xây dựng các nội dung nghiên cứu của phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ lọc hoá dầu

BỘ CÔNG THƯƠNG
TẬP ĐOÀN HÓA CHẤT VIỆT NAM
VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM





BÁO CÁO ĐỀ TÀI NCKH CẤP BỘ
XÂY DỰNG CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
CỦA PHÒNG THÍ NGHIỆM TRỌNG ĐIỂM
CÔNG NGHỆ LỌC – HÓA DẦU


CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: PGS. TS. PHẠM THẾ TRINH






8072

HÀ NỘI - 2010

TẬP ĐOÀN HÓA CHẤT VIỆT NAM
VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

BÁO CÁO ĐỀ TÀI
XÂY DỰNG CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
CỦA PHÒNG THÍ NGHIỆM TRỌNG ĐIỂM
CÔNG NGHỆ LỌC – HÓA DẦU


Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS. PHẠM THẾ TRINH








HÀ NỘI - 2010
DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA NHIỆM VỤ

STT

Họ và tên
Học hàm, học vị
chuyên môn
Cơ quan công tác
1
Phạm Thế Trinh PGS.TS
ViÖn Ho¸ häc C«ng nghiÖp VN
2
Mai Ngọc Chúc PGS.TS

ViÖn Ho¸ häc C«ng nghiÖp VN
3
Vũ Thị Thu Hà TS
ViÖn Ho¸ häc C«ng nghiÖp VN
4
Lê Kim Diên TS
ViÖn Ho¸ häc C«ng nghiÖp VN
5
Đỗ Mạnh Hùng KS
ViÖn Ho¸ häc C«ng nghiÖp VN
6
Nguyễn Thị Phương Hòa KS
ViÖn Ho¸ häc C«ng nghiÖp VN
7
Nguyễn Thị Thu Trang ThS
ViÖn Ho¸ häc C«ng nghiÖp VN
8
Lê Minh Việt KS
ViÖn Ho¸ häc C«ng nghiÖp VN
9
Nguyễn Thị Hà ThS
ViÖn Ho¸ häc C«ng nghiÖp VN
10
Nguyễn Mạnh Dương KS
ViÖn Ho¸ häc C«ng nghiÖp VN

LỜI CÁM ƠN
Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Lọc – Hóa dầu và Nhóm thực hiện đề tài
“Xây dựng các nội dung nghiên cứu của phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ
Lọc – Hóa dầu” xin chân thành cám ơn:

Bộ Công Thương và các cơ quan cấp bộ liên quan đã quan tâm chỉ đạo giúp đỡ, cấp
kinh phí để đề tài hoàn thành đúng tiến độ và nội dung đã đăng ký.
Lãnh đạo Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam, phòng Kế hoạch thông tin, phòng Tài
vụ và các phòng ban có liên quan đã tận tình giúp đỡ mọi mặt đối với Phòng thí
nghiệm trọng điểm Công nghệ Lọc – Hóa dầu và Nhóm thực hiện đề tài.
Các chuyên gia đầu ngành đã gửi ý kiến đóng góp và tham gia ý kiến tại buổi Tọa đàm
“Định hướng phát triển của Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Lọc – Hóa dầu
trong giai đoạn 2010 – 2015 tầm nhìn đến 2020” giúp chúng tôi có định hướng đúng
đắn để
xây dựng đề xuất về “Định hướng phát triển của Phòng thí nghiệm trọng điểm
Công nghệ Lọc – Hóa dầu trong giai đoạn 2010 – 2015 tầm nhìn đến 2020”
Và các cơ quan, cá nhân đã có những đóng góp để hoàn thành đề tài này.
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU 1
PHẦN I: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH CÔNG NGHỆ LỌC HÓA DẦU
TRÊN THẾ GIỚI 3

1.1 HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH LỌC HÓA DẦU THẾ GIỚI 3
1.1.1 Đặc điểm nguyên liệu 4
1.1.1.1 Nguyên liệu dầu thô 4
1.1.1.2 Nguyên liệu khí tự nhiên 5
1.1.1.3 Nguyên liệu thay thế dầu mỏ 5
1.1.2 Đặc điểm sản phẩm 7
1.1.2.1 Nhiên liệu 7
1.1.2.2 Olephin 8
1.1.3 Yêu cầu cao về mức độ an toàn môi trường của công nghệ 9
1.2 CÔNG NGHỆ LỌC HÓA DẦU VÀ MỐI LIÊN HỆ GIỮA HAI LĨNH VỰC

LỌC DẦU VÀ HÓA DẦU 10

1.3 MỘT SỐ ĐỊNH HƯỚNG CHUYỂN HÓA TỪ NGUYÊN LIỆU GỐC KHOÁNG12
1.4 MỘT SỐ ĐỊNH HƯỚNG CHUYỂN HÓA TỪ NGUYÊN LIỆU THAY THẾ
NGUYÊN LIỆU GỐC KHOÁNG 12

1.5 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN VỀ CÔNG NGHỆ 13
1.5.1 Quá trình công nghệ FCC và RFCC 13
1.5.2 Nhiên liệu pha chế (Reformulated fuel) và xu hướng công nghệ FFC phù
hợp để tạo ra nhiên liệu đạt tiêu chuẩn quy định 17

1.5.3 Xúc tác cho các lĩnh vực công nghệ lọc – hóa dầu 19
1.5.4 Công nghệ GTL (chuyển hóa khí thành nhiên liệu lỏng) 25
1.5.5 Công nghệ BTL (công nghệ chuyển hóa sinh khối thành nhiên liệu lỏng) và
các công nghệ khác đi từ nguyên liệu sinh khối 28

1.5.6 Công nghệ UCG (khí hóa than dưới lòng đất) 31
PHẦN II: TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ LỌC - HÓA DẦU TẠI VIỆT
NAM 32

2.1 CÁC TỔ HỢP LỌC – HÓA DẦU VÀ CHIẾN LƯỢC PHÁT TRIỂN ĐẾN NĂM
2025 32

2.1.1 Các dự án đã đi vào hoạt động 32
2.1.2 Các dự án đang triển khai 32
2.1.3 Các dự án đang trong giai đoạn lập hồ sơ 34
2.2 NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT 36
2.2.1 Công nghệ lọc dầu tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 37
2.2.1.1 Các quá trình công nghệ chính 37
2.2.1.2 Xúc tác 39

