Con đường sử dụng than đá tập trung vào việc nâng cấp quy trình chuyển hóa methanol thành các hợp chất thơm – Phân tích các phương pháp kỹ thuật để tạo ra các hợp chất thơm (Phần 2)

Thread Content

Con đường sử dụng than để sản xuất ankin nằm ở việc nâng cấp quy trình chuyển hóa metanol thành ankin – Phân tích các phương pháp công nghệ sản xuất ankin (Phần 2). Tác giả/Nguồn: Báo Hóa chất Trung Quốc. Ngày đăng: 25/08/2016. Số lượt xem: 9. Nguồn thông tin: Việc sử dụng metanol để chuyển hóa than thành ankin được coi là giải pháp hiệu quả nhằm giảm sự phụ thuộc vào nguồn ankin nhập khẩu và làm đa dạng hóa các nguồn nguyên liệu sử dụng trong công nghiệp này. Phóng viên của tờ Báo Hóa chất Trung Quốc đã biết được từ Hội nghị phát triển chuỗi công nghiệp ankin Trung Quốc năm 2016 rằng, trong quy trình sản xuất ankin bằng than đá, khâu chuyển đổi than thành metanol đã khá hoàn thiện; do đó, trọng tâm nghiên cứu hiện tại tập trung vào khâu chuyển đổi metanol thành ankin. Nước ta là một trong những quốc gia sớm nghiên cứu việc chuyển hóa methanol thành các hợp chất thơm; công nghệ liên quan ở đây thuộc hàng tiên tiến nhất thế giới. Hiện nay, các công nghệ có bản quyền sáng chế riêng của Việt Nam bao gồm công nghệ chuyển hóa methanol thành các hợp chất thơm bằng lò khí động, công nghệ chuyển hóa methanol thành các hợp chất thơm bằng lò lắng đọng, và công nghệ methyl hóa toluene và methanol để tạo ra các hợp chất thơm. Quy trình sử dụng giá thể cố định: Mức hiệu suất năng lượng cao nhất trong nước. Quá trình chuyển hóa metanol thành các hợp chất thơm là quá trình mà trong đó metanol, dưới tác động của chất xúc tác, trải qua một loạt phản ứng để cuối cùng được chuyển hóa thành các hợp chất thơm; các sản phẩm chính là benzen, toluen và xylene. Công nghệ chuyển hóa methanol thành các hợp chất thơm trên giá đỡ cố định, do Viện Hóa học than của Viện Khoa học Trung Quốc và các đơn vị khác phát triển, thuộc nhóm công nghệ chuyển hóa methanol ở quy mô lớn. Công nghệ này sử dụng xốp phân tử MoHZSM-5 (loại có khả năng trao đổi ion) làm chất xúc tác, với methanol là nguyên liệu đầu vào; sản phẩm cuối cùng là các hợp chất thơm. Đây là lần đầu tiên trên cả nước, việc chuyển hóa methanol thành các hợp chất thơm chất lượng cao được thực hiện trong điều kiện sử dụng giá đỡ cố định. Công nghệ này đã được thử nghiệm thành công lần đầu vào tháng 2 năm 2012, tại nhà máy sản xuất các hợp chất thơm từ methanol với công suất 100.000 tấn/năm của tập đoàn Qinghua ở Nội Mông Cổ – nhà máy được thiết kế bởi công ty Saiding. Đây là nhà máy sản xuất các hợp chất thơm từ methanol theo phương pháp một bước đầu tiên tại Trung Quốc, được thiết kế bởi Saiding thông qua sự hợp tác với Viện Nghiên cứu Hóa dầu Sơn Tây. Theo Tiến sĩ Lưu Bình thuộc **Phòng thí nghiệm nghiên cứu chuyên sâu về chuyển hóa than** tại Viện Nghiên cứu Than và Hóa dầu Sơn Tây, kỹ thuật này sau đó đã được ứng dụng tại các địa điểm như Yunnan Xianfeng, Thái Nguyên, Hà Bắc, Tân Duyệt ở Tân Cương, với tổng công suất sản xuất lên tới 800.000 tấn/năm. Vào tháng 2 năm nay, dự án sản xuất các hợp chất thơm từ methanol với công suất 100.000 tấn/năm do Tập đoàn Hóa chất Bao Nit của tỉnh Thiểm Tây xây dựng đã được đưa vào hoạt động thành công. Mức sản lượng hàng ngày là 300 tấn, gần bằng công suất thiết kế. Mỗi tấn sản phẩm tiêu thụ 2,46–2,48 tấn methanol; hiệu suất sử dụng năng lượng đạt mức tốt nhất trong số các thiết bị cùng loại tại Việt Nam. Công nghệ giường lưu hóa: Sản phẩm vượt trội hơn so với phương pháp sử dụng dầu mỏ. Công nghệ sản xuất các hợp chất thơm từ metan bằng giường lưu hóa tuần hoàn (FMTA) là một công nghệ được phát triển bởi Đại học Thanh Hoa và nhận được nhiều sự chú ý. Tại Hội nghị phát triển chuỗi công nghiệp ankin của Trung Quốc năm 2016, Giáo sư Qian Weizhong thuộc Đại học Thanh Hoa đã giới thiệu về tiến trình phát triển công nghệ này cũng như những tiến bộ mới nhất. Một loạt những thách thức kỹ thuật mà họ đã giải quyết gồm có tình trạng chất xúc tác bị mất hoạt tính nhanh, vì vậy cần phải áp dụng công nghệ tái tạo chất xúc tác thông qua quá trình phản ứng liên tục trong lò lưu huỳnh ； Khi chuyển hóa methanol theo chiều một chiều, cần có một bình phản ứng riêng để thực hiện quá trình chuyển hóa tuần hoàn thành các hợp chất thơm ； Do quy trình tái tạo chất xúc tác trong điều kiện áp suất cao khá phức tạp, cuối cùng người ta đã thành công trong việc phát triển các chất xúc tác dùng để chuyển đổi metanol thành các hợp chất thơm trên phạm vi quốc tế, cùng với công nghệ phản ứng liên tục kiểu giường lưu chuyển, giúp việc sản xuất trên quy mô lớn trở nên dễ dàng hơn. Vào tháng 1 năm 2013, thiết bị thí nghiệm công nghiệp quy mô 10.000 tấn dùng công nghệ này để chuyển hóa methanol thành các hợp chất thơm đã được vận hành thành công tại cơ sở công nghiệp khai thác than và chế biến hóa chất ở Yulin, tỉnh Thiểm Tây, thuộc tập đoàn Huadian. Tỷ lệ chuyển hóa methanol của công nghệ này vượt quá 99,99%. Có thể sản xuất được 1 tấn hợp chất thơm từ 3,07 tấn methanol. Quy trình công nghệ này rất ngắn gọn, và chất lượng sản phẩm còn tốt hơn so với phương pháp sử dụng dầu mỏ. Gần đây, Tập đoàn Huadian Coal Industry đã thông báo rằng các công việc chuẩn bị cho dự án mẫu quy mô hàng triệu tấn nhằm sản xuất các hợp chất thơm từ methanol, sử dụng công nghệ này, đang diễn ra thuận lợi. Gói công nghệ cốt lõi dùng để chuyển đổi methanol thành các hợp chất thơm đã được phát triển bởi Huadian Coal Industry, Đại học Thanh Hoa và Viện Thiết kế Đông Hoa của Tập đoàn Dầu khí Trung Quốc. Báo cáo đánh giá tác động môi trường của dự án sẽ sớm được gửi lên Bộ Môi trường để xin phê duyệt; báo cáo đánh giá nguồn nước cũng đã được nộp lên để xin phê duyệt. Các nhà máy sản xuất hợp chất thơm từ methanol với công suất hàng nghìn tấn mỗi năm chỉ cần dùng chưa đến 3 tấn methanol để tạo ra 1 tấn hợp chất thơm. Đối với các nhà máy có công suất hàng triệu tấn mỗi năm, lượng methanol cần thiết để tạo ra 1 tấn hợp chất thơm có thể giảm xuống còn 2,5–2,8 tấn. Đồng thời, các nhà máy này còn có thể sản xuất ra các sản phẩm có giá trị cao như khí hóa lỏng và hydro. Trong đó, khí hydro được tạo ra như sản phẩm phụ có thể được sử dụng trở lại trong quy trình sản xuất methanol, giúp tăng sản lượng methanol lên 12%. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí tổng thể để sản xuất các hợp chất aromatique. Vào thời điểm đó, việc sản xuất các hợp chất thơm từ than sẽ có lợi thế về mặt chi phí so với phương pháp sử dụng dầu mỏ. Ngay cả khi so sánh với phương pháp DMTO, phương pháp này vẫn có ưu thế hơn, bởi giá của các hợp chất thơm thường cao hơn giá của các hợp chất olefin; đồng thời, lượng methanol cần sử dụng để sản xuất các hợp chất thơm cũng tương đương với lượng methanol cần dùng trong phương pháp DMTO. Quy trình methyl hóa: Kết hợp giữa công nghiệp than và công nghiệp dầu mỏ để tổng hợp p-xylene (PX) bằng cách methyl hóa toluene và methanol. Đây là một phương pháp mới nhằm kết hợp hai lĩnh vực công nghiệp này lại với nhau nhằm sản xuất PX. Hiện tại, giá methanol trên thị trường dưới 2000 nhân dân tệ/tấn, trong khi giá toluene khoảng 5000 nhân dân tệ/tấn. Do đó, ưu điểm lớn nhất của công nghệ này chính là việc sử dụng toluene và methanol với chi phí thấp làm nguyên liệu để sản xuất PX có nồng độ cao. Tại cuộc họp, một số đại biểu cho rằng việc ứng dụng công nghệ này không chỉ giúp giải quyết hiệu quả vấn đề dư thừa công suất sản xuất methanol trong nước, mà còn tạo ra nền tảng kỹ thuật vững chắc để tăng cường khả năng sản xuất của các nhà máy sản xuất ankin trong tương lai. Đồng thời, công nghệ này cũng góp phần điều chỉnh cơ cấu nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình sản xuất ankin, từ đó giúp đa dạng hóa nguồn nguyên liệu sử dụng. 　 Ngày 23 tháng 10 năm 2012, công nghệ chuyển đổi toluen và methanol thành PX cùng với các loại hydrocarbon có lượng khí thải thấp, do Viện Hóa học Dalian thuộc Viện Khoa học Trung Quốc phát triển, đã được kiểm chứng và công nhận. Công nghệ này sử dụng quy trình lò tuần hoàn khí hóa, để sản xuất PX cùng với các hydrocarbon có số nguyên tử carbon thấp như ethylene, propylene, v.v., một cách có tính chọn lọc cao, trong cùng một hệ phản ứng và với cùng một chất xúc tác. Công nghệ này có thể được sử dụng như một giải pháp để cải tạo các nhà máy sản xuất hydrocarbon hiện có, nhằm tăng sản lượng PX và giảm mức tiêu thụ năng lượng của các nhà máy đó ； Cũng có thể được ứng dụng trong việc xây dựng các nhà máy tổng hợp hydrocarbon mới. So với công nghệ sản xuất PX truyền thống, phương pháp này giúp giảm chi phí đầu tư và chi phí vận hành cho các quy trình như phân hóa, isomer hóa ； Nếu xây dựng riêng một nhà máy sản xuất PX từ toluen và methanol nhằm tạo ra các hydrocarbon có lượng khí thải carbon thấp, thì có thể sử dụng các thiết bị kết tinh để tách chất, thay vì những thiết bị hấp phụ đắt tiền. Điều này sẽ giúp **giảm chi phí sản xuất PX**. Theo thông tin mà các phóng viên thu thập được, Sinopec cũng là một trong những doanh nghiệp tích cực áp dụng quy trình chuyển hóa toluen thành methanol, từ đó tạo ra PX. Vào tháng 3 năm 2015, nhà máy mẫu công nghệ hóa dầu duy nhất trên thế giới với công suất 200.000 tấn/năm để chuyển đổi toluen thành xylene, sử dụng công nghệ của Sinopec, đã được đưa vào hoạt động thành công tại Yangzi Petrochemical. Nhà máy này không chỉ sản xuất ra PX ở nồng độ cao mà còn tạo ra rất ít sản phẩm phụ là benzen và C9. Trong quy trình mới này, việc sử dụng methanol giúp nâng cao tỷ lệ sử dụng toluene. Về mặt lý thuyết, để sản xuất 1 tấn PX, chỉ cần sử dụng 1 tấn toluene. Trong khi đó, với quy trình phân hóa toluene truyền thống, để sản xuất 1 tấn PX cần khoảng 2,5 tấn toluene, và lượng phen – sản phẩm phụ – cũng khá nhiều. Do đó, quy trình mới có tỷ suất thu hồi cao và chi phí thấp, đồng thời kết nối giữa ngành hóa dầu và ngành hóa chất từ than. Các công nghệ khác: Hoàn thiện các chi tiết nhằm chuẩn bị cho việc ứng dụng công nghệ này trên quy mô công nghiệp. Ngoài các công nghệ đã đề cập, Viện nghiên cứu của Tập đoàn Hà Nam Mỏ Than cũng đang hợp tác với Đại học Hóa học Bắc Kinh để phát triển công nghệ chuyển đổi metanol từ than thành các hợp chất thơm. Hiện tại, họ đã xây dựng được một bộ công nghệ khá hoàn chỉnh ； Viện Nghiên cứu Dầu khí Thượng Hải thuộc Tập đoàn Dầu khí Trung Quốc sử dụng chất xúc tác là xốp phân tử chứa chất khử oxy hóa (ZSM-5). Hiện tại, các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về chất xúc tác này đã hoàn tất; tỷ lệ chuyển hóa các hợp chất thơm trong quá trình chuyển hóa một chiều lớn hơn 50%, còn độ chọn lọc thì có thể đạt trên 80%. Hiện tại, họ đang phối hợp với các đơn vị liên quan để tiến hành các nghiên cứu ở quy mô trung bình về công nghệ chuyển hóa metanol thành các hợp chất thơm. Mặc dù công nghệ sản xuất các hợp chất thơm từ than đá liên tục có những bước tiến, nhưng việc ứng dụng công nghệ này vào thực tế hiện vẫn chưa như mong đợi. Tại cuộc họp, một số đại diện đã nói với các phóng viên rằng nguyên nhân chính nằm ở việc giá dầu hiện tại khá thấp, điều này giúp tăng tính cạnh tranh của các phương pháp sản xuất từ dầu mỏ. Trong khi đó, sự phát triển của các phương pháp sản xuất từ than lại bị hạn chế. Tuy nhiên, cũng có chuyên gia cho rằng, những lợi thế về tài nguyên của đất nước ta, cùng mức độ phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu lên tới 57% đối với sản phẩm PX, chính là yếu tố quyết định tầm quan trọng chiến lược của việc sử dụng than để sản xuất các hợp chất thơm. Đồng thời, so với phương pháp sản xuất các hợp chất thơm từ dầu mỏ, phương pháp sử dụng methanol để sản xuất các hợp chất thơm có thể giúp giảm chi phí khoảng 20%. Ngoài ra, các hợp chất thơm thu được theo phương pháp này có tỷ lệ xylene cao, không chứa các tạp chất như lưu huỳnh, nitơ, vì vậy rất thích hợp để sản xuất PX. Do đó, nhiệm vụ cấp bách của các nhà nghiên cứu là sớm hoàn thiện các chi tiết kỹ thuật liên quan, để chuẩn bị một cách toàn diện cho việc đưa sản phẩm vào ứng dụng thực tế.