Các sản phẩm này gồm có hai loại là sản phẩm lọc dầu và sản phẩm hóa dầu, trong đó:
Sản phẩm lọc dầu chủ yếu là các loại nhiên liệu như khí gas, xăng, dầu hỏa, nhiên liệu phản lực, nhiên liệu cho động cơ diesel (DO), nhiên liệu đốt lò (FO), và một số sản phẩm khác không làm nhiên liệu như các loại dung môi cho công nghiệp cao su, sản xuất sơn, dầu nhờn, mỡ bôi trơn, nhựa đường, sáp, parafin…
Sản phẩm hóa dầu là các sản phẩm hóa chất được thay đổi cấu trúc phân tử của nguyên liệu đầu vào là dầu mỏ hoặc các sản phẩm trung gian của nhà máy lọc dầu hoặc từ khí thiên nhiên. Các sản phẩm hóa dầu được ứng dụng trong mọi lĩnh vực của cuộc sống, từ bao bì thức ăn đến đồ dùng trong nhà, ngoài đường và nơi làm việc. 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. Có thể nói rằng, ngành hóa dầu đóng vai trò kết nối lĩnh vực khai thác dầu khí với các ngành công nghiệp quan trọng của nền kinh tế, từ dệt may, chất dẻo, cao su đến dược phẩm, mỹ phẩm…
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.
Quá trình phát triển ngành công nghiệp lọc hóa dầu trên thế giới
Năm 1855, tại Đại học Yale, quá trình chưng cất phân đoạn dầu mỏ lần đầu tiên thu được một khối lượng nhỏ naphta - nguyên liệu chính được sử dụng trong sản xuất hóa dầu cơ bản và dầu khí ngày nay. Tuy nhiên, ở giai đoạn phát triển ban đầu, sản phẩm lọc dầu mong muốn chủ yếu là xăng, và naphtha được coi là một sản phẩm phụ vô giá trị bị loại bỏ hoặc đốt làm nhiên liệu sưởi ấm. Mãi đến năm 1936, naphtha được sử dụng thương mại để sản xuất xăng.
Năm 1920, lần đầu tiên ethylene được sản xuất từ nguyên liệu có nguồn gốc từ khí thiên nhiên (ethane và propane) bởi tập đoàn đa quốc gia Linde có nguồn gốc và lịch sử tại Đức. Trong cùng năm đó, tập đoàn Union Carbide của Hoa Kỳ đã xây dựng nhà máy ethylene đầu tiên trên thế giới và Standard Oil của Hoa Kỳ đã xây dựng nhà máy đầu tiên trên thế giới để sản xuất rượu isopropyl từ dầu thô (có thể chuyển đổi thành propylene bằng cách đun nóng isopropyl bằng axit sulfuric).
Sau Thế chiến II, nhu cầu đối với các sản phẩm hóa dầu và nguồn cung naphtha ngày càng tăng. Các sản phẩm hóa dầu trở thành các sản phẩm hóa học cơ bản quan trọng nhất trong ngành công nghiệp hóa chất. Ethylene trở nên quan trọng đến mức tốc độ tăng trưởng ethylene đôi khi được sử dụng như một chỉ số về tăng trưởng kinh tế của một quốc gia (nó thường cao hơn một chút so với tốc độ tăng trưởng kinh tế).
Từ những năm 1960, ethylene được sản xuất từ dầu mỏ đã thống trị Thị trường ethylene châu Âu. Trên toàn cầu, hơn 60% tất cả các sản phẩm hóa dầu được sản xuất ngày nay đến từ các nguyên liệu có nguồn gốc từ dầu thô, naphta và dầu khí.
