Chương 1: Công nghệ lọc dầu

Công ngh lọc dầu
TS. Nguy
ễ
n Thanh S
ơ
n
1
CÁC QUÁ TRÌNH CHUYN HÓA DI TÁC DNG CA NHIT
QUÁ TRÌNH GIM NHT CÁC PHÂN ĐON CN
Để làm tăng giá trị của các phân đon cặn, các quá trình chuyển hoá bằng nhiệt đã đợc
thay thế bằng một quá trình cracking mềm nhằm làm gim độ nhớt của các phân đon cặn nặng
để có thể sử dụng chúng làm chất đốt (có chất lợng nh sn phẩm thơng mi). Đây là quá trình
gim nhớt. Nguyên liệu của quá trình này là :
- Cặn của quá trình chng cất khí quyển vận hành  chế độ sn xuất tối đa xăng và gazole,
nhng vẫn đm bo các đặc tính về độ nhớt và độ ổn định của cặn.
- Cặn của quá trình chng cất chân không vận hành với mục đích làm gim đến mức tối đa
độ nhớt để sn xuất dầu đốt công nghiệp.
I. Cơ sở ca quá trình :
I.1. Nguyên liu :
Một cách đơn gin có thể xem cặn là một hệ keo đợc to thành từ một pha phân tán là
các mixen chứa các asphaltène và các maltène đa nhân thơm có khối lợng phân tử lớn và một
pha liên tục là các maltène khác.
Các asphaltène là các phân tử phức tp có khối lợng phân tử lớn hơn 1000, có nhiều
nhân thơm, có chứa nhiều nhánh mch thẳng, các dị nguyên tố (S,N,O) và các kim loi nặng
(Ni,V).
Các maltène có khối lợng phân tử thấp hơn asphaltène. Chúng đợc to thành từ các
phân tử hydrocacbon (HC) parafin, naphten và thơm. Chúng cũng chứa các dị nguyên tố và các
kim loi nặng nhng với hàm lợng thấp hơn.
I.2. Phn ứng bẻ gãy mch :
Trong quá trình gim nhớt, các maltène bị bẻ gãy mch to thành các phân tử nhỏ hơn,
trong khi lợng asphaltène tăng lên do phn ứng vòng hoá và ngng tụ các nhân thơm.
Các phn ứng bẻ gãy mch phân tử và cơ chế của các phn ứng này đối với các HC nhẹ
và các phân đon nhẹ (quá trình cracking hơi để sn xuất ethylène, propylène, butadiène,
benzene…) đã đợc nghiên cứu rất nhiều. Trong trng hợp các cấu tử của dầu nặng, nh hng
của nhiệt độ lên phn ứng bẻ gãy mch phân tử cha đợc biết rõ. Tuy nhiên ngi ta có thể
nhận dng một vài phn ứng sau :
Công ngh lọc dầu
TS. Nguy
ễ
n Thanh S
ơ
n
2
- Bẻ gãy liên kết C-C của các HC mch thẳng trong các paraffine (to thành oléfine) và
trong các alkylaromatique (phn ứng đề alkyl hoá). Đây là các phn ứng sơ cấp.
- Oligome hoá và vòng hoá to thành các naphtène từ các hợp chất oléfine to thành từ
phn ứng sơ cấp.
- Ngng tụ các phân tử mch vòng to thành polyaromatique.
Ngoài ra còn có các phn ứng xy ra với các dị nguyên tố trong asphaltène :
- to H
2
S, thiophène, mercaptan
- to phenol
I.3.Cơ chế và đng học các phn ứng :
Các phn ứng bẻ gãy mch phân tử nêu trên là các phn ứng dây chuyền xy ra theo cơ
chế gốc. Trên quan điểm động học phn ứng, ngi ta có thể diễn t vận tốc các phn ứng theo
phơng trình bậc một nh sau :
()
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−−==
RT
E
xk
dt
dx
V exp1 hay
x
tk
−
=
1
1
ln'
với x là phần khối lợng nguyên liệu đã bị chuyển hoá.
Năng lợng hot hoá (E) thay đổi theo bn chất và thành phần của nguyên liệu.

