Đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN

Sau 5 năm học tại trường Đại Học Mỏ_Địa Chất, được trang
bị hành trang là những kiến thức, là tình yêu thương, là sự quan
tâm giúp đỡ của các thầy cô trong trường. Đó là những kiến thức
cơ bản, những kỹ năng cần thiết nhất phục vụ cho công việc của
em sau này.
Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Lọc_Hóa dầu
đã tạo điều kiện cho em đợt thực tập này và một đợt thực tế em
cũng thấy rất bổ ích với những gì mà em đã học được tại đây.
Thông qua bản đồ án tốt nghiệp này, cho em gửi lời cảm ơn tới các
thầy giáo cô giáo trong bộ môn Lọc_Hóa dầu. Các thầy cô đã định
hướng cho em cách đi đúng đắn, làm cho em có nhận thức một
cách thực tế về con đường mình đã lựa chọn. Đặc biệt trong thời
gian này được sự hướng dẫn của thầy Công Ngọc Thắng đã giúp
em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp của mình.

Hà nội, ngày

tháng

Sinh viên

i

Lọc hóa dầu K53

năm 2013

Đồ án tốt nghiệp

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đồ án
Nằm trong khuôn khổ cũng như yêu cầu của đồ án, tác giả đề
cập đến các kiến thức cơ bản của công nghệ chưng cất dầu, một
phân xưởng quan trọng nhất cho bất kỳ một nhà máy lạc dầu nào
trên thế giới. đây chỉ là những kiến thức chung nhất, cơ bản nhất
về công nghệ, nhưng chúng rất cần thiết cho mỗi người. Đối với
mỗi công nghệ hiện đại tính phức tạp của nó là không thể tránh
khỏi, trong mỗi chuỗi công nghệ luôn chứa rất nhiều các thiết bị từ
dơn giản đến phức tạp.
2. Nội dung chính của đồ án
Với mục đích tìm hiểu về tổng quan nguyên liệu và sản
phẩm, nội dung chính của đồ án được chia làm hai phần ở hai
chương như sau:
Chƣơng 1 : Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm
Chƣơng 2 : Công nghệ của quá trình.

ii

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................... i
MỞ ĐẦU .............................................................................................. ii

1. Tính cấp thiết của đồ án .................................................................... ii
2. Nội dung chính của đồ án.................................................................. ii
CHƢƠNG I .......................................................................................... 1
TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM ............................... 1
I. Dầu thô .............................................................................................. 1
1.Sản phẩn dầu mỏ ................................................................................ 1
2. Các đặc tính vật lý quan trọng của dầu thô ........................................ 5
2. Thành phần hoá học .......................................................................... 7
II. Xử lý dầu thô trước khi chưng cất .................................................... 8
1. Tách tạp chất cơ học, nước, muối lẫn trong dầu ................................ 8
III. Các phương pháp chưng cất [1]. ..................................................... 8
1. Chưng đơn giản ............................................................................... 12
2. Chưng phức tạp ............................................................................... 13
IV. Các yếu tố ảnh hưởng ................................................................... 18
1. Chế độ nhiệt của tháp chưng luyện ................................................. 18
2. Yếu tố áp suất của tháp chưng luyện ............................................... 21
3. Điều khiển, khống chế chế độ làm việc của tháp chưng cất ............. 21
V. Sản phẩm của quá trình chưng cất [1]. ........................................... 22
1. Phân đoạn khí hydrocacbon ............................................................ 23
2. Phân đoạn xăng ............................................................................... 23
3. Phân đoạn kerosen .......................................................................... 24
4. Phân đoạn diezen ............................................................................ 24
5. Phân đoạn mazut ............................................................................. 24
6. Phân đoạn dầu nhờn ........................................................................ 25
7. Phân đoạn gudron ........................................................................... 25
CHƢƠNG II ...................................................................................... 26
CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH .................................................... 26
I. Phân loại sơ đồ công nghệ ............................................................... 26
II. Dây chuyền công nghệ. .................................................................. 28
1. Chọn chế độ công nghệ và sơ đồ công nghệ .................................... 28


iii

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

2. Chọn sơ đồ công nghệ ..................................................................... 29
4. Ưu điểm của sơ đồ chưng cất 2 tháp ............................................... 32
III. thiết bị chính trong dây chuyền ..................................................... 32
1. Tháp chưng cất [1]. ......................................................................... 32
2. Các loại tháp chưng luyện [9]. ........................................................ 34
IV. Hồi lưu đáy ................................................................................... 34
V. Sản phẩm đáy ................................................................................. 34
1- Tấm khay chứa chụp ....................................................................... 35
2- ống chảy truyền .............................................................................. 35
3- Chụp ............................................................................................... 35
4- ống nhánh ....................................................................................... 35
5- Lỗ chụp cho hơi qua ....................................................................... 35
6- Không gian biên ............................................................................. 35
7- Tấm chắn để giữ mức chất lỏng trên đĩa ......................................... 35
8- Thành thép. ..................................................................................... 35
IV. thiết bị đun nóng ........................................................................... 38
1. Thiết bị đun nóng lò ống ................................................................. 38
CHƢƠNG III ..................................................................................... 39
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ ............................................................. 39
I. Tính cân bằng vật chất ..................................................................... 39
1. Tại tháp tách sơ bộ. ......................................................................... 40
2. Tại tháp tách phân đoạn. ................................................................. 40

