Chemistry Labs

Hoá học công nghiệp và ứng dụng

Lọc hoá dầu, cracking, reforming

Theo dõi dầu thô qua phân đoạn và các công đoạn chuyển hoá, nơi dòng nặng giá trị thấp được biến thành nhiên liệu và nguyên liệu hoá dầu.

Trực giácNhà máy lọc dầu là mạng lưới phân tách và phản ứng

Dầu thô là hỗn hợp phức tạp, không phải một hợp chất có một nhiệt độ sôi duy nhất. Lọc dầu trước hết tách các khoảng nhiệt độ sôi rộng, sau đó chuyển hoá một số phân đoạn, loại tạp chất và phối trộn các dòng để đạt tiêu chuẩn nhiên liệu, nguyên liệu.

Phổ thôngNền tảng phổ thông: hỗn hợp và sự sôi

Có thể hình dung một tháp cao phân hỗn hợp thành các phân đoạn rộng: cấu tử dễ bay hơi thường thoát ở vị trí cao hơn, còn vật liệu kém bay hơi ở thấp hơn. Đây là sự làm giàu tương đối, không phải phân loại hoàn hảo từng phân tử.

Định nghĩa: Khoảng sôi, không phải chất tinh khiết

Một phân đoạn lọc dầu gồm nhiều hiđrocacbon có hành vi sôi chồng lấn trong một khoảng. Điểm cắt là lựa chọn vận hành; thay đổi điểm cắt làm đổi cả hiệu suất lẫn chất lượng, và tháp thực tế không tách hoàn hảo mọi phân tử theo số carbon.

Đại họcChưng cất khí quyển và chân không

Trong tháp phân đoạn, hơi nóng đi lên ngược chiều chất lỏng chảy xuống. Sự bay hơi-ngưng tụ lặp lại làm cấu tử nhẹ giàu hơn ở phía trên và cấu tử nặng ở phía dưới. Cặn khí quyển không bị bỏ đi: chưng cất chân không hạ nhiệt độ sôi để tách vật liệu nặng với ít cracking nhiệt hơn.

fractionation: yi (vapour)⇌xi (liquid),Ki=yixi\text{fractionation: } y_i\text{ (vapour)} \rightleftharpoons x_i\text{ (liquid)},\qquad K_i=\frac{y_i}{x_i}

Đại họcCracking: tạo phân tử nhỏ hơn

Cracking xúc tác tầng sôi (FCC) chuyển dầu gasoil chân không thành sản phẩm nhẹ hơn trên xúc tác zeolit axit. Cốc dần bám lên xúc tác nên hệ tuần hoàn đưa xúc tác đã dùng sang thiết bị tái sinh, đốt cốc bằng không khí rồi đưa xúc tác nóng trở lại thiết bị phản ứng. Cracking hơi nước dùng nhiệt độ rất cao và thời gian lưu ngắn để tạo olefin như etilen.

long-chain hydrocarbons→heatcatalyst or steamshorter hydrocarbons + olefins\text{long-chain hydrocarbons} \xrightarrow[\text{heat}]{\text{catalyst or steam}} \text{shorter hydrocarbons + olefins}

Đại họcReforming: tái sắp xếp và tách hiđro

Reforming xúc tác nâng cấp naphta bằng cách chuyển hiđrocacbon mạch thẳng và naphten thành phân tử phân nhánh, vòng và thơm. Sản phẩm làm tăng chỉ số octan xăng và có thể cung cấp nguyên liệu hoá dầu thơm. Hiđro đồng sản phẩm có thể dùng cho hydro xử lý, nhằm loại hợp chất lưu huỳnh và nitơ khỏi các dòng khác.

Ba ý tưởng chuyển hoá
Phân xưởngBiến đổi chínhSản phẩm điển hình
Chưng cấtTách theo độ bay hơiCác phân đoạn sôi
FCC / crackingBẻ gãy liên kết carbon–carbonLPG, xăng, olefin
ReformingTái sắp xếp / tách hiđroDòng có octan cao và dòng thơm

Nghiên cứuBiên giới nghiên cứu

Tài liệu tham khảo

  • The Chemistry and Technology of Petroleum · James G. Speight, 2014
  • Petroleum Refining: Technology and Economics · James H. Gary, Glenn E. Handwerk, Mark J. Kaiser, 2007
  • Fundamentals of Petroleum Refining · Mohammed A. Fahim, Taher A. Al-Sahhaf, Amal S. Elkilani, 2010