Đồ án Thiết kế dây chuyền chưng cất dầu thô nhiều phần nhẹ

dạng phenol và đồng đẳng.Các chất nhựa và asphanten đều chưa có. ứng dụng: phân đoạng xăng được sử dụng vào 3 mục đích chủ yếu sau: - Làm nguyên liệu cho động cơ xăng - Làm nguyên liệu cho công nghiệp hoá dầu - Làm dung môi cho công nghiệp sơn, cao su, keo dán. Ngoài ra được sử dụng làm trích ly chất béo trong công nghiệp hương liệu,dược liệu. Phân đoạn xăng (còn gọi là phân đoạn naphta) còn được sử dụng vào mục đích sản xuất nguyên vật liệu hoá dầu,chủ yếu là sản xuất các hydrocacbon thơm(bezen,toluen,xylen) và làm nguyên liệu cho cracking xúc tác nhằm sản xuất các olephin thấp như etylen , propylen , butylen và butadien. 3. Phân đoạn kerosen Phân đoạn này còn gọi là dầu lửa,nhiệt độ sôi từ 120y2400C, bao gồm cáchydrocacbon có số cacbon từ C11yC15 ,C16. 3.1. Thành phần hoá học. Trong phân đoạn này hầu hết các n-parfin rất ít iso parafin. Các hiđrocacbon naphtenic và thơm, ngoài có cấu trúc mạch vòng và nhiều nhánh phụ, còn có mặt raphten và thơm hai vòng chiếm phần lớn. Trong Kerosen bắt đầu có mặt các hợp chất hiđrocacbon có cấu trúc hỗn hợp giữa vòng thơm và vòng naphten như tetralin và đồng đẳng của chúng. Các hợp chất chứa S, N, O tăng dần. Lưu huỳnh dạng mercaptan giảm dần, xuất hiện lưu huỳnh dạng sunfua. Các chất Nitơ với hàm lượng nhỏ dạng quirolin, pyrol, indol. 3.2. ứng dụng: Phân đoạn Kerosen được dùng làm nguyên liệu phản lực và dầu hoả dân dụng, trong đó dùng làm nhiên liệu phản lực là ứng dụng chính. Nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực được chế tạo từ phân đoạn Kerosen hoặc từ hỗn hợp phân đoạn Kerosen với phân đoạn xăng. Do đặc điểm cơ bản nhất của nhiên liệu dùng trong động cơ phản lực là làm sao có tốc độ cháy lớn, dễ dàng tự bốc cháp ở bất kỳ nhiệt độ và áp suất nào, cháy đều hoà không bị tắt trong dòng không khí có tốc độ cháy lớn nghĩa là quá trình cháy phải có ngọn lửa ổn định. Để đáp ứng yêu cầu trên người ta thấy trong thành phân các hiđrocacbon của phân đoạn kerosen thì các hiđro Naphten và parafin thích hợp nhất với những đặc điểmcủa quá trình cháy trong động cơ phản lực. Vì vậy phân đoạn Kerosen và phân đoạn xăng của dầu mỏ họ Naphtenparafin hoặc Parafinnaphten loà nguyên liệu tốt nhất để sản xuất nhiên liệu cho động cơ phản lực. Trong khi đó sự có mặt của hiđrocacbon thơm không thích hợp cho quá trình cháy, do vậy nếu hàm lượng của chúng quá lớn, cần phải loại bớt chúng nằm trong giới hạn dưới 20y25%. Hàm lượng hiđrocacbon parafin trong nhiên liệu phản lực trong khoảng 30 y 60% nếu cao hơn phải tiến hành loại bỏ nhằm đảm bảo tính linh động tốt của nhiên liệu ở nhiệt độ thấp. Phân đoạn Kerosen dùng để sản xuất dầu hoả dân dụng (thắp sáng hoặc đun nấu) mà không cần một quá trình biến đổi thành phần bằng phương pháp hoá học phức tạp vì nó đáp ứng được yêu cầu của dầu hoả là ngọn lửa xanh, có màu vàng đỏ, không tạo nhiều khói đen, không tạo nhiều tàn đọng ở đầu bấc và dầu phải dễ dàng bốc hơi lên phía trên để cháy. 4. Phân đoạn diezel. Phân đoạn diezel hay còn gọi là phân đoạn gasoil nhẹ, có khoảng nhiệt độ từ 250y350 0C, chứa các hiđrocacbon có số Cácbon từ C16 y C20, C21. 4.1. Thành phần hoá học: Phần lớn trong phân đoạn này là các n_parafin, iso parafin, còn hiđrocacbon thơm rất ít. ở cuối phân đoạn có những n_parafin có nhiệt độ kết tinh cao, chúng là những thành phần gây mất tính linh động của phân đoạn ở nhiệt độ thấp. Trong gasoil ngoài naphatenvà thơm hai vòng là chủ yếu, những chất có ba vòng tăng lên và còn có các hợp chất có cấu trúc hỗn hợp (giữa naphten và thơm). Hàm lượng các chất chứa S, N, O tăng nhanh. Lưu huỳnh chủ yếu ở dạng disunfua dị vòng. Các chất chứa oxi (dạng axit naphtenic) có nhiều và đạt cực đại ở phân đoạn này. ngoài ra còn có các chất dạng phenol như dimetylphenol. Trong gasoil đã xuất hiện nhựa, song còn ít, trong lượng phân tử nhựa còn rất thấp (300 y 400 đvc). 4.2. ứng dụng Phân đoạn gasoil nhẹ của dầu mỏ chủ yếu được sử dụng làm nguyên liệu cho động cơ diezel. Do động cơ diezel nhiên liệu phải có chỉ số xetan cao ( có tính chất dễ oxi hoá để tự bốc cháy tốt). Do phân đoạn gasoil (của dầu mỏ dạng parafin) lấy trực tiếp từ quá trình chưng cất sơ khởi thường có trị số xetan rất cao vì vậy chúng thường sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu diezel thích hợp nhất mà không phải qua một quá trình chế biến hoá học nào. Tuy nhiên khi cần làm tăng trị số xetan của nhiên liệu diezel, người ta cũng có thể cho thêm vào một số chất phụ gia thúc đẩy quá trình o xi hoá. Với số lượng khoảng 15% V ta có thể tăng chỉ số xetan lên đến 15 y 20 đơn vị so với trị số ban đầu của nó là 40 đơn vị. 5. Phân đoạn mazut. Phân đoạn cặn mazut là phân đoạn cặn chưng cất khí quyển, được dùng làm nhiên liệu đốt cho các lò công nghiệp hay được dùng làm nhiên liệu cho quá trình chưng cất chân không để nhận các cấu tử dầu nhờn hay nhận nguyên liệu cho các quá trình Crackinh nhiệt, Crackinh xúc tác hay hiđrocrackinh. 6. Phân đoạn dầu nhờn. Với nhiệt độ 350y5000C, phân đoạn này bao gồm các hiđrocacbon từ C21yC25, có thể lên tới C40. 6.1. Thành phần hoá học Do phân tử lượng lớn, thành phần hoá học của phân đoạn dầu nhờn rất phức tạp các n và iso parafin ít, naphtalen và thơm nhiều. Hàm lượng các hợp chất của S, N, O tăng lên mạnh hơn 50% lượng lưu huỳnh có dầu mỏ tập trung ở phân đoạn này gồm các dạng disunfua , thiophen, sunfua vòng … các hợp chất Nitơ thường ở dạng đồng đẳng pyridin, pyrol và cacbazol. Các hợp chất của oxi ở dạng axít, các kim loại nặng như V, Ni , Cu , Pb…các chất nhựa, asphanten đều có mặt trong phân đoạn. Thông thường người ta tách phân đoạn dầu nhờn bằng cách chưng cất chân không phần cặn dầu mỏ, để tránh phân huỷ ở nhiệt độ cao. 6.2. ứng dụng. Các phân đoạn dầu nhờn hẹp từ 320y4000C, 400y4500C, 420y4500C, 450y5000C được dùng để sản xuất các loại dầu nhờn bôi trơn khác nhau. Ngoài ra phân đoạn này còn được dùng để sản xuất sản phâm trắng, các sản phẩm trắng là tên gọi của ba loại nhiên liệu xăng, kerosen và diezel, đó là các loại nhiên liệu được sử dụng nhiều nhất, quan trọng nhất. Để làm tăng số lượng các nhiên liệu này có thể tiến hành phân huỷ gasoil nặng bằng phương pháp cracking hoặc hydrocracking, với cách này có thể biến các cấu tử C21y C40 thành xăng (C5yC11); kerosen(C11y C16), diezel(C16y C20) như vậy nâng cao được hiệu suất sử dụng của dầu mỏ. 7. Phân đoạn Gudron. 