Đồ án tốt nghiệp: Công nghệ hoá học, Dầu và khí

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT vi LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: 2 GIỚI THIỆU VỀ DẦU THÔ, CHỨC NĂNG NHIỆM VỤ CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU 2 1.1.Giới thiệu sơ lược về dầu thô 2 1.1.1.Thành phần cơ bản dầu thô 2 1.1.2.Tính chất của dầu thô 2 1.2.Tổng quan về sản phẩm dầu mỏ 4 1.2.1.Các sản phẩm năng lượng 4 1.2.2.Các sản phẩm phi năng lượng 7 1.3.Giới thiệu về dầu thô Arập Saudi 9 1.4.Chức năng nhiệm vụ của nhà máy lọc dầu 12 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 14 2.1.Phân xưởng chưng cất khí quyển 14 2.1.1.Mục đích phân xưởng 14 2.1.2.Nguyên liệu 14 2.1.3.Tính toán cân bằng vật chất cho phân xưởng 14 2.1.3.2.Thiếp lập đường cong chưng cất điểm sôi thực của các phân đoạn 14 2.1.3.3.Tỷ trọng và hàm lượng lưu huỳnh 16 2.1.3.4.Nhiệt độ sôi trung bình thể tích các phân đoạn 18 2.1.3.5.Hệ số Kw 19 2.1.3.6.Áp suất hơi bão hòa 19 2.1.3.7.Khối lượng phân tử 20 2.1.3.8.Độ nhớt 20 2.2.Phân xưởng chưng cất chân không 22 2.2.1. Nguyên liệu 22 2.2.2. Mục đích 22 2.2.3.Cân bằng vật chất cho phẩn xưởng 23 2.2.3.2.Tỷ trọng và hàm lượng lưu huỳnh 24 2.3.Phân xưởng Cracking nhiệt (Thermal Cracking) 25 2.3.1.Nguyên liệu 25 2.3.3.Tính toán cân bằng vật chất cho phân xưởng. 26 2.3.3.3.Hàm lượng lưu huỳnh và tỷ trọng của sản phẩm 27 2.4.Phân xưởng HDS 28 2.4.1.Chức năng của phân xưởng 28 2.5.Nguyên liệu 28 2.5.1.Tính toán cân bằng vật chất cho phẩn xưởng 29 2.6.Phân xưởng FCC 35 2.6.1.Nguyên liệu 35 2.6.2.Mục đích 35 2.6.3.Cân bằng vật chất phân xưởng. 36 2.7.Phân xưởng phân tách xăng 39 2.7.1.Mục đích phân xưởng 39 2.7.2.Nguyên liệu 39 2.7.3.Cân bằng vật chất phân xưởng 39 2.8.Phân xưởng Reforming xúc tác 42 2.8.1.Nguyên liệu 42 2.8.2.Mục đích phân xưởng 43 2.8.3.Cân bằng vật chất phân xưởng 43 2.9.Phân xưởng Alkyl hóa 45 2.9.1.Nguyên liệu 45 2.9.2.Mục đích 45 2.9.3.Cân bằng vật chất phân xưởng. 45 2.10.Bảng cân bằng vật chất các sản phẩm chính của các phân xưởng 48 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN 49 3.1.Thiết kế kích thước tháp chưng cất khí quyển 49 3.2.Cân bằng vật chất cho tháp CDU và vùng bốc hơi 50 3.2.1.Bảng cân bằng vật chất cho tháp CDU: 50 3.2.2.Bảng cân bằng vật chất cho vùng bốc hơi: 50 3.3.Tính toán nhệt độ vùng bôc hơi: 50 3.4.Tính toán nhiệt độ tại đĩa tháo sản phẩm 52 3.5.Tính toán nhiệt độ đỉnh tháp 54 3.6.Tính toán nhiệt độ sản phẩm cặn 54 3.7.Tính toán nhiệt độ của sản phẩm lấy ra 56 3.8. Cân bằng năng lượng cho toàn tháp và tính công suất nhiệt cho toàn bộ bình ngưng t 58 3.9.Tính toán công suất nhiệt của bình ngưng tụ 59 3.10.Tính lưu lượng lỏng chảy từ đĩa ở đỉnh 60 3.11.