Đồ án Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô loại hai tháp

ợc dùng ngay cả trong chưng cất khí quyển. Khi tinh luyện, hơi nước được dùng để tái bay hơi phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp còn chứa trong mazut hay trong gudron, trong nguyên liệu và dầu nhờn. Kết hợp dùng chân không và hơi nước khi chưng cất phần cặn sẽ cho phép đảm bảo hiệu quả tách sâu hơn phân đoạn dầu nhờn (có thể đến 550 - 600oC). Tuy nhiên tác dụng của hơi nước làm tác nhân bay hơi còn bị hạn chế vì nhiệt độ bay hơi khác xa so với nhiệt độ đốt nóng chất lỏng. Vì thế nếu tăng lượng hơi nước thì nhiệt độ và áp suất hơi bão hoà của dầu giảm xuống và sự tách hơi cũng giảm theo. Do vậy, lượng hơi nước có hiệu quả tốt nhất chỉ trong khoảng từ 2 á 3% so với nguyên liệu đem chưng cất khi mà số cấp tiếp xúc là 3 hoặc 4. Trong điều kiện như vậy lượng hơi dầu tách ra từ phân đoạn mazut đạt tới 14 á 23%. Khi chưng cất với hơi nước số lượng phân đoạn tách ra được có thể tính theo phương trình sau: Trong đó: G và Z: số lượng hơi dầu tách được và lượng hơi nước Mf: phân tử lượng của hơi dầu 18: phân tử lượng của nước P: áp suất tổng cộng của hệ Pf: áp suất riêng phần của dầu ở nhiệt độ chưng. Nhiệt độ hơi nước cần phải không thấp hơn nhiệt độ của hơi dầu để tránh sản phẩm dầu ngậm nước. Do vậy, người ta thường dùng hơi nước có nhiệt độ 380 á 4500C, áp suất hơi từ 0,2 á 0,5 MPa. Công nghệ chưng cất dầu với hơi nước có rất nhiều ưu điểm: ngoài việc giảm áp suất hơi riêng phần của dầu, nó còn tăng cường khuấy trộn chất lỏng, tránh tích điện cục bộ, tăng diện tích bề mặt bay hơi do tạo thành những tia và các bong bóng hơi. Người ta cũng dùng hơi nước để tăng cường đốt nóng cặn dầu trong lò ống khi chưng cất trong chân không. Khi đó đạt mức độ bay hơi lớn cho nguyên liệu dầu, tránh và ngăn ngừa quá trình tạo cốc trong các ống đốt nóng. Tiêu hao hơi nước trong trường hợp này vào khoảng 0,3 á 0,5% so với nguyên liệu. Trong một vài trường hợp, chẳng hạn khi cần nâng cao nhiệt độ bắt cháy của nhiên liệu phản lực hay diezel, người ta không dùng chưng cất với hơi nước mà dùng quá trình bay hơi một lần để tránh tạo thành nhũ tương nước bền trong nhiên liệu. III.3. Các thông số công nghệ ảnh hưởng đến quá trình chưng cất Các thông số công nghệ ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất và chất lượng quá trình chưng cất như nhiệt độ, áp suất, phương pháp chưng cất. Chế độ công nghệ chưng cất phụ thuộc vào chất lượng dầu thô ban đầu, vào mục đích, yêu cầu của quá trình, chủng loại sản phẩm cần thu và phải có dây chuyền công nghệ hợp lý. Vì vậy, 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. Các yếu tố ảnh hưởng tới công nghệ chưng cất dầu chính là yếu tố ảnh hưởng tới quá trình làm việc của tháp chưng cất. III.3.1. Chế độ nhiệt của tháp chưng cất. Nhiệt độ là một thông số quan trọng nhất của tháp chưng, bằng cách thay đổi nhiệt của