Đối với ngành công nghiệp dầu khí nói chung và lĩnh vực lọc hóa dầu nói riêng, công nghệ xúc tác và hấp phụ có vai trò cực kỳ quan trọng, tham gia vào gần như toàn bộ quá trình sản xuất, quyết định chất lượng đầu ra của nhiên liệu và nguyên liệu cho sản xuất các sản phẩm hóa dầu. Báo điện tử PetroTimes có cuộc phỏng vấn GS.TSKH Hồ Sỹ Thoảng (nguyên Tổng giám đốc, Chủ tịch HĐQT Tổng Công ty Dầu khí Việt Nam, Chủ tịch Liên hiệp các hội Hóa học châu Á) về hiện trạng và các kết quả nghiên cứu ở trong nước cũng như trên thế giới xung quanh vấn đề này.
PV: Nhân dịp Hội nghị Khoa học toàn quốc về xúc tác và hấp phụ lần thứ 7 tại Hà Nội, xin giáo sư cho biết tầm quan trọng và ý nghĩa của hội nghị đối với ngành Dầu khí?
GS.TSKH Hồ Sỹ Thoảng: Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp dầu khí nói chung và lĩnh vực lọc hóa dầu nói riêng đã có những bước tiến đáng kể trong thời gian gần đây, thể hiện qua việc hàng loạt các dự án lọc hóa dầu đã được đầu tư, trong đó có thể kể đến một số dự án lớn như Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, Nhà máy Đạm Phú Mỹ, Nhà máy Đạm Cà Mau đã đi vào hoạt động và một số dự án khác đang trong giai đoạn triển khai.
Trong tình trạng nguồn nguyên liệu dầu thô, khí thiên nhiên ngày càng cạn kiệt, các nhà máy đang và sẽ tiếp tục đối mặt với việc phải chế biến các nguyên liệu có chất lượng xấu và thường xuyên thay đổi, đồng thời phải đáp ứng được các tiêu chuẩn chất lượng ngày càng nghiêm ngặt của sản phẩm đầu ra. Tôi cho rằng, việc chúng ta nhìn nhận, đánh giá tổng quan hiện trạng và các kết quả trong công tác nghiên cứu ở trong nước cũng như trên thế giới, trên cơ sở đó đề xuất các hướng nghiên cứu phù hợp với việc phát triển ngành công nghiệp chế biến dầu khí tại Việt Nam trong tương lai cũng như khả năng áp dụng các phương pháp nghiên cứu tiên tiến là rất cần thiết và kịp thời.
Nhà máy Lọc dầu Dung Quất – nơi hầu hết các công đoạn sản xuất đều có sự tham gia của quá trình xúc tác và hấp phụ
PV: Được biết, trên thế giới từ hơn nửa thế kỷ qua, lĩnh vực nghiên cứu xúc tác đã có sự phát triển mạnh mẽ cả trong nghiên cứu cơ bản cũng như ứng dụng và đóng góp to lớn cho sự phát triển của ngành công nghiệp lọc hóa dầu. Những dấu mốc nào được coi là quan trọng nhất, thưa giáo sư?
GS.TSKH Hồ Sỹ Thoảng: Ngày nay, trên 70% các quá trình chế biến trong công nghiệp lọc hóa dầu có sử dụng xúc tác và tại các nước có nền công nghiệp phát triển thì các quá trình sản xuất có sự tham gia của chất xúc tác đóng góp đến 20% GDP, ước tính tổng giá trị các sản phẩm sản xuất từ các quá trình xúc tác hằng năm sẽ vào khoảng 7.500 tỉ USD. Điều này cho thấy sự đóng góp quan trọng của xúc tác trong công nghiệp lọc hóa dầu nói riêng và trong công nghiệp nói chung.
Trong công nghiệp lọc dầu, có thể kể đến các phát kiến sau đây đã có tác động lớn trong lĩnh vực xúc tác: Sử dụng zeolít (loại cấu trúc Y) làm pha hoạt động cho xúc tác cracking tầng sôi (FCC) vào những năm đầu thập niên 60 của thế kỷ trước đã góp phần nâng cao hiệu suất các sản phẩm có giá trị cao như xăng, giảm sự tạo cốc trên xúc tác, sau đó là các nghiên cứu cải tiến pha nền cho phép chế biến các loại nguyên liệu nặng chứa nhiều kim loại nặng như V, Ni và sử dụng thêm zeolít ZSM-5 trong thành phần chất xúc tác để tăng hiệu suất các olefin nhẹ và trị số octan của xăng.