Nguyên liu E (kJ/mol)
Cặn chng cất khí quyển
Cặn chng cất chân không
Cặn chng cất chân không đã tách asphalte
315
230
150

Các phn ứng to thành asphaltène và to cốc có năng lợng hot hoá từ 250 – 380
kJ/mol. Năng lợng hot hoá này càng lớn khi nhiệt độ tăng lên.

II. Các thông s ca quá trình :
II.1 Các thông s vận hành :
Công ngh lọc dầu
TS. Nguy
ễ
n Thanh S
ơ
n
3
II.1.1 Nhit đ khi ra khi lò (t
s
) :
Mặc dù các phn ứng xy ra trong vùng nhiệt độ tăng trong các ống truyền nhiệt trong lò
đốt nhng nhiệt độ sau khi ra khỏi lò vẫn đợc xem nh một thông số vận hành, nhiệt độ này
nằm trong khong 430 – 490°C tuỳ thuộc vào loi nguyên liệu và công nghệ. Nếu trong sơ đồ
công nghệ, sau lò đốt có lắp đặt một buồng làm nguội (chambre de maturation – soaker) mà
trong đó các phn ứng có thể tiếp diễn, trong trng hợp này nhiệ
t độ sau khi ra khỏi lò có thể
chọn theo độ chuyển hoá mong muốn : tăng nhiệt độ này lên 6 -7°C sẽ làm tăng độ chuyển hoá
lên 1% nhng nó bị giới hn trên do sự kết tủa các asphaltène trong cặn gim nhớt.
II.1.2 Lu lng nguyên liu :
Khi tăng lu lợng nguyên liệu sẽ làm gim thi gian lu trong thiết bị phn ứng nhng
đồng thi cũng làm biến đổi chế độ chy trong các ống truyền nhiệt và trong buồng làm nguội.
Khi lu lợng tăng lên 10%, nếu muốn giữ nguyên độ chuyển hoá có thể tăng nhiệt độ sau khi ra
khỏi lò (t
s
) lên 3°C để bù trừ hiệu ứng do tăng lu lợng.
II.1.3 Áp suất :
Trong sơ đồ công nghệ không có buồng làm nguội, áp suất chỉ cần vài bars là đủ để tránh
hiện tợng hoá hơi của nguyên liệu. Trong sơ đồ có buồng làm nguội, áp suất đợc chọn sao cho
các sn phẩm mong muốn phi  trng thái hơi và thoát nhanh khỏi vùng phn ứng, trong khi các
sn phẩm nặng làm nguội  trng thái lỏng. Trong thực tế tuỳ thuộc vào loi nguyên liệu mà
chọn áp suất phù hợp, v
ới cặn nặng (résidu court) thì áp suất vào khong 5-8 bars và cặn nhẹ
(résidu long) thì áp suất vào khong 10 – 12 bars.
II.1.4 Phun hơi nc vào trong ng cấp nhit:
Phun hơi nớc vào trong ống cấp nhiệt để ci thiện sự truyền nhiệt trong các ống. Quá
trình này sẽ làm gim độ chuyển hoá, để bù trừ độ chuyển hoá bị gim có thể tăng nhiệt độ của
lò.
II.2 Hiu suất và đc tính ca các sn phẩm:
Trong quá trình gim nhớt, ngi ta thu đợc 4 sn phẩm: phân đon khí (C
4
-
), xăng
(C
5
– 165°C), gasoil (165 – 350°C) và cặn (350°C
+
). Hiệu suất của các sn phẩm này cũng nh
đặc tính của chúng phụ thuộc vào bn chất của nguyên liệu và độ chuyển hoá thu đợc trong các
điều kiện vận hành thích hợp.


