Luận văn Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất thường

nh sự phân huỷ nhiệt chúng khi đốt nóng. Tuỳ theo loại dầu thô, trong thực tế không nên đốt nóng quá 400I420oC với dầu không có hay có chứa rất Ýt lưu huỳnh, và không đốt núng quỏ 320I340oC đối với dầu có nhiều lưu huỳnh. Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí quyển cao hơn nhiệt độ phân huỷ của chúng, người ta dùng chưng cất chân không. Ví dụ: chưng cất với hơi nước để tránh sự phân huỷ nhiệt giảm áp suất riêng phần của cấu tử trong hỗn hợp, làm cho chỳng sụi ở nhiệt độ thấp hơn. Hơi nước được dùng ngay trong chưng cất khí quyển. Sự phân huỷ khi chưng cất sẽ làm xấu đi tính chất của sản phẩm như làm giảm độ bền oxy hoá, nhưng quan trọng hơn là chúng gây nguy hiểm cho quá trình chưng cất vỡ chỳng tạo thành các hợp chất ăn mòn và làm tăng áp suất của tháp. Để giảm mức độ phân huỷ, thời gian lưu của nguyên liệu ở nhiệt độ cao cũng cần phải hạn chế. Ví dụ: trong thực tế chưng cất, thời gian lưu của nguyên liệu dầu (phân đoạn cặn chưng cất khí quyển) ở đáy tháp AD không lớn hơn 5 phót và phân đoạn gudron khi chưng cất chân không VD chỉ vào khoảng từ 2I 5 phót. Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp ở áp suất khí quyển cao hơn nhiệt độ phân huỷ nhiệt của chúng, người ta phải dùng chưng cất trong chân không hay chưng cất với hơi nước để trỏnh phõn huỷ nhiệt, chân không làm giảm nhiệt độ sụi, cũn hơi nước cũng cú tỏc dụng tương tự như dùng chân không: giảm áp suất riêng phần của cấu tử hỗn hợp làm cho chỳng sụi ở nhiệt độ thấp hơn. Hơi nước được 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 nhiên liệu và dầu nhờn. Chưng cất có tác nhân hơi nước còn làm hiệu quả của quá trình chưng cất cao hơn, trong thực tế thường sử dụng tác nhân bay hơi và hơi nước quá nhiệt, hơi nước làm tác nhân tái bay hơi còn bị hạn chế vì nhiệt lượng bay hơi khác xa với nhiệt độ đốt nóng chất lỏng trong chưng cất. Nhược điểm: phương pháp chưng cất với hơi nước thì tổn thất nhiệt năng tăng và có thể tạo nhò tương bên trong dầu. Do vậy lượng hơi nước có hiệu quả tốt nhất chỉ trong khoảng 2I 3% so với nguyên liệu đem chưng cất. Khi mà số cấp tiếp xúc là 3I 4% trong điều kiện như vậy lượng hơi dầu tách ra từ phân đoạn mazut đạt tới 14I 23%. Để tránh sản phẩm dầu ngậm nước ngoài việc giảm áp suất hơi riêng của phần đầu nú cũn tăng cương khấy trộn chất lỏng trỏnh tớch nhiệt cục bộ, tăng cường tốc độ đốt nóng cặn dầu trong lò ống khi chưng cất, tránh và ngăn ngõa quá trình tạo cốc trong các ống đốt nóng. 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 500 I 600oC. 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. Khi chưng với hơi nước số lượng phân đoạn tách ra khá triệt để. Ta có thể tính theo công thức: G Với G và z : sè lượng hơi dầu tách được và lượng hơi nước. Mf: phân tử lượng của hơi dầu. 18 : phân tử lượng của nước. Pf : ỏp suất riêng phần của dầu ở nhiệt độ chưng. P : áp suất tổng cộng của hệ. Nhiệt độ của hơi nước không được thấp hơn nhiệt độ hơi dầu để tránh sản phẩm dầu ngậm nước. Do vậy người ta thường dùng hơi