Từ những năm 1960 đến khi bắt đầu cuộc khủng hoảng dầu mỏ đầu tiên vào năm 1974, sản xuất các sản phẩm hóa dầu cơ bản tăng trưởng khoảng 20% mỗi năm ở Châu Âu và Nhật Bản. Tuy nhiên, hai cuộc khủng hoảng dầu mỏ của thập niên 1970 và những năm 1980 đã gây ra sự sụt giảm 20-30% trong sản xuất các sản phẩm hóa dầu cơ bản ở các nước công nghiệp phát triển. Trong thời gian đó, hiệu quả năng lượng trong các quá trình sản xuất, cụ thể là quá trình cracking hơi nước hiện có đã được cải thiện. Ngoài ra, một số nhà máy thí điểm đã được xây dựng để sản xuất các sản phẩm hóa dầu cơ bản sử dụng than và metan làm nguồn năng lượng chính. Hầu hết chúng không bao giờ được thương mại hóa rộng rãi do giá dầu giảm sau khủng hoảng. Ngoại lệ duy nhất là sản xuất các sản phẩm hóa dầu sử dụng than và metan ở Nam Phi vì không thể sử dụng dầu thô do cấm vận quốc tế. Trong những năm 1950-1980, có ít nhất ba nhà máy với tổng công suất 0,2 triệu thùng mỗi ngày để đáp ứng 60% nhu cầu trong nước ở Nam Phi. Ngày nay, ít nhất hai trong số ba nhà máy vẫn đang chạy. Các quá trình được sử dụng ở đó tương tự như các quy trình Fischer-Tropsch (FT) được sử dụng ở Đức trong Thế chiến II.
Trong những năm 1990, Châu Âu trở thành nhà sản xuất các sản phẩm hóa dầu cơ bản lớn nhất, xếp trước Mỹ và Nhật Bản. Ngày nay, Trung Quốc, Ấn Độ và Trung Đông đang nhanh chóng xây dựng năng lực hóa dầu của riêng mình.
Công nghiệp lọc hóa dầu phát triển mạnh là nhờ các đặc tính quý riêng của nguyên liệu dầu mỏ mà nguyên liệu từ than hoặc các khoáng chất khác không thể có, đó là giá thành thấp, thuận tiện cho quá trình tự động hóa, dễ khống chế các điều kiện công nghệ và có công suất chế biến lớn, sản phẩm thu được có chất lượng cao, nhiều chủng loại sản phẩm đáp ứng nhiều nhu cầu của các ngành kinh tế quốc dân.
Theo dự báo của Công ty nghiên cứu thị trường IHS Markit (Hoa Kỳ), cùng với sự tăng dân số, từ nay đến năm 2040, nhu cầu các sản phẩm hóa dầu sẽ tăng với tốc độ khoảng 3%/năm. Trong khi đó, nhu cầu các sản phẩm xăng dầu sẽ tăng rất ít và phụ thuộc vào sự tăng trưởng của các nguồn năng lượng tái tạo - các nguồn năng lượng này trong thời gian tới có thể sẽ gia tăng nhanh chóng. Theo dự báo đến năm 2050, có đến 70% nhiên liệu hóa thạch sẽ bị thay thế bởi các dạng năng lượng tái tạo, trong đó nhiên liệu sinh học sẽ chiếm tỷ lệ khá cao.
Quá trình phát triển ngành công nghiệp lọc hóa dầu tại Việt Nam
Ở Việt Nam lĩnh vực lọc hóa dầu đã bắt đầu từ năm 1982 với các nhà máy lọc dầu đơn giản, quy mô nhỏ như Nhà máy chế biến lọc dầu 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 02 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 nhà máy lọc dầu 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. Tiếp đó, khi các tổ hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn và hóa dầu Long Sơn cùng một số các tổ hợp/nhà máy lọc dầu khác đi vào hoạt động, ngành công nghiệp lọc hóa dầu Việt Nam bắt đầu phát triển từ lọc dầu đến hóa dầu và hóa dầu từ khí thiên nhiên.
.jpg)
Nhà máy lọc dầu Dung Quất – Nguồn Báo Quảng Ngãi Điện tử
Việt Nam trong tương lai cũng không nằm ngoài xu hướng thế giới với việc kết hợp lọc và hóa dầu trong một nhà máy để tăng lợi nhuận với xu thế tăng dần hướng sản xuất các sản phẩm hóa dầu là điều hiển nhiên. Các tổ hợp lọc hóa dầu sẵn có như Dung Quất, Nghi Sơn, Long 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).