2.2.1.3 Sản phẩm 41
2.2.1.4 Các phân xưởng sản xuất 41
2.2.2 Các vấn đề tồn tại 47
2.3 NLSH – NGÀNH CÔNG NGHIỆP MỚI HÌNH THÀNH TẠI VIỆT NAM 48
2.3.1 Etanol sinh học 48
2.3.2 Biodiesel 51
2.3.2.1 Sản xuất ở quy mô pilot và sản xuất công nghiệp 51
2.3.2.2 Các hướng nghiên cứu đang thực hiện 52
2.3.3 Các nhiên liệu sạch khác 55
2.4 NGHIÊN CỨU XÚC TÁC CHO CÔNG NGHỆ LỌC - HÓA DẦU 55
2.4.1 Xúc tác – hấp phụ cho phản ứng oxi hóa 56
2.4.2 Xúc tác - hấp phụ cho phản ứng oxydehydro hóa n-Butan 56
2.4.3 Xúc tác - hấp phụ cho phản ứng alkyl hóa vòng thơm 57
2.4.4 Xúc tác – hấp phụ cho phản ứng isome hóa 58
2.4.5 Xúc tác – hấp phụ cho phản ứng cracking và reforming 58
2.4.6 Xúc tác – hấp phụ cho phản ứng hydro hóa khử lưu huỳnh 59
2.4.7 Xúc tác – hấp phụ cho phản ứng thơm hóa LPG 60
2.4.8 Xúc tác – hấp phụ cho các phản ứng tạo sản phẩm an toàn môi trường đi từ
nguồn nguyên liệu thay thế 60

PHẦN III: KẾT LUẬN TRÊN CƠ SỞ NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN TÀI LIỆU 62
PHẦN IV: XÂY DỰNG ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA PHÒNG THÍ NGHIỆM
TRỌNG ĐIỂM CÔNG NGHỆ LỌC HÓA DẦU GIAI ĐOẠN 2010 - 2015 TẦM
NHÌN ĐẾN 2020 64

4.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CỦA PHÒNG THÍ NGHIỆM TRỌNG ĐIỂM
CÔNG NGHỆ LỌC HÓA DẦU TỪ KHI THÀNH LẬP ĐẾN NAY 64

4.1.1 Đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật 64
4.1.2 Cơ sở vật chất 64

4.1.3 Kinh nghiệm và thành tựu 64
4.1.3.1 Nghiên cứu khoa học 64
4.1.3.2 Các hoạt động khác 65
4.1.4 Các vấn đề còn tồn tại 66
4.2 ĐÓNG GÓP Ý KIẾN CỦA CÁC CHUYÊN GIA ĐẦU NGÀNH 66
4.3 ĐỀ XUẤT ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA PHÒNG THÍ NGHIỆM
TRỌNG ĐIỂM CÔNG NGHỆ LỌC HÓA DẦU GIAI ĐOẠN 2010 – 2015 TẦM
NHÌN 2020 70

4.3.1 Nghiên cứu cơ bản định hướng phát triển 71
4.3.2 Nghiên cứu để chuẩn bị năng lực tiếp cận công nghệ mới 71
4.3.3 Nghiên cứu công nghệ để triển khai sản xuất 71
4.3.4 Các nhiệm vụ khác 74
4.3.4.1 Nhiệm vụ phân tích giám định 74
4.3.4.2 Nhiệm vụ đào tạo phát triển đội ngũ KHKT 74
4.3.4.3 Nhiệm vụ tư vấn khoa học kỹ thuật công nghệ 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO 76
DANH MỤC PHẦN PHỤ LỤC 83
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CCR Reforming xúc tác liên tục (Continuous Catalytic Reforming)
CEST Tuốc bin hơi dạng tách ngưng tụ (Condensing Extraction Steam Turbine)
CTAB Xetyl trimetyl amoni bromua
DME Dimetylete
DOP Dioctyl phtalat
DTV Dầu thực vật
FCC Cracking xúc tác tầng sôi
FT Fischer – Tropsch
HCO Dầu nặng thu hồi (Heavy Cycle Oil) từ quá trình FCC chứa hydrocacbon
từ C

15
đến C
36
(75 – 95 %) và các hydrocacbon thơm đa vòng (5 – 25 %)
HDPE Nhựa polyetylen tỷ trọng cao (high density polyetylen)
HDS Xử lý hydro khử lưu huỳnh
HDT Xử lý hydro (hydro treatment)
iso C
5
– C
6
Hydrocacbon mạch nhánh C
5
và C
6
LAB Alkyl benzen mạch thẳng (linear alkyl benzene)
LCO Dầu nhẹ thu hồi (Light cycle oil) từ quá trình FCC chứa hydrocacbon từ
C
8
đến C
12
LDPE Nhựa polyetylen tỷ trọng thấp (low density polyetylen)
LPG Khí hóa lỏng
NGV Natural Gas Vihicle
NH
3
- TPD Amonia - Temperature-Programmed Desorption
NLSH Nhiên liệu sinh học
n-C
4

Hydrocacbon mạch thẳng C
4
P 123 Chất hoạt động bề mặt Pluronic P-123: Poly(ethylene glycol)-block-
poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol) với công thức hóa
học là HO(CH
2
CH
2
O)
20
(CH
2
CH(CH
3
)O)
70
(CH
2
CH
2
O)
20
H
PET Polyetylenen tere - phtalat
PS Polystyren
PSA Công nghệ Pressure Swing Adsorption để làm sạch và thu hồi khí hydro
PTNTĐ Phòng thí nghiệm trọng điểm
RCC Cracking xúc tác cặn chưng cất khí quyển (Residue catalytic cracking)
RFCC Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất khí quyển (Residue fluid
catalytic cracking)

SEM Hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope)
VMC Monome vinyl clorua
XRD Phổ nhiễu xạ tia X
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: So sánh sự thay đổi tính chất của nguyên liệu đầu vào cho quá trình FCC
của Trung Quốc trong hai năm 2005 – 2006 4

Bảng 1-2: Quy định về khí thải áp dụng cho các nhà máy tại Châu Âu 10
Bảng 1-3: Zeolit sử dụng làm xúc tác trong công nghiệp Lọc – Hóa dầu 22
Bảng 1-4: Xúc tác sử dụng cho các quá trình xử lý hydro làm ngọt nguyên liệu và
sản phẩm lọc – hóa dầu 24

Bảng 1-5: Định hướng sử dụng kim loại trong xúc tác cho ngành lọc – hóa dầu 25
Bảng 2-1: Các dự án lọc – hóa dầu trong nước đã đi vào hoạt động 33
Bảng 2-2: Các dự án lọc – hóa dầu trong nước đang được triển khai xây dựng 34
Bảng 2-3: Các dự án lọc – hóa dầu trong nước đang lập hồ sơ 35
Bảng 2-4: Công nghệ áp dụng tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 39
Bảng 2-5: Xúc tác sử dụng tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 39
Bảng 2-6: Sản phẩm của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất với hai chế độ vận hành
khác nhau 45

Bảng 2-7: Các dự án nhiên liệu sinh học đã và đang được triển khai tại Việt Nam.49
Bảng 2-8: Kết quả nghiên cứu tổng hợp xúc tác cho các phản ứng oxi hóa tại Việt
Nam tại Hội nghị Xúc tác và Hấp phụ Toàn quốc lần thứ 5 56


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1-1: Lịch sử phát triển của công nghiệp lọc - hóa dầu với một số mốc lịch sử
quan trọng 3