nước có nhiệt độ trong khoảng 380 I 450oC, áp suất hơi từ 0,2 I 0,5 MPa. Trong một vài trường hợp khi cần nâng cao nhiệt độ bắt cháy của nhiên liệu diezel, hay nhiên liệu phản lực, người ta không dùng chưng cất với hơi nước mà dùng quá trình bay hơi một lần để tránh tạo thành nhò tương nước bền trong nhiên liệu. CHƯƠNG IV. CHƯNG CẤT DẦU THÔ I. MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT Trong công nghiệp chế biến dầu, dầu thô sau khi đã được xử lý qua các quá trình tách nước, muối và các tạp chất cơ học được đưa vào quá trình chưng cất nhằm thu được các loại sản phẩm theo yêu cầu. Các quá trình chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển AD (Atmospheric Distillation) và quá trình chưng cất trong chân không VD (Vacuum Distillation) thuộc về nhúm cỏc quá trình chế biến vật lý. Đối với quá trình chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển AD thì nguyên liệu đưa vào quá trình chưng cất là dầu thô, đôi khi còn gọi là quá trình CDU (Crude oil Distillation Unit), còn đối với quá trình chưng cất trong chân không VD thì nguyên liệu của quá trình chính là phần cặn của quá trình chưng cất ở áp suất khí quyển AD, trong thực tế đôi khi còn gọi là cặn chưng cất (cặn thô hay mazut). Tuỳ theo mục đích và quá trình chưng cất mà chúng ta sẽ áp dụng quá trình chưng cất AD, VD hay kết hợp cả hai quá trình AD – VD (gọi tắt là quá trình A- V – D). Trong công nghiệp chế biến hiện nay thỡ cỏc nhà máy hiện đại luụn dựng loại hình công nghệ A – V – D. II. CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU DẦU KHÍ TRƯỚC KHI CHẾ BIẾN Dầu thô vừa khai thác ở mỏ lên, ngoài phần chủ yếu là các hydrocacbon trong dầu còn lẫn nhiều tạp chất như tạp chất cơ học, đất đá, nước và cả muối khoáng. Chúng lẫn vào dầu khí và phổ biến nằm ở dạng nhò tương nờn khú tỏch ở điều kiện bình thường. Nếu không tỏch cỏc tạp chất này, khi vận chuyển hay tồn chứa và đặc biệt là khi chưng cất dầu, chúng sẽ tạo cặn bùn và các hợp chất ăn mòn, phỏ hỏng thiết bị, làm háng công suất chế biến. Vì thế trước khi đưa vào chế biến dầu thô cần phải được cho qua các bước xử lý khác nhau. 1. Ổn định dầu thô Dầu thô mới khai thác lờn cú lẫn cỏc khớ hữu cơ (C1-C4 và một Ýt C5) và khí vô cơ (H2S, CO2, He) sự có mặt cỏc khớ trong dầu mỏ, khi vận chuyển phần nhẹ dễ bắt cháy không an toàn và không kinh tế vì trong quá trình vận chuyển cỏc khớ nhẹ dễ mất mát, mà cỏc khớ hữu cơ này là nguyên liệu có giá trị cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu. Trong quá trình tỏch cỏc khớ có lợi ta tách được cả khí H2S là khí có hại, nó ăn mòn thiết bị. Dầu mỏ sau khi đó tỏch rồi mới cho sang giai đoạn tách muối và nước bằng phương pháp nhiệt hoá học, sau đó cho sang tách muối và nước bằng phương pháp điện hay là kết hợp phương pháp nhiệt điện. Ổn định dầu nguyên khai tức là loại bớt các phần quá nhẹ rất dễ bay hơi trong dầu ngay từ lúc vừa thoát ra khỏi giếng khoan (tức là xử lý ngay ở nơi khai thác). Sơ đồ ổn định dầu nguyên khai như sau: (1). Lắng tách tạp chất (2). Trao đổi nhiệt (3). Phân ly tách nước (4). Tháp chưng (5). Lò đốt (6,8). Thiết bị làm lạnh bằng không khí (7). Tỏch khớ (I). Dầu nguyên khai (II). Khi đi thiêu đốt (III). Khí đi phân chia (IV). Xăng nhẹ (V). Dầu đã ổn định Thuyết minh sơ đồ: Dầu thô vừa khai thác lên cho qua thiết bị lắng tách tạp chất cơ học (1) sau đó cho qua thiết bị trao đổi nhiệt (2) và qua thiết bị phân ly (3) để tách sơ bộ nước, rồi đưa vào tháp chưng (4). Áp suất của tháp chưng được điều chỉnh tuỳ theo mức độ chứa các phần nhẹ trong dầu thô. Sản phẩm lỏng đỏy thỏp được đưa sang thiết bị đun sôi (5) kiểu lò đứng, ở đây dùng một phần khớ khụ thoát ra ở đỉnh tháp chưng để làm nhiên liệu đốt lò. Phần khớ bộo có thể sử dụng cho các nhu cầu địa phương, hay cho vào phân xưởng phân chia khí để sử dụng làm nguyên liệu cho ngành tổng hợp hoá dầu, hoặc có thể nén lại cho xuống các giếng khoan, hay thiêu đốt C1, C2. Ở đáy tháp (4) lấy dầu đã ổn định đưa về các nhà máy xử lý và chế biến. 2. Tỏch cỏc tạp chất cơ học, nước và muối a) Tách bằng phương pháp cơ học + Lắng: Bản chất của phương pháp lắng là dùa vào sự khác nhau về tỷ trọng của dầu và các tạp chất như đất đá, nước và muối. Nếu dầu cú cỏc tạp chất này, khi để lắng lâu ngày các tạp chất sẽ tách ra và lắng xuống tạo thành hai líp rõ rệt và có thể tách ra dễ dàng. Tốc độ lắng của các hạt được tính theo công thức Stockes, áp dụng khi kích thước hạt lớn hơn 0,5mm. r2(d1 – d2)g V= 18m Trong đó: V- vận tốc lắng cm/s r- đường kính hạt d1,d2- tỷ trọng của hạt và của dầu tương ứng g- gia tốc trọng trường m- độ nhít động học của hỗn hợp. Từ công thức này ta thấy nếu kích thước hạt càng bé, sự chênh lệch về tỷ trọng càng Ýt, độ nhít của hỗn hợp càng lớn thì tốc độ lắng càng nhỏ và như vậy, để phân chia thành cỏc lớp riêng biệt đòi hỏi thời gian càng lớn. Để tăng tốc độ lắng, người ta thường dùng biện pháp gia nhiệt để giảm độ nhít. Nhiệt độ thường được duy trì trong khoảng 50I60oC, để tránh mất mát dầu do bay hơi. Nếu duy trì quá trình ở áp suất cao, ta có thể nâng cao nhiệt độ để tăng tốc độ lắng mà không sợ mất mát vì áp suất hơi lúc này thấp hơn so với trường hợp dùng áp suất thấp. + Phương pháp ly tâm: Là phương pháp hay được dùng để tách nước và các tạp chất đất đá. Lực ly tõm càng lớn càng có khả năng phân chia cao, các hạt có tỷ trọng khác nhau khỏi dầu. Lực ly tâm tỷ lệ với bình phương số vòng quay ly tâm của rụto, nờn số vòng quay càng lớn hiệu quả tách càng cao. Trong công nghiệp thường dùng máy ly tâm với số vòng quay từ 3500I50000 vũng/phỳt. Nhưng nếu số vòng quay càng lớn thì việc chế tạo thiết bị càng khó khăn và không thể chế tạo thiết bị với công suất lớn. Do vậy, lĩnh vực áp dụng của phương pháp này cũng bị hạn chế. + Phương pháp lọc: Để tách nước và các tạp chất đất đá khỏi dầu có thể dùng phương pháp lọc khi chóng ta cho thêm vào dầu một chất dễ thấm nước, dễ giữ nước và tỏch chỳng ra. Các chất này thuộc loại các “chất trợ lọc”. Ví dụ: trong thực tế người ta dựng bụng thuỷ tinh để lọc nước khỏi dầu. Phương pháp lọc tuy đơn giản và có thể đạt hiệu quả cao, nhưng gặp phải khó khăn là phải liên tục thay thế màng lọc do bẩn hay quá tải mà đôi khi