Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
e) Các hợp chất của lưu huỳnh, nitơ, oxy

e) Các hợp chất của lưu huỳnh, nitơ, oxy

Tải bản đầy đủ - 0trang

Tóm lại, các hơp chất phi hydrocacbon là những hợp chất có hại làm ảnh hưởng

đến chất lượng của dầu gốc. Để tăng thời gian sử dụng, cũng như các tính năng sử

dụng của dầu nhờn người ta phải pha thêm vào dầu gốc các phụ gia khác nhau, tùy

thuộc vào từng lĩnh vực cụ thể mà nhà sản xuất sẽ thêm vào các phụ gia tương ứng. Do

đó thành phần hoá học của dầu nhờn rất phức tạp.

1.1.3 Quy trình sản xuất dầu nhờn gốc

Mazut

Dầu cất nhẹ



Chưng cất chân khơng

Dầu cất trung



Dầu cất nặng



Cặn gudun



Trích ly, chiết Tách

asphan

bằng dung môi bằng propan

Dầu cất nhẹ



Dầu cất trung



Dầu cất nặng



Tách sáp



Cặn gudron

Sáp



Làm sạch bằng hydro



Dầu gốc

I.2

I.2.1



Tổng quan về nhựa và asphalten

Tính chất vật lý của asphalten

Asphalten là một chất rắn, bở có màu nâu tối, có điểm chảy từ 120 – 140 oC, bị phân

hủy khi đun ở nhiệt độ cao hơn 300oC tạo thành khí và cốc. Asphalten khơng hòa tan

trong rượu, trong xăng nhẹ (eter dầu mỏ), nhưng có thể hòa tan trong benzen, clorofor

và CS2. Đặc tính đáng chú ý của Asphalten là tính hòa tan trong một số dung mơi kể

trên thì thực ra chỉ là q trình trương trong để hình thành nên dung dịch keo. Cho

nên, có thể nói Asphalten là những phần tử keo “ưa” dung môi này nhưng lại “ ghét”

dung môi khác.



Về cấu trúc, các Asphalten rất phức tạp, chúng được xem như là một hợp chất hữu

cơ cao phân tử, với những mức độ trùng hợp khác nhau. Cho nên trọng lượng phân tử

của chúng có thể thay đổi trong phạm vị rộng từ 1000 tới 10000 hoặc cao hơn. Các

Asphalten có chứa các nguyên tố S, O, N có thể nằm dưới dạng các dị vòng trong hệ

nhiều vòng thơm ngưng tụ cao. Các hệ vòng thơm này cũng có thể được nối với nhau

qua những cầu nối ngắn để trở thành những phân tử có trọng lượng phân tử lớn.

I.2.2



Tính chất của nhựa

Các hợp chất nhựa, nếu tách ra khỏi dầu mỏ chúng sẽ là những chất lỏng đặc

quánh, đơi khi ở trạng thái rắn. Chúng có màu vàng sẫm hoặc nâu, tỷ trọng lớn hơn 1,

trọng lượng phân tử từ 500 đến 2000. Nhựa tan được hoàn toàn trong các loại dầu

nhờn của dầu mỏ, xăng nhẹ, cũng như trong benzen, cloroform, ete. Khác với

asphalten, nhựa khi hòa tan trong các dung môi kể trên chúng tạo thành dung dịch

thực. Cũng như asphalten, thành phần nguyên tố và trọng lượng phân tử của nhựa thì

từ các loại dầu mỏ khác nhau, hoặc từ các phân đoạn khác nhau của loại dầu đó, hầu

như gần giống nhau, có nghĩa chúng khơng phụ thuộc gì vào nguồn gốc. Như vậy

nhựa của dầu mỏ bất kỳ nguồn gốc nào cũng đều có thành phần nguyên tố và trọng

lượng phân tử gần như nhau. Tuy nhiên, nhựa của phân đoạn nặng, đồng thời tỷ lệ C/H

của nhựa trong phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp hơn. Sự tăng tỷ số C/H này chủ yếu là

tăng C chứ không phải là do giảm H vì trong nhựa ở các phân đoạn, hầu như H ít thay

đổi. Cần chú ý ở đây hàm lượng S và O trong nhựa có trọng lượng phân tử lớn đều

giảm một cách rõ rệt.