Ngoài ra, có thể kể đến các nghiên cứu như bổ sung các chất xúc tiến Sn, Re, Ir cho xúc tác refoming, sử dụng zeolit Y siêu bền cho xúc tác hydrocracking, sử dụng xúc tác lưỡng chức năng trên cơ sở Pt trên chất mang nhôm ôxít được clo hóa hoặc zeolit dạng mordenit, xúc tác kim loại quý trên vật liệu zeolit trong phản ứng đồng phân hóa loại bỏ sáp (isodewaxing) và xúc tác ZSM-5 cho phản ứng chuyển hóa methanol thành xăng đã góp phần nâng cao hiệu quả của các quá trình chế biến trong các nhà máy lọc dầu.
Trong lĩnh vực hóa dầu, phải kể đến các nghiên cứu về xúc tác reforming hơi nước khí thiên nhiên trong quá trình sản xuất khí tổng hợp (synthesis gas). Các nghiên cứu về vật liệu như ZSM-5, SAPO-34 đã dẫn tới các ứng dụng trong các quá trình FCC, cracking olefin, chuyển hóa methanol thành olefin (MTO) đều là những quá trình quan trọng góp phần nâng cao hiệu suất các olefin nhẹ cũng như linh động điều chỉnh tỷ lệ propylen/ethylen trong các tổ hợp lọc hóa dầu. Nghiên cứu biến tính pha hoạt động và chất mang trong hệ xúc tác Pt/Al2O3 cũng đã được ứng dụng trong quá trình dehydro hóa các alkan để sản xuất olefin nhẹ. Một trong những quá trình đã được áp dụng để sản xuất olefin nhẹ tuy chiếm tỷ lệ không lớn nhưng lại có được những kết quả nghiên cứu thành công rực rỡ là quá trình metathesis (giải thưởng Nobel năm 2005 cho 3 nhà khoa học Pháp và Mỹ đã có công nghiên cứu cơ chế và phát triển các hệ xúc tác tiên tiến cho phản ứng này).
Nhìn chung, lĩnh vực nghiên cứu xúc tác đã có những đóng góp to lớn trong 50 năm qua cho việc nâng cao hiệu quả cũng như đa dạng hóa các quá trình lọc hóa dầu và góp phần thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ nền công nghiệp lọc hóa dầu trên thế giới.
PV: Từ năm 2010 đến nay giáo sư là thành viên Hội đồng Tư vấn quốc tế Tạp chí Chemistry-An Asian Journal, hẳn giáo sư nhìn nhận rất tường minh về xu hướng nghiên cứu ứng dụng xúc tác trong tương lai?
GS.TSKH Hồ Sỹ Thoảng: Xu hướng các nghiên cứu xúc tác lọc hóa dầu trên thế giới hiện nay đang tập trung vào một số lĩnh vực như: Giảm chi phí sản xuất thông qua cải tiến các hệ xúc tác hiện có trong các quá trình truyền thống, trong đó tập trung chủ yếu vào nâng cao độ chọn lọc của xúc tác, đặc biệt là độ chọn lọc của các phản ứng ôxy hóa; phát triển các loại xúc tác mới cho các quá trình chế biến khí thiên nhiên (quan tâm các mỏ khí xa bờ có chi phí khai thác cao) và than thành nhiên liệu và các sản phẩm hóa dầu; xúc tác cho các quá trình sản xuất nhiên liệu thay thế từ sinh khối và các nguồn rác thải, sử dụng CO2 như một nguồn nguyên liệu chứa carbon, sản xuất H2 làm nhiên liệu và áp dụng các công nghệ phản ứng mới để nâng cao hiệu quả của các quá trình như công nghệ bình phản ứng màng (membrane reactor), công nghệ phản ứng vi dòng (microflow reactor)…
Để giải quyết các vấn đề này, việc nghiên cứu tìm kiếm vật liệu xúc tác mới, công nghệ phản ứng mới, cơ chế phản ứng, bản chất các tâm hoạt động cũng như cấu trúc của các chất xúc tác đã không ngừng cải tiến và ứng dụng những phương pháp, kỹ thuật ngày càng phức tạp và tinh vi hơn.