việc thay thế cũng rất tốn kém và phức tạp. + Các phương pháp khác - Tỏch nhò tương nước trong dầu bằng phương pháp hoỏ học Bản chất của phương pháp là cho thêm một chất hoạt động bề mặt để phỏ nhũ tương (còn gọi là chất khử nhò). Khi các điều kiện thao tác như nhiệt độ, áp suất, rung động … được chọn ở chế độ thích hợp thì hiệu quả của phương pháp cũng rất cao. Nhưng khó khăn là phải chọn được chất hoạt động bề mặt thích hợp, khụng gõy hậu quả khó khăn cho chế biến sau này, cũng như khụng phõn huỷ hay tạo điều kiện ăn mòn thiết bị. - Phương phỏp dùng điện trường Dùng điện trưũng để phỏ nhũ, tỏch muối khỏi dầu là một phương pháp hiện đại, công suất lớn, qui mô công nghiệp và dễ tự động hoỏ nờn cỏc nhà máy chế biến dầu có công suất lớn đều áp dụng phương pháp này. Vì bản thân các tạp chất đã là các hạt dễ nhiễm điện tích, do vậy nếu ta dùng lực điện trường mạnh sẽ làm thay đổi điện tích tạo điều kiện cho các hạt đông tụ hay phát triển làm cho kích thước lớn lên và như vậy chúng dễ bị tách ra khỏi dầu. Tương tác giữa điện trường và các hạt làm cho các hạt tích điện và lắng xuống. Nguyên tắc này được áp dụng để tách muối, nước ra khỏi dầu. Dầu thô được gia nhiệt trước trong các thiết bị trao đổi nhiệt rồi được trộn với một lượng nước sạch để tạo thành nhò tương chứa muối. Lực hót giữa các hạt tích điện làm cho các hạt lớn lên, ngưng tụ thành hạt có kích thước lớn và chúng dễ tách thành líp nước nằm dưới líp dầu. Trong thực tế người ta pha thêm nước vào dầu với lượng từ 3I8% so với dầu thô và có thể cho thờm hoỏ chất rồi cho qua van tạo nhò. Sau khi đã qua thiết bị trao đổi nhiệt ở nhiệt độ 130I250oC, muối trong dầu thô được chuyển vào nhò tương và khi được dẫn vào khoảng cách giữa hai điện cực có hiệu điện thế 26000V trở lên, chúng tích điện va vào nhau và tăng dần kích thước cuối cùng tách thành líp nước nằm phía dưới líp dầu. Để ngăn ngõa sự bay hơi dầu do tiếp xúc ở nhiệt độ cao áp suất trong thiết bị tách muối được giữ ở áp suất 9I12kG/cm2. Bé phận an toàn được bố trí ngay trong thiết bị, khi tách một bậc, người ta có thể tách 90I95% muối, còn nếu áp dụng tách hai bậc sẽ nâng hiệu suất tách muối lên 99%. Thiết bị tách muối và nước có dạng hình trụ hoặc hình cầu. Dạng hình trụ loại nằm ngang được sử dụng phổ biến hơn do dễ chế tạo, lắp đặt và tốn Ýt kim loại hơn. Thiết bị thường có kích thước sau: đường kính 3-5m, chiều dài 18-20m, dung tích thường từ 100-150m3 và có thể chịu áp suất đến 18-20 kg/cm2. III. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất và chất lượng của quá trình chưng cất là nhiệt độ, áp suất và phương pháp chưng cất. Chế độ công nghệ chưng cất phụ thuộc nhiều vào chất lượng dầu thô ban đầu, vào mục đích và yêu cầu của quá trình, vào chưng 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 các yếu tố để quá trình chưng cất đạt hiệu quả kinh tế cao nhất. Các yếu tố công nghệ chưng cất dầu chính là các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình làm việc của tháp chưng cất. 1. Nhiệt độ của tháp chưng luyện Nhiệt độ là thông số quan trọng nhất của tháp chưng cất bằng cách thay đổi chế độ nhiệt của tháp chưng cất, dễ điều chỉnh được chất lượng và hiệu xuất của sản phẩm. Chế độ nhiệt của tháp gồm: Nhiệt độ của nguyên liệu vào tháp, nhiệt độ đỉnh tháp, nhiệt độ trong tháp và nhiệt độ đỏy thỏp. Nhiệt độ của nguyên liệu (dầu thô) vào tháp chưng khống chế tuỳ theo bản chất của dầu thô, mức độ cần phân tách, sản phẩm, áp suất trong tháp và lượng hơi nước đưa vào đỏy thỏp, nhưng chủ yếu là phải tránh được sự phân huỷ nhiệt của nguyên liệu ở nhiệt độ cao. Do vậy nhiệt ở lò ống phải được khống chế chặt chẽ, nếu dầu là loại dầu nhẹ, mức độ phân chia lấy sản phẩm Ýt, thì nhiệt độ phần nguyên liệu vào không cần cao. Trong thực tế sản xuất khi chưng cất ở áp suất khí quyển, nhiệt độ nguyên liệu vào tháp chưng luyện giới hạn 320 I360oC ở áp suất p = 1 at, còn nhiệt độ nguyên liệu vào tháp chưng cất chân không là 400I440oC. Nhiệt độ đỏy thỏp chưng luyện phụ thuộc vào phương pháp bay hơi và phần hồi lưu đáy. Nếu dùng một thiết bị đốt nóng riêng biệt (reboiler) thì nhiệt độ đỏy thỏp sẽ ứng với nhiệt độ bốc hơi cân bằng tại áp suất đỏy thỏp. Nếu bốc hơi do đưa hơi nước quá nhiệt vào đỏy thỏp, nhiệt độ đỏy thỏp sẽ thấp hơn nhiệt độ vùng nạp liệu từ 10 - 400C nhiệt độ đỏy thỏp phải chọn tối ưu, tránh sự phân huỷ cấu tử nặng, nhưng lại phải đủ để tách hết hơi nhẹ khỏi phần cặn đáy. Nhiệt độ đỉnh tháp được khống chế và chọn nhằm đảm bảo được sự bay hơi hoàn toàn sản phẩm đỉnh mà không cuốn theo các phần nặng khác. Muốn vậy người ta phải dùng hồi lưu đỉnh tháp để tách xăng khỏi phân đoạn khác, nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất khi ở áp suất khí quyển cần giữ trong khoảng 100 - 1200C. Với áp suất chân không khi áp suất là 10 - 70 mmHg thường nhiệt độ không quá 1200C để tách hết phần gas nhẹ còn lẫn trong nguyên liệu và với mục đích giảm bớt sự mất mát các cấu tử trong phân đoạn dầu nhờn. Dùng hồi lưu sẽ tạo điều kiện phân chia tốt hơn, có 3 dạng hồi lưu: hồi lưu nóng, hồi lưu nguội, hồi lưu trung gian. a. Hồi lưu nóng Hồi lưu nóng là quá trình hồi lưu không cần làm lạnh ngưng tụ mà chỉ cần 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 một lượng nhiệt đủ để bốc hơi. 1 - Thiết bị tháp chưng 2 - Thiết bị ngưng tụ + Lượng hồi lưu nóng đước tính bằng công thức Rn : Lượng hồi lưu nóng (kg/h) Q : Lượng nhiệt hồi lưu cần lấy để bốc hơi (kcal/kg) L : Nhiệt ngưng tụ của sản phẩm nóng (kcal/kg) + Hồi lưu núng cú ưu điểm là Cấp nhiệt cho hồi lưu thấp chỉ đủ bốc hơi. Tác nhân làm lạnh có thể dùng nước hay chính sản phẩm lạnh. + Nhược điểm Khó lắp rắp, gặp nhiều khó khăn cho việc vệ sinh do tạo nhựa ở nhiệt độ cao và khả năng phân tán không cao do dùng lượng dầu hồi lưu. b. Hồi lưu nguội Là loại được thực hiện bằng cách làm nguội và ngưng tụ toàn bộ sản phẩm đỉnh rồi tưới trở lại đỉnh tháp. Khi đó lượng nhiệt cần thiết để cấp cho phần hồi lưu bao gồm: Nhiệt cần thiết để đun nóng nó đến nhiệt độ sôi và nhiệt lượng cần thiết để hoá hơi. 1 - Tháp chưng 2 - Thiết bị ngưng tụ 3 - Bể chứa hồi lưu + Lượng hồi lưu nguội được tính theo công thức : Lượng hồi lưu nguội Q : Nhiệt lượng hồi