GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

KHOA: DẦU KHÍ
BỘ MÔN: LỌC HÓA DẦU

MÔN:

KĨ THUẬT ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN
CÁC QUÁ TRÌNH

GVHD : Ks.Phạm Trung Kiên SVTH : 1. Phạm Tuấn Anh
2. Ngô Trần Chinh
3. Bùi Khắc Tuấn
4. Lưu Minh Vương

THANH HÓA – 10/11/2011

GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH
LỜI NÓI ĐẦU

Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ 18, dầu mỏ
được sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng. Sang thế kỷ19, dầu được
coi như là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho nền
kinh tế quốc dân.
Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của
mọi quốc gia trên thế giới. Khoảng 65  70% năng lượng sử dụng đi từ dầu
mỏ, chỉ có 20  22% năng lượng đi từ than, 5  6% từ năng lượng nước và 8
 12% từ năng lượng hạt nhân.
Bên cạnh đó hướng sử dụng mạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ
là làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu như: sản xuất cao su,
chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón, thậm chí cả

2
, H
2
S, N
2
, He, Ar Dầu mỏ muốn
sử dụng được thì phải tiến hành phân chia thành từng phân đoạn nhỏ. Sự phân
chia đó dựa vào phương pháp chưng cất ở các khoảng nhiệt độ sôi khác nhau.
Quá trình chưng cất dầu là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các
thành phần gọi là các phân đoạn. Quá trình này được thực hiện bằng các biện
pháp khác nhau nhằm để tách các cấu tử có trong dầu thô theo từng khoảng
nhiệt độ sôi khác nhau mà không làm phân huỷ chúng. 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 cất nhờ cấu tử bay hơi hay chưng cất trong
chân không. Trong các nhà máy lọc dầu, phân xưởng chưng cất dầu thô cho
phép ta thu được các phân đoạn dầu mỏ để chế biến tiếp theo.
Trong bài tập lớn này, chúng em sẽ tiến hành đề cập tới “công nghệ
chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển” . Bởi quá trình này được xem là
cửa vào chính của nhà máy lọc dầu .
Chúng em xin chân thành cám ơn thầy giáo Phạm Trung Kiên đã giúp
đỡ chúng em hoàn thành bài tập này !
Trong quá trình làm bài mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức nhưng
cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót và sai lầm. Mong thầy có ý kiến
chỉnh sửa giúp chúng em.
Chúng em xin chân thành cám ơn thầy !
Thanh Hóa, ngày 11 tháng 11 năm 2011.

GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH
GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH
2. Nguyên lý của quá trình chưng cất
Chưng cất là quá trình tách một dung dịch bằng cách đun sôi nó, rồi
ngưng tụ hơi bay ra để được 2 phần: Phần nhẹ là distillat có nhiệt độ sôi thấp,
chứa nhiều chất dễ sôi, còn phần nặng còn lại là cặn chưng cất (redue). Như
vậy, phép chưng cất có thể thu được Distillat có thành phần mong muốn bằng
cách chưng cất nhiều lần. Nhưng chưng cất nhiều lần như vậy rất phiền
phức, tốn thời gian mà không kinh tế. Để khắc phục nhược điểm này ta
dùng hệ thống chưng cất có cột chưng cất. Cột chưng cất có số đĩa lý
thuyết càng lớn, thì có khả năng cho một distillat có thành phần khác
càng nhiều so với dung dịch trong bình đun, tức là distillat rất giàu chất dễ
bay hơi. Dùng cột chưng cất có nhiều đĩa lý thuyết có thể thu được distillat là
chất dễ bay hơi gần như tinh khiết.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯNG CẤT DẦU MỎ
Quá trình chưng cât dầu thô là một quá trình vật lý :
Nhằm phân tách dầu thô thành các phân đoạn thích hợp dựa vào nhịêt
độ sôi của các cấu tử và không làm phân huỷ chúng. Hơi nhẹ sẽ bay lên
ngung tụ thành phần lỏng . tùy theo biện pháp tiến hanh mà người ta phân
chia quá trình chưng cất đơn giãn, chưg phức tạp, chưng cất nhơ cấu tử bay
hơi, hay chưng cất chân không.
1. Chưng cất đơn giản
Chưng đơn giãn là quá trinh chưng cất được tiến hành bàng cách bay
hơi dần dần , một lần hay nhiều lần, một hổn hợp chất lỏng cần chưng.
2. Chưng cất bay hơi dần dần
Chủ yếu dùng trong phòng thí nghiệm để xác định đường cong chưng
cất Enghen. Chưng cất bay hơi một lần: Cho phép nhận được phần chưng cất
lớn hơn so với bay hơi một lần.

