Tài liệu Thiết kế phân xưởng chưng cất dầu mazut

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục LỜI MỞ ĐẦU Dầu mỏ được con người biết đến và sử dụng vào thế kỷ 18 với mục đích thắp sáng. Năm 1853 tại Mỹ xuất hiện giếng khoan đầu tiên đây là bước chuyển mình và đi lên của ngành khai thác và chế biến dầu mỏ. Đến năm 1992, thế giới đã có tới 100 loại dầu mỏ khác nhau thuộc sở hữu của 48 quốc gia trong đó có Việt Nam. Quốc gia có sản lượng dầu mỏ lớn nhất là Arập xêút chiếm 26% tổng sản lượng dầu mỏ trên thế giới. Cho đến nay khi chưa có sự thống nhất nhưng đa số dư luận khoa học cho rằng: Dầu mỏ có nguồn gốc hữu cơ. Tuỳ thuộc vào tuổi của dầu, độ sâu và tính chất địa lý mà dầu mỏ có thể khác nhau. Nhưng đặc điểm chung của dầu đều tồn tại ở thể lỏng sánh và dính. Dầu thô có màu tối hay gặp là màu nâu và đen, có mùi đặc trưng khó ngửi. Dầu mỏ không tan trong nước nhẹ hơn nước. Thành phần của dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp chứa chủ yếu là hydrrocacbon (80 – 85%C, 10 – 14%H). Công nghiệp dầu khí là một ngành công nghiệp có những bước thay đổi và phát triển không ngừng, đặc biệt là những năm cuối thể kỷ 20. Công nghiệp dầu khí đã và đang trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn, bên cạnh đó là sự phát triển không ngừng của một số nguyên liệu trong ngành công nghiệp hoá dầu, song không thể không nhắc đến nguyên liệu mazut, là một trong những nguyên liệu có đặc tính quan trọng để sản xuất ra dầu nhờn. Mazut có tên gọi là dầu cặn, được sử dụng phổ biến cho ngành tổng hợp hoá dầu và các ngành công nghiệp khác. Nguyên liệu Mazut đã góp phần tạo ra sự thay đổi lớn về cơ cấu phát triển các chủng loại và chất lượng sản phẩm của ngành công nghiệp hoá dầu. Ngày nay nguyên liệu Mazut được sử dụng với mục đích chủ yếu là giải quyết nhu cầu nguyên liệu cho động cơ và nguyên liệu cho công nghiệp. Do có nhiều tính năng ưu việt trong khi sử dụng, mà các dạng nguyên liệu cổ Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục truyền không có được, đó là: Dễ bảo quản và vận chuyển, dễ sử dụng ở quy mô công nghiệp hiện đại, nên nhu cầu sử dụng nguyên liệu Mazut ngày càng tăng nhanh. Cùng với sự phát triển đất nước nói chung, cũng như sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp dầu khí nói riêng, thì nguyên liệu mazut đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, công nghiệp sản xuất khác nhau và là nguyên liệu không thể thiếu của: Lò nung xi măng, gốm, sứ, các lò sấy lương thực, thực phẩm, các lò hơi nhà máy điện… Chính vì vậy mà chưng cất dầu mazut ở áp suất chân không để sản xuất ra dầu nhờn gốc là rất quan trọng trong nền kinh tế đất nước hiện nay. Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I. CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT DẦU NHỜN GỐC. Bôi trơn là phương pháp làm giảm ma sát và mài mòn đến mức thấp nhất bằng cách tạo ra giữa bề mặt ma sát một lớp chất được gọi là chất bôi trơn. Hầu hết chất bôi trơn là chất lỏng. Do vậy các chất bôi trơn lỏng (dầu bôi trơn) được biết đến nhiều nhất trong ứng dụng kỹ thuật. Đó là do chúng tạo ra sự ngăn cách bề mặt một cách nhanh chóng một khi được sử dụng hợp lý và chúng có khả năng làm mát tốt. Nguyên liệu để sản xuất ra dầu bôi trơn (dầu gốc) là các hydrocacbon tự nhiên và tổng hợp khác nhau. Tuy nhiên do giá thành sản xuất các hỗn hợp hydrocacbon từ dầu mỏ thấp nên chúng được sử dụng phổ biến hơn cả