7.1. Thành phần hoá học Gudrol là thành phần còn lại sau khi đã phân tách các phân đoạn kê trên, có nhiệt độ sôi lớn hơn 5000C gồm các hydrocacbon lớn hơn C41 giới hạn cuối cùng có thể lên đến C80. Thành phần của phân đoạn này phức tạp có thể chia thành 3 nhóm chính sau: nhóm chất dầu; nhóm chất nhựa; nhóm asphanten. Ngoài 3 nhóm chất chính trên, trong cặn gudrol còn có các hợp chất cơ kim của kim loại nặng, các chất cacbon, cacboxit rắn giống như cốc, màu sẫm, không tan trong cácdung môi thông thường, chỉ tan trong pyridin. 7.2. ứng dụng. Phân đoạn cặn gudrol được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như: sản xuất bitum, than cốc, bồ hóng, nhiên liệu lò.Trong các ứng dụng trên, để sản xuất bitum là ứng dụng quan trọng nhất. V. Các loại sơ đồ công nghệ . 1. Phân loại sơ đồ công nghệ. Các loại sơ đồ công nghệ chưng luyện dầu mỏ ở áp suất thường gồm: Sơ đồ bốc hơi 1 lần và tinh luyện 1 lần trong cùng một tháp chưng luyện. Dầu thô Xăng Phân đoạn 1 Phân đoạn 2 Phân đoạn 3 Mazut Hình 3. Loại sơ đồ này có ưu điểm là sự bốc hơi đồng thời các phân đoạn nhẹ và nặng sẽ góp phần làm nặng sẽ góp phần làm giảm được nhiệt độ bốc hơi và năng lượngđun nóng trong dầu lò. Thiết bị loại này đơn giản và gọn gàng. Những loại này có nhược điểm : đối với dầu chứa nhiều khí hoà tan cũng như chứa nhiều phân đoạn nhẹ, nhiều tạp chất lưu huỳnh, nước thì gặp nhiều khó khăn trong quá trình chưng, đó là do áp suất trong các thiết bị trong sơ đồ đều lớn, nên thiết bị phải có độ bền lớn, làm bằng vật liệu đắt tiền đôi khi còn có hiện tượng nổ hỏng thiết bị do áp suất trong tháp tăng đột ngột. Do vậy chỉ dùng loại dầu mỏ chứa ít phần nhẹ (không quá 8y10%). Sơ đồ bốc hơi 2 lần và tinh luyện 2 lần trong 2 tháp nối tiếp nhau. Loại này có 2 sơ đồ : sơ đồ 1 (hình 4); sơ đồ 2 ( hình 5) Dầu nóng mazut Xăng nặng Phân đoạn 1 Phân đoạn 2 Xăng nhẹ Hình 4 Xăng Dầu nóng Phân đoạn 1 Phân đoạn 2 Phân đoạn 3 Mazut Hình 5 Thiết bị chưng cất theo sơ đồ 1 ( hình 4 ) gồm 2 tháp nối tiếp nhau , quá trình bốc hơi 2 lần và tinh luyện 2 lần trong 2 tháp nối tiếp nhau. Loại này thường áp dụng để chế biến những loại dầu có chứa nhiều phân đoạn nhẹ, những hợp chất chứa lưu huỳnh và nước. Ưu điểm : nhờ cấu tử nhẹ nước được tách ra sơ bộ ở tháp thứ nhất, nên trong các ống xoắn của lò và tháp thứ 2 không có hiện tượng tăng áp suất đột ngột như trong sơ đồ trên. Mặt khác các hợp chất chứa lưu huỳnh gây ăn mòn thiết bị đã được thoát ra ở đỉnh tháp thứ nhất. Do vậy trong tháp chưng thứ 2 không cần dùng vật liệu đắt tiền, có thể sử dụng tháp thường. Những hiđrocacbon nhẹ được loại ra ở tháp thứ nhất cho phép đun dầu làm việc với hệ số trao đổi nhiệt lớn, giảm đáng kể công suất cần thiết của lò đun dầu chính. Nhờ loại này loại bỏ được nước ngay ở tháp thứ nhất nên tháp chính thứ 2 làm việc an toàn hơn. Nhược điểm của sơ đồ này là phải đun nóng dầu trong lò với nhiệt độ cao hơn 5y100C so với sơ đồ trên. Có thể hạn chế khắc phục hiện tượng này bằng cách cho hơi nước vào những ống cuối cùng của lò để giảm áp suất riêng của