Đề tài Thiết kế công nghệ trích ly dầu nhờn bằng dung môi phenol năng suất 500.000 tấn/năm

dầu nhẹ nhất, có độ nhớt nhỏ nhất thu được ở đỉnh tháp và phân đoạn nặng nhất thu được từ đáy tháp. Đối với các dầu mỏ khác nhau về thành phần các cấu tử nên chúng không cho phép nhận các phân đoạn dầu nhờn có chất lượng mong muốn. 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. Nguyên liệu của qúa trình chưng cất chân không là phần cặn của qúa trình chưng cất khí quyển. Do đó, sơ đồ chưng chân không mazut để nhận dầu nhờn thường liên hợp với chưng cất ở áp suất thường. 1.2. Chiết tách, trích ly bằng dung môi. Mục đích của qúa trình trích ly là chiết tách các cấu tử không mong muốn chứa trong các phân đoạn dầu nhờn mà bằng chưng cất không thể tách ra được. Các cấu tử này thường làm cho dầu nhờn sau một thời gian bảo quản hay sử dụng bị biến đổi màu sắc, tăng độ nhớt, xuất hiện các hợp chất có tính axit không tan trong dầu, tạo thành cặn nhựa và cặn bùn trong dầu. Nguyên liệu cho qúa trình này là các phân đoạn dầu nhờn và cặn gudron thu được từ qúa trình chưng cất chân không. Cặn gudron trước khi được đem đi trích ly bằng dung môi chọn lọc cần phải qua qúa trình khử asphan. 1.2.1. Quá trình khử asphan trong phần cặn gudron. Trong gudron có 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 qủa mong muốn, chính vì thế người ta tiến hành khử asphan trước. Trong sản xuất dầu nhờn, phổ biến sử dụng propan lỏng để khử chất nhựa-asphan trong phân đoạn gudron. Qúa trình này, ngoài việc tách các hợp chất nhựa-asphan còn cho phép tách cả các hợp chất thơm đa vòng làm giảm độ nhớt, chỉ số khúc xạ, độ cốc hóa và nhận được dầu nhờn nặng có độ nhớt cao cho dầu gốc. Sản phẩm của qúa trình này là phân đoạn dầu nhờn cặn nặng, có độ nhớt cao. Phân đoạn này qua một số phân đoạn tiếp theo ta thu được phân đoạn dầu nhờn đưa đi pha chế hoặc làm dầu nhờn sử dụng cho các máy móc có tải trọng lớn cần thiết phải có độ nhớt cao. Sản phẩm phụ của qúa trình là asphanten – phân tách lấy để đưa đi sản xuất làm nhựa rải đường, làm giấy giầu, giấy chống thấm... Qúa trình này thường được đặt liên hợp với phân xưởng chưng chân không cặn mazut. 1.2.2. Các qúa trình trích ly bằng dung môi chọn lọc. Làm sạch bằng dung môi chọn lọc là qúa trình cần tách các cấu tử cần thải ra khỏi dầu nhờn như: các hydrocacbon thơm đa vòng và hydrocacbon naphten thơm có mạch bên ngắn, các hydrocacbon không no, các hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ, các chất nhựa... Nguyên liệu cho qúa trình là các phân đoạn dầu nhờn cất (có khoảng nhiệt độ sôi 300 – 4000C; 350 – 4200C; 370 – 5000C thu được từ qúa trình chưng cất chân không mazut). Các phân đoạn dầu nhờn cặn (có nhiệt độ sôi trên 5000C thu được từ qúa trình khử asphanten trong gudron bằng propan lỏng). Do đó các qúa trình trích ly bằng dung môi chọn lọc thường được bố trí liên hợp với phân xưởng chưng cất chân không cặn mazut và phân xưởng khử asphanten trong gudron bằng propan lỏng. Các loại dung môi và các quá trình công nghệ sẽ được trình bày chi tiết ở phần II. 1.3. Tách hydrocacbon rắn (sáp hay petrolactum). 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 kết tinh ở nhiệt độ thấp) và kém hòa tan vào dầu nhờn ở nhiệt độ thấp. Vì thế chúng cần phải tách ra khỏi dầu nhờn. Nguyên liệu: đa phần dầu gốc chế tạo dầu mỏ đều phải qua khâu tách sáp, xử lý tách parafin, chỉ ngoại trừ khi hàm lượng parafin không ảnh hưởng tới độ linh động của dầu nhờn (khi làm việc ở các vùng nhiệt đới hay làm việc ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bình thường). Các quy trình công nghệ dùng để tách sáp hiện nay hay dùng: - Thứ nhất là làm lạnh để kết tinh sáp và dùng dung môi để hòa tan phần dầu cho phép lọc nhanh tách sáp khỏi dầu nhờn. - Thứ hai là cracking chọn lọc để bẻ gãy các parafin tạo sản phẩm. Qúa trình này còn được gọi là qúa trình tách parafin dùng xúc tác. Tùy theo mức độ khử parafin mà người ta có thể phân thành qúa trình khử parafin bình thường ( sản phẩm dầu gốc có nhiệt độ đông đặc từ –10 đến -150C hay –180C) hay qúa trình khử parafin triệt để (sản phẩm dầu gốc có nhiệt độ đông đặc từ –300C hay thấp hơn). Tuy vậy, cần nhớ rằng parafin cũng là cấu tử có chỉ số nhớt tốt, nên mức độ tách quá sâu là điều không cần thiết. Thông thường người ta chỉ tiến hành tách vừa đủ để đáp ứng nhu cầu cần thiết, rồi sau đó pha thêm phụ gia chống đông cho dầu gốc. 1.4. Qúa trình làm sạch bằng hydro. Qúa trình tinh chế sản phẩm dầu đã tách sáp là qúa trình cần thiết nhằm loại bỏ các chất hoạt động về mặt hóa học, có ảnh hưởng đến độ màu của dầu gốc. Ví dụ, các hợp chất của nitơ có ảnh hưởng rất mạnh đến màu sắc cũng như độ bền của dầu gốc, vì thế phải loại bỏ chúng và đó chính là yêu cầu của qúa trình tinh chế bằng hydro. Nguyên liệu được tiếp xúc với hydro trong điều kiện nhiệt độ từ 300 đến 3700C, áp suất 40 đến 60 at, trên xúc tác coban – molipden (Mo – Co). Nguyên liệu dầu nhờn chứa các hợp chất của các nguyên tố O, N, S được chuyển thành nước, amoniac và sunfuahydro (H2S). Các hydrocacbon thơm một phần bị hydro hóa thành naphten. Tính chất hydro sau khi bị hydro hóa làm sach được thay đổi như sau: Làm giảm độ nhớt 0 – 2 Làm tăng chỉ số độ nhớt 0 – 2 Hạ thấp nhiệt độ đông đặc, 0C 0 – 2 Tăng sáng màu 1 - 2 Tóm lại, các qúa trình sản xuất dầu gốc đều được tiến hành qua bốn công đoạn nêu trên. Nhưng đối với mỗi loại dầu mỏ khác nhau thì người ta sẽ điều chỉnh, chọn lựa các chế độ công nghệ, các loại dung môi sao cho đạt được sản phẩm mong muốn, với chi phí nhỏ nhất. Ví dụ như đối với qúa trình trích ly bằng dung môi chọn lọc khi dầu nhờn thu được từ dầu mỏ chứa nhiều hợp chất lưu huỳnh, có trọng lượng phân tử cao thì người ta thường chọn dung môi là phenol, còn đối với dung môi là fufurol thì sử dụng hiệu qủa với dầu nhờn cất có hàm lượng hydrocacbon thơm lớn. II. Qúa trình trích ly bằng dung môi chọn lọc. 2.1. Mục đích, nguyên lý của qúa trình trích ly.