II.1. Vấn đề nguyờn liệu của CNHD
Cỏc cụng nghệ truyền thống chủ yếu sử dụng quỏ trỡnh cracking phõn đoạn naphta để tạo cỏc monome, trong khớ đú khớ tự nhiờn và khớ đồng hành được sử dụng làm nhiờn liệu hoặc phải đem đốt (tại nơi khai thỏc) và gõy ụ nhiễm mụi trường.
Do yờu cầu về mụi trường và cỏc yờu cầu lợi nhuận, CNHD ngày càng cú xu hướng sử dụng nguồn nguyờn liệu khớ (khớ tự nhiờn, khớ đồng hành, khớ húa lỏng và syngas). Đặc biệt ngày nay cỏc cụng nghệ húa dầu hiện đại đang tập trung vào cỏc quỏ trỡnh chuyển húa và tổng hợp cỏc monome cho cụng nghiệp chất dẻo, sản xuất húa chất và phõn bún, v.v… Sức cạnh tranh mạnh mẽ của cỏc cụng nghệ này sẽ hoàn toàn chiếm ưu thế so với cụng nghệ truyền thống do sử dụng nguồn nguyờn liệu giỏ rẻ và là cụng nghệ ớt phỏt thải khớ gõy hiệu ứng nhà kớnh.
Hiện nay người ta sử dụng phổ biến cỏc cụng nghệ sau:
- Tổng hợp Fischer Tropsch sử dụng khớ tự nhiờn và khớ đồng hành. Sản phẩm thu được là cỏc loại nhiờn liệu như LPG, naphta, diesel, khớ húa lỏng và sỏp.
- Tổng hợp metanol sử dụng khớ tự nhiờn. Quỏ trỡnh này đúng vai trũ quan trọng để phỏt triển cỏc sản phẩm húa chất và chất dẻo.
- Tổng hợp amoniac sử dụng khớ tổng hợp. Quỏ trỡnh cho phộp cố định ni tơ khụng khớ để sản xuất phõn đạm và hàng loạt hợp chất (sản phẩm) chứa ni tơ.
Sơ đồ chuyển húa khớ được trỡnh bày trong Hỡnh 20.
Hỡnh 20: Sơ đồ quỏ trỡnh tổng hợp từ khớ thiờn nhiờn
Hiện nay hàng năm tổng sản lượng khớ tự nhiờn được triển khai trờn toàn thế giới ước đạt 2,3x1023 m3. Theo ước tớnh, lượng khớ tự nhiờn phục vụ CNHD chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ (khoảng 5% tổng sản lượng). Phần cũn lại (95%) tổng sản lượng khớ được phõn bổ trong cỏc lĩnh vực sử dụng khỏc như sản xuất năng lượng, sản xuất khớ húa lỏng hoặc xăng dầu. Tuy nhiờn nhu cầu này cú thể sẽ thay đổi trong cỏc thập kỷ tới.
II.2. Một số quy trỡnh sản xuất cỏc sản phẩm húa dầu tiờu biểu
II.2.1. Sản xuất metanol
Trờn thế giới cú hai cụng nghệ chủ yếu tổng hợp metanol là từ khớ tự nhiờn và khớ tổng hợp. Cụng nghệ đi từ khớ tự nhiờn gồm cỏc quỏ trỡnh quan trọng là loại lưu huỳnh, tiếp theo là reforming sơ cấp và thứ cấp. Tổng hợp
metanol từ khớ tổng hợp được tiến hành qua hai thỏp phản ứng. Tuy nhiờn, metanol thu được chưa tinh khiết để thu được metanol tinh khiết cần cú cụng đoạn tinh chế (Hỡnh 21).
Hỡnh 21: Tổng hợp metanol từ khớ tự nhiờn và khớ tổng hợp
II.2.2. Tổng hợp DME
Tớnh chất của dimetylete (DME) tương tự như LPG và hợp chất này được sử dụng với nhiều mục đớch khỏc nhau (nhiờn liệu vận tải, nhiờn nhiệu gia dụng , v.v…).
DME cú thể được tổng hợp từ nhiều nguồn khỏc nhau như khớ tự nhiờn, than hoặc sinh khối (thụng qua syngas). Hai con đường chủ yếu để tổng hợp DME là phản ứng loại nước metanol (Hỡnh 22) và tổng hợp trực tiếp từ syngas (CO và H2) (Hỡnh 23).
