Dầu mỏ chảy ra từ giếng dưới dạng dầu thô có nhiều loại và đa dạng, từ dầu sáng màu chứa hầu hết các chuỗi phân tử hydrocacbon nhỏ đến các chuỗi hydrocacbon lớn màu đen, gần giống như nhựa đường.
Các loại dầu thô này là hỗn hợp rất phức tạp chứa rất nhiều hợp chất khác nhau được tạo ra từ hydro và carbon. Các hợp chất này (được gọi là hydrocacbon) có thể có kích thước từ metan (chứa một nguyên tử cacbon và bốn nguyên tử hydro) đến các cấu trúc khổng lồ với 60 nguyên tử cacbon trở lên. Sự phân bố kích thước phân tử này có thể được sử dụng để làm lợi thế của chúng tôi.
Tầm quan trọng của nhà máy lọc dầu
Hầu hết các loại dầu bôi trơn đến từ dầu mỏ hoặc dầu thô. Để có được dầu bôi trơn từ dầu thô, dầu thô phải được đưa qua nhà máy lọc dầu. Nhà máy lọc dầu lấy từ dầu thô rất nhiều phân tử có kích thước và cấu trúc khác nhau có thể được sử dụng cho những việc khác nhau. Ví dụ, xăng, dầu diesel và dầu hỏa đều có nguồn gốc từ dầu thô.
Dầu bôi trơn liên quan đến các phân tử hydrocacbon có kích thước cụ thể (trong khoảng từ 26 đến 40 cacbon). Các phân tử khá lớn và nặng là cần thiết để hoạt động như dầu bôi trơn. Các phân tử được sử dụng với xăng và dầu hỏa nhỏ hơn và có ít cacbon hơn trong cấu trúc của phân tử. Nhà máy lọc dầu đưa các phân tử này vào các silo nhỏ dựa trên kích thước và trọng lượng, đồng thời loại bỏ các tạp chất, cho phép sử dụng từng sản phẩm từ dầu thô.
Sau khi dầu thô được khử muối và đưa qua lò nung ở đó nó được làm nóng và hóa hơi một phần, nó được đưa đến cột phân đoạn. Cột này hoạt động cao hơn một chút so với áp suất khí quyển và tách các hydrocacbon dựa trên điểm sôi của chúng, các điểm này bị ảnh hưởng trực tiếp bởi kích thước phân tử của chúng. Trong cột phân đoạn, nhiệt được áp dụng và tập trung ở đáy.
Các hydrocacbon đi vào cột sẽ bị hóa hơi. Khi chúng đi lên phía trên trong cột, chúng sẽ nguội đi cho đến khi ngưng tụ lại thành dạng lỏng. Thời điểm mà sự ngưng tụ này xảy ra lại thay đổi một phần dựa trên kích thước phân tử.
93% các chuyên gia bôi trơn sẽ mua chất bôi trơn có dầu gốc chất lượng cao với giá ban đầu cao hơn thay vì chất bôi trơn có dầu gốc chất lượng thấp với giá ban đầu thấp hơn, theo một cuộc khảo sát gần đây tại machinelubrication.com
Bằng cách kéo chất lỏng ngưng tụ khỏi cột ở các độ cao khác nhau, về cơ bản bạn có thể tách dầu thô dựa trên kích thước phân tử. Hydrocacbon nhỏ nhất (từ 5 đến 10 nguyên tử cacbon) sẽ lên đến đỉnh cột. Chúng sẽ được chế biến thành các sản phẩm như xăng.
Ngưng tụ ngay trước khi đạt đến đỉnh, các hợp chất chứa 11 đến 13 nguyên tử cacbon sẽ được xử lý thành dầu hỏa và nhiên liệu máy bay. Vẫn còn lớn hơn ở 14 đến 25 nguyên tử cacbon trong chuỗi phân tử, dầu diesel và khí đốt sẽ bị loại bỏ.
Những hợp chất có từ 26 đến 40 nguyên tử cacbon là mối quan tâm chính của các nhà nghiên cứu côn trùng học. Đây là nguyên liệu được sử dụng để tạo ra dầu bôi trơn. Ở dưới cùng của cột, hydrocacbon nặng nhất và lớn nhất (hơn 40 nguyên tử cacbon) được lấy và sử dụng trong các sản phẩm làm từ nhựa đường.
