Chưng cất dầu thô ở áp suất chân không

56 Bài 4. CHƢNG CẤT DẦU THÔ Ở ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG Mã bài: HD B4 1. GIẢNG GIẢI VÀ ĐƢA RA CÁC VÍ DỤ MINH HỌA CÁC NỘI DUNG 1.1. Đặc điểm của quá trình chƣng cất chân không 1.1.1. Chƣng cất dầu thô ở áp suất chân không • Giải thích vì sao phải tiến hành chƣng cất cặn mazut trong chân không. • Sản phẩm của chƣng cất mazut trong chân không. • Các phƣơng pháp tăng hiệu quả chƣng cất chân không. 1.1.2. Đặc điểm chƣng cất trong tháp chân không • Giảng đặc điểm chế độ hoạt động của tháp chân không, giải thích tại sao lại có đặc điểm đó, so sánh với tháp chƣng cất khí quyển. • Giảng đặc điểm kích thƣớc và cấu tạo của tháp chân không • Phân tích đặc điểm của các sơ đồ trích distilat từ tháp chân không (hình 4.1). Hình 4.1. Sơ đồ trích distilat từ tháp chân không. a- Lấy chất lỏng từ ống rót của mâm; b- qua tháp bay hơi; c- qua bể chứa. • Giảng sơ đồ chƣng cất mazut trong hai tháp chƣng cất (hình 4.2): phƣơng cách hoạt động, ƣu và nhƣợc điểm của sơ đồ. 57 Hình 4.2. Sơ đồ chƣng cất mazut trong hai tháp chân không nối tiếp. 1.1.3. Sơ đồ công nghệ cụm chƣng cất chân không • Vẽ sơ đồ nguyên tắc cụm chƣng cất chân không (hình 4.3) • Giảng sơ đồ vận hành của sơ đồ, lƣu ý hoạt động của các cụm chính (tháp chƣng cất chân không K-10, thiết bị tạo chân không, lò nung). • Giảng cách tạo chân không trong tháp chƣng cất thông qua cụm tạo chân không. • Giải thích chế độ công nghệ, tại sao phải chọn chế độ nhƣ trong bảng sau. Bảng 4.1. Chế độ công nghệ Chế độ tối ƣu Ngƣỡng cho phép Nhiệt độ, oC: • Mazut tại cửa ra lò L-3 400 ≤ 420 • Vách ngăn lò L-3 700 ≤ 750 • Đỉnh tháp K-10 90 ≤ 100 58 • Đáy tháp 345 ≤ 350 • Hơi quá nhiệt 420 ≤ 440 Áp suất dƣ trong tháp K-10, mm cột Hg 60 ≥ 50 Áp suất hơi vào máy phun chân không, atm 11,0 ≥ 10,0 1.2. Thiết bị chƣng cất chân không 1.2.1. Thiết bị tạo chân không • Liệt kê các thiết bị tạo chân không sử dụng trong công nghiệp chế biến dầu. • Giải thích các thiết bị cụ thể nhƣ sau: 59 Hình 4.3. Sơ đồ nguyên tắc cụm chƣng cất chân không K-10- Tháp chân không; T-35- thiết bị ngƣng tụ; T-1, T-3, T-4, T-16, T-18, T-25, T-34- thiết bị trao đổi nhiệt; T-25a- thiết bị ngƣng tụ bằng không khí; T-24, T-28, T-30, T-31- máy lạnh; H-1-bơm chân không phun hơi; H- máy bơm; E- bể chứa; L- 3- lò nung dạng ống, B- bể chứa nƣớc. 60 1. Thiết bị ngƣng tụ bề mặt • Vẽ thiết bị ngƣng tụ bề mặt và bơm phun (ejector) với thiết bị ngƣng tụ bề mặt trung gian (hình 4.4), giảng về nguyên lý hoạt động và tạo chân không. Hình 4.4. Thiết bị ngƣng tụ bề mặt dạng cố định 2. Máy bơm chân không. • Các loại máy bơm chân không • Vẽ sơ đồ bơm phun hơi (hình 4.5), giảng hoạt động của nó Hình 4.5. Sơ đồ bơm tia hơi 3. Thiết bị ngƣng tụ khí áp • Vẽ thiết bị ngƣng tụ khí áp 4.6), giảng về cấu tạo và hoạt động của nó. • Vẽ và giảng cấu tạo của bơm tia hơi hai bậc (hình 4.7). 