Tháp chưng cất dầu thô là gì? Chức năng và bộ phận chính của tháp

Dầu mỏ sẽ được xử lý đầu tiên qua quá trình tách các thành phần của dầu thô thành những phân đoạn là những sản phẩm có giá trị cao như xăng, dầu diesel và nhiều sản phẩm khác. Quá trình này được thực hiện trong một thiết bị quan trọng gọi là tháp chưng cất dầu thô. Để hiểu rõ hơn về chức năng và cách thức hoạt động của thiết bị này, mời bạn cùng khám phá chi tiết trong bài viết dưới đây của NSRP.

1. Tháp chưng cất dầu thô là gì?

Tháp chưng cất, hay còn gọi là tháp chưng cất dầu thô, là một thiết bị được sử dụng trong phân xưởng chưng cất dầu thô để tách các hỗn hợp lỏng thành các phân đoạn riêng biệt dựa trên điểm sôi của từng chất. Quá trình này bắt đầu bằng việc gia nhiệt hỗn hợp lỏng để tạo ra hơi, sau đó đưa vào tháp chưng cất, hơi được ngưng tụ trở lại thành dạng lỏng thông qua quá trình làm mát. Các chất lỏng sẽ được thu thập vào các đĩa được đặt ở các độ cao khác nhau trong tháp, vị trí của chúng phụ thuộc vào điểm sôi của từng thành phần riêng biệt.

Quá trình chưng cất trong tháp không chỉ giúp tách các thành phần mà còn làm tăng tính thuần khiết của các sản phẩm sau khi chưng cất. Vì lý do này, tháp chưng cất là một thiết bị cực kỳ quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong ngành lọc dầu, nơi nó giúp phân tách dầu thô thành các sản phẩm có giá trị như xăng, dầu diesel, và khí hóa lỏng.

Tháp chưng cất dầu thô là thiết bị quan trọng tại các nhà máy lọc hóa dầu

2. Tầm quan trọng và chức năng của tháp chưng cất

Tháp chưng cất được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa dầu, hóa chất và dược phẩm để làm sạch và tách các hóa chất khác nhau. Thiết kế và cách vận hành của một tháp chưng cất có thể khác nhau rất nhiều, tùy thuộc vào loại hỗn hợp lỏng cần chưng cất và yêu cầu về sản phẩm cuối cùng. Các tháp chưng cất có thể được điều chỉnh để đạt được hiệu quả tối đa trong việc phân tách các thành phần, tùy thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, áp suất, và đặc tính của các chất cần tách.

Các chức năng chính của tháp chưng cất bao gồm:

Tinh chế sản phẩm (Purification).

Tháp chưng cất được sử dụng để tinh chế sản phẩm bằng cách tách các chất khác ra khỏi các sản phẩm mong muốn dựa trên sự khác biệt về điểm sôi của từng thành phần. Quá trình này sẽ thu được các thành phần nhẹ ở đỉnh tháp thu và tinh khiết hơn, các thành phần nặng còn lại sẽ thu được ở các phân đoạn nặng hơn ở dưới đáy tháp, giúp đạt được các yêu cầu chất lượng cao cho sản phẩm cuối cùng.

Tháp chưng cất cũng được sử dụng để tập trung các chất bằng cách loại bỏ các thành phần ít bay hơi. Quá trình này thường được áp dụng trong sản xuất rượu mạnh và dầu thực vật, nơi cần loại bỏ các tạp chất hoặc tăng nồng độ các hợp chất có giá trị.

Tách dầu thô thành các phân đoạn

Trong ngành lọc dầu, tháp chưng cất có vai trò quan trọng trong việc tách dầu thô thành các phân đoạn khác nhau, như xăng, dầu hỏa và dầu diesel. Việc phân tách này giúp tạo ra các sản phẩm có giá trị từ dầu thô, đáp ứng nhu cầu sử dụng trong các ngành công nghiệp và tiêu dùng. Đây là một phần không thể thiếu trong quy trình sản xuất năng lượng.