Chưng cất bay hơi nhiều lần: Cho phép quá trình tách các phân đoạn
theo mong muốn.

triệu tấn/năm). Người ta dùng những thiết bị chưng cất khổng lồ, hoạt động
liên tục. Hơi nguyên liệu sẽ bay lên đỉnh tháp và phần lỏng sẽ chảy xuống
phần dưới tháp. Sự tiếp xúc giữa hai dòng này được thực hiện một cách đặc
biệt nhờ các đĩa. Tại các đĩa xảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng hơi và
dòng lỏng. Đồng thời tại đây cũng xảy ra quá trình trao đổi chất, phần nhẹ
trong pha lỏng bay hơi theo pha hơi, phần nặng trong pha hơi ngưng tụ theo
dòng lỏng. Như vậy, khi dòng hơi lên đến đỉnh thì rất giàu cấu tử nhẹ, còn
dòng lỏng đi xuống đáy lại giàu cấu tử nặng hơn. Có rất nhiều dạng đĩa khác
nhau được sử dụng tuỳ vào loại nguyên liệu. Nhưng mục đích chung nhằm
đảm bảo sự tiếp xúc giữa pha lỏng và pha hơi phải lớn để quá trình phân tách
hiệu quả.
Hiện nay, sử dụng chủ yếu các dạng đĩa sau:
− Đĩa nhiều lỗ (Sieve Trays)
− Đĩa chụp (Bubble–Cap Trays)
− Đĩa ống khói (Chimmey Trays)
− Đĩa Van (Valve Trays) GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH Mâm kiểu van
Sự phân bố dòng chảy qua van ảnh hưởng rất lớn đến sự tiếp xúc pha
và chất lượng các phân đoạn. Một số kiểu phân bố dòng chảy trong tháp được
trình bày như sau: GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH
CDU) được xem như cửa vào chính của ngôi nhà. Sơ đồ chế biến của nhà
máy gần như được tích hợp ngay trong thiết kế tháp chưng cất dầu thô bởi lẽ
các phân đoạn tách ra từ tháp chưng cất sẽ là sản phẩm trực tiếp hay là
nguyên liệu cho các quá trình chế biến tiếp theo. Hiệu quả của quá trình chế
biến tiếp theo ảnh hưởng nhiều bởi thiết kế và hoạt động của tháp chưng cất
dầu thô ở áp suất khí quyển.
2. Mục đích của quá trình
Mục đích của quá trình chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển là phân
tách dầu thô thành các phân đoạn theo các ứng dụng tương ứng. Thông
thường các phân đoạn được tách ra từ phân xưởng này là: Khí hoá lỏng
(LPG), phân đoạn naphtha (một số phân xưởng chưng cất dầu thô được thiết
kế để tách phân đoạn này thành hai phân đoạn riêng naphtha nặng và naphtha
nhẹ), phân đoạn kerosene, phân đoạn diesel nhẹ (LGO), phân đoạn diesel
nặng (HGO) và cặn chưng cất (residue). Một số phân đoạn tách ra từ phân
xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển có thể được coi là sản phẩm
cuối cùng hoặc là cấu tử pha trộn (sau khi được xử lý tạp chất thích hợp) mà
không cần phải chế biến tiếp như phân đoạn Kerosene (sản phẩm thương mại
là dầu hoả và nhiên liệu phản lực), phân đoạn diesel (là sản phẩm thương mại
diesel hoặc là cấu tử pha trộn diesel), phân đoạn diesel nặng có thể được sử
dụng làm cấu tử pha diesel, dầu đốt lò hoặc đưa đi chế biến tiếp. Một số phân
đoạn cần phải được đưa đi chế biến tiếp để nâng cao hiệu quả kinh tế của nhà
máy, trong đó, đặc biệt là cặn chưng cất là nguyên liệu cho quá trình
cracking. Các phân đoạn naphtha nặng được đưa đi reforming, phân đoạn
naphtha nhẹ được đưa đi đồng phân hoá để thu cấu tử pha xăng có chất lượng
cao.
3. Sơ đồ công nghệ

GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH
3.1. Sơ đồ công nghệ
Sơ đồ công nghệ của quá trình chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển

sau khi được tách muối sẽ được gia nhiệt tiếp nhờ các thiết bị trao đổi nhiệt
tận dụng các dòng sản phẩm đi ra từ tháp chưng cất chính (như Kerosene,
LGO, HGO và cặn chưng cất). Nếu sơ đồ công nghệ của phân xưởng có sử
dụng tháp tách sơ bộ thì dầu thô được đưa vào tháp chưng cất sơ bộ trước. Tại
tháp chưng cất sơ bộ, các thành phần hydrocacbon nhẹ như methane, ethane,
propane, buthane và hydrosulphure (H2S) được tách ra ở đỉnh tháp. Một phần
phân đoạn naphtha nhẹ cũng kéo theo ở sản phẩm đỉnh tháp chưng cất sơ bộ.
Dầu thô sau khi được tách sơ bộ các thành phần nhẹ được đưa tới lò gia nhiệt
để nâng nhiệt độ thích hợp phù hợp cho quá trình chưng cất (nếu sơ đồ không
sử dụng tháp chưng cất sơ bộ thì dầu thô sau khi tách muối và đưa qua hàng
loạt các thiết bị trao đổi nhiệt sẽ được đưa tới lò gia nhiệt này). Sau khi đi qua
lò gia nhiệt, nhiệt độ của dầu thô sẽ tăng lên ở mức thích hợp cho quá trình
chưng rồi được đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng cất. Trong tháp chưng
cất chính, các phân đoạn chính như naphtha nặng, kerosene, GO nhẹ, GO
nặng được tách ra ở thân tháp, được làm sạch thêm ở các cột sục bên cạnh
tháp chưng cất chính rồi đưa tới các bể chứa trung gian. Phân đoạn nhẹ
(naphtha nhẹ) được tách ra ở đỉnh tháp còn phân đoạn cặn được tách ra ở đáy
tháp. Các dòng sản phẩm từ tháp chưng cất chính có nhiệt độ cao được đem
đi trao đổi nhiệt với dầu thô trước khi làm nguội tiếp nhờ các thiết bị trao đổi
nhiệt bằng không khí hoặc nước làm mát. Để điều khiển nhiệt độ làm việc của
tháp nhằm nâng cao hiệu quả quá trình phân tách đáp ứng tiêu chuẩn sản
phẩm của từng phân đoạn, phía dưới đáy tháp chưng có bộ phận gia nhiệt
bằng hơi thấp áp quá nhiệt và dọc thân tháp bố trí các điểm rút chất lỏng ra
bên ngoài để điều chỉnh nhiệt độ chất lỏng sau đó đưa quay lại tháp chưng.
Một số phân đoạn chưa được tách ra khỏi nhau (LPG và naphtha nhẹ) sẽ được
đưa tới tháp ổn định (Stabilizer), tại đây các hydrocacbon nhẹ (C1, C2) đưa
tới hệ thống khí nhiên liệu nhà máy, LPG được tách ra đưa tới hệ thống thu
gom và xử lý khí, naphtha nhẹ được tách ra ở đáy tháp để đưa đi xử lý tiếp.
Toàn bộ phân đoạn naphtha (cả naphtha nặng và naphtha nhẹ) và các
hydrocacbon nhẹ được tách ra cùng nhau như sơ đồ công nghệ hình H-1, hỗn