Công ngh lọc dầu
TS. Nguy
ễ
n Thanh S
ơ
n
4
Bng 1 : Hiệu suất điển hình
Chế độ vận hành Một giai đon, không hồi
lu, không làm nguội
Hai giai đon (*), có hồi
lu, không làm nguội
Loi nguyên liệu
d
4
15

V
50

Hiệu suất (% kl)
C1 – C4
Xăng (C5 – 165°C)
Gazole (165 – 350°C)
Cặn 350°C +
Độ chuyển hoá (%)
Résidu court
1,010
42,0

1,9
4,1
11,7
82,3
6,0
Résidu long
0,978
34,6

3,6
7,8
25,8
62,8
11,4
(*) Gim nhớt và cracking nhiệt DSV

Bng 2 : Hiệu suất so với độ chuyển hoá
Sn phẩm Hiệu suất/độ chuyển hoá
C
4
-

Xăng
Gazole
H
2
S
0,32
0,68
2,3
0,01 của % S trong nguyên liệu (*)
(*) Giá trị trung bình phụ thuộc vào bn chất của S trong nguyên liệu

II.2.1 Đ chuyn hoá :
Độ chuyển hóa đợc định nghĩa bằng tổng lợng khí (H
2
S, C
4
-
) và xăng so với lợng
nguyên liệu của quá trình. Ngi ta xác định giá trị này khi xem xét đến 3 yếu tố :
Công ngh lọc dầu
TS. Nguy
ễ
n Thanh S
ơ
n
5
- Bn chất và đặc tính của nguyên liệu
- Các đặc trng của quá trình (lò đốt có kèm theo buồng làm nguội hay không)
- Các sn phẩm mong muốn nhận đợc
Các yếu tố này không độc lập với nhau ; với một loi nguyên liệu đã cho, ngi ta phi
vận hành quá trình sao cho các sn phẩm thu đợc trong điều kiện tối u (lợng cốc to thành
trong lò thấp, thi gian dừng để bo dỡng phi ngắn, cặn gim nhớt phi có độ ổn định cao…).
Trong thực tế, trong các phân xng gim nh
ớt, độ chuyển hóa (phụ thuộc theo nguồn
gốc nguyên liệu) thay đổi từ 6 đến 7 %. Trong trng hợp muốn sn xuất lợng gazole cực đi,
độ chuyển hóa có thể đt đến 10 – 12%.

Loi dầu thô Độ chuyển hóa (% kl) so với nguyên liệu
Arabe nặng
Iran nặng
Koweit
Nigeria
Brent
Sarin (paraffinique)
Souedieh (asphalténique)
6,0
6,5
7,0
7,0
7,0
4,0
5,5

Hình 1 : Quan hệ giữa độ chuyển hóa và độ ổn định của sn phẩm


Công ngh lọc dầu
TS. Nguy
ễ
n Thanh S
ơ
n
6
II.2.2 Chất lng sn phẩm
- Phân đon khí (C
4
-
) chứa các khí trơ (CO, CO
2
, N
2
), H
2
S to thành từ quá trình chuyển
hóa nguyên liệu và các hydrocacbon từ C
1
đến C
4
. Hàm lợng S trong phân đon này cao
hơn trong nguyên liệu từ 2-5 lần. H
2
S phi đợc loi bỏ bằng quá trình xử lý bằng amine
trớc khi đa đi sử dụng nh LPG hay khí đốt. Phân đon HC chứa các lợng bằng nhau
các HC không no (éthylène, propylène, butènes) và các đồng đẳng bão hòa của chúng.
-
Xăng (C
5
– 165°C) là loi nhiên liệu có chất lợng thấp : chỉ số octane thấp, hàm lợng
oléfin cao (∼ 45%), hàm lợng S lớn (0,2 – 0,5 lần hàm lợng S trong nguyên liệu), nó có
chứa các hợp chất của nitơ. Trong xăng này cũng có chứa các dioléfin (thông qua chỉ số
anhydride maléique, I
AM
= 10). Khi sử dụng xăng này làm nguyên liệu cho quá trình
reforming xúc tác cần phi xử lý bằng hydro.
-
Gazole (165 – 350°C) có chỉ số cetane thấp (<= 50), nó chứa từ 2 – 3% lu huỳnh
(0,4 – 0,8 lần hàm lợng S trong nguyên liệu). Màu của nó (xác định theo ASTM) thay
đổi rất nhanh do sự oxy hóa bằng không khí. Hàm lợng oléfin trong gazole này rất cao
(chỉ số Brôm khong 25). Khi hàm lợng S của gazole này thấp thì nó có thể đợc sử
dụng nh là chất pha loãng cho dầu nặng để làm gim độ nhớt. Khi hàm lợng S cao thì
nó phi đợc xử lý trong phân xng HDS để ci thiện chỉ số Cetane, độ ổn
định và màu
của nó. Khi đó nó có thể đợc sử dụng nh là một thành phần phối trộn gazole thơng
phẩm.
-
Cặn (350°C +) là một loi dầu đốt có độ nhớt đã đợc ci thiện so với nguyên liệu. Tuy
nhiên để đt đến tiêu chuẩn của sn phẩm thơng phẩm cần phi bổ sung một lợng
gazole pha loãng. Để làm đợc điều này cần phi hiểu rõ quy tắc phối trộn giữa dầu đốt
và chất pha loãng. Ngi ta định nghĩa chỉ số trộn lẫn V theo công thứ
c sau :
)85,0log(log5,33)(
++=
tt
tAV
γ

