Trần Tuấn Vũ: Câu chuyện về sự khởi đầu của công nghệ phân hủy xúc tác trong ngành lọc dầu tại Trung Quốc

Giai đoạn thứ nhất: Bắt đầu phát triển công nghệ tự nghiên cứu và khảo sát các công nghệ từ nước ngoài. Vào đầu những năm 1960, với sự hỗ trợ của Liên Xô, nhà máy lọc dầu Lanzhou được xây dựng. Công nghệ cracking xúc tác được sử dụng lúc bấy giờ là công nghệ cracking xúc tác trên giường di động; chất xúc tác vẫn là những hạt silic-alumin điện tích không có cấu trúc cố định. Trong khi đó, phương Tây đã có công nghệ cracking xúc tác kiểu lưu chuyển; chất xúc tác ở đây là các hạt màng sàng phân tử siêu nhỏ. Do đó, tỷ lệ thu hồi dầu nhẹ và mức độ chọn lọc trong quá trình cracking đều cao hơn nhiều so với Liên Xô. Chúng tôi nhận thấy rằng công nghệ của Liên Xô kém hơn công nghệ phương Tây khoảng hai mươi năm, tương đương với mức độ phát triển của Hoa Kỳ vào những năm 1940. Vào thời điểm đó, Liên Xô cũng không thể sở hữu những công nghệ tiên tiến hơn; công nghệ của họ vẫn chưa vượt qua được mức độ của Mỹ vào những năm 1940. Vì vậy, làm thế nào để bắt kịp các công nghệ tiên tiến trên thế giới vào những năm 60 là một vấn đề lớn mà ngành lọc dầu trong nước phải đối mặt lúc bấy giờ. Vào thời điểm đó, các công nghệ thông thường của nước ngoài có thể được bán cho chúng ta, nhưng những công nghệ tiên tiến mang tính chiến lược thì tuyệt đối không được bán cho chúng ta. Mỹ áp đặt lệnh cấm về mặt công nghệ đối với Trung Quốc, vì vậy Trung Quốc chỉ có thể tự mình phát triển công nghệ, tự mình tìm tòi và sáng tạo. Đó chính là mục đích ban đầu của cuộc họp về việc phát triển các công nghệ lọc dầu mới, được tổ chức bởi Bộ Dầu mỏ vào tháng 12 năm 1961 tại Bắc Kinh. Tuy nhiên, những thí nghiệm mà chúng tôi tiến hành tại nhà máy lọc dầu Lanzhou đều không thành công; tỷ lệ mất mát chất xúc tác quá cao. Chúng tôi rất mong có cơ hội đến nước ngoài để tìm hiểu về các công nghệ cracking xúc tác tiên tiến. Vào cuối năm 1961, một số chuyên gia thuộc Bộ Dầu mỏ của chúng tôi được mời đến Cuba để khảo sát. Các nhà lãnh đạo của Bộ Dầu mỏ cũng đã đến Cuba để kiểm tra hai nhà máy lọc dầu; một nhà máy được xây dựng bởi Mỹ, còn nhà máy kia thì do Anh xây dựng. Trong số đó có thiết bị cracking xúc tác dạng lưu chất tiên tiến nhất thời bấy giờ; đây chính là công nghệ mới mà Bộ Dầu khí đã quyết định phát triển tại Hội nghị Hương Sơn, và tôi được giao nhiệm vụ làm nhà thiết kế cho thiết bị này. Lãnh đạo Bộ Dầu mỏ cảm thấy rằng việc đi khảo sát tại Cuba là một cơ hội hiếm có trong đời. Ở các nhà máy lọc dầu của Cuba, những người giữ chức vụ cao cấp đều là người nước ngoài. Sau khi cuộc cách mạng ở Cuba thành công, hầu hết những người này đều rời khỏi đó. Phía Cuba đã rất hào phóng, cung cấp cho chúng tôi rất nhiều tài liệu. Nhưng làm thế nào để chúng ta có thể sử dụng những tài liệu đó đây? Tài liệu thôi thì chưa đủ để giải quyết vấn đề; cần phải chuyển hóa chúng thành những kỹ năng mà bản thân mình có thể sử dụng được. Điều này đòi hỏi phải bỏ ra nhiều công sức. Lãnh đạo Bộ Dầu mỏ quyết tâm cử thêm năm kỹ sư thuộc các chuyên ngành khác nhau đến Cuba để khảo sát tình hình thực tế. Tôi là kỹ sư chuyên ngành công nghệ, đồng thời cũng là người thiết kế các nhà máy ở Fushun trong nước. Tôi có trách nhiệm kết hợp việc thiết kế các dự án công nghiệp trong nước với việc