Nhựa có tính chất đặc biệt là có khả năng nhuộm màu rất mạnh, đặc biệt là nhựa từ

các phân đoạn nặng hoặc từ dầu thô, khả năng nhuộm màu của những loại nhựa này

gấp 10-20 lần so với nhựa của những phân đoạn nhẹ như kerosen. Chính vì vậy, những

sản phẩm trắng (xăng, kerosen, gas-oil) khi có lẫn nhựa (hoặc tạo nhựa khi bảo quản)

đều trở nên có màu vàng. Những loại dầu mỏ rất ít asphalten, nhưng vẫn có màu sẫm

đến nâu đen (như dầu Bạch Hổ Việt Nam) chính là vì sự có mặt các chất nhựa nói trên.

Về tính chất hố học, nhựa rất giống asphalten. Nhựa rất dễ chuyển thành

asphalten, ví dụ chỉ cần bị oxy hố nhẹ khi có sự thâm nhập của oxy khơng khí ở nhiệt

độ thường hay đun nóng. Thậm chí khi khơng có khơng khí chỉ đun nóng chúng cũng

có khả năng từ nhựa chuyển thành asphalten do các quá trình phản ứng ngưng tụ được



thức hiện sâu rộng. Chính vì thế, các loại dầu mỏ khi có độ biến chất cao, mức độ lún

chìm càng sâu, thì sự chuyển hố từ nhựa sang asphalten càng dễ, hàm lượng nhựa sẽ

giảm đi nhưng asphalten tạo thành được nhiều lên.

Nhựa và asphalten cùng một nguồn gốc và thức chất asphalten chỉ là kết quả biến

đôi sâu hơn của nhựa. Chính vì vậy, trọng lượng phân tử của asphalten bao giờ cũng

cao hơn nhựa, và gần đây dựa vào một số kết quả phân tích cấu trúc nhựa và asphalten,

đã cho thấy phần lớn cacbon đều nằm trong hệ vòng ngưng tụ nhưng hệ vòng ngưng tụ

của asphalten rộng lớn hơn.

1.2.3 Ứng dụng của nhựa và asphalten

Nhựa và asphalten có mặt trong nguyên liệu làm cho sản phẩm bị sẫm màu, cháy

không hết sẽ tạo cạn, tạo tàn. Trong quá trình chế biến chúng dễ gây ngộ độc xúc tác.

Cặn dầu mỏ chứa nhiều nhựa và asphalten là nguyên liệu tốt để sản xuất nhựa

đường.



Cơ sở hóa học tách nhựa và asphalten



I.3



1.3.1 Cơ sở hóa học

Dựa vào tích chất hòa tan chọn lọc của dung mơi được sử dụng. Khi trộn với

nguyên liệu ở điều kiện thích hợp, các cấu tử trong nguyên liệu sẽ được phân thành hai

nhóm: nhóm các cấu tử hào tan tốt vào dung môi tạo thành pha riêng với tên gọi là pha

chiết (extract), còn phần khơng tan hay hòa tan rất ít vào dung mơi gọi là pha rafinat.

Sản phẩm có ích có thể nằm trong pha extract hay pha rafinat tùy theo dung mơi sử

dụng. Sau đó nhờ sự chênh lệch nhiệt độ sôi để tách riêng dung môi và các thành phần

ngun liệu.

u cầu của dung mơi:

-



Phải có tích hòa tan chọn lọc.

Bền về mặt hóa học, khơng phản ứng với các cấu tử nguyên liệu, không gây ăn mòn và



-



dễ sử dung.

Có giá thành rẻ, dễ kiếm.

Có nhiệt độ sôi khác xa so với các cấu tử cần tách để dễ dành thu được dung môi, tiết

kiêm năng lượng.

Trong công nghệ chế biến dầu nhờn ngày nay để tách triệt để nhựa và asphalten

người ta sử dụng dung môi propan lỏng.