Trong đó :
- t : nhiệt độ khi xác định
- A : hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ (A
50
= 19,2 ; A
100
= 26,4)
- γ
t
: độ nhớt  nhiệt độ t (mm
2
.s)
Đi lợng V
t
có tính cộng theo khối lợng và nó cho phép tính toán độ nhớt của hỗn hợp
fuel-gazole. Ngi ta cũng có thể xác định đợc lợng gazole pha loãng cần thiết để thu đợc
một fuel đt tiêu chuẩn thơng mi.
Công ngh lọc dầu
TS. Nguy
ễ
n Thanh S
ơ
n
7
Tiêu chuẩn chất lợng chủ yếu của loi dầu này là độ ổn định, bi vì nó chứa một lợng
asphaltène  trng thái huyền phù. Nh vậy gazole pha loãng phi có hàm lợng HC thơm cao
(LCO, phân đon chiết HC) có kh năng phân tán các asphaltène.
II. 3 Công ngh ca quá trình gim nht :
II.3.1 Sơ đồ công ngh :
Nguyên liệu sau khi đun nóng sơ bộ đợc đa vào một lò ống để nâng nhiệt độ lên đến nhiệt độ
cracking. Sau khi ra ra khỏi lò các phn ứng cracking bị ngng li do bị làm lnh bi dòng
gazole hay cặn có nhiệt độ thấp. Hỗn hợp hydrocacbon sau khi đi qua một thiết bị tách dng
cyclon đợc đa đến thiết bị tách phân đon để thu đợc các sn phẩm C
4
-
, xăng và gazole (mà
một phần trong đó đợc dùng để làm lnh) và cặn đã gim nhớt.

Hình 2 : Sơ đồ công nghệ đặc trng của quá trình gim nhớt
Trong một vài trng hợp, hỗn hợp sau khi ra khỏi lò đợc đa đến một buồng làm lnh.
Mục đích của buồng này là để kéo dài thi gian lu (thi gian phn ứng) và cho phép vận hành
lò  nhiệt độ thấp hơn khong 30°C.
Nếu chúng ta mong muốn thu đợc lợng gazole cực đi, chúng ta có thể kết hợp một
quá trình gi
m nhớt và một quá trình cracking nhiệt của phần cất nặng từ tháp chng phân đon
nh mô t trong hình sau
Công ngh lọc dầu
TS. Nguy
ễ
n Thanh S
ơ
n
8

Hình 3 : Sơ đồ công nghệ gim nhớt có bố trí một buồng làm lnh (soaker drum)

Hình 4 : Sơ đồ công nghệ ci tiến của phân xng gim nhớt để thu đợc lợng gazole cực đi