Đánh giá tiêu chuẩn của phân đoạn 61 3.12.Tính công suất nhiệt của pump around 69 3.13.Tính lưu lượng lỏng hồi lưu ở vùng bốc hơi 70 3.14.Tính đường kính tháp 72 KẾT LUẬN 75 PHỤ LỤC I 76 PHỤ LỤC II 108 TÀI LIỆU THAO KHẢO 120 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Đường cong chưng cất điểm sôi thực của dầu thô Saudi 11 Hình 2: Đường cong API của dầu thô Saudi nặng 11 Hình 3: Đường cong hàm lượng lưu huỳnh của dầu thô Saudi Nặng 12 Hình 3.1: Cân bằng nhiệt cho vùng bốc hơi 55 Hình 3.2: Cân bằng nhiệt cho bình ngưng tụ 59 Hình 3.3: Lưu lượng lỏng trên đĩa ở đỉnh tháp 60 Hình 3.4: Cân bằng năng lượng cho các dòng thân tháp, tính lưu lượng hồi lưu bên dưới đĩa tháo sản phẩm LGO 62 Hình 3.5: Cân bằng nhiệt cho pump around 69 Hình 3.6: Tháp chưng cất khí quyển và các thông số 74 DANH MỤC BẢNG DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xi Bảng 1.1: Tính chất tỷ trọng, hàm lượng, lưu huỳnh của 24 cấu tử giả 10 Bảng 2.1: khoảng nhiệt độ các phân đoạn của tháp chưng cất khí quyển 14 Bảng 2.2: Tương quan đường cong ASTM và TBP phân đoạn Naphtha 15 Bảng 2.3: Tương quan đường cong ASTM và TBP phân đoạn Kerosene 15 Bảng 2.4: Tương quan đường cong ASTM và TBP phân đoạn LGO 16 Bảng 2.5: Tương quan đường cong ASTM và TBP phân đoạn HGO 16 Bảng 2.6: Tỷ trọng và hàm lượng lưu huỳnh phân đoạn Naphtha 17 Bảng 2.7: Tỷ trọng và hàm lượng lưu huỳnh phân đoạn Kerosene 17 Bảng 2.8: Tỷ trọng và hàm lượng lưu huỳnh phân đoạn LGO 17 Bảng 2.9: Tỷ trọng và hàm lượng lưu huỳnh phân đoạn HGO 18 Bảng 2.10: Tỷ trọng và hàm lượng lưu huỳnh các phân đoạn 18 Bảng 2.11: Nhiệt độ sôi trung bình các phân đoạn 19 Bảng 2.12: Hệ số Kw của các phân đoạn 19 Bảng 2.13: Áp suất hơi bão hòa của các phân đoạn 20 Bảng 2.14: Khối lượng phân tử trung bình của các phân đoạn 20 Bảng 2.15: Độ nhớt của các phân đoạn 21 Bảng 2.16: Chỉ số độ nhớt của các phân đoạn 21 Bảng 2.17: Điểm chớp cháy của các phân đoạn 21 Bảng 2.18: Chỉ số điểm chớp cháy của các phân đoạn 21 Bảng 2.19: Tổng hợp điểm chớp cháy, chỉ số điểm chớp cháy của các phân đoạn 22 Bảng 2.20: Chỉ số điểm chảy của các phân đoạn 22 Bảng 2.21: Tương quan đường cong ASTM và TPB của phân đoạn LVGO 24 Bảng 2.22: Tương quan đường cong ASTM và TPB của phân đoạn HVGO 24 Bảng 2.23: Tỷ trọng, hàm lượng lưu huỳnh của phân đoạn LVGO và HVGO 25 Bảng 2.24: Tính chất của sản phẩm phân xưởng chưng cất chân không 25 Bảng 2.25: Tính chất nguồn nguyên liệu của phân xưởng Cracking nhiệt 26 Bảng 2.26: Hiệu suất thu sản phẩm của phân xưởng Cracking nhiệt 27 Bảng 2.27: Tính chất sản phẩm của phân xưởng Cracking nhiệt 28 Bảng 2.28: Tính chất sản phẩm của phân xưởng Cracking nhiệt 28 Bảng 2.29: Tính chất nguồn nguyên liệu của phân xưởng HDS của nguyên liệu HVGO 29 Bảng 2.30: Tính chất sản phẩm của phân xưởng HDS của nguyên liệu HVGO 30 Bảng 2.31: Tính chất nguồn nguyên liệu của phân xưởng HDS của nguyên liệu LVGO 31 Bảng 2.32: Tính chất sản phẩm của phân xưởng HDS của nguyên liệu lVGO 31 Bảng 2.33: Tính chất nguồn nguyên liệu của phân xưởng HDS của nguyên liệu Diesel 32 Bảng 2.34: Tính chất sản phẩmcủa phân xưởng HDS của nguyên liệu HVGO 33 Bảng 2.35: Tính chất nguồn nguyên liệu của phân xưởng HDS của nguyên liệu Kerosene 33 Bảng 2.36: Tính chất sản phẩm của phân xưởng HDS của nguyên liệu Kerosene 34 Bảng 2.37: Tính chất nguồn nguyên liệu của phân xưởng HDS của nguyên liệu Naphtha 34 Bảng 2.38: Lưu lượng khí tham gia phản ứng của phân xưởng Naphtha 35 Bảng 2.39: Tính chất dòng nguyên liệu khí 35 Bảng 2.40: Tính chất sản phẩm của phân xưởng HDS của nguyên liệu Naphtha 