Hình 1-2: Các hướng nghiên cứu của ngành công nghiệp hóa học với nguyên liệu đi
từ sinh khối dầu mỡ động thực vật (oleochemistry) 6

Hình 1-3: Thay đổi tiêu chuẩn khí thải đối với xe ô tô chạy xăng của Châu Âu từ
1992 – 2005 7

Hình 1-4: Thay đổi tiêu chuẩn khí thải đối với xe ô tô chạy diesel của Châu Âu từ
1992 – 2005 7

Hình 1-5: Dự báo về sự tăng trưởng công suất của quá trình FCC và sản lượng cần
đạt của propylen trên thế giới đến năm 2015 8

Hình 1-6: Toàn cảnh công nghệ lọc dầu dự báo cho các năm 2010 - 2020 10
Hình 1-7: Thị trường hydrocacbon thơm tại Châu Á, Bắc Mỹ, và Châu Âu so sánh
với thị trường xăng của thế giới 11

Hình 1-8: Công nghệ R2R RFCC của IFP 15
Hình 1-9: Công nghệ RFCC hiện đại của UOP 15
Hình 1-10: Sơ đồ công nghệ lọc dầu hiện đại đạt yêu cầu về an toàn môi trường 16
Hình 1-11: Xúc tác MCM – 41 của hãng Exxon Mobil trên cơ sở công nghệ nano 21
Hình 1-12: Định hướng tổng hợp xúc tác cho ngành lọc dầu trên cơ sở công nghệ
nano kết hợp zeolit và oxit kim loại 21

Hình 1-13: Sơ đồ quá trình công nghệ SSPD (Sasol Slurry Phase Distillate) 26
Hình 1-14: Các nhiên liệu thay thế có thể tổng hợp được bằng công nghệ GTL 27
Hình 1-15: Sơ đồ nguyên tắc của công nghệ chuyển hóa sinh khối thành nhiên liệu
lỏng 28

Hình 1-16: Sơ đồ chung của quá trình BTL tại Braxin 30
Hình 1-17: Các sản phẩm tổng hợp từ sinh khối bằng các quá trình công nghệ khác

nhau 30

Hình 2-1: Công nghệ CCR của UOP sử dụng tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 38
Hình 2-2: Sơ đồ hệ thống phân xưởng của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 41
Hình 2-3: Quá trình sản xuất etanol nhiên liệu tại Nhà máy NLSH Đại Tân theo chu
trình tiết kiệm năng lượng 48

Hình 2-4: Sơ đồ công nghệ sản xuất etanol theo hướng đề xuất của Viện Công nghệ
Thực phẩm trong đề tài KC 04.07/06-10 50

Hình 2-5: Sơ đồ tổng quát của công nghệ sản xuất biodiesel theo chu trình không bã
thải của Viện Khoa học Vật liệu – Viện KH&CN Việt Nam 51

Hình 2-6: Sơ đồ công nghệ sản xuất biodiesel với quá trình liên tục sử dụng xúc tác
dị thể thế hệ mới 52

Hình 2-7: Sự phụ thuộc của hàm lượng biodiesel trong sản phẩm vào trị số axit của
nguyên liệu tạo biodiesel 52

Hình 2-8: Sự phụ thuộc của trị số axit của biodiesel vào trị số axit của nguyên liệu
tạo biodiesel 52

Hình 2-9: Thay đổi trị số axit của biodiesel theo từng bước công nghệ tổng hợp 53
Hình 2-10: Thay đổi độ chuyển hóa và trị số axit của biodiesel theo thời gian làm
việc của xúc tác 53

Hình 2-11: So sánh ưu điểm của sản phẩm chuyển hóa theo công nghệ sử dụng xúc
tác dị thể so với công nghệ truyền thống sử dụng xúc tác kiềm/axit 53

1

MỞ ĐẦU
Công nghiệp lọc – hóa dầu đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong nền kinh tế quốc
dân. Các sản phẩm từ công nghiệp lọc hóa dầu cung cấp nguyên liệu và sản phẩm cho
nhiều ngành công nghiệp khác nhau cũng như đáp ứng nhu cầu chung của toàn xã hội,
trong đó đặc biệt là nhiên liệu góp phần duy trì an ninh năng lượng của mỗi quốc gia.
Hiện nay, nguồn nguyên liệu gốc khoáng đang ngày càng cạn kiệt, cùng với sự phát
triể
n ngày càng cao về kinh tế và nhu cầu xã hội, nguyên liệu cho công nghiệp lọc –
hóa dầu cũng thay đổi về chất lượng, đồng thời sản phẩm lọc hóa dầu cũng đòi hỏi
chất lượng cao hơn để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về an toàn sức khỏe và môi
trường. Do vậy, nhu cầu bức thiết đặt ra là các nhà khoa học cần tập trung nghiên cứu
cải tiến công nghệ thiết bị, tổng h
ợp xúc tác trong công nghiệp lọc hóa dầu để đối mặt
với các thay đổi theo chiều hướng xấu của nguyên liệu cũng như yêu cầu cao về sản
phẩm, không làm ảnh hưởng đến kinh tế quốc dân. Ngoài ra, các hướng tìm kiếm
nguyên liệu thay thế từ sinh khối DTV, từ phế thải nông nghiệp và từ các nguồn
nguyên liệu khoáng khác như khí tự nhiên, than cũng đang rất được quan tâm trên
thế giới. Nhiều quốc gia
đã có định hướng nghiên cứu đưa ra các công nghệ mới triển
khai vào thực tế theo hướng sử dụng nguyên liệu thay thế dầu gốc khoáng.
Việt Nam đang trên đà phát triển, hiện nay đã đứng hàng thứ 35 trong các quốc gia
khai thác dầu và khí tự nhiên với sản lượng hàng năm lên đến 17 triệu tấn dầu thô và
trên 2 tỷ m
3
khí đồng hành. Nhận thấy vai trò quan trọng của ngành công nghiệp lọc
hóa dầu, Việt Nam đã xây dựng và phê duyệt đưa vào thực thi Chiến lược phát triển
lĩnh vực lọc hoá dầu quy mô lớn trong 3 giai đoạn: 2005 - 2010, 2011-2015 và 2016-
2025. Các dự án Lọc dầu đã và đang được đầu tư xây dựng, trong đó Nhà máy Lọc dầu
Dung Quất – Quảng Ngãi đã bắt đầu hoạt động đánh dấu bước phát triển mớ

i của
ngành lọc – hóa dầu non trẻ tại Việt Nam. Các dự án lọc – hóa dầu quan trọng sau khi
xây dựng xong sẽ đáp ứng cơ bản nhu cầu của thị trường nội địa về sản phẩm lọc, hoá
dầu và phục vụ cho xuất khẩu. Cùng với sự phát triển của công nghiệp lọc hoá dầu,
các ngành công nghiệp khác, đặc biệt là hoá dầu cũng phát triển. Ngoài ra, các sản
phẩm thân thiện môi trườ
ng, đặc biệt là nhiên liệu đã được quan tâm nghiên cứu và đã
2