Hỡnh 22: Sơ đồ quỏ trỡnh tổng hợp DME từ metanol
Hỡnh 23: Sơ đồ quỏ trỡnh tổng hợp DME từ khớ tổng hợp
II.2.3. Điều chế xăng, LPG, propylen từ metanol
Theo quy trỡnh này, quỏ trỡnh chuyển húa metanol thành propylen, xăng, dầu hỏa/diesel thụng qua giai đoạn tiền phản ứng tạo DME. Chất trung
gian này được đưa qua cỏc thỏp ứng cú chứa xỳc tỏc để tạo ra cỏc sản phẩm theo yờu cầu (Hỡnh 24).
Hỡnh 24: Quỏ trỡnh tổng hợp xăng, LPG, Propylen từ metanol
II.2.4. Sản xuất xăng, diesel và nhiờn liệu khớ húa lỏng (LPG) từ metanol
Theo cụng nghệ này metanol đầu tiờn được chuyển húa thành olefin. Cỏc olefin tham gia cỏc phản ứng trựng hợp hoặc đồng trựng hợp với đơn vị monome nhỏ để tạo cỏc sản phẩm oligome (khối lượng thấp hơn cỏc phõn tử polyme). Oligome qua cỏc thỏp phản ứng sẽ tạo sản phẩm xăng hoặc LPG (hay dầu hỏa/diesel) (Hỡnh 25).
Hỡnh 25: Sơ đồ quỏ trỡnh tổng hợp xăng, LPG và dầu DO, FO từ metanol
II.2.5. Sản xuất một số sản phẩm phõn bún chứa đạm
Khớ tự nhiờn là nguồn nguyờn liệu chủ yếu sản xuất amoniac (NH3), thành phần quan trong nhất để chế tạo cỏc loại phõn đạm. Từ khớ tự nhiờn và khụng khớ người ta chuyển húa thành khớ tổng hợp cung cấp cho quỏ trỡnh tổng hợp NH3 theo quỏ trỡnh Haber. Trờn 90% cỏc loại phõn đạm là hợp chất dẫn xuất của NH3 (như NH4NO3, NaNO3, Ca(NO3)2, (NH4)2SO4, (NH4)3PO4 và (NH2)2CO - urờ). Sản xuất NH3 là quỏ trỡnh cần lượng năng lượng rất lớn. Hiện nay khớ tự nhiờn là nguồn nguyờn/nhiờn liệu chớnh để sản xuất phõn đạm, do đú giỏ của khớ tự nhiờn sẽ tỏc động mạnh mẽ tới giỏ của cỏc loại phõn đạm và phõn bún núi chung. Ngoài khớ tự nhiờn, để sản xuất phõn bún người ta cũn dựng cỏc nguyờn liệu khỏc như naphta, than đỏ. Khi giỏ năng lượng tăng và nhu cầu phõn bún tăng, thỡ đương nhiờn giỏ của phõn bún sẽ tăng mạnh. Việc kiểm soỏt hiệu quả nguồn năng lượng trong quỏ trỡnh sản xuất và sử dụng phõn bún sẽ giỳp kỡềm chế ảnh hưởng của việc tăng giỏ khớ cũng như ảnh hưởng của giỏ năng lượng toàn cầu.
NH3 là một sản phẩm của CNHD. Nú cú thể được sử dụng trực tiếp làm phõn bún (ở Mỹ, Nga…) hoặc làm tiền chất để sản xuất nhiều loại phõn bún khỏc nhau. Trong nhà mỏy NH3, khớ thiờn nhiờn (chứa CH4) hoặc hiđrocacbon dạng hơi được chuyển húa trong thỏp xỳc tỏc. Quỏ trỡnh phản ứng như sau:
CH4 + H2O → 3H2 + CO
Khụng khớ sẽ là nguồn cung cấp N2. Sau khi tỏch riờng được H2 và N2
người ta điều chỉnh tỷ lệ H2:N2= 3:1 và tiến hành phản ứng tổng hợp NH3
trong thỏp tổng hợp. Phản ứng xảy ra như sau: 3H2 + N2 → 2NH3
Phản ứng này khụng xảy ra hoàn toàn, hỗn hợp khớ chưa phản ứng được quay trở lại để phản ứng tiếp. NH3 được tỏch ra nhờ thỏp ngưng tụ.
Hiện nay quỏ trỡnh sản xuất NH3 được triển khai theo cỏc cụng nghệ khỏc nhau (ỏp suất cao, ỏp suất trung bỡnh, và ỏp suất thấp).