Trình tự và nguyên tắc nâng cấp chất lượng xăng tại nước ta

Thread Content

Trình tự và nguyên lý nâng cấp chất lượng xăng tại nước ta. Trình tự và nguyên lý nâng cấp chất lượng xăng tại nước ta. Công ty Axens của Pháp là đơn vị dẫn đầu trong lĩnh vực công nghệ khử lưu huỳnh khỏi xăng bằng phương pháp xúc tác. Cho đến nay, công nghệ khử lưu huỳnh từ xăng bằng cách hydro hóa có chọn lọc do công ty này phát triển (Prime-G+) đã được ứng dụng trong hơn 230 nhà máy trên toàn thế giới, trong đó có 32 nhà máy tại Trung Quốc. Các công ty như CDTECH, AXENS, UOP là những nhà cung cấp chính các công nghệ thuộc lĩnh vực này trên thế giới. Trong đó, công nghệ của CDTECH bao gồm các quy trình sử dụng kỹ thuật chưng cất xúc tác kết hợp với quá trình hydro hóa, quá trình tạo ether bằng phương pháp chưng cất xúc tác, và quá trình isomer hóa cấu trúc của các hydrocarbon có chuỗi thẳng. Đây là những công nghệ tiên tiến, giúp công ty này chiếm thị phần lớn nhất. Đã có hơn 100 nhà máy công nghiệp sử dụng công nghệ này. 　　Trình tự và nguyên lý nâng cấp chất lượng xăng tại nước ta: Quá trình nâng cấp chất lượng xăng ở Trung Quốc bắt đầu từ khoảng năm 2000. Đến nay, đã hơn mười năm trôi qua kể từ khi quá trình này bắt đầu. Những tiêu chuẩn chất lượng xăng ngày càng khắt khe, cùng với tỷ lệ thành phần các loại xăng riêng biệt ở Trung Quốc, đã góp phần thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nâng cấp chất lượng xăng trong nước. Trước khi tiêu chuẩn xăng Quốc V được áp dụng toàn diện vào năm 2017, nếu nhìn lại quá trình phát triển công nghệ nhằm nâng cao chất lượng xăng trong quá khứ cùng các lựa chọn trên thị trường, thì việc phân tích các chỉ số chất lượng của xăng từ góc độ logic nội tại, kết hợp với quy trình chế biến của từng nhà máy lọc dầu, sẽ giúp xác định trình tự cần thiết để nâng cao chất lượng xăng. Đây có lẽ là công việc kỹ thuật mà các nhà máy lọc dầu cần thực hiện ngay từ bây giờ, nhằm đối phó với tiêu chuẩn Quốc V hoặc những tiêu chuẩn khắt khe hơn trong tương lai.

Thứ nhất, thành phần xăng ở Trung Quốc chủ yếu là xăng được tạo ra thông qua quá trình xúc tác. Việc loại bỏ lưu huỳnh, giảm hàm lượng hydrocarbon và nâng cao chỉ số octan của xăng chính là ba vấn đề chính cần giải quyết để đáp ứng các tiêu chuẩn xăng Quốc IV và Quốc V.