3.Tổng kết cân bằng vật chất: ............................................................. 42
II. Thiết lập đường cân bằng (VE) cho các sản phẩm .......................... 42
1. Đường cân bằng (VE) sản phẩm xăng ............................................. 42
Hình 23. Đường cân bằng VE của xăng .............................................. 44
2. Đường cân bằng của sản phẩm kerosen ........................................... 44
3. Đường cân bằng của gazoil ............................................................. 45
III. Xác định các đại lượng trung bình của sản phẩm .......................... 46
1. Tỷ trọng trung bình ......................................................................... 46
2. Xác định nhiệt độ sôi trung bình ..................................................... 47
3. Tính phân tử lượng trung bình của các sản phẩm ............................ 48
IV. Tính tiêu hao hơi nước. ................................................................. 48
1. Tính tiêu hao hơi cho tháp phân đoạn. ............................................ 48
iv

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

2. Tính tiêu hao nước cho các tháp tách. ............................................. 48
V. Tính chế độ của tháp chưng cất ...................................................... 50
1. Tính áp suất của tháp. ..................................................................... 50
2. Tính nhiệt độ của tháp .................................................................... 50
3. Tính chỉ số hồi lưu đỉnh tháp. ......................................................... 59
VI. Tính kích thước của tháp chưng cất .............................................. 59
1. Tính đường kính tháp. ..................................................................... 59
2. Tính chiều cao của tháp .................................................................. 61
3. Tính số chóp và đường kính chóp ................................................... 62
CHƢƠNG IV ..................................................................................... 63
XÂY DỰNG ....................................................................................... 63

I. Xác định địa điểm xây dựng nhà máy .............................................. 63
1.Những cơ sở xác định địa điểm xây dựng . .................................. 63
2.Đặc điểm của địa điểm xây dựng. .................................................... 63
II. Các yêu cầu khi thiết kế xây dựng .................................................. 64
III. Giải pháp thiết kế xây dựng .......................................................... 66
1.Sơ đồ khối biễu diễn dây chuyền trong phân xưởng. ........................ 66
2. Đặc điểm của phân xưởng sản xuất : ............................................... 66
3. Bố trí mặt bằng phân xưởng : .......................................................... 67
4.Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản . ................................ 68
CHƢƠNG V ...................................................................................... 71
TÍNH TOÁN KINH TẾ ..................................................................... 71
I. Chế độ công tác của phân xưởng ..................................................... 71
II. Nhu cầu về nguyên liệu và năng lượng ........................................... 73
1. Nguyên liệu..................................................................................... 73
2. Nhu cầu về năng lượng ................................................................... 74
IV. Xác định nhu cầu công nhân cho phân xưởng ............................... 74
V. Tính khấu hao cho phân xưởng ...................................................... 76
VII. Xác định hiệu quả kinh tế ............................................................ 77
CHƢƠNG VI ..................................................................................... 79
AN TOÀN .......................................................................................... 79
I. An toàn lao động trong phân xưởng chưng cất khí quyển. ............... 79
1. Yêu cầu về phòng cháy chữa cháy : ................................................ 79
2. Trang bị phòng hộ lao động : .......................................................... 81
v

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp


3. Yêu cầu đối với vệ sinh môi trường. ............................................... 82
II. Tự động hoá : ................................................................................. 83
III. một số dụng cụ tự động hóa .......................................................... 87
1. Bộ cảm biến áp suất ........................................................................ 87
2. Bộ cảm ứng nhiệt độ : ..................................................................... 88
KẾT LUẬN ........................................................................................ 89
Tài liệu tham khảo ............................................................................ 90

vi

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

CHƢƠNG I
TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM
I. Dầu thô
Dầu mỏ là một nguyên liệu hydrocacbon có trong thiên nhiên, có
thành phần hóa học rất phức tạp, có những đặc tính vật lý thay đổi
trong giới hạn rất rộng như độ nhớt, màu sắc và tỷ trọng. Màu sắc của
dầu mỏ nguyên khai có thể màu sáng cho đến nâu đen. Tỷ trọng có thể
thay đổi từ 0,7  1, độ nhớt cũng thay đổi trong giới hạn từ 1  50 cst ở
200C.
Thành phần hoá học của dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp, gồm rất
nhiều hydrocacbon. Các hydrocacbon thường thuộc vào 3 họ: họ parafinic, họ naphtenic, họ aromatic hay còn gọi là hydrocacbon thơm.
Với mức độ phức tạp khác nhau, trong cấu trúc dầu mỏ đồng thời
cũng có mặt hydrocacbon loại cấu trúc hỗn hợp của cả 3 loại trên.
Trong dầu mỏ nguyên khai không có hydrocacbon họ olephinic và sự
phân bố của các hydrocacbon kể trên trong dầu mỏ quyết định công