có các dự án xây dựng nhà máy sản xuất etanol nhiên liệu thay thế nhiên liệu gốc
khoáng chuẩn bị đi vào hoạt động.
Để đạt được các định hướng phát triển của đất nước, Việt Nam đã đầu tư thành lập các
PTNTĐ quốc gia ở các lĩnh vực khoa học quan trọng, trong đó có PTNTĐ Công nghệ
Lọc – Hóa Dầu đặt tại Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam. Nhiệm vụ đặ
t ra là:
PTNTĐ Công nghệ Lọc - Hóa dầu phải xây dựng được các định hướng nghiên cứu
phù hợp đáp ứng phục vụ phát triển công nghiệp lọc – hóa dầu tại Việt Nam theo kịp
sự phát triển chung của công nghiệp lọc – hóa dầu trên thế giới. Với mục tiêu đó, Bộ
Công Thương đã giao đề tài cấp bộ để PTNTĐ quốc gia Công nghệ Lọc – Hóa dầu
thực hiện “Xây d
ựng các nội dung nghiên cứu của PTNTĐ Công nghệ Lọc – Hóa
dầu”.
Để thực hiện nhiệm vụ được giao, nhóm đề tài tại PTNTĐ Công nghệ Lọc – Hóa dầu
đã tiến hành nghiên cứu tổng quan tài liệu để phân tích đánh giá xu hướng phát triển
của ngành công nghệ lọc – hóa dầu trên thế giới và ở Việt Nam, từ đó có thể đưa ra lựa
chọn định hướng nghiên cứu phù hợp với nhu c
ầu phát triển tại Việt Nam. Tổng quan
tài liệu do nhóm đề tài thực hiện tập trung vào các nội dung chính sau đây:
− Xu hướng phát triển chung của ngành công nghệ lọc – hóa dầu trên thế giới.
− Tình hình phát triển của ngành công nghệ lọc – hóa dầu tại Việt Nam

− Kết luận trên cơ sở nghiên cứu tổng quan tài liệu.
Dựa trên các kết quả thu được từ nghiên cứu phân tích tổng quan tài liệu, kết hợp với
tham khảo ý kiến của các chuyên gia đầu ngành, đồng thời trên cơ sở đánh giá kinh
nghiệm, năng lực hiện có về trang thiết bị và nhân lực tại PTNTĐ Công nghệ Lọc –
Hóa dầu, nhóm đề tài hướng tới mục tiêu xây dựng đề xuất một số nhiệm vụ nghiên
cứu cụ thể thực hiện tại PTNTĐ trong năm năm tới (2010 – 2015) và tầm nhìn đến
năm 2020,
đáp ứng phục vụ nhu cầu phát triển của ngành lọc – hóa dầu trong nước,
nhằm thay thế dần các sản phẩm nhập ngoại.

3

1. PHẦN I: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH CÔNG NGHỆ
LỌC HÓA DẦU TRÊN THẾ GIỚI
1.1 HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH LỌC HÓA DẦU THẾ GIỚI
Ngành công nghiệp lọc hóa dầu luôn đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế toàn
cầu. Đây là ngành công nghiệp lớn đa dạng mang tính toàn cầu cung cấp chủ yếu các
sản phẩm nhiên liệu cho nền kinh tế, nguyên liệu và sản phẩm cho công nghiệp hóa
chất. Số liệu năm 2003 cho thấy, từ dầu thô với sản lượng khai thác là 3,2 tỷ gallon
(12,11 tỷ lít), ngành công nghiệ
p lọc hóa dầu cho ra các sản phẩm chủ yếu là nhiên
liệu (chiếm 1,8 tỷ gallon tương đương 6,8 tỷ lít) bao gồm 3,6 tỷ lít xăng và 3,2 tỷ lít
diesel, hóa chất chỉ chiếm 1,136 tỷ lít [63].
Hình 1-1: Lịch sử phát triển của công nghiệp lọc - hóa
dầu với một số mốc lịch sử quan trọng
Tuy nhiên, ngành công nghệ lọc hóa dầu ngày càng phát triển. Hình 1-1 là toàn cảnh
ngành công nghệ lọc – hóa dầu của thế giới từ giai đoạn sơ khai cho đến hiện nay với
các mốc lịch sử quan trọng như: áp dụng quá trình FCC, quá trình reforming hoàn
nguyên xúc tác liên tục, đưa zeolit vào sử dụng, sử dụng quá trình RCC cho cặn chưng
cất, alkyl hóa hydrocacbon thơm, [62]

Nền kinh tế thế giới phát triển và hiện đại hóa đồng thời với việc nguyên li
ệu dầu
khoáng ngày càng cạn kiệt đặt ra thách thức lớn với nền công nghiệp lọc hóa – dầu:
4

cần phát triển để theo kịp thay đổi chất lượng nguyên liệu đầu vào ngày càng thấp, yêu
cầu chất lượng sản phẩm đầu ra ngày càng cao, tìm kiếm nguyên liệu thay thế, cải tiến
công nghệ để đạt hiệu quả cao hơn, an toàn môi trường và an toàn sức khỏe hơn nữa.
1.1.1 Đặc điểm nguyên liệu
1.1.1.1 Nguyên liệu dầu thô
Dầu thô là nguyên liệu đầu vào cho quá trình lọc dầu. Hiện nay, nguồn nguyên li
ệu
khoáng đang ngày càng cạn kiệt, trong đó ngày càng đòi hỏi nhiên liệu là các
hydrocacbon nhẹ nên nguyên liệu đầu vào cho quá trình lọc dầu ngày càng có phân tử
lượng lớn: tỷ trọng các nguyên liệu dầu nặng trong nguyên liệu đầu vào cho công
nghiệp lọc – hóa dầu nói chung, đặc biệt là cho quá trình cracking nói riêng ngày càng
tăng. Phân đoạn cặn chưng cất có hàm lượng nhựa rất lớn, chứa nhiều asphant với các
tạp chất bẩn ngày càng trở thành nguồn nguyên liệu chính
[45].
Bảng 1-1: So sánh sự thay đổi tính chất của nguyên liệu đầu vào cho quá trình FCC của Trung
Quốc trong hai năm 2005 – 2006
Thành phần Đơn vị tính Năm 2005 Năm 2006
Lưu huỳnh % kl 0,60 0,73
Ni tơ % kl 0,21 0,27
Niken mg/kg 7,12 10,36
Vannadi mg/kg 16,23 23,86
Canxi mg/kg 8,38 24,58
Paraphin % kl 60,3 57,2
Hydrocacbon thơm % kl 38,5 36
Nhựa % kl 1,2 6,8

