhận olefin Xử lý dầu thực chất chưng tách bớt phần nhẹ để tránh bay phần xăng, tốt tiến hành chưng cất áp suất cao có cấu tử nhẹ C4 bay hơi, phần từ C5 trở lên lại dầu Muốn xử lý dầu thơ trước đưa vào chưng cất phải trải qua bước tách 1.1.1 Tách tạp chất học, nước, muối lẫn dầu Nước lẫn dầu mỏ dạng tự dạng nhũ tương Khi khai thác, bơm, phun dầu, trình khuấy trộn nước với dầu tạp chất tạo thành dạng nhũ tương Nước nằm dạng nhũ tương bền vững khó tách Có dạng nhũ tương: + Dạng nhũ tương nước dầu + Dạng nhũ tương dầu nước Lượng nước dầu nhiều hay nhũ tương dầu mỏ khai thác cách nhìn màu sắc, qua thực nghiệm người ta kiểm tra thấy dầu chứa 10% nước màu tương tự dầu không chứa nước Nếu nhũ tương dầu chứa 15 ÷ 20% nước, có màu ghi đến vàng, nhũ tương chứa 25% nước có màu vàng Dầu mỏ có lẫn nước dạng nhũ tương đưa chế biến khơng thể mà phải khử chúng khỏi dầu Khử nước muối khỏi dầu đến giới hạn cho phép, cần tiến hành khử nơi khai thác tốt Tiến hành tách nước dạng nhũ tương có phương pháp: − Phương pháp học (lắng − lọc − ly tâm) − Tách nhũ tương nước dầu phương pháp hoá học − Tách phương pháp dùng điện trường a Tách phương pháp học (lắng − lọc − ly tâm) Khi dầu nước dầu chưa bị khuấy trộn mạnh nước lẫn dầu dạng tự với hàm lượng lớn gần 50% cao * Phương pháp lắng: phương pháp dùng dầu khai thác giếng khoan lên, dầu nước chưa bị khuấy trộn nhiều nên nhũ tương tạo nhũ tương chưa bền vững, nước dạng tự tương đối lớn Dầu mỏ người ta đưa lắng, nhờ có tỷ trọng nước nặng dầu nước lắng sơ tháo Tốc độ lắng hạt nước tính theo cơng thức Stockes kích thước hạt lớn 0,5 µm r2( d1 − d2 ) g V = 18.η (1) Trong đó: V: tốc độ lắng, cm/s r: đường kính hạt, cm d1 , d2: tỷ trọng nước dầu tương ứng, g/cm g: gia tốc trọng trường, cm/s η: độ nhớt động học hỗn hợp Từ công thức (1) ta thấy kích thước hạt pha phân tán nhỏ tỷ trọng nước dầu khác Độ nhớt mơi trường lớn phân lớp lắng xảy chậm Việc tách nước tạp chất thực nơi khai thác thường lắng gia nhiệt thiết bị đốt nóng Ở nhà máy chế biến dầu tách nước thường gia nhiệt để lắng, khống chế nhiệt độ 120 ÷ 160 0C p = ÷ 15at nước khơng bay Q trình lắng thường xảy thời gian ÷ * Phương pháp ly tâm: phương pháp ly lâm tách nước khỏi dầu nhờ tác dụng lực ly tâm để tách riêng chất lỏng có tỷ trọng khác Giá trị lực ly tâm xác định theo phương trình sau: f = K.m.r.n  2π  K =    60 Trong đó: m: khối lượng hạt nước (g) r: bán kính quay (cm) n: số lượng vòng quay máy ly tâm (phút) Lực ly tâm tốc độ tách nước thay đổi tỷ lệ thuận với bán kính quay tỷ lệ với bình phương số vòng quay rơto.Trong cơng nghiệp thường dùng máy ly tâm có số vòng quay từ 3500 ÷ 5000 vòng phút Số vòng quay lớn khả chế tạo thiết bị khó khăn khơng thể chế tạo thiết bị với công suất lớn Nhược điểm phương pháp công suất máy bé, khả phân chia không cao, vốn chi tiêu lớn phương pháp khơng phổ biến công nghệ tách nước tạp chất * Phương pháp lọc: Là tách nước khỏi dầu sử dụng mà hỗn hợp nhũ tương dầu, nước bị phá vỡ nước dạng lơ lửng dầu mà chưa lắng xuống đáy Dùng phương pháp nhờ lợi dụng tính chất thấm ướt chọn lọc chất lỏng khác lên chất lọc Phương pháp lọc đạt hiệu cao tách đồng thời nước lẫn muối b Tách nhũ tương nước dầu phương pháp hoá học Bản chất phương pháp hoá học cho thêm chất hoạt động bề mặt để phá nhũ tương Khi điều kiện thao tác nhiệt độ, áp suất chọn chế độ thích hợp hiệu phương pháp cao khó khăn phải chọn chất hoạt động bề mặt thích hợp khơng gây hậu khó khăn cho chế biến sau không phân huỷ hay tạo mơi trường ăn mòn thiết bị c Tách phương pháp dùng điện trường Phương pháp dùng điện trường để phá nhũ, tách muối khỏi dầu phương pháp đại công suất lớn, quy mơ cơng nghiệp dễ tự động hố nên nhà máy chế biến dầu lớn áp dụng phương pháp Vì thân tạp chất hạt dễ nhiễm điện tích ta dùng lực điện trường mạnh làm thay đổi