GS.TSKH Hồ Sỹ Thoảng
PV: Về tình hình nghiên cứu trong nước và hướng phát triển xúc tác trong lĩnh vực chế biến dầu khí tại Việt Nam, theo đánh giá của giáo sư có thành tựu nào đáng kể?
GS.TSKH Hồ Sỹ Thoảng: Lĩnh vực nghiên cứu xúc tác tại Việt Nam đã được hình thành từ thập niên 60 và phát triển mạnh trong khoảng 10 năm gần đây cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp lọc hóa dầu tại các phòng thí nghiệm nghiên cứu xúc tác của các trường đại học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và các viện nghiên cứu thuộc một số tập đoàn kinh tế. Điểm đáng lưu ý là các phòng thí nghiệm này hoạt động một cách đơn lẻ và chưa theo một định hướng phát triển hoặc một mục tiêu chung được quy hoạch rõ ràng nào.
Về trang thiết bị, ngoài một số phòng thí nghiệm trọng điểm hoặc các phòng thí nghiệm thuộc các tập đoàn kinh tế lớn như Tập đoàn Dầu khí Việt Nam được trang bị tương đối đồng bộ, bài bản thì hầu hết các phòng thí nghiệm khác nói chung còn thiếu một số trang thiết bị hiện đại, thiếu sự đầu tư đồng bộ nên việc thực hiện các nghiên cứu phức tạp, tinh vi và đòi hỏi độ chính xác cao, quy mô lớn gắn với các sản phẩm cụ thể và thời gian thực hiện ngắn còn khó khăn. Các hệ xúc tác thường được nghiên cứu còn đơn giản, trong đó các nghiên cứu về xúc tác lọc dầu tập trung vào một số phản ứng như cracking, refoming, đồng phân hóa cấu trúc và làm sạch bằng hydro. Trong lĩnh vực hóa dầu, các nghiên cứu tập trung vào các quá trình như dehydro hóa, alkyl hóa, chuyển hóa bất cân đối toluen, đồng phân hóa hóa m-xylen, chuyển hóa CO, CO2 thành hydrocacbon và methanol, oxy hóa methanol thành formaldehyde.
PV: Viện Dầu khí Việt Nam là đầu mối nghiên cứu khoa học công nghệ của ngành Dầu khí, tại đây chắc sẽ có những ưu tiên cho các nghiên cứu chuyên ngành, thưa giáo sư?
GS.TSKH Hồ Sỹ Thoảng: Tại Viện Dầu khí Việt Nam, nghiên cứu xúc tác đã bắt đầu được thực hiện từ cuối thập niên 90, mở đầu bằng việc đánh giá một số loại xúc tác refoming và cracking thương mại làm định hướng quan trọng cho các nhà máy lọc dầu trong việc lựa chọn loại xúc tác, phụ gia xúc tác phù hợp. Các kết quả nghiên cứu này cho thấy việc lựa chọn loại xúc tác, phụ gia tối ưu không những giúp cho các nhà máy lọc dầu linh động điều chỉnh nguyên liệu đầu vào, cơ cấu sản phẩm mà còn có thể nâng cao hiệu quả kinh tế của nhà máy.
Kết quả nghiên cứu quá trình đầu độc xúc tác loại bỏ lưu huỳnh (HDS) bởi các hợp chất chứa nitơ như 3-ethylcacbazol (3ECBZ) đã chỉ ra nguyên nhân làm mất hoạt tính xúc tác khi có mặt các hợp chất chứa nitơ dù chỉ với một lượng nhỏ. Nghiên cứu này cũng đã thể hiện một cách tiếp cận khoa học khi kết hợp thực nghiệm với mô hình mô phỏng để định lượng chính xác động học của các quá trình trên bề mặt xúc tác và các tham số quan trọng chi phối quá trình đầu độc xúc tác. Đây là những kết quả nghiên cứu góp phần định hướng một số giải pháp hạn chế quá trình đầu độc xúc tác cũng như thiết kế, cải tiến phương pháp điều chế xúc tác HDS.