để sản xuất dầu gốc. Bản chất của dầu thô và của quá trình lọc dầu sẽ quyết định tính chất vật lý và hoá học của dầu gốc tạo thành. Trong dầu mỏ ở phân đoạn cặn mazut có cả những cấu tử có ích và cả những cấu tử không có lợi cho việc bôi trơn. Vì vậy, việc tách các thành phần không mong muốn trong sản xuất dầu gốc là không thể thiếu. Quá trình này được thực hiện nhờ các quá trình lọc dầu cho phép thu được dầu gốc có chất lượng cao. Đối với việc sản xuất các sản phẩm dầu nhờn từ dầu mỏ dạng nhiều lưu huỳnh và nhiều parafin thì phải lựa chọn sơ đồ hệ thống sản xuất dầu nhờn phức tạp hơn và sử dụng dung môi chọn lọc, phải thêm quá trình khử parafin, rồi đến quá trình hấp thụ lần cuối trên đất sét hay thay thế cho quá trình này bằng quá trình làm sạch bằng hydro. Như chúng ta đã biết, quá trình chưng cất chân không là quá trình đầu tiên của hệ thống sản xuất dầu nhờn. Việc phân chia các phân đoạn có triệt để hay không đều ảnh hưởng đến các chỉ tiêu của quá trình cơ bản sản xuất dầu Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục nhờn. Tất cả các phân đoạn dầu nhờn được phân chia qua quá trình chưng cất ở áp suất chân không bao gồm:  Phân đoạn dầu nhờn nhẹ: 300  4000C.  Phân đoạn dầu nhờn trung bình: 350  4200C.  Phân đoạn dầu nhờn nặng: 320  5000C.  Phân đoạn dầu nhờn cặn: > 5000C. Các phân đoạn này đều trải qua quá trình trích ly (hay làm sạch) bằng dung môi chọn lọc (có thể dùng phenol hay fufurol…). Sau đó tiếp tục tới quá trình kết tinh (hay khử) parafin nhẹ để giảm nhiệt độ đông đặc của dầu nhờn và cuối cùng làm sạch lần cuối bằng các chất dung môi có lẫn từ các quá trình trên và tách hết các chất axit. Kết thúc hệ thống là giai đoạn pha trộn các cấu tử dầu nhờn với các tỷ lệ khác nhau và pha trộn với các phụ gia với các chức năng khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng. Loại sơ đồ công nghệ sản xuất dầu nhờn đơn giản nhất là loại để nhận dầu nhờn đi từ dầu mỏ thuộc loại ít lưu huỳnh, ít parafin và ít nhựa. Ở Liên Xô người ta sử dụng sơ đồ công nghệ như hình 1a để sản xuất dầu nhờn. Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Hình 1a. Sơ đồ công nghệ sản xuất dầu iítparafin và ít lưu huỳnh. Để nhận dầu nhờn có chỉ số độ nhớt cao dùng đặc biệt cho một số máy móc, người ta đã nghiên cứu và ứng dụng quá trình làm sạch dầu nhờn bằng hydrocraking và hydro hoá. Quá trình hydrocracking để sản xuất dầu nhờn với nguyên liệu là các phân đoạn dầu nhờn cất có độ nhớt cao và phân đoạn dầu nhờn cặn lấy từ quá trình khử asphanten trong gudron thay thế cho quá trình làm sạch bằng dung môi chọn lọc cho ta sản phẩm dầu nhờn có chỉ số độ Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục nhớt cao (từ 100 đến 135). Tuy nhiên chi phí cho quá trình này cao hơn so với làm sạch bằng dung môi chọn lọc. Công nghệ chế biến dầu nhờn gốc được thể hiện theo trình tự của sơ đồ sau: Hình 1b. Sơ đồ công nghệ sản xuất dầu gốc Việc tách các thành phần không mong muốn trong sản xuất dầu gốc được thực hiện nhờ các quá trình chọn lọc dầu sẽ cho phép sản xuất dầu gốc chất lượng cao, ngay cả với phân đoạn dầu nhờn của dầu thô chưa thích hợp Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục cho sản xuất dầu nhờn. Sơ đồ công nghệ chung để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ thường bao gồm các công đoạn như hình 1b, gồm các quá trình sau: - Chưng chân không nguyên liệu cặn mazut. - Chiết tách, trích ly