nhũ tương giữa dầu và nước để tách riêng biệt hai pha dầu và nước nhờ đó mà
muối trong dầu thô được tách ra. Các phương pháp tách muối chỉ khác nhau
về phương pháp phá nhũ tương. Phương pháp hoá học sử dụng hoá chất để
phá nhũ tương, còn phương pháp tĩnh điện dùng điện trường để phá nhũ
tương. Do phương pháp tĩnh điện được sử dụng rộng rãi trong thực tế nên
dưới đây sẽ chỉ trình bày chi tiết về nguyên lý và cấu tạo thiết bị khử muối
bằng phương pháp lắng tĩnh điện.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động thiết bị khử muối
Sơ đồ công nghệ chi tiết của thiết bị khử muối được trình bày trong
hình H-2. Theo sơ đồ này, dầu thô được bổ sung thêm một lượng nước rồi đi
qua một thiết bị trộn tĩnh tạo hỗn hợp nhũ tương nhằm tăng mức độ phân tán
của nước vào dầu thô để nâng cao hiệu quả hoà tan muối từ dầu thô vào nước.
Dầu thô sau khi qua thiết bị trộn tĩnh được đưa vào thiết bị lắng tĩnh
điện.Thiết bị lắng tĩnh điện dựa trên nguyên lý tích điện của các hạt nước nhỏ
trong điện trường cao, các hạt nước tích điện sau đó sẽ hút nhau do lực tĩnh
điện để nhập thành các hạt nước lớn hơn và lắng xuống phía dưới. Nhờ quá
trình này mà dung dịch nhũ tương dầu thô và nước bị phá vỡ. Dầu và nước
chứa muối hoà tan được tách thành hai pha riêng biệt và đưa ra khỏi thiết bị.
tạo điện trường, trong thiết bị lắng tĩnh điện lắp hai bản cực được nối với cực
nguồn cao áp. Điện áp giữa hai điện cực tối thiểu khoảng 16000 vôn để có thể
tích điện cho các hạt nước trong nhũ tương. Lượng nước tối ưu đưa vào dầu
thô trong khoảng từ 3-8% thể tích dầu thô, tùy thuộc vào tính chất của dầu
thô. Nhiệt độ của dầu thô trước khi đưa vào thiết bị trộn tĩnh thường trong
khoảng 130†1500C. Khi nước sạch bổ sung vào dầu thô, muối chứa trong dầu
sẽ chuyển sang các hạt nước phân tán trong dầu do khả năng hoà tan muối
của nước tốt hơn. Các hạt nước này khi đi qua điện trưòng cao áp sẽ bị tích

GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH
điện. Các hạt nước bị tích điện sẽ nhập dần lại với nhau thành các hạt có kích
thước to dần và lắng xuống phía dưới do nước có khối lượng riêng lớn hơn

Tháp chưng cất dạng đĩa là một cột hình trụ thẳng đứng bên trong lắp
các đĩa trao đổi chất và trao đổi nhiệt. Mỗi đĩa là một bậc chuyển khối thực tế.
Có nhiều dạng tháp đĩa nhưng tất cả có đặc điểm chung là quá trình chuyển
khối được thực hiện trên các đĩa lắp trong tháp. Cấu tạo chung của tháp
chưng cất kiểu đĩa với các dạng đĩa khác nhau được minh họa trong hình H-4.
Tháp chưng cất đứng về mặt công nghệ được chia làm hai phần: đoạn chưng
và đoạn luyện. Đoạn chưng tính từ đĩa tiếp liệu tới đáy tháp. Đoạn luyện từ

GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH
đĩa tiếp liệu tới đĩa trên cùng. Đứng về mặt cơ khí, tháp chưng cất bao gồm
các bộ phận chính: Vỏ tháp, đĩa chưng cất, các ống chảy truyền.
Nguyên lý hoạt động
Nguyên tắc hoạt động chung của tháp đĩa là tạo ra trên bề mặt đĩa một
lớp chất lỏng để cho pha hơi đi từ phía dưới lên. Khi pha hơi và pha lỏng tiếp
xúc nhau trên đĩa các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất diễn ra. Các cấu
tử dễ bay hơi hơn sẽ tách ra khỏi pha lỏng chuyển vào pha hơi trên bề mặt của
đĩa, còn các cấu tử có nhiệt độ sôi cao hơn sẽ ngưng tụ lại hoặc giữ nguyên ở
trạng thái lỏng và chảy xuống đĩa phía dưới (theo ống chảy truyền hay qua
các lỗ trên đĩa tùy thuộc vào kết cấu). Hình H-4- Cấu tạo chung tháp chưng cất dạng đĩa (mặt cắt ngang) GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH
Trên các đĩa, người ta đục các lỗ và mỗi lỗ này được lắp một chi tiết gọi
là chóp. Mục đích của chi tiết này là tạo ra các bong bóng hơi đi xuyên qua
lớp chất lỏng ở phía trên của đĩa. Việc tạo các bọt bong bóng đi qua lớp chất
lỏng là một giai đoạn quan trọng trong quá trình trao đổi nhiệt và chuyển khối
giữa các pha và giữa các cấu tử. Trong quá trình chuyển động, pha khí trong