[1, 17] Mục đích qúa trình trích ly là chiết tách các cấu tử không mong muốn chứa trong các phân đoạn dầu nhờn mà bằng chưng cất không thể loại ra được. Các cấu tử cần thải ra khỏi dầu nhờn như: các hidrocacbon thơm đa vòng và các hidrocacbon naphten thơm có mạch bên ngắn, các hidrocacbon không no, các hợp chất chứa lưu huỳnh, chứa nitơ, các chất nhựa. Các cấu tử này thường làm cho dầu nhờn sau một thời gian bảo quản hay sử dụng bị biến đổi màu sắc, tăng độ nhớt, xuất hiện các hợp chất có tính axit không tan trong dầu, tạo thành cặn bùn hoặc cặn nhựa trong dầu. Qúa trình này đặc biệt có ý nghĩa đối với việc sản xuất dầu nhờn là: tăng độ ổn định, chống oxy hóa cho dầu nhờn, tăng chỉ số nhớt, giảm tỷ trọng, giảm độ nhớt, giảm độ axit, giảm độ cốc, làm sáng màu hơn cho dầu nhờn nhưng có thể nhiệt độ đông đặc lại tăng lên chút ít. 2.2.Phân loại dung môi.[17] Theo khả năng hoà tan của các chất trong phân đoạn dầu nhờn, có thể chia các dung môi hữu cơ thành hai nhóm. Nhóm dung môi thứ nhất: các dung môi hòa tan các cấu tử cần thiết của dầu nhờn. Các dung môi này là chất không có cực, đặc điểm chung của dung môi nhóm này là lực hút giữa các phân tử của các cấu tử cần thiết của của dầu nhờn, hòa tan với nhau thu được dung dịch hình thành do hiệu ứng tán xạ. Các dung môi không cực nhóm này thường là các hidrocacbon lỏng hoặc các hidrocacbon hoá lỏng dãy parafin hoặc các hợp chất có mô men lưỡng cực rất nhỏ như CCl4, etyleste.... Nhóm dung môi thứ hai: Các dung môi này là các chất hữu cơ có cực với mô men lưỡng cực lớn như fenol, furfurol, N-metylpirolydon, krezon, dietylenglucol... Dựa vào bản chất của dung môi người ta đã chia thành dung môi có cực và dung môi không cực, nhưng dù là loại nào, dung môi được chọn phải thỏa mãn các yêu cầu: - Phải có tính hòa 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 dung môi. - Phải bền về hóa học, 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 các cấu tử cần tách để dễ dàng thu hồi dung môi , tiết kiệm năng lượng. 2.3. Cơ sở lý thuyết của qúa trình. Dựa vào tính chất chọn lọc của dung môi có cực khi trích ly nguyên liệu là các phân đoạn dầu nhờn mà phân chia ra được hai pha lỏng. Pha thứ nhất gồm các cấu tử dầu nhờn và một phần ít dung môi gọi là dung dịch rafinat. Sau khi tách dung môi ra khỏi dung dịch rafinat thu được sản phẩm chính của qúa trình là dầu nhờn. Pha thứ hai gồm các cấu tử cần thải và phần lớn dung môi gọi là dung dịch chiết (hay dung dịch extract). Sau khi tách dung môi ra khỏi dung dịch chiết ta thu được các chất cần thải. Nhờ vào tính chất hoà tan chọn lọc của dung môi có cực ta có thể sản xuất ra được dầu gốc chất lượng cao từ bất kỳ dầu thô nào. Vai trò quan trọng trong qúa 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 qúa 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 vào 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 chất có lợi. Khả năng hòa tan của dung môi là đại lượng được thể hiện bằng lượng 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. Về nguyên lý, độ chọn lọc và khả năng hòa tan là hai đại lượng ngược nhau, tăng chỉ tiêu này sẽ dẫn tới giảm chỉ tiêu kia. Cũng cần nhớ rằng, độ chọn lọc và khả năng hòa tan của mỗi một dung môi không phải là đại lượng cố định mà chúng phụ thuộc vào thành phần hóa học của nguyên liệu. Độ hòa tan của hidrocacbon trong dung môi có cực không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc của hidrocacbon mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ và thường tuân theo một số quy luật sau: Khi tăng số vòng trong phân tử hidrocacbon 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. 4. Độ hòa tan của hidrocacbon thơm sẽ lớn hơn naphten khi có cùng số nguyên tử cacbon trong vòng. 5. Hidrocacbon lai hợp naphten-thơm có độ hòa tan cao hơn so với các naphten có cấu trúc tượng tự. 6. Hidrocacbon parafin có độ hòa tan nhỏ nhất. Ngày nay người ta đang sử dụng phổ biến ba loại dung môi có cực để tách hợp chất nhựa và thơm đa vòng ra khỏi nguyên liệu dầu nhờn là phenol, furfurol và N- metylpyrolidon. Một số tính chất của các dung môi này được trình bày trong bảng 5 [1]. Bảng 5 Một số tính chất của dung môi: Chỉ tiêu Phenol Furfurol N- metylpyrolidon Khối lượng riêng ở 200C, kg/m3 1060 1159 1033 Nhiệt độ sôi, 0C 181 162 204 Nhiệt độ nóng chảy, 0C +41 -39 -24 Nhiệt độ tới hạn, 0C 419 396 - Nhiệt độ bắt cháy cốc hở, 0C 79 59 - áp suất tới hạn, Mpa 6,07 5,3 4,04 độ nhớt động học ở 500C, Pa.s 32,4 11,5 10,4 Nhiệt bay hơi, kj/kg 445,9 450,0 439,1 Nhiệt nóng chảy, kj/kg 121,4 - - Nhiệt dung, kj/kg. 0K 2,039 1,59 1,67 Trong qúa trình làm sạch bằng phenol hay N-metylpyrolidon, người ta phải giảm khả năng hòa tan của dung môi này để tăng độ chọn lọc của chúng bằng cách cho thêm chất giảm khả năng hòa tan (còn gọi là chất chống hòa tan). Điều này làm cho qúa trình trích ly hoàn thiện hơn và mở rộng thêm điều kiện công nghệ tối ưu cho qúa trình làm sạch. Ví dụ các chất thường được sử dụng để giảm khả năng hòa tan của dung môi phenol là rượu etylic, etylenglycon... và tốt nhất là nước. III. Đánh giá và lựa chọn công nghệ.[1, 17] 3.1. Đánh giá chung. Để lựa chọn một công nghệ cho qúa trình trích ly bằng dung môi chọn lọc. Trước hết chúng ta phải chọn được một dung môi phù hợp với từng loại dầu nguyên liệu của từng vùng, từ đó ta tiến hành chọn lựa công nghệ nhằm thu được sản phẩm mong muốn, với vốn đầu tư ban đầu là rẻ nhất. Do đó, ở trong phần này đã chọn nguyên liệu ban đầu cho qúa trình sản xuất dầu nhờn trích ly bằng dung môi chọn lọc là phân đoạn dầu nhờn cặn lấy từ dầu thô vùng Ramasky. Trước kia, người ta thường sử dụng propan lỏng làm dung môi trích ly, nhưng hiệu qủa tách thấp, dầu nhờn thu được có độ nhớt thấp khoảng 43 – 60 mm2/c, độ cốc khoảng 2,0 – 3,9% khối lượng, lượng dung môi sử dụng rất lớn khoảng 6 – 11/1 thể tích. Do đó, ngày nay người ta không sử dụng propan lỏng làm dung môi chọn lọc, mà sử dụng propan lỏng để tách sơ bộ các chất nhựa – asphan trong phân đoạn gudron. Sau đó đem đi làm sạch bằng dung môi phenol hay furfurol để thu được dầu gốc chất lượng cao. ở các nhà máy ở Liên bang Nga, dung môi chủ yếu dùng cho qúa trình làm sạch chọn lọc là phenol. Phenol có