- 1. Trang Chương 1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU ...................................................... ...3 Chương 2. CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BAN ĐẦU ................................................................8 Chương 3. QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT DẦU THÔ ......................................................... ..17 Chương 4. QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT ................................................................... .38 Chương 5. QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC ............................................................ ..50 Chương 6. QUÁ TRÌNH HYDROCRACKING XÚC TÁC............................................. ...71 Chương 7. QUÁ TRÌNH REFORMING XÚC TÁC ... ...................................................... ..83 Chương 8. QUÁ TRÌNH ALKYL HÓA ... ......................................................................... .119 Chương 9. QUÁ TRÌNH ISOMER HÓA ............................................................................132 Chương 10. CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BẰNG HYDRO ... ............................................140 Chương 11. CÁC QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH ... ................................................................ .152 Chương 12. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ LỌC DẦU ... .................................186 http://www.ebook.edu.vn
- 2. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU 1. Mục đích của nhà máy lọc dầu. Nhà máy lọc dầu là noi thực hiện các quá trình chế biến dầu thô thành các sản phẩm dầu mỏ. Co cấu về các sản phẩm dầu mỏ phải đáp ứng đuợc nhu cầu tiêu thụ của thị truờng theo từng khu vực và sự phân chia sản xuất trên phạm vi thế giới. Ngoài ra, nhà máy lọc dầu phải đảm bảo chất luợng cho các sản phẩm sản xuất từ nhà máy theo các tiêu chuẩn chất luợng đã qui định. Mục đích của nhà máy lọc dầu có thể phát họa theo so đồ sau: Ngoài ra, nhà máy lọc dầu còn cung cấp một luợng nguyên liệu rất lớn cho ngành công nghiệp hóa dầu nhu: dung môi, sợi nhân tạo, nhựa, hóa chất co bản, phân bón, ... Qui trình chế biến của nhà máy lọc dầu đuợc minh họa trong so đồ sau: 3 http://www.ebook.edu.vn
- 3. của nhà máy 2.1 Tiếp nhận và vận chuyển dầu thô Có thể tiếp nhận một lượng lớn dầu thô về cả số lượng lẫn chủng loại, nhằm tránh sự tác động của sự biến động rộng lớn về nguồn nguyên liệu và có thể cấu thành nguyên liệu phù hợp với chế độ công nghệ của nhà máy nhằm đáp ứng được yêu cầu về cơ cấu sản phẩm dầu mỏ của thị trường. Có thể tiếp nhận bằng cầu cảng hoặc đường ống. 2.2 Chế biến dầu thô Thực hiện các quá trình chế biến dầu thô thành các sản phẩm dầu mỏ hay chất nền. 2.3 Kiểm tra chất lượng Thực hiện việc kiểm tra chất lượng các nguyên liệu và sản phẩm của nhà máy nhằm theo dõi các quá trình chế biến và đảm chất lượng cho các sản phẩm tạo thành. 3. Các quá trình chế biến trong nhà máy lọc dầu Tùy vào nguyên liệu dầu thô và mục đích của nhà máy lọc dầu mà qui trình công nghệ chế biến rất khác nhau. Nhưng nhìn chung, quá trình chế biến tổng thể của nhà máy lọc dầu có thể mô tả như sơ đồ sau: 4 http://www.ebook.edu.vn
- 4. biến dầu thô Tuy nhiên, các quá trình chế biến trong các nhà máy lọc dầu luôn bao gồm các bộ phận sau: 3.1 Quá trình phân tách Tạo ra các phân đoạn cơ sở nhằm đáp ứng mục đích sử dụng cho các quá trình chế biến tiếp theo (chưng cất, trích ly…). 3.2 Quá trình chuyển hoá Nhằm tạo ra các phân tử mới có tính chất phù hợp với sản phẩm sử dụng (alkyl hóa, isomer hóa, reforming, cracking,…). 3.3 Quá trình xử lý Nhằm loại bỏ các tạp chất không mong muốn có mặt trong thành phần các phân đoạn và sản phầm, nhằm đáp ứng yêu cầu làm nguyên liệu cho quá trình chế biến tiếp theo hay đạt chất lượng sản phẩm thương phẩm. 5 http://www.ebook.edu.vn
- 5. tách dầu thô 3.4 Các quá trình bảo vệ môi trường Bao gồm các quá trình xử lí môi trường nhằm bảo đảm an toàn môi trường làm việc và môi trường tự nhiên xung quanh nhà máy (bao gồm các quá trình xử lý khí, nước thải, chất thải, khí chua …). Thang quy đổi giữa các dạng năng lượng 1 tấn dầu thô = 1 TOE (tons oil eguivalent) 1 tấn than đá = 0,66 TOE 1000 m3 N.Gas = 0,99 TOE 1000 Kw điện = 0,222 TOE 6 http://www.ebook.edu.vn
- 6. dầu tại Iraq 7 http://www.ebook.edu.vn
- 7. CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BAN ĐẦU 1. Ổn định dầu nguyên khai Sau khi được khai thác từ các giếng áp suất cao, trung bình và thấp dầu chưa ổn định, nghĩa là chưa tách các hợp phần nhẹ (etan, propan, butan và một phần pentan), vận chuyển khó và không kinh tế vì trong quá trình vận chuyển có thể thất thoát các hydrocarbon nhẹ là các nguyên liệu có giá trị. Khí thu hồi có thể được sử dụng làm nguyên liệu bổ sung cho các nhà máy chế biến dầu, do đó cần được thu hồi triệt để. Dầu sau khi khai thác được loại khí nhờ giảm áp suất, đưa vào bể chứa để lắng và tách khỏi nước, sau đó được đưa đi ổn định hóa, nghĩa là tách các hydrocarbon nhẹ (etan, propan, butan và một phần pentan). Dầu ổn định được đưa đi xử lý nhiệt - hóa, sau đó đến cụm công nghệ loại muối bằng điện (EDS). Trong dầu có chứa khí hòa tan, nước và muối. Hàm lượng khí trong dầu khai thác từ 1÷2 đến 4%. Sự dao động của hàm lượng khí phụ thuộc vào dạng dầu, điều kiện ổn định hóa, hình thức vận chuyển, dạng bồn chứa dầu trong nhà máy và điều kiện khí quyển… Trong quá trình ổn định hóa nhận được nguyên liệu cho công nghiệp hóa dầu; các phân đoạn dầu ổn định tốt khi được chưng cất khiến cho chế độ công nghệ trong tháp sẽ ít dao động hơn, tạo điều kiện ngưng tụ xăng trong thiết bị làm lạnh tốt hơn; loại bỏ khả năng mất mát phân đoạn xăng nhẹ do cuốn theo khí. Loại butan được coi là mức ổn định hóa tối ưu của dầu. Tuy nhiên trong một số trường hợp cần phải loại một phần phân đoạn pentan (loại 40 ÷ 80% hàm lượng của nó trong dầu). 2. Tách muối - nước. Nếu trong dầu có hàm lượng nước và muối cao chế độ công nghệ của các quá trình bị phá hủy, làm tăng áp suất trong thiết bị và giảm công suất. Muối còn có tác hại lớn hơn. Muối đóng trên bề mặt các thiết bị trao đổi nhiệt, làm giảm hệ số truyền nhiệt, dẫn tới tăng chi phí nhiên liệu, giảm công suất thiết bị. 8 http://www.ebook.edu.vn