tháp sẽ điều chỉnh được chất lượng và hiệu suất của sản phẩm, chế độ nhiệt của tháp gồm: nhiệt độ của nguyên liệu vào tháp, nhiệt độ đỉnh tháp, nhiệt độ trong và đáy tháp. Nhiệt độ của nguyên liệu (dầu thô) vào tháp chưng được khống chế tuỳ theo bản chất của loại dầu thô, mức độ cần phân chia sản phẩm, áp suất trong tháp và lượng hơi nước đưa vào đáy tháp nhưng phải tránh được sự phân huỷ nhiệt của nguyên liệu ở nhiệt độ cao. Do vậy, nhiệt độ 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. Nếu bay hơi phần hồi lưu đáy bằng một thiết bị đốt nóng riêng biệt (reboiler) thì nhiệt độ đáy tháp sẽ ứng với nhiệt độ bay hơi cân bằng ở áp suất tại đáy tháp. Nếu bốc hơi bằng cách dùng hơi nước quá nhiệt thì nhiệt độ đáy tháp sẽ thấp hơn nhiệt độ ở vùng nạp liệu. Nhiệt độ đáy tháp phải lựa chọn tối ưu nhằm tránh sự phân huỷ cấu tử nặng, nhưng lại phải đủ để tách hết phần hơi nhẹ khỏi phần cặn đáy. Nhiệt độ đỉnh tháp được khống chế nhằm đảm bảo sự bay hơi hoàn toàn sản phẩm đỉnh mà không gây ra sự cuốn theo các phần nặng khác. Muốn vậy, người ta phải dùng hồi lưu đỉnh tháp. Ví dụ để tách xăng khỏi các phần khác thì nhiệt độ đỉnh tháp chưng khi chưng cất ở áp suất khí quyển cần giữ ở khoảng 100-1200C. Với tháp chưng cất trong chân không thì khi áp suất chưng ở khoảng 10-70 mmHg thì nhiệt độ không quá 1200C để tách hết phần gasoil nhẹ còn lẫn trong nguyên liệu. Dùng hồi lưu sẽ tạo điều kiện phân tách tốt hơn. Thường có các dạng hồi lưu như sau : * Hồi lưu nóng : được thực hiện bằng 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 vừa đủ để bốc hơi. Tác nhân làm lạnh có thể là nước hoặc chính sản phẩm lạnh. 1 2 H2O 1. Tháp chưng 2. Thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ hồi lưu nóng khó lắp ráp và khó vệ sinh nên loại này được sử dụng hạn chế và không thuận lợi nhất là đối với tháp chưng cất có công suất lớn. * Hồi lưu nguội : là loại được thực hiện bằng cách làm nguội và ngưng tụ toàn bộ sản phẩm đỉnh rồi tưới lại đỉnh tháp. Khi đó lượng nhiệt cần thiết để cấp cho phần hồi lưu bao gồm nhiệt cần thiết để đốt nóng nó đến nhiệt độ sôi và nhiệt lượng cần để hoá hơi. 2 1 3 H2O 1. Tháp chưng 2. Thiết bị ngưng tụ và làm lạnh 3. Bể chứa hồi lưu Như vậy, lượng hồi lưu nguội càng nhỏ thì nhiệt độ của hồi lưu vào tháp càng thấp. Thường nhiệt độ hồi lưu nguội tưới vào tháp vào khoảng 300C đến 400C. Hồi lưu nguội được sử dụng rộng rãi hơn vì lượng hồi lưu thường ít, làm tăng rõ ràng chất lượng mà không làm giảm nhiều năng suất của tháp chưng. Ngoài hồi lưu đỉnh, đáy, người ta còn dùng hồi lưu trung gian để tăng chất lượng của các sản phẩm cạnh sườn và điều chỉnh nhiệt độ trong tháp. * Hồi lưu trung gian: Quá trình hồi lưu trung gian thực hiện bằng cách lấy một phần sản phẩm lỏng nằm trên các đĩa có nhiệt độ t1 đưa ra ngoài làm nhiệt độ t0 rồi tưới hồi lưu trở lại tháp. 1 2 H2O 1. Tháp chưng cất 2. Thiết bị trao đổi nhiệt Hồi lưu