Dầu được lọc như thế nào?

Trong thế giới hiện đại, nơi mỗi chuyển động của xe cộ, mỗi nhà máy công nghiệp và hàng tỷ sản phẩm hàng ngày đều phụ thuộc vào nhiên liệu và hóa chất từ dầu mỏ, lọc dầu là một trong những ngành công nghiệp đóng vai trò then chốt. Tuy nhiên, lọc dầu không đơn thuần chỉ là quá trình “làm sạch” dầu thô; đó là một chuỗi kỹ thuật phức tạp, chính xác và đầy sáng tạo, nơi hóa học, vật lý và công nghệ cùng hòa quyện để tạo nên giá trị.

Từ Dầu Thô Đến Vàng Đen – Một Hành Trình Biến Đổi

Dầu thô là hỗn hợp tự nhiên gồm hàng trăm hợp chất hydrocacbon, có thể tồn tại dưới nhiều dạng từ lỏng nhẹ như condensate đến đặc sệt như bitumen. Trong trạng thái ban đầu, dầu thô không thể sử dụng trực tiếp. Do đó, nó cần trải qua nhiều giai đoạn xử lý để chuyển hóa thành những sản phẩm có giá trị như xăng, diesel, dầu hỏa, nhựa đường, nhựa tổng hợp, hóa chất cơ bản và nhiều hơn thế.

Quá trình lọc dầu bắt đầu với phân đoạn – bước đầu tiên mang tính nền tảng. Tại đây, dầu thô được đưa vào các tháp chưng cất nơi nó được làm nóng đến khoảng 350–400°C. Trong điều kiện áp suất thường hoặc chân không, các thành phần hydrocacbon có nhiệt độ sôi khác nhau sẽ bay hơi và ngưng tụ ở các tầng khác nhau của tháp. Nhờ vậy, ta thu được các phân đoạn như khí hóa lỏng (LPG), xăng nhẹ, dầu hỏa, diesel và dầu nặng.

Tuy nhiên, chỉ riêng quá trình chưng cất vẫn chưa đủ để tạo ra các sản phẩm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật ngày càng cao. Đó là lúc các kỹ thuật tinh chế sâu hơn như cracking, reforming, hydroprocessing và alkylation phát huy vai trò.

Cracking – Khi Các Phân Tử Lớn Bị “Bẻ Gãy” Để Tạo Giá Trị Cao

Một trong những thách thức lớn nhất trong lọc dầu là biến các phân đoạn nặng ít giá trị như dầu mazut thành các sản phẩm nhẹ, hữu ích như xăng và diesel. Quá trình cracking, đặc biệt là cracking xúc tác tầng sôi (FCC), chính là lời giải. Tại đây, các phân tử hydrocacbon lớn bị bẻ gãy thành các phân tử nhỏ hơn thông qua nhiệt độ cao (khoảng 500°C) và xúc tác rắn. Điều thú vị là quá trình này không chỉ giúp tối đa hóa sản phẩm có giá trị kinh tế cao mà còn giúp điều chỉnh cấu trúc phân tử để tăng chỉ số octane – một chỉ số phản ánh khả năng chống kích nổ sớm của xăng.

Quy trình lọc dầu thô được tóm tắt qua các công đoạn chính: từ chưng cất phân đoạn, xử lý làm sạch, tái cấu trúc phân tử cho đến khi tạo ra các sản phẩm cuối cùng phục vụ cho đời sống và giao thông vận tải.

Hydroprocessing – Làm Sạch Và Cải Thiện Tính Năng Sản Phẩm

Với yêu cầu ngày càng khắt khe về môi trường, đặc biệt là quy định về hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu, kỹ thuật hydrotreating và hydrocracking trở nên cực kỳ quan trọng. Ở đây, các dòng dầu trung và nặng được tiếp xúc với khí hydro dưới áp suất cao và có xúc tác. Không chỉ loại bỏ các tạp chất như lưu huỳnh, nitơ, oxy mà các liên kết hydrocacbon cũng được bẻ gãy có kiểm soát, tạo ra dòng sản phẩm sạch hơn, nhẹ hơn và thân thiện hơn với động cơ và môi trường.