Các nhà máy lọc dầu ở Trung Quốc thường chế biến dầu thô có hàm lượng lưu huỳnh thấp, và quá trình chế biến thứ cấp chủ yếu dựa vào phương pháp phân hủy xúc tác. Điều này khiến thành phần xăng sản xuất ra khác biệt đáng kể so với xăng được sản xuất tại các nhà máy lọc dầu ở Mỹ và châu Âu. Trong các bể chứa xăng của các nhà máy lọc dầu ở Mỹ, xăng được tạo ra thông qua quá trình xúc tác, dầu thu được từ quá trình tái cấu trúc, cùng các loại dầu được tạo ra từ quá trình alkyl hóa và isomer hóa, mỗi loại chiếm một phần ba tổng lượng dầu. Trong các bể chứa xăng của các nhà máy lọc dầu ở châu Âu, tỷ lệ xăng được tạo ra qua quá trình tái cấu trúc chiếm gần 50%; tỷ lệ xăng được tạo ra thông qua quá trình xúc tác là khoảng 30%. Còn các loại dầu thu được từ các quá trình khác như alkyl hóa và isomer hóa thì chiếm khoảng 20%. Trong các bể chứa xăng của các nhà máy lọc dầu ở nước ta, xăng được tạo ra thông qua quá trình xúc tác chiếm 73%; còn các loại nhiên liệu có chỉ số octan cao như nhiên liệu được tạo ra từ quá trình tái tổ hợp, nhiên liệu được tạo ra từ quá trình alkyl hóa thì chiếm chưa đến 20%. Do phần lớn lượng lưu huỳnh và hydrocarbon trong nhiên liệu xăng đến từ loại xăng được xử lý bằng phương pháp xúc tác; hơn nữa, chỉ số octan của loại xăng này chỉ dao động trong khoảng 89–91, khá thấp. Điều này khiến các nhà máy lọc dầu trong nước gặp nhiều khó khăn trong việc loại bỏ lưu huỳnh và giảm hàm lượng hydrocarbon trong xăng. Việc sản xuất xăng có chỉ số octan cao cũng trở nên khó khăn. Bằng cách điều chỉnh đáng kể cấu trúc các nhà máy lọc hóa dầu, thành phần của xăng sản xuất tại nước ta có thể được điều chỉnh sao cho tương đồng với mức tiêu chuẩn ở Mỹ hoặc châu Âu. Điều này giúp giải quyết vấn đề liên quan đến hàm lượng olefin và chỉ số octan trong xăng. Tuy nhiên, vấn đề khử lưu huỳnh vẫn còn tồn tại. Việc tăng tỷ lệ dầu được tạo ra từ quá trình tái chế cũng có thể khiến hàm lượng benzen trong xăng vượt quá mức cho phép ； Đồng thời, không chỉ cần đầu tư một lượng vốn lớn để xây dựng và cải tạo các thiết bị, mà việc đảm bảo nguồn cung dầu thô giá cao nhưng có trọng lượng nhẹ một cách ổn định trong thời gian dài cũng là điều không khả thi. Điều này chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả kinh doanh của doanh nghiệp. Xét về lâu dài, do xu hướng tăng độ nặng của dầu thô ngày càng trở nên nghiêm trọng, công nghệ phân hủy xúc tác sẽ tiếp tục giữ vị trí quan trọng trong quá trình chế biến lại dầu mỏ và dầu thải, như một phương pháp chuyển hóa hiệu quả các loại dầu này. 　　Xét tổng hợp các yếu tố trên, trong tương lai gần, cơ cấu thành phần của xăng ở nước ta vẫn sẽ chủ yếu là xăng xúc tác. Việc loại bỏ lưu huỳnh, giảm hàm lượng olefin và nâng cao chỉ số octan của xăng vẫn là những thách thức lớn mà ngành công nghiệp xăng dầu của nước ta phải đối mặt trong quá trình nâng cao chất lượng xăng trong hiện tại và tương lai. 　　