nghệ chế biến, hiệu suất và chất lượng sản phẩm.
1.Sản phẩn dầu mỏ

A. Dầu bạch hổ
Là loại dầu nhẹ với độ API là 39,2 à hàm lượng lưu huỳnh là 0,03. Là
loại dầu parafin( hệ số đặc trưng K = 12,3), dầu bạch hổ cho sản lượng
Naphtha trung bình và sản lượng những phần cất ở giữa và vaccum gas oil
cao.
Dầu Bạch Hổ là loại dầu thô chất lượng cao, hàm lượng độc tố thấp
thih hợp cho những nhà máy lọc dầu và quá trình cracking.
a. Đường cong chưng cất và tỉ trọng
1

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

Bảng 1.1: Đƣờng cong chƣng cất và tỉ trọng của dầu bạch hổ
Phân đoạn
( 0C)

% khối lƣợng
(wt%)

% cất
(wt tích lũy)

Tỷ trọng
(kg/l)


Lights end

2.86

2.86

68 - 93

1.53

4.39

0.6816

93 - 157

8.43

12.82

0.7460

157 - 204

7.24

20.06

0.7734


204 - 260

8.38

28.44

0.7972

260 - 315

10.21

38.65

0.8160

315 - 371

12.11

50.76

0.8285

371 - 427

12.58

63.34


0.8437

427 - 482

12.84

76.18

0.8539

428 - 566

9.74

85.92

0.8904

>566

13.81

99.73

0.9313

TỔN THẤT

0,27


b. Hàm lượng các cấu tử nhẹ
Bảng 1.2: Hàm lƣợng cấu tử nhẹ của dầu Bạch Hổ
Cấu tử

% khối lƣợng

Metan

0.0002

Etan

0.0031

Propan

0.0327

Isobutan

0.0488

2

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp


n-butan

0.2122

isopentan

0.3741

n-pentan

0.6270

Cyclopentan

0.0300

2,2-dimetybutan

0.0234

2,3dimetylbutan

0.0530

2-metylpentan

0.3885

3-metylpentan


0.2099

n-hexan

0.8528

c. Nhận xét lựa chọn nghệ
Vì dầu Bạch Hổ là loại dầu thô ngọt, nhẹ giầu parafin dẫn đến trước
khi đưa vào tháp chưng cất, nguyên liệu sẽ được gia nhiệt cao hơn lên tới
359ºC. Trên đỉnh tháp thì nhiệt độ được khống chế ở 128ºC, phân doạn đỉnh
được lấy ra bao gồm cả phân đoạn khí và xăng để cho lưu lượng sản phẩm
lấy ra được nhiều. Ở đáy thì khống chế ở 350ºC, dể quá trình lấy phân đoạn
cặn được thuận lợi.
B. Dầu Dubai
Là loại dầu chua với độ API là 31,2 và hàm lượng lưu huỳnh tổng là
2,1% khối lượng, là loại dầu trung bình (co hệ số đặc trưng K= 11,78).
a. Đường cong chưng cất và tỉ trọng
Bảng 1.1: Đƣờng cong chƣng cất và tỷ trọng của dầu Dubai

3

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

Nhiệt độ
(C)

89


120.4

259.8

372.0

482.2

678.9

% Cất

5

10

30

50

70

90

0.702

0.741

0.830


0.890

0.946

1.033

Tỉ trọng

b. Hàm lượng cấu tử nhẹ của dầu DuBai
bảng 1.1.1: Hàm lƣợng cấu tử nhẹ của dầu DuBai
Cấu tử Etan

Propan Isobutan nbutan

Isopentan ncyclopentan
pentan

%
khối
lượng

0.16

0.62

0.01

0.15


0.59

0.93

0.09

c. Hàm lượng lưu huỳnh
Hàm lượng lưu huỳnh tổng trong dầu DUBAI là 2,1%, với hàm lượng
hợp chất của lưu huỳnh thấp hơn 0.0001% khối lượng.
bảng 1.1.2: Đƣờng cong chƣng cất hàm lƣợng của dầu DuBai
Thể tích %

4

Hàm lƣợng lƣu
huỳnh tổng (%wt)