bằng dung môi. - Tách hydrocacbon rắn (sáp). - Làm sạch lần cuối bằng quá trình hydro hoá. Quá trình tách asphan bằng dung môi propan thường được áp dụng để sản xuất dầu nhờn có độ nhớt cao từ nguyên liệu cặn gudron cũng được xếp vào quá trình chiết, trích ly bằng dung môi. I.1. Quá trình chưng cất chân không [2] Qúa trình chưng cất chân không cho phép ta nhận được các phân đoạn riêng biệt dựa vào khoảng nhiệt độ sôi hay độ nhớt. Do mục đích của công đoạn này là điều chỉnh độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy của phân đoạn dầu gốc. Sơ đồ chưng cất chân không được trình bày trên hình 2. Qúa trình chưng cất chân không cho phép nhận được các phân đoạn dầu bôi trơn có độ nhớt khác nhau. Phần dầu nhẹ nhất, có độ nhớt nhỏ nhất thu được ở đinh tháp và phần nặng nhất thu được ở đáy tháp có độ nhớt lớn nhất. Trong các phân đoạn thu được sẽ có mặt tất cả các cấu tử có mặt trong nguyên liệu của loại dầu đem chưng cất. Như chúng ta đã biết, các loại dầu mỏ khác nhau thì chúng đều khác nhau về thành phần hoá học nên không phải tất các dầu mỏ đều cho ta dầu bôi trơn có chất lượng tốt. Nhưng nhờ công nghiệp chế biến dầu hiện đại, người ta có thể thu được dầu gốc chất lượng tốt từ bất kỳ dầu thô nào, song giá thành sản phẩm sẽ rất khác nhau và sẽ càng cao nếu nguyên liệu không thuận lợi. Loại dầu thô tốt nhất cho việc sản xuất dầu gốc là các phân đoạn dầu nhờn có chứa nhiều hydrocacbon naphten và các hydrocacbon thơm một vòng Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục có nhánh, parafin dài phân nhánh và các izo-parafin. Còn dầu thô xấu nhất là loại dầu chứa nhiều hydrocacbon đa vòng và các hydrocacbon thơm ngưng tụ cao. Khi chưng cất chân không, độ nhớt là hàm số của khoảng nhiệt độ sôi và cũng là làm số của trọng lượng phân tử. Độ nhớt là một tham số quan trọng bởi vì khi chưng cất chân không khó có thể điều chỉnh chính xác nhiệt độ cất như trong chưng cất khí quyển. Do vậy nhiều khi không đảm bảo tuyệt đối chính xác nhiệt độ chớp cháy của phân đoạn dầu nhờn nào đó. Để điều chỉnh thông số này, người ta phải tiến hành tách các cấu tử có nhiệt độ sôi thấp bằng cách chưng cất lôi cuốn theo hơi nước trong các tháp bay hơi phụ. Phần cặn từ quá trình chưng cất khí quyển (gọi là phần cặn rộng) được đưa thẳng tới tháp chân không, tại cây phần cặn nào được tách thành các phần cất dầu bôi trơn khác nhau và phần cặn cất chân không (phần cặn hẹp) Trong vài thập kỷ gần đây, công nghệ chưng cất chân không đã được phát triển một cách đáng kể. Mục tiêu chủ yếu là tận dụng tối đa các phần cất có giá trị và giảm mức tiêu thụ năng lượng của các thiết bị [11 ] . Hình 2. Sơ đồ hệ thống chưng cất chân không có thu các phân đoạn dầu nhờn gốc Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục I.2. Quá trình chiết bằng dung môi. Việc tách bằng chưng cất được dựa trên sự khác biệt về khoảng nhiệt độ sôi mà không cho phép phân chia về mặt hoá học như parafin, aromat và naphten. Tuy nhiên tính chất của sản phẩm phụ thuộc vào bản chất hoá học của các cấu tử cũng như các tính chất vật lý của chúng. Do quá trình chưng cất phân đoạn chưa loại bỏ hết được các cấu tử không mong muốn, thường làm cho dầu nhờn sau một thời gian sử dụng bị đổi màu, tăng độ nhớt, xuất hiện các hợp chất có tính axit không tan trong dầu được gọi là cặn bùn. Việc chiết tách các cấu tử không mong muốn bằng dung môi cho phép sản xuất ra được dầu gốc chất lượng cao