các hiđrocacbon. Sơ đồ 2 ( hình 5) là hệ thống bốc hơi 2 lần và tinh luyện 1 lần trong tháp chưng luyện . Sơ đồ này dùng phổ biến, ở sơ đồ này có tinh luyện phần nhẹ và phần nặng xảy ra đồng thời trong cùng một tháp chính thứ 2. Như vậy có phần nào giảm bớt nhiệt độ đun nóng dầu trong lò. Sơ đồ chưng cất áp suất thuờng và áp suất chân không . Hiện nay trong công nghệ chế biến dầu mỏ người ta thường kết hợp chưng cất thường và áp suất chân không trong 1 sơ đồ liên tục kết hợp giữa chưng áp suất thường và áp suất chân không. Về mặt kinh tế, tăng công suất của quá trình cùng một trung tâm điều khiển tự động. Có hiệu quả về kinh tế rất nhiều. 2. Các yếu tố ảnh hưởng. Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp lên hiệu suất và chất lượng của sản phẩm thu của quá trình chưng luyện là nhiệt độ, hiệu suất và phương pháp hồi lưu….. Chế độ và công nghệ chưng cất phụ thuộc vào chất lượng dầu thô ban đầu, vào mục đích và yêu cầu của quá trình, chủng loại sản phẩm cần thu và phải có dây chuyền công nghệ hợp lý. Vì vây khi thiết kế quá trình chưng cất chúng ta phải xét kỹ và kết hợp đầy đủ tất cả các yếu tố để quá trình chưng cất đạt hiệu quả kinh tế cao. 2.1. Chế độ nhiệt của tháp chưng luyện. Nhiệt độ là một thông số cơ bản của quá trình chưng luyện. Bằng cách thay đổi chế độ nhiệt độ của tháp sẽ đIều chỉnh được chất lượng và hiệu suất của sản phẩm. Chế độ nhiệt độ của tháp là nhiệt độ của nguyên liệu vào, nhiệt độ đỉnh tháp và nhiệt độ đáy tháp. Nhiệt độ của nguyên liệu (dầu thô) khi vào tháp chưng được khống chế tuỳ theo bản chất của loại dầu thô, mức độ phân chia sản phẩm, áp suất trong tháp và lượng hơi nước đưa vào đáy tháp nhưng phải tránh được sự phân huỷ của nguyên liệu ở nhiệt độ cao, do vậy nhiệt độ của lò ống đốt nóng phải được khống chế chặt chẽ. Nhiệt độ đáy tháp chưng luyện phụ thuộc vào phương pháp bay hơi và phần hồi lưu đáy bằng một thiết bị đốt nóng riêng thì nhiệt độ đáy tháp sẽ ứng với nhiệt độ bốc hơi cân bằng ở áp suất tại đáy tháp. Nếu bốc hơi bằng cách dùng hơi nước thì nhiệt độ đáy tháp sẽ thấp hơn nhiệt độ vùng nạp liệu. Nhiệt độ đáy tháp phải chọn tối ưu tránh sự phân huỷ các cấu tử nặng nhưng phải đủ để tách hết hơi nhẹ khỏi phần cặn đáy. Nhiệt độ đỉnh tháp phải được khống chế nhằm đảm bảo được sự bay hơi hoàn toàn sản phẩm đỉnh mà không gây nên sự bay hơi các phần khác. Muốn vậy người ta phải dùng hồi lưu đỉnh tháp để tách xăng ra khỏi phân đoạn khác. Nhiệt độ đỉnh tháp chưng khi đang chưng cất ở áp suất khí quyển cần giữ trong khoảng 100y1200C. Còn với tháp chưng ở áp suất chân không thường giữ nhiệt độ đỉnh tháp không quá 1000C và áp suất chưng từ 10y70 mm Hg để tách hết phần gasoil nhẹ còn lẫn trong nguyên liệu . Dùng hồi lưu sẽ tạo điều kiện phân chia tốt. Hồi lưu đỉnh tháp thường có 2 dạng: + Hồi lưu nóng được thực hiện băng cách cho ngưng tụ một phần hơi sản phẩm đỉnh ở nhiệt độ sôi của nó, sau đó cho tưới trở lại đỉnh tháp. Như vậy chỉ cần cấp một lượng nhiệt để bốc hơi .Tác nhân làm lạnh có thể dùng nước hay chính sản phẩm lạnh. Công thức lượng nhiệt hồi lưu nóng : Rn= Trong đó : Rn là lượng hồi lưu nóng ( kg/h) Q là lượng nhiệt