35 Bảng 2.41: Tính chất nguồn nguyên liệu của phân xưởng FCC 37 Bảng 3.42: Hiệu suất thu sản phẩm của phân xưởng FCC 37 Bảng 2.43: Lưu lượng của sản phẩm FCC 38 Bảng 2.44: Tính chất của sản phẩm C3 – C5 38 Bảng 2.45: Tính chất sản phẩm phân xưởng FCC 39 Bảng 2.46: Tính chất dòng nguyên liệu Gas to C5 đến từ phân xưởng CDU 40 Bảng 2.47: Tính chất dòng nguyên liệu Gas to C5 đến từ phân xưởng Cracking nhiệt 40 Bảng 2.48: Tính chất dòng nguyên liệu Gas to C5 hợp nhất 40 Bảng 2.49: Tính chất dòng CDU Naphtha 41 Bảng 2.50: Tính chất dòng nguyên liệu Naphtha đến từ các phân xưởng khác 41 Bảng 2.51: Tỷ lệ LN và HN trong sản phẩm 41 Bảng 2.52: Tính chất sản phẩm LN 42 Bảng 2.53: Tính chất sản phẩm HN 42 Bảng 2.54: Tính chất sản phẩm phân xưởng phân tách xăng 42 Bảng 2.55: Tính chất dòng nguyên liệu của phân xưởng Reforming xúc tác 43 Bảng 2.56: Hiệu suất thu sản phẩm của phân xưởng Reforming xúc tác 43 Bảng 2.57: Tỷ trọng của các cấu tử nhẹ 44 Bảng 2.58: Tính chất dòng sản phẩm của phân xưởng Reforming xúc tác 45 Bảng 2.59: Tính chất dòng nguyên liệu của phân xưởng Alkyl hóa 45 Bảng 2.60: Lưu lượng của các sản phẩm 46 Bảng 2.61: Thành phần sản phẩm Alkyltate của protylene 46 Bảng 2.62: Thành phần sản phẩm Alkyltate của butylene 46 Bảng 2.63: Tổng lưu lượng sản phẩm của phân xưởng Alkyl hóa 47 Bảng 2.64: Bảng cân bằng vật chất các sản phẩm chính của các phân xưởng 48 Bảng 3.1: Cân bằng vật chất cho tháp chưng cất khí quyển 50 Bảng 3.2: Cân bằng vật chất cho vùng bốc hơi 50 Bảng 3.3: Nhiệt độ của phân đoạn theo đường cong TBP, DRL, FRL 51 Bảng 3.4: Nhiệt độ bốc hơi của từng phân đoạn 51 Bảng 3.5: Hằng số cân bằng K cho các cấu tử ở đỉnh 54 Bảng 3.6: Lượng nhiệt được cung cấp bởi dòng vào vùng bốc hơi 55 Bảng 3.7: Lượng nhiệt được lấy đi bởi dòng ra vùng bốc hơi 56 Bảng 3.8: Nhiệt cung cấp bởi dòng vào tháp stripper (vùng tách HGO) 56 Bảng 3.9: Lượng nhiệt được lấy ra bởi các dòng ra khỏi tháp (vùng tách HGO) 56 Bảng 3.10: Lượng nhiệt được cung cấp bởi dòng vào tháp striper (vùng tách LGO) 57 Bảng 3.11: Lượng nhiệt được lấy ra bởi các dòng ra khỏi tháp ( vùng tách LGO) 57 Bảng 3.12: Lượng nhiệt được cung cấp bởi các dòng đi vào tháp ( vùng tách kerosene) 57 Bảng 3.13: Lượng nhiệt được lấy ra bởi các dòng ra khỏi tháp (vùng tách kerosen) 58 Bảng 3.14: Nhiệt lượng của dầu thô khi vào tháp 58 Bảng 3.15: Cân bằng nhiệt lượng cho toàn tháp 58 Bảng 3.16: Cân bằng nhiệt cho bình ngưng tụ đỉnh 59 Bảng 3.17: Cân bằng nhiệt cho đĩa 45 61 Bảng 3.18: Cân bằng nhiệt cho đĩa tháo sản phẩm kerosene (đĩa 34) 63 Bảng 3.19: Cân bằng nhiệt cho bình ngưng tụ đỉnh (với tỷ số hồi lưu là 1.5) 64 Bảng 3.20: Cân bằng nhiệt cho đĩa 45 (với tỷ số hồi lưu là 1.5) 64 Bảng 3.21: Cân bằng nhiệt cho tháp (với tỷ số hồi lưu là 1.5) 65 Bảng 3.22: Hằng số cân bằng của các cấu tử ở đỉnh (với tỷ số hồi lưu là 2) 66 Bảng 3.23: Bảng cân bằng nhiệt cho bình ngưng tụ đỉnh (với tỷ số hồi lưu là 2) 67 Bảng 3.24: Cân bằng nhiệt cho đĩa 45 (với tỷ số hồi lưu là 2) 67 Bảng 3.25: Cân bằng nhiệt cho đĩa 34 (đĩa tháo kerosene với tỷ số hồi lưu là 2) 68 Bảng 3.26: Cân bằng nhiệt lượng cho vùng bốc hơi 71 