Phân tích lộ trình công nghệ hydrocarbon (phần 1)

Thread Content

Phân tích các phương pháp sản xuất hydrocarbon thơm (Phần 1) Tác giả/Nguồn: Báo Hóa chất Trung Quốc Ngày đăng: 25/08/2016 Lượt xem: 16 —— Phương pháp sử dụng dầu mỏ: Công nghệ tách PX là yếu tố then chốt. Hiện nay, ở Trung Quốc, hydrocarbon thơm chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp sử dụng dầu mỏ. Các nghiên cứu liên quan đến quy trình sản xuất hydrocarbon thơm thông qua phương pháp này chủ yếu tập trung vào khâu tách para-xylene (PX), tức là yếu tố then chốt trong quy trình sản xuất. PX là sản phẩm then chốt, đóng vai trò kết nối các khâu trong chuỗi công nghiệp các hợp chất thơm. Nguyên liệu để sản xuất PX chủ yếu đến từ các phân đoạn của dầu nafta; từ dầu nafta, người ta tách ra xylene hỗn hợp, sau đó tiến hành quá trình isomer hóa xylene hỗn hợp và tinh chế nó để thu được PX. Đây là thông tin mà phóng viên của tờ Báo Hóa chất Trung Quốc nhận được từ Hội nghị Phát triển chuỗi công nghiệp ankin Trung Quốc năm 2016, vừa kết thúc vào ngày 11 tháng 8. Tách bằng phương pháp hấp phụ: Quy trình chính trong ngành dầu mỏ. Trong quá trình sản xuất PX từ naphtha, có nhiều thách thức kỹ thuật cần vượt qua, chẳng hạn như việc phát triển các loại xúc tác mới để thực hiện quá trình phân hóa và isomer hóa, cũng như việc tách và tinh chế PX một cách hiệu quả. Trong quy trình chế biến các hợp chất thơm trên tuyến công nghệ hóa dầu, việc tách PX là kỹ thuật then chốt nhất. Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là phương pháp hấp phụ để tách chúng. Do mức độ tích hợp cao của hệ thống này, việc phát triển nó khá khó khăn; vì vậy, đây cũng là kỹ thuật cuối cùng trong chuỗi công nghệ chế biến các hợp chất thơm mà Việt Nam mới có thể tự sản xuất được. 　　Đơn vị chịu trách nhiệm giải quyết các vấn đề kỹ thuật liên quan đến module này là Viện Nghiên cứu Hóa dầu Sinopec (Shi Ke Yuan). Kỹ sư cấp cao của viện, ông Vương Đức Hoa, cho biết để hoàn thành nhiệm vụ này, họ đã phát triển nhiều thế hệ chất hấp phụ khác nhau. Việc nghiên cứu và phát triển loại chất hấp phụ thế hệ đầu tiên bắt đầu vào năm 1996. Nhờ vào việc tổng hợp các chất sàng phân tử, xây dựng công thức của chất hấp phụ cùng quy trình tạo hình và xử lý sau sản xuất, vào năm 2004, loại chất hấp phụ RAX-2000A thế hệ đầu tiên đã được ứng dụng trong công nghiệp. Chất lượng sản phẩm, tỷ lệ thu hồi và khả năng sản xuất đều được cải thiện đáng kể. Sau đó, bằng cách tối ưu hóa thêm các điều kiện trong quy trình tổng hợp xốp phân tử và xử lý bằng kiềm, họ đã phát triển được loại chất hấp phụ thế hệ thứ hai là RAX-3000, và loại chất này đã được ứng dụng trong công nghiệp vào năm 2011. 　　