- 8. thường tạo thành dạng nhũ tương khó phá hủy. Nước trong dầu chứa nhiều muối khoáng khác nhau và một số kim loại hòa tan. Các cation thường gặp trong nước là Na+, Ca2+, Mg2+ và một lượng Fe2+ và K+ ít hơn. Các anion thường gặp là Cl- và HCO3-, còn SO42- và SO32- với một lượng ít hơn. Ngoài ra, trong dầu còn có một số oxit không phân ly như Al2O3, Fe2O3, SiO2. Hàm lượng tổng của muối khoáng (độ khoáng) của nước có thể từ dưới 1% đến 20 ÷ 26%. Một số muối khoáng dễ bị thủy phân (xem trong phần tiếp theo), do đó nước đi kèm theo dầu mỏ là vấn đề được quan tâm. Muối trong dầu tồn tại ở dạng hòa tan trong nước hoặc tinh thể có tính chất khác nhau. Clorua natri hầu như không hòa tan. Clorua canxi trong điều kiện tương ứng có thể thủy phân đến 10% và tạo HCl. Clorua maghê thủy phân 90% và quá trình này diễn ra cả ở nhiệt độ thấp. Do đó nước có thể là nguyên nhân ăn mòn thiết bị. Thủy phân clorua maghe: MgCl2 + H2O MgOHCl + HCl Diễn ra dưới tác dụng của nước chứa trong dầu và do nước kết tinh clorua maghê. Ăn mòn dưới tác dụng của sản phẩm thủy phân diễn ra trong vùng nhiệt độ cao (các ống của lò nung, thiết bị bay hơi, tháp cất) và trong các thiết bị nhiệt độ thấp (thiết bị ngưng tụ và thiết bị làm lạnh). Trong chế biến dầu do phân hủy hợp chất lưu huỳnh tạo H2S là nguyên nhân ăn mòn mạnh, đặc biệt khi kết hợp với HCl. H2S khi có nước hoặc dưới nhiệt độ cao tác dụng với kim loại của thiết bị tạo sulfur sắt: Fe + H2S FeS + H2 Màng FeS che phủ bề mặt kim loại, bảo vệ nó không bị ăn mòn tiếp, nhưng khi có có HCl màng bảo vệ bị phá hủy do sulfur sắt tham gia vào phản ứng sau: FeS + 2 HCl FeCl2 + H2S Clorua sắt chuyển thành dung dịch nước, còn hydro sulfur được giải phóng lại tác dụng với sắt. Bụi và muối gây ăn mòn ống dẫn, tích lũy lại trong sản phẩm dầu làm giảm chất lượng của chúng. Trong quá trình loại muối bên cạnh clorua cũng loại 50 ÷ 70% các hợp chất vanadium và niken, phần lớn hợp chất angtimon 9 http://www.ebook.edu.vn
- 9. chất khác có khả năng đầu độc xúc tác và ăn mòn thiết bị trong các quá trình chế biến tiếp. Do nước tồn tại trong dầu ở dạng nhũ tương bền vững nên các phương pháp loại nước tập trung vào việc phá nhũ tương trong dầu. Có 3 phương pháp phá nhũ: cơ học, hóa học và điện. 2.1 Phương pháp cơ học Lắng: Lắng được ứng dụng cho nhũ tương mới, không bền, có khả năng tách lớp dầu và nước do chúng có trọng lượng riêng khác nhau. Nung nóng làm tăng nhanh quá trình phá nhũ do sự hòa tan của màng bảo vệ nhũ tương vào dầu tăng, giảm độ nhớt môi trường và giảm sự chênh lệch khối lượng riêng. Trong các xí nghiệp loại nước bằng phương pháp lắng được thực hiện trong thiết bị nung nóng-loại nước dạng hình trụ đứng có đường kính 1,5 ÷ 2 m và chiều cao 4 ÷ 5 m (hình 7). Trong đó dầu được hâm nóng đến 60oC bằng đèn đốt khí lắp dưới đáy thiết bị. Trong nhà máy chế biến dầu nước được loại tiếp bằng cách gia nhiệt đến 120 ÷ 160oC và để lắng ở áp suất 8 ÷ 15 atm (để nước không sôi) trong 2 ÷ 3 giờ. Sơ đồ thiết bị nung nóng - lắng nước I - Nhũ tương. II - Dầu thô. III - Nước. IV - Khí nhiên liệu 10 http://www.ebook.edu.vn
- 10. tách nước ra khỏi dầu dựa trên tính thấm ướt lựa chọn các chất lỏng khác nhau của các vật liệu. Cát thạch anh dễ thấm ướt nước hơn, còn pirit (FeS2) thấm ướt dầu tốt hơn. Để làm khan dầu bằng phương pháp lọc sử dụng bông thủy tinh, mùn cưa. Các hạt nước nhỏ li ti bám vào các cạnh nhọn của mùn cưa hoặc sợi bông thủy tinh, liên kết với nhau thành giọt lớn dễ chảy xuống dưới. Lọc ứng dụng trong trường hợp khi nhũ tương đã bị phá nhưng những giọt nước còn giữ ở trạng tháp lơ lửng và không lắng xuống đáy. Hiệu quả của tháp lọc cao. Thí dụ trong tháp lọc với 3 lớp bông thủy tinh đã giảm hàm lượng muối từ 582 xuống đến 20 mg/l. Nhược điểm cơ bản của phương pháp lọc là màng lọc nhanh bị muối và bụi đóng bít và phải thay thế. 2.2 Phương pháp hóa học Phá hủy nhũ tương trong trường hợp này được thực hiện bằng cách sử dụng các chất hoạt động bề mặt (CHĐBM) có tác dụng như chất phá nhũ. Phá nhũ bằng phương pháp hóa học được ứng dụng rộng rãi. Phương pháp này có đặc điểm là mềm dẻo và đơn giản. Các chất phá nhũ tốt là các chất phá nhũ hiệu quả cao, liều lượng thấp, sẵn có, không ăn mòn thiết bị, không làm thay đổi tính chất của dầu, không độc hoặc dễ tách ra khỏi nước. Để tăng nhanh phá nhũ cần hâm nóng dầu. Sơ đồ công nghệ phá nhũ nhiệt hóa trình bày trong hình 8. Sơ đồ công nghệ phá nhũ nhiệt hóa trong dầu 1- Bộ trao đổi nhiệt; 2- thiết bị nung nóng bằng hơi; 3- bể lắng I- Dầu nguyên liệu; II- chất phá nhũ; III- nước mới; IV- dầu loại nước; V- hơi nước; VI- nước tách ra. 11 http://www.ebook.edu.vn
- 11. phá nhũ tương dầu bằng điện trường Sử dụng điện trường để làm khan nước được ứng dụng rộng rãi trong các xí nghiệp và nhà máy chế biến dầu từ đầu năm 1990. Khi đưa nhũ tương dầu vào điện trường xoay chiều các hạt nước tích điện âm bắt đầu di chuyển bên trong giọt nước, tạo cho nó dạng hình trái lê, đầu nhọn của quả lê hướng về điện cực. Khi thay đổi cực của điện cực, giọt nước hướng đầu nhọn về hướng ngược lại. Tần số đổi hướng của giọt dầu bằng với tần số thay đổi của điện trường. Dưới tác dụng của lực kéo các hạt nước riêng lẻ hướng về cực dương, chúng va chạm với nhau và trong điện trường đủ mạnh tạo thành các đám mây điện môi, nhờ đó các giọt nước nhỏ sẽ lớn lên, khiến cho chúng dễ lắng xuống trong thùng điện trường. Sơ đồ cụm làm khan bằng điện 1- Thiết bị gia nhiệt bằng hơi; 2- thiết bị trộn; 3- thiết bị làm khan bằng điện. I- Dầu nguyên liệu; II- hơi nước; III- chất phá nhũ; IV-dầu khan và đã loại muối; V- nước tách ra 12 http://www.ebook.edu.vn
- 12. nước- muối bằng điện với thiết bị loại nước nằm ngang 1- Thiết bị loại nước nằm ngang; 2- Thiết bị gia nhiệt bằng hơi; 3- Bộ trao đổi nhiệt. I- Dầu nguyên liệu; II- chất phá nhũ; III- nước mới; IV- kiềm; V- nước lắng; VI- dầu loại nước. Sơ đồ công nghệ loại nước điện trường (EDW) dẫn ra trong hình, thiết bị có công suất 6.000 tấn/ngày. Nhũ tương dầu sau khi được nung nóng sẽ tiếp xúc với nước mới. Thêm chất phá nhũ vào hỗn hợp này, sau đó nó được chia vào hai thiết bị loại nước điện. Trong đó nhũ tương bị phá hủy, nước rút ra từ phía dưới đổ vào kênh thoát nước, còn dầu lấy ra từ phía trên và đưa vào bể lắng. Dầu loại muối và nước bơm vào bể chứa, sau đó vào ống dẫn. Để phá nhũ không bền quá trình loại nước tiến hành hai bậc: I- chế biến nhiệt-hóa; II - xử lý điện. Để phá nhũ bền vững quá trình loại nước tiến hành 3 bậc: I- nhiệt hóa; II và III- điện. Trong quá trình làm khan hai bậc kết hợp nhiệt hóa và điện mức loại nước đạt 98% hoặc cao hơn. Ngày nay thiết bị loại nước bằng điện dạng nằm ngang, làm việc ở nhiệt độ 160oC và 18 atm được ứng dụng rộng rãi. Trong hình 10 giới thiệu sơ đồ loại nước bằng điện dạng nằm ngang với bốn thiết bị, một thiết bị để loại nước, ba thiết bị còn lại để loại muối. Sơ đồ có công suất 7 triệu tấn dầu/năm. 13 http://www.ebook.edu.vn