Thứ hai, qua hơn một thập kỷ áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới, người ta nhận thấy rằng phương pháp khử lưu huỳnh từ xăng bằng cách sử dụng chất xúc tác là công nghệ phổ biến nhất hiện nay để xử lý xăng. Công ty Axens của Pháp là đơn vị dẫn đầu trong lĩnh vực công nghệ này. Cho đến nay, công nghệ khử lưu huỳnh từ xăng bằng chất xúc tác do công ty này phát triển (Prime-G+) đã được ứng dụng trong hơn 230 nhà máy trên toàn thế giới, trong đó có 32 nhà máy tại Trung Quốc. Công nghệ này có tỷ lệ hydro hóa các chất olefin ở mức rất thấp, do đó mức độ giảm chỉ số octan cũng rất ít ； Không xảy ra phản ứng bão hòa và phân hủy các hợp chất thơm; tỷ lệ sản phẩm dạng lỏng gần như đạt 100% ； Hoạt động ổn định trong thời gian dài, phù hợp với chu kỳ bảo trì của thiết bị cracking xúc tác ； Tỷ lệ khử lưu huỳnh trên 98%, đáp ứng được yêu cầu về hàm lượng lưu huỳnh trong xăng là 10ppm. Trong số các doanh nghiệp lọc dầu trong nước, các nhà máy lọc dầu ở Shandong là những nơi sử dụng công nghệ Prime-G+ nhiều nhất, với tổng cộng 17 hệ thống. Một số nhà máy lọc dầu quy mô lớn ở tỉnh Sơn Đông, mặc dù hàm lượng lưu huỳnh trong xăng sản xuất ra có thể lên tới hàng nghìn ppm, nhưng vẫn có thể sử dụng công nghệ này để sản xuất xăng đạt tiêu chuẩn quốc gia V với tỷ lệ chuyển hóa trên 99%. Nhờ đó, các nhà máy này có thể cung cấp xăng cho khu vực Bắc Kinh và Thượng Hải, từ đó thu được lợi ích kinh tế đáng kể. 　　Công nghệ khử lưu huỳnh từ xăng bằng phương pháp hydro hóa có chọn lọc của ExxonMobil (Scanfining) và công nghệ khử lưu huỳnh từ xăng bằng quy trình chưng cất xúc tác của công ty CDTECH (CD Hydro/CD HDS) đều có vị thế ngang nhau trên thị trường toàn cầu. Tuy nhiên, hiệu suất ứng dụng thực tế của chúng vẫn còn kém hơn so với công nghệ của công ty AXENS của Pháp. Trong nước, trong quá trình nâng cấp chất lượng xăng đạt tiêu chuẩn Quốc III, có khá nhiều nhà máy lọc dầu sử dụng công nghệ hydro hóa chọn lọc để loại bỏ lưu huỳnh trong xăng do Viện Nghiên cứu Hóa dầu Fushun phát triển (dòng OCT). Sinopec đã mua lại công nghệ hấp phụ lưu huỳnh trong xăng bằng chất xúc tác S-Zorb của công ty Phillips của Mỹ, coi đó là biện pháp chính để đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng xăng mới. Sinopec đã tổ chức các đơn vị nghiên cứu và thiết kế trong hệ thống của mình để nghiên cứu và tiếp thu công nghệ này cùng các chất xúc tác dùng trong quy trình này. Hiện nay, công nghệ này đang được triển khai rộng rãi trong hệ thống của Sinopec. Ngoài ra, công nghệ khử lưu huỳnh từ xăng bằng phương pháp hydro hóa có chọn lọc, được phát triển bởi công ty Beijing Annejie Energy Technology, và đáp ứng tiêu chuẩn quốc gia V, hiện đã được ứng dụng trong hơn 20 nhà máy thuộc các doanh nghiệp tư nhân tại Trung Quốc. Trong số đó có cả những nhà máy có công suất hàng triệu tấn mỗi năm. Có thể nói đây là một lực lượng công nghệ không thể bỏ qua. 　　Nhìn vào lịch sử phát triển của các công nghệ nâng cấp chất lượng xăng được xử lý bằng phương pháp xúc tác, có thể thấy rằng con đường sử dụng công nghệ khử lưu huỳnh và khôi phục chỉ số octan trong quá trình xử lý xăng bằng phương pháp xúc tác để khắc phục tình trạng giảm chỉ số octan trong quá trình này là không khả thi. Octgain của ExxonMobile, ISAL của UOP cùng một số công nghệ tương tự ở trong nước, về cơ bản không chiếm được nhiều thị phần trên toàn cầu. Các chuyên gia kỹ thuật của công ty AXENS của Pháp đã trình bày tại hội nghị thường niên NPRA năm 2003 rằng, công nghệ khử lưu huỳnh khỏi xăng cần phải đáp ứng hai yêu cầu cơ bản: tỷ lệ thu hồi xăng không được giảm sút ； Phạm vi độ chưng không thay đổi. Công nghệ khử lưu huỳnh bằng cách hydro hóa xăng sử dụng chất xúc tác màng phân tử – kết hợp với việc khôi phục chỉ số octan – do những hạn chế về cơ chế phản ứng, nên khó có thể đáp ứng được hai yêu cầu nêu trên. Do đó, để giải quyết vấn đề giảm chỉ số octan của xăng do quá trình xúc tác, cần phải phân tích toàn diện nguồn gốc của các thành phần trong hỗn hợp xăng, cũng như mối quan hệ giữa các thiết bị liên quan. 　　