lưu cần (Kcal/kg) : Hàm nhiệt của hơi phần tinh cất với nhiệt độ t1 đi ra khỏi tháp chưng cất (kcal/h) : Nhiệt lượng của lỏng hồi lưu ứng với nhiệt độ t2 (kcal/h) i : Nhiệt lượng phần hơi cần C : Nhiệt dung của sản phẩm hồi lưu t1 , t2 : Nhiệt độ của hồi lưu và lỏng tương ứng Hồi lưu nguội được sử dụng rộng rãi vì lượng hồi lưu thường Ýt, làm tăng chất lượng mà không làm giảm nhiều năng suất của tháp chưng và điều chỉnh đỉnh tháp dễ dàng. c. Hồi lưu trung gian Ngoài hồi lưu đỉnh, đỏy thỏp người ta còn sử dụng hồi lưu trung gian để tăng chất lượng của các sản phẩm cạnh sườn và điều chỉnh nhiệt độ trong thỏp. Qỳa trỡnh hồi lưu được thực hiện bằng cách lấy một phần sản phẩm lỏng nằm trờn cỏc đĩa có nhiệt độ t1 đưa ra ngoài làm lạnh đến nhiệt độ t0 rồi co quay trở lại tháp. Khi đó chất lỏng hồi lưu cần thu một lượng nhiệt độ để đun nóng từ nhiệt độ t0 đến t1. + Ưu điểm của hồi lưu trung gian Làm 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 của tháp. 1 - Tháp chưng 2 - Thiết bị trao đổi nhiệt 3 - Bơm  Người ta thường kết hợp chưng hồi lưu trung gian với hồi lưu đỉnh cho phép điều chỉnh chính xác nhiệt độ đỉnh tháp dẫn đến đảm bảo được hiệu suất và chất lượng của sản phẩm. Sự cấp nhiệt ở đáy tháp có thể dùng thiết bị trao đổi nhiệt hay trực tiếp đốt nóng đỏy thỏp hoặc cho dòng tuần hoàn từ đỏy thỏp qua lò đốt rồi quay về tháp. Sử dụng phổ biến nhất là chưng cất cấp nhiệt dựng dũng tuần hoàn qua lò đốt. Qỳa trỡnh này được tiến hành bằng cách lấy dòng chất lỏng ở đĩa cuối cùng của tháp cho qua lò ống để đốt nóng chất lỏng, chất lỏng được đốt nóng trong lò tạo hỗn hợp hơi và lỏng quay về đỏy thỏp chưng. 2. Yếu tố áp suất của tháp chưng luyện Khi chưng cất dầu mỏ ở áp suất khí quyển, áp suất tuyệt đối trong tháp thường cao hơn so với áp suất khí quyển và ở mỗi phần lấy sản phẩm ra áp suất cũng có khác nhau, phụ thuộc vào việc tăng hay giảm nhiệt độ của tháp khi lấy sản phẩm ra. Áp suất trong tháp được khống chế bằng bộ phận điều chỉnh áp suất đặt ở thiết bị ngưng tụ, áp suất trong mỗi tiết diện của tháp chưng luyện phụ thuộc vào trở lực thủy tĩnh khi hơi đi qua các đĩa, hay phụ thuộc vào số đĩa và cấu trúc của đĩa, lưu lượng riêng của chất lỏng bay hơi. Thông thường từ đĩa này sang đĩa khác áp suất thay đổi từ 5410 mmHg, từ dưới lên áp suất thấp qua mỗi đĩa giảm từ 143 mmHg. Áp suất của tháp phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất nguyên liệu và áp suất riêng phần của từng cấu tử. Áp suất hơi nước được đưa vào cũng ảnh hưởng đến áp suất chung của tháp. Lượng hơi nước tiêu hao dùng cho tháp chưng ở áp suất khí quyển khoảng 1,241,5% trọng lượng so với nguyên liệu. 3. Những điều cần chú ý khi điều chỉnh, khống chế chế độ làm việc của tháp chưng cất Để duy trì sự làm việc ổn định của tháp chưng cất chúng ta cần nắm vững 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 cao quá, lượng chất lỏng trong tháp sẽ nhiều và như vậy sẽ dẫn đến hiện tượng "sặc" tháp, làm giảm hiệu quả phân tách. + Nếu các điều kiện khác trong tháp là cố định, thì sản phẩm đỉnh, sản phẩm cạnh sườn và sản phẩm đáy