trung gian có nhiều ưu điểm như: 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. * Sự cấp nhiệt cho đáy tháp chưng : có thể dùng thiết bị trao đổi nhiệt hay trực tiếp đốt nóng đáy tháp và có thể cho dòng tuần hoàn từ đáy tháp chưng đi qua lò đốt rồi quay trở lại tháp chưng. Hiện nay, phương pháp cấp nhiệt đáy tháp sử dụng phổ biến nhất là phương pháp cất nhiệt dùng dòng tuần hoàn qua lò đốt. Quá trình này tiến hành bằng cách lấy dòng chất lỏng ở đĩa cuối cùng của tháp chưng cho qua lò ống đốt nóng chất lỏng lên với nhiệt lượng Q. Chất lỏng được đốt nóng trong lò tạo hỗn hợp hơi và lỏng quay trở về đáy tháp chưng. 1 2 1. Tháp chưng cất 2. Lò đốt III.3.2. áp suất trong tháp chưng. Khi chưng cất dầu ở áp suất khí quyển, áp suất tuyệt đối trong tháp thường cao hơn một chút so với áp suất khí quyển, và ở mỗi một phần lấy sản phẩm ra, áp suất cũng có khác nhau, phụ thuộc vào việc tăng hay giảm nhiệt độ sản phẩm lấy ra khỏi tháp. áp suất trong tháp chưng cất được khống chế bằng bộ phận điều chỉnh áp suất ở thiết bị ngưng tụ. Khi chưng ở áp suất chân không, áp suất được khống chế trong khoảng từ 10-70 mmHg. Độ chân không càng sâu thì càng cho phép chưng sâu hơn, song nếu áp suất quá thấp sẽ khó chế tạo thiết bị với công suất lớn hơn. III.3.3. Các loại tháp chưng. Muốn có hiệu quả phân tách tốt, quá trình tiếp xúc pha trong tháp tinh luyện phải được xảy ra đồng đều, triệt để. Do vậy người ta phải trang bị các thiết bị bên trong tháp. Trong thực tế thường chế tạo tháp với các loại đĩa khác nhau như đĩa chụp, đĩa lưới, đĩa đệm, đĩa lòng máng hay đĩa supap... Trong thực tế tồn tại các loại tháp dưới đây : Tháp đệm Trong tháp đệm người ta bố trí các ngăn có chứa đệm hình vành khuyên hoặc hình trụ có tấm chắn để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng. Nhược điểm của tháp đệm là quá trình tiếp xúc giữa 2 pha lỏng và hơi không tốt, chưa đồng đều ở toàn bộ đệm theo tiết diện ngang của tháp. Nhưng nếu đường kính tháp nhỏ hơn 1 mét thì tháp đệm cũng có hiệu quả tương đương như các loại tháp khác. Vì vậy, loại tháp đệm hay được dùng ở thiết bị có công suất thấp, do chế tạo và vốn đầu tư không cao. Tháp đĩa chụp Loại này được sử dụng khá phổ biến trong công nghệ chưng cất dầu mỏ và các phân đoạn dầu. Các đĩa chụp có nhiều loại, chúng khác nhau bởi cấu tạo và hình dáng của chụp, nhằm tăng cường sự tiếp xúc pha trong tháp như đĩa hình chữ S, đĩa xupap... Tháp với đĩa lòng máng, đĩa lưới hay đĩa sàng Loại tháp này rất thích hợp cho chưng cất những cặn nặng hay sản phẩm có độ nhớt cao. CHƯƠNG iV : Công nghệ của quá trình CHƯNG CấT IV.1. Các loại sơ đồ công nghệ Trong công nghiệp chế biến dầu mỏ, thường sử dụng các hệ thống chưng cất sau: Chưng cất ở áp suất thường Chưng cất ở áp suất chân không IV.1.1. Chưng ở áp suất thường Phân đoạn 2 Phân đoạn 3 Phân đoạn 1 Xăng Dầu thô Mazut IV.1.1.1. Sơ đồ bốc hơi một lần và tinh luyện một lần