từ bất kỳ loại dầu thô nào, kể cả từ loại có hàm lượng hydrocacbon đa vòng thơm và cặn nhựa khá cao. Chính vì thế mà quá trình tách bằng dung môi rất quan trọng và không thể thiếu trong công nghệ sản xuất dầu nhờn có chất lượng cao. Nguyên lý của quá trình chiết bằng dung môi dựa trên việc sử dụng dung môi. Việc lựa chọn dung môi phụ thuộc vào tính chọn lọc của nó, tức là dựa vào khả năng phân tách hai nhóm cấi tử khác nhau về mặt hoá học. Khi trộn dung môi với nguyên liệu ở điều kiện thích hợp, các cấu tử trong nguyên liệu sẽ được phân chia thành hai nhóm: .  Nhóm cấu tử hoà tan tốt vào dung môi tạo thành pha riêng gọi là pha chiết (extract).  Nhóm cấu tử không hoà tan hoặc hoà tan rất ít vào dung môi gọi là rafinat. Sản phẩm có ích có thể nằm trong extract hoặc trong pha rafinat tuỳ dung môi sử dụng. Dựa vào bản chất của dung môi mà người ta chia thành dung môi có cực và dung môi không cực, hay dung môi hỗn hợp, nhưng dù loại dung môi nào được chọn cũng phải thoả mãn các yêu cầu sau : + Phải có tính hoà tan chọn lọc, tức là phải có khả năng phân tách thành hai nhóm cấu tử: nhóm có lợi và nhóm không có lợi cho dầu gốc. Tính chất này còn được gọi là độ chọn lọc của dung môi. Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục + Phải bền về mặt hoá lọc, không phản ứng với các cấu tử của nguyên liệu, không gây ăn mòn và dễ sử dụng. + Có giá thành rẻ, dễ kiếm. + Có nhiệt độ sôi khác xa so với cấu tử cần tách để dễ dàng thu hồi dung môi, tiết kiệm được năng lượng. Ba loại dung môi được sử dụng để chiết tách các phần hydrocacbon thơm và cặn nhựa ra khỏi phân đoạn dầu nhờn hiện nay đó là phenol, fufurol và N-metylpirolydon (NMP). Còn để tách các hợp chất nhựa - asphan trong phân đoạn gudron phổ biến là dùng propan lỏng. I.2.1. Quá trình khử asphan [2, 11]. Do trong cặn gudron có chứa nhiều các cấu tử không có lợi cho dầu gốc nên nếu đưa trực tiếp vào trích ly sẽ không cho phép đạt chất lượng và hiệu quả mong muốn. Chính vì thế người ta thường tiến hành khử asphan trước. Trong sản xuất dầu nhờn, phổ biến dùng propan lỏng để khử chất nhựa, asphanten trong phân đoạn gudron. Mục đích của quá trình này là ngoài việc tách các hợp chất nhựa asphan, còn cho phép tách cả các hợp chất thơm đa vòng vì các hợp chất này đã làm giảm độ nhớt, chỉ số khúc xạ, độ cốc hoá và nhận được dầu nhờn nặng có độ nhớt cao cho dầu gốc. Cơ sở lý thuyết của quá trình là các hợp chất nhựa, asphan chiếm phần chủ yếu trong cặn gudron, chúng là các hợp chất có khả năng hoà tan kém trong dung môi không cực. Nhờ tính chất này, người ta chọn dung môi parafin để tách chúng. Dung môi tạo điều kiện cho quá trình đông tụ các chất nhựa – asphan và hoà tan chọn lọc hydrocacbon. Trong dung môi parafin, khả năng hoà tan các hợp chất hydrocacbon có thể sắp xếp theo thứ tự giảm dần như sau: Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Naphten, parafìn > hydrocacbon thơm một vòng > hydrocacbon đa vòng. Do vậy trong quá trình khử, đồng thời xảy ra hai quá trình: đông tụ, lắng các chất nhựa - asphan và trích ly các hợp chất hyđrocacbon. Nếu tăng dần trọng lượng phân tử của dung môi không cực, sẽ làm tăng khả năng hoà tan của dung môi và như vậy sẽ làm giảm độ chọn lọc. Chính vì thế trong thực tế propan lỏng là dung môi thích hợp nhất cho quá trình này. Propan lỏng là một chất lỏng không màu, không mùi nhưng độc với thần kinh trung ương của người và động vật. Propan