khả năng hòa 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 rẻ tiền dễ kiếm. Đối với dung môi furfurol trong qúa trình làm sạch dầu nhờn ít độc hại hơn phenol, nhưng khả năng hòa tan kém hơn phenol. Đồng thời do furfurol có tính oxy hóa mạnh và dễ tạo nhựa khi có mặt không khí và nước. Do đó để tránh qúa trình oxy hóa, trong công nghiệp người ta phải bảo quản furfurol trong môi trường khí trơ; kiểm tra chặt chẽ nhiệt độ trong hệ thống đun nóng và tái sinh dung môi, hay khử khí sơ bộ khỏi nguyên liệu trước khi tiến hành trích ly, hoặc phải thêm chất chống oxy hóa đặc biệt vào furfurol. Đây cũng chính là nguyên nhân làm tăng giá thành của dung môi furfurol. Ngoài ra, do khả năng hòa tan các chất nhựa của furfurol 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 các hợp chất đa vòng. Còn phenol sử dụng có hiệu qủa cao đối với nguyên liệu mà có trọng lượng phân tử cao và nguyên liệu là các phân đoạn dầu nhờn thu được từ dầu mỏ lưu huỳnh. Do vậy, ngày nay các qúa trình này được thay thế bằng dung môi phenol có khả năng hòa tan tốt hơn. Khi cùng làm sạch nguyên liệu là phân đoạn dầu nhờn cặn thu được từ qúa trình khử asphanten trong guđron bằng furfurol và phenol (với tỷ lệ dung môi như nhau) ta thấy hiệu suất sản phẩm rafinat khi dùng dung môi furfurol cao hơn, nhưng chất lượng sản phẩm rafinat lại kém hơn khi dùng dung môi phenol. Khi dùng phenol để làm sạch dầu nhờn có khả năng tăng chỉ số độ nhớt cho dầu nhờn, có khả năng hòa tan tốt các hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh và các sản phẩm nhựa, có thể làm sạch các phân đoạn dầu nhờn cất, phân đoạn dầu nhờn cặn nặng và các phân đoạn dầu nhờn nhận từ dầu mỏ lưu huỳnh, khi bảo quản cũng như khi tái sinh ít thay đổi chất lượng hơn so với furfurol, tỷ lệ phenol trên nguyên liệu thấp hơn so với furfurol. Trong qúa trình trích ly, độ hòa tan và độ chọn lọc của các cấu tử nguyên liệu dầu nhờn vào dung môi là rất quan trọng. Khi nghiên cứu khả năng hòa tan của dung môi đã kết luận rằng: tính chất này của dung môi phụ thuộc vào mômen lưỡng cực. Phenol có mômen lưỡng cực (1,70D) bằng nửa furfurol (3,57D) nhưng khả năng hòa tan của phenol lại cao hơn hẳn furfurol. Ngoài dung môi là phenol và furfurol, hiện nay người ta có thể thay thế bằng dung môi N- metylpyrolidon. Dung môi này ít độc hại hơn, có khả năng hòa tan tốt hơn. Nhưng dung môi này có nhược điểm giá thành dung môi quá đắt do qúa trình điều chế khó khăn, do đó dầu nhờn thu được sẽ có giá thành đắt, khó cạnh tranh với các sản phẩm khác. Dung môi này chủ yếu được dùng khi cần điều chế dầu nhờn có độ tinh khiết, chỉ số độ nhớt đòi hỏi phải rất cao. Căn cứ vào các yếu tố trên, em chọn dung môi phenol làm dung môi trích ly để sản xuất dầu nhờn gốc. Tuy rằng dung môi này có nhược điểm mùi khó chịu có hại cho hệ thần kinh trung ương. Nhưng các nhược điểm đó hoàn toàn có thể khắc phục được bằng cách trang bị các trang phục bảo hộ lao động trong qúa trình làm việc, xây dựng phân xưởng ở nơi thoáng mát, có lắp đặt các hệ thống thông gió. Với dung môi chọn lọc là phenol, sơ đồ công nghệ làm sạch chọn lọc bằng phenol hình 2. Đây là một công nghệ hoàn toàn mới, qúa trình làm việc liên tục nên năng suất thiết bị lớn. Sơ đồ công nghệ này có thể sử dụng nhiều nguyên liệu khác nhau để sản xuất các loại dầu nhờn có độ nhớt theo yêu cầu bằng cách thay đổi tỷ lệ dung môi trên nguyên liệu. Công nghệ sử dụng qúa trình tái sinh pha rafinat ở 2 cấp do đó có thể tách được triệt để dung môi phenol ra khỏi sản phẩm. Trong qúa trình tái sinh pha chiết, extract được tiến hành tái sinh qua 3 tháp (tháp làm khô 16, tháp bay hơi 21 và tháp tách 24). Lượng dung môi phenol được tách hoàn toàn khỏi extract, hạn chế tối đa lượng dung môi thải ra ngoài môi trường gây ô nhiễm. Dây chuyền sử dụng qúa trình làm sạch dung môi theo hai khối là khối trích ly độc lập và hai khối tái sinh dung môi từ dung dịch rafinat độc lập, như vậy đồng thời chế biến hai dạng nguyên liệu (phân đoạn dầu nhờn cất và phân đoạn dầu nhờn cặn hay hai phân đoạn dầu nhờn cất khác nhau) trong cùng một lúc. Còn khối tái sinh phenol từ dung dịch extract là chung. Như vậy công suất của qúa trình làm sạch theo hai khối này lớn gấp đôi công suất của qúa trình làm sạch bằng phenol bình thường. 3.2. Thuyết minh dây chuyền. Nguyên liệu được bơm 7 đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt 1 được, vào tháp hấp thụ 4, ở đây nguyên liệu được tiếp xúc ngược dòng với hỗn hợp hơi đẳng phí phenol-nước đi ra từ tháp 16. Hơi nước bay ra từ đỉnh tháp 4 được đưa vào bộ phận chuẩn bị hơi đẳng phí phenol nước hoặc thải ra ngoài không khí tuỳ theo sơ đồ. Nguyên liệu từ tháp hấp thụ 4 qua thiết bị làm lạnh 5 rồi đưa vào tháp trích ly 6. Phenol được đưa vào từ đỉnh tháp 6 lấy từ bể chứa 3 qua thiết bị gia nhiệt 8. Nước phenol từ bể chứa 20 được cho vào tháp trích ly 6. Nhiệt độ của tháp 6 được điều chỉnh bằng nhiệt độ của nguyên liệu vào và nhiệt độ của tuần hoàn đáy sau khi qua trao đổi nhiệt ở thiết bị 9. Tái sinh dung dịch rafinat được thực hiện hai cấp ở các thiết bị 11 và 12. Khi ra khỏi tháp 6, rafinat tự chảy qua thiết bị trao đổi nhiệt 10, 13 và lò đốt 14 rồi vào tháp bay hơi 11. Hơi phenol tách ra ở đỉnh tháp 11 được cho qua làm lạnh, ngưng tụ ở các thiết bị 1 và 2 rồi vào bể chứa 3. Còn dung dịch rafinat chứa khoảng 5 đến 6% phenol từ đáy tháp 11 được cho qua tháp tách12 Hơi nước quá nhiệt được cho vào đáy thiết bị 12 để tách hơi phenol còn lại. Hơi phenol- nước bay ra từ đỉnh tháp 12 được cho qua làm lạnh 22, ngưng tụ và cho vào bể chứa 23. Rafinat cho qua trao đổi nhiệt 13 rồi vào bể chứa sản phẩm. Sơ đồ công nghệ Tái sinh extract được thực hiện ở 3 cấp. Đầu tiên dung dịch extract từ đáy tháp 6, được bơm 7 cho qua trao đổi nhiệt 15 rồi vào tháp làm khô 16. Hơi đẳng phí phenol-nước tách ra ở đỉnh tháp 16 được dẫn về cột hấp thụ 4 hoặc qua thiết bị làm lạnh 19 rồi vào bể chứa 20. Dung dịch chiết đã tách ẩm từ đáy tháp 16 được qua trao đổi nhiệt 17 rồi được bơm qua lò 18 và vào tháp bay hơi 21. Hơi phenol tách ra từ đỉnh tháp 21 qua 17 rồi trao đổi nhiệt 15, sau đó được làm lạnh ở thiết bị 1 và 2 rồi vào bể chứa 3. Hơi phenol còn lại được tách hết trong tháp 24. Phần bay hơi từ đỉnh tháp 24 là hỗn hợp phenol-nước, còn phần đáy là phần chiết IV được cho ra khỏi dây chuyền. 