1.3.2 Tổng quan về dung môi propan lỏng

Propan lỏng là một chất lỏng không màu, không mùi nhưng độc với thần kinh

trung ương của người và động vật. ở điều kiện bình thường nó là chất khí và có tỉ

trọng d420=0.5. Propan lỏng có một tính chất đặc biệt là trong khoảng nhiệt độ từ 40 oC

đến 60oC hòa tan rất tốt paraffin nhưng độ hòa tan sẽ giảm khi tăng nhiệt độ, nhiệt độ

hòa tan tới hạn của propan là 96.8oC, tại nhiệt độ đó tất cả các hydrocacbon đều không

tan trong propan. Trong khoảng nhiệt độ từ 40 đến 96,8 oC các chất nhựa và asphalten

hầu như khơng tan trong propan, vì thế tính chất này sẽ quyết định chế độ công nghệ

xử lý nhựa và asphalten bằng propan lỏng.

Nhiệt độ ảnh hưởng mạnh tới khả năng hòa tan của propan. Khi nhiệt độ cao hơn

50oC, khả năng hòa tan giảm đi làm cho hiệu suất phần rafinat giảm xuống nhưng lại

cải thiện được chất lượng sản phẩm như giảm độ nhớt, độ cốc hóa, tăng màu sáng hơn



cho sản phẩm. Trong thực tế quá trình tách nhựa và asphalten bằng propan lỏng được

tiến hành với chế độ như sau:

-



Nhiệt độ đỉnh tháp trích ly: 75-85oC;

Nhiệt độ đáy tháp trích ly: 50-60oC.

Nếu tăng nhiệt độ đỉnh tháp lên quá cao thì hiệu suất phần dầu nhờn thu được nhỏ

tuy chất lượng sản phẩm tang nhưng không đạt chỉ tiêu về kinh tế. Vì thế nhiệt độ đỉnh

tháp chỉ cho phép nhỏ hơn hay bằng 85oC.

Nhiệt độ đáy tháp trích ly nếu giảm quá thấp sẽ làm cho các hợp chất nhựa và

asphalten làm cho hiêu suất của quá trình giảm. Vì thế nhiệt độ đáy tháp không được

nhỏ hơn 40oC.

Do đồng thời xảy ra hai quá trình: lắng, đơng tụ các chất nựa và asphalten và trích

ly các cấu tử hydrocacbon mà tỷ lệ dung mơi propan trên nguyên liệu là một thông số

quan trọng. Khi khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi trên ngun liệu chơ thấy tồn

tại một điểm thích hợp mà tại đó tỉ lệ nhỏ mà chất lượng dầu nhờn thu được là tốt nhất.



Hiệu suất rafinat

Độ cốc hóa, Chỉ số độ



toC

Hình 1 : Ảnh hưởng của nhiệt độ tới q trình



Tại vùng tỷ lệ propan/ngun liệu còn thấp, propan có tác dụng chủ yếu là chất

đơng tụ nhựa và asphalten, nên trong khoảng này khả năng hòa tan và độ chọn lọc của

dung môi thay đổi giống nhau. Nhưng khi tăng tỉ lệ propan/nguyên liệu xuất hiện điểm

chuyển, lúc này khả năng hòa tan tăng nhanh còn độ chọn lọc lại tăng rất chậm.



Khi tăng nhiệt độ trích ly propan có đầy đủ tính chất của một dung mơi chọn lọc.

Nhưng nếu tăng nhiệt độ từ 90oC đến nhiệt độ hòa tan tới hạn và trong khoảng tỷ lệ

propan/nguyên liệu thay đổi từ 1/1 đến 10/1 sẽ không thấy xuất hiện điểm chuyển đặc

biệt và không tồn tại tỉ lệ dung môi tối ưu như khi nghiên cứu ở nhiệt độ thấp hơn

85oC.



