Công nghệ lọc dầu - Các quá trình chuyển hóa dưới tác dụng của nhiệt quá trình giảm nhớt của các phân đoạn cặn

Tài liệu tham khảo chuyên đề dầu khí về Công nghệ lọc dầu
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Công nghệ lọc dầu - Các quá trình chuyển hóa dưới tác dụng của nhiệt quá trình giảm nhớt của các phân đoạn cặn 1Công nghệ lọc dầu CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA DƯỚI TÁC DỤNG CỦA NHIỆT QUÁ TRÌNH GIẢM NHỚT CÁC PHÂN ĐOẠN CẶN Để làm tăng giá trị của các phân đoạn cặn, các quá trình chuyển hoá bằng nhiệt đã đượcthay thế bằng một quá trình cracking mềm nhằm làm giảm độ nhớt của các phân đoạn cặn nặngđể có thể sử dụng chúng làm chất đốt (có chất lượng như sản phẩm thương mại). Đây là quá trìnhgiảm nhớt. Nguyên liệu của quá trình này là : - Cặn của quá trình chưng cất khí quyển vận hành ở chế độ sản xuất tối đa xăng và gazole, nhưng vẫn đảm bảo các đặc tính về độ nhớt và độ ổn định của cặn. - Cặn của quá trình chưng cất chân không vận hành với mục đích làm giảm đến mức tối đa độ nhớt để sản xuất dầu đốt công nghiệp. I. Cơ sở của quá trình : I.1. Nguyên liệu : Một cách đơn giản có thể xem cặn là một hệ keo được tạo thành từ một pha phân tán làcác mixen chứa các asphaltène và các maltène đa nhân thơm có khối lượng phân tử lớn và mộtpha liên tục là các maltène khác. Các asphaltène là các phân tử phức tạp có khối lượng phân tử lớn hơn 1000, có nhiềunhân thơm, có chứa nhiều nhánh mạch thẳng, các dị nguyên tố (S,N,O) và các kim loại nặng(Ni,V). Các maltène có khối lượng phân tử thấp hơn asphaltène. Chúng được tạo thành từ cácphân tử hydrocacbon (HC) parafin, naphten và thơm. Chúng cũng chứa các dị nguyên tố và cáckim loại nặng nhưng với hàm lượng thấp hơn. I.2. Phản ứng bẻ gãy mạch : Trong quá trình giảm nhớt, các maltène bị bẻ gãy mạch tạo thành các phân tử nhỏ hơn,trong khi lượng asphaltène tăng lên do phản ứng vòng hoá và ngưng tụ các nhân thơm. Các phản ứng bẻ gãy mạch phân tử và cơ chế của các phản ứng này đối với các HC nhẹvà các phân đoạn nhẹ (quá trình cracking hơi để sản xuất ethylène, propylène, butadiène,benzene…) đã được nghiên cứu rất nhiều. Trong trường hợp các cấu tử của dầu nặng, ảnh hưởngcủa nhiệt độ lên phản ứng bẻ gãy mạch phân tử chưa được biết rõ. Tuy nhiên người ta có thểnhận dạng một vài phản ứng sau :TS. Nguyễn Thanh Sơn 2Công nghệ lọc dầu - Bẻ gãy liên kết C-C của các HC mạch thẳng trong các paraffine (tạo thành oléfine) và trong các alkylaromatique (phản ứng đề alkyl hoá). Đây là các phản ứng sơ cấp. - Oligome hoá và vòng hoá tạo thành các naphtène từ các hợp chất oléfine tạo thành từ phản ứng sơ cấp. - Ngưng tụ các phân tử mạch vòng tạo thành polyaromatique.Ngoài ra còn có các phản ứng xảy ra với các dị nguyên tố trong asphaltène : - tạo H2S, thiophène, mercaptan - tạo phenol I.3.Cơ chế và động học các phản ứng : Các phản ứng bẻ gãy mạch phân tử nêu trên là các phản ứng dây chuyền xảy ra theo cơchế gốc. Trên quan điểm động học phản ứng, người ta có thể diễn tả vận tốc các phản ứng theophương trình bậc một như sau : ⎛ E⎞ 1 dx = k (1 − x ) exp⎜ − hay k t = ln V= ⎟ 1− x dt ⎝ RT ⎠với x là phần khối lượng nguyên liệu đã bị chuyển hoá. Năng lượng hoạt hoá (E) thay đổi theo bản chất và thành phần của nguyên liệu. Nguyên liệu E (kJ/mol) Cặn chưng cất khí quyển 315 Cặn chưng cất chân không 230 Cặn chưng cất chân không đã tách asphalte 150 Các phản ứng tạo thành asphaltène và tạo cốc có năng lượng hoạt hoá từ 250 – 380kJ/mol. Năng lượng hoạt hoá này càng lớn khi nhiệt độ tăng lên. II. Các thông số của quá trình : II.1 Các thông số vận hành :TS. Nguyễn Thanh Sơn 3Công nghệ lọc dầu II.1.1 Nhiệt độ khi ra khỏi lò (ts) : Mặc dù các phản ứng xảy ra trong vùng nhiệt độ tăng trong các ống truyền nhiệt trong lòđốt nhưng nhiệt độ sau khi ra khỏi lò vẫn được xem như một thông số vận hành, nhiệt độ nàynằm trong khoảng 430 – 490°C tuỳ thuộc vào loại nguyên liệu và công nghệ. Nếu trong sơ đồcông nghệ, sau lò đốt có lắp đặt một buồng làm nguội (chambre de maturation – soaker) màtrong đó các phản ứng có thể tiếp diễn, trong trường hợp này nhiệt độ sau khi ra khỏi lò có thểchọn theo độ chuyển hoá mong ...