sẽ trở lên nhẹ hơn nếu áp suất trong tháp tăng lờn. + Nếu nhiệt độ đỏy thỏp quỏ thấp, sản phẩm đáy sẽ chứa nhiều phần nhẹ hơn. + Nếu nhiệt độ cấp liệu vào thỏp quỏ thấp, lượng hơi trờn cỏc khay chứa đĩa sẽ nhỏ, như vậy phần lỏng sẽ nhiều và chúng chảy xuống phía dưới vào bộ phận chưng sẽ càng nhiều. + Với sơ đồ chưng cất có sử dụng thiết bị reboiler, nếu nhiệt độ của reboiler quá thấp sẽ khụng tỏch hết phần nhẹ trong cặn và làm tặng lượng cặn. + Nếu nhiệt độ đỉnh quá cao, sản phẩm đỉnh sẽ quá nặng, và có nhiều sản phẩm hơi so với thiết kế và ngược lại nếu nhiệt độ đỉnh quá thấp, sản phẩm sẽ quá nhẹ và Ýt sản phẩm hơn. + Nhiệt độ cần thiết để tỏch cỏc phân đoạn dầu thô nặng sẽ cao hơn so với tách dầu thô nhẹ. + Chó ý: Nhất là nhiệt độ đỉnh thỏp, trỏnh nhiệt độ quá cao do làm lạnh không đủ (VD: Do mất nước làm lạnh) dẫn đến sự thay đổi chế độ hồi lưu, ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm. 4. Các điều kiện cần thiết đảm bảo cho việc chưng cất Để chưng cất tốt nhất thì cần thiết các điều kiện sau: + Phải tồn tại pha hơi và pha lỏng chuyển động ngược chiều nhau trên toàn bộ chiều cao của tháp chưng. + Phải có sự chênh lệch về nhiệt độ giữa pha lỏng và pha hơi hồi lưu, nhiệt độ của pha hơi phải cao hơn pha láng. + Cấu tạo của tháp phải đảm bảo sự tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng tốt. + Phần cột chưng ở phớa trên đĩa nạp liệu thực hiện quá trình tăng cường độ cấu tử nhẹ trong pha hơi gọi là phần tinh luyện. IV. GIỚI THIỆU MỘT SỐ SƠ ĐỒ CHƯNG CẤT 1. Sơ đồ công nghệ chưng cất AD với bay hơi một lần Với dầu mỏ có chứa lượng khí hoà tan thấp (0,5 I1,2%) trữ lượng xăng thấp (12 I 15% phân đoạn có nhiệt độ sôi nhỏ hơn 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 công nghệ chưng cất AD với bay hơi một lần và một tháp chưng cất. Sơ đồ công nghệ dạng này được trình bày trờn hỡnh Nhược điểm: Đối với loại dầu chứa nhiều phân đoạn nhẹ, nhiều tạp chất lưu huỳnh, nước thì gặp nhiều khó khăn khi áp dụng loại hình công nghệ chưng cất này. Khó khăn đó là áp suất trong thiết bị lớn, vì vậy cần phải có độ bền lớn, tốn nhiên liệu, đắt tiền, cấu tạo thiết bị phức tạp để tránh gây nổ do áp suất cao. Do đó sơ đồ công nghệ này chỉ được chọn cho quá trình chưng cất loại dầu có nhiều phân đoạn nặng (không quá 8 I10%), Ýt nước, Ýt lưu huỳnh. Ưu điểm: Qỳa trỡnh làm việc của sơ đồ công nghệ này là sự bốc hơi đồng thời các phân đoạn nhẹ và nặng góp phần làm giảm được nhiệt độ bốc hơi và nhiệt lượng đốt nóng dầu trong lò, quá trình chưng cất cho phép áp dụng trong điều kiện thực tế chưng cất dầu. Thiết bị loại này có cấu tạo đơn giản, gọn, Ýt tốn kém. Trong đó: Lò đốt (lò ống) Bơm Thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị làm lạnh Thiết bị tách muối và nước 6. Tháp chưng 7. Thỏp tỏi bay hơi 8. Bể chứa 9. Tháp ổn định 10. Lũ tỏi đun sôi 11. Xăng 12. Kerosen 13. Gasoil 14. Gasoil nhẹ 15. Gasoil nặng 16. Cặn AD * Thuyết minh dây chuyền Dầu thô được bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt rồi vào thiết bị tách muối và nước 5 theo phương pháp điện trường ở áp suất 9 