lỏng có một tính chất đặc biệt là trong khoảng nhiệt độ từ 40 đến 60 0C nó hoà tan parafin rất tốt, nhưng khả năng này giảm khi nhiệt độ tăng cho đến khi đạt đến nhiệt độ hoà tan tới hạn của prôpan (96,80C) tất cả các hydrocacbon đều không tan trong propan. Trong khoảng 40  96,80C các hợp chất nhựa. - asphan có phân tử lượng cao hầu như không tan trong propan, vì thế tính chất này sẽ quyết định chế độ công nghệ khử asphan bằng propan. Quá trình tách bằng chưng cất các phân đoạn chủ yếu dựa vào trọng lượng phân tử, còn chiết tách bằng dung môi thì đưa vào chủng loại phân tử. Quá trình tách asphan nằm ở vị trí trung gian giữa hai quá trình này, vì tách asphan phụ thuộc vào cả trọng lượng phân tử và chủng loại cấu trúc phân tử. Hình 3. Sơ đồ đơn giản của quá trình tách asphan bằng propan Sơ đồ công nghệ quá trình tách asphan được trình bày trên hình 4. Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Hình 4. Sơ đồ nguyên lý chung của quá trình tách asphan. Nguyên liệu tiếp xúc với lượng propan lỏng lớn gấp 5  8 lần theo thể tích ở nhiệt độ thích hợp đã chọn trước. Dầu càng nặng thì lượng propan dùng càng phải lớn, pha chiết chứa từ 30  50% propan (theo thể tích, còn lại là khối lượng asphan. Đó không hẳn là dung dịch mà là một dạng nhũ tương của các hợp chất asphan trong propan. Từ sơ đồ hình 4 cho thấy propan được đưa vào đáy tháp chiết, còn nguyên liệu (phần cặn chưng cất chân không) được đưa vào đỉnh tháp. Vì propan chuyển động ngược lên đỉnh tháp, nó hoà tan dầu từ nguyên liệu rồi moang chúng theo lên đỉnh tháp. Các loại hợp chất nhựa, asphan đi ra từ đáy tháp, còn hỗn hợp dầu – propan đi ra từ đỉnh là phần rafinat (rafinat gồm dung môi và 15  20% khối lượng dầu). Propan tách ra được cho quay trở lại tuần hoàn trong hệ thống để sử dụng tiếp và còn lại là dầu gốc có độ nhờn thích hợp. Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục I.2.2. Quá trình chiết bằng dung môi chọn lọc [2]. Quá trình này có nhiệm vụ tách các hợp chất hydrocacbon thơm đa vòng các hợp chất nhựa asphan bằng các dung môi có cực nhằm cải thiện thành phần hóa lọc của dầu nhờn . Các quá trình này được xem như là các quá trình làm sạch chọn lọc dầu gốc. * Cơ sở lý thuyết của quá trình Các hợp chất nhựa, aromat đa vòng là những cấu tử có hại, không mong muốn có mặt trong dầu nhờn. Sự có mặt của chúng không những làm cho chất lượng kém đi, chỉ số nhớt thấp mà chúng còn làm cho màu dầu rất xấu. Các hợp chất này bằng phương pháp chưng cất không thể loại bỏ được. Làm sạch dựa vào tính chất hòa tan chọn lọc của dung môi có cực cho phép sản xuất ra được dầu gốc chất lượng cao từ bất kỳ dầu thô nào. Vai trò quan trọng trong quá trình làm sạch chọn lọc là tính chất của dung môi đó là tác dụng của lực Van der Waals (lực định hướng, cảm ứng, phân tán) xảy ra giữa dung môi và các hợp chất phân cực cần phải tách đi trong dầu nhờn. Yếu tố quan trọng của quá trình làm sạch chọn lọc là độ chọn lọc và khả năng hòa tan của dung môi . Độ chọn lọc là khả năng phân tách rõ ràng các cấu tử nguyên liệu và rafinat, bao gồm các hợp chất có ích như iso-parafin, naphten, lai hợp parafin - naphten và các hợp chất thơm một vòng. Còn phần trích ly (extract) chỉ chứa các cấu tử có hại như là các hợp chất đa vòng, nhựa asphan và một lượng rất nhỏ các hợp chất có lợi. Khả năng hòa tan của dung môi là đại lượng được thể hiện bằng dung môi cần thiết để hòa tan một lượng xác định các cấu tử của nguyên liệu, hay nói cách khác là trong điều kiện để nhận rafinat có chất lượng xác định, lượng dung môi cần thiết càng ít để nhận được cùng một rafinat chất lượng tương đương, thì khả năng hòa tan của dung môi càng lớn. Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Về nguyên lý, độ chọn lọc và khả năng hòa tan là hai đại lượng ngược nhau, tăng chỉ tiêu này sẽ dẫn tới làm giảm chỉ tiêu kia. Độ chọn lọc là khả năng hoà tan của mỗi một dung môi không phải là đại lượng cố định mà chúng phụ thuộc vào thành phẩn hoá học của nguyên liệu. Độ hòa tan của hydrocacbon trong dung môi có cực không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc của hydrocacbon mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ và thường tuân theo một số quy luật sau:  Khi tăng số vòng trong phân tử hydrocacbon thì độ hòa tan tăng.  Khi tăng chiều dài mạch alkyl, độ hòa tan giảm xuống.  Độ hòa tan giảm khi tăng số nguyên tử cacbon trong naphten.  Độ hòa tan của hydrocacbon thơm sẽ lớn hơn naphten khi có cùng số nguyên tử cacbon trong vòng.  Hydrocacbon lai hợp naphten - thơm có độ hòa tan cao hơn so với naphten có cấu trúc tương tự.  Hyđrocacbon parafin có độ hòa tan nhỏ nhất. Như trên đã nói, ngày nay người ta đâng sử dụng phổ biến ba loại dung môi có cực để tách các hợp chất nhựa và thơm đa vòng ra khỏi nguyên liệu dầu nhờn là phenol, furfurol là N-metylpyrolidon (NMP). Bảng 1. Một số tính chất của các dung môi Chỉ tiêu Phenol Fufurol NMP 0 3 Khối lượng riêng ở 20 C, kg/cm 1060 1159 1033 0 Nhiệt độ sôi, C 181 162 204 0 Nhiệt độ nóng chảy, C +41 -39 -24 0 Nhiệt độ bắt cháy cốc hở, C 79 59 0 Nhiệt độ tới hạn, C 419 396 Áp suất tới hạn, Mpa 6,07 5,3 1,04 0 Độ nhớt động học ở 50 C, Pa.s 32,4 11,5 10,4 Nhiệt bay hơi, kJ/kg 445,9 450,0 493,1 Nhiệt nóng chảy, kJ/kg 121,4 Nói chung, mục đích của việc chiết tách bằng dung môi là cải thiện độ chống lão hoá và đặc tính nhiệt nhớt của dầu gốc. Nếu đem dung môi hoà trộn kỹ với phân đoạn dầu sau khi để yên cho hỗn hợp này lắng tách thì hai pha Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục hoặc hai lớp sẽ được tạo thành. Pha chiết chứa hầu như toàn bộ dung môi cùng với các cấu tử tan trong đó, mà chủ yếu là hydrocacbon no và một ít dung môi. Còn rafinal gồm các cấu tử không tan. Sau khi tách dung môi, phần chiết và phần còn lại đều không biến đổi gì về mặt hoá học. Hình 5. Sơ đồ nguyên lý chung của quá trình chiết tách bằng dung môi Trong ba loại dung môi, các nhà máy của Nga, dung môi chủ yếu dùng cho quá trình làm sạch chọn lọc là phenol. Phenol có khá năng hoà tan cao, tạo điều kiện thuận lợi cho làm sạch nguyên liệu dầu nhờn, nhất là loại có chứa nhiều cặn và độ nhớt cao đồng thời dung môi này cũng rẻ tiền và dễ kiếm. Tuy nhiên, phenol lại rất độc hại đối với người, do đó đặt vấn đề bảo vệ môi trường và bảo hộ lao động. Ở nhà máy khác trên thế giới lại hay dùng quá trình làm sạch bằng fufurol do ít độc hại hơn so với phenol. Và tuy có khả năng hoà tan kém hơn phenol, nhưng dung môi này lại có độ chọn lọc cao hơn. Điều này sẽ cho hiệu quả lớn hơn khi dùng fufurol để làm sạch phần cất chứa nhiều hydrocacbon hơn. Dung môi này được sử dụng rộng rãi để nâng cao chỉ số độ nhớt và tính năng, chống oxy hoá của các phân đoạn dầu chưng cất và dầu cặn. Tính oxy hoá mạnh và dễ tạo nhựa khi có mặt không khí và nước là nhược điểm chính Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục của dung môi fufurol. Để tránh quá trình oxy hoá nó, trong công nghiệp người ta hay áp dụng các biện pháp sau :  Bảo quản fufurol trong môi trường khí trơ.  