II.3.2 Các thiết bị đc trng :
II.3.2.1 Lò đt :
Vai trò của nó là nâng nhiệt độ của nguyên liệu đến nhiệt độ phn ứng và duy trì  nhiệt
độ này thi gian khá dài để thu đợc độ chuyển hóa mong muốn.
Công ngh lọc dầu
TS. Nguy
ễ
n Thanh S
ơ
n
9
Các loi lò khác nhau :
- Loi lò trong đó sự truyền nhiệt đợc thực hiện chỉ do sự đối lu hoặc chỉ do sự bức x
hay kết hợp c hai phơng thức truyền nhiệt trên.
-
Lò có nhiều phòng bức x nối tiếp nhau
- Lò đợc cấu to từ các ống thẳng đứng và ống nằm ngang
- Lò dùng nhiên liệu khí hoặc dầu đốt
Tuy nhiên các loi lò này phi tuân thủ một vài yêu cầu để đm bo vận hành tốt :
-
Dòng nhiệt trung bình phi từ 22 – 30 kW/m
2
; trong mọi trng hợp dòng nhiệt cục bộ
không đợc vợt quá 60 – 70 kW/m
2
hậu qu sẽ gia tăng sự đọng cốc gây hi cho sự vận
hành của lò (tăng tổn thất áp suất (tr lực), tăng nhiệt độ thành ống).
-
Các ống phi chịu đợc nhiệt độ 650 °C. Thông thng ngi ta chọn loi vật liệu thép
hợp kim (9 Cr – 0,5 Mo).
-
Các thiết bị phun hơi nớc hoặc condensat phi đợc lắp đặt trong vùng nơi mà sự bay
hơi của các HC là thấp để tăng sự chy xoáy của dòng lu thể nhằm làm gim sự đọng
cốc. Tỷ lệ phun hơi nớc so với nguyên liệu vào khong 0,5 %.
-
Các thiết bị tách cốc là không thể thiếu. Chúng bao gồm một thiết bị phun hỗn hợp không
khí/hơi nớc cho phép tách cốc trong lò  nhiệt độ khong 550°C.

Hình 5 : Lò cấp nhiệt của phân xng gim nhớt
II. 3.2.2 Buồng làm lnh :
Đó là một bình đặt ngay sau lò đốt cho phép tăng thi gian lu của nguyên liệu và vận
hành  nhiệt độ trong lò thấp hơn. Trong thiết bị này các phn ứng cracking xy ra khong 40 –
60%. Các phn ứng này là phn ứng thu nhiệt, nhiệt độ ra thấp hơn nhiệt độ vào 10 – 20°C.
Công ngh lọc dầu
TS. Nguy
ễ
n Thanh S
ơ
n
10
Nhiệt độ ra của lò (°C) Thi gian lu (phút)
410
440
455
470
500
32
8
4
2
0,5
Có buồng làm lnh
Có buồng làm lnh
Có buồng làm lnh
Không có buồng làm lnh
Không có buồng làm lnh