Bảng 1-1 là ví dụ về sự thay đổi tính chất nguyên liệu cho quá trình Cracking theo
chiều hướng xấu trong hai năm 2005 – 2006 tại Trung Quốc [75].
Các nguyên liệu đầu vào có nhiều tính chất xấu như: khối lượng riêng biến đổi trong
khoảng tương đối lớn, hàm lượng hydrocacbon no thấp, hàm lượng cặn, hàm lượng
lưu huỳnh, ni tơ và hàm lượng kim loại nặng như niken, vannadi khá cao, do vậy, ảnh
hưởng xấu đến quá trình cracking [54
]:
– Gây ra khuynh hướng tạo cốc làm giảm độ chọn lọc, giảm hoạt tính của xúc tác.
5

– Niken làm tăng các phản ứng phụ như dehydro hóa và ngưng tụ do vậy tăng
lượng khí và cốc tạo thành, giảm hiệu suất sản phẩm có ích.
– Vannadi làm nhiễm độc xúc tác theo cơ chế sau: vannadi tạo cốc trên xúc tác ở
dạng vannadi porphydrine; khi hoàn nguyên xúc tác, cốc vannadi bị oxi hóa
thành oxyt V
2
O
5
; oxyt tác dụng với hơi nước tạo axit H
3
VO
4
; axit phá hủy cấu
trúc zeolit qua quá trình thủy phân với xúc tác axit. Sự có mặt của natri tăng
cường sự thẩm thấu vannadi vào xúc tác zeolit dẫn đến sự phá hủy nhanh hơn.
– Các hợp chất chứa nitơ như pyridin và quinolin có trong nguyên liệu cặn làm
giảm tính axit của xúc tác và dẫn đến việc mất hoạt tính xúc tác tạm thời.
Từ đó, có thể thấy rằng yêu cầu quá trình lọc dầu cần có áp suất cao hơn, cần phải s
ử
dụng quá trình xử lý hyđro để làm sạch nguyên liệu đầu vào trước khi cấp cho quá

trình FCC – là quá trình công nghệ cơ bản trong ngành lọc dầu. Để giảm lượng lưu
huỳnh trong sản phẩm, cần có công đoạn giảm lưu huỳnh đến ppm. Ngoài ra, nghiên
cứu chế tạo xúc tác phù hợp, cải tiến công nghệ và cải tiến nâng cấp thiết bị là những
đòi hỏi đặt ra liên quan đến sự thay đổ
i chất lượng nguyên liệu như đã trình bày.
1.1.1.2 Nguyên liệu khí tự nhiên
Khí tự nhiên là nguồn nguyên liệu lớn cho công nghệ lọc hóa dầu. Trong thành phần
của khí tự nhiên khí metan chiếm phần lớn. Hiện nay, từ 30 – 60 % lượng khí tự nhiên
không sử dụng được tại chỗ và gặp khó khăn trong vận chuyển ra thị trường. Để giải
quyết vấn đề, nhiều hãng dầu lớn đã và đang nghiên cứu chuyể
n hóa metan thành các
sản phẩm hóa học hiệu quả hơn. Ví dụ hãng Dow Chemical (Mỹ) đã nghiên cứu sử
dụng xúc tác lantan triclorua (LaCl
3
) để thực hiện phản ứng chuyển hóa metan với HCl
thành CHCl
3
– là nguyên liệu đầu vào để sản xuất nhiều sản phẩm của công nghệ hóa
dầu, hoặc hãng Süd-Chemie (Đức) đã nghiên cứu xúc tác Cu/Zn để chuyển hóa metan
thành metanol. Trong khí tự nhiên có CO
2
là nguồn nguyên liệu rẻ nên cũng là hướng
nghiên cứu triển vọng với mục đích chuyển đổi thành các sản phẩm hóa dầu [66].
1.1.1.3 Nguyên liệu thay thế dầu mỏ
Nguyên liệu từ dầu mỏ được dự báo vào cuối năm 1999 tổng trữ lượng khoảng 145 tỷ
tấn đủ dùng trong 40 năm nữa với nhu cầu sử dụng khoảng 3,4 tỷ tấn/năm. M
ột dự báo
6

khác của Energy Information Agency cho thấy trữ lượng dầu mỏ vẫn còn lớn vào

khoảng 650 tỷ tấn, đủ dùng cho 150 năm. Tuy nhiên có thể thấy rằng, với bất cứ nguồn
dự báo nào, nguyên liệu dầu mỏ đang ngày càng cạn kiệt, từ khoảng giữa thế kỷ 21 sẽ
trở nên ngày càng khan hiếm, do đó các nguồn nguyên liệu khác như than đá, khí tự
nhiên, các nguyên liệu có thể tái tạo được như DTV và sinh khố
i sẽ ngày càng quan
trọng đòi hỏi nghiên cứu có bài bản để sử dụng chúng một cách kinh tế và hiệu quả
[62]. Một nguyên liệu trung gian được tổng hợp từ các nguồn nguyên liệu thay thế
chiếm vai trò vô cùng quan trọng trong công nghệ hóa dầu hiện nay là khí tổng hợp
(Syngas) bao gồm hai thành phần là H
2
và CO. Từ khí tổng hợp có thể sử dụng quá
trình Fischer – Tropsch hoặc các quá trình hóa dầu khác để chuyển hóa thành
hydrocacbon lỏng làm nhiên liệu, metanol, etanol, dimetylete và khí tự nhiên tổng
hợp (SNG) [65].
Hình 1-2: Các
hướng nghiên
cứu của ngành
công nghiệp
hóa học với
nguyên liệu đi
từ sinh khối
dầu mỡ động
thực vật
(oleochemistry)
Nguồn nguyên liệu thay thế không kém phần quan trọng có thể tái tạo được là dầu mỡ
động thực vật – còn gọi là sinh khối dầu mỡ động thực vật (biomass oils) gồm các
nguồn lipid từ DTV, mỡ động vật, dầu ăn phế thải, mỡ cá. Xu hướng hiện nay là sử
dụng xúc tác dị thể chuyển hóa các nguyên liệu kể trên thành metyleste làm biodiesel
[72]. Để tổng hợp các sản phẩm hóa học trước
đây có nguồn gốc từ dầu mỏ, thế giới

đã phát triển một ngành công nghiệp hóa học với nguyên liệu đi từ sinh khối dầu mỡ
động thực vật (oleochemistry). Ở Mỹ, người ta đã định hướng để có thể thiết lập được
các nhà máy lọc sinh khối dầu mỡ động thực vật (biorefinery) vào năm 2010 [74], mở
rộng các sản phẩm hóa học từ
sinh khối dầu mỡ động thực vật vào các năm tiếp theo.
7

Trên hình 1-2 là các hướng nghiên cứu tạo sản phẩm đi từ nguyên liệu là sinh khối dầu
mỡ động thực vật tương tự các sản phẩm của ngành lọc – hóa dầu truyền thống.
1.1.2 Đặc điểm sản phẩm
1.1.2.1 Nhiên liệu