Hiện tại, gần như các hoạt động lọc hóa dầu Việt Nam đều được cung cấp bởi nhà máy lọc dầu Dung Quất của PVN, phần còn lại đến từ nhà máy lọc dầu Bà Rịa – Vũng Tàu với công suất khoảng 2,000 thùng/ngày và chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng ngày càng cao. Hầu hết các sản phẩm cung cấp ra thị trường đều thuộc các doanh nghiệp liên doanh với các tập đoàn lớn của nước ngoài. Trong những năm gần đây, Việt Nam liên tiếp ra đời hàng loạt dự án nhà máy lọc hóa dầu quy mô hàng tỷ USD. Công suất lọc hóa dầu của Việt Nam tăng gấp ba lần trong năm năm, từ 140,000 thùng/ngày vào năm 2016 lên 500,720 thùng/ngày vào năm 2020, với hai nhà máy lọc dầu mới Nghi Sơn (200,000 thùng/ngày) và Vũng Rô (160,720 thùng/ngày).
Về sản phẩm hóa dầu, cho đến nay, thành tựu lớn nhất của ngành hóa dầu Việt Nam là xây dựng 2 nhà máy đạm tại Bà Rịa - Vũng Tàu và Cà Mau với tổng công suất 1,6 triệu tấn/năm. Tuy nhiên, đạm là ngành sản xuất hóa dầu đặc biệt, chỉ sử dụng methane là nguyên liệu có sẵn trong khí thiên nhiên, cho nên nếu chỉ tính các quá trình công nghiệp của ngành hóa dầu đi từ các olefin nhẹ và BTX (các hydrocacbon thơm như: benzene, toluene, xylene) thì Việt Nam mới có 1 dây chuyền sản xuất PP (polypropylene) tại Dung Quất (Quảng Ngãi) với công suất 150 nghìn tấn/năm, bảo đảm khoảng 30% nhu cầu trong nước. Liên hợp Lọc hóa dầu Nghi Sơn sản xuất benzene, xylene và propylene với tổng công suất khoảng 1,35 triệu tấn/năm; Tổ hợp hóa dầu Long Sơn sản xuất các olefin nhẹ với công suất khoảng 1,6 triệu tấn/năm. Nhu cầu mở rộng và chuyển Nhà máy Lọc dầu Dung Quất theo hướng tăng tỷ lệ các sản phẩm hóa dầu là rất cấp thiết. Với điều kiện rất thuận lợi trong việc tiếp cận khí thiên nhiên từ mỏ Cá Voi Xanh (ngoài khơi Trung Bộ) thì việc triển khai sản xuất hóa dầu tại đây là khả thi.
Có thể thấy rằng, nhu cầu sử dụng các sản phẩm hoá dầu cao nhưng năng lực sản xuất trong nước chưa thể đáp ứng được. Bên cạnh đó, theo Hiệp hội Bao bì Việt Nam (VIPAS), trong những năm gần đây, ngành bao bì nhựa cũng đã phát triển mạnh với tốc độ tăng trưởng bình quân hơn 25%/năm do ngành lương thực, thực phẩm tăng trưởng tốt. Đây sẽ là động lực phát triển cho ngành hóa dầu trong nước khi nhu cầu tiêu thụ ngày càng gia tăng.
Doanh nghiệp, tổ chức, cá nhân có nhu cầu về sáng chế và công nghệ lọc hóa dầu xin vui lòng liên hệ với Trung tâm Thống kê dữ liệu và Phân tích sáng chế, Viện Nghiên cứu sáng chế và Khai thác công nghệ (số điện thoại: 024.3822.8875).
Tài liệu tham khảo
1. Hồ Sĩ Thoảng, Đặng Thanh Tùng, Tạ Hiền Trang (2019), Công nghiệp hóa dầu: xu thế trên thế giới và nhu cầu phát triển ở Việt Nam.
2. Nguyễn Anh Đức (2018), Sản phẩm lọc hóa dầu là gì?
3. Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (2021), Con đường phát triển công nghiệp lọc, hóa dầu Việt Nam.