Sau quá trình chưng cất, các hợp chất cần được tinh chế theo mục đích đã định. Bước này trong quy trình được thực hiện để giảm xu hướng lão hóa (ôxy hóa) của dầu gốc trong quá trình sử dụng và cũng để cải thiện đặc tính độ nhớt / nhiệt độ. Có hai cách có thể được thực hiện.
Đầu tiên liên quan đến một quá trình tách trong đó có hai sản phẩm được tạo ra: một sản phẩm bôi trơn mong muốn và các sản phẩm phụ không mong muốn. Cách thứ hai, nhanh chóng được ưa chuộng trong cả hai, là một quá trình chuyển đổi. Quá trình này liên quan đến việc chuyển đổi các cấu trúc phân tử không mong muốn thành cấu trúc mong muốn với việc sử dụng hydro, nhiệt và áp suất.
Quy trình chiết xuất
Sau đây là mô tả đơn giản của quá trình trích xuất:
Deasphalting
Quá trình khử pha propan lấy phần chân không từ đáy cột (các phân tử nặng nhất, lớn nhất) và phân tách chúng thành hai sản phẩm: nhựa đường và các hợp chất tương tự như sản phẩm chưng cất bôi trơn nhưng có nhiệt độ sôi cao hơn. Nguyên liệu này được gọi là dầu tách pha, và nó sẽ được tinh chế theo cách tương tự như sản phẩm chưng cất dầu bôi trơn.
Chiết xuất dung môi
Chiết xuất bằng dung môi là thuật ngữ được sử dụng để loại bỏ hầu hết các chất thơm và các thành phần không mong muốn của sản phẩm chưng cất dầu bằng cách chiết lỏng. Các dung môi thường được sử dụng có chứa phenol, furfural và sulfur dioxide. Các gốc cơ bản thu được là raffinates (được gọi là dầu trung tính) và một chiết xuất giàu hàm lượng chất thơm, được săn lùng nhiều như một loại dầu chế biến hoặc dầu nhiên liệu.
Tẩy lông
Sau khi chiết xuất bằng dung môi, các chất raffinates được khử sáp để cải thiện tính lưu động ở nhiệt độ thấp. Quá trình này một lần nữa tạo ra hai sản phẩm: một sản phẩm sáp là gần như hoàn toàn parafinic và một loại dầu đã khử trùng có chứa parafin, naphthenes và một số chất thơm. Loại dầu đã tách hạt này trở thành nguyên liệu gốc cho nhiều loại dầu bôi trơn, nhưng có một quy trình nữa có thể được thực hiện để tạo ra một sản phẩm cao cấp.
Hydrofinishing
Quá trình lọc hydro thay đổi các hợp chất phân cực trong dầu bằng phản ứng hóa học liên quan đến hydro. Sau quá trình này, một người quan sát sẽ nhận thấy một sản phẩm có màu sáng hơn và độ ổn định hóa học được cải thiện. Chất lượng cuối cùng của dầu gốc được xác định bởi mức độ nghiêm trọng của việc áp dụng nhiệt độ và áp suất trong quá trình thủy luyện.
Quá trình chuyển đổi
Sau đây là mô tả đơn giản về quy trình chuyển đổi:
Hydrocracking
Trong quá trình tinh chế này, các sản phẩm chưng cất phải chịu phản ứng hóa học với hydro với sự có mặt của chất xúc tác ở nhiệt độ và áp suất cao (420 độ C và 3.000 psi). Các vòng thơm và naphthene bị phá vỡ, mở ra và liên kết bằng cách sử dụng hydro để tạo thành cấu trúc isoparafin. Phản ứng với hydro cũng sẽ giúp loại bỏ nước, amoniac và hydro sunfua.
Hydrodewaxing
Trong quá trình hydrodewaxing, giống như hydrocracking, một đơn vị hydro hóa được sử dụng để triển khai một chất xúc tác cụ thể để chuyển các parafin thông thường dạng sáp đến các cấu trúc isoparafin mong muốn hơn.
Các phân tử dầu khoáng phổ biến
Hydrotreating
Bởi vì hai quá trình trước liên quan đến việc phá vỡ các liên kết hóa học giữa hai nguyên tử cacbon, nên cần đưa vào trạng thái bão hòa của bất kỳ phân tử không bão hòa nào. Điều này dễ dàng thực hiện bằng cách đưa thêm hydro vào. Các phân tử bão hòa này ổn định hơn và sẽ có khả năng chống lại quá trình oxy hóa tốt hơn so với loại không bão hòa.
