Thread Content
Bài viết này cuối cùng được chỉnh sửa bởi Tôi vốn là người tốt bụng vào ngày 14/8/2016 lúc 16:29. Tiến độ ứng dụng công nghệ hydrocracking dầu thô: Hiện nay, nền kinh tế của nước ta đang bước vào “tình trạng bình thường mới”, với sự chú trọng nhiều hơn vào chất lượng phát triển, bảo vệ môi trường và việc tiết kiệm tài nguyên. Thực hiện việc sản xuất năng lượng sạch và sử dụng năng lượng một cách hiệu quả là những thách thức chính mà ngành lọc dầu của nước ta phải đối mặt trong quá trình phát triển bền vững, thân thiện với môi trường. Hiện nay, giá dầu thế giới đang ở mức thấp, vì vậy việc các nhà máy lọc dầu chế biến dầu thô chất lượng kém không còn mang lại lợi ích kinh tế rõ rệt nữa. Nhưng về lâu dài, xu hướng suy giảm chất lượng của dầu thô là điều không thể tránh khỏi. Các công nghệ xử lý dầu nặng, bao gồm các kỹ thuật như làm giảm độ nhớt, quá trình cốc hóa, hydro hóa dầu thải, vẫn là những công nghệ then chốt cần được ứng dụng và phát triển liên tục trong tương lai. So với các quy trình chế biến nhiệt như giảm độ nhớt, chuyển hóa thành khí thô, công nghệ hydro hóa dầu thải có ưu điểm là khả năng ứng dụng rộng rãi với nhiều loại nguyên liệu khác nhau và tính linh hoạt cao trong quá trình xử lý. Nhờ đó, công nghệ này giúp tận dụng dầu thải một cách hiệu quả và sạch sẽ, đồng thời là giải pháp then chốt để đối phó với vấn đề dầu thô ngày càng kém chất lượng. Công nghệ hydro hóa dầu thô chủ yếu được chia thành hai loại theo mục đích sử dụng: xử lý bằng hydro hóa và phân hủy bằng hydro hóa. Công nghệ xử lý dầu thô bằng phương pháp hydro hóa chủ yếu là phương pháp hydro hóa trên giá đỡ cố định; công nghệ này đã được hoàn thiện. Nó được sử dụng để cải tạo chất lượng dầu thô, biến chúng thành nguyên liệu cho các thiết bị cracking xúc tác. Tỷ lệ chuyển hóa thông thường chỉ vào khoảng 15%–20%. Công nghệ hydrocracking dầu thô chủ yếu được chia thành hai loại: giường sôi và giường lơ lửng, được sử dụng để chuyển hóa dầu thô chất lượng kém thành nhiên liệu động cơ. Công nghệ hydrocracking trên giường sôi có thể được sử dụng để xử lý các loại dầu thô chất lượng kém, có hàm lượng carbon và kim loại cao. Công nghệ này vừa có chức năng phân hủy dầu thô, vừa có chức năng tinh chế dầu thô. Tỷ lệ chuyển đổi dầu thô thành sản phẩm mong muốn dao động từ 60% đến 80%, đồng thời mức độ tinh chế cũng rất cao ； Nhưng áp suất hydro khá cao (>15MPa), nên cũng đặt ra những yêu cầu đặc biệt đối với chất xúc tác. Đặc điểm nổi bật nhất của công nghệ hydrocracking trên giường lơ lửng dầu thô chính là tỷ lệ chuyển hóa cao và lượng dầu thải ra ít. So với quy trình hydrocracking trên giá đựng sôi, quy trình hydrocracking trên giá đựng lơ lửng thường có tỷ lệ chuyển hóa trên 90%, thể hiện ưu điểm rõ rệt. Tuy nhiên, về mặt ứng dụng trong công nghiệp, quy trình này vẫn chưa phát triển và được sử dụng rộng rãi bằng quy trình hydrocracking trên giá đựng sôi. Tình hình ứng dụng công nghệ và phân tích so sánh 1. Công nghệ hydrocracking trên giường sôi dầu thô >>>> Tình hình ứng dụng Trên thế giới, các công nghệ hydrocracking trên giường sôi dầu thô chủ yếu bao gồm công nghệ H-Oil của công ty Axens, công nghệ LC-Fining của công ty CLG (ChevronLummusGlobal), cùng công nghệ STRONG của Tập đoàn Dầu khí Trung Quốc. Hiện nay, các thiết bị hydrocracking sử dụng giường sôi để xử lý dầu thô trong hoạt động kinh doanh đều áp dụng công nghệ H-Oil và LC-Fining. Công nghệ STRONG của Sinopec đã được xây dựng thành các thiết bị mẫu công nghiệp và đã tiến hành các thí nghiệm sơ bộ. Các thiết bị ứng dụng công nghệ H-Oil của công ty Axens được sử dụng trong sản xuất tại khoảng 13 doanh nghiệp, như được trình bày trong Bảng 1. Tổng công suất sản xuất của chúng vào khoảng 24 triệu tấn/năm. Các thiết bị sử dụng công nghệ LC-Fining của công ty CLG đã được xây dựng hoặc đang trong quá trình xây dựng, như được trình bày trong Bảng 2. Công nghệ này đã được ứng dụng trong khoảng 13 doanh nghiệp, với tổng công suất sản xuất lên tới gần 32 triệu tấn/năm. Trong số đó, công nghệ xử lý dầu thô LC-MAX (kỹ thuật kết hợp giữa LC-Fining và quá trình tách nhựa bằng dung môi) đã được cấp phép sử dụng lần đầu tiên cho công ty Shandong Shenchi Chemical ở Trung Quốc vào năm 2013. Nhà máy có công suất 2,76 triệu tấn/năm mà công ty này đang xây dựng dự kiến sẽ đi vào hoạt động vào năm 2016. Viện Nghiên cứu Dầu khí Fushun thuộc Tập đoàn Dầu khí Trung Quốc đã hoàn thành nhiều công việc nghiên cứu phát triển về công nghệ hydrocracking trên bể sôi, về chất xúc tác, các thiết bị có bằng sáng chế cùng các bộ phận cấu thành của chúng, hệ thống kiểm soát việc thêm và loại bỏ chất xúc tác, cũng như phương pháp xử lý chất xúc tác thải. Nhờ đó, họ đã tạo ra bộ công nghệ STRONG với quyền sở hữu trí tuệ độc lập. Vào tháng 9 năm 2015, công ty Jinling Petrochemical đã xây dựng một thiết bị mẫu sử dụng công nghệ STRONG với công suất 50.000 tấn/năm. Các thí nghiệm ban đầu cho kết quả khả quan. Khi công nghệ này trở nên hoàn thiện hơn, họ dự định sẽ xây dựng các nhà máy sản xuất thực tế. >>>> Phân tích so sánh công nghệ: Công nghệ H-Oil thường sử dụng hai lò phản ứng được nối tiếp với nhau, trong khi công nghệ LC-Fining thì dùng ba lò phản ứng nối tiếp với nhau; do đó, tỷ lệ loại bỏ tạp chất của công nghệ LC-Fining cao hơn. Như được minh họa trong Hình 1, hai quy trình này không có sự khác biệt về bản chất; cấu trúc của các lò phản ứng cũng tương tự nhau. Cả hai đều bao gồm hệ thống phân phối chất lỏng, hệ thống tuần hoàn chất lỏng, và hệ thống bổ sung/dỡ bỏ chất xúc tác một cách trực tiếp. Ngoài ra, các chất xúc tác còn có thể được sử dụng chung cho cả hai quy trình này. Sự khác biệt nằm ở chỗ, công nghệ H-Oil sử dụng chế độ tuần hoàn bên ngoài với bơm tuần hoàn được lắp đặt bên ngoài, trong khi công nghệ LC-Fining lại sử dụng chế độ tuần hoàn bên trong với bơm tuần hoàn được tích hợp bên trong. 2. Công nghệ hydrocracking trên giá thể lơ lửng dành cho dầu thô cặn >>>> Tình hình ứng dụng Hiện nay, trên toàn thế giới có hai nhà máy sử dụng công nghệ này; tổng công suất sản xuất của chúng là 1,8 triệu tấn/năm. Công nghệ EST của công ty ENI đã được ứng dụng vào tháng 10 năm 2013 tại nhà máy lọc dầu Sannazzaro ở Ý, để xây dựng một nhà máy chuyên xử lý dầu thô bằng phương pháp hydrocracking trên nền giường lơ lửng, với công suất 1,35 triệu tấn/năm. Công nghệ VCC của công ty BP đã được ứng dụng vào tháng 1 năm 2015 tại Tập đoàn Dầu khí Yanchang, giúp xây dựng thành công nhà máy chế biến dầu hỏa với công suất 450.000 tấn/năm – đây là nhà máy đầu tiên trên thế giới sử dụng công nghệ này. Tỷ lệ giữa lượng than và dầu đầu vào là 1∶1. Ngoài ra, còn có nhiều thiết bị khác đang được xây dựng hoặc dự kiến sẽ được xây dựng. Ví dụ, công ty Pakistan **Refining Limited** đã chọn công nghệ Uniflex SHC. Dự kiến, nhà máy này sẽ bắt đầu hoạt động vào năm 2016. Khi đó, nhà máy sẽ sản xuất được 2 triệu tấn dầu diesel mỗi năm, cùng với 225 nghìn tấn dầu bôi trơn mỗi năm ； Tập đoàn Mendeleev của Nga sử dụng công nghệ VCC để xây dựng nhà máy có công suất 3,5 triệu tấn/năm; dự kiến nhà máy này sẽ đi vào hoạt động vào năm 2018 ； Nhà máy lọc dầu Puerto La Cruz