III. Quá trình ether hóa xăng nhẹ bằng phương pháp xúc tác phù hợp với đặc điểm thành phần của xăng tại nước ta. Đây là công nghệ hiệu quả để giảm hàm lượng olefin trong xăng và nâng cao chỉ số octan của xăng. Tuy nhiên, tiềm năng phát triển của công nghệ cracking xúc tác và các chất xúc tác dùng để giảm hàm lượng olefin còn hạn chế. Nhiệm vụ chính trong việc nâng cấp chất lượng xăng sau khi loại bỏ chì là giảm hàm lượng olefin trong xăng. Bằng cách sử dụng các chất xúc tác và công nghệ cracking xúc tác, hiện nay hàm lượng olefin trong xăng tại hầu hết các nhà máy lọc dầu trong nước nằm trong khoảng 30–40%. Điều này dẫn đến việc giảm sản lượng xăng nhẹ, giảm chỉ số octan của xăng, và làm giảm chất lượng dầu diesel. Nếu tiếp tục dựa vào công nghệ cracking xúc tác và các chất xúc tác để đáp ứng các tiêu chuẩn xăng quốc gia IV và V, thì các vấn đề này sẽ càng trở nên tồi tệ hơn. Phân tích so sánh các công nghệ ether hóa xăng nhẹ bằng phương pháp xúc tác phổ biến trên thị trường cho thấy rằng, sau khi xử lý xăng nhẹ bằng phương pháp xúc tác và kết hợp nó với xăng nặng thông qua quá trình xúc tác, ta có thể thu được xăng có tỷ lệ các thành phần khác nhau. Lượng hydrocarbon không no trong xăng giảm khoảng 10 điểm, còn chỉ số octan thì tăng thêm 1 đơn vị. Ngoài ra, việc chuyển đổi khoảng 4% methanol thành các thành phần cấu tạo nên xăng, cùng với việc giảm áp suất hơi của xăng sau quá trình ether hóa, giúp có thể bổ sung thêm nhiều thành phần hydrocarbon nhẹ có chỉ số octan cao vào xăng. Những yếu tố này góp phần nâng cao lợi nhuận cho doanh nghiệp. 　　Các công ty như CDTECH, AXENS, UOP là những nhà cung cấp chính các công nghệ thuộc lĩnh vực này trên thế giới. Trong đó, công nghệ của CDTECH bao gồm các quy trình sử dụng kỹ thuật chưng cất xúc tác kết hợp với quá trình hydro hóa, quá trình tạo ether bằng phương pháp chưng cất xúc tác, và quá trình isomer hóa cấu trúc của các hydrocarbon có chuỗi thẳng. Đây là những công nghệ tiên tiến, giúp công ty này chiếm thị phần lớn nhất. Đã có hơn 100 nhà máy công nghiệp sử dụng công nghệ này. Công ty CDTECH đã chuyển giao công nghệ này cho các nhà máy lọc dầu Nanchong và Golmud thuộc Tập đoàn Dầu khí Trung Quốc, cũng như nhà máy hóa dầu ở Urumqi. 　　IV. Cần tập trung phát triển công nghệ alkyl hóa; đồng thời, cần phát triển công nghệ tái chế một cách cân đối. Đây là những biện pháp quan trọng để nâng cao chỉ số octan của xăng, từ đó đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe hơn trong tương lai. Trong quá trình nâng cấp chất lượng xăng theo tiêu chuẩn Quốc V và các tiêu chuẩn khắt khe hơn nữa trong tương lai, việc khử lưu huỳnh và giảm hàm lượng olefin trong xăng đã làm trầm trọng thêm vấn đề về chỉ số octan thấp của xăng. Chỉ số octan của các thành phần trong