I12kg/cm2, nhiệt độ từ 150 I160oC sau đó được tiếp tục đi qua thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm chưng cất rồi đi vào lò đốt nóng đến nhiệt độ cho phép (dầu chưa bị phân huỷ), nhiệt độ tuỳ thuộc vào lượng lưu huỳnh, nếu dầu chứa nhiều lưu huỳnh thì nhiệt độ không quá 320oC, nếu dầu chứa Ýt lưu huỳnh thì nhiệt độ không quá 360oC. Sau khi đạt được nhiệt độ đó ta nạp vào tháp chưng cất (6) trong tháp chưng cất hỗn hợp lỏng, hơi của dầu thô được nạp vào đĩa nạp liệu, từ đó hơi bay lên và quá trình tinh chế hơi được thực hiện ở giai đoạn luyện, ở đỉnh tháp chưng cất phần nhẹ bay lên được qua thiết bị làm lạnh ngưng tụ vào bể chứa (8) sau đó một phần được cho hồi lưu lại đỉnh tháp để chế độ làm việc được liên tục. Phần còn lại được đưa qua thiết bị đốt nóng rồi vào tháp ổn định (9), ở đây người ta tách được khớ khụ (C1, C2) ; LPG (C3, C4) và phần xăng. Nhờ các thiết bị tái bay hơi cạnh sườn (7) mà ta thu được các sản phẩm kerosen, gasoil nhẹ (GLO), gasoil nặng (GHO), cuối cùng là cặn chưng cất khí quyển AD. Để đảm bảo chế độ nhiệt của tháp chưng và khả năng phân chia các cấu tử nhẹ. Ngoài hồi lưu đỉnh người ta cũn dựng hồi lưu trung gian sục hơi quá nhiệt vào đỏy thỏp. Người ta dùng hơi nươc quá nhiệt cho thiết bị tái bay hơi để điều chỉnh nhiệt độ của phân đoạn cất. * Hoạt động của thiết bị chính trong dây chuyền Dầu thô được bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt và thiết bị tách muối, nước rồi đưa vào lò đốt. Ở đây dầu được ra nhiệt đến nhiệt độ 361oC. Nếu dầu thô không được cung cấp đủ nhiệt thì sẽ gây ảnh hưởng tới sự phân chia trong tháp chưng cất, dẫn tới sản phẩm kém chất lượng và có thể bị háng và ngược lại nếu nhiệt độ quá cao thì chỉ tiêu hao dầu đốt mà còn tạo ra quá trình cracking mạnh phần nặng trong tháp dẫn đến hiệu quả chưng cất thấp. Dầu được gia nhiệt từ thiết bị gia nhiệt và được nạp vào tháp chưng ở đĩa nạp liệu. Bên trong tháp chưng phần nhẹ sẽ di chuyển lên phía trên ở dạng hơi, phần nặng chảy xuống dưới đỏy thỏp ở dạng lỏng. Trong thỏp cú khoảng 40 tầng đĩa, trong tháp xảy ra quá trình chưng cất ở một số đĩa thu được naphten, kerosen, gasoil nhẹ (GLO), gasoil nặng (GHO) các sản phẩm này được lấy ra từ tháp chưng cất và đi vào cỏc thỏp tỏch cạnh tháp chưng. Hỗn hợp hơi của khí nhẹ, LPG và xăng được đẩy lên đỉnh tháp, hơi nước được bổ sung trong quá trình chưng cất. 2. Sơ đồ chưng cất AD với bay hơi hai lần Với dầu mỏ chứa nhiều phần nhẹ, tiềm lượng sản phẩm trắng cao (50I65%) chứa nhiều khí hoà tan (>1,2%), chứa nhiều phân đoạn xăng (20I30%), thỡ nờn chọn sơ đồ chưng cất AD với bay hơi hai lần. Lần một tiến hành bay hơi sơ bộ phần nhẹ và tinh chất chúng ở tháp sơ bộ, còn lần hai tiến hành chưng cất phần dầu còn lại. Như vậy ở tháp chưng sơ bộ, ta tách được phần khí hoà tan và phần xăng có nhiệt độ sôi thấp ra khỏi dầu. Để ngưng tụ hoàn toàn hơi bay lên, người ta phải tiến hành chưng cất ở áp suất cao hơn (khoảng 0,35 I 1,0 MPa). Nhờ áp dụng chưng hai lần ta có thể giảm được áp suất trong tháp thứ hai đến áp suất 0,14 I 0,16 MPa và nhận được từ dầu thô l