3. Các bộ phận chính trong tháp chưng cất dầu thô

Như đã nói, tháp chưng cất sẽ có thiết kế và các bộ phận khác nhau tuỳ theo mục đích sử dụng và sản phẩm đầu ra cuối cùng. Tuy nhiên, nhìn chung thì tháp chưng cất cần có một số bộ phận chính như:

Bộ gia nhiệt (Reboiler, heater)

Bộ gia nhiệt (hay còn gọi là bộ trao đổi nhiệt) được đặt ở đáy tháp (reboiler) hoặc lò đốt gia nhiệt nguyên liệu (furnace), có nhiệm vụ cung cấp nhiệt lượng để làm bay hơi một phần hỗn hợp nguyên liệu lỏng cấp vào tháp. Hỗn hợp lỏng này sẽ được đưa vào trung tâm tháp, chảy xuống phần tách rồi vào bộ gia nhiệt, nơi nó được đun nóng để tạo thành hơi. Hơi này sau đó sẽ di chuyển lên tháp theo sự đối lưu để tiếp tục quá trình tách các thành phần trong hỗn hợp.

Tùy theo mục đích sử dụng mà tháp chưng cất có reboiler hay không, nguyên tắc chính là cần phải gia nhiệt cho nguyên liệu để tạo ra lỏng, hơi cho quá trình chưng cất.

Thân tháp (Column)

Thân tháp là nơi diễn ra quá trình tách pha lỏng/hơi. Trong đó bao gồm các đĩa có chức năng tạo bề mặt tiếp xúc giữa pha hơi và pha lỏng để trao đổi nhiệt, khối lượng hiệu quả và giúp tách các phân đoạn dầu thô dựa trên nhiệt độ sôi. Hơi từ dưới tháp sẽ di chuyển lên trên, còn các chất lỏng sẽ chảy xuống dưới, tạo ra sự phân tách hiệu quả.

Bộ ngưng tụ (Condenser)

Bộ ngưng tụ được đặt ở đỉnh tháp, có chức năng làm lạnh và ngưng tụ hơi đã tách ra. Khi hơi đã ngưng tụ, nó sẽ chuyển thành dạng lỏng và được thu lại trước khi vào thùng hồi lưu. Quá trình này giúp thu hồi các sản phẩm đã tách ra và làm tăng hiệu quả chưng cất.

Thùng hồi lưu (Reflux Drum)

Thùng hồi lưu là bộ phận thu thập hơi ngưng tụ dưới dạng lỏng từ đỉnh tháp. Sau đó, thùng hồi lưu sẽ chia dòng lỏng thành hai phần:

• Một phần sẽ được rút ra làm sản phẩm chưng cất (distillation), tức là sản phẩm cuối cùng của quá trình chưng cất trên đỉnh tháp.
• Phần còn lại sẽ được hồi lưu vào tháp (reflux), giúp làm giàu và tinh khiết thêm sản phẩm chưng cất. Quá trình hồi lưu này giúp cải thiện chất lượng của các phân đoạn được tách ra từ đỉnh tháp chưng cất.

Cách dầu thô được chưng cất phân đoạn trong tháp chưng cất dầu (Nguồn ảnh: Bismarck State College National Energy Center of Excellence)

Ngoài ra còn có các thiết bị trao đổi nhiệt xung quanh tháp chưng cất dầu thô (pumparound) nhằm tối ưu hóa quá trình thu hồi nhiệt và tăng hiệu quả phân tách, độ tinh khiết của các sản phẩm.

Tháp chưng cất dầu thô là một thiết bị không thể thiếu trong quá trình lọc và chế biến dầu mỏ, giúp tách các thành phần trong dầu thô để tạo ra những sản phẩm có giá trị phục vụ cho nhu cầu công nghiệp và tiêu dùng.