PV: Như vậy có thể nói, trong khi ngành Dầu khí luôn tiệm cận với các công nghệ mới nhất của thế giới thì nghiên cứu khoa học không theo kịp và phát triển tương xứng?
GS.TSKH Hồ Sỹ Thoảng: Nhìn chung, lĩnh vực nghiên cứu xúc tác tại Việt Nam đã đạt được một số kết quả nhất định nhưng vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp chế biến dầu khí trong những năm gần đây. Về khía cạnh ứng dụng, hầu hết các kết quả nghiên cứu xúc tác chỉ dừng lại ở mức thử nghiệm hoặc sản xuất quy mô nhỏ và chưa có những sản phẩm có thể thương mại hóa để đưa vào sản xuất công nghiệp. Về mặt khoa học, đa số nghiên cứu trong nước thường lặp lại hoặc phát triển dựa trên các nghiên cứu đã có trước đó trên thế giới và thiếu những nghiên cứu chuyên sâu mang tính đột phá nên chưa có những đóng góp lớn cho nền tri thức khoa học xúc tác hay tạo ra những phát kiến mới.
PV: Theo giáo sư, chúng ta cần làm gì để phát huy tính sáng tạo, đột phá trong nghiên cứu và nâng cao khả năng ứng dụng các công nghệ xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu khí Việt Nam?
GS.TSKH Hồ Sỹ Thoảng: Để đáp ứng được tốc độ phát triển của ngành công nghiệp chế biến dầu khí và phát huy vai trò của nghiên cứu khoa học nói chung và nghiên cứu xúc tác nói riêng, tận dụng hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên, đa dạng hóa nguồn nguyên liệu song song với bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng sản phẩm, hiệu quả kinh tế của các nhà máy lọc hóa dầu, chúng ta cần có sự thay đổi cả về định hướng, cách thức tổ chức thực hiện các chương trình nghiên cứu cũng như cách tiếp cận, phương pháp, kỹ thuật nghiên cứu.
Đối với lĩnh vực nghiên cứu xúc tác phục vụ cho hoạt động của các nhà máy lọc hóa dầu, 2 loại xúc tác quan trọng nhất là xúc tác FCC và xúc tác làm sạch bằng hydro trong các nhà máy lọc dầu do các phân xưởng này đóng vai trò quyết định đến hiệu quả kinh tế và chất lượng sản phẩm của các nhà máy. Lựa chọn đúng loại xúc tác tối ưu không chỉ giúp cho các nhà máy đáp ứng chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả kinh tế, mà còn đóng một vai trò quan trọng trong đảm bảo vận hành ổn định và nâng cao tính linh động trong việc sử dụng các nguồn nguyên liệu khác nhau hay điều chỉnh cơ cấu sản phẩm theo thị trường, tiến tới có thể cải tiến các loại xúc tác FCC, xử lý hydro, hỗ trợ các nhà máy trong việc tự thiết kế các loại xúc tác phù hợp cho nguyên liệu và chế độ vận hành của nhà máy làm cơ sở để đặt hàng các hãng sản xuất xúc tác hoặc trong tương lai xa có thể sản xuất các loại xúc tác từ nguồn nguyên liệu trong nước thay thế cho các sản phẩm nhập ngoại.
