GIÁO TRÌNH - CÁC QUÁ TRÌNH LỌC TÁCH VẬT LÝ TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ (KHOA HÓA - ĐHBK ĐÀ NẴNG)
Dầu thô được tạo thành từ hỗn hợp phức tạp gồm rất nhiều các hợp chất, phần lớn là hydrocarbon. Để thu được các sản phẩm dầu mỏ đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật thương mại, đầu tiên cần phải thực hiện một quá trình phân riêng dầu mỏ nguyên khai thành nhiều phân đoạn khác nhau. Các phân đoạn này, tiếp sau đó phải được tinh luyện làm sạch, hay phải trải qua các quá trình chuyển hóa hóa học, đặc biệt là nhằm phục vụ cho các nhu cầu của ngành hóa dầu sau này. Nguyên lý cơ sở của một công đoạn phân tách được minh họa trong hình 1.1.
NỘI DUNG:
CHƯƠNG 1. CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH LỌC TÁCH ........................................................................ 5
1.1 Vai trò của quá trình lọc tách trong công nghệ lọc dầu ........................................................................... 5
1.2 Nguyên lý của quá trình lọc tách .............................................................................................................. 7
1.3 Thực hiện quá trình phân tách ................................................................................................................. 9
1.3.1 Nhiệt động học và hệ số động học ........................................................................................................ 9
1.3.2 Tiếp xúc giữa các pha ........................................................................................................................... 10
1.3.3 Sự hấp phụ trên tầng cố định .............................................................................................................. 11
1.3.4 Sự phân tách qua màng ....................................................................................................................... 12
CHƯƠNG 2. QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT, HẤP THỤ TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ ............................................... 13
2.1. Quá trình chưng cất khí quyển dầu thô ................................................................................................ 13
2.1.1 Mô tả quá trình .................................................................................................................................... 13
2.1.2 Chất lượng của phân tách sản phẩm ................................................................................................... 14
2.1.3 Các bước tiến hành khi mô phỏng tháp chưng cất khí quyển ............................................................ 17
2.1.4 Công nghệ chưng cất khí quyển ........................................................................................................... 18
2.1.5 Các quá trình chưng cất khí quyển ...................................................................................................... 19
2.1.6 Sự tách muối trong dầu thô ................................................................................................................. 21
2.1.7 Sự ăn mòn và mài mòn ........................................................................................................................ 31
2.1.8 Tiêu thụ năng lượng ............................................................................................................................. 34
2.1.9 Khống chế và điều khiển quá trình – Bảo trì - Bản chất chất thải ....................................................... 38
2.2 Quá trình chưng cất chân không của cặn chưng cất khí quyển ............................................................. 39
2.2.1 Các phân đoạn sản phẩm ..................................................................................................................... 40
2.2.2 Ví dụ về tiêu chuẩn của phân cất chân không làm nguyên liệu cho cracking xúc tác.......................... 40
2.2.3 Các khái niệm liên quan đến chưng cất chân không ........................................................................... 41
2.2.4 Mô tả quá trình chưng cất chân không cặn chưng cất khí quyển ....................................................... 41
2.2.5 Mô tả tháp chưng cất chưng không ..................................................................................................... 43
2.2.6 Tính toán và mô phỏng tháp chưng cất chân không ........................................................................... 45
2.2.7 Cấu tạo một số bộ phận quan trọng của tháp chưng cất chân không ................................................. 45
2.2.8 Các điểm lưu ý đặc biệt đối với chưng cất chân không ....................................................................... 47
2.2.9 Quá trình chưng cất khí quyển và chưng cất chân không kết hợp ...................................................... 48
2.3 Quá trình chưng cất phân đoạn xăng và phân tách khí ......................................................................... 48
2.3.1 Vị trí của phân xưởng trong nhà máy lọc dầu ...................................................................................... 48
2.3.2 Mô tả phân xưởng chưng cất xăng và phân đoạn khí ......................................................................... 49
Tài liệu tham khảo dành cho sinh viên 10H5 năm học 2013-2014 3
2.4 Cấu tạo bên trong của tháp chưng cất, hấp thụ và stripping ................................................................ 51
2.4.1 Các khái niệm về hiệu suất, công suất và độ uyển chuyển của các bộ phận cấu tạo bên trong tháp . 52
2.4.2 Các bộ phận cấu tạo bên trong tháp.................................................................................................... 52
2.4.3 Ứng dụng quá trình chưng cất trong công nghiệp lọc dầu .................................................................. 61
CHƯƠNG 3. CÁC QUÁ TRÌNH TRÍCH LY TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ ............................................................. 74
3.1 Tóm tắt về nguyên tắc trích ly ............................................................................................................... 74
3.2 Quá trình tách loại các hợp chất thơm có trong dầu cơ sở nhằm sản xuất các loại dầu nhờn ........... 74
3.2.1 Trích ly bằng dung môi furfural ............................................................................................................ 77
3.2.2 Sơ đồ quá trình trích ly bằng dung môi furfural .................................................................................. 83
3.2.3. Sơ đồ công nghệ phân xưởng trích ly bằng N-methylpyrrolidon (NMP) ............................................ 86
3.3 Quá trình khử asphalt ............................................................................................................................ 87
3.3.1. Cấu trúc nguyên liệu, mục đích, nguyên lý quá trình ......................................................................... 87