15

0.0004

20

0.0012

25

0.0024

30


0.0048

35

0.0092

40

0.0136

45

0.0184

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

50

0.0224

55

0.0224

60


0.0252

65

0.0264

70

0.0276

75

0.0296

80

0.0320

85

0.0356

90

0.0392

d. nhận xét lựa chọn công nghệ
Vì dầu thô DuBai là loại dầu chua, ham lượng lưu huỳnh tăng cao khi
nhiệt độ càng cao nên nguyên liệu khi vào tháp chưng cất được gia nhiệt
thấp hơn dầu Bạch Hổ. Nhiệt độ tại đĩa 43 là 354ºC, nhiệt độ đỉnh được

khống chế ở 121ºC dể lượng sản phẩm lấy ra ít có hợp chất của lưu huỳnh ây
ăn mòn thiết bị. Ở đáy là 347ºC. các điểm cắt ở cá phân đoạn sườn cũng thấp
hơn từ 11ºC ở phân đoạn Kerosen và LGO, 7ºC ở phân đoạn HGO để sản
phẩm lấy ra đủ tiêu chuẩn.
2. Các đặc tính vật lý quan trọng của dầu thô
a- Tỷ trọng :
Khối lượng riêng của dầu là khối lượng của 1 lít dầu tính bằng
kilôgam. Tỷ trọng của dầu là khối lượng của dầu so với khối lượng của
nước ở cùng một thể tích và ở nhiệt độ xác định. Do vậy tỷ trọng sẽ có
giá trị đúng bằng khối lượng riêng khi coi khối lượng riêng của nước ở
4oC bằng 1.Trong thực tế, tồn tại các hệ thống đo tỷ trọng sau : d 420,
15,6
d415, d15,6
, ( hay theo đơn vị Anh Mỹ là Spgr 60/60 0F ); độ API

(API=141,5/s.g 60 0F/60 0F)- 131,5), trong đó chỉ số bên trên là nhiệt độ
của dầu trong lúc thử nghiệm còn chỉ số bên dưới là nhiệt độ của nước
5

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

khi thử nghiệm. Tỷ trọng của dầu dao động trong khoảng rộng, tuỳ
thuộc vào loại dầu và có trị số từ 0,8 đến 0,99. Tỷ trọng của dầu rất
quan trọng khi đánh giá chất lượng dầu thô. Sở dĩ như vậy vì tỷ trọng
có liên quan đến bản chất hoá học cũng như đặc tính phân bố các phân
đoạn trong dầu thô.
Dầu thô càng nhẹ tức có tỷ trọng thấp, càng mang đặc tính dầu

paraphinic, đồng thời tỷ lệ các phân đoạn nặng sẽ ít. Ngược lại, dầu
càng nặng tức tỷ trọng cao, dầu thô càng mang đặc tính dầu aromatic
hoặc naphantenic, các phân đoạn nặng sẽ chiếm tỷ lệ cao. Sở dĩ như
vậy vì tỷ trọng hydrocacbon parafinic bao giờ cũng thấp hơn so với
naphtenic và aromatic khi chúng có cùng một số nguyên tử cacbon
trong phân tử. Mặt khác những phần không phải là hydrocacbon như
các chất nhựa, asphaten, các hợp chất chứa lưu huỳnh, chứa Nitơ,chứa
kim loại lại thường tập trung trong các phần nặng, các nhiệt độ sôi cao
vì vậy dầu thô có tỷ trọng cao, chất lượng càng giảm.
b- Độ nhớt của dầu và sản phẩm dầu :
Độ nhớt đặc trưng cho tính lưu biến của dầu cũng như ma sát nội
tại của dầu. Do vậy, độ nhớt cho phép đánh giá khả năng bơm vận
chuyển và chế biến dầu.
Quan trọng hơn, độ nhớt của sản phẩm đánh giá khả năng bôi trơn,
tạo mù sương nhiên liệu khi phun vào động cơ, lò đốt. Độ nhớt phụ
thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm. Có 2 loại độ nhớt :
+ Độ nhớt động học (St hay cSt)
+ Độ nhớt quy ước (độ nhớt biểu kiến) còn gọi là độ nhớt Engler ( 0E)
c - Thành phần phân đoạn :
Vì dầu mỏ là thành phần hỗn hợp của nhiều hydrocacbon, có
nhiệt độ sôi khác nhau, nên dầu mỏ không có một nhiệt độ sôi cố định
6