ở Venezuela sử dụng công nghệ HDHPlus/SHP để xây dựng nhà máy có công suất 2,75 triệu tấn/năm; dự kiến nhà máy sẽ đi vào hoạt động vào năm 2016. >>>> Phân tích so sánh các công nghệ: Để nâng cao tỷ lệ chuyển hóa dầu thô và tỷ lệ thu hồi sản phẩm, ngoài công nghệ VCC ra, các công nghệ khác đều sử dụng dầu ở phần đáy chu trình hoặc dầu khí được giảm áp để đưa chúng trở lại lò phản ứng nhằm tiếp tục quá trình chuyển hóa. Các chất xúc tác được sử dụng cũng khác nhau; phân tích so sánh chi tiết có thể xem trong Bảng 4. Các công nghệ EST, HDHPlus/SHP và VRSH sử dụng phương án vận hành tuần hoàn dầu từ đáy tháp chưa được chuyển hóa, giúp đạt được tỷ lệ chuyển hóa khá cao. Công nghệ EST sử dụng dầu ở đáy chu trình để thực hiện quá trình tách nhựa bằng dung môi; sau đó nhựa và chất xúc tác được đưa trở lại bình phản ứng. Lượng dầu thải ra rất ít, tỷ lệ chuyển hóa đạt trên 97% ； Công nghệ HDHPlus/SHP lấy dầu ở đáy tháp chưa được chuyển hóa, sau khi thu hồi kim loại thông qua bộ phận thu hồi kim loại thì dầu này sẽ được trộn với dầu nguyên liệu để tiếp tục quá trình hydro hóa. Tỷ lệ chuyển hóa gần như đạt 100% ； Công nghệ VRSH giúp phần dầu ở đáy chu trình chuyển hóa được đưa trở lại réactor thứ nhất để tiếp tục quá trình phản ứng. Phần dầu có khối lượng phân tử lớn hơn sẽ được xử lý bằng phương pháp tách nhựa, sau đó chất xúc tác còn sót lại trong phần chất thải này sẽ được khôi phục lại và sử dụng tiếp. Tỷ lệ chuyển hóa gần như đạt 100%. Ngoài việc sử dụng dầu từ đáy chu trình phản ứng chưa được chuyển hóa, công nghệ HDHPlus/SHP và VRSH còn sử dụng dầu khí được tách ra từ quá trình chưng cất trực tiếp để tham gia vào các phản ứng. Công nghệ HDHPlus/SHP sử dụng dầu khí này để tiến hành phản ứng hydro hóa trong bộ phận SHP, trong khi công nghệ VRSH thì sử dụng dầu khí này trong bộ phản ứng lò sôi thứ hai. Công nghệ UniflexSHC sử dụng phương án xử lý dầu thô chỉ một lần; dầu hơi nặng sau khi được giảm áp sẽ được đưa trở lại lò phản ứng để tiếp tục phản ứng. Một phần dầu chưa được chuyển hóa sẽ được loại bỏ ra ngoài; tỷ lệ chuyển hóa lên đến hơn 90%. Công nghệ VCC sử dụng phương án xử lý dầu thô chỉ một lần, đưa dầu hơi được tách khí bằng phương pháp chưng cất trực tiếp vào bộ phận xử lý bằng phản ứng hydro hóa; tỷ lệ chuyển hóa đạt từ 85% đến 95%. Các kỹ thuật nêu trên chưa được áp dụng để xử lý dầu ở đáy tháp, như được trình bày trong Bảng 5. Các phương pháp chủ yếu được sử dụng để xử lý dầu này bao gồm quá trình cốc hóa, sản xuất xi măng, pha chế nhựa đường, và việc chiết xuất hoặc tái chế kim loại từ dầu chưa được chuyển hóa. Những tiến bộ mới trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển: Công nghệ hydro hóa cracking trên giường sôi dành cho dầu thô. Ngoài việc được sử dụng để hydro hóa cracking dầu thô thông thường, công nghệ này còn được áp dụng để chuyển đổi tính chất của các loại dầu thô không thông thường như nhựa đường từ dầu mỏ ở Canada. Thông thường, công nghệ này được kết hợp với các quy trình như luyện than, tách nhựa đường bằng dung môi để tạo ra dầu thô tổng hợp. Trong những năm gần đây, nghiên cứu về công nghệ hydrocracking trên giường sôi cũng chủ yếu tập trung vào việc phát triển tích hợp với các công nghệ như luyện than cốc, tách nhựa bằng dung môi, v.v. >>>> Quy trình tích hợp nhiều công nghệ: Vào năm 2012, tại hội nghị thường niên của Hiệp hội các nhà sản xuất nhiên liệu và hóa chất Hoa Kỳ (AFPM), công ty Axens và CLG lần lượt giới thiệu quy trình tích hợp H-Oil – công nghệ cok hóa trì hoãn – với LC-Fining – công nghệ tách nhựa bằng dung môi (LC-Max). Đặc