3.3 Chế độ công nghệ. Khi tiến hành qúa trình làm sạch bằng dung môi chọn lọc, ngoài thành phần hóa học của nguyên liệu và dung môi, cần phải xác định các điều kiện công nghệ của qúa trình như tỷ lệ dung môi/nguyên liệu, chế độ nhiệt độ và các chất thêm vào dung môi. Chế độ nhiệt độ: Qua thực nghiêm và thực tế làm sạch bằng phenol các phân đoạn dầu nhờn cất có thành phần phân đoạn rộng và phân đoạn nhờn cặn, nên nhận dầu nhờn có chỉ số nhớt 85 hay cao hơn thì thường tiến hành nhiệt độ đỉnh tháp trích ly thấp hơn 8-100C so với nhiệt độ hòa tan tới hạn của phenol. Nhiệt độ đáy tháp thì thấp hơn nhiệt độ đỉnh tháp 10 đến 200C. Nếu giảm nhiệt độ của tháp (đỉnh và đáy) thì ta thấy hiệu suất dầu nhờn tăng lên nhưng chất lượng dầu nhờn kém đi (như độ cốc tăng, chỉ số khúc xạ tăng, màu tối đi v.v..). Tỷ lệ phenol/nguyên liệu: Tỷ lệ phenol/nguyên liệu phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu dùng, vào yêu cầu chất lượng sản phẩm dầu nhờn cần thu. Tỷ lệ này thay đổi trong giới hạn tương đối rộng. Khi làm sạch nguyên liệu là các phân đoạn dầu nhờn cất thì tỷ lệ phenol/nguyên liệu là 1,5-2 : 1 (theo khối lượng). Muốn nhận dầu nhờn có chất lượng tốt, yêu cầu chỉ số nhớt cao hơn 95 thì phải tăng tỷ lệ phenol lên. Ví dụ đối với dầu nhờn cất tăng lên tới 2,5-3,5 : 1. Bổ sung thêm nước: Để tăng sự phân chia triệt để và giảm mất mát các cấu tử cần thiết trong extract thì người ta đưa thêm một lượng nước phenol vào tháp trích ly (nước phenol là hỗn hợp giữa hơi phenol và nước lấy từ tháp tái bốc hơi trong bộ phận tái sinh phenol từ dung dịch rafinat và extract. Để làm sạch nguyên liệu triệt để người ta cho nước thêm vào phenol. Để giảm hàm lượng phenol trong dung dịch rafinat và để tăng hiệu suất rafinat, người ta cho thêm 2-5% nước (so với lượng phenol chung cho vào tháp) vào đỉnh tháp và đáy tháp trích ly. Cho nước thêm vào đỉnh tháp làm giảm độ nhớt dung dịch rafinat, còn cho thêm nước vào đáy tháp thì làm tăng nhiệt độ đáy tháp, nhờ vậy mà tăng hiệu suất rafinat và làm tăng chất lượng của rafinat. Nếu làm sạch nguyên liệu là các phân đoạn dầu nhờn cất nhẹ ít nhựa thì cho thêm vào phenol khoảng 8-10% nước, nếu nguyên liệu có nhiệt độ sôi cao thì cho thêm 4-5% nước để tránh sự tồn tại nhựa trong dầu nhờn. IV. Tính toán thiết kế thiết bị phản ứng chính. Giả sử dây chuyền sản xuất hoạt động liên tục 24/24 giờ. Thời gian nghỉ làm việc trong một năm là: Bảo dưỡng, định kỳ lần/năm là 10 ngày. Nghỉ do lý do hỏng hóc, gặp sự cố kỹ thuật 20 ngày. Thời gian làm việc thực tế của phân xưởng trong một năm là: 365 - 30 =335 (ngày). Năng suất làm việc của phân xưởng là 500.000 tấn/năm. Vậy năng suất làm việc của phân xưởng trong 1 giờ là: 62.000 (kg/h). Đối với qúa trình trích ly bằng dung môi phenol thì dây chuyền cũng như chế độ công nghệ tối ưu nhất thường được dùng với dầu nhờn có trọng lượng phân tử cao và nguyên liệu là các phân đoạn dầu nhờn thu được từ dầu mỏ lưu huỳnh. Do vậy nguyên liệu sử dụng để tính toán là liệu dầu nhờn cặn vùng Ramasky. Bảng 6: Chỉ tiêu của qúa trình làm sạch dầu nhờn bằng phenol. Nguyên liệu Tỷ trọng d415 0,907 Độ nhớt ở 1000C mm2/s 20,800 Độ cốc, % khối lượng 1,10 Hàm lượng S, % khối lượng 1,6 Điều kiện làm sạch Tỷ lệ phenol: nguyên liệu (khối lượng) 3:1 Nhiệt độ, 0C Đỉnh tháp Đáy tháp 70 62 Chi phí nước phenol % khối lượng so với phenol 4,5 Đặc tính rafinat Hiệu suất, % khối lượng so với nguyên liệu 60 Tỷ trọng d415 0,881 Độ nhớt ở 1000C, mm2/s 16 Độ cốc, % khối lượng 0,28 Hàm lượng S, % khối lượng 0,79 Extract (E) Nguyên liệu (I) Rafinat (R) Phenol (F) Nước phenol (N) Gia nhiệt 4.1. Tính cân bằng vật chất. Phương trình cân bằng vật chất I + F + N = R + E I: Lưu lượng của nguyên liệu vào. I = 125.000 (kg/h) F: Lưu lượng dung môi phenol đưa vào tháp trích ly. F = 3 . 125.000 = 375.000 (kg/h) N: Lưu lượng nước phenol đưa vào. N = = 16.875 (kg/h) R: lưu lượng dung dịch rafinat lấy ra ở đỉnh tháp. R = I . H = 125.000 . 0,6 = 75.000 (kg/h) Lượng phenol chứa trong dung dịch rafinat. m = 0,2 . R = 0,2 . 75.000 = 15.000 (kg/h) Lượng phenol chứa trong extract. m =375.000 – 15.000= 360.000 (kg/h) Lượng dầu trong pha chiết. E = 125.000 – (75.000 – 15.000) = 65.000 (kg/h) Hàm lượng S trong extract. mS = 0,016 . 125.000 – 0,0097 . 75.000 = 2.592,5 (kg/h) Phần trăm khối lượng S trong extract. %mS = . 100% = 0,587% Độ cốc trong extract mcốc = 0.011 . 125.000 – 0.0028 . 75.000 = 1585 (kg/h) Phần trăm khối lượng cốc trong extract. %mcốc = . 100% = 0,359% Bảng 8: Cân bằng cật chất của qúa trình trích ly bằng phenol: Các thông số Dầu nhờn cặn vùng Ramasky (nhiều lưu huỳnh) kg/h Vào tháp, % Nguyên liệu Phenol Nước phenol Tổng Ra khỏi tháp, % Dung dịch rafinat Rafinat Phenol Dung dịch chiết Phần chiết Phenol 125.000 375.000 16.875 516.875 75.000 60.000 15.000 441.875 81.875 360.000 4.2. Cân bằng nhiệt lượng. QI + QN + QF + QT = QR + QE + Qm (1) QI: nhiệt lượng đem vào của nguyên liệu: QI = GI . qI 60 = 125.000 . 112,7 = 14092,7.103 (kj/h) QN: nhiệt lượng nước phenol đem vào: QN = GN . CN30 . t30 = 16.875 . 0,99866 . 4,1826 .30 = 2114,604.103 (kj/h) QF: nhiệt lượng phenol đem vào đỉnh tháp: QF = GN . CN60 . t60 = 375.000 . 2,347 . 60 = 52.807,5.103 (kj/h) QT: nhiệt lượng cung cấp cho tháp: QT = GT . qTt (kj/h). QR: nhiệt lượng rafinat mang ra: QR= GR . qR70 + GF . qF70 = 60.000 . 134,733 + 15.000 . 2,347 . 70 = 10.548,33.103 (kj/h) QE: nhiệt lượng pha chiết mang ra. QE = GE . qE62 + GF . qF62 = 81.875 . 114,01 + 360.000 . 2,347 . 62 = 61.719,609.103 (kj/h). Qm: nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh. Thường bằng 4% lượng nhiệt của rafinat và extract mang ra. Qm = 0,04 . (10.548,33 + 61.719,609).103 = 2890,7.103 (kj/h). Nhiệt lượng cần cung cấp thêm cho tháp. Thay các số liệu vào (1) ta có: (14.092,7 + 2.114,604 + 52.807,5).103 + QT = = (10.548,33 + 61.719,609 + 2.890,7).103 QT = 75.158,639. 