trong cùng một tháp chưng luyện. Loại sơ đồ này có ưu điểm là sự bốc hơi đồng thời các phân đoạn nhẹ và nặng sẽ góp phần làm giảm nhiệt độ bốc hơi và nhiệt lượng đun nóng dầu trong lò. Thiết bị loại này đơn giản và gọn. Nhưng loại này có nhiều hạn chế và nhược điểm như sau: Đối với loại dầu có 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. Khó khăn đó là do áp suất trong các thiết bị trong sơ đồ cho đến tận lò đều lớn. Vì vậy, thiết bị phải có độ bền lớn, làm bằng vật liệu đắt tiền, đôi khi gây hiện tượng nổ hỏng thiết bị, do áp suất trong tháp tăng đột ngột. Với những lý do trên nên sơ đồ này chỉ sử dụng cho loại dầu mỏ chứa ít phần nhẹ (không quá 8 đến 10%), ít nước và ít lưu huỳnh. IV.1.1.2. Sơ đồ chưng cất bốc hơi hai lần và tinh luyện hai lần trong tháp nối tiếp nhau. Loại này có hai sơ đồ: Phân đoạn 2 Phân đoạn 1 Xăng Dầu nóng Mazutt Xăng nhẹ Sơ đồ 1 Phân đoạn 2 Phân đoạn 1 Xăng Dầu nóng Mazut Phân đoạn 3 Sơ đồ 2 Thiết bị chưng cất loại bốc hơi hai lần theo sơ đồ thứ nhất: là một quá trình bốc hơi hai lần và tinh luyện hai lần trong 2 tháp nối tiếp nhau, sơ đồ này thường áp dụng để chế biến những loại dầu có chứa nhiều phân đoạn nhẹ và khí, những hợp chất chứa lưu huỳnh và có lẫn nước. Nhờ các cấu tử nhẹ, nước được tách ra sơ bộ ở tháp thứ nhất nên trong các ống xoắn của lò và tháp thứ hai không có hiện tượng gây áp suất lớn như trong trường hợp 1 tháp. Mặt khác, những hợp chất chứa lưu huỳnh gây ăn mòn thiết bị, đã thoát ra được ở đỉnh tháp thứ nhất, nên trong tháp chưng chính thứ hai không cần thiết kế bằng vật liệu đắt tiền, có độ bền cao và không bị ăn mòn, có thể sử dụng thép thường để chế tạo tháp thứ 2. Nhờ những hydrocacbon nhẹ được loại ra ở tháp thứ nhất cho phép đun nóng dầu làm việc với hệ số trao đổi nhiệt lớn, giảm bớt đáng kể công suất cần thiết của lò đun nóng dầu chính. Nhờ loại bỏ được nước ngay ở tháp thứ nhất nên tháp chính thứ 2 làm việc an toàn hơn. Nhược điểm chính của loại sơ đồ này là phải đun nóng dần dần trong lò với nhiệt độ cao hơn 5-100C sơ với sơ đồ 1 tháp (do các phân đoạn nhẹ và phân đoạn nặng bốc hơi riêng lẻ). Có thể hạn chế hay loại bỏ hiện tượng này bằng cách cho hơi nước vào những ống cuối cùng của lò để giảm áp suất riêng phần của các hydrocacbon. Dùng sơ đồ này có lợi nhất khi cần tách phần nhẹ sử dụng vào một số mục đích đặc biệt. Sơ đồ loại này được sử dụng phổ biến hiện nay. Sơ đồ 2 hệ thống thiết bị bốc hơi hai lần và tinh luyện một lần trong tháp chưng luyện, sơ đồ này dùng không phổ biến. ở sơ đồ này sự tinh luyện phần nhẹ và phần nặng xảy ra đồng thời trong cùng một tháp chính thứ hai và như vậy có phần nào làm giảm bớt nhiệt độ đun nóng dầu trong lò. IV.1.2. Chưng ở áp suất chân không Loại này có hai loại: Loại sơ đồ bốc hơi một lần thường dùng để chế biến mazut thành các phân đoạn làm nguyên liệu sản xuất nhiên liệu (hình 4). gudron Chân không Pđ 1 Pđ 2 Pđ 3 Hơi nước