điện tích, tạo điều kiện cho hạt đông tụ hay phát triển làm cho kích thước lớn lên chúng dễ tách khỏi dầu Sự tương tác điện trường hạt làm cho hạt tích điện lắng xuống Nguyên tắc áp dụng để tách muối nước khỏi dầu thơ Dầu thơ đốt nóng thiết bị trao đổi nhiệt trộn với lượng nước để tạo thành nhũ tương chứa muối Lực hút hạt tích điện làm chúng lớn lên ngưng tụ thành hạt có kích thước lớn, chúng dễ tách thành lớp nước nằm dầu Trên thực tế người ta pha thêm nước vào dầu lượng từ ÷ 8% so với dầu thơ pha thêm hố chất cho qua van tạo nhũ tương sau qua thiết bị trao đổi nhiệt nhiệt độ từ 130 ÷ l50 0C muối dầu thô chuyển vào nhũ tương Khi dẫn vào khoảng cách hai điện cực có hiệu điện từ 20.000 vơn trở lên chúng tích điện vào tăng dần kích thước cuối tách thành lớp nước nằm dầu Tránh bay dầu tiếp xúc nhiệt độ cao, áp suất thiết bị tách muối giữ áp suất ÷ 12 kG/cm 2, phận an tồn bố trí thiết bị Khi tách bậc người ta tách 90 ÷ 95% muối, tách bậc hiệu suất tách muối lên lới 99% 1.1.2 Chưng cất dầu thơ ý nghĩa q trình chưng cất: Trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô sau qua xử lý như: tách nước, muối tạp chất học đưa vào chưng cất, q trình chưng cất dầu áp suất khí (AD) chưng cất chân khơng(VD) thuộc nhóm trình chế biến vật lý Chưng cất áp suất khí AD với nguyên liệu dầu thơ đơi gọi CDU Còn chưng cất VD dùng nguyên liệu cặn trình chưng cất AD Trong thực tế đơi gọi cặn chưng cất Tùy theo chất nguyên liệu mục đích q trình áp dụng chưng cất AD, VD hay kết hợp hai AD VD Các nhà máy đại ngày ln dùng loại hình cơng nghệ AVD (kết hợp giữu chưng cất chân khơng chưng cất khí quyển) Khi áp dụng loại hình cơng nghệ AD chưng cất dầu thô để nhận phân đoạn: xăng (naphata nhẹ, naphta nặng), phân đoạn kerosen, phân đoạn diezen phần cặn lại sau chưng cất Như tuỳ thuộc vào thành phần dầu mỏ nguyên liệu mục đích chế biến mà người ta áp dụng loại hình cơng nghệ chưng cất (hình 1: a, b, c, d) - Cơ sở lý thuyết trình chưng cất Quá trình chưng cất dầu thơ q trình phân đoạn Q trình thực biện pháp khác nhằm tách phần dầu theo nhiệt độ sôi cấu tử dầu mà không xảy phân huỷ Hơi nhẹ bay lên ngưng tụ thành phần lỏng tuỳ theo biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia trình chưng cất thành chưng đơn giản, chưng phức tạp, chưng nhờ cấu tử bay hay chưng cất chân không III II V 1 V 1 V V1 3 3 IV VI VII VIII IX Hình 1.1 a VIII XI IX XII Hình 3.b) Hình 1.1.b X 1 VIII XIII V XIV V V V XV XII Hình 1.1.c III X II 1 V 13 V V VIII 3 V V XIII XIV V V IX V XV XII Hình 1.d Chú thích: Thiết bị trao đổi nhiệt; Lò đốt; Làm lạnh, Tháp chưng cất; Tháp tái sinh hơi; Bể chứa; Tháp chưng cất chân không; I Dầu thơ; II.Xăng; III Khí; IV Xăng nặng; V Hơi nước; VI Kerosen; VII Gazoil nẹ; VIII Gazoil nặng; IX Cặn AD; X ÷ XV Dầu nhờn (các loại dầu nhờn) Sản phẩm chưng phần cất Thùng bay Dầu thô Sản phẩm đáy a) Lò đốt nóng Sản phẩm chưng (lỏng) Thùng bay lần Dầu thô b) Sản phẩm đáy (cặn) Lò đốt Sản phẩm lỏng Thùng bay nhiều lần Sản phẩm lỏng Dầu thơ Lò đốt c) Cặn đáy Lò đốt PHỤ LỤC 2: Sơ đồ mạch lực bơm PHỤ LỤC 3: Sơ đồ mạch lực van PHỤ LỤC 4: Sơ đồ mạch điều khiển PHỤ LỤC 5: Sơ đồ mạch đấu nối PLC PHỤ LỤC 6: Sơ đồ đấu tủ điều khiển ... hành chưng cất mà người ta phân chia trình chưng cất thành chưng đơn giản, chưng phức tạp, chưng cất nhờ cấu tử bay hay chưng cất chân không Trong nhà máy lọc dầu, phân xưởng chưng cất dầu thô... 1.1.2 Chưng cất dầu thơ ý nghĩa q trình chưng cất: Trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô sau qua xử lý như: tách nước, muối tạp chất học đưa vào chưng cất, q trình chưng cất dầu áp suất khí (AD)... đại chưng cất sơ khởi dầu thơ dựa vào q trình chưng cất lần nhiều lần có tinh luyện xảy tháp chưng cất phân loại tháp có bố trí đĩa * Chưng cất chân khơng chưng cất nước Gồm hỗn hợp cấu tử có dầu