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

đặc trưng như mọi đơn chất khác. Ở nhiệt độ nào cũng có những hợp
chất có nhiệt độ sôi tương ứng thoát ra, và sự khác nhau của từng loại

dầu thô chính là sự khác nhau về lượng chất thoát ra ở các nhiệt độ
tương ứng khi chưng cất. Vì thế, để đặc trưng cho từng loại dầu thô,
thường đánh giá bằng đường cong chưng cất, nghĩa là các đường cong
biểu diễn sự phân bố lượng các sản phẩm chưng cất theo nhiệt độ sôi.
Những điều kiện chưng cất khác nhau sẽ cho các đường cong chưng cất
khác nhau.
2. Thành phần hoá học
Dầu mỏ có thành phần cấu tạo rất phức tạp nhưng chủ yếu được
tạo thành bởi các thành phần chính cần quan tâm là hydrocacbon họ
farafinic, naphtenic, aromatic và các hợp chất chứa lưu huỳnh, các hợp
chất chứa nhựa và asphanten.
Họ farafinic thường tồn tại trong dầu mỏ ở dạng từ C1 dến C4
hoặc cao hơn. Có hai dạng đồng phân chính là iso-farafinic và nfarafinic. Thành phần của các hidrocacbon họ farafinic trong dầu mỏ có
ảnh hưởng đến sản phẩm và chất lượng dầu mỏ thu được.
Naphtenic trong dầu mỏ là những hydrocacbon có cấu trúc dạng
vòng no. những naphtenic có cấu trúc một vòng cho xăng có chất lượng
tốt cong nếu có cấu trúc một vòng cho xăng có chất lượng tốt còn nếu
có cấu trúc một vòng với mạch nhánh dài thì rất tốt cho dầu nhờn vì
chúng có độ nhớt cao và ít thay đổi theo nhiệt độ. Họ Aromantic có
thành phần thấp nhất trong dầu mỏ chúng là những vòng thơm thường
gạp loại một vòng và đồng đẳng của chúng, các thành phần này làm
tăng khả năng chống cháy kích nổ của xăng.
Ngoài ra trong thành phần dầu mỏ còn chúa các thành phần hợp
chất chứa lưu huỳnh, chúng làm xấu chất lượng của xăng, nhựa và
asphanten là thành phần chính của cặn, chúng quyết định dây truyền
công nghệ sản suất.

7

Lọc hóa dầu K53



Đồ án tốt nghiệp

Dầu mỏ có tính chất rất phức tạp nên hiên nay có rất nhiều cách
phân loại chúng, phổ biến hiện nay là phân loại theo thành phần HC.
II. Xử lý dầu thô trƣớc khi chƣng cất
1. Tách tạp chất cơ học, nƣớc, muối lẫn trong dầu
Nước lẫn trong dầu ở dưới mỏ chỉ ở dạng tự do không có dạng nhũ
tương. Khi khai thác, bơm, phun dầu, các quá trình khuấy trộn thì nước
cùng với dầu và các tạp chất tạo thành ở dạng nhũ tương.
Nước nằm dưới dạng nhũ tương thì rất bền vững và rất khó tách.
Có 2 dạng nhũ tương:
+ Dạng nhũ tương nước ở trong dầu
+ Dạng nhũ tương dầu ở trong nước
Lượng nước ở trong dầu nhiều hay ít trong nhũ tương dầu ở mỏ
khai thác bằng cách nhìn màu sắc, qua thực nghiệm người ta kiểm tra
thấy nếu dầu chứa 10% nước thì màu cũng 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 ở dạng nhũ tương đưa đi chế biến thì không
thể được mà phải khử chúng ra khỏi dầu. Khử nước và muối ra khỏi
dầu đến giới hạn cho phép, cần tiến hành khử ngay ở nơi khai thác là
tốt nhất.
Tiến hành tách nước ở dạng nhũ tương có 3 phương pháp:
 Phương pháp cơ học (lắng  lọc  ly tâm).
 Tách nhũ tương nước trong dầu bằng phương pháp hoá học
 Tách bằng phương pháp dùng điện trường.
III. Các phƣơng pháp chƣng cất [1].
ý nghĩa của quá trình chưng cất: Trong công nghiệp chế biến dầu,

dầu thô sau khi đã qua xử lý như: tách nước, muối và tạp chất cơ học
được đưa vào chưng cất, các quá trình chưng cất dầu ở áp suất khí
quyển AD và chưng cất chân không VD thuộc về nhóm các quá trình
chế biến vật lý.
Chưng cất ở áp suất khí quyển AD với nguyên liệu là dầu thô đôi
khi còn gọi là CDU. Còn chưng cất VD dùng nguyên liệu là cặn của
8

