Trong đa số các lĩnh vực công nghiệp hiện đại, sản phẩm từ dầu được xem là một trong những thành phần quan trọng. Các hoá chất được tạo ra từ dầu và khí tự nhiên được sử dụng để sản xuất nhiều sản phẩm hàng ngày như xe ô tô, máy tính, điện thoại di động, đồ chơi trẻ em, thuốc trừ sâu, phân bón, quần áo, đồ thể thao, dầu gội đầu, nước hoa, chất tẩy rửa trong nhà, chai nước giải khát và thuốc điều trị bệnh tật. Ngoài ra, một số sản phẩm từ dầu còn được sử dụng trong các lĩnh vực sức khỏe, vệ sinh, tiêu dùng, thực phẩm và công nghệ. Vật liệu tổng hợp hiện đại được sử dụng trong các máy bay hiện đại như Boeing 787 Dreamliner cũng được tạo ra từ các sản phẩm từ dầu. Nhờ vào các sản phẩm từ dầu, cuộc sống của con người hiện đại trở nên tiện nghi hơn và tuổi thọ cũng tăng lên đáng kể so với các thế kỷ trước đây.
Nhà máy Lọc dầu Dung Quất |
Các dòng chính của nhiên liệu dùng cho sản phẩm lọc dầu bao gồm LPG, xăng, dầu hỏa, dầu diesel, FO và nhiều sản phẩm khác như dầu bôi trơn, nhựa đường, lưu huỳnh, sáp, cốc dầu và các thành phần khác cho hóa dầu. Tất cả các sản phẩm lọc dầu đều được sản xuất từ dầu thô và được tách riêng từ nhà máy lọc dầu (NMLD). Loại nhiên liệu hóa thạch này được hình thành từ sự phân hủy của thực vật và động vật đã chôn vùi trong đất hoặc do quá trình tổng hợp các nguyên tố cacbon và hydro trong điều kiện nhiệt độ và áp suất rất cao trong hàng triệu năm. Các sản phẩm lọc dầu nguyên thủy dễ dàng được tách ra từ dầu thô. Tuy nhiên, hiện nay tỷ lệ các thành phần tổng hợp mới trong sản phẩm lọc dầu đã tăng lên để cải thiện chất lượng của sản phẩm này.
Các chất hóa học sản xuất từ nguyên liệu trung gian của NMLD hoặc từ khí thiên nhiên được coi là sản phẩm của ngành công nghiệp dầu khí. Để sản xuất các loại sản phẩm này, nguyên liệu cơ bản được phân loại thành 3 nhóm chính dựa trên cấu trúc hóa học của chúng. Nhóm đầu tiên là các hợp chất olefin bao gồm ethylene, propylene và butylene, butadiene. Các hợp chất này được sử dụng làm nguyên liệu cơ sở để sản xuất các chất hóa học công nghiệp, các loại nhựa, chất dẻo và cao su tổng hợp. Nhóm thứ hai là các hợp chất thơm (aromatics) bao gồm benzene, toluene và xylene. Chúng được sử dụng để sản xuất các loại thuốc nhuộm và chất tẩy rửa tổng hợp, các loại nhựa và sợi nhân tạo. Nhóm cuối cùng là khí tổng hợp, gồm hỗn hợp của khí CO và hydro. Nó được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất ammoniac và methanol. Ammoniac là nguyên liệu quan trọng để sản xuất các loại phân đạm, axit nitơric và các hợp chất gốc amine. Methanol là một loại dung môi quan trọng và là nguyên liệu để sản xuất các loại sản phẩm hóa dầu khác.
Kiến thức cần phải nắm về công nghệ lọc dầu.
Các công nghệ đang được sáng tạo bởi con người để biến đổi dầu khí thô trong môi trường tự nhiên thành các sản phẩm lọc hóa dầu với tính chất độc đáo là một kỳ tích. Những sản phẩm này có tính năng tốt hơn và độ bền cao hơn so với các sản phẩm thiên nhiên, đồng thời giá thành lại thấp hơn và có những đặc điểm độc đáo. Ngoài ra, những sản phẩm này còn thông minh hơn và thân thiện với môi trường hơn, ví dụ như xăng dầu sạch thay thế cho dầu đốt thiên nhiên, cao su tổng hợp thay thế cho cao su thiên nhiên, xơ sợi tổng hợp thay thế cho bông, lụa, nhựa thay thế cho gỗ và thép trong việc xây dựng và sử dụng các linh kiện và thiết bị.