Bảng 3.27: Đường kính tháp tại vùng bốc hơi: 73 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT API American Petroleum Institute ASTM American Society for Testing Materials AR Atmospheric Residue BblsDAY Barrelsday BPCD Barrels Per Calender Day BTX Benzen – Toluen Xylene BPSD Barrels Per Sream Day CDU Cruide Distillation Unit CRU Cruide oil CCR Carbon Conradson Residue DES HVGO Desulfur Heavy Vacuum Gas Oil DES LVGO Desulfur Light Vacuum Gas Oil DES LGO Desulfur Light Gas Oil DES KEROSENE Desulfur Kerosene DRL Distillation Reference Lines EFV Equilibrium Flash Vaporization FRL Flash Reference Lines FCC Fluid Catalytic Cracking F Fahrenheit GPH Gallon Per Hour HGO Heavy Gas Oil HDS Hydrodesulfurization HN Heavy Naphtha IBP Initial Boiling Point LVGO Light vacuum Gas Oil LEH Light ends Hidrogen LN Light Naphtha LCO Light Cycle Oil MEABP Mean Average Boiling Point MABP Moles Average Boiling Point MW Moles Weight mmLbsday million poundday mmScfday million Standard Cubic Feetday mmBtuhr million British Thermal Unitday PA Pump Around RES Residue Ref Reference Cor Correlated RON Research Octan Number SCFP Standard Cubic Feet Per barrel SG Specific Gravity TC Thermal Cracking TBP True Boiling Point VDU Vacuum Distillation Unit VR Vacuum Residue VABP Volumn Average Boiling Point WABP Weight Average Boiling Point Wt Weight LỜI MỞ ĐẦU Kể từ năm 1859, khi dầu mỏ bắt đầu được khám phá cho đến ngày nay, nguồn tài nguyên mà người ta gọi là « vàng đen » đã tạo nên một nền văn minh mà người ta gọi là « nền văn minh dầu mỏ », và nó là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho con người trong hiện tại và tương lai gần. Cho đến nay, dầu thô đã được nghiên cứu chế biến thành nhiều phân đoạn phù hợp với mục đích sử dụng của con người, từ các phân đoạn này, người ta có thể sử dụng nó như một sản phẩm phục vụ mục đích năng lượng hay các sản phẩm phi năng lượng khác. Cùng với sự ra đời của động cơ đốt trong, các loại động cơ ô tô, tàu thủy, hàng không, các phân đoạn sản phẩm dầu mỏ trở thành nguồn nhiên liệu chủ yếu, là động lực phát triển nền kinh tế thế giới. Hơn nữa, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là hóa học, dầu mỏ trở thành nguồn nguyên liệu phong phú cho ngành công nghiệp hóa dầu, sản xuất các sản phẩm phi năng lượng. Hầu như các sản phẩm có mặt trong đời sống hàng ngày đều được làm từ sản phẩm hóa dầu : giày da, túi nhựa, dược phẩm,…Các sản phẩm năng lượng cũng như phi năng lượng đang ngày càng đòi hỏi những tiêu chuẩn khắc khe hơn, trong đó chủ yếu là tiêu chuẩn môi trường. Do vậy, xu hướng hiện nay là nghiên cứu, khám phá ra các công nghệ phù hợp, tìm tòi các vật liệu xúc tác nhiều ưu điểm hơn để xử lý các nguồn dầu thô chất lượng ngày càng thấp, tỷ trọng càng lớn, thành phần càng chứa nhiều tạp chất sang các sản phẩm chất lượng càng tốt, càng thân thiện với môi trường. Vì vậy, đối với sinh viên Lọc hóa dầu, việc hiểu những yêu cầu và kiến thức cơ bản về các quá trình lọc, chế biến dầu thô. Trong đồ án này sinh viên sẽ cũng cố các kiên thức về quá trình lọc tách dầu cũng như làm quen việc tính toán thiết kế một tháp chưng cất.