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

quá trình chưng cất AD. Trong thực tế đôi khi còn gọi là cặn chưng cất.
Tùy theo bản chất của nguyên liệu và mục đích của quá trình chúng ta
áp dụng chưng cất AD, VD hay kết hợp cả hai AD và VD. Các nhà máy
hiện đại ngày nay luôn dùng loại hình công nghệ AVD. Khi áp dụng
loại hình công nghệ AD chúng ta chỉ chưng cất dầu thô để nhận các
phân đoạn: xăng (naphata nhẹ, naphta nặng), phân đoạn kerosen, phân
đoạn diezen và phần cặn còn lại sau khi chưng cất. Như vậy tuỳ thuộc
vào thành phần dầu mỏ nguyên liệu và mục đích chế biến mà người ta
áp dụng một trong các loại hình công nghệ chưng cất (hình 3: a, b, c,
d).
 Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất
Quá trình chưng cất dầu thô là một quá trình phân đoạn. Quá trình
này được thực hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm tách các phần
dầu theo nhiệt độ sôi của các cấu tử trong dầu mà không xảy ra sự phân
huỷ. Hơi nhẹ bay lên và ngưng tụ thành phần lỏng tuỳ theo biện pháp
tiến hành chưng cất mà người ta phân chia quá trình chưng cất thành
chưng đơn giản, chưng phức tạp, chưng nhờ cấu tử bay hơi hay chưng

cất trong chân không.
III

3

6
II
4

5

1

3

V
3

IV

1

1
V

VI
1

1


2

3

V

3
VII

1

3
VIII

V

1

3
IX

9

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

Hình 3.a)


1

3
VIII

7
XI
1

2

IX

XII

Hình 3.b)

X
1

3
VIII
1 3

1

XIII

V
1 3


XIV

V
1

2
V

1 3
V
1 3

XV
XII

Hình 3.c)

10

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp
3

III

X


6
II
4

3

5

V

1

13
VIII
1

V

3

Hình 3.d)1

7

V

5

XIII


1 Chú
2 thích: V
1. Thiết bị trao đổi nhiệt;2 2. Lò đốt;
4.
V 3. Làm lạnh; XIV
1 3
Tháp chưng cất; 5. Tháp tái sinh hơi; 6. Bể chứa; V7. Tháp chưng cất
XV
1 3
chân không; I. DầuV thô; II.Xăng;
III. Khí; IV. Xăng nặng;
V. Hơi nước;
V
1 3
VI. Kerosen; VII. Gazoil nẹ;
IX VIII. Gazoil nặng; IX. Cặn AD; X  XV.XII

Dầu nhờn (các loại dầu nhờn).
3

1
Dầu thô

Sản phẩm chưng
phần cất được

Thùng bay hơi dần dần
2

Sản phẩm đáy


Lò đốt nóng
3

1

a)

Sản phẩm chưng
(lỏng)

Thùng bay hơi một lần
2

Dầu thô
Sản phẩm đáy
(cặn)

11

Lò đốt

b)

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

Sản phẩm

lỏng

3
1

3

Thùng bay hơi nhiều lần

Sản phẩm
lỏng

2
Dầu thô
Lò đốt

2
Cặn đáy

c)

Lò đốt
Hình 4. Sơ đồ chưng cất dầu thô
1. Thùng; 2. Lò đốt nóng; 3. Thiết bị làm lạnh.

1. Chƣng đơn giản
Chưng đơn giản là quá trình chưng cất được tiến hành bằng cách
bay hơi dần dần, một lần hay nhiều lần, một hỗn hợp chất lỏng cần
chưng được mô tả trên hình 4 (a, b, c).
a) Chưng cất bay hơi dần dần

Sơ đồ chưng cất bay hơi dần dần được trình bày trên (hình 4a)
gồm thiết bị đốt nóng liên tục, một hỗn hợp chất lỏng trong bình chưng
1. Từ nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối khi liên tục tách hơi sản phẩm
và ngưng tụ hơi bay lên trong thiết bị ngưng tụ 3 và thu sản phẩm lỏng
trong bể chứa 4. Phương pháp này thường được áp dụng trong phòng
thí nghiệm.
b) Chưng cất bằng cách bay hơi một lần
Sơ đồ chưng cất bằng cách bay hơi một lần được trình bày trên
(hình 4b), phương pháp này còn gọi là phương pháp bay hơi cân bằng.
Phương pháp này người ta tiến hành ở nhiệt độ nhất định cho trước và
áp suất cố định.

12

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

 Ưu điểm của quá trình chưng cất cho phép áp dụng trong điều
kiện thực tế chưng cất đầu, tuy với nhiệt độ chưng bị giới hạn nhưng
vẫn cho phép nhận được một lượng phần cất lớn hơn.
 Nhược điểm của phương pháp là độ phân chia chưa cao.
c) Chưng cất bằng cách bay hơi nhiều lần
Đây là quá trình gồm nhiều quá trình chưng bay hơi một lần nối
tiếp nhau ở nhiệt độ tăng dần hay ở áp suất thấp hơn đối với phần cặn
(hình 4c) trình bày sơ đồ chưng lần 2. Phần cặn của chưng lần một là
nguyên liệu cho chưng lần hai, sau khi được đốt nóng đến nhiệt độ cao
hơn từ đỉnh của thiết bị chưng lần một ta nhận được sản phẩm đỉnh còn
đáy chưng lần 2 ta nhận được sản phẩm cặn.