gudron Chân không Pđ 1 Hơi nước Pđ 3 Chân không mazut mazut Hình 4 Hình 5 Loại sơ đồ bốc hơi hai lần, dùng để chế biến mazut thành các phân đoạn dầu nhờn (hình 5). Hiện nay, trong công nghiệp chế biến dầu mỏ người ta thường kết hợp chưng cất ở áp suất thường và áp suất chân không trong một sơ đồ liên tục kết hợp giữa chưng áp suất thường và áp suất chân không về mặt kinh tế, tiết kiệm được các bể chứa, diện tích mặt bằng, tăng công suất của quá trình, cùng một trung tâm điều khiển tự động. IV.2. Dây chuyền công nghệ IV.2.1. Lựa chọn chế độ công nghệ và sơ đồ công nghệ Việc chọn sơ đồ công nghệ và chế độ công nghệ chưng cất trước hết hoàn toàn phụ thuộc vào các đặc tính của nguyên liệu và mục đích của quá trình chế biến. Với dầu mỏ có chứa lượng khí hoà tan thấp (0,5 đến 1,2%), trữ lượng xăng thấp (12 đến 15% phân đoạn có nhiệt độ sôi đến 180oC) và hiệu suất các phân đoạn cho tới 350oC 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 tinh cất (Hình 4). Với dầu mỏ chứa nhiều phần nhẹ, tiềm lượng sản phẩm trắng cao (50 á 65%), chứa nhiều khí hoà tan > 12%, chứa nhiều phân đoạn nặng (20 á 65%) thì nên chọn sơ đồ chưng cất AD với bay hơi hai lần (Hình 5). Lần 1 bay hơi sơ bộ phần nhẹ và tinh cất chúng ở tháp sơ bộ. Lần 2 là tinh cất phần dầu còn lại. Như vậy, ở tháp chưng sơ bộ ta tách được phần khí hoà tan và phân xăng có nhiệt độ sôi thấp ra khỏi dầu. Để ngưng tụ hoàn toàn bay hơi lên người ta tiến hành chưng cất ở áp suất cao hơn khoảng P = 0,35 á 1 MPa. Nhờ áp dụng chưng hai lần mà ta có thể giảm được áp suất trong tháp thứ hai đến áp suất P = 0,14 á 0,16 MPa và nhận được từ dầu thô lượng sản phẩm trắng nhiều hơn. Với thành phần nguyên liệu là dầu mỏ chứa nhiều cấu tử nhẹ với tiềm lượng sản phẩm trắng cao. Và qua phân tích ưu nhược điểm của 2 sơ đồ rút ra phưong án công nghệ cho phù hợp. Trên cơ sở đó chọn sơ đồ công nghệ chưng cất AD với bay hơi 2 lần. IV.2.2. Dây chuyền công nghề sản xuất dầu thô loại hai tháp. Thuyết minh nguyên lý hoạt động của dây chuyền công nghệ chưng cất dầu thô Nguyên liệu dầu thô từ bể (1) được bơm lên thùng cao vị (1’) và được điều chỉnh lưu lượng rồi cho qua thiết bị tách sơ bộ (2) để tách tạp chất. Sau đó được bơm chuyển qua các thiết bị trao đổi nhiệt với các sản phẩm đi ra từ tháp chưng cất chính (6) được đưa vào thiết bị tách sơ bộ muối và nước (3). Tại đây, tiến hành tách bỏ hết muối và nước có trong dầu thô, dầu thô được đưa vào tháp tách sơ bộ (4). Trong tháp tách sơ bộ (4), quá trình chưng cất tách phần lớn các cấu tử nhẹ của xăng và toàn bộ khí ra khỏi dầu. Hỗn hợp ra khỏi đỉnh tháp chưng sơ bộ (4) gồm khí hydrocacbon và xăng nhẹ được ngưng tụ trong các thiết bị làm lạnh bằng không khí và nước rồi được đưa vào thùng chứa (7). Một phần chất lỏng ngưng tụ được cho tưới hồi lưu trở lại tháp chưng cất sơ bộ (4), phần còn lại được đưa qua tháp ổn định (8). Hỗn hợp ra khỏi đáy tháp chưng sơ bộ (4) đã được tách hết các khí và xăng nhẹ được cho đi qua thiết bị gia nhiệt lò ống (5). Sau khi đi qua thiết bị gia nhiệt lò ống (5), dầu có nhiệt độ cao được chia thành 2 dòng: một dòng nhỏ được cho quay trở lại tháp chưng cất sơ bộ (4) để điều hỉnh nhiệt độ đáy tháp. Còn dòng chính cho vào tháp chưng chính (6). Trên các đĩa lấy sản phẩm, ta tách được các phân đoạn sản phẩm cạnh sườn Kerosen và Gasoil. Hơi nước quá nhiệt được đưa vào tháp chưng cất để tách hết các cấu tử có nhiệt độ thấp. ở đáy tháp chưng cất chính (6), ta nhận được phần cặn (gọi là cặn dầu thô hay mazut). Nhóm sản phẩm lấy ra từ đỉnh tháp chưng cất (6), sau khi được ngưng tụ hồi lưu một phần quay trở lại đỉnh tháp chưng cất chính (6). Phần còn lại được chia thành 2 dòng: một phần được lấy ra ngoài làm sản phẩm, phần còn lại được trộn với xăng nhẹ từ đỉnh tháp chưng cất sơ bộ (4) được đưa vào tháp ổn định (8). Tại đây hỗn hợp được tách thành 2 phần: phần nhẹ và phần nặng. Phần nhẹ từ C1 – C4 tách ra ở đỉnh tháp qua làm lạnh và được chia thành 2 phần: một phần cho hồi lưu quay trở lại đỉnh, phần còn lại được phân chia trong thiết bị phân chia thành khí ngưng tụ (LPG) và khí khô (C1 – C2). Phần nặng lấy ra từ đáy tháp ổn định được chia thành 2 phần: một phần lấy ra ngoài làm sản phẩm, phần còn lại được đưa qua thiết bị tái đun sôi (9) để tăng nhiệt độ và cho vào đáy tháp ổn định để điều chỉnh nhiệt độ đáy tháp. ưu điểm của sơ đồ công nghệ chưng cất loại hai tháp Các hydrocacbon nhẹ được tách ra ở tháp tách 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 cất phân đoạn nên tháp chính thứ hai làm việc hoàn toàn an toàn. Mặt khác, những hợp chất lưu huỳnh 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. Nhược điểm của sơ đồ công nghệ chưng cất loại hai tháp 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. Bể chứa Bề lắng Thiết bi tách muối và nước Tháp chưng cất sơ bộ Lò đốt Tháp chưng cất chính Thùng chứa Tháp ổn định Thiết bị tái đun sôi Thiết bị tái bay hơi Hoạt động của các thiết bị chính trong dây chuyền * Tháp chưng sơ bộ Dầu thô qua thiết bị tách muối và nước và trao đổi nhiệt rồi đẩy vào tháp chưng sơ bộ. Trước khi vào tháp chưng sơ bộ, dầu thô được gia nhiệt đến 200 á 2200. Tại tháp chưng sơ bộ, khí nhẹ (H2S, CH4, C3H6, C3H8) và một phần xăng nhẹ được đẩy lên đỉnh tháp. H2S là khí ăn mòn nên đa số chúng đã được tách ra sau đó mới vào tháp này. Vì vậy, nguy cơ ăn mòn ở thiết bị giảm. Việc loại bỏ khí nhẹ ở tháp chưng sơ bộ tạo điều khiện thuận lợi cho quá trình chưng cất sau này giảm được tiêu hao nhiệt năng. Lượng khí tách ra trên đỉnh tháp chưng sơ bộ khoảng 10% V dầu thô đưa vào. * Tháp chưng phân đoạn (tháp chính) Dầu từ đáy tháp chưng sơ bộ được bơm đẩy vào thiết bị gia nhiệt (lò đốt) ở đây dầu được gia nhiệt đến 360 á 3800C. Nếu dầu thô không được cung cấp đủ nhiệt thì ảnh hưởng xấu đến sự phân chia trong tháp chưng cất dẫn đến sản phẩm