2



80oC



85oC



Độ cốc hóa



1

90oC

95oC



5/1



10/1



Tỉ lệ propan/ngun liệu

Hình 2: Ảnh hưởng của tỷ lệ dung mơi

Ngồi ra, tỷ lệ dung mơi propan/ngun liệu thích hợp còn phụ thuộc vào chất

lượng nguyên liệu đưa vào. Nếu nguyên liệu chứa nhiều hợp chất nhựa và asphalten

thì tỷ lên dung mơi propan/ngun liệu cần thấp từ khoảng 2/1 đến 3/1 thao khối

lượng. Những nguyên liệu có hàm lượng nhựa và asphalten thấp thì tỉ lệ dung mơi cần

cao hơn từ 4/1 đến 6/1 để có thể đạt được độ cốc hóa như nhau.

Để đảm bảo propan ở trạnh thái lỏng thì áp suất trong tháp trích ly phải được duy

trì ở mức 37 - 44 atm. Nếu áp suất quá cao thì tỉ trọng của propan lớn và làm tăng độ

hòa tan của nó, như vậy sẽ làm độ cốc hóa tăng, màu sản phẩm sẫm hơn và độ nhớt

cao hơn.

3.3 Tổng qua về phương pháp trích ly lỏng-lỏng



Để khảo sát nguyên tắc của q trình trích ly lỏng-lỏng ta giả thiết dung mơi đầu và

dung mơi thứ hòa tan han chế vào nhau. Khi đó thành phần mỗi pha trích ly gồm 3 cấu

tử, do đó ta chọn biểu đồ pha trên tọa độ tam giác đều. Trên mỗi đỉnh của tam giác

biểu diễn lần lược các cấu tử: cấu tử phân bố (M), dung môi đầu (L), dung môi thứ (G)

tinh khiết 100%.

Mỗi điểm nằm trên cạnh của tam giác đều biểu diễn thành phần của dung dịch hai

cấu tử. Mỗi điểm trong tam giác biểu diễn thành phần của dung dịch ba cấu tử.



Hình 3 : Biểu đồ pha hệ ba cấu tử



Hỗn hợp hai cấu tử M và L hồn tồn tan lẫn vào nhau, dung mơi thứ G có khả

năng hòa tan chọn lọc M để tách chúng ra gọi là trích ly.

Hỗn hợp đầu giả sử gồm hai cấu tử M và L hòa tan hồn tồn vào nhau, có thành

phần được biểu diễn ở F0 trên cạnh ML. Nếu ta thêm dung môi thứ G vào hỗn hợp F 0,

ta thu được hỗn hợp ba cấu tử mà thành phần của hỗn hợp này được biểu diễn ở điểm

N trên đường thẳng F0G, vị trí của điểm N phụ thuộc vào tỉ số G/F0.



Giả sử ở điểm N, hỗn hợp N là hỗn hợp dị thể, khơng hòa tan vào nhau và phân

thành hai pha. Pha rafinat gồm hầu hết là cấu tử L, một phần dung môi thứ G và cấu tử

phân bố M. Pha trích ly gồm hầu hết cấu tử G, phần lớn cấu tử M và một phần nhỏ cấu

tử L.

Tách dung dịch rafinat ra khỏi dung dịch trích ly (bằng phương pháp gạn) rồi thêm

dung môi thứ G vào rafinat, ta được một hệ ba cấu tử mới có thành phần được biểu

diễn ở điểm N1. Hỗn hợp N1 là hỗn hợp không đồng nhất sẽ phân thành hai pha rafinat

R1 và pha trích E1.

Rõ ràng thành phần của dung môi đầu trong R1 sẽ lớn hơn trong R, tiếp tục q

trình như trên ta tìm cách tách dung mơi thứ ra khỏi rafinat thì cuối cùng ta thu được

rafinat gồm hầu hết là dung môi.

Cấu tử cần tách M có độ tinh khiết tối đa sau khi đã tách hết dung môi G chỉ đạt

đến điểm Fm. Tuy nhiên để đạt được hiệu quả cao hơn ta có thể thay đổi điều kiện của

quá trình như thay đổi nhiệt độ (tăng kích thước vùng dị thể), chọn dung mơi có kích

thước vùng dị thể lớn, có độ dốc đường liên hợp lớn.