điểm nổi bật nhất của công nghệ LC-MAX chính là cách bố trí thiết bị tách nhựa bằng dung môi (SDA). Trước đây, nhiều quy trình sử dụng kết hợp giữa SDA với công nghệ hydrocracking trên bể sôi và bể cố định; trong đó, thiết bị SDA thường được đặt ở phía thượng nguồn của thiết bị hydrocracking dầu thô. Điều này giúp việc hydrocracking dầu thô diễn ra dễ dàng hơn, nhưng tỷ lệ chuyển hóa tổng thể lại bị ảnh hưởng, do sau quá trình tách nhựa từ dầu thô dưới áp suất thấp sẽ tạo ra một lượng lớn nhựa. Do đó, cần bố trí thiết bị SDA ở những vị trí mà việc giảm thiểu lượng nhựa đường được tạo ra và nâng cao tỷ lệ chuyển hóa tổng thể có thể đạt mức tối đa. Công ty CLG sử dụng dầu thô xuất khẩu từ Nga – loại dầu khó chế biến – làm nguyên liệu. Công ty đã tiến hành các thí nghiệm hydrocracking bằng công nghệ LC-Fining và LC-MAX; các dữ liệu thu được từ các thí nghiệm được trình bày trong Bảng 6. Quy trình LC-Max đang được áp dụng để xây dựng nhà máy công nghiệp đầu tiên trên thế giới tại thành phố Dongying, tỉnh Shandong, Trung Quốc. Công suất của nhà máy này là 2,76 triệu tấn/năm. Dự kiến nhà máy sẽ hoàn thành và đi vào hoạt động vào năm 2016. Nhà máy chủ yếu xử lý hỗn hợp dầu gồm Merey-18 và dầu thô Ả Rập với tỷ lệ 50:50; tỷ lệ chuyển hóa đạt 90%. Sản phẩm thu được là dầu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp, đáp ứng các tiêu chuẩn của châu Âu, cùng với naphtha – nguyên liệu dùng cho quá trình tái chế xúc tác. Asphalt đã được tách dầu bằng thiết bị LC-MAX được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất hydro trong các thiết bị khí hóa (công nghệ E-Gas do công ty CB&I chuyển giao). Viện Nghiên cứu Dầu khí Fushun thuộc Tập đoàn Dầu khí Trung Quốc, dựa trên nền tảng công nghệ STRONG, đã tiếp tục phát triển các quy trình tích hợp như lọc dầu bằng giường sôi kết hợp với quá trình cracking xúc tác, lọc dầu bằng giường sôi kết hợp với quá trình coking, và xử lý dầu thải bằng giường sôi kết hợp với giường cố định. Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi sử dụng chất thải từ quá trình hydro hóa trong lò sôi để làm nguyên liệu cho quá trình phân hủy xúc tác, tỷ lệ thu được dầu nhẹ lên đến trên 63%. Tỷ lệ thu được xăng + dầu diesel + khí hóa lỏng là 78,27%. Điều này cho thấy rằng chất thải dầu kém chất lượng sau khi được xử lý bằng phương pháp hydro hóa trong lò sôi vẫn có thể được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình phân hủy xúc tác. Tỷ lệ thu được dầu nhẹ cao, và khi pha trộn với dầu từ quá trình phân hủy xúc tác với các tỷ lệ khác nhau, tỷ lệ thu được xăng + dầu diesel + khí hóa lỏng sẽ tăng thêm ít nhất 1,04% ； So với quy trình cốc hóa thông thường, việc sử dụng quy trình tích hợp giữa lò sôi và quy trình cốc hóa để xử lý dầu thô chất lượng kém giúp tăng tỷ lệ sản xuất chất lỏng lên 13,57%. Điều này mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt. Ngoài ra, quy trình tích hợp này còn có những ưu điểm như khả năng thích ứng tốt với các loại nguyên liệu khác nhau, tính linh hoạt cao trong quy trình xử lý, và độ ổn định của sản phẩm dầu cao. Do đó, đây là giải pháp tốt để tận dụng hiệu quả nguồn dầu thô ； Quy trình xử lý hydro hóa dầu thô bằng giường sôi kết hợp với giường cố định có thể hoạt động ổn định khi xử lý các loại dầu thô chất lượng kém, với hàm lượng kim loại lần lượt là 118g/g và 233g/g; hàm lượng than cốc lần lượt là 15,7% và 21,1%. Kết quả xử lý cho thấy hàm lượng kim loại trong dầu thô sau khi xử lý lần lượt là 10,6g/g và 7,8g/g; hàm lượng than cốc lần lượt là 5,6% và 5,2%. Dầu thô này có thể được sử dụng