103 – 69.014,804. 103 = 6.143,835. 103 (kj/h). Bảng 9: Cân bằng nhiệt lượng của qúa trình trích ly bằng phenol: Nhiệt lượng (.103 kj/h) Nhiệt lượng đem vào tháp Nguyên liệu Phenol Nước phenol Nhiệt bổ xung 14.092,7 52.807,5 2114,604 6.143,835 Tổng 75.158,639 Nhiệt lượng đem ra khỏi tháp Rafinat Pha chiết Mất mát 10.5548,33 61.719.609 2.890,7 Tổng 75.158,639 4.3. Xác định đường kính và chiều cao của tháp trích ly. Nhiệt độ trung bình của tháp: tb =0C Tỷ trọng của nguyên liệu và phenol tại 660C: r= 907 kg/m3 r= 1076 kg/m3 Đường kính tháp trích ly: D = 2. [20-315] v: tốc độ hỗn hợp đi trong tháp trích ly bằng 11m3/m2h. D = =7,505 (m) Chọn D = 750 mm. Tỷ trọng của dầu trong pha chiết tính bằng công thức: [20-317] (kg/m3) Lượng của phần làm sạch: Vraf = [20-314] Graf: lưu lượng dầu đã làm sạch (kg/h). rraf: tỷ trọng của dầu đã làm sạch tại nhiệt độ đỉnh tháp (kg/h). rdiz: tỷ trọng của dung môi phenol tại nhiệt độ đỉnh tháp (kg/h). x: nồng độ trọng lượng của dầu đã làm sạch đối với phần rafinat. Tại nhiệt độ đỉnh tháp 700C: rraf = 881 kg/m3 rdiz = 1056 kg/m3 x = 0,8 Thay vào phương trình [20-314]: Vraf = m3/h Lượng phần trong pha chiết: Vex = (*) [20-314] Gex: Lưu lượng dầu trích ly, kg/h. F: Lưu lượng dung môi phenol đưa vào đỉnh tháp, kg/h. : Tỷ trọng của pha chiết, kg/m3. : Tỷ trọng của phenol tại đáy tháp trích ly kg/m3. Nhiệt độ đáy tháp trích ly 600C: = 950 kg/m3 = 1106 kg/m3 Thay vào phương trình (*): Vex = (m3/h) + Chiều cao phần để lắng rafinat: h1= [20-314] Vraf: Lượng phần làm sạch m3/h. t1: Thời gian để lắng của phần làm sạch trong tháp trích ly, t1=1,21,5 h. Chọn t1=1,2 h. S: thiết diện ngang của tháp, m2. h1= (m) + Chiều cao của phần để lắng trong pha chiết: h3 = [20-314] Vex: Lượng phần trích ly, m3/h. t1: Thời gian để lắng của phần chiết trong tháp trích ly, t1=0,51,0 h. Chọn t1=0,75 h. h3 = (m). Chọn h3 = 7 m. + Chiều cao phần trích ly: h2= (m) S: Thiết diện ngang của thiết bị, m2. V: Thể tích vùng làm việc, m3. V= [23] : Thời gian làm việc, = 22,5 h, chọn = 2 h. : Hiệu suất làm việc của thiết bị, = 1,11,15, chọn = 1,12. : Hệ số làm đầy, = 0,40,9. Chọn =0,9. : Công suất theo giờ của thiết bị. = (m3/h). V = (m3) h2= (m) + Số đĩa trong tháp trích ly: n. Khoảng cách giữa các đĩa 0,3 m. n = Chọn n = 16 đĩa. + Chiều cao của đáy và nắp thiết bị trích ly: Thường chọn h4= h5 = 0,25.D [22-381] h4 = h5 = 0,25 . 7,5 = 1,875 (m) + Chiềi cao giá đỡ h6 = 1,2 m + Chiều cao của tháp trích ly: H = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 + h6 [20-313] H = 2,3 + 4,789 + 7 + 1,875 + 1,875 + 1,2 = 19,039 (m) 4.4. Xác định đường kính các ống dẫn. D = (m) [21-448] V: Lượng thể tích vật chất đi qua, m3/h. : Vận tốc vật chất, m/h. + Đường kính ống dẫn rafinat: Vraf = 85,13 m3/h Vận tốc của rafinat ra khỏi tháp: = 900 m/h. Draf = = = (m) Chọn Draf = 350 mm. + Đường kính ống dẫn pha chiêt: Vex = 408,644 m3/h Vận tốc của extract ra khỏi tháp: ex = 850 m/h. Dex = = = (m) Chọn Dex = 800 mm. + Đường kính ống dẫn nguyên liệu: VI = (m3/h) Vận tốc của nguyên liệu đưa vào tháp trích ly: I = 950 m/h. DI = = = (m) Chọn DI = 450 mm. + Đường kính ống dẫn phenol vào đỉnh tháp: Vf = (m3/h) Vận tốc của phenol đưa vào tháp trích ly: f = 900 m/h. Df = = = (m) Chọn Df = 500 mm. + Đường kính ống dẫn nước phenol vào đáy tháp trích ly: VN = (m3/h) Vận tốc nước phenol đưa vào: N = 1500 m/h. DN = = = (m) Chọn DN = 200 mm. Phần III: xây dựng Đối với mỗi công trình xây dựng, với mỗi nhà máy điều quan trọng nhất là xác định địa điểm xây dựng. Địa điểm xây dựng đóng góp một phần thành công của mỗi dự án. Xác định địa điểm xây dựng hợp lý sẽ tạo điều kiện tốt cho giai đoạn chuẩn bị đầu tư, là cơ sở phát triển sản xuất, kinh doanh của nhà máy, vốn đầu tư cũng như giá thành sản phẩm của nhà máy, trước mắt cũng như lâu dài. Vị trí nhà máy sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường, kích thích sự tăng trưởng kinh tế của mỗi khu vực, cũng như của toàn xã hội. Trong từng giai đoạn phát triển, nhà nước đều có các định hướng quy hoạch có tầm chiến lược phù hợp với sự phát triển của thực tiễn khách quan, thể chế chính trị, chử chương đường lối phát triển kinh tế. Vì vậy, việc xác định địa điểm xây dựng nhà máy là vấn đề then chốt để phù hợp với chủ trương đường lối của nhà nước nhằm mục đích tồn tại và phát triển trước mắt cũng như lâu dài. I. Phân tích địa điểm xây dựng nhà máy. 1.1. Các yêu cầu chung + Về quy hoạch: Địa điểm xây dựng được lựa chọn phải phù hợp với qui hoạch lãnh thổ, quy hoạch vùng, qui hoạch cụm kinh tế công nghiệp đã được các cấp có thẩm quyền phê duyệt. Tạo điều kiện phát huy tối đa công xuất của nhà máy và khả năng hợp tác sản xuất của nhà máy với các nhà máy lân cận. + Về điều kiện tổ chức sản xuất Địa điểm lựa chọn xây dựng phải thoả mãn: gần với các nguồn cung cấp nguyên liệu cho sản xuất và gần nơi tiêu thụ sản phẩm nhà máy, gần các nguồn cung cấp năng lượng, nhiên liệu như: điện, nước, hơi, khí nén, than, dầu..., như vậy sẽ hạn chế tối đa các chi phí cho vận chuyển, hạ giá thành sản phẩm góp phần thúc đẩy sự phát triển của nhà máy. + Về điều kiện hạ tầng kỹ thuật. Địa điểm xây dựng phải đảm bảo được sự hoạt động liên tục của nhà máy do vậy chú ý các yếu tố sau: Phù hợp và vận dụng tối đa hệ thống giao thông quốc gia bao gồm: đường bộ, đường sắt, đường sông, đường biển và đường hàng không. Phù hợp và vận dụng tối đa hệ thống mạng lưới cung cấp điện, thông tin liên lạc và các mạng lưới kỹ thuật khác. Nếu ở địa phương chưa có sẵn các điều kiện kỹ thuật hạ tầng nói trên thì phải xét đến khả năng xây dựng nó trước mắt, cũng như trong tương lai. + Về điều kiện xây lắp và vận hành nhà máy: Khả năng nguồn cung cấp vật liệu, vật tư xây dựng. Để giảm chi phí giá thành đầu tư xây dựng cơ bản của nhà máy, hạn chế tối đa lượng vận chuyển vật tư từ nơi xa tới. Khả năng cung ứng nhân công trong quá trình xây dựng nhà máy cũng như vận hành nhà máy sau này. Do vậy, trong quá trình thiết kế cần chú ý xác định số công nhân của nhà máy và khả năng cung cấp nhân công ở địa phương, ngoài ra còn phải tính đến khả năng cung cấp nhân công ở các địa phương lân cận trong quá trình đô thị hoá. 1.2. Các yêu cầu về khu đất xây dựng: + Về địa hình: Khu đất phải có kích thước và hình dạng thuận lợi cho việc xây dựng trước mắt cũng như việc mở rộng nhà máy trong tương lai. Kích thước, hình dạng và quy mô diện tích của khu đất nếu không hợp lý sẽ gây rất nhiều khó khăn trong quá trình thiết kế bố trí dây chuyền công nghệ, cũng như việc bố trí các hạng mục công trình trên mặt bằng khu đất đó. Do vậy khu đất được chọn cần đáp ứng yêu cầu sau: Khu đất phải cao ráo, tránh ngập lụt trong mùa mưa lũ, có mực nước ngầm thấp tạo điều kiện cho việc thoát nước thải và nước mưa dễ dàng. Khu đất phải tương đối bằng phẳng và có độ dốc tự nhiên tốt nhất là i=0,5-1% để hạn chế tối đa chi phí cho san lấp mặt bằng . + Về địa chất: Không được nằm trên các vùng có mỏ khoáng sản hoặc địa chất không ổn định (như có hiện tượng động đất, xói mòn đất hay hiện tượng cát chảy). Cường độ khu đất xây dựng là 1,5- 2,5 kg/cm2. Nên xây dựng trên nền đất sét, sét pha cát, đất đá ong, đất đồi...để giảm tối đa chi phí gia cố nền móng của các hạng mục công trình nhất là các hạng mục công trình có tải trọng bản thân và tải trọng động lớn. 1.3. Các yêu về môi trường và vệ sinh công nghiệp . Khi địa điểm xây dựng được chọn, cần xét đến mối quan hệ mật thiết giữa khu dân cư đô thị và khu công nghiệp. Bởi trong quá trình sản xuất các nhà máy thường thải ra các chất độc như: Khí độc, nước bẩn, khói bụi, tiếng ồn...Hoặc các yếu tố bất lợi khác như dễ cháy nổ, ô nhiễm môi trường...Để hạn chế tối đa của môi trường công nghiệp tới khu dân cư, các khu vực có di tích lịch sử và danh lam thắng cảnh của địa phương cần phải thoả mãn các điều kiện: Địa điểm xây dựng phải thoả mãn các yêu cầu qui phạm, quy định về mặt bảo vệ môi trường vệ sinh công nghiệp. Chú ý khoảng cách bảp vệ vệ sinh công nghiệp tuyệt đối không được xây dựng các công trình công cộng hoặc công viên, phải trồng cây xanh để hạn chế tác hại của khu công nghiệp gây nên. Vị trí xây dựng nhà máy thường ở cuối hướng gió chủ đạo, nguồn nước thải của nhà máy đã được sử lý phải ở hạ lưu và cách bến dùng nước của khu dân cư tối thiểu > 500m. Tóm lại ,để lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy hợp lý phải căn cứ vào các yêu cầu trên. Nhưng thực tế rất khó khăn khi lựa chọn được địa điểm thỏa mãn các yêu cầu trên. Do vậy mà cần phải nghiên cứu cân nhắc ưu tiên các đặc điểm sản xuất riêng của nhà máy mà cân nhắc quyết định lựa chọn địa điểm hợp lý nhất và tối ưu nhất. 1.4. Phân tích vị trí địa lý của khu đất. Ngành hóa dầu ở nước ta đang từng bước hội nhập với khu vực, tuy vậy vẫn còn rất nhiều những khó khăn trước mắt. nhà máy lọc hóa dầu là một nhà máy hiện đại về mặt dây chuyền, sản xuất với quy mô lớn. Nó có vị trí quan trọng trong nền kinh tế cuốc dân đồng thời đây là dự án mang tính chiến lược của chính phủ, vì vậy địa điểm xây dựng nhà máy là vấn đề hết sức quan trọng. ở đây, ta chọn địa điểm xây dựng nhà máy lọc hóa dầu tại Dung Quất-Quảng Ngãi. Nơi được chính phủ phê duyệt xây dựng khu công nghiệp. Đối với địa điểm này, mang nhiều yếu tố thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy lọc hóa dầu như: - Mạng lưới giao thông. Hướng Đông cách biển khoảng 6 km, với độ sâu và rộng rất thuận tiện cho các tầu có tải trọng lớn cập bến và có thể cập bến nhiều tâù cùng một lúc. Hướng Tây Nam là mạng lưới giao thông quốc gia cả đường bộ và đường sắt. Hướng Bắc giáp khu kinh tế mở Quảng Nam. Vì vậy về mặt giao thông sẽ rất thuận tiện cho việc vận chuyển nhiên nguyên liệu về nhà máy cũng như vận chuyển sản phẩm của nhà máy đi tiêu thụ. Mặt khác, vật liệu, vật tư xây dựng nhà máy lấy ngay trong nội tỉnh. Nguồn nhân công dồi dào, đây là yếu tố quan trọng trong qúa trình đẩy mạnh xây dựng nhà máy cũng như việc vận hành nhà máy sau này. Một vấn đề rất cần thiết nữa là: kích thước và hình dạng của khu đất rất thuận lợi cho việc xây dựng trước mắt cũng như việc mở rộng nhà máy sau này. Khu đất rất cao ráo, không bị ngập lụt, độ dốc tự nhiên của khu đất khoảng 1% với nền đất sét kết hợp với đất đá ong nên đảm bảo tính chịu tải trọng lớn. Với địa hình nhà máy, hướng gió chủ đạo là gió Tây-Nam vì vậy các chất khí, bụi của nhà máy sẽ ít hoặc không ảnh hưởng đến khu dân cư. 1.4.1. Nguyên liệu ban đầu. Dầu thô được khai thác từ các mỏ Bạch Hổ, Rồng, Đại Hùng được vận chuyển về nhà máy. 1.4.2. Những sản phẩm chính của nhà máy. - Khí. - Nhiên liệu lỏng (xăng ôtô, xăng máy bay, xăng công nghiệp...). - Các loại dung môi. - Các loại dầu nhờn bôi trơn. - Các loại hydrocacbon riêng biệt dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hóa học. - Bitum. 1.4.3. Đặc điểm sản xuất của nhà máy. Nhà máy chế biến dầu mỏ chiếm một diện tích lớn trong đó bao gồm liên hợp các phân xưởng có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Sản phẩm của phân xưởng này là nguyên liệu cho phân xưởng kia, vì vậy đòi hỏi các phân xưởng phải được phân bố một cách hợp lý với mối liên hệ của chúng. Điều kiện làm việc trong nhà máy có những công đoạn đòi hỏi rất khắt khe về chế độ công nghệ. Mặt khác sản phẩm của nhiều qúa trình dễ cháy nổ do đó cần đặc biệt chú ý và tuyệt đối đảm bảo an toàn chống cháy nổ trong các phân xưởng và toàn nhà máy. Với tính chất của một nhà máy hóa chất, do vậy vấn đề tránh độc hại cho người cũng như gây ô nhiễm môi trường cần phải đặc biệt chú ý. Giữa các phân xưởng phải có khoảng cách bảo đảm an toàn và thuận tiện cho qúa trình lưu thông của dòng người, dòng xe, tầu đồng thời lưu thông của nguyên liệu sản phẩm, các hóa chất phụ trợ cũng như xúc tác và các thiết bị phụ chợ khác. II. Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy. 2.1. Nguyên tắc phân vùng. Tuỳ theo đặc thù sản xuất của nhà máy mà ta thiết kế vận dụng nguyên tắc phân vùng cho hợp lý. Trong thực tế thì biện pháp phân chia khu đất thành các vùng theo đặc điểm sử dụng là phổ biến nhất. Biện pháp này chia diện tích nhà máy thành 4 vùng chính. + Vùng trước nhà máy: Nơi bố trí các nhà hành chính quản lý, phục vụ sinh hoạt, cổng ra vào gara ôtô ,xe máy...Đối với các nhà máy có quy mô nhỏ hoặc mức độ hợp khối lớn, vùng trước nhà máy hầu như được dành diện tích cho bãi đỗ xe ôtô, xe gắn máy, cổng bảo vệ, bảng tin và cây xanh cảnh quan. Diện tích vùng này tuỳ theo đặc điểm sản xuất, quy mô nhà máy, có thể chiếm 4-20% diện tích toàn nhà máy. + Vùng sản xuất: Nơi bố trí các nhà máy và công trình nằm trong dây chuyền sản xuất chính của nhà máy, như các xưởng sản xuất chính, phụ, sản xuất phụ trợ...Tuỳ theo đặc điểm sản xuất và quy mô của nhà máy diện tích vùng này chiếm từ 22-52% diện tích của nhà máy. Đây là vùng quan trọng nhất của nhà máy nên khi bố trí cần lưu ý một số điểm sau: Khu đất được ưu tiên về điều kiện địa hình, địa chất cũng như về hướng. Các nhà sản xuất chính, phụ, phụ trợ sản xuất có nhiều công nhân nên bố trí gần phía cổng hoặc gần trục giao thông chính của nhà máy và đặc biệt ưu tiên về hướng. Các nhà xưởng trong quá trình sản xuất gây ra các tác động xấu như tiếng ồn lớn, lượng bụi, nhiệt thải ra nhiều hoặc dễ có sự cố (dễ cháy, nổ hoặc rò rỉ các hoá chất bất lợi) nên đặt ở cuối hướng gió và tuân thủ chặt chẽ theo quy định an toàn vệ sinh công nghiệp. + Vùng các công trình phụ. Nơi đặt các nhà và công trình cung cấp năng lượng bao gồm các công trình cung cấp điện, hơi nước, xử lý nước thải và các công trình bảo quản kỹ thuật khác. Tuỳ theo mức độ của công nghệ yêu cầu vùng này có diện tích từ 14 - 28% diện tích nhà máy. Khi bố trí các công trình trên vùng ta cần chú ý các điểm sau: Hạn chế tối đa chiều dài của hệ thống cung cấp kỹ thuật bằng cách bố trí hợp lý giữa nơi cung cấp và nơi tiêu thụ năng lượng . Tận dụng các khu đất không lợi về hướng hoặc giao thông để bố trí các công trình phụ. Các công trình có nhiều bụi, khói hoặc chất thải bất lợi đều phải bố trí cuối hướng gió chủ đạo. + Vùng kho tàng và phục vụ giao thông. Trên đó bố trí các hệ thống kho tàng, bến bãi các cầu bốc dỡ hàng hoá, sân ga nhà máy... Tuỳ thuộc theo đặc điểm sản xuất và quy mô của nhà máy vùng này thường chiếm từ 23-37% diện tích nhà máy. Khi bố trí vùng này ta cần lưu ý một số điểm sau: Cho phép bố trí các công trình trên vùng đất không ưu tiên về hướng. Nhưng phải phù hợp với các nơi tập kết nguyên liệu và sản phẩm của nhà máy để dễ dàng thuận tiện cho việc nhập, xuất hàng của nhà máy. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, do đặc điểm và yêu cầu của dây chuyền công nghệ hệ thống kho tàng có thể bố trí gắn liền trực tiếp với bộ phận sản xuất. Vì vậy, người thiết kế có thể bố trí một phần hệ thống kho tàng nằm ngay trong khu vực sản xuất. 2.2. Ưu nhược điểm của nguyên tắc phân vùng. + ưu điểm: Dễ dàng quản lý theo ngành, theo các xưởng, theo các công đoạn của dây chuyền sản xuất của nhà máy. Thích hợp với các nhà máy có các xưởng, những công đoạn có các đặc điểm và điều kiện sản xuất khác nhau. Đảm bảo được các yêu cầu vệ sinh công nghiệp, dễ dàng sử lý các bộ phận phát sinh các điều kiện bất lợi trong quá trình sản xuất như khí độc, bụi, cháy nổ. Dễ dàng bố trí hệ thống giao thông bên trong nhà máy. Thuận lợi cho quá trình phát triển mở rộng của nhà máy. Phù hợp với đặc điểm khí hậu của nước ta. + Nhược điểm. Dây chuyền sản xuất phải kéo dài . Hệ thống đường ống kỹ thuật và mạng giao thông tăng. Hệ số xây dựng, hệ số sử dụng thấp. 2.3. Các hạm mục công trình. Với tính chất hiện đại về thiết bị, sự quan hệ chặt chẽ giữa các phân xưởng cùng tính độc hại khác nhau giữa chúng mà ta chọn nguyên tắc bố trí cho hợp lý, ở đây ta phân bố theo nguyên tắc phân vùng. Nhà máy đang xây dựng gồm nhiều công trình (phân xưởng) nằm trong dây chuyền sản xuất chính và nhiều phân xưởng sản xuất phụ đồng thời nhiều khu phụ trợ... nên ở đây, ta phân bố bãi đỗ xe các loại, cổng bảo vệ, nhà hành chính, nhà ăn, nhà nghỉ thay ca, nhà gửi trẻ...trước ngoài cổng chính của nhà máy. Các công trình sản xuất chính nằm trong dây chuyền sản xuất chính của nhà máy được bố trí giữa các nhà máy và là trung tâm nhà máy trên khu đất đảm bảo chịu tải trọng lớn. Nhà điều hành chính và các phân xưởng sản xuất phụ cũng như hóa chất phụ chợ được đặt trước và hai bên của khu nhà sản xuất chính. Nhà kho, khu sản xuất có tính chất độc hại, tỏa nhiệt, gây tiếng động mạnh, bãi nguyên nguyên liệu, nhà vệ sinh được đặt phía sau gần trục giao thông, cuối hướng gió chủ đạo và gần hai cổng phụ của nhà máy, cây xanh, bồn hoa, cây cảnh, công viên được đặt trên trục giao thông trong từng phân xưởng đảm bảo mỹ quan của nhà máy. Các ống dẫn nguyên nguyên liệu và sản phẩm được đặt dọc theo phân xưởng sản xuất, trên trục giao thông đảm bảo sự vận chuyển và không ảnh hưởng đến sự vận hành của nhà máy. Đồng thời một phần hệ thống kho được đặt ngay trong phân xưởng sản xuất. Ngoài ra, cần bố trí diện tích dự phòng cho sự mở rộng của nhà máy, nhưng phải đảm bảo với quy hoạch chung. Hướng nhà phần lớn được đặt quay về hướng Nam, đảm bảo an toàn chống sét, bão lụt. Hơn nữa, khoảng cách giữa các phân xưởng, đường giao thông phải đủ rộng để khỏi ảnh hưởng đến qúa trình sản xuất. Song tại các phân xưởng cần thiết kế phòng ngủ thay ca để qúa trình làm việc của công nhân viên được tốt. 2.4. Các dữ liệu kinh tế kỹ thuật. Nhà máy lọc hóa dầu thuộc nhà máy cỡ lớn trong đó bao gồm các phân xưởng sản xuất sau: STT Tên công trình Kích thước Nhịp nhà Dài (m) Rộng(m) Cao (m) Diện tích (m2) Số tầng 1 Khu vực khử tạp chất (muối, nước) bằng điện và chưng cất ở áp suất thường 12 78 60 3,6 4680 1 2 Khu vực khử tạp chất muối và chưng cất ở áp suất chân không 12 78 48 7,2 3744 2 3 Khu vực cracking xúc tác 12 78 48 14,4 3744 4 4 Khu vực refoming xúc tác 12 78 72 14,4 5616 4 5 Làm sạch bằng hydro 12 60 60 14,4 3600 4 6 Khử parafin bằng cacbamit 12 78 72 14,4 5616 4 7 Tách khí 12 96 48 7,2 4608 2 8 Khử asphan 12 90 48 14,4 4320 4 9 Làm sạch dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc 12 90 48 14,4 4320 4 10 Khử parafin trong dầu nhờn 12 60 60 7,2 3600 2 11 Làm sạch dầu nhờn bằng H2 12 84 36 14,4 3024 4 12 Khử dầu nhờn trong gat 12 54 48 7,2 2592 2 13 Tách parafin 12 84 36 7,2 3024 2 14 Sản xuất S 12 60 36 10,8 2160 3 15 Sản xuất Bitum 12 72 72 14,4 5184 4 16 Alkyl hóa 12 96 72 14,4 6912 4 17 Trạm cung cấp nước 12 72 60 7,2 4320 2 18 Công viên, bồn hoa 99086 19 Phân xưởng sửa chữa cơ khí 12 72 48 7,2 3456 2 20 Khu vực hành chính 9 96 48 14,4 4608 4 21 Trạm nhiệt điện 12 228 180 10,8 41040 3 22 Trạm tự động nạp nguyên, nhiên liệu 12 78 48 10,8 3744 3 23 Trạm tự động nạp dầu nhờn 12 102 60 14,4 6120 4 24 Kho 12 90 36 10,8 3240 3 25 Bãi nguyên, nguyên liệu 12 450 192 7,2 86400 2 26 Trạm máy nén 12 114 60 7,2 6840 2 27 Khu vực đốt (ống khói) 6 78 60 10,8 4680 3 28 Khu vực hóa chất 12 90 78 10,8 7020 3 29 Khoan lọc nước 12 66 36 3,6 2376 1 30 Nhà điều hành 12 60 24 10,2 1440 3 31 Nhà vệ sinh 6 42 18 3,6 756 1 32 Nhà để xe 6 78 48 10,8 374 3 33 Nhà gửi trẻ 6 60 24 7,2 1440 2 34 Sinh hoạt (Hội trường) 12 60 24 7,2 1440 2 35 Nhà ăn 12 60 24 3,6 1440 1 36 Khu sử lý nước thải 7000 37 Hệ thống đường bộ 198172 38 Hệ thống kỹ thuất, rãnh, hè 99086 39 Tổng mặt bằng 1273286 KXD== = KSD== = F = 1273286 (m2) KXD=35% KSD = 55% F: diện tích toàn nhà máy. A: diện tích xây dựng. B: diện tích sân bê tông. C: diện tích hè, đường giao thông, công trình kỹ thuật, công trình ngầm. III. Phân xưởng sản xuất dầu nhờn trích ly bằng dung môi phenol. 3.1. Sơ đồ dây chuyền của phân xưởng. Nguyên liệu Tháp hấp thụ Tháp trích ly Tháp tách Sản phẩm Tháp sấy khô Tháp bay hơi Tháp tách 3.2. Đặc điểm sản xuất của phân xưởng. Phân xưởng sản xuất dầu nhờn trích ly bằng dung môi phenol nằm trong khu vực sản xuất dầu nhờn gốc. Khu vực sản xuất dầu nhờn gốc nằm trong nhà máy lọc dầu, có quy mô lớn và gồm rất nhiều phân xưởng khác nhau. Phân xưởng này là khâu then chốt để sản xuất ra các loại dầu nhờn dùng cho đông cơ cũng như các loại máy móc thiết bị cần được bôi trơn. Nguyên liệu cho qúa trình là sản phẩm thu được từ qúa trình chưng cất chân không cặn mazut hay cặn gudzon sau khi khử asphan. Sản phẩm thu được là các loại dầu gốc có ít các hợp chất thơm đa vòng, các hợp chất nhựa asphan. Mặt khác, để đảm bảo cho phân xưởng hoạt động một cách liên tục không ảnh hưởng tới qúa trình sản xuất thì cần đặt phân xưởng ở vị trí gần với phân xưởng cung cấp nguyên liệu, bố trí kho chứa dung môi cho phù hợp. Ngoài ra cần bố mạng lưới giao thông trong nhà máy để việc vận chuyển sản phẩm, nguyên liệu một cách dễ dàng. Các thiết bị của phân xưởng bao gồm: thiết bị hấp thụ tầng sôi cao 14m, đường kính 3,5m, 2 thiết bị trích ly đĩa quay cao 14m, đường kính 5m, 2 tháp tách, tháp sấy khô, tháp bay hơi, tháp tái bay hơi, 2 lò đốt, các thiết bị phụ chợ khác như bơm, các thiết bị trao đổi nhiệt, các bể chứa, bể tách.... Các thiết bị này được đặt so le nhau, năng suất của phân xưởng là 60000 t/h. Nên ta bố trí đặt các thiết bị lộ thiên đồng thời thiết kế các khung sắt, chân đế giữ thiết bị đứng vững và thao tác dễ dàng. Nền nhà phải được gia cố để chịu được tải trọng lớn, chống được dung động trong qúa trình làm việc của thiết bị. Theo các số liệu sau: - Tổng chiều dài: 90 - Tổng chiều rộng:48 - Bước cột: 12 - Tổng chiều cao: 14,4 Ngoài ra, do phân xưởng có khả năng cháy nổ cao, độ độc hại cao nên phân xưởng phải được bố trí hệ thống thông gió, chiếu sáng tự nhiên, các công tác bảo hộ lao động, phòng chống cháy nổ được đặc biệt quan tâm. Trong khu vực sản xuất cần bố trí hệ thống dụng cụ, thiết bị cứu hỏa, hệ thống tủ điện thuận tiện cho thao tác khi có sự cố nhưng cũng không ảnh hưởng đến qúa trình làm việc cho cán bộ quản lý, nơi hội họp, thực hiện các công việc hành chính, sinh hoạt, phòng thay quần áo tắm rửa, phòng vệ sinh... nhằm đảm bảo thuận tiện cho công nhân viên trong qúa trình làm việc không phải đi khỏi đơn vị công tác của mình. 3.3. Các hạm mục của phân xưởng. Phân xưởng sản xuất dầu nhờn trích ly bằng dung môi phenol gồm các hạm mục sau: STT Tên công trình Kích thước Nhịp nhà Dài (m) Rộng (m) Cao (m) Diện tích (m2) Số tầng 1 Phòng bảo vệ 3 3 3,6 9 1 2 Phòng hành chính 6 12 6 7,2 72 2 3 Phòng điều hành 6 12 6 7,2 72 2 4 Phòng ăn 9 12 9 3,6 108 1 5 Nơi phản ứng chính 12 24 24 14,4 576 4 6 Nơi tách sản phẩm 12 24 24 14,4 720 4 7 Nơi tái sinh dung môi 12 42 24 14,4 1008 4 8 Lò đốt 9 12 9 7,2 108 2 9 Nơi cấp nước 9 12 9 3,6 108 1 10 Phòng tắm, thay quần áo 9 12 9 3,6 108 1 11 Nơi chứa nguyên liệu 12 30 12 7,2 360 2 12 Kho 12 30 24 7,2 720 2 13 Trạm điện 9 9 9 3,6 81 1 14 Phòng vệ sinh 6 12 6 3,6 72 1 15 Phòng ngủ thay ca 9 12 9 7,2 72 2 16 Nhà để xe và thiết bị cứu hỏa 9 24 9 3,6 216 1 17 Khu sử lý nước thải 1500 3.4. Giải pháp kết cấu chịu lực nhà sản xuất cột móng, dầm móng, mái. Khu sản xuất: Phân xưởng được xây dựng bằng kết cấu khung bê tông cốt thép lắp ghép: Dầm mái bằng bê tông cốt thép lắp ghép. Mái bằng Panen lắp ghép theo tiêu chuẩn. Móng bê tông cốt thép. Bước cột xây dựng 6m, kích thước cột 400 . 400(mm.mm). Đế móng dài 2500 mm, rộng1800 mm, cao 500 mm. Tường gạch dầy 220 mm Tường đầu hồi có bố trí cột chống gió. Nền phân xưởng bằng bê tông, có sử lý chống thấm, chống dung.... Khu hành chính và phòng bảo vệ: Móng bê tông cốt thép. Bước cột xây dựng 6m, kích thước cột 200 . 200(mm.mm). Tường gạch dầy 220 mm Nền nhà bằng bê tông, có lát đá hoa. Tóm lại, trên đây là một số giải pháp về cách bố trí, kết cấu các phân xưởng sản xuất dầu nhờn bằng phương pháp trích ly dung môi phenol cho nhà máy lọc dầu nói riêng và các cơ sở sản xuất nói chung. Hiện nay, ngành công nghiệp chế biến dầu khí ở nước ta đang từng bước được công nghiệp hóa hiện đại hóa. Đặc biệt là nhà máy lọc dầu đầu tiên ở nước ta đang được tiến hành xây dựng tại Dung Quất - Quảng Ngãi với công suất 6 triệu tấn/năm. Giữ một vai trò hết sức quan trọng, nó mang một ý nghĩa chiến lược về sự lớn mạnh của nền kinh tế nước nhà cũng như đường lối lãnh đạo của Đảng và nhà nước ta. Với địa điểm Dung Quất – Quảng Ngãi, đây là khu vực hết sức thuận lợi về mặt địa lý, điều kiện tự nhiên cũng như giao thông vận tải. Địa điểm này hội tụ đầy đủ các yếu tố để dự án thành công trong tương lai.