3.3.2. Ưu điểm của trích ly khử asphalt so với chưng cất chân không ....................................................... 90
3.3.3. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình khử asphalt ......................................................................... 92
3.3.4. Sơ đồ công nghệ phân xưởng khử asphalt ........................................................................................ 96
3.4. Quá trình trích ly khử aromatic từ các phân đoạn dầu mỏ nhẹ ...................................................... 97
3.4.1. Mục đích ............................................................................................................................................. 97
3.4.2. Các nguồn nguyên liệu chứa nhiều BTX ............................................................................................. 98
3.4.3. Tính chất của dung môi ...................................................................................................................... 99
3.4.4. Sơ đồ tổng quát của quá trình trích ly ............................................................................................. 102
3.4.5. Các quá trình trích ly hợp chất thơm trong công nghiệp lọc dầu ................................................... 103
3.4.6. Tỷ lệ thu hồi và độ tinh khiết của các hợp chất aromatic................................................................ 107
3.4.7. Các dữ liệu kinh tế ............................................................................................................................ 107
3.5. Thiết bị trích ly lỏng lỏng ..................................................................................................................... 108
3.5.1. Tổng quan ......................................................................................................................................... 108
3.5.2. Hệ thống thiết bị trích ly................................................................................................................... 109
3.5.3 Kết luận .............................................................................................................................................. 116
CHƯƠNG 4. CÁC QUÁ TRÌNH KẾT TINH TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ ........................................................... 117
4.1. Tổng quan ........................................................................................................................................... 117
4.1.1. Mục đích của quá trình khử parafin ................................................................................................. 117
4.1.2. Nguyên liệu và sản phẩm ................................................................................................................. 117
4.2. Quá trình khử parafin bằng dung môi ............................................................................................... 119
4.2.1 Quá trình khử parafin bằng dung môi MEK-Toluen .......................................................................... 120
Tài liệu tham khảo dành cho sinh viên 10H5 năm học 2013-2014 4
4.2.2. Ảnh hưởng của bản chất nguyên liệu .............................................................................................. 121
4.2.3. Ảnh hưởng của thành phần dung môi MEK-Toluen ........................................................................ 121
4.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ cuối của quá trình khử parafin (hay là nhiệt độ lọc) .............................. 122
4.2.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi-nguyên liệu ..................................................................................... 123
4.2.6. Ảnh hưởng của tốc độ làm lạnh ....................................................................................................... 123
4.3. Sơ đồ công nghệ kết tinh khử parafin ............................................................................................... 124
4.3.1. Sơ đồ nguyên lý phân xưởng tách parafin không có giai đoạn khử dầu mềm ................................ 124
4.3.2. Sơ đồ nguyên lý phân xưởng tách parafin có giai đoạn khử dầu mềm .......................................... 124
CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ .............................................. 126
5.1. Tổng quan ........................................................................................................................................... 126
5.2. Quá trình tách nước ............................................................................................................................ 128
5.3. Quá trình tách lưu huỳnh .................................................................................................................... 129
5.4. Quá trình tách CO2
của khí hóa lỏng, khí tự nhiên .............................................................................. 130
5.5. Quá trình tách các hợp chất chứa oxy ................................................................................................ 131
5.6. Quá trình làm tinh khiết H2
............................................................................................................... 131
5.7. Quá trình tách iso/n-parafin .............................................................................................................. 132
5.7.1. Sản xuất n-Parafin làm dung môi ..................................................................................................... 132
5.7.2. Cải thiện chỉ số octan cho nhiên liệu cơ sở...................................................................................... 132
5.7.3. Sản xuất n-parafin trong phân đoạn
5.8. Quá trình tách olefin ra khỏi parafin ................................................................................................... 134
5.9. Quá trình tách các hợp chất aromatic ra khỏi xăng, kerosene ........................................................... 135
5.10. Quá trình thu hồi hơi hydrocacbon .................................................................................................. 135
5.11. Khử màu bằng đất sét ....................................................................................................................... 135
Dầu thô được tạo thành từ hỗn hợp phức tạp gồm rất nhiều các hợp chất, phần lớn là hydrocarbon. Để thu được các sản phẩm dầu mỏ đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật thương mại, đầu tiên cần phải thực hiện một quá trình phân riêng dầu mỏ nguyên khai thành nhiều phân đoạn khác nhau. Các phân đoạn này, tiếp sau đó phải được tinh luyện làm sạch, hay phải trải qua các quá trình chuyển hóa hóa học, đặc biệt là nhằm phục vụ cho các nhu cầu của ngành hóa dầu sau này. Nguyên lý cơ sở của một công đoạn phân tách được minh họa trong hình 1.1.
NỘI DUNG:
CHƯƠNG 1. CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH LỌC TÁCH ........................................................................ 5
1.1 Vai trò của quá trình lọc tách trong công nghệ lọc dầu ........................................................................... 5
1.2 Nguyên lý của quá trình lọc tách .............................................................................................................. 7
1.3 Thực hiện quá trình phân tách ................................................................................................................. 9
1.3.1 Nhiệt động học và hệ số động học ........................................................................................................ 9
1.3.2 Tiếp xúc giữa các pha ........................................................................................................................... 10
1.3.3 Sự hấp phụ trên tầng cố định .............................................................................................................. 11
1.3.4 Sự phân tách qua màng ....................................................................................................................... 12
CHƯƠNG 2. QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT, HẤP THỤ TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ ............................................... 13
2.1. Quá trình chưng cất khí quyển dầu thô ................................................................................................ 13
2.1.1 Mô tả quá trình .................................................................................................................................... 13
2.1.2 Chất lượng của phân tách sản phẩm ................................................................................................... 14
2.1.3 Các bước tiến hành khi mô phỏng tháp chưng cất khí quyển ............................................................ 17
2.1.4 Công nghệ chưng cất khí quyển ........................................................................................................... 18
2.1.5 Các quá trình chưng cất khí quyển ...................................................................................................... 19
2.1.6 Sự tách muối trong dầu thô ................................................................................................................. 21
2.1.7 Sự ăn mòn và mài mòn ........................................................................................................................ 31
2.1.8 Tiêu thụ năng lượng ............................................................................................................................. 34
2.1.9 Khống chế và điều khiển quá trình – Bảo trì - Bản chất chất thải ....................................................... 38
2.2 Quá trình chưng cất chân không của cặn chưng cất khí quyển ............................................................. 39
2.2.1 Các phân đoạn sản phẩm ..................................................................................................................... 40
2.2.2 Ví dụ về tiêu chuẩn của phân cất chân không làm nguyên liệu cho cracking xúc tác.......................... 40
2.2.3 Các khái niệm liên quan đến chưng cất chân không ........................................................................... 41
2.2.4 Mô tả quá trình chưng cất chân không cặn chưng cất khí quyển ....................................................... 41
2.2.5 Mô tả tháp chưng cất chưng không ..................................................................................................... 43
2.2.6 Tính toán và mô phỏng tháp chưng cất chân không ........................................................................... 45
2.2.7 Cấu tạo một số bộ phận quan trọng của tháp chưng cất chân không ................................................. 45
2.2.8 Các điểm lưu ý đặc biệt đối với chưng cất chân không ....................................................................... 47
2.2.9 Quá trình chưng cất khí quyển và chưng cất chân không kết hợp ...................................................... 48
2.3 Quá trình chưng cất phân đoạn xăng và phân tách khí ......................................................................... 48
2.3.1 Vị trí của phân xưởng trong nhà máy lọc dầu ...................................................................................... 48
2.3.2 Mô tả phân xưởng chưng cất xăng và phân đoạn khí ......................................................................... 49
Tài liệu tham khảo dành cho sinh viên 10H5 năm học 2013-2014 3
2.4 Cấu tạo bên trong của tháp chưng cất, hấp thụ và stripping ................................................................ 51
2.4.1 Các khái niệm về hiệu suất, công suất và độ uyển chuyển của các bộ phận cấu tạo bên trong tháp . 52
2.4.2 Các bộ phận cấu tạo bên trong tháp.................................................................................................... 52
2.4.3 Ứng dụng quá trình chưng cất trong công nghiệp lọc dầu .................................................................. 61
CHƯƠNG 3. CÁC QUÁ TRÌNH TRÍCH LY TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ ............................................................. 74
3.1 Tóm tắt về nguyên tắc trích ly ............................................................................................................... 74
3.2 Quá trình tách loại các hợp chất thơm có trong dầu cơ sở nhằm sản xuất các loại dầu nhờn ........... 74
3.2.1 Trích ly bằng dung môi furfural ............................................................................................................ 77
3.2.2 Sơ đồ quá trình trích ly bằng dung môi furfural .................................................................................. 83
3.2.3. Sơ đồ công nghệ phân xưởng trích ly bằng N-methylpyrrolidon (NMP) ............................................ 86
3.3 Quá trình khử asphalt ............................................................................................................................ 87
3.3.1. Cấu trúc nguyên liệu, mục đích, nguyên lý quá trình ......................................................................... 87