Ưu điểm của phương pháp trích ly lỏng-lỏng:

-



Trích ly thường được tiến hành ở nhiệt độ thấp nên khơng làm phân hủy các chất do



-



nhiệt độ.

Có thể tách được dung dịch đẳng phí và những dung dịch có độ bay hơi tương đối gần



nhau.

I.4 Sơ đồ công nghệ tách nhựa và asphalten dùng propan lỏng

Trong sơ đồ loại asphanten một bậc (hình 1) nguyên liệu cặn (gudron, phần cô) nhờ

máy bơm 17 bơm qua thiết bị gia nhiệt bằng hơi 2 vào tháp loại asphanten. Trong một

số sơ đồ trước khi được gia nhiệt người ta đưa vào nguyên liệu một lượng propan; để

tránh va đập thủy lực sử dụng thiết bị trộn. Sử dụng tháp có hai hoặc ba cửa nạp

nguyên liệu và propan. Propan hóa lỏng lấy từ bể chứa 7, nhờ máy bơm 18 bơm qua

thiết bị gia nhiệt bằng hơi 1 đi vào phần dưới của tháp 3. Trong phần giữa của tháp,

propan trong dòng đi lên tiếp xúc với ngun liệu nóng hơn và dòng tuần hồn nội.

Dung dịch deasphantizat cùng lượng lớn propan được gia nhiệt trong vùng gia nhiệt

bằng hơi 4, lắng và tách ra từ trên đỉnh tháp. Sau khi giảm áp đến khoảng 2,4 MPa

dung dịch này đi vào thiết bị bay hơi nằm ngang 8, được gia nhiệt bằng hơi nước áp

suất thấp, sau đó vào thiết bị gia nhiệt 8. Một phần propan chuyển sang trạng thái hơi



nhờ giảm áp. Deasphantizat tách ra từ thiết bị gia nhiệt 9 có chứa lượng nhỏ propan

(thường khơng q 6%), được chế biến tiếp trong tháp bay hơi 12 bằng hơi nước. Từ

trên tháp 12 hỗn hợp propan và hơi nước tách ra, còn từ đáy tháp thu được

deasphantizat sản phẩm và nó được máy bơm 19 bơm qua máy làm lạnh 15, rồi vào bể

chứa. Mức loại hoàn toàn propan được điều chỉnh theo nhiệt độ bắt cháy của

Deasphantizat.

Hình 4: Sơ đồ công nghệ một bậc loại asphanten trong gudron bằng propan.

1-Thiết bị gia nhiệt propan bằng hơi ; 2-thiết bị gia nhiệt nguyên liệu bằng hơi; 3-tháp

loại asphanten; 4-thiết bị gia nhiệt nội bằng hơi; 5, 5a, 6-thiết bị ngưng tụ propan; 7-bể



chứa propan lỏng; 8, 9-thiết bị bay hơi propan từ dungdịch deasphantizat; 10-lò nung

để gia nhiệt dung dịch bitum; 11-thiết bị tách hơi propan từ dung dịch bitum; 12, 13tháp bay hơi; 14-thiết bị ngưng tụ; 15-máy làm lạnh deasphantizat; 16-máy làm lạnh

bitum; 17-máy bơm nguyênliệu; 18-máy bơm propan; 19-máy bơm deasphantizat; 20máy bơm bitum; 21- máy nén propan; 22-thiết bị lắng giọt lỏng. I-Nguyên liệu; IIpropan; III-hơi propan; IV-dung dịch deasphantizat; V-deasphantizat sản phẩm; VIdung dịch bitum; VII- bitum; VIII-hơi nước; IX-nước.

Dung dịch bitum ra khỏi đáy tháp 3 được gia nhiệt trong ống xoắn của lò nung 10,

trong đó phần lớn propan được bay hơi. Hơi propan tách ra khỏi chất lỏng trong tháp

tách 11, làm việc dưới áp suất như trong thiết bị bay hơi 9. Cặn propan bay hơi nhờ hơi

nước trong tháp bay hơi bitum 13. Bitum của deasphantizat được bơm ra khỏi đáy tháp

bằng máy bơm 20.