- 13. thực hiện bằng cách thêm nước và chất phá nhũ. Dầu từ bồn chứa được bơm bằng máy bơm qua hệ trao đổi nhiệt vào các thiết bị loại nước lắp đặt nối tiếp nhau. Đồng thời nạp nước nóng và chất phá nhũ vào dầu. Loại muối diễn ra trong điện trường điện thế 32 ÷ 33 kW ở nhiệt độ 120 ÷ 130oC và áp suất 8 ÷ 10 atm. Dầu sau khi xử lý chứa 5 ÷ 10 mg muối/l, cho phép cụm chưng cất dầu làm việc liên tục trong ít nhất hai năm. Trước đây trong công nghiệp chế biến dầu lọc dầu chỉ gồm cụm chưng cất khí quyển (AR) với công suất khoảng 3 triệu tấn dầu/năm. Với kết quả hoàn thiện công nghệ chế biến sơ cấp một mặt người ta tiến hành tự động hóa các cụm AR và AVR, mặt khác đưa vào ứng dụng cụm loại muối bằng điện (EDS), ổn định phân đoạn xăng... Các cụm riêng lẻ này được kết hợp trong liên hợp EDS-AVR. Kết hợp các cụm trong khu liên hợp tăng sự thống nhất, giảm nhân công, giảm thiết bị chứa. Dưới đây xét sơ đồ công nghệ loại muối, nước bằng điện EDS. Sơ đồ công nghệ cụm loại muối, nước bằng điện được trình bày trong hình 11. Dầu thô từ ống dẫn đưa trực tiếp vào máy bơm H-1 và bơm qua hai đường song song vào trao đổi nhiệt, trong đó nó được nung nóng đến 140 ÷ 150oC nhờ nhiệt từ các dòng sản phẩm lấy ra hoặc dòng hồi lưu. Dòng dầu thô thứ nhất chạy trong không gian của ống trao đổi nhiệt T-2, trong đó nó được nung nóng nhờ nhiệt của dòng tuần hoàn thứ nhất của tháp K-2 (tháp chưng cất khí quyển, hình 13), sau đó qua trao đổi nhiệt T-17, trong đó nó được nung nóng nhờ dòng tuần hoàn thứ hai của tháp K-2, và đi vào bộ phận thu gom để đưa vào cụm loại muối nước bậc nhất, rồi sau đó vào thiết bị loại nước bằng điện A1÷A5. Dòng dầu thô thứ hai chạy trong không gian của ống trao đổi nhiệt T-1, sau đó T-16, trong đó nó được nung nóng bằng nhiệt của mazut và đi vào bộ phận thu gom trước khi đưa vào cụm loại muối nước thứ nhất. Máy bơm H-41 bơm dung dịch kiềm-soda để trung hòa clorua và tránh ăn mòn thiết bị. Từ máy bơm H-37 bơm 1/3 lượng dung dịch chất phá nhũ vào dòng cấp của máy bơm dầu H-1 (2/3 chất phá nhũ bơm vào thiết bị loại nước bậc hai). 14 http://www.ebook.edu.vn
- 14. nghệ loại muối, nước bằng điện. A1-A5- thiết bị loại nước, muối nằm ngang của bậc nhất; B1-B5- - thiết bị loại nước, muối nằm ngang của bậc hai; T- bộ trao đổi nhiệt; E- bể chứa; H- máy bơm 15 http://www.ebook.edu.vn
- 15. nhiệt độ và áp suất cả hai dòng dầu thô trước khi đi vào thiết bị loại nước bằng điện được kết hợp và trộn trong bộ phận thu gom, nước nóng từ thiết bị loại nước bằng điện bậc hai cũng được bơm vào nhờ máy bơm H-36 và sau đó dòng nguyên liệu được chia thành năm dòng song song đi vào 5 thiết bị loại nước bằng điện bậc nhất. Để phân bố đều dầu thô trong thiết bị loại nước, trong mỗi dòng trang bị một thiết bị chuyên dụng và một lưu lượng. Dầu đã loại muối và nước một phần từ phía trên thiết bị loại nước bậc nhất A1 ÷ A5 nhập chung và sau đó chia thành 5 dòng song song đi vào 5 thiết bị loại nước bậc hai B1 ÷ B5. Trong thiết bị thu gom trước khi đưa dầu vào thiết bị loại nước bậc hai cũng trang bị máy trộn, trong đó trộn chất phá nhũ, dầu thô và nước được bơm từ máy bơm H-31 (10% so với dầu thô). Sau thiết bị loại nước bậc hai dầu được chia thành hai dòng song song đưa vào không gian giữa các ống của bộ trao đổi nhiệt T-3, T-4, T-18, trong đó nó được nung nóng đến 220÷240oC, sau đó đưa vào tháp K-1 (tháp bay hơi trước). Dung dịch muối từ thiết bị loại nước bậc nhất được đưa vào bể lắng E-18, là bể hình trụ nằm ngang có dung tích 160 m3 và làm việc ở 150oC và 10 atm. Trên bể lắng có thiết bị bẫy dầu, từ đó dầu qua thiết bị làm lạnh T-32 và được đưa vào bể tiêu nước E-19. Dưới bể E-18 dung dịch muối sau khi làm nguội trong máy làm lạnh không khí được đưa vào bộ phận làm sạch. Điều kiện tối ưu để loại muối của cụm loại muối - nước phụ thuộc vào chất lượng dầu. Thí dụ, chọn nhiệt độ sao cho độ nhớt của dầu thô thấp hơn 4 cSt; trong điều kiện đó lắng nước tiến hành thuận lợi và không cần tăng nhiệt độ dầu thô. Chất lượng chất phá nhũ quyết định lượng nhũ cần sử dụng. Hiệu quả của chất phá nhũ được xác định bởi chất lượng dầu sau xử lý - hàm lượng muối và nước phải thấp nhất. 16 http://www.ebook.edu.vn
- 16. QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT DẦU THÔ 1. Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất 1.1 Sự sôi của dung dịch Sự sôi của chất nguyên chất: Một chất lỏng sẽ sôi ở nhiệt độ mà tại đó áp suất hơi bão hoà của nó bằng áp suất môi trường đè lên mặt thoáng. Ví dụ như nước sẽ sôi ở 1000C tại P = 1 atm (760mmHg). Nhiệt độ sôi của Butan Nhiệt độ sôi của Butan Áp suất, atm Nhiệt độ,oC 1 0 3.41 36 4.80 50 Ta gọi chất có áp suất hơi bão hoà lớn, có nhịêt độ sôi thấp là chất dễ sôi. Chất khó sôi có áp suất hơi bão hoà bé, có nhiệt độ sôi cao. Thành phần pha hơi sinh ra khi đun sôi một dung dịch: Pha hơi sinh ra khi chất lỏng nguyên chất sôi là pha hơi đơn chất. Pha hơi sinh ra khi một dung dịch sôi là một hỗn hợp của tất cả các hợp phần của dung dịch và có thành phần phụ thuộc vào thành phần của dung dịch lỏng theo định luật Konovalov. P A = P 0 x A = P x A : áp suất hơi bão hoà riêng phần của A. A l h 0 l h P =P x =Px B B B B 0 P B Gọi α = 0 là độ bay hơi tương đối của B so với A. P A Nếu α > 1 : B dễ sôi hơn A α < 1 : B khó sôi hơn A http://www.ebook.edu.vn
- 17.
- 18. Khi sôi một dung dịch lỏng cho ra một pha hơi giàu chất dễ sôi hơn so với dung dịch lỏng. 1.2 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. 18 http://www.ebook.edu.vn
- 19. 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. 2. Cơ sở lý thuyết chưng cất dầu mỏ 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. 2.1 Chưng cất đơn giản 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. 19 http://www.ebook.edu.vn
- 20. phức tạp Chưng cất có hồi lưu: Để nâng cao khả năng phân chia hỗn hợp lỏng, người ta tiến hành cho hồi lưu một phần sản phẩm đỉnh. Nhờ sự tiếp xúc thêm mộy lần giữa pha lỏng (hồi lưu) và pha hơi trong tháp được làm giàu thêm cấu tử nhẹ nhờ đó mà độ phân chia cao hơn. Chưng cất có tinh luyện: Dựa vào quá trình trao đổi chất nhiều lần giữa pha lỏng và hơi nhờ vào các đĩa hay đệm. Chưng cất sẽ có độ phân chia cao hơn nếu kết hợp với hồi lưu Sơ đồ tiếp xúc giữa dòng lỏng và hơi trong tháp chưng cất 20 http://www.ebook.edu.vn
- 21. không & chưng cất với hơi nước: Độ bền nhiệt các cấu tử trong dầu phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và thời gian lưu. Đối với các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao, người ta cần tránh sự phân huỷ chúng (giảm độ nhớt, độ bền oxy hoá…) bằng cách hạn chế nhiệt độ (3200 - 4200C) chưng cất. Nếu nhiệt độ sôi cao hơn nhiệt độ phân huỷ chúng ta dùng chưng cất chân không hay chưng cất hơi nước. Hơi nước làm giảm áp suất hơi riêng phần làm chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn. 2.3 Đĩa chưng cất (Tray) Trong công nghệ dầu khí, để chưng cất những lượng khổng lồ (hàng 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) 21 http://www.ebook.edu.vn
- 22.