Kiểm tra kỹ thuật tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất |
Sản phẩm hóa dầu đã tạo nên những điều kỳ diệu trong các lĩnh vực sức khỏe, vệ sinh, hàng tiêu dùng, thực phẩm và công nghệ, giúp cuộc sống con người hiện nay tiện nghi hơn và tuổi thọ tăng hơn nhiều so với các thế kỷ trước. |
Đào lên dầu thô không đơn giản như cách dân gian nói rằng có thể sử dụng ngay. Dầu thô là một hỗn hợp phức tạp gồm hàng nghìn chất khác nhau và thường bị lẫn các tạp chất như nước và các loại muối khoáng từ quá trình khai thác ở mỏ dầu. Do đó, các tạp chất này cần được loại bỏ thông qua quá trình khử muối và nước trước khi đưa vào chưng cất dầu thô. Khi chưng cất dầu thô, chúng ta thu được một chuỗi các phân đoạn với nhiệt độ sôi tương ứng với mục đích sử dụng sản phẩm cuối. Trong ngành công nghiệp dầu mỏ, dầu thô thường được chưng cất ở áp suất khí quyển để tách thành các phân đoạn khác nhau như khí đốt, LPG, Naphtha (dùng để pha xăng), Kerosene (dùng để pha dầu hỏa hoặc làm nhiên liệu phản lực), Gas Oil (dùng để pha dầu DO) và cặn dầu. Cặn dầu chưng cất ở áp suất khí quyển có thể được tiếp tục chưng cất ở áp suất thấp (chưng cất chân không) để tách thành các phân đoạn khác. Các phân đoạn thu được từ quá trình chưng cất dầu thô cần được nâng cấp chất lượng trước khi sử dụng thông qua các quá trình chuyển hóa hóa học (công nghệ reforming, đồng phân hóa, alkyl hóa, cracking nhiệt, cracking xúc tác, hydrocracking, cốc hóa, xử lý bằng hydro) hoặc được phối trộn với phụ gia. Quá trình chuyển hóa hóa học hoặc loại phụ gia phù hợp được lựa chọn tùy theo yêu cầu của chất lượng sản phẩm cuối.
Có hàng trăm sản phẩm khác nhau bao gồm xăng dầu và các nguyên liệu hóa dầu có thể được tạo ra từ dầu thô thông qua nhiều công nghệ lọc dầu khác nhau.
Với hàng trăm công nghệ đa dạng, phức tạp, bao gồm nguyên liệu cơ bản từ NMLD hoặc khí thiên nhiên (như olefin, các hợp chất thơm và khí tổng hợp), nhiều sản phẩm hóa dầu có tính chất hữu ích như chất dẻo, nhựa, xơ sợi, phân bón, thuốc chữa bệnh và hóa chất khác có thể được tạo ra. Các kỹ thuật hóa dầu thay đổi tính chất hóa học của nguyên liệu để tạo ra sản phẩm mong muốn, kết hợp các loại nguyên liệu cơ bản với nhau.
Không thể không đề cập đến tác nhân khi nói đến công nghệ lọc dầu và hóa dầu. Tác nhân có vai trò quan trọng trong các quá trình công nghệ lọc hóa dầu. Nó là yếu tố quan trọng và động lực để phát triển sản phẩm và công nghệ tiên tiến hơn.
Phương hướng tiên tiến của sản phẩm và công nghệ lọc dầu.
Các sản phẩm lọc hóa dầu được xem là những vật liệu hữu ích, tuy nhiên chúng cũng chứa những hóa chất độc hại có thể gây nguy hiểm đến sức khỏe của con người và hệ sinh thái nếu tiếp xúc trực tiếp hoặc phát thải ra môi trường đất, nước và không khí. Khi một số sản phẩm hóa dầu được hấp thụ vào cơ thể qua da hoặc đường tiêu hóa và tích tụ trong tế bào và các bộ phận như não hoặc gan, chúng có thể gây hại cho các bộ phận này, gây ra dị tật bẩm sinh, suyễn, rối loạn hệ hóc môn, dị ứng và nghiêm trọng hơn là ung thư.
Nhà máy Lọc hóa dầu Nghi Sơn |
Việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên hiệu quả, bảo vệ môi trường và khí hậu, chăm sóc sức khỏe và dinh dưỡng hàng ngày, cùng với chất lượng cuộc sống là những vấn đề cần quan tâm đối với con người. Với dân số dự kiến sẽ đạt 9 tỉ người vào năm 2050, nhưng vẫn chỉ có một trái đất, việc này càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Các sản phẩm lọc hóa dầu cũng đang được cải tiến và sáng tạo để tăng cường chất lượng cuộc sống của con người, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường và thiên nhiên đang là một xu hướng không thể bỏ qua.