kém chất lượng có thể bị hỏng. Ngược lại nếu dư nhiệt không chỉ tiêu tốn năng lượng mà còn tạo đều kiện cho các phản ứng cracking các phần nặng dẫn đến hiệu quả chưng cất thấp. Dầu được gia nhiệt từ thiết bị gia nhiệt được nạp vào tháp chưng ở đĩa nạp liệu. Bên trong tháp chưng, phần nhẹ di chuyển lên phía trên ở dạng hơi, phần nặng sẽ di chuyển xuống phía dưới ở dạng lỏng. Trong tháp có khoảng từ 30 á 40 đĩa. Quá trình chưng cất xảy ra trong tháp, ở một số đĩa ta thu được sản phẩm cạnh sườn và sản phẩm này được đưa vào các tháp tái bay hơi. Hỗn hợp nhẹ gồm xăng và khí LPG được đẩy lên đỉnh tháp, phần cặn mazut được đẩy ra ở đáy tháp. Để nâng cao hiệu quả của quá trình chưng cất, sản phẩm đỉnh của tháp chưng một phần sẽ được hồi lưu trở lại tháp. * Thiết bị tái bay hơi Các sản phẩm cạnh sườn được lấy ra từ tháp chưng phân đoạn đi vào các thiết bị tái bay hơi, tại đây phần nhẹ sẽ được tách ra. Nguyên tắc của thiết bị này là chưng cất theo hơi nước. Điểm chớp cháy của sản phẩm được điều chỉnh trong quá trình này bằng cách tách sản phẩm nhẹ ra. Đôi khi việc tách sản phẩm trung gian ở trên được thực hiện bằng cách tái bốc hơi hoặc bằng chưng chân không để nhận được những sản phẩm có chất lượng theo yêu cầu. Sản phẩm lấy ra từ đáy tháp được bơm qua một loại thiết bị trao đổi nhiệt để làm lạnh rồi vào bể chứa, còn phần nhẹ được cho hồi lưu lại tháp chưng phân đoạn. Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chưng luyện * Tháp ổn định Xăng nhẹ sau khi được lấy ra từ đỉnh tháp chưng phân đoạn và tháp chưng sơ bộ được trộn với nhau, sau khi được gia nhiệt được bơm vào thiết bị ổn định. LPG lấy ra từ đỉnh tháp ổn định, còn xăng được lấy ra từ đáy tháp ổn định.  IV.3. Các loại tháp trong dây chuyền công nghệ 1 V 2 3 IV I II III 4 5 IV.3.1. Các loại tháp chưng luyện a) Tháp đệm 1- Thành tháp 2- Bộ phận phân phối lỏng 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 Hình 6. 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 chóp Loại tháp được sử dụng rộng rãi trong chưng cất dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ. Tháp chóp có nhiều dạng khác nhau bởi cấu tạo của chóp và cấu tạo của bộ phận chảy chất lỏng. 2 3 1 6 5 4 7 8 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 chóp. Khoảng giữa ống nối và chóp có vùng không gian cho hơi đi qua, đi từ đĩa dưới lên đĩa trên. 1- Tấm 2- ống chảy truyền 3- Chóp 4- ống nhánh 5- Lỗ chóp cho hơi qua 6- Không gian biên 7- Tấm chắn để giữ nước chất lỏng trên đĩa Hình 7 8- Thành thép IV.3.2. Thiết bị đun nóng IV.3.2.1. Đun nóng bằng khói lò Khói lò được tạo ra bằng cách đốt nhiên liệu trong lò (1) sau đó đi vào phòng trộn (2), ở phòng này cho thêm khí vào làm lạnh vào để điều chỉnh nhiệt độ của khói lò, lượng không khí cho vào lò phụ thuộc nhiệt độ cần điều chỉnh để đun nóng. Để giảm lượng trong ống khói lò người ta có thể dùng khí thải (khói lò sau khi đã đun nóng) để trộn