xăng cũng ảnh hưởng đến khả năng khởi động và tăng tốc của xe hơi. Trong tương lai, yêu cầu về hiệu suất động cơ và mức độ phát thải của xe hơi sẽ khiến cho các tiêu chuẩn về chất lượng xăng ngày càng hướng tới việc có chỉ số octan cao hơn, đồng thời giảm lượng carbon phát thải. Việc sử dụng công nghệ cracking xúc tác sẽ vẫn là phương pháp chính để xử lý xăng trong thời gian dài. Do đó, việc tập trung phát triển công nghệ alkyl hóa chính là chìa khóa để giải quyết các vấn đề nêu trên. Thành phần chính của dầu alkyl hóa là các hydrocarbon isomeric có nhiều nhánh và có chỉ số octan cao; trong đó không chứa hydrocarbon thơm hay olefin, hàm lượng lưu huỳnh thấp, áp suất hơi cũng thấp. Vì vậy, đây là thành phần lý tưởng để pha chế xăng sạch. Đặc biệt trong việc nâng cao giá trị octan của xăng được sử dụng làm chất xúc tác, giúp phân bố giá trị octan trong hỗn hợp xăng một cách hợp lý, cũng như đáp ứng các tiêu chuẩn về hàm lượng carbon thấp cho nhiên liệu trong tương lai, dầu alkyl hóa có vai trò không thể thay thế so với các thành phần khác có giá trị octan cao. Thông qua thiết bị phân hủy xúc tác, có thể sản xuất ra nhiều hơn khí lỏng, từ đó tạo ra nhiều dầu alkyl hóa hơn. Đồng thời, cũng có thể sản xuất thêm propylene, giúp nâng cao chỉ số octan của xăng và tăng tỷ lệ sản phẩm nhẹ trong quá trình chế biến. Điều này góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp. Với vai trò là thiết bị chính trong quá trình chế biến thứ cấp, phương pháp phân hủy xúc tác giúp chúng ta biến những thách thức thành cơ hội, tận dụng ưu điểm và khắc phục nhược điểm, từ đó mở ra con đường nâng cao chất lượng xăng phù hợp với đặc điểm của Trung Quốc và hướng phát triển trong tương lai. Thiết bị tái chế xúc tác không chỉ sản xuất các thành phần dùng để tạo nên xăng có chỉ số octan cao, mà còn cung cấp các hợp chất thơm làm nguyên liệu cho các doanh nghiệp hóa chất. Đồng thời, thiết bị này cũng là nguồn cung cấp hydro quan trọng cho các nhà máy lọc dầu. Xét đến tình trạng khan hiếm nguồn dầu thô nhẹ trên thế giới và trong nước, cùng với những hạn chế về hàm lượng benzen trong xăng, cần phải cân nhắc nhiều yếu tố khác nhau để phát triển công nghệ tái chế một cách hợp lý. 　　Dựa trên phân tích trên, để nâng cao chỉ số octan của xăng, có thể xem xét việc trong vòng 3–5 năm tới, từng khu vực, từng giai đoạn, tăng tỷ lệ dầu được tạo ra qua quá trình alkyl hóa và tái chế trong thành phần xăng lên từ mức hiện tại là chưa đến 20% lên mức 30%. Đồng thời, tỷ lệ xăng được tạo ra thông qua quá trình xúc tác sẽ được giảm xuống còn khoảng 60%. Bằng cách ứng dụng công nghệ ether hóa xăng nhẹ và điều chỉnh cấu trúc của hỗn hợp xăng, có thể dần loại bỏ những ràng buộc khiến thiết bị phân hủy xúc tác khó có thể giảm lượng olefin. Nhờ đó, thiết bị này có thể phát huy tối đa vai trò của mình trong việc tăng sản lượng xăng loại nhẹ và các loại olefin có hàm lượng carbon thấp. Đồng thời, có thể tận dụng tối đa các nguồn tài nguyên có giá trị thấp như hydrocarbon loại C4 và methanol, từ đó nâng cao tỷ lệ sản xuất xăng chất lượng cao. Với sự tổ chức khoa học và nghiên cứu kỹ lưỡng, mục tiêu “nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời tăng hiệu quả kinh doanh” hoàn toàn có thể được thực hiện.