Hình 1-3: Thay đổi tiêu chuẩn khí thải đối với
xe ô tô chạy xăng của Châu Âu từ 1992 – 2005
Hình 1-4: Thay đổi tiêu chuẩn khí thải đối với
xe ô tô chạy diesel của Châu Âu từ 1992 – 2005
Sản phẩm nhiên liệu ngày càng đòi hỏi có chất lượng cao hơn. Các chỉ tiêu chất lượng
được quy định và kiểm soát bởi luật pháp với mục đích nâng cao tính an toàn sức khỏe
và an toàn môi trường ([54],[62]). Xu hướng yêu cầu chất lượng như sau:
Xăng [72]:
– Chỉ số octan phải được nâng cao: RON 95 và hơn nữa
– Hàm lượng olefin hiện còn cao, xu hướng đòi hỏi hạ th
ấp xuống dưới 30 %
– Hàm lượng lưu huỳnh trong nguyên liệu chế biến xăng còn cao (hiện nay trong
khoảng từ 5 – 10 %) cho ra sản phẩm xăng có chứa 150 – 50 ppm lưu huỳnh.
Hàm lượng này yêu cầu nhỏ hơn 10 ppm vào năm 2011.
– Hàm lượng hydrocacbon thơm phải giảm tối đa đặc biệt là benzen phải dưới 1%
thể tích.
– Giảm điểm sôi cuối của thành phần cất 90 % thể tích.
Diesel [72

]
– Hàm lượng lưu huỳnh ngày càng yêu cầu giảm đi có thể đến 10 ppm hoặc nhỏ
hơn. Nhu cầu về diesel với hàm lượng S cao sẽ giảm đi trong tất cả các lĩnh vực
trừ lĩnh vực tàu biển.
8

– Hàm lượng hydrocacbon thơm trong diesel đặc biệt là hydrocacbon thơm đa
nhân tuy chưa có yêu cầu cụ thể, nhưng sẽ được quy định để kiểm soát.
Chất lượng nhiên liệu phải cao như vậy để đảm bảo đạt yêu cầu quy định về khí thải
ngày càng khắt khe (hình 1-3 và 1-4). Tất cả thay đổi về yêu cầu chất lượng nhiên liệu,
dẫn đến thay đổi về công nghệ thiết bị liên quan
đến ngành lọc hóa dầu.
1.1.2.2 Olephin
Nhu cầu về sản lượng olephin trong những năm qua tăng mạnh, trong đó phải kể đến
nhu cầu về etylen và propylen.
Etylen được sản xuất chủ yếu từ quá trình cracking hơi. Sau năm 1999 nhu cầu etylen
tăng từ 4 – 5 %/năm, liên quan đến nhu cầu tăng cao đối với các sản phẩm là dẫn xuất
của etylen như polyetylen, etylen điclorua. etylen oxyt, etylbenzen, alpha olefin. Hiện
nay Exxon Mobil là nhà sản xuất etylen lớn nhất trên th
ế giới, tiếp theo là Dow
Chemical và Shell, Equistar. Sau khi hoàn thành cuộc sáp nhập với Union Carbide
trong năm nay Dow Chemical vượt lên chiếm vị trí dẫn đầu trong sản xuất etylen [28].
Propylen là olefin nhẹ quan trọng thứ hai sau etylen. Thường có hai nguồn chính tạo
propylen: là sản phẩm phụ của quá trình cracking hơi để tổng hợp etylen, và từ quá
trình FCC trong công nghệ lọc dầu tạo sản phẩm là nhiên liệu. Dự báo trong 10 năm
tới nhu cầu tiêu thụ propylen tăng thêm 40 %, đặc biệt là tại các qu
ốc gia Châu Á. Nhu
cầu về propylen của thế giới tăng với tốc độ cao hơn nhiều so với sự tăng trưởng tổng
công suất của các quá trình FCC nên tỷ trọng propylen trong các quá trình FCC phải
tăng lên phù hợp với nhu cầu phát sinh (hình 1-5). Đến năm 2015, nhu cầu về propylen

sẽ chiếm khoảng 40 % tổng nhu cầu olephin.
Hình 1-5: Dự báo về sự tăng
trưởng công suất của quá trình
FCC và sản lượng cần đạt của
propylen trên thế giới đến năm
2015
Tuy nhiên propylen lại là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất etylen. Hiện nay, 61 %
propylene được sản xuất từ nhà các nhà máy sản xuất etylen, 34 % từ các nhà máy lọc
9

dầu và chỉ có 3 % propylen được sản xuất từ các nhà máy chuyên sản xuất propylen.
Rất khó để nâng hiệu suất sản phẩm propylen từ các nhà máy sản xuất etylen, nên
người ta hướng tới nâng hiệu suất propylen từ các nhà máy lọc dầu. Trên hình 1-4 là
dự báo về sản lượng propylen chung của thế giới cần đạt vào năm 2015 [45].
1.1.3 Yêu cầu cao về mức độ an toàn môi trường của công nghệ
Công nghệ phả
i sạch, đáp ứng yêu cầu về an toàn môi trường. Hiện nay, trong quá
trình hoạt động bình thường, một thiết bị FCC trung bình thải bụi với lượng bằng 1 %
lượng xúc tác sử dụng, trong khi tỷ lệ xúc tác sử dụng trong quá trình cracking trung
bình là 1kg/tấn nguyên liệu. Trong quá trình đốt cốc tại thiết bị FCC, 10 – 20 % tổng
lượng S có trong nguyên liệu bị thải ra ngoài môi trường dưới dạng SO
x
, 5 – 20 %
tổng lượng N bị thải ra môi trường dưới dạng NO
x
, ngoài ra, chưa kể lượng CO tạo
thành. Nguồn khí thải độc hại trong lọc hóa dầu có thể từ các quá trình sau đây:
– Nguồn SO
2
: Các quá trình gia nhiệt, quá trình thu hồi lưu huỳnh, quá trình hoàn

nguyên xúc tác và các quá trình đốt cháy có sinh ngọn lửa
– Nguồn NO
x
: Quá trình cháy trong các lò gia nhiệt, quá trình đốt có sinh ngọn
lửa, quá trình đốt khí thải trong các nhà máy sản xuất lưu huỳnh và quá trình
hoàn nguyên xúc tác.
– Nguồn CO: Sinh ra do sự không cháy hết trong các quá trình cháy trong các lò
gia nhiệt, quá trình đốt có sinh ngọn lửa, quá trình đốt khí thải trong các nhà
máy và quá trình hoàn nguyên xúc tác.
– Nguồn muội: Sinh ra trong quá trình cháy ngoài (external combusion) trong các
trong các lò gia nhiệt, quá trình đốt có sinh ngọn lửa, quá trình đốt khí thải và
quá trình hoàn nguyên xúc tác.
– Nguồn các chất hữu cơ bay hơi: sinh ra trong quá trình cháy không hoàn toàn
trong các lò gia nhiệt, quá trình đốt có sinh ngọn lửa, quá trình tái sinh trong
thiế
t bị FCC, thiết bị reforming xúc tác, thiết bị refomer khí metan, thiết bị
hydro hóa, bị rò rỉ do van hở trong thiết bị hoặc trong hệ thống chứa
– Nguồn benzen: Phát thải benzen sinh ra khi các thiết bị FCC hoạt động, trong
các quá trình đốt cốc hoặc gia nhiệt bằng dầu đốt hoặc do hệ thống chứa bị hở.
10