- 23. 23 http://www.ebook.edu.vn
- 24. 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: 24 http://www.ebook.edu.vn
- 25. Đối với chưng cất dầu thô, dòng trích ngang luôn có lẫn sản phẩm đỉnh. Để loại bỏ các cấu tử nhẹ này, người ta thực hiện quá trình tái hoá hơi riêng phần các phần nhẹ. Quá trình này gọi là quá trình stripping. Quá trình này được thực hiện trong những cột nhỏ từ 4-10 đĩa, đặt bên cạnh tháp chưng cất khí quyển và thường dùng hơi nước trực tiếp. Ngoài ra có thể stripping bằng nhiệt (phân đoạn Kerozen). 2.5 Sự hồi lưu (Relux) Nhằm tạo ra dòng lỏng có nhiệt độ thấp đi từ đỉnh tháp xuống đáy tháp để trao đổi nhiệt với dòng hơi. Từ đó làm cho quá trình trao đổi chất tách phân đoạn được triệt để và thu được chất lượng distillat mong muốn. Tỉ lệ dòng hoàn lưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố kinh tế là bài toán quyết định. Khi tỉ lệ hoàn lưu tăng, số mâm giảm nhưng đường kính tháp tăng lên. Chủ yếu có 3 dạng sau: − Hồi lưu nóng: Sử dụng dòng hồi lưu ở trạng thái lỏng sôi. − Hồi lưu lạnh: Nhiệt độ dòng hồi lưu ở dưới điểm lỏng-sôi. 25 http://www.ebook.edu.vn
- 26. vòng: Lấy các sản phẩm ở các mâm dưới hồi lưu lên các mâm trên sau khi đã làm lạnh. 3. Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển Chưng cất dầu và sản phẩm dầu với mục đích tách dầu thô thành các phân đoạn, được thực hiện bằng phương pháp sôi dần hoặc sôi nhiều lần. Chưng cất bay hơi nhiều lần gồm hai hay nhiều quá trình bay hơi một lần. Trong chưng cất sôi dần hơi tạo thành thoát ra khỏi thiết bị chưng cất ngay lập tức, ngưng tụ trong thiết bị làm lạnh - ngưng tụ và được thu hồi dưới dạng distillat. Ngược lại, trong sôi một lần hơi tạo thành trong quá trình nung nóng không thoát ra khỏi thiết bị cất cho đến khi đạt đến nhiệt độ nào đó, khi đó có một lượng pha hơi tách ra chất lỏng. Nhưng cả hai phương pháp chưng cất này đều không thể phân tách dầu và sản phẩm dầu thành các phân đoạn hẹp vì có một lượng thành phần có nhiệt sôi cao rơi vào ohần cất (distillat) và một phần phân đoạn nhiệt độ sôi thấp ở lại trong pha lỏng. Do đó phải tiến hành ngưng tụ hồi lưu hoặc tinh cất. Với quá trình này, dầu và sản phẩm dầu được nung nóng trong bình cầu. Hơi tạo thành khi chưng cất hầu như không chứa thành phần sôi cao, được làm lạnh trong thiết bị ngưng tụ hồi lưu và chuyển sang thể lỏng - phần hồi lưu. Chất hồi lưu chảy xuống dưới, lại gặp hơi tạo thành. Nhờ trao đổi nhiệt thành phần sôi thấp của phần hồi lưu hóa hơi, còn phần có nhiệt độ sôi cao trong hơi sẽ ngưng tụ. Trong quá trình tiếp xúc này sự phân tách sẽ tốt hơn. Tinh cất là sự tiếp xúc giữa dòng hơi bay lên và dòng lỏng chảy xuống - phần hồi lưu. Để tinh cất tốt phải tạo điều kiện tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng. Sự tiếp xúc này thực hiện được nhờ vào thiết bị tiếp xúc phân bố trong tháp (đệm, mâm..). Mức phân tách của các thành phần phụ thuộc nhiều vào số bậc tiếp xúc và lượng hồi lưu chảy xuống gặp hơi. 26 http://www.ebook.edu.vn
- 27. tắc chưng cất dầu ở áp suất khí quyển. 1- Lò nung dạng ống, 2- tháp chưng cất, 3- thiết bị làm lạnh, 4- bộ trao đổi nhiệt. I- Dầu thô; II- sản phẩm trên (xăng); III- Kerosel; IV- dầu diesel; V- cặn chưng cất khí quyển (mazut); VI- hồi lưu; VII- chất cấp nhiệt ( hơi nước). Hình trên là sơ đồ nguyên tắc cụm chưng cất dầu ở áp suất khí quyển. Dầu thô được bơm vào bộ trao đổi nhiệt 4, trong đó nó được gia nhiệt, sau đó đưa vào lò nung (1) và dầu được nung nóng đến nhiệt độ cần thiết và được dẫn vào khoang bay hơi (vùng cấp) của tháp chưng cất (2). Trong quá trình nung nóng, một phần dầu chuyển sang pha hơi. Dầu ở thể hai pha lỏng - hơi được đưa vào tháp cất, trong đó do giảm áp một phần hơi nước được tạo thành, pha hơi tách ra khỏi pha lỏng và bay lên trên dọc theo tháp, còn pha lỏng chảy xuống dưới. Trong tháp chưng cất có các mâm chưng cất, trên đó có sự tiếp xúc giữa pha hơi bay từ dưới lên và pha lỏng chảy từ trên xuống. Để cất phần lỏng của nguyên liệu ở dưới tháp người ta đưa nhiệt vào mâm cuối cùng. Nhờ đó phần nhẹ của sản phẩm đáy chuyển sang pha hơi và do đó tạo hồi lưu hơi. Hơi hồi 27 http://www.ebook.edu.vn
- 28. lên từ mâm cuối cùng và tiếp xúc với pha lỏng chảy xuống và khiến cho pha lỏng giàu các chất có nhiệt độ sôi cao. 3.1 Chưng cất dầu có tác nhân bay hơi Một trong những phương pháp tăng hàm lượng các chất có nhiệt độ sôi cao trong cặn chưng cất là đưa vào phần dưới của tháp chưng cất tác nhân bay hơi. Tác nhân bay hơi được ứng dụng là hơi nước, khí trơ (nitơ, khí cacbonic, khí dầu), hơi xăng, ligroin hoặc kerosel. Tác nhân bay hơi được sử dụng rộng rãi nhất là hơi nước. Khi có hơi nước trong tháp chưng cất, áp suất riêng phần của hydrocarbon giảm và dẫn tới nhiệt độ sôi giảm. Nhờ đó, hydrocarbon có nhiệt độ sôi thấp nhất còn lại trong pha lỏng sau khi cất một lần sẽ chuyển sang pha hơi và bay lên. Hơi nước chuyển động dọc theo tháp chưng cất và bay ra cùng sản phẩm đỉnh, làm giảm nhiệt độ trong tháp xuống 10 ÷ 20 oC. Nên sử dụng hơi quá nhiệt và đưa nó vào tháp với nhiệt độ bằng nhiệt độ của nguyên liệu nạp vào tháp hoặc cao hơn đôi chút. Thường hơi nước sau khi qua máy bơm hơi và turbin có áp suất tăng đến 2 ÷ 3 atm, được nung nóng trong ống ruột gà của lò nung dạng ống và nạp vào tháp với nhiệt độ 350 ÷ 450oC. 3.2 Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất khí quyển Trong sơ đồ chưng cất khí quyển, dầu đã loại nước và loại muối trong cụm EDS được bơm vào mâm số 16 của tháp bay hơi K-1 bằng hai dòng. Từ đỉnh tháp K-1 sản phẩm đỉnh trong pha hơi được dẫn vào thiết bị ngưng tụ bằng không khí T-5, sau đó vào thiết bị làm lạnh bằng nước T-5a và được làm lạnh đến 45oC, rồi đi vào bể chứa E-1. Nước tách từ bể E-1 được dẫn vào kênh thải. Xăng từ bể E-1 được bơm vào tháp K-1 bằng máy bơm H-5 làm dòng hồi lưu, xăng còn lại chảy vào bể E-12. Chế độ nhiệt ở dưới tháp K-1 được duy trì nhờ “dòng nóng”, là phần dầu thô đã loại xăng của tháp K-1 được bơm vào lò nung L-1 bằng 6 dòng nhờ máy bơm H-7. Tất cả các dòng dầu từ lò L-1 nhập lại và được bơm trở lại đáy tháp K-1 bằng 2 dòng. 28 http://www.ebook.edu.vn
- 29. nghệ cụm chưng cất khí quyển K-1- Tháp bay hơi trước; K-2- Tháp chưng cất khí quyển chính; K-6, K-7, K-9- Tháp bay hơi; E-1, E-12, E-3- bể hồi lưu; T-5, T-7, T-22, T- 23- thiết bị ngưng tụ bằng không khí; T-2, T-33, T-17, T-19, T-11- thiết bị trao đổi nhiệt “dầu thô- sản phẩm”; T-5a, T-7a, T-22a, T-20- Thiết bị làm lạnh; L-1 - lò nung dạng ống; H-3, H-21- Máy bơm.. 29 http://www.ebook.edu.vn