Buồng làm lnh là một thiết bị phn ứng với dòng lu thể chy từ dới lên trên, có thể
tích vào khong 15 m
3
/1000 t/ngày với tỷ lệ giữa chiều cao và đng kính từ 5 – 8. Các kích
thớc này tơng ứng với một thi gian lu là từ 15 – 20 phút.
Nh vào thiết bị này ngi ta thu đợc các lợi ích sau :
-
Gim sự tiêu thụ nhiên liệu 15 % do nhiệt độ ra khỏi lò h từ 20 đến 30°C ;
- Tăng khong thi gian giữa hai lần tách cốc do vận tốc của sự đọng cốc trong lò gim từ
3 – 4 lần.
-
Độ tuyển chọn cao hơn do sự chênh lệch về năng lợng hot hóa của sự to thành các cấu
tử nhẹ (250 kJ/mol) và các cấu tử nặng hơn (230 kJ/mol). Vì vậy sự tham gia của gazole
vào sự hình thành xăng và khí sẽ thấp hơn khi trong sơ đồ có buồng làm lnh. Kết qu là
sự chuyển hóa các phân đon nặng sẽ cao hơn.
-
Gim giá thành của lò và thiết bị gia nhiệt, từ đó dẫn đến gim đầu t ban đầu tù 10 –
15%.
Những kết qu nghiên cứu gần đây về buồng làm lnh cho thấy khi lắp đặt các đĩa lỗ
nhằm làm đồng nhất hóa thi gian lu của các phần khác nhau trong nguyên liệu sẽ làm tăng độ
chuyển hóa.
II.3.2.3 Thiết bị tách dng cyclon :
Chức năng của loi thiết bị này là phân tách các sn phẩm của phn ứng thành 2 pha lỏng
và khí mà không làm gim nhiệt độ. Quá trình tách xy ra  phần trên của thiết bị, dòng lu thể
đi vào thiết bị theo phơng tiếp tuyến đm bo phân tách tốt 2 pha khí / lỏng. Pha lỏng chy dọc
theo thành thiết bị và tập trung  phần dới. Một phần chất lỏng bị làm lnh do trao đổi nhi
ệt với
nguyên liệu và đợc sử dụng nh là chất làm lnh cho phần dới của thiết bị.
Công ngh lọc dầu
TS. Nguy
ễ
n Thanh S
ơ
n
11
QUÁ TRÌNH CC HÓA
Quá trình chuyển hóa các phân đon nặng dới tác dụng của nhiệt đã đợc phát triển trên
cơ s 2 công nghệ khác nhau :
-
Công nghệ thứ nhất đợc gọi là cốc hóa trễ (cokéfaction retardée – delayed coking), đây
là quá trình phân hủy nhiệt đợc thực hiện trong một thiết bị phn ứng rỗng trong đó cốc
to thành trong phn ứng sẽ lắng đọng, các sn phn phẩm nhẹ sẽ thoát ra đi về các thiết
bị xử lý. Công nghệ này hiện nay đợc sử dụng rất nhiều trong công nghiệp. Nhiều công
ty hot độ
ng trong lĩnh vực dầu khí (Foster Wheeler, Conoco, Lummus…) có nhiều bí
quyết công nghệ để xây dựng, lắp đặt và vận hành loi công nghệ này.
-
Công nghệ thứ hai là công nghệ Flexicoking, đợc phát triển bi Exxon Research and
Engineering Co. Trong công nghệ này, sự chuyển hóa các hydrocacbon xy ra trong một
lớp tầng sôi to thành từ các ht cốc, một phần lớp ht này đợc trích ra một cách liên
tục.
I. Quá trình cốc hóa trễ :
Công nghệ này đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lọc dầu.  Mỹ, nó đợc sử dụng
rộng rãi, mục đích chủ yếu là chuyển hóa các cặn nặng thành các sn phẩm trắng (LPG, xăng…),
cốc đợc sử dụng nh là một chất đốt.  Châu Âu, nó đợc sử dụng để sn xuất một lợng cốc
chỉ đủ để cung cấp cho công nghiệp s
n xuất nhôm, để sn xuất các điện cực điện phân bauxite.
Quá trình cốc hóa trễ là một quá trình rất linh hot, nó có thể xử lý nhiều loi nguyên liệu khác
nhau và sn xuất các loi cốc có chất lợng khác nhau theo nhu cầu của thị trng.
Tên gọi cốc hóa trễ xuất phát từ nguyên nhân là trớc khi vào thiết bị cốc hóa nguyên liệu
đợc đun nóng trong lò cấp nhiệt lên đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ
to cốc, nhng vận tốc của
nguyên liệu đi trong ống truyền nhiệt rất lớn (thi gian lu gim đến tối thiểu) và phn ứng cốc
hóa xy ra trong thiết bị to cốc thay vì trong ống truyền nhiệt.
I.1 Nguyên liu :
Các phân xng cốc hóa trễ có thể xử lý các loi nguyên liệu cặn nặng nh :
- Cặn quá trình chng cất chân không
- Cặn của quá trình cracking xúc tác (decant oil hoặc slurry)
- Cặn của quá trình gim nhớt hoặc goudron của cracking xúc tác
- Asphalte hay phần trích của dầu nhớt
Công ngh lọc dầu
TS. Nguy
ễ
n Thanh S
ơ
n
12
Hiệu suất và chất lợng của các sn phẩm phụ thuộc vào 4 đặc trng : hàm lợng cacbon
Conradson và lu huỳnh, hàm lợng kim loi, điểm phân đon TBP.
I.1.1 Hàm lng cacbon cn (CCR):
 một điều kiện công nghệ xác định, hàm lợng cacbon cặn càng cao, hiệu suất thu hồi
cốc càng cao. Thông thng, mục tiêu là thu cực đi các phân đon trung bình và sn xuất tối