Kiểm tra chặt chẽ nhiệt độ trong hệ thống đun nóng và tái sinh dung môi.  Khử khí sơ bộ khỏi nguyên liệu trước khi tiến hành trích ly  Có thể thêm chất chống oxy hoá đặc biệt và fufurol. Bảng 2. Một số tính chất của rafinat được chiết tách bằng fufurol so với phân đoạn dầu chưng cất . Tính chất Độ nhớt, mm2/s Ở 400C Ở 1000C Chỉ số độ nhớt Khối lượng riêng g/cm3 ở 150C Nhiệt độ đông đặc, 0C Cặn cacbon, % khối lượng Dầu chưng cất gốc naphten Rafinat 93 8,2 26 0,9229 -32 0,17 77 8,1 61 0,906 -32 0,07 Bảng 2 này so sánh một số tính chất của rafinat được tách chiết bằng fufurol với phân đoạn dầu chưng cất. Tuy nhiên do khả năng hoà tan các chất nhựa của fufurol kém nên dung môi này chỉ áp dụng đối với nguyên liệu dầu nhờn có chất lượng cao. Nghĩa là nguyên liệu chứa ít nhựa và hợp chất đa vòng. Do vậy, ngày nay các quá trình này đã được thay thế bằng dung môi NMP có khả năng hoà tan tốt hơn có độ chọn lọc cao hơn và đặc biệt là có độ độc hại nhỏ hơn. Trong quá trình làm sạch bằng phenol và NMP người ta phải giảm khả năng hoà tan của các dung môi này để tăng độ chọn lọc của chúng bằng cách cho thêm chất giảm khả năng hoà tan. Điều này làm cho quá trình trích ly hoàn thiện hơn và mở rộng thêm khả năng chọn điều kiện công nghệ tối ưu cho quá trình làm sạch. Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Hình 6. Sơ đồ công nghệ đơn giản của quá trình chiết tách bằng fufurol I.3. Qúa trình tách sáp I.3.1. Khái niệm chung Sáp là một hỗn hợp mà chủ yếu là các parafin phân tử lớn và một lượng nhỏ các hydrocacbon khác có nhiệt độ nóng chảy cao (chúng dễ bị kết tinh ở nhiệt độ thấp) và kém toà tan vào dầu nhờn ở nhiệt độ thấp. Vì thế chúng cần phải được tách ra khỏi dầu nhờn. Trong thực tế, đa phần dầu gốc chế tạo từ dầu mỏ đều phải qua khâu tách sáp, xử lý tách parafin trừ khi hàm lượng parapin thấp không ảnh hưởng tới độ linh động của dầu. Tách paraffin là một khâu quan trọng và khó khăn trong quá trình sản xuất dầu nhờn gốc. Có hai loại quy trình công nghệ hiện đang được sử dụng trong công nghiệp sản xuất dầu nhờn, đó là: - Làm lạnh để kết tinh sáp và dùng dung môi để hoà tan phần dầu đủ cho phép lọc nhanh tách sáp khỏi dầu nhờn. - Cracking chọn lọc để bẻ gãy parafin tạo sản phẩm hay qúa trình này còn gọi là quá trình tách parafin dùng xúc tác. Tùy theo mức độ khử parafin mà người ta có thể phân thành quá trình khử parafin bình thường hay quá trình khử parafin triệt để. Trong qúa trình khử parafin bình thường, người ta nhận được sản phẩm có nhiệt độ đông đặc từ Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục -10 đến -150C (-180C). Còn ở quá trình tách triệt để (tách sâu), sản phẩm dầu nhờn gốc thường có nhiệt độ đông đặc từ -300C và thấp hơn. Nhiệt độ đông đặc của dầu sau khi tách sáp phụ thuộc vào chế độ tách sáp nhất là nhiệt độ và loại dung môi được sử dụng. Tuy nhiên việc tách parafin để đạt được nhiệt độ đông đặc cực thấp là không cần thiết vì các sản xuất này gây ra sự hao hụt dầu rất lớn, hơn nữa chi phí để tách triệt để parafin rất tốn kém. Mặt khác, parafin lại là thành phần có chỉ số độ nhớt rất cao. I.3.2. Tách sáp bằng phương pháp kết tinh. Sáp là hỗn hợp có nhiệt độ kết tinh thấp, do vậy khi tiến hành làm lạnh phân đoạn dầu nhờn thì sáp được tách ra