Phương pháp chưng cất dầu bằng bay hơi một lần và bay hơi nhiều
lần có ý nghĩa rất lớn trong thực tế công nghiệp chế biến dầu, ở đây các
dây chuyền hoạt động liên tục. Quá trình bay hơi một lần được áp dụng
khi đốt nóng dầu trong các thiết bị trao đổi nhiệt, trong lò ống và quá
trình tách rời pha hơi khỏi pha lỏng ở bộ phận cung cấp, phân phối của
tháp tinh luyện.
Chưng đơn giản nhất là với loại bay hơi một lần, không đạt được
bộ phận phân chia cao khi cần phân chia rõ ràng các cấu tử thành phần
của hỗn hợp chất lỏng người ta phải tiến hành chưng cất có tinh luyện
đó là chưng phức tạp.
2. Chƣng phức tạp
a) Chưng cất có hồi lưu
Quá trình chưng cất có hồi lưu là một quá trình chưng khi lấy một
phần chất lỏng ngưng tụ từ hơi tách ra cho quay lại tưới vào dòng bay
hơi lên nhờ có sự tiếp xúc đồng đều và thêm một lần nữa giữa pha lỏng
và pha hơi mà pha hơi khi tách ra khỏi hệ thống lại được làm giàu thêm
cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn) so với khi không có hồi lưu, nhờ
vậy có sự phân chia cao hơn. Việc hồi lưu lại chất lỏng được khống chế
bằng bộ phận phân chia đặc biệt và được bố trí ở phía trên thiết bị
chưng.

13

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

b) Chưng cất có tinh luyện
Chưng cất có tinh luyện còn cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp

với hồi lưu. Cơ sở của quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần
về cả 2 phía giữa pha lỏng và pha hơi chuyển động ngược chiều nhau.
Quá trình này được thực hiện trong tháp linh luyện. Để đảm bảo sự tiếp
xúc hoàn thiện hơn giữa pha hơi và pha lỏng trong tháp được 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 vào lượng hồi lưu ở mỗi đĩa và
hồi lưu ở đỉnh tháp.
Công nghệ hiện đại chưng cất sơ khởi dầu thô dựa vào quá trình
chưng cất một lần và nhiều lần có tinh luyện xảy ra trong tháp chưng
cất phân loại trong tháp có bố trí các đĩa.

14

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

Sơ đồ nguyên lý làm việc của tháp chƣng cất.

Chất lỏng
Máng chảy
chuyền

Thân tháp

Hồi lưu
trung gian

Tới tháp

bay hơi phụ

Đĩa chụp
L n1
Vn
Ln
V n+1

Cửa tháo
hồi lưu

Hơi
Hình 5. Nguyên lý làm việc của các tầng đĩa trong tháp tinh luyện
Pha hơi V n bay lên từ đĩa thứ n lên đĩa thứ n1 được liếp xúc với
pha lỏng Ln-1 chảy từ đĩa n1 xuống, còn pha lỏng Ln từ đĩa n, chảy
xuống đĩa phía dưới n+1 lại tiếp xúc với pha hơi V n+1 bay từ dưới lên.
15

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

Nhờ quá trình tiếp xúc như vậy mà quá trình trao đổi chất xảy ra tốt
hơn. Pha hơi bay lên ngày càng được làm giàu thêm cấu tử nhẹ, còn pha
lỏng chảy xuống phía dưới ngày càng chứa nhiều cấu tử nặng. Số lần
tiếp xúc càng nhiều, sự trao đổi chất càng tăng và sự phân chia càng
tốt, hay nói cách khác, tháp có độ phân chia càng cao. Đĩa trên cùng có
hồi lưu đỉnh, còn đĩa dưới cùng có hồi lưu đáy. Nhờ có hồi lưu đỉnh và
đáy làm cho tháp hoạt động liên tục, ổn định và có khả năng phân tách