hồi lưu cầ lấy để bốc hơi (kcal/h) L là lượng nhiệt ngưng tụ của sản phẩm lỏng ( kcal/h) Do thiết bị hồi lưu nóng khó lắp ráp và có nhiều khó khăn cho việc vệ sinh, đặc biệt công suất của tháp lớn ngày càng ít dùng. + Hồi lưu nguội là quá trình làm nguội hoặc ngưng tụ sản phẩm đỉnh rồi tưới trở lại đỉnh tháp. Khi đó lượng nhiệt để cấp cho phần hồi lưu cần thu lại một luợng nhiệt cần thiết để đun nóng nó đến nhiệt độ sôi vàbay hơi, do vậy hồi lưu nguội tính bằng công thức: Trong đó : Rng là lượng hồi lưu nguội. Qh là lượng nhiệt mà hồi lưu cần. qht1 là hàm nhiệt của hơi q lt2 là lượng nhiệt của lỏng hồi lưu i là lượng nhiệt phần hơi cần C là nhiệt dung của sản phẩm hồi lưu t2, t1 là nhiệt độ của hơi và của lỏng tương ứng. Hồi lưu nguội được sử dụng tương đối rộng rãi vì lượng hồi lưu thường ít, làm tăng rõ ràng chất lượng mà không làm giảm nhiều năng suất của chúng. Ngoài hồi lưu đỉnh,đáy người ta còn sử dụng hồi lưu trung gian để tăng năng lượng của các sản phẩm cạnh sườn và điều chỉnh nhiệt độ tháp. + Hồi lưu trung gian được thực hiện băng cách lấy một phần sản phẩm nằm trên các đĩa có nhiệt độ t1 đưa ra ngoài làm nhiệt độ t0 rồi tưới hồi lưu trở lại tháp. Khi đó chất lỏng hồi lưu cần thu một lượng nhiệt để đun nóng từ nhiệt độ t0 đến t1 . Xác định lượng hồi lưu trung gian theo công thức : Trong đó : gtr : lượng nhiệt hồi lưu lấy đi (kcal/h) qlto, qlt1 :hàm lượng nhiệt của hồi lưu ở pha lỏng ứng với nhiệt độ t1 và t0 ( kcal/g). Ưu điểm : Giảm lượng hơi đi ra ở đỉnh tháp, tận dụng được một lượng nhiệt thừa rất lớn của tháp chưng để đun nóng nguyên liệu ban đầu tăng công suất làm việc của tháp. Người ta thường kết hợp hồi lưu trung gian với hồi lưu lạnh cho phép điều chỉnh chính xác nhiệt độ đỉnh tháp chưng dẫn đến đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm của quá trình. 2.2. áp suất suất của tháp chưng luyện. Khi chưng luyện dầu mỏ ở áp suất thường, áp suất trong toàn tháp và ở mỗi tiết diện cũng có khác nhau. áp suất trong mỗi tiết diện của tháp chưng luyện phụ thuộc vào trở lực thuỷ tĩnh khi hơi nước đi qua các đĩa,nghĩa là phụ thuộc vào số đĩa và câú trúc đĩa, lưu lượng riêng của chất lỏng và hơi từ đĩa này sang đĩa khác, áp suất giảm đi 5y10 mm Hg từ dưới lên, ở áp suất thấp qua mỗi đĩa giảm đi từ 1y3 mm Hg. áp suất làm việc của tháp phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất của nhiên liệu và áp suất riêng phần của từng cấu tử. áp suất hơi nước đưa vào cũng ảnh hưởng đến áp suất chưng của tháp. Nếu tháp chưng luyện dùng hơi nước trực tiếp cho vào đáy tháp và hơi nước làm giảm đi áp suất riêng phần của hơi sản phẩm dầu mỏ, cho phần chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn. Lượng hơi nước tiêu hao phụ thuộc vào áp suất chưng của tháp và áp suất riêng phần của các sản phẩm dầu mỏ . Lượng hơi nước dùng cho tháp chưng ở áp suất khí quyển khoảng 1,2y3,5% trọng lượng . Khi chưng cất ở áp suất chân không thì thường tiến hành áp suất từ 10y70 mm Hg. Độ chân không càng sâu càng cho phép chưng sâu hơn, nhưng nếu áp suất quá thấp sẽ khó chế tạo thiết bị với năng suất lớn. 2.3. Điều khiển khống chế chế độ làm việc của tháp