Có sự khác biệt nhỏ về các đặc tính của dầu gốc thành phẩm được sản xuất bởi hai quá trình này. Sự khác biệt chính nằm ở hàm lượng chất thơm. Quá trình chuyển đổi có thể làm giảm hàm lượng chất thơm xuống khoảng 0,5%, trong khi quá trình chiết xuất kéo dài khoảng 15 đến 20%. Hàm lượng chất thơm này có các tác dụng sau:
Có vẻ như quá trình chuyển đổi sẽ tạo ra sản phẩm chất lượng tốt hơn, nhưng luôn có sự đánh đổi. Chi phí lọc dầu sử dụng quá trình chuyển đổi có phần cao hơn so với quá trình chiết xuất. Chi phí bổ sung này do nhà lọc dầu phát sinh cuối cùng sẽ được chuyển cho khách hàng. Tuy nhiên, trong trường hợp này, khách hàng thường nhận được những gì họ phải trả - dầu gốc chất lượng cao hơn với giá ban đầu cao hơn.
Dầu gốc khoáng
Dầu gốc là nền tảng của dầu nhờn thành phẩm. Dầu nhớt thành phẩm là dầu nhớt đã sẵn sàng để sử dụng và là sự pha trộn của cả (các) dầu gốc và phụ gia. Hãy nhớ rằng, các chất phụ gia được pha vào dầu gốc khoáng sẽ làm thay đổi các đặc tính của dầu gốc.
Chức năng cơ bản của nhà máy lọc dầu là tách dầu thô thành các thành phần hữu ích và loại bỏ các thành phần nguyên liệu không mong muốn. Dầu gốc hoặc dầu gốc, như chúng thường được gọi, được tạo ra từ việc tách và làm sạch dầu thô. Chúng là một trong một số thành phần chất lỏng được tạo ra từ dầu thô.
Xăng là thành phần hydrocacbon nhẹ nhất hoặc nhỏ nhất, tiếp theo là dầu hỏa hoặc nhiên liệu máy bay, nhiên liệu diesel, dầu gốc, sáp và nhựa đường hoặc bitum, là vật liệu nặng nhất, dày nhất. Dầu gốc được điều chế từ dầu thô thông qua việc sử dụng một loạt các quy trình sau đây, ở một mức độ nào đó, phải được áp dụng cho tất cả các loại dầu thô để tinh chế và cả các quá trình tinh chế.
Quá trình tinh chế
Dầu gốc thường được tạo ra ở bốn cấp độ nhớt khác nhau trong quá trình chưng cất của nhà máy lọc dầu. Điều này cho phép tạo ra các cấp độ nhớt ISO và API khác nhau.
Các quy trình này là:
1. Chưng cất trong khí quyển ban đầu được sử dụng để tách nhiên liệu, chẳng hạn như xăng và dầu diesel, từ phần còn lại của dầu thô. Chưng cất là một quá trình tách. Các sản phẩm của quá trình chưng cất được gọi là sản phẩm chưng cất.
2. Chưng cất chân không được thực hiện để chưng cất và do đó tách một số phân đoạn nặng hơn sẽ không chưng cất ở áp suất khí quyển mà không làm hỏng chúng. Nó được sử dụng để xác định độ nhớt ban đầu và các đặc tính điểm chớp cháy. Quá trình này cung cấp bốn phần độ nhớt khác nhau (hoặc sản phẩm chưng cất) mà từ đó các sản phẩm dầu thành phẩm được tạo ra.
3. Việc lọc dầu được thực hiện để loại bỏ các cấu trúc hóa học không mong muốn (vòng, v.v.) khỏi dầu gốc để giảm xu hướng lão hóa của dầu gốc trong quá trình sử dụng và cũng để cải thiện đặc tính độ nhớt / nhiệt độ.
Ba quy trình lọc dầu cơ bản được các công ty dầu khí sử dụng:
(a) Axit sulfuric / tinh chế đất sét (công nghệ cũ, lạc hậu)
(b) Khai thác dung môi (phổ biến trong các nhà máy lọc dầu được xây dựng vào giữa thế kỷ 20)
(c) Hydro hóa hoặc hydro hóa xúc tác (được giới thiệu vào những năm 1980)
4. Khử nhựa đường là một bước trong quy trình loại bỏ cặn nhựa đường nặng ra khỏi các phần chưng cất hữu ích.
5. Khử sáp là một bước được thực hiện để giảm hàm lượng sáp của dầu gốc nhằm cải thiện các đặc tính ở nhiệt độ thấp của dầu.