cao. Ngoài đỉnh và đáy người ta còn thiết kế hồi lưu trung gian bằng
cách lấy sản phẩm lỏng ở cạnh sườn tháp cho qua trao đổi nhiệt làm
lạnh rồi quay lại tưới vào tháp, còn khi lấy sản phẩm cạnh sườn của
tháp người ta trang bị thêm các bộ phận tách trung gian cạnh sườn của
tháp.
Như vậy theo chiều cao của tháp tinh luyện ta sẽ nhận được các
phân đoạn có giới hạn sôi khác nhau tùy thuộc vào chế độ công nghệ
chưng cất dầu thô, nguyên liệu ban đầu.
c) Chưng cất chân không và chưng cất hơi nước
Gồm hỗn hợp các cấu tử có trong dầu thô thường không bền, dễ bị
phân huỷ khi tăng nhiệt độ. Trong số các hợp chất dễ bị phân huỷ nhiệt
nhất là các hợp chất chứa lưu huỳnh và các hợp chất cao phân tử như
nhựa... Các hợp chất parafin kém bền nhiệt hơn các hợp chất naphten,
và các naphten lại kém bền nhiệt hơn các hợp chất thơm. Độ bền nhiệt
của cấu tử tạo thành dầu không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ
thuộc cả vào thời gian tiếp xúc ở nhiệt độ đó. Trong thực tế chưng cất,
đối với các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao, người ta cần tránh sự phân
huỷ nhiệt khi chúng đốt nóng. Tuỳ theo loại dầu thô, trong thực tế
không nên đốt nóng quá 420 0C với dầu không có hay chứa rất ít lưu
huỳnh, và không quá 320  3400C với dầu có và nhiều lưu huỳnh.
Sự phân huỷ khi chưng cất sẽ làm xấu đi các tính chất của sản
phẩm, như làm giảm độ nhớt và nhiệt độ bốc cháy cốc kín của chúng,
giảm độ bền oxy hoá.

16

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp


Nhưng quan trọng hơn là chúng gây nguy hiểm cho quá trình
chưng cất vì chúng tạo các hợp chất ăn mòn và làm tăng áp suất của
tháp. Để giảm sự phân huỷ, thời gian lưu của nguyên liệu ở nhiệt độ
cao cũng cần phải hạn chế. 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 chân không VD, hay chưng cất với nước để tránh sự phân
huỷ nhiệt, chân không làm giảm nhiệt độ sôi, còn hơi nước cũng có tác
dụng làm giảm nhiệt độ sôi, giảm áp suất riêng phần của cấu tử hỗn hợp
làm cho chúng sôi 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 nguyên liệu và dầu nhờn. Kết hợp dùng chân không và
hơi nước khi chưng cất phần cặn sẽ cho phép đảm bảo tách sâu hơn phân
đoạn dầu nhờn.
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  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  23%.
Khi chưng cất với hơi nước số lượng phân đoạn tách ra được có
thể tính theo phương trình sau:
G 

Mf
P
 f Z
18 P  Pf


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
P f: áp suất riêng phần của dầu ở nhiệt độ chưng.
Nhiệt độ hơi nước cần phải không thấp hơn nhiệt độ của hơi dầu
17

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

để tránh sản phẩm dầu ngậm nước. Do vậy, người ta thường dùng hơi
nước có nhiệt độ 380  4500C, áp suất hơi từ 0,2  0,5 MPa. Hơi nước
dùng trong công nghệ chưng cất dầu có rất nhiều ưu điểm: làm giảm áp
suất hơi riêng phần của dầu, tăng cường khuấy trộn chất lỏng tránh tích
điện cục bộ, tăng diện tích bề mặt bay hơi do tạo thành các tia và bong
bóng hơi. Người ta cũng dùng hơi nước để tăng cường đốt nóng cặn dầu
trong lò ống khi chưng cất chân không. Khi đó đạt mức độ bay hơi lớn
cho nguyên liệu dầu, tránh sự tạo cốc trong các lò ống đốt nóng. Tiêu
hao hơi nước trong trường hợp này vào khoảng 0,3  0,5% so với
nguyên liệu.
IV. Các yếu tố ảnh hƣởng
 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 và 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. Sơ đồ nguyên lý của
tháp chưng cất được trình bày trên hình 6. 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.
1. Chế độ nhiệt của tháp chƣng luyện
- 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

18

Lọc hóa dầu K53


Đồ án tốt nghiệp

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 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 quá nhiệt 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 sự bay
hơi hoàn toàn sản phẩm đỉnh mà không gây ra sự cuốn theo các phần
nặng. Muốn vậy người ta phải dùng hồi lưu đỉnh tháp để tách xăng khỏi
các phân đoạn khác. Nhiệt độ đỉnh tháp chưng khi chưng cất ở áp suất
khí quyển cần giữ trong khoảng 100  120 0C. Còn với tháp chưng chân
không khi P chưng từ 10  70 mmHg thường không quá 120 0C để tách
hết phần gazoil 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 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 đủ để bốc hơi. Tác nhân làm
lạnh có thể dùng nước hay chính sản phẩm lạnh, công thức của lượng
nhiệt hồi lưu nóng
Rn 

Q
L

Trong đó: Rn là lượng hồi lưu nóng (kg/h)
Q là lượng nhiệt hồi lưu cần lấy để bốc hơi (kcal/h)
L là lượng nhiệt ngưng tụ của sản phẩm lỏng (kcal/h).
Do thiết bị lồi lưu nóng khó lắp ráp và có nhiều khó khăn cho việc
vệ sinh, đặc biệt hiệu quả phân chia thấp nên ngày càng ít dùng.

19

Lọc hóa dầu K53