Bảng 1-2: Quy định về khí thải áp dụng cho các nhà máy tại Châu Âu
Khí thải Quy định cho các nhà máy
mới (hoạt động từ 1/07/1987)
Quy định cho các nhà máy cũ (hoạt động trước
ngày 1/7/1987)
SO
2
, (mg/Nm
3

) 800 Giảm từ 40 -70 % theo lộ trình từ 1987 đến 2003
NO
x
, (mg/Nm
3
) 350 Giảm từ 24 - 40 % theo lộ trình từ 1987 đến 2003
Bụi, (mg/Nm
3
) 100 Quy định sau
Với xu thế phát triển hướng tới an toàn môi trường, tất cả các khí thải chất thải trong
công nghệ mới phải càng thấp càng tốt. Từ năm 1987 Châu Âu đã đưa ra quy định về
khí thải chất thải cho các nhà máy sản xuất để kiểm soát tình hình (Bảng 1-2) [54].
1.2 CÔNG NGHỆ LỌC HÓA DẦU VÀ MỐI LIÊN HỆ GIỮA HAI LĨNH VỰC
LỌC DẦU VÀ HÓA DẦU
Hình 1-6 là toàn cảnh công nghệ lọc dầ
u dự báo cho các năm từ 2010 đến 2020 [62].
Không nhà máy lọc dầu nào có thể đầu tư toàn bộ các công đoạn đã nêu. Tuy nhiên
các nhà máy tùy theo tình hình đầu tư cụ thể sẽ bao gồm một phần hoặc phần lớn các
công đoạn, trong đó, các công đoạn chìa khóa bao gồm: chuyển hóa sâu với công nghệ
oxi hóa một phần cặn chưng cất phục vụ cho hydrocracking; xử lý hydro
(hydrotreatment) và FCC và các công đoạn phụ trợ để
biến tính nâng cao chất lượng
sản phẩm. Các công đoạn phụ trợ này bao gồm: polime hóa các paraphin phân đoạn
nhẹ; alkyl hóa các hydrocacbon và este hóa.
Hình 1-6: Toàn cảnh công nghệ lọc dầu dự báo cho các
năm 2010 - 2020
11

Trong tương lai xu hướng đẩy mạnh sự quan hệ qua lại giữa lọc dầu và hóa dầu ngày
càng thể hiện rõ và ngày càng trở nên khăng khít:

– Nguồn nguyên liệu cho cracking hơi (stream cracking): Naphta phân đoạn nhẹ
ngày càng ít đi, do ngành lọc dầu ngày càng dùng nhiều naphta nhẹ để sản xuất
xăng, bắt buộc ngành hóa dầu phải tìm kiếm nguồn nguyên liệu từ các thành
phần nhẹ hơn nữa như: khí dầu mỏ, nguyên liệ
u C
3
– C
4
không chứa olephin
(là sản phẩm của ngành lọc dầu), khí condensat và từ các thành phần là cặn dầu
nặng với hàm lượng lớn hydrocacbon thơm.
– Ngành hóa dầu sẽ sử dụng olephin nhẹ thu hồi từ sản phẩm của ngành lọc dầu:
khí etylen, propylen từ FFC, LPG
Hình 1-7: Thị trường
hydrocacbon thơm tại Châu Á,
Bắc Mỹ, và Châu Âu so sánh
với thị trường xăng của thế giới
– Thu hồi nguồn nguyên liệu hydro sử dụng cho ngành lọc dầu và thu hồi khí
isobuten và isopren từ quá trình cracking hơi C
4
– C
5
để sản xuất ete.Thu hồi
hydrocacbon thơm để sử dụng trong lọc dầu và phần còn lại do ngành hóa dầu
sử dụng. Từ hình 1-7 có thể thấy thị trường hydrocacbon thơm nói chung là rất
nhỏ so với xăng. Ví dụ; thị trường hydrocacbon thơm ở Châu Âu năm 1998 là
13 triệu tấn/năm trong khi thị trường xăng Châu Âu lúc đó là 168 triệu tấn/năm
và thế giới là 950 triệu tấn/năm. Như vậ
y, cứ mỗi một phần trăm benzen trong
xăng của thế giới đã gấp 1,5 lần so với sản lượng sản xuất benzen của Châu Âu

(9,7 triệu tấn benzen). Tiêu chuẩn xăng năm 2000 quy định benzen và
hydrocacbon thơm là 1% và 42 %. Như vậy, lượng benzen thừa ra rất lớn. Phải
giải quyết bằng cách thay đổi trong công nghệ lọc dầu để xăng có hàm lượng
benzen thấp nhất có thể, phần dư chiế
t tách ra thì công nghiệp hóa dầu phải sử
dụng. Tuy nhiên, khi tiêu chuẩn xăng quy định ngặt nghèo hơn với hàm lượng
hydrocacbon thơm giảm xuống còn 35 % thì thị trường cũng không thể tiêu thụ
12

hết lượng hydrocacbon thơm chiết tách ra, do vậy, chỉ có các cụm lọc hóa dầu
đủ lớn với công nghệ thật hiện đại mới có thể sản xuất nhiên liệu và
hydrocacbon thơm với giá thành đáp ứng nhu cầu thị trường. Đây cũng là vấn
đề cần xem xét kỹ khi đầu tư xây dựng mới các cụm công nghiệp lọc hóa dầu.
– Ngành lọc dầu sử dụng nhiều quá trình do ngành hóa d
ầu nghiên cứu phát triển
như: cracking hơi khí tự nhiên, quá trình oxi hóa từng phần cặn chưng cất dầu
(partial oxydation of residue), quá trình tổng hợp Fischer- Stropsch.
1.3 MỘT SỐ ĐỊNH HƯỚNG CHUYỂN HÓA TỪ NGUYÊN LIỆU GỐC
KHOÁNG
Ngoài các sản phẩm truyền thống của ngành công nghệ lọc hóa dầu, trong 15 năm tới
một số quốc gia với trữ lượng khí tự nhiên lớn đã định hướng nghiên cứu sâu về tổng
thể (công nghệ, thiết bị, hệ xúc tác, nâng cao hiệu suất, ) cho các quá trình sau [79]:
– Chuyển hóa trực tiếp metan thành xăng
– Chuyển hóa trực tiếp metan thành metanol và aldehyt
– Chuyển hóa etan thành etylen hoặc axit axetic
– Chuyển hóa propan thành propylen
– Quá trình xúc tác hóa lỏng khí tự nhiên
– Desulphua hóa các sản phẩm paraphin chất lượng cao cung cấp cho ngành hóa
dầu, alken thay thế cho olephin
– Oxi hóa chọn lọc khí tự nhiên thành hỗn hợp khí H