Năm 2011, Sinopec đã sử dụng chất hấp phụ loại RAX-3000 do Trung Quốc sản xuất cùng các công nghệ tương ứng để xây dựng nhà máy mẫu có công suất 30.000 tấn/năm tại Yangzi Petrochemical. Điều này đánh dấu việc Sinopec đã vượt qua được rào cản cuối cùng trong việc phát triển công nghệ tự chủ trong việc sản xuất các hợp chất aromatique – đó chính là công nghệ tách chiết bằng phương pháp hấp phụ. Nhờ đó, Sinopec đã nắm vững toàn bộ công nghệ cần thiết để sản xuất các hợp chất aromatique. “Trước khi công nghệ tự chủ ra đời, chỉ có hai công ty ở Châu Âu và Mỹ nắm giữ toàn bộ công nghệ liên quan đến các hợp chất thơm. Rào cản kỹ thuật rất cao, vì vậy khả năng sản xuất trong nước gần như hoàn toàn phụ thuộc vào công nghệ của các công ty nước ngoài. Hiện nay, công nghệ tự động xử lý các hợp chất thơm mà chúng tôi phát triển đã được ứng dụng trong dự án luyện hóa PX với công suất 600.000 tấn/năm tại Hải Nam. Thiết bị chiết xuất bằng phương pháp hấp phụ hoạt động ổn định trong hơn 30 tháng nay; độ tinh khiết của sản phẩm có thể được duy trì ở mức 99,7% hoặc 99,8% tùy theo yêu cầu. ” Đó là lời của Phó kỹ sư trưởng Viện Khoa học Đá, ông Ngô Vĩ. 　　Theo ông Vương Đức Hoa, hiện nay, loại chất hấp phụ thế hệ mới nhất RAX-4000 do Viện Khoa học Đá phát triển đã vượt qua các cuộc đánh giá về mặt kỹ thuật. Loại chất hấp phụ này có thể giúp nâng cao khả năng xử lý của thiết bị lên hơn 20%. Nhiều nhà máy quy mô lớn sử dụng công nghệ tổng hợp hydrocarbon của Sinopec đang được thiết kế, với công suất lớn nhất có thể lên tới 1 triệu tấn/năm. Tách bằng kết tinh: Giải pháp tối ưu cho nguyên liệu có nồng độ cao. Trong các đơn vị tách PX, phương pháp hấp phụ không phải là phương pháp duy nhất được sử dụng; tách bằng kết tinh cũng là một phương pháp quan trọng. Các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước đã tiến hành nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực này, từ đó phát triển ra nhiều quy trình tách PX bằng kết tinh với những ưu điểm riêng biệt. 　　Công nghệ tách kết tinh dựa trên sự khác biệt về điểm nóng chảy của các thành phần trong nhóm hydrocarbon thơm C8, nhằm tách PX thông qua quá trình kết tinh ở trạng thái nóng chảy. Công nghệ tách kết tinh PX có những ưu điểm như không sử dụng “ba loại chất phụ gia”, không tạo ra “ba loại chất thải”, sản phẩm có độ tinh khiết cao, yêu cầu về nguyên liệu thấp, quy trình sản xuất đơn giản và dễ kiểm soát. Tuy nhiên, công nghệ này cũng có những hạn chế như tiêu hao năng lượng lớn, đòi hỏi trang thiết bị và quy trình sản xuất phải có độ ổn định cao. 　　Công nghệ tách kết tinh PX do Viện Nghiên cứu Dầu khí Hóa chất Thượng Hải phát triển có những đặc điểm rất nổi bật. Tiến sĩ Trần Lượng thuộc viện này cho biết, quy trình kết tinh PX mới mà họ phát triển đã giúp giảm số lần kết tinh cần thực hiện. Nguyên liệu dùng để kết tinh là sản phẩm phân nhánh có cấu trúc cụ thể từ toluene; chất lượng sản phẩm rất ổn định, độ tinh khiết của PX vượt quá 99,8%. Thiết bị hoạt động ổn định và đáng tin cậy, việc khởi động và ngừng hoạt động thiết bị cũng rất dễ dàng. 　　Trên cơ sở đó, Viện Nghiên cứu Dầu khí Hóa học Thượng Hải đã tiếp tục phát triển kỹ thuật kết hợp giữa quá trình phân hóa có chọn lọc và quá trình kết tinh để tách chiết. Nguyên liệu dùng để kết tinh không cần được tách riêng bằng tháp xylene; đồng thời, quy trình kết tinh cũng không cần qua bước kết tinh ở nhiệt độ thấp – một quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng. Nhờ vậy, ưu điểm của kỹ thuật này càng trở nên rõ rệt hơn. Hiện tại, nhà máy này đã hoàn thành việc phát triển gói công nghệ với công suất 100.000 tấn/năm. Đồng thời, nhà máy này còn kết hợp phương pháp hấp phụ tập trung truyền thống với phương pháp kết tinh để tạo thành một công nghệ kết hợp. Công nghệ này sử dụng quy trình xử lý đơn giản bằng tháp hấp phụ, đồng thời không cần đến điều kiện nhiệt độ thấp trong quy trình kết tinh. Ưu điểm của công nghệ này là có thể sử dụng các chất hấp phụ và chất giải phóng có giá thành thấp đối với các nhà máy mới; còn đối với các nhà máy hiện có, có thể tiếp tục sử dụng các tháp hấp phụ và chất hấp phụ hiện có. Nhờ đó, khả năng sản xuất PX có thể tăng gấp đôi. Hiện tại, công nghệ kết hợp này đã được áp dụng để phát triển quy trình sản xuất với công suất 600.000 tấn/năm. 　　Ngoài ra, viện này còn xây dựng hai phương án nghiên cứu khả thi: Phương án thứ nhất nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí đầu tư. Với công suất sản xuất PX trước khi cải tạo là 100.000 tấn/năm (sử dụng quy trình tách bằng phương pháp hấp phụ), sau khi áp dụng quy trình kết hợp giữa hấp phụ và kết tinh, công suất sản xuất vẫn giữ nguyên, nhưng mức tiêu thụ năng lượng giảm từ 440 kg dầu chuẩn/tấn PX xuống còn 166–244 kg dầu chuẩn/tấn PX ； Phương án thứ hai nhằm mục đích vừa tiết kiệm năng lượng vừa tăng công suất sản xuất. Trước khi cải tạo, công suất sản xuất PX là 100.000 tấn/năm (sử dụng công nghệ tách bằng phương pháp hấp phụ). Sau khi áp dụng công nghệ kết hợp giữa hấp phụ và kết tinh, công suất sản xuất tăng lên 240.000 tấn/năm. Đồng thời, nhờ việc sử dụng nhiệt ở nhiệt độ thấp, mức tiêu thụ năng lượng giảm từ 440 kg dầu chuẩn/tấn PX xuống còn 281 kg dầu chuẩn/tấn PX. 　　Trần Lượng cho rằng phương pháp kết tinh để tách chiết rất phù hợp để xử lý nguyên liệu PX có nồng độ cao. Các công nghệ và thiết bị kết tinh PX mới do Viện Nghiên cứu Dầu khí Thượng Hải phát triển, khi được ứng dụng trong việc mở rộng quy mô các nhà máy sản xuất PX hiện có, sẽ giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng trong quá trình sản xuất PX, từ đó mang lại hiệu quả kinh tế tốt. Các công ty nước ngoài: Nâng cấp quy trình tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí sử dụng năng lượng. Là những doanh nghiệp tiên phong trong lĩnh vực công nghệ xử lý các hợp chất thơm, các công ty sở hữu bằng sáng chế từ nước ngoài như UOP của Mỹ và Axens của Pháp luôn dẫn đầu trong lĩnh vực công nghệ hấp phụ và tách chiết. Nhờ sự cải tiến không ngừng về chất hấp phụ, quy trình sản xuất, thiết bị chuyên dụng và hệ thống điều khiển, họ đã có thể nâng độ tinh khiết của sản phẩm từ 99,2% lên 99,8%, đồng thời nâng tỷ lệ thu hồi sản phẩm sau mỗi lần xử lý từ 90% lên 98%. 　　