- 30. của tháp K-1 là dầu loại xăng được lấy ra bằng máy bơm H- 3 và được nung nóng tiếp trong lò L-1 và từ đây được đưa vào tháp chưng cất chính K-2 dưới mâm thứ 38. Để tăng thu hồi sản phẩm sáng từ mazut người ta bơm hơi nước quá nhiệt vào phía dưới tháp K-2. Từ đỉnh tháp K-2 hơi xăng và hơi nước được dẫn vào thiết bị ngưng tụ bằng không khí T-7, trong đó chúng được ngưng tụ và làm lạnh đến 80oC, sau đó đi vào thiết bị làm lạnh bằng nước T-7a. Phần ngưng (nhiệt độ 45oC) được đưa vào bể chứa E-3, trong đó nước được tách ra khỏi xăng (nước thải ra hệ thống thải). Xăng từ bể chứa E-3 được bơm bằng máy bơm H-4 vào trên tháp K-2 để điều chỉnh nhiệt độ trên tháp, phần xăng dư qua van điều chỉnh lưu lượng theo mức chất lỏng trong bể E-3 vào bể chứa E-12 . Để lấy nhiệt trong tháp K2 sử dụng 2 dòng hồi lưu: dòng thứ nhất vào dưới cửa trích phân đoạn 220 ÷ 280oC, dòng thứ hai - vào dưới cửa trích phân đoạn 280 ÷ 350oC. Phần hồi lưu thứ nhất được lấy ra từ mâm thứ 12 của tháp K-2 bằng bơm H-22 và qua thiết bị điều chỉnh lưu lượng rồi bơm vào trao đổi nhiệt T-2, thiết bị làm lạnh T-19 và với nhiệt độ 65 ÷ 70oC quay trở lại mâm 11 của tháp K-2, từ mâm thứ 10 phân đoạn 180 ÷ 220oC được bơm lên mâm trên của tháp K-6. Hơi nước quá nhiệt được đưa vào đáy tháp bay hơi K-6. Trong tháp K-6 diễn ra sự bay hơi của phân đoạn xăng, hơi này quay trở lại mâm thứ 9 của tháp K-2. Từ đáy tháp K-6 phân đoạn 180 ÷ 220oC được máy bơm H-18 bơm qua hệ thống trao đổi nhiệt và làm lạnh (T-22, T-22a) vào hệ thống làm sạch. Phân đoạn 220 ÷ 280oC từ đáy tháp bay hơi K-7 nhờ máy bơm H-19 được bơm qua thiết bị làm lạnh bằng không khí T-23, bằng nước T-20, qua bộ điều chỉnh lưu lượng và đi vào ống dẫn của nhiên liệu diesel. Từ mâm thứ 30 hoặc 32 của tháp K-2 phân đoạn nhiên liệu diesel (280 ÷ 350oC) được lấy ra và đưa qua tháp bay hơi K-9. Dưới tháp K-9 hơi nước quá nhiệt cũng được đưa vào. Phân đoạn bay hơi của tháp K-9 quay lại mâm thứ 24 của tháp K-2. Từ đáy tháp K-9 phân đoạn 280 ÷ 350oC được máy bơm H-20 bơm qua hệ thống trao đổi nhiệt T-11 để nung nóng phân đoạn xăng trước tháp ổn định K- 8 và được đưa vào ống dẫn chung của nhiên liệu diesel. Mazut từ đáy tháp K- 2 được máy bơm H-21 bơm sang cụm chưng cất chân không. 30 http://www.ebook.edu.vn
- 31. công nghệ Dưới đây là chế độ công nghệ đặc trưng của cụm chưng cất khí quyển: Tháp K-1 Ngưỡng cho phép Lưu lượng nguyên liệu, m3/h ≤1.250 Nhiệt độ, oC - Dầu thô vào tháp ≥ 200 - Dòng hồi lưu ≤ 340 - Đỉnh tháp theo chất lượng của phân đoạn sôi đầu - 85oC - Đáy tháp ≤ 240oC Áp suất tháp (trên), atm ≤ 6,0 Chi phí hơi, m3/h 90 Tháp K-2 Nhiệt độ, oC - Nguyên liệu vào tháp ≥ 360 - Dòng hồi lưu: + thứ I tại cửa ra khỏi tháp 170 + thứ II tại cửa ra khỏi tháp 260 + thứ I tại cửa vào tháp 70 + thứ II tại cửa vào tháp 80 Lò nung Nhiệt độ, oC - tại cửa ra khỏi lò ≤ 800 - khí khói trên vách ngăn ≤ 800 - Đỉnh tháp theo chất lượng của phân đoạn sôi đầu - 85oC - Đáy tháp ≤ 240oC Áp suất tháp ( trên), atm ≤ 6,0 31 http://www.ebook.edu.vn
- 32. dầu thô ở áp suất chân không Chưng cất dầu trong công nghiệp hoạt động liên tục ở nhiệt độ không quá 370oC - nhiệt độ hydrocarbon bắt đầu phân hủy - cracking. Từ dầu thô nhận được các sản phẩm sáng như xăng, dầu hỏa, diesel. Sau khi chưng cất khí quyển (AR) cặn mazut được đưa sang cụm chưng cất chân không (VR) trong liên hợp chưng cất khí quyển - chân không (AVR). Nhờ chưng cất chân không nhận được thêm các phân đoạn dầu nhờn và cặn gudron. Sau khi chưng cất dầu dưới áp suất khí quyển ở nhiệt độ 350 ÷ 370oC, để chưng cất tiếp cặn còn lại cần chọn điều kiện để loại trừ khả năng cracking và tạo điều kiện thu được nhiều phần cất nhất. Phụ thuộc vào nguyên liệu từ cặn chưng cất khí quyển (mazut) có thể thu được distilat dầu nhờn cho cụm sản xuất dầu nhờn, hoặc gasoil chân không - là nguyên liệu cho cracking xúc tác. Phương pháp phổ biến nhất để tách các phân đoạn ra khỏi mazut là chưng cất trong chân không. Chân không hạ nhiệt độ sôi của hydrocarbon và cho phép lấy được distilat có nhiệt độ sôi 500oC ở nhiệt độ 410 ÷ 420oC. Tất nhiên khi gia nhiệt cặn dầu đến 420oC thì sẽ diễn ra cracking một số hydrocarbon, nhưng nếu distilat nhận được sau đó được chế biến thứ cấp thì sự hiện diện của các hydrocarbon không no không có ảnh hưởng đáng kể. Để điều chế distilat dầu nhờn thì phân hủy cặn phải ít nhất bằng cách tăng hơi nước, giảm chênh lệch áp suất trong tháp chân không. Nhiệt độ sôi của hydrocarbon giảm mạnh nhất khi áp suất dư thấp hơn 50 mmHg. Do đó cần ứng dụng chân không sâu nhất mà phương pháp cho phép. Ngoài ra, để tăng hiệu suất distilat từ mazut đưa vào tháp chân không hơi nước quá nhiệt hoặc chưng cất cặn chân không (gudron) với tác nhân bay hơi (phân đoạn ligroin- kerosen). Chân không tạo thành nhờ thiết bị ngưng tụ khí áp hoặc máy bơm chân không (bơm piston, bơm rotary, bơm phun hoặc bơm tia) mắc nối tiếp với nhau. 4.1 Hệ thiết bị ngưng tụ khí áp - bơm phun. 32 http://www.ebook.edu.vn
- 33. nghệ tạo chân không bằng hệ thiết bị ngưng tụ khí áp- bơm phun. 1. Tháp chân không; 2. Thiết bị ngưng tụ 3. Bể chứa chân không; 4. Bơm phun hơi tạo chân không; 5. Bể lắng; 6. Hộp khí áp; 7. Máy bơm. I- Nước lạnh; II- hơi từ bơm phun; III- sản phẩm dầu. Trong hệ này hơi thoát ra từ đỉnh tháp chân không, ngưng tụ ngay lập tức trong thiết bị ngưng tụ khí áp và sau đó được hút bằng máy bơm chân không (thường bơm phun hơi). Áp suất dư trong thiết bị ngưng tụ khí áp phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, nhưng không thấp hơn áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độ nào đó. Nước từ thiết bị ngưng tụ khí áp bị nhiễm sản phẩm dầu và hợp chất lưu huỳnh (thường 5,5% so với mazut). Vì vậy để giảm dòng nước nhiễm bẩn trong nhà máy nước thải được sử dụng lại. Tuy nhiên, khi đó nhiệt độ nước đổ vào thiết bị ngưng tụ khí áp sẽ tăng đôi chút và phải trang bị thêm phụ kiện cho hệ cấp nước. Trong sơ đồ tạo chân không bằng hệ thiết bị ngưng tụ khí áp - bơm phun. Sản phẩm dầu ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ không hòa loãng bằng nước lạnh, nhờ đó nó dễ dàng tách ra khỏi condensat, được thu gom vào bể lắng và giếng khí áp. 4.2 Hệ bơm phun - thiết bị ngưng tụ khí áp. Trong sơ đồ này hơi từ trên tháp chân không đưa trực tiếp vào bơm phun, còn độ sâu của chân không không phụ thuộc vào nhiệt độ của nước thoát ra từ thiết bị ngưng tụ khí áp. Nhờ đó có thể tạo chân không sâu hơn (áp suất dư đạt 5 ÷ 10 mmHg). Độ sâu chân không phụ thuộc vào đối áp tại cửa ra của bơm phun, vì vậy để tạo chân không sâu cần mắc nối tiếp vài bơm phun. 33 http://www.ebook.edu.vn