khảo sát ở nước ngoài. Các đồng nghiệp còn lại thì đến từ các chuyên ngành như thiết bị, cơ khí, thiết bị đo lường, v.v. Lượng lớn tài liệu về quá trình phân hủy xúc tác trong điều kiện chất lỏng ở Cuba không chỉ giúp giải quyết các vấn đề liên quan đến công nghệ này, mà còn bao gồm cả những kỹ thuật khác liên quan đến quy trình luyện dầu. Nhóm nghiên cứu của chúng tôi tập trung chủ yếu vào công nghệ phân hủy xúc tác, đồng thời cũng thu thập các tài liệu liên quan đến công nghệ giảm áp và tái chế xúc tác. Trong vòng nửa năm, chúng tôi đã cố gắng sao chép hoặc sắp xếp các tài liệu này thành dạng bản in. Vấn đề cốt lõi lúc bấy giờ là phải làm rõ các vấn đề liên quan đến công nghệ và thiết bị, nhằm hướng dẫn việc thiết kế kỹ thuật và chế tạo thiết bị trong nước. May mắn thay, những người chúng tôi đi Cuba cũng đã gánh vác trách nhiệm, kiểm tra mọi thứ cần kiểm tra và ghi chép lại mọi thứ cần ghi chép. Vì vậy, sau khi trở về, chúng tôi đã xây dựng công nghệ phân hủy xúc tác của Trung Quốc từ con số không, bắt đầu từ mức độ ban đầu. Trong khoảng thời gian hai năm rưỡi, từ tháng 9 năm 1962 đến tháng 2 năm 1963, và từ tháng 9 năm 1964 đến tháng 2 năm 1965, chúng tôi đã nắm vững được những yếu tố cốt lõi của công nghệ này. Chúng tôi không chỉ hiểu cách thức hoạt động của nó mà còn hiểu được lý do tại sao nó lại hoạt động như vậy.

Giai đoạn thứ hai: Từ việc “bắt chước theo mẫu cũ” sang việc “bắt chước theo mẫu tốt hơn”. Các nhà máy lọc dầu có công suất 600.000 tấn/năm được xây dựng tại Fushun và Daqing có thể được coi là ví dụ của việc “bắt chước theo mẫu cũ”. Sau đó, Bộ Công nghiệp Dầu mỏ quyết định xây dựng một nhà máy lọc dầu có công suất gấp đôi, tức 1,2 triệu tấn/năm, tại nhà máy lọc dầu Shengli ở Shandong. Đó chính là ví dụ của việc “bắt chước theo mẫu tốt hơn”. Bộ thiết bị này do Viện Thiết kế Bắc Kinh chịu trách nhiệm thiết kế cụ thể, còn tôi đảm nhận vai trò hướng dẫn kỹ thuật. Trong quá trình “bắt chước theo mẫu”, đã xuất hiện vấn đề, và vấn đề chủ yếu nằm ở trình độ kỹ thuật của chúng ta chưa tốt. Việc sao chép y nguyên là được, nhưng nếu quy mô được mở rộng gấp đôi thì khả năng vận hành của thiết bị cũng sẽ tăng gấp đôi, và điều đó sẽ gây ra vấn đề. Hơn nữa, lúc đó các nhà lãnh đạo cũng yêu cầu phải có sự sáng tạo trong thiết kế. Với những điều kiện đó, thiết kế của chúng tôi đã gặp phải một số vấn đề. Vào cuối năm 1967, thiết bị cracking xúc tác dạng lưu huỳnh với công suất 1,2 triệu tấn/năm đã bắt đầu được vận hành thử nghiệm. Quá trình vận hành diễn ra khá ổn định, nhưng lượng chất xúc tác bị tiêu hao mỗi ngày lên tới khoảng 30 tấn. Do đó, thiết bị buộc phải ngừng hoạt động. Chắc chắn không thể chịu đựng nổi việc mất mát 30 tấn chất xúc tác mỗi ngày. Lúc bấy giờ, trong nước đang nghiên cứu loại chất xúc tác này (đây cũng là một phần của dự án phát triển “Năm loại chất xúc tác quý giá”). Tuy nhiên, vẫn chưa thể sản xuất chúng trên quy mô công nghiệp. Hiện tại, trong nước vẫn sử dụng chất xúc tác dạng hạt vi mô 3A nhập khẩu từ Anh; giá của chúng cũng rất cao. Điều này đòi hỏi chúng ta phải nghiên cứu kỹ lưỡng các lý thuyết cơ bản về trạng thái lưu huỳnh hóa, nhằm xác định nguyên nhân khiến chất xúc tác trong các thiết bị công nghiệp bị mất đi. Nhưng việc này không thể được thực hiện trong phòng thí nghiệm của bất kỳ viện