Giám đốc cấp cao của công ty Honeywell UOP đã giới thiệu những tiến bộ mới mà họ đạt được trong lĩnh vực hấp phụ và tách các hợp chất aromatique. Dựa trên kinh nghiệm nhiều năm trong lĩnh vực sản xuất chất hấp phụ và công nghệ chế tạo, vào năm 2015, UOP đã phát triển quy trình tách chiết PX bằng chất hấp phụ LD Parex có trọng lượng nhẹ. Quy trình này được điều chỉnh nhẹ dựa trên chất hấp phụ ADS-47, nhằm giúp nó phù hợp với hệ thống sử dụng chất giải phóng có khối lượng phân tử thấp (toluen) ； Đồng thời, việc không sử dụng chất giải hấp có trọng lượng lớn giúp giảm yêu cầu về độ chính xác trong quá trình tách chiết. Việc tối ưu hóa quy trình chưng cất còn giúp giảm số lượng thiết bị và các tầng chưng cất xuống 20%. Điều này giúp giảm chi phí đầu tư vào thiết bị khoảng 15%~17%, đồng thời vẫn giữ được ưu điểm về hiệu suất năng lượng cao của nhà máy chuyên xử lý các hợp chất thơm do UOP phát triển. Hiện nay, tất cả các thành phần của LD ParexParex đều đã được chuyển sang quy mô công nghiệp một cách thành công, và hoạt động ổn định. Điều này giúp các nhà máy sản xuất hydrocarbon đạt được những bước tiến vượt bậc về mặt chi phí đầu tư và mức tiêu thụ năng lượng. 　　Công nghệ tách kết tinh PX do Liên minh công nghệ BP của Sibie phát triển cũng sở hữu những ưu điểm vượt trội về mặt tiết kiệm năng lượng. Ông Wang Jianguo, kỹ sư cấp cao của công ty CB&I Lummus, cho biết công nghệ tách kết tinh PX do công ty BP cung cấp và mà CB&I được cấp quyền sử dụng độc quyền trên toàn thế giới, hiện đã được ứng dụng tại nhà máy tổng hợp hóa chất aromatique lớn nhất thế giới thuộc công ty Reliance Industries ở Ấn Độ, cũng như tại nhà máy PX quy mô lớn nhất thế giới của công ty GS Caltex ở Hàn Quốc. Theo một nghĩa nào đó, có thể nói rằng công nghệ kết tinh BP có ưu điểm là tiêu thụ năng lượng và chi phí sản xuất thấp hơn so với công nghệ hấp phụ chọn lọc. 　　Ngoài ra, tại Hội nghị phát triển chuỗi công nghiệp ankin của Trung Quốc năm 2016, công ty AXENS cũng đã giới thiệu những tiến bộ mới nhất mà họ đạt được trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ liên quan đến các nhà máy sản xuất ankin – đó chính là công nghệ AXENS ParamaX. Quy trình này sử dụng công nghệ tái chế liên tục với điều kiện khắc nghiệt, công nghệ isomer hóa xylene, cùng công nghệ hấp phụ và tách PX bằng màng lọc phân tử. Nhờ vào những đổi mới không ngừng trong các công nghệ cốt lõi cũng như chất xúc tác và chất hấp phụ, chi phí đầu tư và vận hành các nhà máy chuyên sản xuất các hợp chất thơm có thể được giảm đáng kể. Trong những năm gần đây, do các nhà máy sản xuất olefin ở khu vực Trung Đông chuyển sang sử dụng khí ethane và propane – những loại khí có trữ lượng dồi dào và giá thành thấp tại địa phương – nên lượng naphtha có thể được xuất khẩu cũng ngày càng giảm ； Châu Phi và khu vực Mỹ Trung và Nam cũng là những khu vực xuất khẩu naphtha quan trọng trên thế giới. Các doanh nghiệp sản xuất hợp chất thơm trong nước cũng có thể xem xét việc nhập khẩu naphtha từ các khu vực này để sử dụng trong quá trình sản xuất hợp chất thơm. Ngoài ra, cũng có thể tích cực mở rộng việc sử dụng các nguyên liệu khác như dầu ngưng tụ. Tóm lại, cần mở rộng nguồn nguyên liệu để đảm bảo sản xuất các hợp chất thơm.