chưng cất. Để có sự làm việc ổn định của tháp chưng cất chúng ta phải thực hiện các nguyên tắc sau: + Điều chỉnh áp suất trong tháp sẽ làm thay đổi điểm sôi của chất lỏng. + Nếu áp suất tăng lên, chất lỏng sôi ở nhiệt độ cao hơn. Nếu áp suất tăng cao qúa, lượng chất lỏng trong tháp sẽ nhiều dẫn đến hiện tượng “ sặc” tháp làm giảm hiệu quả phân chia. + Nếu các đIều kiện khác trong tháp là cố định thì sản phẩm đỉnh, sản phẩm cạnh sườn và sản phẩm cạnh đáy sẽ trở lên nhẹ hơn nếu áp suất trong tháp tăng lên. + Nếu nhiệt độ đáy tháp quá thấp, sản phẩm đáy sẽ chứa nhiều phần nhẹ hơn. + Nếu nhiệt độ cấp liệu vào tháp quá thấp, lượng hơi nước trên các khay chứa đĩa sẽ nhỏ cho nên phần lỏng nhiều và chảy xuống phía dưới vào bộ phận chưng càng nhiều. + Nếu nhiệt độ của Repoiler quá thấp sẽ không tách hết phần nhẹ trong cặn và làm tăng lượng cặn. + Nếu nhiệt độ đỉnh tháp quá cao, sản phẩm đỉnh quá nặng và có nhiều sản phẩm hơn so với thiết kế và ngược lại, nếu nhiệt độ đỉnh tháp quá thấp, sản phẩm đỉnh quá nhẹ và có ít sản phẩm hơn. + Nhiệt độ cần thiết để tăng phân đoạn dầu thô sẽ cao hơn với dầu thô loại nhẹ. + Chú ý nhất là nhiệt độ đỉnh tháp, tách nhiệt độ cao quá mà do nguyên nhân có thể làm lạnh không đủ dẫn đến chế độ thay đổi hồi lưu ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. vI. thiết kế dây chuyền công nghệ. 1.Chế độ công nghệ Chưng cất hoàn toàn phụ thuộc vào các đặc tính của nguyên liệu và mục đích của quá trình chế biến. Với dầu mỏ chứa lượng khí hoà tan từ 0,5y1,2%, trữ lượng xăng thấp từ ( 12y15% phân đoạn có nhiệt độ sôi đến 1800C) và hiệu suất các phân đoạn cho tới 3500C không lớn hơn 45% thì thuận tiện nhất và cũng phù hợp hơn cả là nên chọn sơ đồ chưng cất AD với bay hơi một lần và một tháp chưng cất. Với dầu mỏ chứa nhiều phần nhẹ, tiềm lượng sản phẩm trắng cao (50y65%), chứa nhiều khí hoà tan lớn hơn 12%, chứa nhiều phân đoạn nặng(20y65%) thì nên chọn sơ đồ chưng cất AD với bay hơi 2 lần. Lần 1 bay hơi sơ bộ nhẹ và tinh cất chúng ở tháp sơ bộ. Lần 2 là tinh cất phần dầu còn lại. Như vậy ở tháp chưng cất sơ bộ ta tách được phần khí hoà tan và phần xăng có nhiệt độ sôi thấp khỏi dầu. Để ngưng tụ hoàn toàn bay hơi lên người ta tiến hành chưng cất ở áp suất cao hơn khoảng P =0,35y1 mpa. Nhờ áp dụng chưng 2 lần mà ta có thể giảm được áp suất trong tháp thứ 2 đến áp suất P = 0,14y0,16 mpa và nhận được từ dầu thô lượng sản phẩm trắng nhiều hơn. 2. Chọn sơ đồ công nghệ . Ta chọn sơ đồ công nghệ chưng cất AD với bay hơi 2 lần. Ưu điểm của 2 loại sơ đồ này có hai cột chính là cột cất sơ bộ và cột cất phân đoạn. Các hiđrocacbon nhẹ được tách ra ở cột cất sơ bộ nên cho phép đun dầu với hệ số trao đổi nhiệt lớn, giảm đáng kể công suất cần thiết của lò đun dầu chính. Nước được loại bỏ trước khi đi vào cột phân đoạn nên tháp chính thứ hai làm việc an toàn. Mặt khác những hợp chất gây ăn mòn thiết bị đã được tách ra ở đỉnh tháp sơ bộ nên trong tháp chưng thứ hai không dùng vật liệu đắt tiền, có thể dùng bằng thép thường. Ngoài ra nó còn có ưu điểm riêng biệt có thể dùng cho một số mục đích đặc biệt. Bên cạch đó nó cũng có nhược điểm là phân đoạn nặng, phân