thiểu cốc, vì thế khi hàm lợng cacbon cặn càng lớn thì mục tiêu này càng khó đt đợc. Trớc
đây, các giá trị CCR thng nhỏ hơn 10% (nguyên liệu là cặn chng cất khí quyển - RAT), ngày
nay ngi ta sử dụng các loi cặn nặng hơn t
ừ các loi dầu thô nặng nên CCR có thể lên đến
20% thậm chí 30%.
I.1.2 Hàm lng lu huỳnh
Lu huỳnh trong cặn thng có khuynh hớng tập trung trong cốc và phần chng nặng.
Cũng nh CCR, nguồn gốc của nguyên liệu có nh hng đến hàm lợng lu huỳnh, và do đó
nh hng đến hàm lợng S trong cốc.
I.1.3 Hàm lng kim loi
Hàm lợng các kim loi, chủ yếu là Ni và V, có khuynh hớng ngày càng cao trong nguyên liệu.
Trong quá trình cốc hóa, lợng kim loi này sẽ nằm li hầu hết trong cốc, hàm lợng có thể đến
1000 ppm.
I.1.4 Đim phân đon TBP
Điểm phân đon TBP của cặn chng cất chân không là khong 550°C, nhng nó có thể
thay đổi theo nguồn gốc của dầu thô và vận hành của phân xng chng cất chân không. Điểm
phân đon TBP có liên quan đến CCR, hàm lợng S và hàm lợng kim loi. Nó nh hng đến
hiệu suất và chất lợng các sn phẩm của phân xng cốc hóa.
I.2 Cơ sở quá trình :
I.2.1 Các phn ứng hóa học
Cơ chế chính xác của các phn ứng cốc hóa khá phức tp, nên việc mô t các phn ứng và
quá trình chuyển hóa trong thiết bị phn ứng rất khó khăn. Ngi ta có thể định danh hai cơ chế
chủ yếu cùng tồn ti xy ra với nhiều loi nguyên liệu và 3 giai đon riêng biệt và nối tiếp nhau
trong các thiết bị phn ứng.
Cơ chế thứ nhất dựa vào các phn
ứng tách nhóm alkyl (désalkylation) - kết tủa từ các
hợp chất có khối lợng phân tử lớn, các asphaltène và hợp chất nhựa.
Cơ chế thứ hai dựa vào các phn ứng ngng tụ các hợp chất polyaromatic.
Công ngh lọc dầu
TS. Nguy
ễ
n Thanh S
ơ
n
13
Ba giai đon có thể định danh trong quá trình là :
- Bay hơi từng phần và cracking sơ bộ trong khi nâng nhiệt độ lên đến nhiệt độ của thiết bị
phn ứng
-
Cracking pha hơi khi nó đi qua thiết bị phn ứng
- Cracking liên tiếp và trùng hợp pha lỏng lu li trong thiết bị phn ứng cho đến khi nó
chuyển hóa thành cốc.
Các phn ứng này đều là phn ứng thu nhiệt và làm gim nhiệt độ trong thiết bị phn ứng khong
50°C.
I.2.2 Điu kin vận hành :
Ba thông số vận hành quyết định đến hiệu suất của quá trình và chất lợng sn phẩm là :
nhiệt độ, áp suất và tỷ lệ hồi lu phần sn phẩm cặn nặng sau thiết bị phn ứng.
a/ Nhit đ :
Nhiệt độ cốc hóa (485 – 505°C) có tác động trực tiếp đến hàm lợng các chất dễ cháy
(VCM – volatil combustible matter) trong cốc.  nhiệt độ cao, phần lớn nguyên liệu sẽ bị bay
hơi ti vùng tiếp liệu của thiết bị phn ứng và góp phần làm gim to thành cốc.  áp suất và tỷ
số hồi lu không đổi, hiệu suất thu cốc gim khi tăng nhiệt độ. Nhng,  nhiệ
t độ quá cao, cốc
to thành sẽ rất cứng và rất khó tách bằng cắt thủy lực.  nhiệt độ quá thấp, cốc to thành sẽ rất
mềm với hàm lợng VCM cao.
b/ Áp suất :
 nhiệt độ và tỷ số hồi lu không đổi, khi áp suất tăng sẽ duy trì các hydrocacbon  pha
lỏng trong thiết bị phn ứng và do đó sẽ làm tăng hiệu suất thu cốc và khí. Khi mục tiêu chính
của phân xng cốc hóa là ci thiện độ chuyển hóa của nhà máy lọc dầu thì cần gim đến mức
thấp nhất hiệu suất thu cốc và tăng tối đa hiệu suất thu các trung gian. Trong trng h
ợp này rõ
ràng là phi vận hành quá trình  áp suất càng thấp càng tốt. nh hng của áp suất đến hiệu
suất các sn phẩm đợc giới thiệu trong bng sau.
Áp suất cốc hóa (bar) 1,0 3,0
Khí + C4 (% kl)
C5 – 195°C naphta (% kl)
195°C
+
distillat (% kl)
Cốc (% kl)
9,1
12,5
51,2
27,2
9,9
15,0
44,9
30,2
Công ngh lọc dầu
TS. Nguy
ễ
n Thanh S
ơ
n
14
c/ Tỷ s hồi lu :
Tỷ số hồi lu cũng có nh hng tơng tự nh nh hng của áp suất đến sự phân bố các
sn phẩm. Tỷ số hồi lu càng cao, hiệu suất thu cốc và khí càng cao. Thực tế, tỷ số hồi lu sẽ
khống chế điểm cuối của phần cất nặng, tỷ số này càng cao thì lợng sn phẩm nặng hồi l
u về
thiết bị phn ứng cốc hóa, ti đó nó sẽ bị chuyển hóa thành cốc và khí. Khi muốn thu tối đa sn
phẩm lỏng thì phi gim tỷ số hồi lu. Tuy nhiên, khi gim tỷ số hồi lu, chất lợng của phần cất
nặng sẽ tỷ lệ nghịch với hiệu suất thu phân đon này nh chỉ ra trong bng :
Áp suấ
t (bar)
Tỷ số hồi lu (%)
1,7
15
1,0
5
Hiệu suất (% kl)
Đặc trng của distillat
D
4
20