do chúng bị kết tinh. Với phương pháp kết tinh có thể xử lý dầu nhờn chứa sáp thành dầu nhờn không chứa sáp. Quá trình này dựa vào nguyên lý làm lạnh dầu để kết tinh parafin rắn, sau đó lọc hoặc ly tâm tách riêng phần rắn khỏi pha lỏng. Ở các nhà máy kiểu cũ dầu được làm lạnh trong những giàn lạnh, trong đó hỗn hợp đặc chứa dầu và sáp được đưa qua giàn lạnh bằng băng chuyền xoắn sau đó được bơm qua bộ phận lọc áp suất . Tại dây những tinh thể sáp sẽ được giữ lại để cho dầu không chứa sáp đi qua. Khi lớp sáp đã đủ dày thì xả áp và tháo các bánh sáp thô ra. Tuy nhiên phương pháp này có các nhược điểm sau: - Không liên tục và rất nhiều khâu phải dung tới áp suất . - Độ nhớt cao của dầu làm cho quá trình lọc rất khó khăn nhất là với những có độ nhớt lớn. - Không áp dụng được cho nguyên liệu là dầu cặn vì sự có mặt của các loại sáp vi tinh thể (có kích thước vô cùng nhỏ) được tạo ra trong quá trình không thể tách ra bằng lọc. I.3.3. Tách sáp bằng dung môi chọn lọc [2]. Để khắc phục các nhược điểm trên, người ta sử dụng dung môi để tăng độ linh động của dầu nhờn. Tuy nhiên sáp cũng có thể hòa tan vào dung môi, nên phải tiến hành ở nhiệt độ thấp và phải chọn dung môi thích hợp. Với dung Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục môi có độ chọn lọc cao, có thể thu được phần lọc có độ nhớt thấp ngay ở nhiệt độ làm lạnh và kết tinh. Nhờ vậy có thể kết tinh được mọi thể loại sáp và lại dễ tách ra bằng lọc. Một dung môi tách sáp tốt phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Ít (hay không) hòa tan sáp. - Hòa tan tốt dầu nhờn ở tại nhiệt độ kết tinh sáp. - Sáp ở đang tinh thể lớn để dễ tách bằng lọc. - Có nhiệt độ sôi thấp để dễ tách khỏi dầu, tiết kiệm năng lượng. - Dung môi phải sẵn, rẻ tiền, không độc hại và không gây ăn mòn. - Tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu dầu thấp để giảm chi phí vận hành. Một số loại dung môi hay được sử dụng trong phương pháp này gồm dung môi chính là các xeton, hydrocacbon thơm và các dẫn xuất clo của hydrocacbon. Dùng hỗn hợp hai loại dung môi cho hiệu quả tốt hơn. Vì vậy phổ biến nhất là dùng dung môi xeton - hydrocacbon thơm. Sơ đồ còng nghệ tách sáp dùng dung môi được trình bày trên hình 7 bao gồm ba công đoạn sau: . - Pha trộn dầu nhờn cần tách sáp với dung môi rồi làm lạnh. - Lọc hỗn hợp đã làm lạnh để tách sáp. - Thu hồi dung môi và tái sử dụng chúng. Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục HÌnh 7: Sơ đồ công nghệ tách sáp bằng phương pháp dùng dung môi chọn lọc Từ sơ đồ hình 7 cho thấy, dầu nhờn và dung môi được trộn với nhau theo chế độ công nghệ chọn trước ở thiết bị trộn, sau đó qua thiết bị làm lạnh (với tác nhân làm lạnh có thể dùng amoniac, propan, etan hay etylen). Hỗn hợp lạnh gồm sáp và dung môi được đưa vào bộ phận lọc quay chân không hình trống để lọc tách sáp kết tinh. Bộ phận lọc quay chân không là thiết bị hình trụ được bọc bởi một lớp kim loại hoặc lưới bằng chất dẻo. Trống quay chậm quanh trục nằm ngang, phần dưới đi qua bể chứa hình trụ to hơn trống lọc nơi để dầu và sáp được dẫn vào. Trống lọc được chia thành nhiều ngăn bởi các vách ngăn đi từ tâm ra ngoài thành, mỗi ngăn được nối với bộ phận hút chân không nhờ ống nối ở đuôi trống. Khi trống quay, những ống nầy nối với mỗi ngăn nhất định. Khi ngăn nào đó đi qua hỗn hợp sáp dầu thì dầu và dung môi thấm qua lớp áo bọc và lưới rồi vào bên trong theo ống lối ra khỏi trống.