- 34. chân không sâu. 1-Tháp chân không; 2- thiết bị ngưng tụ; 3- bơm chân không; 4- bơm phun (ejecter) I- Mazut; II- gasoin nặng; III- Gudron; IV- hồi lưu; V- khí không ngưng tụ ; VI- hơi ; VII- phần ngưng tụ ; VIII- nước 4.3 Đặc điểm chưng cất trong tháp chân không Đặc điểm chưng cất trong tháp chân không tương tự như trong tháp chưng cất khí quyển. Tuy nhiên nó cũng có một số đặc điểm riêng liên quan với áp suất dư trong tháp thấp, điều kiện nung nóng nhiên liệu có thành phần phân đoạn nặng. Trong tháp chân không cần tạo điều kiện để cất được nhiều nhất và phân hủy ít nhất. Để làm được điều này cần sử dụng thiết bị tạo chân không để có được áp suất chân không thấp nhất trong hệ. Để giảm thời gian lưu của mazut trong lò nung và giảm trở lực nên sử dụng lò nung hai chiều, đưa hơi nước vào ống xoắn của lò, giảm thiểu khoảng cách giữa cửa nhập liệu vào tháp và cửa ra khỏi lò nung, tăng đường kính ống dẫn nguyên liệu, giảm thiểu các chỗ uốn góc, dạng chữ S. Cấu tạo của tháp chân không khác với tháp chưng cất khí quyển nhằm giảm thời gian lưu của cặn trong tháp để tránh phân hủy nó dưới tác dụng của nhiệt độ cao. Do lưu lượng các dòng hơi trong tháp chân không lớn, nên đường kính của các tháp này lớn hơn nhiều so với tháp cất khí quyển (8 ÷ 12 m). Do sự phân bố của chất lỏng và bọt sủi không đồng nhất nên hiệu quả của mâm không cao. Để phân bố chất lỏng đồng đều trên các mâm nên sử dụng cấu trúc mâm đặc biệt (mâm lưới, van (xupap) và sàng). 4.4 Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất chân không 34 http://www.ebook.edu.vn
- 35. tắc cụm chưng cất chân không K-10- Tháp chân không; T-35- tháp ngưng tụ; T-1, T-3, T-4, T-16, T-18, T-25, T-34- thiết bị trao đổi nhiệt ; T-25a- thiết bị ngưng 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. 35 http://www.ebook.edu.vn
- 36. tắc cụm chưng cất chân không trình bày trong hình 16. Mazut từ dưới tháp K-2 được máy bơm H-21 (không vẽ trong sơ đồ) bơm vào ống xoắn của lò nung L-3 và sau khi nung nóng đến 400 ÷ 410oC được dẫn vào tháp chưng cất chân không K-10. Để giảm sự phân hủy của mazut khi nung nóng ở nhiệt độ cao và tạo cốc trong các ống lò nung và tăng phần cất, thêm hơi nước quá nhiệt vào từng dòng chảy qua lò nung tại cửa vào tháp K- 1. Ở đỉnh tháp chưng cất chân không K-10 giữ áp suất không quá 50 mmHg. Khí sinh ra khi phân hủy mazut cùng hơi nước được dẫn sang thiết bị ngưng tụ T-35, trong đó hơi nước ngưng tụ, còn khí được hút bằng máy bơm chân không - phun ba cấp H-1. Phần ngưng tụ từ T-35 được đưa vào bể chứa E-22, từ đó vào bể chứa B, nước từ đó được thải ra còn sản phẩn dầu tích tụ trong bể lắng được máy bơm H-40 bơm vào cửa nạp của máy bơm nguyên liệu. Từ mâm 15 của tháp chân không K-10 dòng hồi lưu trên được máy bơm H-24 hút ra và bơm qua các thiết bị trao đổi nhiệt T-25, thiết bị ngưng tụ bằng không khí T-25a, máy lạnh T-28 và với nhiệt độ 50oC được đưa trở lại mâm 18 của tháp K-10. Phân đoạn có nhiệt độ sôi dưới 350oC dư được máy bơm H-24 bơm vào tháp K-2 hoặc vào đường ống nhiên liệu diesel. Cũng có thể đưa dòng hồi lưu nóng vào mâm 14 nhờ máy bơm H-24. Từ mâm 9 trích phân đoạn 350 ÷ 500oC ra dưới dạng sản phẩm trung gian, sau đó nó được máy bơm H-25 bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt T-16 (dòng nóng), sau đó lượng phân đoạn 350 ÷ 500oC cần thiết quay trở lại tháp như dòng hồi lưu sau khi đã qua máy làm lạnh T- 30, phần dư qua thiết bị trao đổi nhiệt T-1 và lấy ra ngoài. Từ mâm thứ 9 của tháp K-10 dòng hồi lưu dưới được máy bơm H-26 bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt T-18 và thiết bị làm lạnh T-31, trong đó nó được làm lạnh đến 170oC và trở về mâm số 6, còn phần dư quay trở lại tháp chưng cất khí quyển K-2. Từ bơm H-25 và H-26 hai dòng nóng trở lại tương ứng tại mâm thứ 8 và thứ 4. Từ đáy tháp K-10 gudron (nhựa đường) được máy bơm H-27 bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt T-4, T-3, T-34, máy lạnh T-24 và với nhiệt độ không quá 100oC được đưa vào bể chứa. 36 http://www.ebook.edu.vn
- 37. công nghệ Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất chân không được thiết kế với mục đích nhận được phân đoạn 350÷500oC (nguyên liệu cho cracking xúc tác) và nhựa đường (gudron). Tháp chân không được trang bị mâm van. Tất cả các mâm đều dạng hai dòng. Tổng số mâm là 18.Trên mâm nạp liệu và dưới mâm suất dòng hồi lưu giữa có lắp đặt lưới chặn. Dưới đây là chế độ công nghệ của cụm chân không: Chế độ Ngưỡng tối ưu cho phép Nhiệt độ, oC - Mazut tại cửa ra lò L-3 400 ≤ 420 - Vách ngăn lò L-3 700 ≤ 450 - Đỉnh tháp K-10 90 ≤ 100 - Đáy tháp 345 ≤ 350 - Hơi quá nhiệt 420 ≤ 440 Áp suất dư trong tháp K-10, mm Hg 60 ≥ 50 Áp suất hơi vào máy phun chân không, atm 11,0 ≥ 10,0 37 http://www.ebook.edu.vn
- 38. QUÁ TRÌNH CRACKING NHIỆT 1. Giới thiệu Trong công nghiệp chế biến dầu khí, các quá trình chế biến thuần túy bởi nhiệt đã được áp dụng từ lâu nhằm chế biến các phân đoạn dầu khác nhau thành các sản phẩm lỏng (xăng, FO), khí và cốc. Các sản phẩm khí có chứa nhiều olefin rất thích hợp cho công nghệ tổng hợp hoá dầu và hoá học. Dựa vào nguyên liệu, sản phẩm cần thu và điều kiện chính của quá trình (nhiệt độ, áp suất), người ta chia các quá trình chế biến nhiệt thành các quá trình cracking nhiệt, cốc hóa, vibreaking, còn quá trình pyrolise (còn gọi là quá trình cracking hơi). Cracking nhiệt là quá trình phân hủy dưới tác dụng của nhiệt, thực hiện ở điều kiện nhiệt độ khoảng 470 đến 5400C, áp suất 20 đến 70 at. Đây là một quá trình có thể sử dụng nguyên liệu từ phần gasoil đến cặn nặng của dầu, phổ biến hay sử dụng là cặn mazut. Sản phẩm thu được bao gồm khí chứa nhiều olefin và xăng. Mục đích của quá trình là sử dụng nhiệt nhằm chuyển hoá các phân đoạn nặng thành sản phẩm lỏng có giá trị kinh tế cao (xăng, khí, cốc) nhằm thu hồi xăng từ phần nặng, thu một số olefin sử dụng trong công nghiệp tổng hợp hóa dầu. Nguyên Nhiệt độ , Áp suất, Quá trình Sản phẩm chính 0 liệu C kg/cm3 Cracking hơi Etan Axetylen 1000 -1400 0,2 - 0,5 Cracking hơi Etan Etylen 800 - 850 0,2 - 2 Cracking hơi Propan - Etylen - propan 770 -800 0,2 - 2 butan Cracking hơi Xăng nhẹ Etylen -propylen 720 -770 0,5 - 2 Cracking hơi Gasoil nhẹ Etylen - propylen 720 -750 0,5 - 2 Cracking nhiệt Gasoil nhẹ Xăng 469 - 510 20 - 70 Cốc hoá Cặn nặng Cốc 480 - 530 1 - 10 Vibreking Cặn nặng Giảm tốc nhớt 440 - 480 20 - 70 38 http://www.ebook.edu.vn