đoạn nhẹ bốc hơi riêng rẽ nên phải đun nóng dầu trong lò với nhiệt độ cao hơn khi dùng loại sơ đồ mà các phân đoạn cùng bốc hơi đồng thời. Có thể khắc phục bằng cách dùng hơi nước cho vào các ống cuối cùng của lò đốt. Việc chưng cất dầu bằng áp suất thường ta có hai loại hình chưng cất. Muốn nhận được nhiều phần nhẹ ta chọn sơ đồ chưng cất hai loại tháp. Sơ đồ chưng cất ở áp suất thường loại 2 tháp dây chuyền công nghệ bao gồm : Bơm 11.Thiết bị làm lạnh ngưng tụ Tháp lắng làm sạch sơ bộ 12.Bể chứa sản phẩm khí C1,C2 Thiết bị khử muối và nước 13.Bể chứa sản phẩm khí C3,C4 Thiết bị trao đổi nhiệt 14.Bể chứa xăng nhẹ Thiết bị làm lạnh 15.Bể chứa xăng nặng Tháp chưng sơ bộ 16.Bể chứa kerosen Lò ống 17.Bể chứa gasoi nhẹ Tháp chưng cất chính 18.Bể chứa gasoi nặng Thiết bị tái bay hơi 19.Bể chứa dầu cặn Tháp ổn định 20.Van 3. Thuyết minh sơ đồ chưng cất dầu bằng phương pháp loại 2 tháp. Dầu thô được bơm (1) qua thiết bị sơ bộ (2) để tách tạp chất, sau đó được bơm chuyển qua các thiết bị trao đổi nhiệt (4) rồi vào thiết bị khử nước và muối (3). Sau khi tách nước và muối, dầu thô lại được chuyển qua các thiết bị trao đổi nhiệt (4) để nâng nhiệt độ đến 200y2200C rồi được nạp vào tháp chưng luyện (6),nhiệt độ đỉnh tháp là 800C và nhiệt độ đáy tháp từ 200y2200C , áp suất từ 3y5 at. Với chế độ công nghệ như vậy ở tháp chưng cất này chỉ nhằm tách khí hoà tan và một phần xăng nhẹ khỏi dầu thô, phần còn lại gọi là sản phẩm đáy được đưa qua lò đốt (7)nâng nhiệt độ lên 320y3600C rồi được nạp vào tháp chưng cất chính (8). ở tháp chưng cất chính này, trên đỉnh tháp chưng một phần cấu tử nhẹ bay lên qua thiết bị làm lạnh ngưng tụ (11)rồi vào bể chứa (12). ở đây một phần khí bay lên là khí C1, C2, một phần quay lại hồi lưu đỉnh tháp, phần còn lại được trộn với khí và xăng tách ra ở tháp chưng (6)rồi đi vào tháp khử butan (10), nhờ tháp khử butan (10)chúng ta phân chia các sản phẩm lỏng và LPG xăng nhẹ. Bên cạnh tháp chưng cất chính nhờ thiết bị tái bay hơi (9) . Dưới tháp bay hơi người ta cho hơi nước đi vào để trộn lẫn với cấu tử nhẹ trong tháp hồi lưu lại tháp (8), phần đáy tháp (9)gazoil nhẹ, gazoil nặng. Sản phẩm đáy của tháp chưng cất chính được tháo ra, vì sản phẩm đáy của tháp nhiệt độ còn cao cho nên phải qua các thiết bị làm lạnh để giảm nhiệt độ trước khi cho cặn vào bể chứa. 4. Ưu điểm của sơ đồ chưng cất 2 tháp. Ưu điểm : Khi được tách riêng ở phần tháp sơ bộ, không sợ ăn mòn ở tháp chưng thứ 2 và tinh tế hơn. Dùng ít thép để tháp chưng cất chính đạt hiệu quả cao. Nhược điểm : Nhiệt độ nóng hơn so với một tháp từ 10y150C . Để khắc phục nhược điểm trên, các nhà công nghệ khắc phục bằng cách phun hơi nước vào ống xoắn ở cuối lò tránh hiện tượng phân huỷ. VII.thiết bị chính trong dây chuyền. Công nghệ chưng cất dầu thô bằng áp suất thường, thiết bị góp phần quan trọng nhất trong dây chuyền thường là : 1. Tháp chưng cất . 