trực tiếp làm nguyên liệu cho các thiết bị cracking xúc tác, mang lại hiệu quả kinh tế tốt hơn. Quy trình này cũng có thể hoạt động ổn định trong 3 năm, từ đó có thể phối hợp với các thiết bị khác để hoạt động đồng bộ. Công ty Fluor của Mỹ sử dụng công nghệ cok hóa trì hoãn và công nghệ hydrocracking trên giường sôi – những công nghệ được ứng dụng phổ biến nhất trong quá trình xử lý dầu thô có áp suất thấp. Công ty này đã sử dụng mô hình lập kế hoạch tuyến tính của phần mềm Aspen để so sánh tính kinh tế của ba phương án: phương án cok hóa thông thường, phương án hydrocracking trên giường sôi, và phương án kết hợp giữa hydrocracking trên giường sôi với phương pháp cok hóa hiện có. Kết quả được trình bày trong Bảng 7. So với phương án cốc hóa – nơi mà chi phí đầu tư chỉ tăng thêm 23% – thì phương án hydrocracking trên giường sôi mang lại tỷ suất lợi nhuận cao hơn 3,9% ； Giải pháp kết hợp giữa quy trình hydrocracking trên giường sôi và các thiết bị cốt hóa hiện có thậm chí còn có thể mang lại lợi nhuận tốt hơn. Công ty Fulu cho rằng, việc đánh giá tính khả thi trong việc cải tạo và nâng cấp dầu thô có áp suất thấp cần được xác định dựa trên các yếu tố như chi phí đầu tư, thị trường nguyên liệu và sản phẩm, vị trí dự án cùng với khâu vận chuyển, cũng như tỷ suất lợi nhuận từ khoản đầu tư. Không có một giải pháp nào có thể áp dụng được cho tất cả các trường hợp. Giải pháp hydrocracking sử dụng giường sôi có tiềm năng hấp dẫn đối với các nhà máy lọc dầu quy mô lớn, với công suất trên 15 triệu tấn/năm. Tuy nhiên, đối với các nhà máy lọc dầu hiện có hoặc mới được xây dựng với công suất từ 10 triệu đến 12,5 triệu tấn/năm, chi phí đầu tư cần thiết cho giải pháp này sẽ vượt quá khả năng chi trả của các nhà máy này. Phương án kết hợp giữa quy trình hydrocracking trên bể sôi và quy trình cốc hóa hiện có có thể nâng cao tỷ lệ thu hồi dầu fraccionated, vượt trội hơn so với việc chỉ sử dụng một quy trình duy nhất. Tuy nhiên, khả năng xử lý của quy trình cốc hóa trong phương án này lại bị hạn chế bởi lượng than sinh ra. Vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách cân bằng tỷ lệ chuyển hóa dầu thô thành sản phẩm thông qua quy trình cốc hóa và quy trình hydrocracking trên bể sôi. Để có thể xử lý và sử dụng hiệu quả dầu mỏ nặng sau quá trình giảm áp, Viện Nghiên cứu Hóa học Dầu khí Topochev của Nga đã hợp tác với công ty CLG của Mỹ để phát triển một quy trình hydrocracking sử dụng chất xúc tác nano siêu mịn được tổng hợp đặc biệt. Lượng chất xúc tác cần thiết rất ít, không quá 0,01%. Quy trình này không tạo ra chất thải, không nhạy cảm với các tạp chất, và gần như có thể chuyển hoàn toàn các thành phần dầu mỏ có hàm lượng chất keo, asphalten, kim loại, lưu huỳnh và nitơ cao thành các sản phẩm dầu nhẹ và trung bình. Nhờ đó, việc sản xuất nhiên liệu, sản phẩm hóa dầu và dầu gốc được tối ưu hóa. Trong điều kiện áp suất hydro trong lò phản ứng từ 6,0 đến 8,0 MPa và tỷ lệ thời gian/phản ứng từ 0,5 đến 2,0 h–1, có thể chuyển đổi 92%–95% lượng nguyên liệu đầu vào thành các thành phần nhẹ như xăng và dầu diesel. Nhờ đó, lượng dầu nhiên liệu được tạo ra giảm đáng kể, thậm chí có thể không còn dầu nhiên liệu nào được sản xuất ra nữa. Điều này mang lại hiệu quả kinh tế rất cao. Bảng 8 liệt kê sự thay đổi về tỷ lệ thu hồi sản phẩm trước và sau khi nhà máy lọc dầu áp dụng quy trình này. Có thể thấy rằng, trong trường hợp không sản xuất nhiên liệu, lượng khí hóa lỏng, naphtha và dầu diesel đều tăng mạnh; trong khi lượng xăng lại giảm nhẹ. Tổng sản lượng tăng lên 37%. >>>> Chất xúc tác: Hiện nay, trên