2
/CO
1.4 MỘT SỐ ĐỊNH HƯỚNG CHUYỂN HÓA TỪ NGUYÊN LIỆU THAY THẾ
NGUYÊN LIỆU GỐC KHOÁNG
Nguyên liệu thay thế đang trở thành mối quan tâm hàng đầu. Trong nguyên liệu thay
thế ngoài dầu thực vật, còn có bã thải hữu cơ từ các nhà máy công nghiệp, các nguồn
sinh khối từ sản xuất chế biến nông sản Các quá trình chuyển hóa đang được quan
tâm nghiên cứu thậm chí trở thành chiến lược nghiên cứu triển khai dài hạn ở
nhiều
quốc gia Đức, Mỹ, Braxin, Hy Lạp , cụ thể là:
– Quá trình deoxi hóa các diol: người ta hy vọng nghiên cứu quá trình này để
13

thực hiện các chuyển hóa tương tự đối với các nguyên liệu phức tạp hơn như
glucoza (là nguồn nguyên liệu có thể tổng hợp được từ nguồn bã thải hữu cơ).
– Oxi hóa và hydro hóa các mono – và disacharid (các chất này có thể tổng hợp
chiết tách từ nguồn bã thải hữu cơ)
– Oxi hóa và chuyển hóa các terpen thực hiện với xúc tác axit
– Hydro hóa, este hóa và trao đổi este các nguyên liệu đi từ dầu thực v
ật.
– Nghiên cứu tổng hợp xúc tác cho các quá trình nói [79].
1.5 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN VỀ CÔNG NGHỆ
1.5.1 Quá trình công nghệ FCC và RFCC
FCC là công nghệ chủ đạo trong lĩnh vực lọc hóa dầu hiện đại. Thiết bị FCC là thiết bị
phản ứng hình ống với dòng đi từ dưới lên. Quá trình cracking tiến hành trong thiết bị
FCC là quá trình thu nhiệt. nguyên liệu tiếp xúc với xúc tác ở nhiệt độ cao từ 500 –
700
o
C và bị cracking thành các sản phẩm xăng và LPG. Sau đó, các sản phẩm này
được tách ra. Sản phẩm phụ của quá trình FCC là dầu nhẹ, khí nhiên liệu và cốc bám

trên bề mặt xúc tác làm giảm hiệu quả của xúc tác. Để hoàn nguyên xúc tác, xúc tác
được chuyển sang thiết bị hoàn nguyên. Không khí được thổi vào thiết bị hoàn nguyên
và tạo với xúc tác thành tầng lỏng không đồng nhất. Trên tầng lỏng này, cốc trên bề
mặt xúc tác bị đốt cháy. Khi đốt cháy cốc, hai mục đích chính đ
ã đạt được là: hoàn
nguyên tác dụng của xúc tác và làm tăng nhiệt độ của xúc tác cung cấp năng lượng cho
quá trình cracking khi xúc tác quay trở lại thiết bị cracking.
Công nghệ FCC sở hữu bởi nhiều công ty khác nhau. Tuy nhiên, có 5 công ty sở hữu
lớn nhất là Exxon, M. W. Kellogg, Stone & Webster/IFP (Công nghệ của Total), ABB
Lummus Global (công nghệ của Texaco) và UOP. Đây cũng là những công ty đi đầu
trong lĩnh vực đổi mới công nghệ đáp ứng nhu cầu hiện đại. Các công ty như Shell,
Amoco và BP cũng tự nghiên c
ứu phát triển công nghệ FCC cho mình và cho các hãng
khác khi có nhu cầu. Các nước Nga, Trung Quốc hiện nay cũng đang tích cực đẩy
mạnh việc cải tiến công nghệ FCC. Khi xây dựng mới các cụm công nghiệp có công
nghệ FFC, ở Nhật Bản người ta chú trọng sử dụng công nghệ FFC với các quá trình xử
lý hydro tiên tiến đi kèm và kết hợp với quá trình khí hóa cặn chưng cất. Sự kết hợp
14

như vậy sẽ tạo ra các sản phẩm chất lượng cao, trong đó sử dụng khí H
2
là sản phẩm
của quá trình khí hóa cốc dầu mỏ (petro coke) hoặc khí hóa dầu Pitch (Pitch oil) [58].
RFCC là quá trình cracking xúc tác cặn chưng cất. RFCC được phát triển trên cơ sở
quá trình FCC truyền thống với mục đích tăng cường sự tương thích của công nghệ
với mọi loại cặn chưng cất, trong khi duy trì được hiệu suất yêu cầu cho ra các sản
phẩm chủ yếu là xăng, propylen, LPG và LCO. Để có công nghệ RFCC, người ta tiến
hành các nghiên c
ứu đổi mới công nghệ FCC ở các lĩnh vực chìa khóa sau đây:
– Tổng hợp xúc tác thế hệ mới và tăng cường sử dụng phụ gia cho xúc tác để

giảm phát thải khí độc hại và tăng hiệu suất olephin nhẹ.
– Đổi mới thiết kế của thiết bị: Các thiết bị nạp liệu, phân tách sản phẩm
cracking, thiết bị phản ứng cracking và ống nâng. Đối với thi
ết bị hoàn nguyên
xúc tác có hai xu hướng phát triển chính là lắp đặt thiết bị mới với thiết bị hoàn
nguyên mắc nối tiếp và xu hướng thứ hai là nâng cấp thiết bị FCC với thiết bị
hoàn nguyên được lắp song song [33] để đáp ứng công nghệ RFCC sử dụng
hoàn nguyên xúc tác hai giai đoạn (khác với công nghệ FCC truyền thống là
chỉ hoàn nguyên xúc tác một giai đoạn).
Các đổi mới thiết kế hướ
ng tới các mục đích công nghệ sau đây:
– Giảm thiểu tối đa sự đảo trộn xúc tác (back – mixing) trong ống nâng để hạn
chế tạo sản phẩm không mong muốn (thay đổi thiết kế ống nâng truyền thống
đối với dòng xúc tác và dòng hơi đi xuống để hạn chế back-mixing)
– Hướng tới đạt thời gian tiếp xúc siêu ngắn giữa xúc tác và hydrocacbon sao
cho đạt tối đa hiệu su
ất olephin và xăng và giảm đến tối thiểu sản phẩm đáy.
– Tránh kéo dài thời gian lưu của pha lỏng trong dòng hơi đi xuống trong ống
nâng để tránh tái cracking hơi hydrocacbon trong thiết bị phản ứng.
– Cải tiến thiết bị nạp, phun xúc tác và cải tiến sự phân bố xúc tác đã sử dụng
bằng cách cải tiến thiết kế chi tiết của thiết bị phản ứng và thiế
t bị hoàn nguyên.
– Tăng cường sử dụng các thiết bị phân tách nguyên liệu để đạt tối đa hiệu suất
olephin nhẹ và tăng cường làm mát ống nâng để tăng nhiệt độ thiết bị phản ứng
tạo điều kiện bay hơi tối đa nguyên liệu.