- 39. lý thuyết của quá trình Cracking nhiệt 2.1 Sự biến đổi parafin CnH2n+2 → CmH2m + CpH2p+2 Khi n ≤ 4 thì liên kết C - C bền hơn C - H → xảy ra hiện tượng đứt liên kết C - H tạo H2 − Nhiệt độ cao, áp thấp → nhiều sản phẩm khí. − Nhiệt độ vừa phải (450 - 5300C), áp suất cao → đứt giữa mạch → nhiều sản phẩm lỏng. Cơ chế: Theo Rice nó xảy ra theo cơ chế gốc tự do: - Tạo gốc tự do: R −R t →R +R * * l l - Phát triển chuỗi: RH + H * → H 2 + R * R H + R * → RH + R * 1 1 - Dừng phản ứng : * R + H → RH * * * R +R →R −R 1 2H+ 2 1 2 →H2 Ví dụ: t0 cao • • R − CH 2 − CH 2 − CH 2 − CH 3 → R − CH 2 − CH 2 + C H 2 − CH 3 • • R − CH 2 − CH 2 → R + CH 2 = CH 2 • • C H 2 − CH 3 → H + CH 2 = CH 2 CH − CH • • − CH → CH + CH = CH CH 3 • 3 2 2 3 2 2 + R − CH 2 − CH 2 − CH 2 − CH 3 → CH 4 + R − CH 2 − CH 2 − C • H − CH 3 R − CH 2 − CH 2 − C • H − CH 3 → R − CH 2 • + CH 2 = CH − CH 3 Như vậy, cracking nhiệt tạo ra một lượng lớn etylen, sản phẩm thu được ít nhánh, không nhiều phản ứng đồng phân hóa, khó thu được sản phẩm vòng, vì vậy mà xăng thu được từ quá trình cracking nhiệt có trị số octan thấp. 2.2 Biến đổi của olefin. Nhiệt độ thấp, áp suất cao → olefin dễ trùng hợp. Nhiệt độ tăng → phản ứng phân huỷ tăng. Ngoài ra, olefin còn tham gia phản ứng ngưng tụ, ankyl hoá với naphten tạo thành nhựa và cốc. 39 http://www.ebook.edu.vn
- 40. của naphten. Ưu tiên xảy ra các phản ứng sau: - Khử nhánh ankyl - Khử hydro → olefin vòng → Aromatic - Phân huỷ naphten đa vòng → đơn vòng. - Khử naphten đơn vòng → parafin + olefin / diolefin. ⇒ Tạo nhiều sản phẩm lỏng và “no” hơn so với nguyên liệu và parafin. 2.4 Biến đổi của hydrocacbon thơm. Ở nhiệt độ cao, theo quy luật sau. - Khử nhánh ankyl. - Ngưng tụ vòng → cốc (cacboit) Tác hại của cốc : + Giảm tốc độ truyền nhiệt. + Giảm năng suất bơm. + Tăng chi phí vận hành. 3. Quá trình Cracking nhiệt Có 2 vấn đề cần lưu tâm: Ngăn ngừa sự tạo thành cốc trong ống phản ứng hay thiết bị trao đổi nhiệt và đảm bảo hiệu quả sử dụng cao các thiết bị trong dây chuyền. 3.1 Nguyên liệu Có thể sử dụng phân đoạn mazut của AD, gasoil nặng của FCC hay cặn nặng của quá trình làm sạch (DAO). 3.2 Sản phẩm Xăng cracking nhiệt: có thành phần khác với xăng chưng cất trực tiếp Thành phần của một số loại xăng (% trọng lượng) Loại xăng Olefin Aren Naphten Parafin Xăng chưng cất trực tiếp 12 26 62 Xăng cracking nhiệt từ mazut 25 - 35 12-17 5-8 40 - 45 Xăng cracking nhiệt từ gasoil 40 - 45 18 - 20 15 - 20 20 - 25 Xăng reforming nhiệt 19 - 20 14 - 16 27 - 32 33 - 37 40 http://www.ebook.edu.vn
- 41. có thể thấy rằng, trong xăng chưng cất trực tiếp, hàm lượng parafin là chủ yếu, còn trong xăng cracking nhiệt có nhiều olefin, trong đó olefin có một nối đôi hoặc aren có nhánh olefin (styren) chiếm đa phần. Do vậy, xăng cracking nhiệt có trị số octan cao hơn so với xăng chưng cất trực tiếp. Xăng cracking thường chứa các thành phần (tính theo % khối lượng): từ 45 -50% parafin, 5 - 10% naphten, 10 -15% benzen và các hydrocacbon không no chiếm từ 25 - 40%. Điều này giải thích tại sao xăng cracking có chỉ số octan cao: MON= 68 - 72 cao hơn xăng của quá trình chưng cất ban đầu (MON = 40 - 45). Vì xăng cracking nhiệt chứa nhiều olefin nên độ bền kém, dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, các phân tử olefin dễ bị ngưng tụ, polyme hóa, trùng hợp hóa tạo nhựa dẫn đến cháy không hoàn toàn trong xylanh. Xăng chứa nhiều olefin dễ bị biến đổi thành màu sẫm. Bởi vì sự có mặt của các hợp chất hydrocacbon không no làm tăng chỉ số octan nhưng cũng vì vậy mà chất lượng sản phẩm không tốt do không ổn định dễ bị chuyển hóa (oxi hóa) bởi oxi không khí (khi tồn trữ). Vì vậy, sản phẩm thường được cho thêm chất ức chế. Ngoài ra, chất ức chế còn được cho vào hỗn hợp giữa xăng cracking nhiệt và các nguồn xăng khác để tăng khả năng ổn định cũng như thời gian tồn trữ. Chất ức chế thường dùng: một vài phân đoạn của nhựa (resin) và n- oxidiphenylamin.Tuy nhiên loại xăng này cũng có ưu điểm là dễ khởi động máy. Hàm lượng lưu huỳnh trong xăng cracking nhiệt dao động trong khoảng 0,5 đến 1,2% (cao gấp 5 lần cho phép đối với xăng ôtô). Nói chung xăng cracking nhiệt chưa đảm bảo chất lượng sử dụng cho động cơ xăng; thường phải xử lý làm sạch bằng hydro hoặc cho qua reforming xúc tác để nhận được xăng có độ ổn định và trị số octan cao. Sản phẩm khí chứa nhiều hydrocacbon olefin và có thể còn có H2S, sẽ được dẫn vào khối phân tách khí để tách riêng hydrocacbon parafin và olefin dùng thích hợp cho các mục đích khác nhau, như làm nguyên liệu cho tổng hợp hay làm nhiên liệu. Khí cracking: Còn chứa một lượng lớn những hợp chất không no chủ yếu, cặn của quá trình cracking nhiệt còn được sử dụng làm nhiên liệu đốt lò. Thành phần của nó có thể điều khiển bởi sự khác nhau về điều kiện công nghệ 41 http://www.ebook.edu.vn
- 42. hành) của lò hơi. Cặn cracking còn được nhập chung với cặn gurdon và những sản phẩm khác làm nguyên liệu cho lò hơi và nguyên liệu ban đầu cho quá trình coking. Cân bằng vật chất tiêu biểu của quá trình cracking với hai lò đốt như sau: Nguyên liệu vào, % Cracking nhiệt Vibreking Phân đoạn > 350oC (dầu 100 100 Romakinski) Phân đoạn > 460oC (dầu Arlanski) 100 Phân đoạn gasoil của cracking xúc tác Sản phẩm ra, %: Khí hydrocacbon 3,5 10,7 2,3 LPG 3,6 2,3 3,0 Xăng 19,7 23,3 6,7 Kerosen - gasoil 5,3 28,5 Cặn cracking 67,9 35,5 88,0 Tổng 100 100 100 42 http://www.ebook.edu.vn
- 43. nghệ Cracking nhiệt 4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Cracking nhiệt 4.1 Nguyên liệu Nguyên liệu của cracking nhiệt phổ biến nhất là phân đoạn mazut qua chưng cất trực tiếp, phân đoạn gasoil nặng của quá trình cracking xúc tác hay cặn nặng của quá trình làm sạch. Chất lượng của nguyên liệu là một thông số quan trọng xác định chất lượng của sản phẩm. Khi điều kiện cracking không thay đổi, nếu ta dùng nguyên liệu có thành phần cất khác nhau sẽ cho kết quả khác nhau. Đồng thời hàm lượng các hydrocacbon trong nguyên liệu có ảnh hưởng đến quyết định chất lượng sản phẩm. Ảnh hưởng giới hạn nhiệt độ sôi của phân đoạn đến hiệu suất xăng khi cracking nhiệt. Giới hạn sôi Hiệu xuất xăng (%khối Nguyên liệu (oC) lượng) Phân đoạn ligroil 180 - 220 12,1 Phân đoạn karozen 220 - 270 14,9 Phân đoạn gasoil 270 - 300 15,8 Phân đoạn xola 300 - 350 18,0 43 http://www.ebook.edu.vn