thị trường quốc tế, các chất xúc tác dùng cho quá trình hydrocracking kiểu giường sôi chủ yếu bao gồm dòng KF của công ty Albemarle (KF1300, KF1315, KF1312, KF1316, KF1317, v.v.), dòng RN của công ty Criterion (RN-680, RN-681), dòng TEX (TEX2910, TEX2720, TEX2731, TEX2740) cùng với HDS-1495. Ngoài ra còn có các dòng GR, LS, ULS của công ty ART, cùng với HSLS, HCRC và các loại chất xúc tác khác. TEX2910 là loại chất xúc tác cho lò phản ứng kiểu giường sôi thế hệ mới nhất, được phát triển bởi công ty Criterion. Loại chất xúc tác này có khả năng kiểm soát lượng chất lắng đọng và chuyển hóa dầu thô rất tốt; xem Hình 3. Nó phù hợp để sử dụng trong các lò phản ứng hai giai đoạn. Chất xúc tác HCRC mà công ty ART vừa phát triển có khả năng giảm mức độ khắc nghiệt của phản ứng, hạn chế sự xảy ra các phản ứng nhiệt. Nhờ đó, lượng chất thải và than cốc được tạo ra giảm đáng kể, đồng thời tỷ lệ chuyển hóa dầu thô cũng được nâng cao. Trong các điều kiện phản ứng thông thường, khi sử dụng chất xúc tác HCRC, tỷ lệ chuyển hóa dầu thô tăng lên 4%; tỷ lệ loại bỏ lưu huỳnh và nitơ lần lượt tăng 4% và 3%. Tỷ lệ loại bỏ chất carbon còn sót lại cũng tăng 6%. Ngoài ra, hàm lượng nitơ trong dầu hỏa và dầu sáp cũng giảm xuống. Đồng thời, công ty ART đã nghiên cứu hiệu quả của việc sử dụng hệ thống xúc tác kép HCRC/HSLS trong các thiết bị lò sôi. Cụ thể, xúc tác HSLS được sử dụng trong rétor 1, còn xúc tác HCRC thì được sử dụng trong rétor 2 và 3. Kết quả thử nghiệm ở quy mô trung bình cho thấy rằng, so với việc sử dụng chất xúc tác HCRC một mình, việc sử dụng hệ thống chất xúc tác HCRC/HSLS giúp nâng cao tính linh hoạt trong vận hành thiết bị. Như được minh họa trong Hình 4, việc tối ưu hóa hiệu suất của chất xúc tác, điều chỉnh tỷ lệ pha trộn các chất xúc tác và thay đổi điều kiện phản ứng giúp kiểm soát tỷ lệ thu hồi sản phẩm và độ chọn lọc của nó, đồng thời kiểm soát tỷ lệ loại bỏ các tạp chất như lưu huỳnh, nitơ, kim loại. 2. Công nghệ hydrocracking trên giường lơ lửng dùng dầu thô cặn: Mặc dù đã có 2 nhà máy sử dụng công nghệ hydrocracking trên giường lơ lửng này, nhưng công nghệ vẫn chưa hoàn thiện; vì vậy còn cần thời gian nữa mới có thể được ứng dụng trên quy mô lớn. Hiện nay, trọng tâm nghiên cứu của các tổ chức nghiên cứu vẫn là việc đảm bảo hoạt động ổn định trong thời gian dài của thiết bị (cần giải quyết triệt để vấn đề kết tắc), cũng như phát triển các chất xúc tác có tính hoạt động cao và khả năng phân tán tốt. >>>>Quy trình sản xuất: Việc vận hành thương mại bộ thiết bị hydrocracking loại giường lơ lửng dành cho dầu thô với công suất 1,35 triệu tấn/năm đầu tiên trên thế giới cho thấy rằng nhiệt độ trong buồng phản ứng loại giường lơ lửng duy trì ở mức ổn định; chênh lệch nhiệt độ theo chiều trục nhỏ hơn 2℃, còn chênh lệch nhiệt độ theo chiều ngang thì nhỏ hơn 0,1℃. Thiết bị này có khả năng tách khí và chất lỏng một cách hiệu quả, không tạo ra bong bóng khí nào. Tỷ lệ chuyển hóa nguyên liệu đạt 95%–96%, không có than cốc được tạo ra. Chất lượng sản phẩm đáp ứng các yêu cầu thiết kế, trong đó tỷ lệ thu hồi nhiên liệu diesel loại Euro V vượt quá 40%. Sau 3 tháng hoạt động lần đầu, do các sự cố về điện năng khiến thiết bị chuyển hóa hơi nước hoạt động bị rối loạn cùng những tác động từ yếu tố bên ngoài khác, đồng thời xét đến việc cần cải thiện độ tin cậy, hiệu suất và quy trình vận hành của thiết bị, người ta quyết định tạm ngừng hoạt động thiết bị để sửa chữa. Tháng 6 năm 2014, sau khi được điều chỉnh, thiết bị này hoạt động trở lại lần thứ hai. Người ta cho biết rằng thiết bị vẫn