MỞ ĐẦU

Dầu mỏ là khoáng vật phong phú nhất trong tự nhiên, là một trong

những nguyên liệu thô quan trọng nhất mà loài người có được và nó là một

trong những nguồn cung cấp hydrocacbon phong phú nhất có trong tự nhiên.

Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ XVIII dầu

mỏ được sử dụng làm nhiên liệu để đốt và thắp sáng. Sang thế kỷ XIX, dầu

được coi như là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và

cho nền kinh tế. 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 20 ÷ 22% đi từ than, 5 ÷ 6% từ năng lượng nước và 8 ÷ 12% từ

năng lượng hạt nhân. Bên cạnh việc sử dụng dầu mỏ để chế biến thành các

dạng nhiên liệu thì hướng sử dụng mạnh mẽ và hiệu quả nhất của dầu mỏ là

làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hữu cơ – hóa dầu như: sản xuất

cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón…

Ngành khai thác chế biến dầu khí là một ngành công nghiệp mũi nhọn,

trong một tương lai dài vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực năng

lượng và nguyên liệu hoá học mà không có tài nguyên thiên nhiên nào thay

thế được. Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng của các quá

trình chế biến. Theo các chuyên gia về hóa dầu Châu Âu, việc đưa dầu mỏ

qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao được hiệu quả sử dụng của dầu mỏ lên

5 lần, và như vậy tiết kiệm được nguồn tài nguyên quý giá này.

Dầu mỏ là hỗn hợp rất phức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí

dầu mỏ và các hợp chất khác như CO2, N2, H2, H2S, He, Ar, Ne… Dầu mỏ

muốn sử dụng được phải phân chia thành từng phân đoạn nhỏ. Sự phân chia

đó dựa vào phương pháp chưng cất để thu được các sản phẩm có nhiệt độ sôi

khác nhau. Trong nhà máy lọc dầu, phân xưởng chưng cất dầu thô là một

phân xưởng quan trọng, cho phép ta thu được các phân đoạn dầu mỏ để chế

biến tiếp theo. Đồ án này đưa ra các vấn đề lý thuyết liên quan và thiết kế

phân xưởng chưng cất dầu thô với nguyên liệu là dầu thô Trung Đông.

PHẦN I

TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT

I. NGUYÊN LIỆU DẦU THÔ

I.1. Thành phần hóa học của dầu thô:

I.1.1. Thành phần nguyên tố

Dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp, trong dầu có chứa tới hàng trăm chất

khác nhau, nhưng các nguyên tố cơ bản chứa trong dầu là cacbon và hydro.

Trong đó C chiếm 83 ÷ 87 %, H chiếm 11,5 ÷ 14% . Ngoài các nguyên tố

chính trên, trong dầu còn có các nguyên tố khác như lưu huỳnh S chiếm 0,1 ÷

7%, nitơ N chiếm 0,001 ÷ 1,8%, oxy O chiếm 0,05 ÷ 1,0% và một lượng nhỏ

các nguyên tố khác như halogen (clo, iod) các kim loại như: niken, vanadi,

volfram…

Dầu mỏ càng chứa nhiều hydrocacbon, càng ít các thành phần dị

nguyên tố, chất lượng càng tốt và loại dầu mỏ đó có giá trị kinh tế cao.

I.1.2. Thành phần hydrocacbon

Hydrocacbon là thành phần chính trong dầu, hầu như tất cả các loại

hydrocacbon (trừ olefin) đều có mặt trong dầu mỏ. Chúng chiếm tới 90%

trọng lượng của dầu . Số nguyên tử có trong mạch từ 1 ÷ 60 hoặc có thể

cao hơn. Chúng được chia thành các nhóm parafin, naphaten, aromat, lai hợp

naphaten – aromat. Bằng các phương pháp hoá lý đã xác định được hơn 400

loại hydrocacbon khác nhau .

a. Hydrocacbon Parafin

Parafin còn gọi là alkan, có công thức tổng quát là CnH2n+2 (với n ≥1), là

loại hydrocacbon phổ biến nhất. Về mặt cấu trúc, hydrocacbon parafin có hai

loại. Loại cấu trúc mạch thẳng gọi là n-parafin và loại cấu trúc mạch nhánh

gọi là iso-parafin. Trong đó, n-parafin chiếm đa số (25 ÷ 30% thể tích) chúng

có số nguyên tử cácbon từ C1 ÷ C45 .

Trong dầu mỏ chúng tồn tại ở ba dạng rắn, lỏng, khí ở điều kiện thường

(nhiệt độ 25oC, áp suất khí quyển). Các parafin mạch thẳng chứa đến 4

nguyên tử cacbon đều nằm ở thể khí. Các n-parafin mà phân tử chứa 5 ÷ 17

nguyên tử cacbon nằm ở thể lỏng, còn các n-parafin chứa 18 nguyên tử

cacbon trở lên nằm ở dạng tinh thể.

Hydrocacbon parafin từ C5 ÷ C10 nằm trong phần nhẹ của dầu, có

nhánh (iso-parafin) là những cấu tử tốt của xăng, vì làm cho xăng có khả năng

chống cháy kích nổ tốt. Trong khi đó các n-parafin lại có tác dụng xấu cho

khả năng chống kích nổ (n-C7 đã có trị số octan bằng 0). Những hydrocacbon

parafin có số nguyên tử từ C10 ÷ C16 nằm trong nhiên liệu phản lực, diesel, khi

có cấu trúc thẳng lại là các cấu tử có ích cho nhiên liệu vì chúng có khả năng

tự bốc cháy cao khi trộn với không khí bị nén trong động cơ. Trong chế biến

hoá dầu, những hydrocacbon parafin chứa trong phần nhẹ đầu hay trong khí

đồng hành lại là nguyên liệu rất tốt cho quá trình sản xuất olefin thấp như

etylen, propylen, butylen, và butadien đó là những nguyên liệu cơ sở cho tổng

hợp hoá học để sản xuất chất dẻo, vải, sợi hoá học, tơ nhân tạo.

Những n-parafin có số nguyên tử cao từ C18 trở lên, ở nhiệt độ thường

có dạng tinh thể rắn trong dầu. Chúng có thể hoà tan hoặc tạo thành các tinh

thể lơ lửng trong dầu. Nếu hàm lượng các parafin này cao, chúng có thể làm

cho toàn bộ dầu thô bị đông đặc, mất hẳn tính linh động, gây khó khăn cho

quá trình khai thác, vận chuyển và bảo quản. Người ta phải áp dụng các biện

pháp kỹ thuật chuyên biệt và công nghệ phức tạp để xử lý nhằm mục đích loại

các parafin rắn đến mức độ cần thiết, sao cho sản phẩm có độ linh động trong

điều kiện sử dụng.

Nếu bơm và vận chuyển các loại dầu này ta phải áp dụng các biện pháp

như: gia nhiệt đường ống, cho thêm phụ gia, tách bớt parafin rắn ngay tại nơi

khai thác để hạ điểm đông đặc. Các biện pháp này gây tốn kém, làm giảm giá

thành dầu thô.

Tuy nhiên các parafin rắn tách được từ dầu thô lại là nguyên liệu quý của

quá trình chế biến, sản xuất các sản phẩm tiêu dùng như nến, giấy sáp, diêm

hay vật liệu chống thấm hay để điều chế chất tẩy rửa tổng hợp, tơ sợi, phân

bón, chất dẻo… Mặt khác nếu đem oxy hoá chúng người ta nhận được các

axit béo, alcol cao, đó là các nguyên liệu quý để tổng hợp các chất hoạt động

bề mặt là loại chất có nhiều ứng dụng trong nền kinh tế.

Còn các iso-parafin thường chỉ nằm trong phần nhẹ và phần có nhiệt độ

sôi cao thì chúng rất ít. Về vị trí nhánh phụ có hai đặc điểm sau: các isoparafin

trong dầu mỏ đều có cấu trúc đơn giản mạch chính dài và mạch phụ

ngắn. Các nhánh phụ thường là gốc metyl. Đối với các iso-parafin có một

nhánh phụ thì thường đính vào các vị trí cacbon số 2 hoặc số 3, còn vị trí sâu

hơn thì rất ít. Đối với các loại hyđrocacbon có 2, 3 nhánh phụ thì xu hướng

tạo nên mạch cacbon bậc 4, nghĩa là 2 nhánh phụ đính vào cùng một cacbon

trong mạch chính.

Các iso-parafin so với n-parafin chúng có độ linh động cao hơn. Chúng

làm tăng trị số octan của xăng.

b. Các hydrocacbon naphtenic:

Naphtenic hay còn gọi là cyclo parafin, có công thức tổng quát là

CnH2n. Hàm lượng có thể thay đổi 30 ÷ 60% trọng lượng . Những

hydrocacbon này thường gặp là loại một vòng, trong đó chiếm chủ yếu là loại

vòng 5 cạnh. Loại vòng naphten 7 cạnh hoặc lớn hơn ít gặp trong dầu. Những

naphten có từ 2 hay 3 vòng ngưng tụ cũng ít gặp, nhưng loại naphten có vòng

ngưng tụ với hydrocacbon thơm hay có mạch nhánh dài lại hay gặp trong dầu

mỏ. Hydrocacbon này do bị ảnh hưởng của các vòng hay nhánh dài nên tính

chất thuần của naphten không còn nguyên nữa mà đã mang tính chất lai hợp

giữa mạch vòng và mạch thẳng nên gọi là hydrocacbon lai hợp. Hydrocacbon

lai hợp có số lượng lớn ở nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ.

Những loại naphten hai vòng cũng đã thấy có trong dầu mỏ và đã định

được những loại naphten hai vòng có số nguyên tử cacbon đến C20 ÷ C25.

Hiện nay, các phân tích hóa học đã xác định được 25 hợp chất naphten

hai vòng, 5 hợp chất naphten ba vòng, và 4 hợp chất naphten bốn và năm

vòng. Cũng chưa có bằng chứng phân tích nào cho biết chính xác cấu trúc của

các hợp chất naphten có số vòng lớn hơn 5. Tuy nhiên, dựa trên kết quả phân

tích phổ khối của các phân đoạn dầu nặng, đã tìm thấy sự có mặt của các

hydrocacbon naphten đa vòng với số vòng lên tới 7 hoặc 8 trong cấu trúc của

nó