3.3.2. Ưu điểm của trích ly khử asphalt so với chưng cất chân không ....................................................... 90
3.3.3. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình khử asphalt ......................................................................... 92
3.3.4. Sơ đồ công nghệ phân xưởng khử asphalt ........................................................................................ 96
3.4. Quá trình trích ly khử aromatic từ các phân đoạn dầu mỏ nhẹ ...................................................... 97
3.4.1. Mục đích ............................................................................................................................................. 97
3.4.2. Các nguồn nguyên liệu chứa nhiều BTX ............................................................................................. 98
3.4.3. Tính chất của dung môi ...................................................................................................................... 99
3.4.4. Sơ đồ tổng quát của quá trình trích ly ............................................................................................. 102
3.4.5. Các quá trình trích ly hợp chất thơm trong công nghiệp lọc dầu ................................................... 103
3.4.6. Tỷ lệ thu hồi và độ tinh khiết của các hợp chất aromatic................................................................ 107
3.4.7. Các dữ liệu kinh tế ............................................................................................................................ 107
3.5. Thiết bị trích ly lỏng lỏng ..................................................................................................................... 108
3.5.1. Tổng quan ......................................................................................................................................... 108
3.5.2. Hệ thống thiết bị trích ly................................................................................................................... 109
3.5.3 Kết luận .............................................................................................................................................. 116
CHƯƠNG 4. CÁC QUÁ TRÌNH KẾT TINH TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ ........................................................... 117
4.1. Tổng quan ........................................................................................................................................... 117
4.1.1. Mục đích của quá trình khử parafin ................................................................................................. 117
4.1.2. Nguyên liệu và sản phẩm ................................................................................................................. 117
4.2. Quá trình khử parafin bằng dung môi ............................................................................................... 119
4.2.1 Quá trình khử parafin bằng dung môi MEK-Toluen .......................................................................... 120
Tài liệu tham khảo dành cho sinh viên 10H5 năm học 2013-2014 4
4.2.2. Ảnh hưởng của bản chất nguyên liệu .............................................................................................. 121
4.2.3. Ảnh hưởng của thành phần dung môi MEK-Toluen ........................................................................ 121
4.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ cuối của quá trình khử parafin (hay là nhiệt độ lọc) .............................. 122
4.2.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi-nguyên liệu ..................................................................................... 123
4.2.6. Ảnh hưởng của tốc độ làm lạnh ....................................................................................................... 123
4.3. Sơ đồ công nghệ kết tinh khử parafin ............................................................................................... 124
4.3.1. Sơ đồ nguyên lý phân xưởng tách parafin không có giai đoạn khử dầu mềm ................................ 124
4.3.2. Sơ đồ nguyên lý phân xưởng tách parafin có giai đoạn khử dầu mềm .......................................... 124
CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ .............................................. 126
5.1. Tổng quan ........................................................................................................................................... 126
5.2. Quá trình tách nước ............................................................................................................................ 128
5.3. Quá trình tách lưu huỳnh .................................................................................................................... 129
5.4. Quá trình tách CO2
của khí hóa lỏng, khí tự nhiên .............................................................................. 130
5.5. Quá trình tách các hợp chất chứa oxy ................................................................................................ 131
5.6. Quá trình làm tinh khiết H2
............................................................................................................... 131
5.7. Quá trình tách iso/n-parafin .............................................................................................................. 132
5.7.1. Sản xuất n-Parafin làm dung môi ..................................................................................................... 132
5.7.2. Cải thiện chỉ số octan cho nhiên liệu cơ sở...................................................................................... 132
5.7.3. Sản xuất n-parafin trong phân đoạn
5.8. Quá trình tách olefin ra khỏi parafin ................................................................................................... 134
5.9. Quá trình tách các hợp chất aromatic ra khỏi xăng, kerosene ........................................................... 135
5.10. Quá trình thu hồi hơi hydrocacbon .................................................................................................. 135
5.11. Khử màu bằng đất sét ....................................................................................................................... 135
Không có nhận xét nào: