--Phân tích lộ trình công nghệ hydrocarbon (phần 2)

Thread Content

--Phân tích các phương thức sản xuất hydrocarbon thơm (phần 2) Tác giả/Nguồn: Ngày đăng: 26/08/2016 Tỷ lệ nhấp: 8 Để bù đắp cho sự thiếu hụt trên thị trường hydrocarbon thơm, giới kinh doanh không chỉ chuyển sự chú ý từ con đường sản xuất từ dầu mỏ sang con đường sản xuất từ than đá, mà còn xem xét cả con đường sản xuất từ sinh khối nữa. Trong bản kế hoạch phát triển công nghệ cho các lĩnh vực trọng yếu được nêu trong “Sản xuất tại Trung Quốc 2025”, có sự nhấn mạnh rõ ràng rằng cần phải đạt được những bước tiến quan trọng trong lĩnh vực vật liệu polyme, cụ thể là trong công nghệ tổng hợp các hợp chất aromatic có nguồn gốc sinh học. Tại Hội nghị phát triển chuỗi công nghiệp ankin của Trung Quốc năm 2016, diễn ra vào giữa tháng 8, các chuyên gia tham dự đã đánh giá cao hướng phát triển sử dụng sinh khối để sản xuất ankin. Nhưng nói về tương lai, thái độ của họ có thể được tóm gọn bằng một câu: Con đường còn dài và gian khó, nhưng nếu tiếp tục tiến lên thì rồi sẽ đến nơi. Trong nước: Các công nghệ mới mới bắt đầu được ứng dụng. “Lượng rác thải sinh hoạt và rơm rạ được tạo ra hàng năm ở nước ta có tiềm năng để chuyển hóa thành 170 triệu tấn xăng, dầu diesel và các hợp chất thơm mỗi năm.” ”Giáo sư Wang Hualin thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Đông Hoa đã mô tả triển vọng của con đường sinh học để sản xuất các hợp chất thơm. Con số này của anh ấy không phải xuất phát từ nguồn thông tin vô căn cứ, mà là dựa trên một quy trình mới trong việc sử dụng nguyên liệu sinh học để sản xuất các hợp chất thơm. Đó là một quy trình kết hợp giữa công nghệ lọc dầu và công nghệ hóa học – hóa học sinh học. Cụ thể, phương pháp này sử dụng rơm rạ thải và rác thải sinh hoạt đã qua xử lý để sản xuất xăng dầu cùng các hợp chất thơm. Rác thải sinh hoạt bị khoáng hóa là loại rác đã bị cố định sau nhiều năm chôn dưới lòng đất. Theo ông Wang Hualin, từ 6 tấn rơm rạ có thể sản xuất được 1 tấn xăng dầu và các hợp chất thơm. Trung Quốc sản xuất hơn 700 triệu tấn rơm rạ mỗi năm; con số này tương đương với lượng xăng dầu và các hợp chất thơm trị giá hơn 100 triệu tấn. Đồng thời, mỗi năm nước ta tạo ra khoảng 300 triệu tấn rác thải đô thị; trong số đó, có khoảng 70 triệu tấn chứa dầu diesel và các hợp chất thơm. Thật trùng hợp, sự phân bố rác thải đô thị ở nước ta lại khá tương ứng với vị trí của các nhà máy lọc dầu. Điều này giúp việc áp dụng phương pháp kết hợp giữa quy trình lọc dầu và công nghệ hóa học – sinh hóa trở nên khả thi. “Ý tưởng về quy trình chuyển hóa rơm rạ thành nhiên liệu xăng dầu và các hợp chất thơm thông qua phương pháp phân hủy và khử hydro là: rơm rạ cùng rác thải sinh hoạt sẽ được xử lý bằng phương pháp cắt cấu trúc phân tử kết hợp với quá trình chuyển hóa có định hướng; trong đó, chất lignin sẽ được khử hydro và loại bỏ oxy để tạo thành nguyên liệu cho các hợp chất thơm, còn cellulose và hemicellulose thì được khử hydro và loại bỏ oxy để tạo thành nguyên liệu cho nhiên liệu xăng dầu. ”Vương Hoa Lâm nói. Các nhà nghiên cứu đã dựa trên ý tưởng này để chế tạo ra hai loại thiết bị. Một trong số đó là thiết bị dùng để phân hủy rơm rạ và hydro hóa chúng, từ đó tạo ra nguyên liệu dùng để sản xuất xăng dầu và các hợp chất thơm. Hiện tại, đã có một thiết bị thí nghiệm với khả năng xử lý 3 tấn nguyên liệu mỗi giờ; thiết bị này tương tự như các thiết bị phân hủy xúc tác được sử dụng trong ngành lọc dầu và công nghiệp hóa chất ； Một thiết bị khác là nhà máy thí