61 • Giảng cách lựa chọn số bậc của bơm tia phụ thuộc vào độ sâu chân không. • Cách lắp đặt bơm tia đa bậc, kết hợp với thiết bị ngƣng tụ, giải thích tại sao phải có thiết bị ngƣng tụ trung gian, giải thích sự phụ thuộc của độ sâu chân không vào nhiệt độ nƣớc. Hình 4.6. Sơ đồ thiết bị ngƣng tụ-khí áp Hình 4.7. Bơm tia hơi hai bậc a. Bậc thứ nhất của máy phun; b. Bậc thứ hai của máy phun; 62 • Mô tả kết cấu của bơm tia hai bậc với thiết bị ngƣng tụ bề mặt trung gian (hình 4.8 ), so sánh với bơm tia hình 4.7. Hình 4.8. Bơm tia hai bậc với thiết bị ngƣng tụ bề mặt. Hình 4.9. Hệ thống lắp ráp thiết bị ngƣng tụ và bơm tia. • Vẽ và giảng hệ thống ba bơm tia hai bậc với thiết bị ngƣng tụ bề mặt mắc nối tiếp nhau (hình 4.9), giá trị chân không tạo thành. 4. Hệ thiết bị ngƣng tụ khí áp - bơm phun • Vẽ và giảng nguyên tắc hoạt động của hệ thiết bị ngƣng tụ khí áp - bơm phun (hình 4.10) 63 Hình 410. Sơ đồ công nghệ tạo chân không bằng hệ thiết bị ngƣng tụ khí áp- bơm phun. Hình 4.11. Sơ đồ tạo chân không sâu 5. Hệ bơm phun - thiết bị ngƣng tụ khí áp. • Giảng nguyên lý hoạt động của hệ bơm phun - thiết bị ngƣng tụ khí áp và giá trị chân không tạo thành. 1.2.2. Thiết bị chƣng cất chân không trong phòng thí nghiệm • Giảng về chức năng và đặc điểm hoạt động của các bộ phận của thiết bị chƣng cất chân không trên sơ đồ hoặc trên hình vẽ. • Hƣớng dẫn lắp ráp và vận hành thiết bị chƣng cất chân không. • Giải thích về cấu tạo của sơ đồ chƣng cất dầu ARN-2. • Giải thích ứng dụng của sơ đồ, giải thích thế nào là điểm sôi thực, cách xác định 64 • Giải thích cách xác định hàm lƣợng phân đoạn. • Giảng về chế độ hoạt động của sơ đồ: tốc độ chƣng cất, nhiệt độ cất, áp suất. Hình 4.12. Thiết bị chƣng cất sản phẩm dầu dƣới áp suất chân không Hình 4.13. Hệ thống thiết bị chƣng cất ARN-2 65 1.3. Các sản phẩm thu đƣợc khi chƣng cất dầu thô trong chân không • Hai nhóm sản phẩm chính nhận đƣợc từ chƣng cất chân không nguyên liệu mazut: nguyên liệu cho crackinh xúc tác và phân đoạn dầu nhờn. Hình 4.14. Sơ đồ nguyên tắc chƣng cất chân hai tháp. • Vẽ sơ đồ nguyên tắc chƣng cất chân không mazut hai bậc • Giảng về chế độ công nghệ và các sản phẩm thu từ sơ đồ. • Trình bày thành phần và tính chất của các sản phẩm chính: phân đoạn 350-500oC và nhựa đƣờng (phân đoạn > 500oC ). 1.4. Kiểm tra thiết bị chân không 1. Tháp chƣng cất chân không • Nêu thí dụ về chỉ số công nghệ của cụm chƣng cất chân không: áp suất dƣ, nhiệt độ. 2. Đặc điểm làm việc của bơm phun. • Giảng đặc điểm hoạt động của bơm phun, trong đó lƣu ý ảnh hƣởng của nhiệt độ nƣớc bằng cách sử dụng giản đồ. 3. Hệ thống đo, điều khiển và tự động hóa cụm chƣng cất khí quyển – chân không dầu thô (AVR) • Các chỉ số cơ bản cần đƣợc điều chỉnh trong tháp chƣng cất và trong lò nung dạng ống của cụm AVR. 66 • Vẽ sơ đồ hệ thống kiểm tra và điều chỉnh tự động cụm tháp chƣng cất và lò nung dạng ống (hình 4.15) • Giải thích các ký hiệu trong hình vẽ. • Giảng về phƣơng thức điều chỉnh của từng dụng cụ, ảnh hƣởng của chúng đối với hoạt động của các thiết bị và toàn cụm. Hình 4.15. Sơ đồ tự động của cụm tháp chƣng cất và lò nung để