Chỉ sau khi NMLD Dung Quất bắt đầu đi vào hoạt động , chuỗi giá trị lọc hóa dầu từ nguyên liệu là dầu thô đến một sản phẩm hóa dầu cuối là nhựa PP mới được hoàn tất. |
Trong tương lai, các sản phẩm lọc dầu sẽ có xu hướng trở nên thân thiện với môi trường hơn nhờ các tiến bộ khoa học công nghệ. Những sản phẩm này sẽ được sản xuất từ các nguồn tài nguyên tự nhiên nhiều hơn và có khả năng phân hủy dễ dàng hoặc ít tạo ra chất thải độc hại hơn. Bên cạnh đó, những sản phẩm này cũng sẽ trở nên hữu ích hơn với các tính năng như sợi thấm nước, nhựa độ cứng cao nhưng dễ chế tạo, đặc biệt là cho máy in 3D, phân bón phân giải chậm… Sản phẩm sẽ còn thông minh hơn khi có khả năng thích ứng với điều kiện bên ngoài như độ ẩm, nhiệt độ môi trường và thích ứng với người sử dụng.
Trong tương lai, ngành công nghiệp dầu hóa sẽ tập trung nhiều hơn vào phát triển công nghệ và sáng tạo sản phẩm nhằm tăng cường chất lượng cuộc sống và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng. Việc sử dụng nguyên liệu và năng lượng hiệu quả hơn sẽ giảm thiểu lượng chất thải đổ ra môi trường và tăng giá trị sản phẩm. Các sản phẩm dầu hóa sẽ giúp tạo ra những sản phẩm cải thiện chất lượng cuộc sống, kéo dài tuổi thọ, giảm khối lượng và tăng độ bền, độ mềm dẻo và tiện dụng, góp phần cho các ngành công nghiệp kế tiếp.
Để cải thiện chất lượng cuộc sống của con người theo cách bền vững, các lĩnh vực chủ đạo trong tương lai sẽ phát triển, bao gồm lĩnh vực vận tải, sản xuất nông nghiệp, xây dựng, sử dụng tài nguyên thiên nhiên, sản phẩm tiêu dùng, công nghệ điện tử và chăm sóc sức khỏe. Các sản phẩm và công nghệ lọc dầu sẽ hỗ trợ cho nhiều lĩnh vực trong các ngành công nghiệp này phát triển mạnh mẽ và tạo ra nhiều sản phẩm mới, như pin, enzyme, quản lý năng lượng điện và điện tử, bảo vệ thực vật, quản lý nhiệt năng trong xây dựng, vật liệu tổng hợp nhẹ, điện hữu cơ, công nghệ sinh học cây trồng, giải pháp về tận dụng nguồn nước và năng lượng gió. Sự phát triển của nguyên liệu, hệ thống và công nghệ sản xuất các vật liệu với kích thước siêu nhỏ (nano), sự thay đổi nguyên liệu thô và sự phát triển của công nghệ sinh học sẽ là các xu hướng công nghệ mới.
Các trào lưu đặc trưng đã thành lập sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp lọc hóa dầu trên toàn cầu trong khoảng 20-30 năm tới.
Để xử lý các nguồn dầu thô chứa nhiều lượng lưu huỳnh, chúng ta cần áp dụng các phương pháp công nghệ như cracking xúc tác, hydrocracking, cốc hóa và khử lưu huỳnh, trong sơ đồ chế biến sâu hơn. Ngày nay, các nguồn dầu thô trở nên ngày càng đậm đặc hơn.
Để đảm bảo chất lượng sản phẩm xăng dầu ngày càng cao và sạch hơn (Euro IV, V), việc áp dụng các công nghệ chuyển hóa sâu và tinh chế sản phẩm với các thế hệ xúc tác mới có hoạt tính và độ chọn lọc tốt hơn là điều cần thiết.
Sử dụng CNG, LNG làm nhiên liệu động cơ là một phương án thay thế xăng dầu hiệu quả, đặc biệt là ở các đô thị và khu công nghiệp.
Áp dụng các kỹ thuật xử lý bằng hydro truyền thống kết hợp với quá trình nhiệt phân nhanh, hoàn thiện công nghệ sản xuất nhiên liệu tái tạo thế hệ 2 và 3. Điều này đảm bảo tính cạnh tranh về hiệu suất và hiệu quả kinh tế, môi trường và chuẩn bị cho tương lai xa.
