Sản Phẩm Lọc Hóa Dầu Là Gì?

Ngày nay, các hóa chất làm từ dầu mỏ và khí thiên nhiên hay còn gọi là sản phẩm hóa dầu là một trong các thành phần nền tảng của hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại. Đơn cử trong máy bay đời mới hiện đại nhất là Boeing 787 Dreamliner, vật liệu tổng hợp hiện đại từ các sản phẩm hóa dầu chiếm hơn nửa cấu trúc chính. Ngoài ra, phần lớn vật dụng và hàng hóa sử dụng hằng ngày như xe hơi, 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 chữa bệnh đều được sản xuất từ các sản phẩm hóa dầu. 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.

Nhà máy Lọc dầu Dung Quất

Sản phẩm lọc dầu chủ yếu là các loại nhiên liệu (LPG, xăng, dầu hỏa, dầu DO, FO), một số sản phẩm khác như dầu nhờn, nhựa đường, lưu huỳnh, sáp, cốc dầu và các loại nguyên liệu cho hóa dầu. Sản phẩm lọc dầu được sản xuất từ các nhà máy lọc dầu (NMLD) với nguyên liệu là dầu thô, loại nhiên liệu hóa thạch được sinh ra từ việc phân hủy trong điều kiện không có không khí của thực vật và động vật bị chôn vùi trong vỏ trái đất và/hoặc sự tổng hợp của các nguyên tố cacbon và hydro ở điều kiện nhiệt độ và áp suất rất cao qua hàng trăm triệu năm. Các sản phẩm lọc dầu nguyên thủy đơn giản được chưng tách từ dầu thô. Ngày nay tỷ lệ các thành phần được tổng hợp mới trong sản phẩm lọc dầu đã tăng cao để cải thiện các chất lượng của sản phẩm lọc dầu.

Sản phẩm hóa dầu là các hóa chất được sản xuất từ nguyên liệu là sản phẩm trung gian của NMLD hoặc từ khí thiên nhiên. Nguyên liệu cơ bản để sản xuất các sản phẩm hóa dầu được chia làm 3 nhóm chính dựa trên cấu trúc hóa học của chúng. Nhóm đầu tiên là các olefin bao gồm ethylene, propylene và butylene, butadiene. Các olefin này là nguyên liệu cơ sở để sản xuất hóa chất công nghiệp, các loại chất dẻo, nhựa và cao su tổng hợp. Nhóm thứ hai là các hợp chất thơm (aromatics) bao gồm benzene, toluene và xylene dùng để sản xuất thuốc nhuộm và chất tẩy rửa tổng hợp, các loại nhựa và sợi nhân tạo. Nhóm cuối cùng là khí tổng hợp tức là hỗn hợp của khí CO và hydro, được dùng làm nguyên liệu để sản xuất ammoniac và methanol. Trong đó ammoniac là nguyên liệu quan trọng để sản xuất các loại phân đạm, axit nitơric, hợp chất gốc amine, còn methanol là một loại dung môi quan trọng và là nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm hóa dầu khác.

Công nghệ lọc hóa dầu - những điều cần biết

Thật thần kỳ khi bằng trí tuệ của mình, con người đã sáng tạo ra các công nghệ để chuyển hóa dầu khí sơ khai trong tự nhiên thành các sản phẩm lọc hóa dầu với tính chất hoàn toàn khác biệt, thay thế sản phẩm thiên nhiên với tính năng tốt hơn, độ bền cao hơn, giá thành thấp hơn, có các đặc tính riêng biệt, thông minh hơn, thân thiện với môi trường hơn như xăng dầu sạch thay thế dầu đốt tự nhiên, cao su tổng hợp thay thế cao su thiên nhiên, xơ sợi tổng hợp thay cho bông, lụa, các loại nhựa thay thế cho gỗ và thép trong xây dựng, đồ dùng và linh kiện thiết bị, máy móc.

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.

Từ dầu thô không đơn giản theo kiểu nói dân gian là đào lên sẽ sử dụng được ngay. Dầu thô là một hỗn hợp phức tạp gồm hàng nghìn chất khác nhau. Dầu thô thường bị lẫn các tạp chất như nước và các loại muối khoáng từ quá trình khai thác ở mỏ dầu. 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, ta thu được một loạt các phân đoạn với khoảng nhiệt độ sôi nhất định tương ứng với mục đích sử dụng sản phẩm cuối. Trong NMLD, thông thường dầu thô được chưng cất ở áp suất khí quyển thành các phân đoạn: khí đốt, LPG, Naphtha (dùng để pha xăng), Kerosene (dùng để pha dầu hỏa hoặc nhiên liệu phản lực), Gas Oil (dùng để pha dầu DO) và cặn dầu. Cặn chưng cất khí quyển có thể được tiếp tục chưng cất dưới áp suất thấp (chưng cất chân không) để tiếp tục phân 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. Tùy theo yêu cầu của chất lượng sản phẩm cuối mà quá trình chuyển hóa hóa học hoặc loại phụ gia phù hợp được lựa chọn.