lẫn. Đun nóng bằng khói lò được dùng rất phổ biến nhất là trong hoàn cảnh nước ta hiện nay, phương pháp này có thể đạt được nhiệt độ 1000C. Khói lò được tạo thành khí đốt cháy các nhiên liệu rắn hoặc lỏng hay khí trong lò đốt. Không khí Khí thải 3 4 2 1 Nhiên liệu Hình 8. Sơ đồ đun nóng bằng khói lò 1. Lò đốt; 2. Phòng trộn; 3. Thiết bị truyền nhiệt; 4. Quạt. Ưu điểm: Có thể tạo được nhiệt độ cao, nhưng có nhiều nhược điểm. Nhược điểm: Hệ số cấp nhiệt rất nhỏ (không quá 100 W/m2 độ) do đó thiết bị cồng kềnh. Nhiệt dung riêng thể tích nhỏ nên đòi hỏi phải dùng một lượng khói rất lớn để làm việc. Đun nóng không được đồng đều vì khói lò vừa cấp nhiệt vừa nguội đi, khó điều chỉnh nhiệt độ đun nóng nên dễ có hiện lượng quá nhiệt từng bộ phận và gây ra phản ứng phụ không cần thiết. Khói lò thường có bụi và khí độc của nhiên liệu (nhất là nhiên liệu rắn) do đó, khi đun nóng gián tiếp bề mặt truyền nhiệt bị bám cặn, còn đun nóng các chất dễ cháy dễ bay hơi thì không an toàn. Trong khói lò luôn còn một không khí ngoài trời, ở nhiệt độ cao khi tiếp xúc với thiết bị sẽ oxy hoá kim loại làm hỏng thiết bị, hiệu suất sử dụng nhiệt thấp, lớn nhất là 30%. IV.3.2.2. Thiết bị đun nóng lò ống Cấu tạo lò: 2 1 3 4 5 7 6 8 Cấu tạo lò phụ thuộc vào dạng của nhiên liệu và phương pháp đốt, loại thường gặp là loại ống. Lò ống: 1. Lò đốt 2. Phòng trộn 3. Cửa hút không khí 4. Quạt 5. Cửa 6. Phòng đặt thiết bị 7. Thiết bị truyền nhiệt 8. Cửa ra Hình 9. Cấu tạo lò ống. Hình trên là cơ sở cấu tạo của lò ống. Khói lò tạo thành trong lò đốt (1) do quá trình cháy nhiên liệu (rắn, lỏng hoặc khí). Khi vào phòng trộn (2) khói lò được giảm nhiệt độ nhờ không khí bị hút qua quạt (4) thổi vào cửa (3). Trong phòng (2) khói lò đi từ dưới lên qua cửa (5) vào phòng (6), tiếp tục đi từ trên xuống rồi ra ngoài theo cửa (8). Trong phòng (6) có đặt thiết bị truyền nhiệt loại ống (7). Khói lò đi ngoài ống có sản phẩm cần đun nóng đi ở phía trong. IV.3.3.Thiết bị trao đổi nhiệt 1. Loại ống Loại này bề mặt truyền nhiệt có dạng hình ống. Căn cứ vào tính chất làm việc và cấu tạo của thiết bị có thể xếp mấy kiểu: ống xoắn, kiểu lưới, kiểu ống lồng ống. a) ống xoắn: thiết bị truyền nhiệt kiểu ống xoắn là một trong những loại thiết bị đơn giản nhất. Nó gồm các đoạn thẳng nối với nhau bằng khuỷu gọi là xoắn gấp khúc, hoặc các ống uốn cong theo trôn ốc gọi là xoắn ruột gà, khi làm việc một chất tải nhiệt đi ngoài ống eòn một chất tải nhiệt khác đi trong ống. Ưu điểm: Cơ chế đơn giản, có thể làm bằng các vật liệu chống ăn mòn, dễ kiểm tra và sửa chữa. Nhược điểm: Cồng kềnh, hệ số truyền nhiệt nhỏ, hệ số cấp nhiệt phía ngoài bé, khó làm sạch phía trong ống, trợ lực thuỷ lực lớn hơn ống thẳng. b) Loại ống tưới. 4 2 3 1 Nước I Nước Thiết bị trao đổi nhiệt loại tưới. Hình 10 Máng tưới; 2- ống truyền nhiệt; 3- Khuỷu nối; 4- Máng chứa nước. 2. Loại ống lồng ống Hình 17. Cấu tạo. 1. ống trong 3.