Việc áp dụng công nghệ khí tổng hợp và chuyển đổi thành Metanol, olefin và các dẫn xuất từ quá trình oxo đã cho thấy vai trò ngày càng quan trọng của khí thiên nhiên trong nguồn cung cấp nguyên liệu cho ngành hóa dầu và lọc dầu. Hiện nay, các thế hệ xúc tác mới cho phép chế biến khí thiên nhiên một cách hiệu quả với hàm lượng CO2 cao.
Các nhà máy xử lý dầu – hóa dầu – hóa khí với quy mô lớn ngày càng được phát triển nhiều hơn, đặc biệt là tại các thị trường đang phát triển như khu vực Châu Á – Thái Bình Dương, thay thế cho các nhà máy cũ ở các nước công nghiệp tiên tiến như Mỹ, châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc đang đóng cửa.
Tình trạng hiện tại và triển vọng trong ngành công nghiệp lọc – hóa dầu tại Việt Nam.
Từ năm 1982, Việt Nam đã bắt đầu thực hiện lĩnh vực lọc hóa dầu bằng các NMLD nhỏ và đơn giản, ví dụ như nhà máy chế biến condensate Cát Lái (thuộc Saigonpetro), Phú Mỹ (thuộc Petrovietnam), Cần Thơ (do RPC, một công ty Thái Lan, đầu tư sau đó chuyển qua các nhà đầu tư Việt Nam) và các nhà máy hóa dầu riêng lẻ như 2 nhà máy nhựa PVC (do liên doanh Vinachem – TPC Vina (Thái Lan) và liên doanh Petrovietnam – Petronas đầu tư), nhà máy sản xuất chất hóa dẻo DOP (Petrovietnam, Vinachem và LG đầu tư), sản phẩm hỗ trợ cho việc sử dụng nhựa PVC thường dùng trong xây dựng. Sau đó, là các nhà máy sản xuất phân đạm từ khí thiên nhiên (Phú Mỹ và Cà Mau đầu tư bởi Petrovietnam). Tuy nhiên, chỉ sau khi NMLD Dung Quất đi vào hoạt động, chuỗi giá trị lọc hóa dầu từ nguyên liệu là dầu thô đến một sản phẩm hóa dầu cuối là nhựa PP mới được hoàn thành. Với sự hoạt động của các tổ hợp và nhà máy lọc hóa dầu, ngành công nghiệp lọc hóa dầu Việt Nam sẽ tiến tới phát triển từ lĩnh vực lọc dầu sang lĩnh vực hóa dầu và hóa dầu từ khí thiên nhiên.
Trong tương lai, Việt Nam sẽ không bỏ qua xu hướng công nghệ và sản phẩm lọc hóa dầu trên thế giới. Các tổ hợp lọc – hóa dầu đã có như Dung Quất, Nghi Sơn… sẽ được nâng cấp để chế biến các loại dầu thô chất lượng thấp thành sản phẩm lọc dầu sạch và gây ô nhiễm môi trường ít hơn với giá cả hợp lý hơn. Ngoài xăng dầu, sẽ có sự đa dạng hóa các sản phẩm như nhựa đường, dầu nhờn, lưu huỳnh và nhiều sản phẩm hóa dầu khác. Các sản phẩm hóa dầu sẽ được sản xuất với công nghệ tiên tiến, hiện đại, đặc biệt là chú trọng đến hóa dầu từ khí thiên nhiên – lợi thế của Việt Nam trong tương lai với các mỏ khí trải dài từ Bắc tới Nam. Các liên hợp lọc hóa dầu và hóa khí như Dung Quất, Nghi Sơn, Long Sơn, Phú Mỹ, Cà Mau, Miền Trung sẽ cung cấp một nền tảng sản phẩm đa dạng để các ngành công nghiệp có liên quan phát triển. Việc cung cấp nguyên liệu trong nước ổn định cho ngành công nghiệp hóa chất, công nghiệp phụ trợ và dệt may sẽ tăng khả năng cạnh tranh và hội nhập với khu vực. Ngoài ra, Việt Nam cũng sẽ tận dụng các hiệp định thương mại quốc tế và liên chính phủ như hiệp định thương mại xuyên Thái Bình Dương (TPP), các hiệp định của khu vực mậu dịch tự do ASEAN (AFTA) hay của Tổ chức Thương mại Thế giới (WTO).
Bác sĩ Nguyễn Anh Đức.