Từ dầu thô, bằng hàng chục quá trình công nghệ lọc dầu, người ta có thể sản xuất ra hàng trăm loại sản phẩm xăng dầu và nguyên liệu hóa dầu.

Từ các nguyên liệu cơ bản được sản xuất từ NMLD hoặc được sản xuất từ khí thiên nhiên (các olefin, các hợp chất thơm và khí tổng hợp), bằng hàng trăm công nghệ đa dạng, phức tạp, có thể tạo ra hàng ngàn sản phẩm hóa dầu hữu ích (chất dẻo, nhựa, xơ sợi, phân bón, thuốc chữa bệnh, hóa chất khác). Công nghệ hóa dầu với nhiều cách kết hợp các loại nguyên liệu cơ bản với nhau, thay đổi bản chất nguyên liệu về mặt hóa học để tạo thành các sản phẩm có tính chất như mong muốn.

Nói đến công nghệ lọc dầu và hóa dầu, không thể không nói đến xúc tác. Xúc tác là yếu tố cực kỳ quan trọng của các quá trình công nghệ lọc hóa dầu. Nó là chìa khóa và là động lực để phát triển các công nghệ mới, sản phẩm mới.

Xu hướng tương lai của sản phẩm và công nghệ lọc hóa dầu

Các sản phẩm lọc hóa dầu là những vật liệu hữu ích, nhưng cũng là các hóa chất nguy hiểm và độc hại đối với con người và hệ sinh thái khi tiếp xúc trực tiếp cũng như khi được phát thải ra môi trường đất, nước và không khí. Một số sản phẩm hóa dầu khi được hấp thụ qua da hoặc đường tiêu hóa rồi tích tụ trong tế bào và bộ phận cơ thể như não hoặc gan có thể gây tổn hại cho não, hệ thần kinh và gan, gây 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

Vào năm 2050 sẽ có 9 tỉ người nhưng vẫn chỉ có 1 trái đất. Do đó con người sẽ phải quan tâm hơn đến việc sử dụng hiệu quả tài nguyên thiên nhiên, đến môi trường và khí hậu, thực phẩm và dinh dưỡng hằng ngày và tựu trung là chất lượng cuộc sống. Các sản phẩm lọc hóa dầu cũng không nằm ngoài xu thế này và cũng sẽ được cải tiến, sáng tạo ra để nâng cao chất lượng cuộc sống con người nhưng giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường và thiên nhiên.

Chỉ sau khi NMLD Dung Quất bắt đầu đi vào hoạt động (2009), 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.

Như vậy, trong tương lai, nhờ các tiến bộ khoa học công nghệ, sản phẩm lọc hóa dầu có xu hướng thân thiện với môi trường hơn (đi từ tự nhiên nhiều hơn và dễ bị phân hủy hoặc ít sinh ra chất thải độc hại hơn), hữu dụng hơn (sợi thấm nước, nhựa độ cứng cao nhưng dễ chế tạo, đặc biệt cho máy in 3D, phân bón phân giải chậm…), thông minh hơn (thích ứng với điều kiện bên ngoài như độ ẩm, nhiệt độ môi trường, thích ứng với người sử dụng).

Tương ứng với xu hướng nhu cầu của các sản phẩm lọc hóa dầu, ngành công nghiệp hóa dầu trong tương lai sẽ chú trọng hơn vào phát triển công nghệ và sáng tạo sản phẩm để nâng cao chất lượng cuộc sống, cung cấp cho người tiêu dùng những sản phẩm công nghệ hiện đại, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao. Bản thân công nghệ sẽ càng ngày càng sử dụng nguyên liệu và năng lượng hiệu quả hơn, giảm thiểu chất thải ra môi trường và gia tăng giá trị sản phẩm tạo thành. Các sản phẩm hóa dầu giúp các ngành công nghiệp phía sau tạo ra các sản phẩm cải thiện chất lượng cuộc sống qua việc kéo dài tuổi thọ, giảm khối lượng và gia tăng độ bền, độ mềm dẻo và tiện dụng.