gia nhiệt dầu thô. 1.5. Vận hành cụm chƣng cất chân không • Giảng các bƣớc tiến hành trong giai đoạn chuẩn bị khởi động cụm chƣng cất chân không. • Giảng về cách nhận biết khi thiết bị và sơ đồ có khiếm khuyết và cách chỉnh sửa. 1. Tuần hoàn lạnh • Giảng mục đích và nhiệm vụ của tuần hành lạnh; • Các bƣớc thực hiện quá trình tuần hoàn lạnh • Qui trính thực hiện. 2. Tuần hoàn nóng và tạo chế độ chuẩn cho cụm chân không • Giảng mục đích và nhiệm vụ của tuần hành nóng; • Các bƣớc thực hiện quá trình tuần hoàn nóng; 67 • Qui trính thực hiện và tạo chế độ công nghệ chuẩn cho cụm chƣng cất chân không. I. Địa điểm, môi trƣờng Tiến hành tại phòng học bình thƣờng và phòng thí nghiệm. Yêu cầu có bảng viết và ghế ngồi cho học viên và dụng cụ thí nghiệm cần thiết. II. Gợi ý các khía cạnh và mức độ • Giảng cho học viên biết mục đích của chƣng cất dầu trong chân không và các sản phẩm thu. • Giảng về chƣng cất dầu thô trong chân không: sơ đồ nguyên tắc cụm chƣng cất dầu ở áp suất khí quyển, đặc điểm hoạt động của tháp chƣng cất trong chân không, đặc điểm chƣng cất trong chân không, chế độ công nghệ chƣng cất chân không. • Giảng về các thiết bị tạo chân không. • Giảng về vận hành cụm chƣng cất chân không và cách kiểm tra thiết bị của cụm chƣng cất khí quyển. Cách khắc phục các lỗi kỹ thuật. III. Cách thức kiểm tra đánh giá Đánh giá sự hiểu biết của học viên bằng các câu hỏi cụ thể nhƣ: • Các sản phẩm dầu và tính chât của chúng • Các kiến thức cơ bản về chƣng cất trong chân không. • Nắm vững các thiết bị tạo chân không. • Nắm vững qui trình vận hành cụm chƣng cất trong chân không 2. GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ TẠO CHÂN KHÔNG VÀ SƠ ĐỒ CHƢNG CẤT DẦU THÔ Ở ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG • Giới thiệu các lọai thiết bị tạo chân không, phân tích đặc điểm của từng lọai. • Giới thiệu đặc điểm của tháp chƣng cất chân không. • Giới thiệu sơ đồ công nghệ chƣng cất dầu ở áp suất chân không. • Phân tích chế độ công nghệ của sơ đồ công nghệ. • Giảng về qui trình vận hành sơ đồ chƣng cất dầu ở áp suất khí quyển. I. Địa điểm, môi trƣờng Tiến hành tại phòng học và phòng thí nghiệm. Yêu cầu có dụng cụ thí nghiệm, các sơ đồ công nghệ, các thiết bị mô phỏng công nghệ và hình ảnh minh họa, có bảng viết, ghế ngồi cho học viên. 68 II. Gợi ý các khía cạnh và mức độ • Phải làm cho học viên nắm vững đặc điểm chƣng cất trong chân không và phân biệt đƣợc sự khác biệt với chƣng cất ở áp suất khí quyển. • Học viên phải nắm vững đặc điểm của các thiết bị tạo chân không và cách lựa chọn chúng. • Học viên biết đƣợc qui trình vận hành sơ đồ công nghệ và thông số công nghệ. III. Cách thức kiểm tra đánh giá • Kiểm tra lý thuyết về nguyên lý chƣng cất trong chân không và sự khác biệt giữa chƣng cất ở áp suất khí quyển và trong chân không. • Cho học viên vẽ và thuyết trình các sơ đồ công nghệ chƣng cất trong chân không. • Cho học viên tập vận hành sơ đồ công nghệ. 3. THẢO LUẬN QUÁ TRÌNH CHƢNG CẤT DẦU THÔ TRONG CHÂN KHÔNG VÀ SẢN PHẨN THU. • Tổ chức thảo luận về các sản phẩm thu trong chƣng cất dầu thô trong chân không. • Thảo luận theo nhóm về chƣng cất dầu thô ở áp suất chân không, các thiết bị tạo chân không, đặc điểm chƣng cất trong tháp chân không, • So sánh công nghệ chƣng cất dầu thô ở áp suất khí quyển và chƣng cất ở áp suất chân không • Trao đổi về cách vận hành các cụm chƣng cất dầu thô: cụm chƣng cất khí quyển và cụm chƣng cất chân không I. Địa điểm, môi trƣờng Tiến hành tại phòng học hoặc phòng thí nghiệm. Yêu cầu có bảng viết và ghế ngồi cho học viên. Yêu cầu có các thiết bị mô phỏng và hình ảnh minh họa và các mẫu sản phẩm dầu. II. Gợi ý các khía cạnh và mức độ • Phải làm cho học viên nắm vững đặc điểm của các sản phẩm dầu. • Phải làm cho học viên biết cách nhận biết các sản phẩm dầu dựa vào đặc tính của chúng. • Các học viên phải biết các phƣơng pháp tách các sản phẩn dầu từ tháp chƣng cất và các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩn 69 dầu. Từ đó đề xuất biện pháp điều chỉnh các thông số công nghệ trong sơ đồ công nghệ chƣng cất. • Phải làm cho học viên nắm vững lý thuyết về chƣng cất dầu trong chân không và thiết bị tạo chân không. • Các học viên phải biết phân biệt đặc điểm công nghệ của chƣng cất ở áp suất khí quyển và chƣng cất ở áp suất chân không. III. Chiến thuật giảng dạy và nguồn lực hỗ trợ • Tổ chức cho học viên thành những nhóm nhỏ để thảo luận về các sản phẩm thu đƣợc trong chƣng cất chân không và ứng dụng của chúng. • Cho học viên chuẩn bị chuyên đề về chƣng cất ở áp suất khí quyển, chƣng cất ở áp suất chân không và thuyết trình về các vấn đề trên, thảo luận chung. • Cho học viên tập trình bày theo sơ đồ công nghệ. IV. Cách thức kiểm tra đánh giá • Cho học viên phân loại các sản phẩn dầu. • Cho học viên phân biệt các quá trình chƣng cất ở áp suất khí quyển và chƣng cất ở áp suất chân không • Cho từng nhóm lên trình bày vấn đề vừa thảo luận, các nhóm khác hỏi lại và cho điểm. Dựa vào kết quả trung bình để tính điểm cho từng cá nhân. 4. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA TOÀN BÀ Trong quá trình đào tạo đã có các dạng bài tập, kiểm tra đánh giá sau: • 2 bài kiểm tra: Đặc điểm và ứng dụng của các sản phẩm dầu; Công nghệ chƣng cất dầu mỏ ở áp suất chân không. • 1 tiểu luận về: Công nghệ chƣng cất dầu mỏ ở áp suất chân không • Bài thảo luận nhóm theo nội dung bài học, báo cáo, trả lời câu hỏi và cho điểm. • Trả bài lý thuyết hoặc viết báo cáo theo các chuyên đề nhỏ. • Cần chú ý đến trọng điểm của mỗi thể loại và nhận biết đƣợc sự cố gắng riêng biệt của mỗi học viên để từ đó cho điểm đƣợc chính xác. Đối với những bài có kết quả cụ thể thì lƣu kết quả điểm. Còn những bài khác yêu cầu học viên hoàn thiện theo yêu cầu nhƣng không lấy điểm. 5. CÁC CÂU HỎI VÀ ĐÁP ÁN Câu 1. Hãy trình bày sơ đồ công nghệ cụm chƣng cất chân không. Đáp án 70 Vẽ và trình bày sơ đồ hình 36 nhƣ trong bài giảng. Câu 2. Hãy nêu các sản phẩm thu đƣợc khi chƣng cất dầu trong chân không Đáp án. • Hai loại sơ đồ công nghệ chƣng cất chân không nguyên liệu mazut: chƣng cất bay hơi một giai đoạn và chƣng cất mazut bay hơi hai giai đoạn. • Sản phẩm thu trong chƣng cất chân không có thể đƣợc sử dụng làm nguyên liệu cho cracking xúc tác hoặc hydrocracking, hoặc là phân đoạn dầu nhờn sau khi đƣợc chế có thể thu đƣợc các dầu nhờn gốc khác nhau. • Để thu đƣợc gasoil chân không với khoảng sôi 350-500oC làm nguyên liệu cho cracking xúc tác hoặc hydrocracking thì chƣng cất một lần đạt yêu cầu. • Nếu cần phải thu đƣợc nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn thì nên chọn hệ thống chƣng cất chân không hai tháp. Trong tháp thứ nhất tách đƣợc phân đoạn dầu nhờn rộng, trong tháp thứ hai- chƣng cất tiếp nó thành các phân đoạn dầu nhờn hẹp. • Chất lƣợng sản phẩm dầu thu đƣợc trong tháp chƣng cất chân không thứ nhất nhƣ sau: • Phân đoạn 350-500oC: Hàm lƣợng nhựa, % k.l., không quá 12 • Bay hơi, % t.t. Đến 480oC, không thấp hơn 96 Đến 350oC, không cao hơn 20 • Nhựa đƣờng (Gudron- phân đoạn > 500oC ) Nhiệt độ chớp cháy, 0C, không thấp hơn 200 Độ nhớt tƣơng đối ở 80oC 80-150 Bay hơi đến 500oC, % t.t., không quá 96 • Từ tháp thứ hai thu các phân đoạn 350-420 oC và 420-500 oC. • Hơi và khí phân hủy không ngƣng tụ lấy ra từ tháp K-4 và K-5 hút vào thiết bị tạo chân không. Bài mẫu kiểm tra 15’ Câu hỏi. Hãy trình bày đặc điểm chƣng cất trong tháp chân không. Đáp án 71 Sau khi chƣng cất dầu dƣới áp suất khí, để chƣng cất tiếp cặn còn lại cần chọn điều kiện để loại trừ khả năng cracking và tạo điều kiện thu đƣợc nhiều phần cất nhất. (1 điểm) Phƣơng pháp phổ biến nhất là chƣng cất trong chân không, trong đó hạ nhiệt độ sôi của hydrocarbon và cho phép lấy đƣợc distilat có nhiệt độ sôi 500OC ở nhiệt độ 410 ÷ 420oC. (1 điểm) Sử dụng thiết bị tạo chân không để có đƣợc áp suất chân không thấp nhất trong hệ. (1 điểm) Để giảm thời gian lƣu của mazut trong lò nung và giảm trở lực nên sử dụng lò nung hai chiều, đƣa hơi nƣớc vào ống xoắn của lò, giảm thiểu khoảng cách giữa cửa nhập liệu vào tháp và cửa ra khỏi lò nung. (1 điểm) Tăng đƣờng kính ống dẫn nguyên liệu, giảm thiểu các chỗ uốn góc, dạng chữ S.(0,5 điểm) Cấu tạo vùng chƣng cất của tháp chân không sao cho để giảm thời gian lƣu của cặn trong tháp để tránh phân hủy nó dƣới tác dụng của nhiệt độ cao.(1 điểm) Do lƣu lƣợng các dòng hơi trong tháp chân không lớn, nên đƣờng kính của các tháp này lớn hơn nhiều so với tháp cất khí quyển (8 ÷ 12 m). (1 điểm) Do sự phân bố của chất lỏng và bọt sủi không đồng nhất nên hiệu quả của mâm không cao. (1 điểm) Để giảm áp suất dƣ trong vùng cấp cho mỗi distilat số mâm không quá 5- 6 chiếc. (0,5 điểm) Để phân bố chất lỏng đồng đều trên các mâm nên sử dụng cấu trúc mâm đặc biệt (mâm lƣới, van (xupap) và sàng).(0,5 điểm) Để tránh rơi các giọt chất lỏng vào vùng tăng cƣờng và làm hỏng distilat, cần lắp đặt tấm chắn mặt sàng và sử dụng phụ gia chống tạo bọt. (1 điểm) Distilat từ tháp chân không có thể bơm trực tiếp từ ống rót, qua thiết bị làm khô và qua tháp bay hơi. (0,5 điểm)