Ngoài các nghiên cứu phục vụ cho hoạt động của các nhà máy lọc hóa dầu đang hoạt động thì việc triển khai các nghiên cứu đón đầu phù hợp với xu hướng phát triển chung của thế giới cũng là một việc làm hết sức cần thiết. Các hướng nghiên cứu dài hạn như xúc tác chuyển hóa khí giàu CO2 thành nhiên liệu lỏng, methanol, đặc biệt là phát triển các loại xúc tác thế hệ mới có hoạt độ, độ chọn lọc, độ bền cao phù hợp với việc tích hợp với công nghệ bình phản ứng vi dòng để xây dựng các hệ thống phản ứng dạng module dễ dàng thay đổi công suất hoặc tích hợp với các tàu nổi chứa, xuất dầu thô (FPSO) phục vụ cho việc khai thác khí mỏ nhỏ, xa bờ, khí có hàm lượng CO2 cao, v.v…
Mục tiêu của các nghiên cứu này ngoài việc phát triển các sản phẩm, công nghệ của Việt Nam còn góp phần nâng cao trình độ khoa học công nghệ của đất nước, hội nhập và tiệm cận với trình độ trong khu vực, thế giới cũng như là cơ sở quan trọng cho việc lựa chọn, tiếp nhận công nghệ tiên tiến trong tương lai.
PV: Quả là nan giải khi chúng ta cần thay đổi quá nhiều, từ định hướng chương trình đến phương pháp thực hiện, vậy cần phải bắt đầu từ đâu, thưa giáo sư?
GS.TSKH Hồ Sỹ Thoảng: Để giải quyết những vấn đề nêu trên, trước hết cần xây dựng được các chương trình nghiên cứu dài hạn (5-10 năm) gắn với các sản phẩm cụ thể là các quá trình công nghệ xúc tác hoặc các vật liệu xúc tác mới trong đó các bộ, ngành đóng vai trò điều phối sự phối hợp, liên kết của các tổ chức nghiên cứu, các doanh nghiệp sản xuất tài trợ một phần kinh phí. Các lĩnh vực khoa học liên quan bao gồm hóa học, vật liệu, vật lý, cơ khí, điện tử, tự động hóa, khoa học tính toán và công nghệ thông tin. Về cách tiếp cận, cách nghiên cứu “thử và sai” cần được dần dần thay thế bởi phương pháp thiết kế xúc tác có sự kết hợp giữa thực nghiệm và mô phỏng tính toán trong đó nghiên cứu thực nghiệm cần được thực hiện cả ở quy mô phòng thí nghiệm và cấp độ pilot với các điều kiện vận hành giống với thực tế.
Ngoài ra, các phương pháp nghiên cứu hiệu suất cao để rút ngắn thời gian đánh giá, sàng lọc, lựa chọn và tối ưu hóa thành phần xúc tác, các phương pháp nghiên cứu in-situ nhằm hiểu rõ mối tương quan giữa cấu trúc vật liệu và hiệu quả xúc tác cũng như kiểm soát tốt quá trình hoạt động của xúc tác cũng cần được áp dụng để có thể tạo ra những sản phẩm xúc tác ưu việt hơn và có khả năng ứng dụng cao.
Bên cạnh việc xây dựng được các định hướng nghiên cứu trọng tâm, có tính ứng dụng và khả thi cao với các mục tiêu rõ ràng, cụ thể thì việc phối hợp mang tính liên ngành giữa các viện nghiên cứu, các trường đại học trong các lĩnh vực như vật liệu, hóa học, vật lý, cơ khí, điện tử, tin học trong tất cả các cấp độ nghiên cứu từ cơ bản đến ứng dụng, lý thuyết đến thực nghiệm cùng với việc áp dụng các kỹ thuật, phương pháp nghiên cứu tiên tiến, hiện đại để giải quyết các vấn đề khoa học, kỹ thuật của ngành khoa học và công nghệ xúc tác có vai trò then chốt. Nhưng điều kiện quan trọng hàng đầu để cất cánh vẫn là con người.
Thế hệ đầu tiên đặt nền móng cho ngành khoa học xúc tác và hấp phụ Việt Nam một thời vang bóng đã già rồi; gần đây đã xuất hiện những nhà nghiên cứu trẻ rất triển vọng, nhưng vẫn còn thưa. Hy vọng hội nghị xúc tác và hấp phụ lần này rung được một tiếng chuông thúc dục thế hệ trẻ tích cực hơn nữa trong học tập và nghiên cứu, các nhà lãnh đạo và quản lý quan tâm đầu tư hơn nữa cho lĩnh vực khoa học công nghệ rất quan trọng này cho sự phát triển của đất nước.
PV: Xin cảm ơn giáo sư!
Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info
Nguồn: Petrotimes.vn