Sơ đồ hoạt động chung của tháp chưng cất chính như trình bày trong
hình H-6 dưới đây. Dầu thô sau khi được gia nhiệt (thường từ 310-3700C tùy
theo sơ đồ công nghệ và tính chất dầu thô) được đưa vào đĩa tiếp liệu tháp
chưng cất chính. Tại đây, các cấu tử có nhiệt độ sôi thấp sẽ bay hơi lên các
đĩa phía trên của tháp, phần lỏng sẽ theo ống chảy truyền đi xuống phía dưới.
Nhiệt độ vào tháp rất quan trọng đối với hoạt động của tháp. Nếu nhiệt độ
không đủ cao thì chất lượng các phân đoạn không đảm bảo, ngược lại nếu
nhiệt độ dầu quá cao sẽ dẫn đến hiện tượng cracking nhiệt làm tăng công suất
tháp đột ngột ngoài tính toán làm ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động và chất
lượng sản phẩm. Các cấu tử hydrocacbon nhẹ sẽ được phân bố càng nhiều ở
phía trên của tháp, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ dần tập trung ở các đĩa
phía dưới tháp. Các phân đoạn Kerpsene, Go nhẹ, GO nặng được rút ra ở thân
tháp và đưa vào các cột sục để tăng cao chất lượng phân đoạn theo tiêu chuẩn
chất lượng. Phân đoạn naphtha và các hydrocacbon nhẹ hơn được tách ra ở
đỉnh tháp, ngưng tụ rồi đưa tới các tháp ổng định và tháp tách naphtha để
phân chia tiếp thành các phân đoạn LPG, naphtha nhẹ, naphtha nặng. Tuy
nhiên, trong một số sơ đồ thì phân đoạn naphtha nặng cũng được tách ra ở
thân tháp. Cặn chưng cất được tách ra ở phía đáy tháp sau khi làm nguội sẽ
được đưa tới bể chứa hoặc đưa trực tiếp tới phân xưởng cracking. Để cung
cấp nhiệt cho quá trình chưng luyện và để quá trình chưng cất xảy ra thuận lợi
phía đáy tháp cất chính được gia nhiệt bằng hơi quá nhiệt thấp áp. Việc sục
hơi ở đáy tháp còn nhằm mục đích tách triệt để các cấu tử nhẹ còn chứa trong
phần lỏng ở đáy tháp để nâng cao hiệu suất thu hồi các cấu tử nhẹ. Ngoài ra,
hơi dùng gia nhiệt trực tiếp dầu thô làm giảm áp suất riêng phần của dầu thô
trong pha hơi do vậy quá trình chưng cất có thể tiến hành ở nhiệt độ thấp hơn.
Để điều khiển quá trình hoạt động của tháp chưng cất và nâng cao hiệu suất
phân tách, một phần chất lỏng phía trên đỉnh tháp được cho hồi lưu lại tháp,
ngoài ra dọc theo thân tháp người ta thiết kế một số vị trí để rút chất lỏng ra
để điều chỉnh nhiệt độ của tháp tại các vị trí cục bộ.



điều khiển và từ sơ đồ H-7 ta có thể nhận biết các biến cần điều khiển như
sau:
+ Đảm bảo chất lượng : Thành phần sản phẩm đỉnh (XA), sản phẩm thân
(XB) và sản phẩm đáy (XC).
+ Đảm bảo năng suất : Lưu lượng sản phẩm đỉnh (A), sản phẩm thân
(B) và sản phẩm đáy (C).

GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH
+ Đảm bảo vận hành an toàn, ổn định : Nhiệt độ và áp suất trong tháp
(T,P), mức dung dịch tại bình chứa (MA).
Trên sơ đồ hình H-7, tại các van điều khiển tương ứng có các biến điều
khiển là lưu lượng hơi nước (S), lưu lượng nước làm lạnh (W), lưu lượng hai
dòng của quá trình điều chỉnh nhiệt độ (WĐC1,WĐC2), lưu lượng hồi lưu (L) ,
lưu lượng sản phẩm đỉnh (A), sản phẩm thân (B), sản phẩm đáy(C). Các biến
còn lại đóng vai trò là nhiễu , bao gồm lưu lượng dầu thô (F), nhiệt độ dầu thô
(TF1) , thành phần dầu thô (XF) , tỉ lệ hơi (VF) và 2 dòng nhiệt của quá trình
điều chỉnh nhiệt độ (TĐC1, TĐC2). Như vậy, tùy vào các yêu cầu cụ thể của công
nghệ ta có các yêu cầu điều khiển như sau : 1. Yêu cầu đảm bảo chất lượng 2. Yêu cầu đảm bảo năng suất