nghiệm dùng để xử lý khí hydro, loại bỏ oxy, với công suất 1 lít/giờ; thiết bị này được xây dựng bởi một doanh nghiệp ở tỉnh Hà Nam. Đây là loại thiết bị sử dụng phương pháp lò sôi kết hợp với phương pháp lọc khí hydro. Kết quả thử nghiệm ở quy mô trung bình cho thấy, các thành phần của dầu thu được từ việc phân hủy sinh khối (nhựa gỗ) bao gồm hydrocarbon, aromatic hydrocarbon, olefin, phenol, v.v. Sau khi qua quá trình xử lý bằng phương pháp hydro hóa, thành phần của dầu sẽ là 46,44% aromatic hydrocarbon, 35,09% hydrocarbon, và 8,56% phenol. Tiếp tục xử lý dầu này bằng phương pháp trộn lẫn có thể thu được aromatic hydrocarbon; còn nếu sử dụng phương pháp hydrocracking thì có thể thu được nhiên liệu xăng và dầu diesel. Các chuyên gia trong ngành cho biết, nhìn chung, việc nghiên cứu và phát triển công nghệ chuyển hóa sinh khối thành hydrocarbon tại trong nước vẫn còn ở giai đoạn sơ khai. Nước ngoài: Quá trình công nghiệp hóa đang diễn ra. So với trong nước, có nhiều công ty ở nước ngoài tham gia vào việc nghiên cứu và phát triển cũng như công nghiệp hóa, và họ bắt đầu các hoạt động nghiên cứu này từ sớm hơn. Theo thông tin mà các phóng viên thu thập được, hiện nay một số công nghệ chuyển hóa sinh khối thành hydrocarbon do các công ty nước ngoài phát triển đã có thể được ứng dụng trong sản xuất quy mô nhỏ. Những tiến bộ mà Đại học Massachusetts của Mỹ đạt được trong quy trình sản xuất các hợp chất thơm từ sinh khối cellulose theo phương pháp một bước đã thu hút sự chú ý rộng rãi từ giới chuyên môn. Họ đã phát triển quy trình chuyển hóa sinh khối thành các hợp chất thơm, và thành lập công ty Anellotech để đưa quy trình này vào sản xuất công nghiệp. Công nghệ này dựa trên quy trình phân hủy nhiệt nhanh có sự xúc tác; trong lò phản ứng kiểu giường lưu chuyển, sinh khối được làm nóng nhanh chóng để tạo thành các oxit. Sau đó, các chất này được chuyển hóa thành các hợp chất thơm cấp độ hóa học nhờ vào chất xúc tác zeolit chuyên dụng. So với quy trình truyền thống sử dụng dầu mỏ làm nguyên liệu để sản xuất các hợp chất thơm, công nghệ này có chi phí thấp hơn. Vào tháng 1 năm nay, công ty Anellotech đã đưa công nghệ này vào ứng dụng trong sản xuất công nghiệp. Theo ước tính của họ, khi giá dầu vượt mức 60 đô la/thùng, công nghệ này sẽ có lợi thế về mặt chi phí. Giới chuyên môn đều cho rằng, trong số các phương pháp tạo ra hợp chất thơm từ sinh khối hiện có, quy trình chuyển hóa sinh khối thành hợp chất thơm bằng phương pháp nhiệt phân của Anellotech là phương pháp có chi phí và tính kinh tế cao nhất. Quy trình BioForming do công ty Virent của Mỹ phát triển cùng với Đại học Wisconsin-Madison, có ưu điểm lớn về mặt đầu tư nhờ khả năng được áp dụng bằng cách cải tạo các thiết bị lọc hóa dầu hiện có. Quy trình này sử dụng đường làm nguyên liệu, kết hợp việc thủy phân cellulose với công nghệ xúc tác khử hiđro truyền thống. Nhờ đó, có thể sản xuất ra hỗn hợp các hợp chất thơm chứa phenol, toluen và xylene từ các loại đường có nguồn gốc thực vật. Sau đó, hỗn hợp này có thể được chế biến tiếp thành p-xylene. Ưu điểm của quy trình này là việc kết hợp công nghệ tái chế pha lỏng (APR) với các công nghệ khác như khử hydro bằng xúc tác và phản ứng thu hợp. Nhờ đó, các thiết bị phản ứng có thể được cải tạo từ các thiết bị hiện có trong ngành lọc hóa dầu. Chi phí đầu tư cho mỗi gallon sản phẩm chỉ khoảng 1,75–3 đô la mà thôi ； Khí olefin phụ có thể được sử dụng như sản phẩm phụ hoặc để cung cấp năng lượng cho thiết bị, mang lại hiệu quả kinh tế tốt. Khác với phương pháp chuyển hóa sinh khối trực tiếp thành các hợp chất thơm, gần đây cũng có một số nhà sản xuất tìm ra con đường khác: trước tiên sử dụng các quy trình đã được hoàn thiện để chuyển sinh khối thành các hóa chất hữu cơ có giá trị gia tăng thấp, sau đó mới chuyển những hóa chất này thành các sản phẩm thơm có giá trị gia tăng cao hơn. Trong số đó, công nghệ GIFT do công ty Gevo của Mỹ phát triển, sử dụng nguyên liệu tái tạo để lên men tạo ra rượu, là công nghệ tiêu biểu nhất. Quy trình GIFT đầu tiên chuyển hóa nguyên liệu sinh học thành isobutanol, sau đó thông qua phản ứng khử hydro để thu được isobutylene; trong quá trình này, tỷ lệ chuyển hóa isobutanol vượt quá 99% ； Isobutylene thu được được chuyển thành các hydrocarbon loại C8 thông qua quá trình trùng hợp ； C8 olefin được chuyển hóa thành sản phẩm PX thông qua quá trình khử hydro và cycl hóa; tỷ lệ chọn lọc của PX lên tới hơn 75%, còn độ tinh khiết thì đạt 99%. Công ty Gevo đã hợp tác với công ty công nghiệp Toray của Nhật Bản để xây dựng các thiết bị sản xuất quy mô công nghiệp. Ưu điểm lớn nhất của quy trình này là có thể sản xuất PX có độ tinh khiết cao trong môi trường ổn định, giúp tránh được các quy trình phức tạp như isomer hóa, tách các hợp chất aromatic. Quy trình sản xuất cũng khá đơn giản. Rào cản: Nguyên liệu, chất xúc tác, lò phản ứng. Theo các cuộc phỏng vấn của phóng viên, nếu nhìn vào quá trình nghiên cứu và phát triển các phương pháp chuyển hóa sinh khối thành hydrocarbon trên thế giới, mặc dù triển vọng rất hứa hẹn và đã có nhiều tiến bộ, nhưng phần lớn các phương pháp này vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu. Mặc dù một số nơi đã thực hiện sản xuất công nghiệp quy mô nhỏ, nhưng về mặt hiệu quả kinh tế thì vẫn còn khoảng cách lớn so với phương thức sản xuất dầu truyền thống. Ngoài ra, còn có nhiều vấn đề tiềm ẩn cần được giải quyết gấp. Trước hết, việc đảm bảo nguồn cung ổn định cho nguyên liệu sinh học luôn là thách thức trong việc phát triển công nghệ hóa chất sinh học; điều này cũng đúng đối với các hợp chất aromatique sinh học. Nguyên liệu sinh học có lượng lớn nhưng lại phân tán, đồng thời thành phần của chúng khá phức tạp. Để mở rộng quy mô sản xuất các hợp chất thơm bằng phương pháp sinh học, cần có nguồn nguyên liệu dồi dào và ổn định. Với mức độ phát triển nông nghiệp hiện tại của nước ta, việc giải quyết vấn đề này đòi hỏi sự phối hợp từ nhiều phía, nhằm tìm ra một mô hình hợp lý và khả thi. Thứ hai, đối với nhiều quy trình sản xuất các hợp chất thơm từ sinh khối, các chất xúc tác và bình phản ứng được sử dụng trong quá trình phân hủy nhiệt và thủy phân cũng là những yếu tố gây khó khăn. Tại cuộc họp, một số đại diện đã nói với các phóng viên rằng mặc dù họ cũng quan tâm đến việc sử dụng sinh khối để sản xuất các hợp chất thơm, nhưng hiệu suất chuyển hóa và độ tinh khiết của sản phẩm theo phương pháp này vẫn còn thấp; do đó rất khó để cạnh tranh với phương pháp sử dụng dầu mỏ. Để nâng cao hai chỉ số này, cần có những tiến bộ trong việc phát triển các chất xúc tác và lò phản ứng tương ứng. Tuy nhiên, cũng có chuyên gia cho rằng việc kết hợp công nghệ hóa sinh với quy trình luyện dầu và sản xuất hóa chất truyền thống, như mô hình của Đại học Khoa học và Công nghệ Đông Hoa, cũng là một cách tiếp cận khá hay. Dựa vào các thiết bị phân hủy hiện có, việc sử dụng nguồn sinh khối làm nguyên liệu để thay thế một phần nguồn nhiên liệu hóa thạch trong quá trình sản xuất các hợp chất thơm là điều đáng được quan tâm.