Reforming – Tái Tạo Cấu Trúc Phân Tử Để Tăng Hiệu Suất

Nếu cracking là quá trình chia nhỏ thì reforming là quá trình tái cấu trúc. Bằng cách dùng xúc tác ở nhiệt độ cao, các hydrocacbon mạch thẳng trong phân đoạn naphtha (xăng nhẹ) được chuyển hóa thành các hydrocacbon vòng và thơm. Điều này không chỉ làm tăng chỉ số octane mà còn cung cấp nguyên liệu quan trọng cho ngành hóa dầu, đặc biệt là sản xuất benzen, toluen và xylen – những hợp chất nền của hàng nghìn sản phẩm hóa học khác.

Alkylation Và Polymerization – Gắn Kết Để Tạo Nhiên Liệu Chất Lượng Cao

Ngược lại với cracking, các quá trình như alkylation và polymerization có nhiệm vụ kết hợp các phân tử nhỏ như propene và butene để tạo thành các phân tử lớn hơn nhưng có cấu trúc ổn định và khả năng cháy tốt. Những sản phẩm này đóng vai trò quan trọng trong việc pha chế xăng có chỉ số octane cao, đáp ứng yêu cầu của các động cơ hiện đại ngày nay.

Các Công Nghệ Xử Lý Tái Sinh Xúc Tác Và Quản Lý Chất Thải

Bên cạnh xử lý dầu, lọc dầu còn bao gồm một hệ thống xử lý xúc tác, tái chế hydro, loại bỏ nước và xử lý khí thải như CO₂, SO₂, NOₓ. Tái sinh xúc tác giúp duy trì hiệu quả xúc tác và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Trong khi đó, công nghệ hấp phụ, màng lọc và đốt cháy có kiểm soát giúp kiểm soát tác động môi trường, phù hợp với các tiêu chuẩn toàn cầu như Euro 6, IMO 2020 hay các quy định EPA của Hoa Kỳ.

Tự Động Hóa Và Trí Tuệ Nhân Tạo Trong Nhà Máy Lọc Dầu Hiện Đại

Không thể không nhắc đến vai trò của công nghệ số trong kỹ thuật lọc dầu ngày nay. Các nhà máy lọc dầu hiện đại được trang bị hệ thống SCADA, DCS và ngày càng tích hợp AI và machine learning để phân tích dữ liệu thời gian thực, tối ưu hóa hiệu suất, dự đoán sự cố và ra quyết định tự động. Việc tích hợp công nghệ số không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn đảm bảo an toàn và bền vững trong vận hành.

Tương Lai Của Lọc Dầu Trong Kỷ Nguyên Năng Lượng Xanh

Dù thế giới đang chuyển dịch sang năng lượng tái tạo, lọc dầu vẫn sẽ đóng vai trò quan trọng trong nhiều thập kỷ tới. Các xu hướng đang nổi lên bao gồm lọc dầu kết hợp sinh học (biorefining), lọc dầu từ nhựa tái chế, lọc dầu kết hợp thu giữ carbon (CCUS) và sản xuất nhiên liệu bền vững (SAF). Bên cạnh đó, việc chuyển đổi nhà máy lọc dầu thành trung tâm tích hợp hóa dầu – năng lượng – carbon cũng đang được các tập đoàn lớn như Shell, BP, TotalEnergies triển khai.

Vẻ đẹp công nghiệp của Nhà máy lọc dầu Dung Quất (Quảng Ngãi) khi lên đèn, một biểu tượng quan trọng cho an ninh năng lượng và sự phát triển của nền kinh tế đất nước. Nguồn ảnh : Báo Thanh Niên

Kỹ thuật lọc dầu không chỉ là chuỗi quá trình biến đổi vật lý và hóa học của dầu thô, mà còn là thành tựu tổng hòa của khoa học, kỹ thuật và công nghệ hiện đại. Từ chưng cất đến cracking, từ hydrotreating đến AI – mỗi công đoạn đều góp phần mang lại giá trị kinh tế, đảm bảo chất lượng sản phẩm và bảo vệ môi trường. Trong bối cảnh thế giới chuyển mình vì biến đổi khí hậu và cách mạng năng lượng, lọc dầu cũng đang từng bước tiến hóa – trở nên sạch hơn, thông minh hơn và thích ứng tốt hơn với thách thức của thời đại.

---

---