- 44. nặng (giới hạn sôi cao) thì độ bền nhiệt của nguyên liệu càng kém, quá trình phân hủy xảy ra dễ hơn, dẫn đến tốc độ phân hủy nhanh, cho hiệu xuất xăng càng cao. Do vậy, nhiên liệu nặng thì phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn so với nhiên liệu nhẹ. 4.2 Nhiệt độ Nếu quá trình tiến hành ở nhiệt độ vừa phải thì quá trình phân hủy xảy ra với sự thay đổi cầu trúc rất ít. Ví dụ, nếu nguyên liệu chứa nhiều parafin, sẽ thu được sản phẩm chứa nhiều parafin, nếu nguyên liệu gasoil có chứa một lượng lớn hydrocacbon vòng thì sản phẩm thu được sẽ có nhiều naphten và aromat. Trong khoảng nhiệt độ chọn trước, sự thay đổi các thông số về nhiệt độ và thời gian phản ứng có tác dụng tương hỗ lẫn nhau. Để giữ cho độ sâu biến đổi là như nhau, khi tăng nhiệt độ cần thiết phải giảm thời gian phản ứng. Đại lượng nhiệt độ phản ứng là thông số rất quan trọng. Khi tăng nhiệt độ tốc độ phân hủy tăng lên, và ngược lại khi giảm nhiệt độ thì tốc độ phản ứng trùng hợp lại tăng lên. Giảm nhiệt độ cracking sẽ làm giảm tốc độ của các phản ứng đa tụ. Như vậy để tăng hiệu suất các sản phẩm phân hủy (khí, lỏng) và giảm hiệu suất các sản phẩm đa tụ (cặn nhựa, cốc) cần thiết phải giữ nhiệt độ phản ứng cao ứng với thời gian phản ứng thích hợp, đó là nhiệm vụ chính của quá trình cracking nhiệt. 4.3 Áp suất Áp suất xác định trạng thái pha của hệ cũng như chiều hướng và tốc độ của phản ứng. Áp suất khi cracking phân đọan gasoil nhẹ cần phải đảm bảo trạng thái lỏng của tác nhân phản ứng, bởi vì trạng thái lỏng tạo điều kiện tốt cho quá trình, không xảy ra sự quá nhiệt cục bộ, sự tạo cốc là cực tiểu còn hiệu suất xăng là cực đại. Nếu cracking cặn nặng, cần phải giữ cho hệ thống ở trạng thái pha hỗn hợp hơi - lỏng. Khi cracking xảy ra trong pha lỏng với nguyên liệu nặng như mazut, gudron thì áp suất không ảnh hưởng nhiều. Khi áp suất và nhiệt độ cùng cao, vị trí đứt mạch nghiêng về cuối mạch, điều đó dẫn đến làm tăng hiệu suất sản phẩm khí, sản phẩm lỏng giảm. 44 http://www.ebook.edu.vn
- 45. có áp suất cao thì vị trí đứt mạch C - C xảy ra ở giữa mạch, dẫn đến hiệu suất sản phẩm lỏng tăng. 4.4 Thời gian lưu Thời gian lưu của nguyên liệu trong vùng phản ứng càng lâu thì sản phẩm tạo thành dễ bị ngưng tụ, dẫn đến tạo nhựa, tạo cốc, làm giảm hiệu suất xăng và khí. Như vậy, để tăng hiệu suất sản phẩm khí, xăng, và giảm hiệu suất phản ứng trùng hợp (cặn, cốc) thì ở vùng phản ứng, nhiệt độ duy trì cao và thời gian lưu của nguyên liệu trong vùng phản ứng phải ngắn Cracking nhiệt n-C16H34 Hiệu suất phản ứng (% khối lượng) Tỷ lệ phân Nhiệt độ Độ chuyển hoá Sản phẩm (0C) (%) Sản phẩm phân hủy/ trùng hủy (xăng khí) trùng hợp hợp 375 55,2 55 44,2 1,26 400 53,5 62,2 37,8 1,65 425 50,8 72,4 27,6 2,26 Từ bảng trên ta thấy, khi nhiệt độ tăng lên, độ chuyển hoá hầu như xấp xỉ nhau, song sản phẩm phân hủy tăng, còn sản phẩm trùng hợp giảm. Vì vậy đối với mỗi dạng nguyên liệu khác nhau, ta cần nghiên cứu chọn nhiệt độ tối ưu. Thực tế lại cho thấy rằng trong các quá trình cracking nhiệt công nghiệp, sản phẩm cốc chủ yếu tạo thành và lắng đọng ở vùng nhiệt độ vừa phải chứ không phải ở vùng nhiệt độ tối đa. 5. Quá trình Cốc hóa 45 http://www.ebook.edu.vn
- 46. Delayed Coking Trong quá trình Delayed Coking, phản ứng Cracking diễn ra với thời gian rất ngắn trong thiết bị gia nhiệt đến thiết bị cốc hóa. Cốc được hình thành trong thiết cốc hóa và khi lượng cốc đạt đến mức yêu cầu thì dòng nguyên liệu sẽ được chuyển sang là thứ hai. Trong khí đó cốc sẽ được tháo ra khỏi lò cốc thứ nhất và cứ thế hai lò cốc hóa sẽ hoạt động liện tục thay phiên nhau. 46 http://www.ebook.edu.vn
- 47. nghệ Delayed Coking Lò cốc hóa hoạt động ở áp suất từ 25 - 30 psi và nhiệt độ từ 480 - 500oC. Lượng hơi hình thành trong thiết bị cốc hóa được dẫn sang thiết bị phân tách và phân chia thành các sản phầm như khí, naphta, kerozen và gasoil. Sản phẩm của quá trình Delayed Coking rất khác nhau tùy thuộc vào nhập liệu ban đầu. Nhập liệu và sản phẩm của quá trình delayed coking được trình bày trong bảng sau: 47 http://www.ebook.edu.vn
- 48. Fluid-Coking và Flexi-Coking Trong quá trình Fuid Coking, một phần cốc sinh ra được sử dụng là chất gia nhiệt cho quá trình. Phản ứng Cracking xảy ra bên trong thiết bị gia nhiệt và bình phản ứng. Một phần cốc được hình thành trong thiết bị gia nhiệt, với nhiệt độ cao nó được tuần hoàn lại bình phản ứng và cung cấp nhiệt cho phản ứng cracking. Quá trình phản ứng diễn ra ở khoảng nhiệt độ 520oC và sản phẩm cốc được hình thành ngay lập tức. Sản phẩm cốc tạo thành đáp ứng được các yêu cầu của thị trường về cốc dầu mỏ, tuy nhiên hàm lượng lưu huỳnh và kim loại cao. 48 http://www.ebook.edu.vn
- 49. Vis-Breaking Quá trình Vis-Breaking là quá trình cracking các phân tử mạch dài thành các phân tử mạch ngắn hơn nhằm làm giảm nhớt và điểm đông đặc của sản phẩm. Trong quá trình này, nguyên liệu là dầu nhiên liệu có độ nhớt và điểm đông đặt cao vì thế nó không thể vận chuyển và gây khó khăn cho quá trình sử dụng. Quá trình Vis-Breaking thường bẻ rảy các phân tử ở giữa mạch và xảy ra ở khoảng 450oC trong khoảng thời gian rất ngắn. Các phân tử parafin mạch dài sẽ bị bả rảy thành các phân tử có mạch ngắn hơn, phản ứng dealkyl sẽ giúp bẻ rảy các mạch nhánh của các phân tử hydrocacbon thơm. 49 http://www.ebook.edu.vn
- 50. QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC 1. Giới thiệu Là quá trình quan trong trong nhà máy lọc dầu để sản xuất xăng có chỉ số octan cao từ các phân đoạn nặng hơn. Đáp ứng yêu cầu chất lượng sản phẩm đề ra. 2. Cơ sở lý thuyết của quá trình 2.1 Xúc tác cho quá trình Cracking Xúc tác cho quá trình cracking tầng sôi trong công nghiệp thuộc lọai axit rắn, có thành phần khá phức tạp như sau: 50 http://www.ebook.edu.vn
- 51. tác cracking tầng sôi trong công nghiệp 2.2 Điều chế xúc tác FCC Quy trình sản xuất xúc tác FCC hiện đại được mô tả theo sơ đồ sau (Grace- Davison): Hợp phần zeolit Y: Là Alumosilicat tinh thể ngậm nước với cấu trúc kiểu Faujazit vi lỗ xốp 3 chiều đồng nhất và có kích thước cửa sổ ~ 8A0. Về thành phần hóa học của zeolít được biểu diễn bằng công thức: M2/nO.Al2O3.x SiO2.y H2O Ở đây: x > 2 và n là hóa trị của cation kim lọai M Zeolit được tạo thành từ các đơn vị cấu trúc Khi các đơn vị cấu trúc cơ bản nối với nhau theo các mặt 4 cạnh ta có lọai zeolit A, nếu nối với nhau theo các mặt 6 cạnh ta có lọai zeolit X hoặc Y có cấu trúc tương tự Zeolit Y có thể ở dạng khóang tự nhiên, nhưng hiện nay chủ yếu được tổng hợp từ oxyt silic và oxyt nhôm, đôi khi từ quá trình tinh thể hóa đất sét nung (Qui trình Engelhard). Dạng Na-Zeolit được điều chế bằng phương pháp kết tinh gel alumosilicat natri. Silicat Natri (Thu được khi xử lý oxyt silic với dung dịch xút nóng) cho tác dụng với aluminat natri (thu được khi hòa tan oxyt nhôm ngậm nước trong dung dịch hydroxyt natri)sẽ tạo thành hydrogel vô định hình. Gel này sau đó 51 http://www.ebook.edu.vn
|