1. Nguyên liệu vào tháp 2. Bể chứa 3. Hồi lưu đỉnh tháp 4. Thiết bị ngưng tụ và làm lạnh 5. Thân thápchưng cất 6. Các đĩa 7. Thiết bị đun sôi 8. Bể chứa cặn 9. Bể chứa sản phẩm đỉnh Nguyên lý làm việc : Cơ sở của quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả hai phía giữa pha lỏng và pha hơi chuyển động ngược chiều nhau. Quá trình này được thực hiện trong tháp ( cột ) tinh luyện. Để đảm bảo tiếp xúc hoàn thiện hơn giữa pha hơi và pha lỏng trong tháp trang bị các “ đĩa hay đệm”. Độ phân chia một hỗn hợp các cấu tử trong tháp phụ thuộc vào số lần tiếp xúc giữa các pha ( số đĩa lý thuyết ) vào lượng hồi lưu ở mỗi đĩa và hồi lưu ở đỉnh tháp. Hình 7 . Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chưng cất 2, Các loại tháp chưng luyện a, Tháp đệm. 1 V 2 3 IV I II III 4 5 Hình 8 1- Thành tháp 2- Bộ phận phân phối chất lỏng hồi lưu 3- Lớp đệm 4- Bộ phận phân phối hơi 5- Vùng đệm có tấm chắn. I. Nguyên liệu II. Sản phẩm đỉnh III. Hồi lưu đỉnh IV. Hồi lưu đáy V. Sản phẩm đáy Các đệm trong tháp là các vòng bằng gốm: Để bề mặt tiếp xúc phía trong vòng gốm người ta làm các tấm chắn, người ta xếp đệm trên các đĩa có hai loại lỗ khác nhau. Các lỗ nhỏ (phía dưới) để chất lỏng đi qua và lỗ lớn (phía trên) để cho hơi đi qua. Nhược điểm của loại đĩa này là: tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng không tốt. Nhưng khi dùng tháp có đường kính nhỏ hơn 1 m, thì hiệu quả của tháp này không kém tháp đĩa chóp, vì vậy chúng thường dùng để chưng luyện gián đoạn với công suất thiết bị không lớn. b) Tháp đĩa chụp(đĩa chóp). Loại đĩa này được sử dụng rộng rãi trong chưng cất dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ. Các đĩa chụp có nhiều dạng khác nhau bởi cấu tạo của chụp và cấu tạo của bộ phận chảy chất lỏng. Đĩa hình chóp là các đĩa kim loại mà trong đó có cấu tạo nhiều lỗ để cho hồi đi qua. Theo chu vi các lỗ người ta bố trí trong nhánh có độ cao xác định gọi là cốc, nhờ có ống nhánh này giữ mức chất lỏng xác định. Phía trên các ống nhánh là các chụp. Khoảng giữa ống nối và chụp có vùng không gian cho hơi đi qua, đi từ đĩa dưới lên đĩa trên. 2 3 1 6 5 4 7 8 Hình9. 1- Tấm 2- ống chảy chuyền 3- Chụp 4- ống nhánh 5- Lỗ chụp cho hơi qua 6- Không gian biên 7- Tấm chắn để giữ nước chất lỏng trên đĩa 8- Thành tháp. 2 6 3 5 4 2 1 Nguyên lý cấu tạo đĩa chụp: Hình 10. Tháp đĩa chụp hình máng Chụp; 2. Máng; 3. Tấm điều chỉnh chảy; 4. Tấm chảy; 5. Tíu chảy; 6. Vùng được Mức chất lỏng ở các đĩa được giữ nhờ tấm chắn, phần chất lỏng thừa qua tấm chắn sẽ theo ống chảy chuyền cho xuống đĩa dưới. Đĩa chụp hình máng có cấu tạo đơn giản và rất vệ sinh. Loại này có nhược điểm cơ bản là diện tích sủi bọt bé (chỉ khoảng 30% diện tích của đĩa), điều đó làm tăng tốc độ hơi và tăng sự cuốn chất lỏng đi. Đĩa chụp hình chữ S: 1 2 Hình 11. 1. Chụp hình chữ S 2. ống chảy chuyền Mức chất lỏng ở các đĩa được giữ nhờ tấm chắn, phần chất lỏng thừa qua tấm chắn sẽ theo ống chảy chuyền cho xuống dưới. Loại đĩa hình chữ S dùng cho các tháp làm việc ở áp suất không lớn (như áp suất khí quyển). Công suất của các đĩa cao, cao hơn loại đĩa lòng máng là 20%. Đĩa chụp supap: 2 1 Van đóng Van mở một nửa Van mở hết Hình 12. Van; 2. Quai kẹp Loại này có hiệu quả làm việc tốt, khi mà tải trọng thay đổi theo hơi và chất lỏng và phân loại này phân chia rất triệt để. Đĩa supap khác với các đĩa khác là làm việc trong chế độ thay đổi và có đặ