hoạt động tốt, và công việc cải tiến kỹ thuật vẫn đang được tiếp tục. ENI đã cấp phép công nghệ này cho bên thứ ba; vào tháng 7 năm 2015, công ty này đã ký thỏa thuận chuyển giao công nghệ đầu tiên với công ty Total. Ngoài các quy trình đã được biết đến rộng rãi như EST, HDHPlus/SHP, UniflexSHC, VCC, Viện Nghiên cứu Dầu mỏ Iran (RIPI) còn phát triển một quy trình hydrocracking dầu thô nặng (HRH). Quy trình này đã được bảo hộ bằng sáng chế tại Mỹ, Canada, Hàn Quốc và Nhật Bản; hiện đang có kế hoạch xây dựng các nhà máy với công suất 180.000 thùng mỗi ngày. Đặc điểm của công nghệ HRH như sau: Sử dụng chất xúc tác nano để sản xuất các sản phẩm có giá trị cao, không cần quá trình loại bỏ carbon ； Tỷ lệ loại bỏ lưu huỳnh đạt 60%～80% ； Loại bỏ các tạp chất kim loại trong nguyên liệu đầu vào, và thu hồi chúng dưới dạng oxit kim loại thông qua quy trình tách riêng biệt ； Tỷ lệ thu hồi thể tích đạt 110%. So với các chất xúc tác nano kích thước lớn, các chất xúc tác nano kích thước nhỏ có tính lưu động tốt hơn và độ hoạt động cũng cao hơn. >>>> Chất xúc tác: Hiện tại, công ty ENI đang nghiên cứu phát triển thế hệ chất xúc tác nano thứ hai. Mục tiêu chính là nâng cao khả năng phân hủy của chất xúc tác, đồng thời tìm ra phương pháp để thu hồi chất xúc tác từ dầu thô ở cuối quá trình chuyển hóa. Tập đoàn Dầu khí Trung Quốc đang tiến hành các nghiên cứu liên quan đến chất xúc tác hòa tan trong dầu. Họ đã thành công trong việc phát triển các loại chất xúc tác hòa tan trong dầu thuộc nhóm Co, Mo, Ni; hiệu quả hydro hóa của chúng vượt trội so với các chất xúc tác hòa tan trong nước trước đây. Ngoài ra, họ còn tìm ra các chất phụ gia giúp ngăn chặn sự tạo khói trong quá trình sản xuất, cùng với nồng độ phù hợp để sử dụng chúng. Họ cũng đã nghiên cứu các điều kiện cần thiết cho quy trình lưu huỳnh hóa, và đã xác định được các chất xúc tác hòa tan trong dầu cùng các chất phụ gia phù hợp. Viện Nghiên cứu Công nghiệp Dầu mỏ Iran (RIPI) đã phát triển một phương pháp để tạo ra chất xúc tác nano dùng trong quy trình hydrocracking trên giường lơ lửng. Bằng cách chọn các chất hoạt động bề mặt phù hợp và sử dụng các công thức khác nhau, người ta có thể đạt được sự cân bằng tối ưu giữa tính ưa nước và tính ưa dầu, từ đó giúp giảm kích thước của các giọt chất lỏng xuống mức tối thiểu. Các nghiên cứu cho thấy việc sử dụng chất hoạt động bề mặt phi ion có thể giúp giảm kích thước của các chất xúc tác nano xuống còn 1/10, tức là khoảng 1–2 nm. Như vậy, đường kính của kim loại hoạt tính chỉ bằng 1/100 kích thước của các phân tử nhựa đường mà thôi. Xem Hình 5 để biết thêm chi tiết. Do đó, chất xúc tác này có tính xúc tác tốt hơn, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của thiết bị hydrocracking kiểu giường lơ lửng. Điều này mở ra khả năng phát triển các quy trình hydrocracking kiểu giường lơ lửng thế hệ mới. Học viện Dầu mỏ Mexico đã chế tạo ra một loại chất xúc tác dạng lỏng (chất xúc tác đồng pha, được tạo thành từ axit sunfuric, amoni sunfat heptamolybdat và axit sunfuric niken) trong phòng thí nghiệm. Loại chất xúc tác này được sử dụng trong quá trình hydrocracking dầu thô. Nó cũng được so sánh với phương pháp hydrocracking bằng nhiệt và chất xúc tác dạng bất đồng pha thương mại (NiMo/Al2O3). Thí nghiệm được thực hiện trong lò phản ứng áp suất cao, kết quả thí nghiệm được trình bày trong Bảng 9. Trong cùng các điều kiện thí nghiệm (áp suất 100kg/cm2, nhiệt độ 420℃, thời gian phản ứng 1 giờ, tỷ lệ chất xúc tác so với dầu là 1∶250), tỷ lệ chuyển hóa trong quá trình phân hủy nhiệt là thấp nhất, chỉ đạt 46,7%. Tiếp theo là phương pháp phân hủy bằng xúc tác phi pha, với tỷ lệ chuyển hóa 53,8%. Phương pháp phân hủy bằng xúc tác pha lỏng cho tỷ lệ chuyển hóa cao nhất, đạt 65,3%. Lý do là vì xúc tác pha lỏng có khả năng phân tán và di chuyển tốt nhất ； Tuy nhiên, chất xúc tác phi pha hiệu quả hơn trong việc khử lưu huỳnh và nitơ; lý do có thể là do nồng độ Ni và Mo trên chất xúc tác phi pha cao hơn. Ngoài ra, chất xúc tác ở trạng thái lỏng này có thể được thu hồi và khôi phục lại để sử dụng lặp đi lặp lại; do đó, nó có ưu thế về mặt chi phí so với các chất xúc tác phi pha. Do diện tích bề mặt riêng của các hạt nano kim loại lớn, chúng có khả năng tăng cường hoạt tính xúc tác, vì vậy chúng được ứng dụng rộng rãi trong các quá trình xúc tác trong những năm gần đây. Đại học Goryeo của Hàn Quốc lần đầu tiên thử nghiệm việc sử dụng cấu trúc nano WS2 làm chất xúc tác dạng phân tán trong phản ứng hydro hóa cracking dầu thô. Các thí nghiệm được tiến hành trong lò phản ứng áp suất cao, với nhiệt độ phản ứng ở mức 400°C và áp suất khí hydro là 70 bar. Kết quả các thí nghiệm được trình bày trong Bảng 10. Dựa trên kết quả thí nghiệm, tính hoạt động xúc tác của các chất xúc tác WS2 một lớp và nhiều lớp đã được đánh giá, và chúng được so sánh với các chất xúc tác dạng rắn WS2 và MoS2 truyền thống. Chất xúc tác WS2 một lớp có diện tích bề mặt riêng cao nhất (97,6 m2/g), nhờ kích thước hạt nhỏ nhất. Do đó, chất xúc tác này cho hiệu suất phản ứng tốt nhất; tỷ lệ chuyển hóa chất C5 thành các sản phẩm khác đạt 75,3%, còn giá trị API của các sản phẩm lỏng thì đạt 13,8. API là chỉ số do Hiệp hội Dầu mỏ Hoa Kỳ đưa ra để đo mật độ của các sản phẩm dầu mỏ. Kết luận: Là công nghệ hiện đại và hiệu quả nhất để xử lý dầu thô hiện nay, quá trình hydrocracking trên giường sôi vẫn sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc tận dụng dầu thô trên toàn thế giới. Mặc dù công nghệ hydrocracking trên giường sôi đã được ứng dụng rộng rãi, nhưng công nghệ này vẫn còn nhiều điểm cần được cải tiến. Trong tương lai, trọng tâm nghiên cứu và phát triển sẽ tập trung vào việc nâng cao khả năng thích ứng của nguyên liệu, mức độ chuyển hóa, tuổi thọ của chất xúc tác, đồng thời giảm lượng chất xúc tác cần sử dụng. Ngoài ra, cần tiếp tục phát triển và ứng dụng các công nghệ tích hợp như lò sôi, cũng như các phương pháp xử lý dầu thô chưa được chuyển hóa hoàn toàn. Công nghệ hydrocracking trên giường lơ lửng là một thách thức cấp độ thế giới và cũng là công nghệ tiên tiến trong ngành lọc dầu hiện nay. Công nghệ này có triển vọng ứng dụng rộng rãi, tuy nhiên cần phải phát triển các chất xúc tác có tính hoạt động cao và khả năng phân tán tốt, đồng thời cần giải quyết vấn đề kết tắc trong thiết bị. Ngoài ra, do nguyên liệu được sử dụng trong quy trình xử lý bằng giường lơ lửng có chất lượng kém hơn, phần lớn các kim loại có trong nguyên liệu, các sản phẩm thu được từ quá trình phản ứng, cùng gần như toàn bộ chất xúc tác đều tích tụ trong dầu ở đáy tháp chưa được chuyển hóa. Điều này khiến cho dầu ở đáy tháp khó có thể được xử lý và sử dụng lại. Do đó, làm thế nào để xử lý và tận dụng hiệu quả dầu ở phần đáy chu trình chuyển hóa chưa được chuyển đổi, là một thách thức kỹ thuật khác cũng như hướng nghiên cứu quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ hydrocracking trên giường lơ lửng vào sản xuất công nghiệp và tránh ô nhiễm môi trường. Nguồn: Tác giả: Viện Nghiên cứu Dầu khí và Hóa chất Trung Quốc (Ren Wenpo, Li Zhenyu, Li Xuejing, Jin Yuhao); biên tập và sắp xếp bởi Sihua Yuan, Chemical Engineering 707