nghiên cứu nào; cần phải tiến hành kiểm tra trực tiếp tại các thiết bị công nghiệp quy mô lớn. Đường kính của bộ tái tạo trong các thiết bị công nghiệp hoạt động ở trạng thái nóng vào khoảng chín mét; do đó, không thể lặp lại quy trình này một cách đơn giản như trong phòng thí nghiệm. Vì vậy, cần phải xây dựng kế hoạch kiểm tra và nghiên cứu chi tiết. Tôi được bổ nhiệm làm trưởng nhóm điều tra chuyên đề, dẫn dắt nhóm điều tra đi lại nhiều lần tới các địa điểm tại Fushun và Daqing. Sau khi phân tích và so sánh các dữ liệu về quá trình hoạt động bình thường của các thiết bị tại Daqing, cũng như dữ liệu về mật độ và sự phân bố của chất xúc tác trong bộ phận tái tạo của thiết bị cracking với công suất 1,2 triệu tấn/năm, chúng tôi xác định rằng sự phân bố không đồng đều của dòng khí trong lớp chất lỏng chính là nguyên nhân chính khiến chất xúc tác bị hao mòn tại nhà máy lọc dầu Shengli. Những vấn đề phát sinh từ các thiết bị công nghiệp đã thúc đẩy chúng tôi nghiên cứu sâu hơn về cơ chế lưu hóa một cách lý thuyết. Ban đầu, chúng tôi tiến hành khảo sát và thử nghiệm trên các thiết bị có công suất 600.000 tấn/năm; sau đó, chuyển sang thử nghiệm trên các thiết bị có công suất lớn hơn, 1,2 triệu tấn/năm. Qua nhiều lần thử nghiệm như vậy, chúng tôi cuối cùng đã tìm ra một số quy luật, những quy luật này sau đó được sử dụng làm cơ sở để xây dựng các quy tắc và tiêu chuẩn thiết kế cho các thiết bị lưu hóa xúc tác. Việc thử nghiệm chính là để nắm bắt những quy luật và dữ liệu mà trước đây chúng ta chưa hiểu rõ. Qua các cuộc thử nghiệm mới, chúng ta tiếp tục thu thập được thêm dữ liệu; sau khi tổng hợp chúng lại, chất lượng công việc cũng được nâng cao hơn. Việc thử nghiệm không hề đơn giản chút nào. Khi đường kính của một bộ phận như lò phản ứng hay bộ phận tái tạo được tăng gấp mười lần, việc làm sáng tỏ các vấn đề phát sinh bên trong cũng rất khó khăn. Cần có cả phân tích lý thuyết, đồng thời kết hợp với các kỹ thuật thử nghiệm liên quan đến trạng thái chất lỏng. Sau đó, quy mô sản xuất của nhà máy lọc dầu của chúng tôi ngày càng tăng lên; công suất 600.000 tấn/năm của thiết bị phân hủy xúc tác bằng phương pháp lưu huỳnh đã trở nên quá nhỏ, vì vậy chúng tôi cần nâng công suất lên 1,2 triệu tấn/năm. Khi quy mô được mở rộng, chắc chắn sẽ xuất hiện nhiều vấn đề liên quan đến quá trình lưu hóa. Những vấn đề này được giải quyết bằng cách kết hợp phân tích lý thuyết với việc kiểm tra, chẩn đoán. Sau khi xây dựng được một bộ phương pháp kiểm tra và chẩn đoán hiệu quả, trình độ vận hành và thiết kế của các thiết bị công nghiệp đã được nâng lên đáng kể. Quy mô thiết kế của các thiết bị cracking xúc tác cũng được nâng lên một tầm cao mới. Vào năm 1962, chúng ta bắt đầu học hỏi công nghệ cracking xúc tác với công suất 600.000 tấn/năm từ nước ngoài; đó là cách “bắt chước theo mẫu có sẵn”. Nhà máy này được đưa vào hoạt động vào năm 1965. Còn công nghệ cracking xúc tác với công suất 1,2 triệu tấn/năm thì được phát triển bằng cách “bắt chước theo mô hình đã có sẵn”; nhà máy này cũng được đưa vào hoạt động vào năm 1968. Trong quá trình vận hành, một số vấn đề đã xảy ra, nhưng chúng ta liên tục cải tiến công nghệ này. Đến năm 1969, công nghệ này đã hoạt động ổn định. Nói cách khác, việc “bắt chước theo mô hình có sẵn” của chúng ta cũng đã thành công.

Giai đoạn thứ ba: Xây dựng nhà máy thí nghiệm lọc dầu tại viện thiết kế. Năm 1972, Bộ Công nghiệp Hóa chất nhiên liệu đã phê duyệt việc xây dựng nhà máy thí nghiệm lọc dầu tại Viện Thiết kế Luoyang, nhằm phát triển các quy trình mới, vật liệu mới và thiết bị mới trong lĩnh vực công nghệ lọc dầu. Sau khi nhà máy thí nghiệm được xây dựng vào năm 1975, nhiều thí nghiệm liên quan đến quá trình phân hủy xúc tác đã được tiến hành. Điều này đã mở ra một mô hình đổi mới công nghệ mới, trong đó việc thiết kế kỹ thuật và phát triển công nghệ được kết hợp chặt chẽ với nhau. Trước những năm 1970, trong nguyên liệu dùng cho quá trình phân hủy xúc tác ở nước ngoài, không có sự kết hợp giữa dầu thô và dầu thải. Xét thấy hàm lượng nickel và vanadi – những chất gây hại cho chất xúc tác – trong dầu thô Đại Khánh của Trung Quốc rất thấp, chúng tôi đã tổ chức các thí nghiệm tại nhà máy mẫu nhằm kiểm tra khả năng sử dụng dầu thải từ quá trình sản xuất dầu thô Đại Khánh trong quá trình phân hủy xúc tác. Kết quả là việc sản xuất vẫn có thể diễn ra ổn định mà không cần phải sử dụng nhiệt năng. Đồng thời, Viện Nghiên cứu Khoa học Dầu khí hóa học cũng đã thành công trong các thí nghiệm tại nhà máy lọc dầu Mù Dãn Giang. Từ đó, rào cản ngăn cấm việc sử dụng dầu thô trong quá trình phân hủy xúc tác bắt đầu được phá vỡ. Năm 1983, tổ chức tiền thân của Tập đoàn Sinopec chính là Tổng công ty Dầu khí Trung Quốc được thành lập. Để giúp công nghệ lọc dầu của đất nước ta sánh ngang với các tiêu chuẩn quốc tế, chúng tôi quyết định tổ chức các nghiên cứu nhằm nâng cao công nghệ này. Tôi và viện sĩ Mẫn Ân Tạc lần lượt đảm nhận vai trò trưởng nhóm và phó trưởng nhóm nghiên cứu về quá trình phân hủy xúc tác, thuộc dự án nghiên cứu “Lục Ngũ”. Mục tiêu là phát triển công nghệ phân hủy xúc tác mới cho dầu thô ở khu vực Đại Khánh, cũng như tạo ra các loại chất xúc tác phân hủy hiệu quả hơn. Tôi chia đề tài nghiên cứu thành chín tiểu đề tài, và việc lấy nhiệt từ lớp vật liệu trong bộ tái tạo được chia thành hai phương thức: lấy nhiệt từ ống cuộn bên trong và lấy nhiệt từ bộ lấy nhiệt bên ngoài (bộ lấy nhiệt bên ngoài lại được chia thành loại “dòng chảy từ trên xuống” và loại “dòng chảy từ dưới lên”). Trong thiết kế cấu trúc bộ thu nhiệt bên ngoài, tôi đã đề xuất giải pháp sử dụng ống có cánh dọc để thu nhiệt một cách hiệu quả, từ đó nâng cao hiệu suất truyền nhiệt và làm cho cấu trúc bộ thu nhiệt trở nên gọn gàng hơn. Đồng thời, một số nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực ứng dụng, vốn trước đây chưa từng được thực hiện, cũng được tổ chức triển khai. Ví dụ, Đại học Dầu khí được giao nhiệm vụ nghiên cứu về động lực học quá trình cháy; còn Viện Kỹ thuật Quy trình thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc thì chuyên nghiên cứu về hiện tượng lưu chất trong trạng thái lỏng. Năm 1985, dự án chuyển hóa dầu thô ở áp suất bình thường tại Đại Khánh đã thành công tại nhà máy lọc dầu Shijiazhuang. Những thành tựu nghiên cứu này đã giúp Trung Quốc trở thành quốc gia dẫn đầu thế giới trong lĩnh vực chế biến dầu thô bằng phương pháp xúc tác. Ở nước ngoài, các thiết bị cracking xúc tác thường được sắp xếp theo kiểu song song cùng chiều cao, song song khác chiều cao, hoặc kiểu trục đồng tâm. Trong khi đó, các thiết bị cracking xúc tác được xây dựng ở Trung Quốc trong những năm trước đây đều thuộc kiểu song song cùng chiều cao. Tôi đã nghe theo lời khuyên của Phó kỹ sư trưởng công ty, ông Jiao Liansheng, và cùng với đội ngũ kỹ sư tại nhà máy thí nghiệm ở Luoyang, chúng tôi đã phát triển loại thiết bị cracking xúc tác kiểu trục đồng tâm – loại thiết bị có diện tích sử dụng nhỏ hơn và khả năng vận hành linh hoạt hơn. Chúng tôi đã vượt qua được những thách thức liên quan đến van điều khiển, việc kiểm soát quy trình sản xuất, và quá trình tái tạo hai giai đoạn. Thiết bị cracking xúc tác kiểu trục đồng tâm với công suất 50.000 tấn/năm đã được đưa vào hoạt động. Sau khi được các chuyên gia thuộc Sinopec đánh giá, họ đã hỗ trợ đội ngũ thiết kế do anh Chen Daoyi dẫn đầu trong việc xây dựng một thiết bị có công suất gấp 10 lần, tức là 500.000 tấn/năm, tại Lan Zhou. Vào các năm 1984 và 1985, thiết bị này đã giành được giải Thưởng vàng về thiết kế và Giải nhất về tiến bộ khoa học kỹ thuật. Năm 1988, kỹ sư trưởng Zhu Renyi của nhà máy lọc dầu Shanghai Gaoqiao đã đề xuất với tôi rằng thiết bị cracking xúc tác có công suất 1 triệu tấn/năm được xây dựng tại Gaoqiao cần phải có cấu trúc gọn gàng theo kiểu đồng trục, đồng thời cũng cần có khả năng tái chế hiệu quả các bình chứa chất bị cháy. Chúng tôi đã đón nhận thách thức này và đề xuất một giải pháp sáng tạo hơn, đó là lắp đặt các tấm phân bố lỗ lớn ở phía trên bể đốt. Trên các tấm phân bố này, người ta thiết lập các giường chảy có dòng chảy tuần hoàn cao. Giải pháp này đã được kiểm chứng trong phòng nghiên cứu thiết bị của công ty, và cuối cùng đã được áp dụng thành công tại nhà máy lọc dầu của công ty Takahashi Petrochemical. Ngày nay, chúng ta có thể thiết kế các thiết bị cracking xúc tác dựa trên nhu cầu của quy trình sản xuất của doanh nghiệp; quy mô sản xuất có thể từ 50.000–100.000 tấn/năm, hoặc lên đến 3,5–4 triệu tấn/năm. Thiết kế kỹ thuật cho quá trình phân hủy xúc tác đã tiến từ việc “bắt chước một cách máy móc” lên thành trạng thái “sáng tạo và linh hoạt”. Nếu nói rằng việc phát triển thiết bị cracking xúc tác ở Fushun vào thời điểm đó giống như một bông hoa nở rộ một mình, thì giờ đây đã trở thành cả một khu vườn rực rỡ hoa lá. Là một trong những người phát triển công nghệ cracking xúc tác dạng lỏng của Trung Quốc, tôi đã chứng kiến sự phát triển và trưởng thành của công nghệ lọc dầu ở đây, và cảm thấy vô cùng tự hào.

Học tập theo tấm gương của Trần Tuấn Vũ, để góp phần phát triển ngành hóa dầu.

Ai quan tâm đến lĩnh vực phân hủy xúc tác thì hãy add WeChat liyubo0818 nhé. Như vậy sẽ thuận tiện hơn trong việc trao đổi thông tin về chủ đề này. Cảm ơn!