Hơi propan áp suất cao từ thiết bị gia nhiệt 8 và 9 và tháp tách 11 đi vào thiết bị

làm lạnh 5 và 5a. Propan hóa lỏng được thu gom trong bể chứa 7.Tháp lắng được sử

dụng để tách hơi propan ra khỏi những giọt lỏng bị hơi cuốn theo. Trong thiết bị làm

lạnh 5 hơi propan ngưng tụ dưới áp suất gần vớiáp suất trong thiết bị 9 và 11, nghĩa là

1,7 ÷ 2,1 MPa. Hơi propan áp suất thấp trong hỗn hợp với hơi nước từ các tháp 12 và

13 tách ra khỏi hơi nước trong thiết bị ngưng tụ 14, sau đó qua tháp lắng giọt lỏng 22,

được nén bằng máynén 21 và đưa vào thiết bị làm lạnh 6. Lượng propan mất mát được

bổ sung vào bể chứa 7.

Nếu propan nạp vào tháp 3 qua hai bộ phân phối thì phần propan đi vào bộ phân

phối trên được gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn (thí dụ, 75oC) so với phần propan đưa

vào bộ phân phối dưới. Một phần hơi propan nén được đưa quay trở lại vùng trên của

thiết bị ngưng tụ 14, với mục đích giữ cho áp suất trong đó khơng thấp hơn áp suất khí

quyển và nhờ đó tránh khơng cho khơng khí thâm nhập vào thiết bị và tạo thành hỗn

hợp nổ. Trong nhiều sơ đồ còn có tháp làm sạch propan bằng dung dịch kiềm. Loại

kiềm ra khỏi propan tuần hoàn trong sơ đồ bằng dung dịch hydrosulfur, làm giảm ăn

mòn thiết bị và ống dẫn. Dưới đây là chế độ công nghệ của sơ đồ loại asphanten

gudron nhựa thấp:

Nhiệt độ,oC:

Nguyên liệu vào tháp 3 120÷130

Đỉnh tháp 3 75÷ 85

Đáy tháp 3 50÷ 65

Trong thiết bị bay hơi 8 80÷ 85

Trong thiết bị bay hơi 9 150÷165

Áp suất hoạt động, MPa:

Trong bể chứa propan lỏng 1,7÷1,8

Trong tháp 3 3,7÷4,4

Trong thiết bị bay hơi 8 2,2÷2,4

Trong thiết bị bay hơi 9 1,7÷2,1

Trong các tháp 12, 13 (áp suất tuyệt đối) ≈ 0,12

Tỷ lệ propan÷nguyên liệu (thể tích) 4:1÷6:1



Chương 2: Thiết kế

2.1 Sơ đồ ngun tắc của trích ly tách nhựa và asphalten



Thùng chứa

propan lỏng



Máy nén



Thiết bị bay hơi

Nguyên

liệu



Cột

trích

ly



Tách C3 ở

pha rafinat



Gia nhiệt



Tách propan ở

extract



Dầu nhờ đã loại

nhựa và asphalten



Nhựa và asphalten



Hình 5: Sơ đồ ngun tắc trích ly nhựa và asphalten

Q trình trích ly nhựa và asphalten bằng propan lỏng bao gồm 3 giai đoạn

-



Giai đoạn 1: Trộn lẫn nguyên liệu với propan lỏng. Các hydrocacbon sẽ tan trong dung

môi propan lỏng và đi lên phía trên của tháp trích ly nhờ có trọng lượng riêng nhỏ hơn.

Các hợp chất nhựa và asphaten không tan trong propan lỏng và nặng hơn sẽ đi xuống



-



phía dưới đáy tháp.

Giai đoạn 2: Tách hai pha. Hỗn hợp dung môi và các hydrocacbon được lấy ra ở đỉnh

tháp còn các hợp chất nhựa và aspphalten cùng với một lượng nhỏ propan được lấy ra

ở đáy tháp.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

e) Các hợp chất của lưu huỳnh, nitơ, oxy

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×