CCR (%kl)
25,7

0,936
0,35
35,2

0,957
0,8

I.3 Sn phẩm :
I.3.1 Khí :
Gồm hai phần : một phần là C1 – C2, đợc sử dụng làm khí đốt trong phân xng cốc
hóa hoặc đa đi làm khí đốt trong nhà máy lọc dầu (sau khi đã rửa bằng amine- ethanol amine),
một phần khác là C3-C4. Sau khi tách lu huỳnh (rửa bằng amine và loi bỏ các mercaptans
bằng Merox) do có chứa nhiều oléfin, chúng có thể đợc sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình
alkyl hóa hoặc polyme hóa.
I.3.2 Naphta :
Naphta nhẹ sau khi loi bỏ mercaptans hoặc tách loi lu huỳnh bằng hydro, sẽ đợc đa
đi phối trộn xăng.
Naphta nặng, sau khi khử lu huỳnh, đợc sử dụng làm nguyên liệu cho reforming xúc
tác, hoặc đa đi phối trộn xăng do có hàm lợng oléfine cao.
I.3.3 Phần cất :
Phần cất nhẹ cần phi đợc xử lý bằng hydro để ổn định màu trớc khi đa đi phối trộn
trong sn phẩm gazole.

Xem chi tiết: Chương 1: Công nghệ lọc dầu