6. Pha trộn là quá trình cuối cùng để sản xuất dầu bôi trơn thành phẩm. Nó liên quan đến việc pha trộn các loại dầu gốc khác nhau để có được độ nhớt cần thiết, cũng như bổ sung các chất phụ gia được chỉ định để đảm bảo rằng dầu thành phẩm có các đặc tính phù hợp để cung cấp khả năng bôi trơn dự kiến.
Để hiểu đầy đủ hơn tại sao dầu gốc thể hiện các phẩm chất khác nhau, cần phải mô tả ngắn gọn các quy trình tinh chế khác nhau được liệt kê trong phần 3 (ở trên).
1. Tinh chế axit / đất sét là quá trình xử lý sản phẩm chưng cất dầu thô (phân đoạn) bằng axit sulfuric hoặc hóa chất của chúng. Quá trình này ban đầu giúp cải thiện màu sắc và xu hướng lão hóa, đồng thời cũng làm tăng tỷ trọng và chỉ số độ nhớt của dầu. Việc sử dụng các quy trình tinh chế axit / đất sét chỉ giới hạn trong việc sản xuất một số loại dầu trắng và sulphonat cũng như tái sinh một số loại dầu thải.
Ở mức độ lớn, quy trình này đã được thay thế bằng các phương pháp tinh chế hiện đại hơn vì nó tạo ra một lượng lớn bùn axit, rất khó xử lý mà không gây tác động tiêu cực đến môi trường.
2. Chiết xuất dung môi là thuật ngữ chỉ việc loại bỏ hầu hết các cấu trúc vòng và chất thơm (thành phần yếu, không mong muốn) của sản phẩm chưng cất dầu bằng cách chiết lỏng. Các dung môi phổ biến và thích hợp là phenol, furfural và sulfur dioxide. Furfural được sử dụng rộng rãi như chất chiết xuất để tinh chế dầu parafinic. Điều này dẫn đến nguồn gốc là dầu trung tính và chất lỏng chiết xuất giàu hàm lượng thơm, được sử dụng cho dầu chế biến và dầu nhiên liệu.
Sau khi chiết xuất bằng dung môi, các vật liệu tạo thành được khử sáp để cải thiện tính lưu động ở nhiệt độ thấp và sau đó đôi khi được hydro hóa bằng khí hydro để cải thiện hơn nữa màu sắc và độ ổn định.
Chất lượng cuối cùng của dầu gốc được xác định bởi mức độ nghiêm trọng của việc áp dụng nhiệt độ và áp suất trong quá trình tinh chế hydro. Dầu gốc hiện đã sẵn sàng để được pha trộn có chọn lọc với các phụ gia thích hợp để đạt được các đặc tính vật lý, hóa học và hiệu suất mong muốn của dầu thành phẩm.
3. Quá trình hydro hóa xúc tác (hydrotreating) là quá trình tinh chế đưa sản phẩm chưng cất thô vào phản ứng hóa học với hydro với sự có mặt của chất xúc tác ở nhiệt độ cao tới 420 độ C (800 độ F) và áp suất lên đến 3.000 psi. Quá trình hydro hóa là phương pháp được nhiều nhà lọc dầu gốc và nhà sản xuất chất bôi trơn ưa chuộng sử dụng vì chất lượng cao của dầu gốc và một lượng nhỏ hydrocacbon thải được tạo ra.
Các cấu trúc hydrocacbon trước đây được phân cấp thành các dòng thải trong nhà máy lọc dầu nay được chuyển thành dầu gốc có giá trị. Khi quá trình hydro hóa được thực hiện, hơn 90% hàm lượng thơm được chuyển đổi thành các hydrocacbon có giá trị hơn.
Có thể phân biệt ba loại hydrotreating:
“Hydrofinishing ” là một quá trình nhẹ để loại bỏ các dấu vết còn lại của các hợp chất không mong muốn.
“Hydrotreating ” là quá trình hydro hóa tinh chế được thực hiện để cải thiện màu sắc, mùi, độ ổn định oxy hóa và các đặc tính khử nhũ tương của sản phẩm chưng cất.
“Hydro hóa áp suất cao ” hoặc “hydrocracking” giúp loại bỏ hoàn toàn các hợp chất không mong muốn và chuyển đổi gần như hoàn toàn các chất thơm và vòng naphthenic thành các parafin phân nhánh mong muốn.
0 Nhận xét