Các ngành công nghiệp chủ đạo trong tương lai sẽ phát triển để nâng cao chất lượng cuộc sống con người một cách bền vững là giao thông vận tải, nông nghiệp, xây dựng, năng lượng và sử dụng tài nguyên thiên nhiên, sản phẩm tiêu dùng, điện tử và chăm sóc sức khỏe. Trong các ngành công nghiệp này, nhờ công nghệ và sản phẩm lọc hóa dầu, nhiều lĩnh vực sẽ có tăng trưởng mạnh và tạo ra nhiều sản phẩm mới như pin, xúc tác sinh học (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, năng lượng gió. Các xu hướng công nghệ mới sẽ là nguyên vật liệu, hệ thống và công nghệ sản xuất các vật liệu ở kích thước siêu nhỏ (nano), thay đổi nguyên liệu thô và công nghệ sinh học.

Trong vòng 20-30 năm tới, ngành công nghiệp lọc - hóa dầu của thế giới sẽ phát triển với những xu thế đặc thù đã được hình thành:

Các nguồn dầu thô càng ngày càng nặng hơn, chứa nhiều lưu huỳnh hơn, cần phải sử dụng kết hợp các công nghệ cracking xúc tác, hydrocracking, cốc hóa và khử lưu huỳnh, với sơ đồ chế biến sâu hơn.

Chất lượng sản phẩm xăng dầu ngày càng cao, ngày càng sạch (Euro IV, V) đòi hỏi sử dụng các công nghệ chuyển hóa sâu, tinh chế sản phẩm với các thế hệ xúc tác mới có hoạt tính và độ chọn lọc cao hơn.

Sử dụng CNG, LNG làm nhiên liệu động cơ, thay thế một phần xăng dầu, nhất là ở các đô thị và khu công nghiệp

Hoàn thiện công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 2, thứ 3, sử dụng các quá trình nhiệt phân nhanh kết hợp với các công nghệ chế biến bằng hydrogen truyền thống, đảm bảo được tính cạnh tranh về hiệu suất và hiệu quả kinh tế, môi trường, chuẩn bị cho tương lai dài.

Khí thiên nhiên sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nguồn nguyên liệu cho hóa dầu và lọc dầu với việc sử dụng công nghệ khí tổng hợp, chuyển hóa qua Metanol, olefin, các dẫn xuất của quá trình oxo. Các thế hệ xúc tác mới cho phép chế biến hiệu quả khí thiên nhiên với hàm lượng CO2 cao.

Những liên hợp lọc dầu - hóa dầu - hóa khí với quy mô lớn sẽ xuất hiện ngày càng nhiều, nhất là tại các thị trường đang lên như ở khu vực Châu Á - Thái Bình Dương, thay thế cho những NMLD cũ ở các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc đang lần lượt dừng hoạt động.

Hiện trạng và tương lai công nghiệp lọc - hóa dầu tại Việt Nam

Ở Việt Nam lĩnh vực lọc hóa dầu đã bắt đầu từ năm 1982 với các NMLD đơn giản, quy mô nhỏ 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 bắt đầu đi vào hoạt động (2009), 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. Khi các tổ hợp, nhà máy lọc hóa dầu dần đi vào hoạt động, ngành công nghiệp lọc hóa dầu Việt Nam sẽ phát triển từ lọc dầu đến hóa dầu và hóa dầu từ khí thiên nhiên.

Công nghệ và sản phẩm lọc hóa dầu ở Việt Nam trong tương lai cũng không nằm ngoài xu hướng thế giới. Các tổ hợp lọc - hóa dầu sẵn có như Dung Quất, Nghi Sơn… sẽ được nâng cấp để có thể chế biến các loại dầu thô có chất lượng thấp với giá rẻ hơn thành các sản phẩm lọc dầu sạch và ít gây ô nhiễm môi trường hơn; ngoài xăng dầu sẽ có thêm các loại nhựa đường, dầu nhờn, lưu huỳnh và nhiều chủng loại sản phẩm trung gian và thành phẩm hóa dầu mới. Các sản phẩm hóa dầu sẽ được sản xuất bằng công nghệ hiện đại, tiên tiến, chú trọng đến hóa dầu từ khí thiên nhiên, thế mạnh của Việt Nam trong tương lai với các mỏ khí trải dài ngoài khơi 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 với sản phẩm đa dạng, làm nền tảng để các ngành công nghiệp có liên quan phát triển, cung cấp nguyên liệu trong nước ổn định cho ngành công nghiệp hóa chất, công nghiệp phụ trợ và dệt may để tăng khả năng cạnh tranh, hội nhập với khu vực, tận dụng được 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).

Tiến sĩ Nguyễn Anh Đức