Cracking dầu mỏ: Quá trình, phân loại và ứng dụng trong ngành dầu khí

Cracking dầu mỏ là một trong những quy trình quan trọng trong ngành công nghiệp dầu khí, giúp chuyển hóa các phân tử hydrocarbon phức tạp thành các sản phẩm có giá trị cao như xăng, diesel và các hóa chất công nghiệp. Nhờ vào cracking, ngành dầu khí có thể tối ưu hóa việc khai thác và sử dụng dầu thô, đồng thời cung cấp nguyên liệu cho nhiều ngành sản xuất khác. Vậy cracking dầu mỏ là gì? Có những phương pháp nào và chúng được ứng dụng ra sao? 

Khái niệm cracking dầu mỏ 

Cracking dầu mỏ (được gọi đơn giản là “cracking”) là quá trình quan trọng trong ngành công nghiệp dầu khí, giúp chuyển hóa các phân tử hydrocarbon có phân tử lượng lớn thành những sản phẩm nhỏ hơn, nhẹ hơn như xăng, diesel, nhiên liệu phản lực và các hóa chất khác có nhu cầu cao hơn so với các loại dầu nặng hơn. Quá trình này giúp tăng hiệu suất sử dụng nguyên liệu dầu thô và cung cấp nguồn nguyên liệu quý giá cho các ngành công nghiệp hóa dầu.

Quá trình cracking dầu mỏ diễn ra như thế nào?

Quá trình cracking liên quan đến việc đưa các phân tử hydrocarbon nặng vào nhiệt độ và áp suất cao, hoặc các tác nhân xúc tác, để phá vỡ các liên kết hóa học của chúng. Có một số phương pháp cracking, bao gồm:

Cracking nhiệt

Quá trình cracking nhiệt là quá trình tinh chế phân hủy các hydrocarbon chuỗi dài phức tạp thành các phân tử nhẹ hơn bằng cách áp dụng nhiệt độ cao, sử dụng các gốc tự do—các loài phản ứng với các electron không ghép đôi nhưng không có điện tích. 

Cracking nhiệt dựa trên nguyên lý phân hủy các phân tử hydrocarbon dưới tác dụng của nhiệt độ cao (450–750°C) và áp suất thích hợp. Các dạng của cracking nhiệt bao gồm:

• Cracking hơi: Xảy ra ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn, thường ứng dụng trong quá trình sản xuất ethylene.
• Cracking có điều kiện: Tăng áp suất và kiểm soát nhiệt độ để thu được nhiều sản phẩm mong muốn.

Cracking xúc tác

Hiệu quả hơn và được sử dụng rộng rãi hơn hiện nay, quá trình cracking xúc tác sử dụng chất xúc tác, thường là dạng silica-nhôm axit, giúp giảm nhiệt độ và áp suất cần thiết cho phản ứng, tiết kiệm năng lượng và tăng năng suất.

Hydrocracking

Sự kết hợp giữa áp suất cao và sự hiện diện của khí hydro, cùng với chất xúc tác. Phương pháp này không chỉ phá vỡ các phân tử mà còn bão hòa chúng bằng hydro, loại bỏ tạp chất và cải thiện chất lượng của sản phẩm cuối cùng.

Khác biệt giữa Cracking và Fracking

Mặc dù cả “cracking” và “fracking” đều là những thuật ngữ được sử dụng trong ngành, nhưng chúng đề cập đến các quy trình khác nhau. Petroleum Cracking là một quy trình hóa học được sử dụng trong các nhà máy lọc dầu để phân hủy dầu nặng thành các sản phẩm nhẹ hơn, dễ sử dụng hơn. Fracking (viết tắt của “hydraulic fracturing” – nứt vỡ thủy lực) là một phương pháp được sử dụng trong giai đoạn khai thác dầu khí. Nó bao gồm việc phun chất lỏng áp suất cao vào các thành tạo đá ngầm để tạo ra các vết nứt, cho phép dầu và khí chảy ra ngoài tự do hơn để được thu thập trên bề mặt. Về cơ bản, fracking làm tăng tính khả dụng của dầu và khí từ lòng đất, trong khi cracking biến những loại dầu đó thành các sản phẩm có thể sử dụng được.

Tại sao cracking dầu mỏ lại quan trọng?

Cracking tăng cường khả năng tiếp cận nhiên liệu và giúp duy trì sự cân bằng giữa cung và cầu nhiên liệu. Thuật ngữ “cung” biểu thị tỷ lệ dầu được lọc bởi các nhà máy lọc dầu, trong khi “cầu” mô tả khối lượng sản phẩm mà người tiêu dùng sẵn sàng mua ở một mức giá nhất định. Trong quá trình chưng cất phân đoạn dầu thô, có sự mất cân bằng sản xuất, với các hydrocarbon lớn hơn có nhiều hơn so với các hydrocarbon nhỏ hơn được tìm kiếm nhiều hơn. Do đó, cracking rất quan trọng trong việc tinh chế hydrocarbon chuỗi dài thành hydrocarbon chuỗi ngắn hiệu suất cao như xăng. Cracking biến đổi dầu thô thô thành nhiều sản phẩm phụ khác nhau, bao gồm dầu ăn, ethanol, khí dầu mỏ hóa lỏng, dầu diesel và nhiên liệu phản lực. Các hợp chất như ankan mạch nhánh và mạch vòng được thêm vào để nâng cao hơn nữa chất lượng xăng và tăng chỉ số octan của xăng.

Tham khảo bài viết chi tiết: Chưng cất là gì?

Ứng dụng của cracking dầu mỏ

Cracking dầu mỏ giúp cung cấp nhiều sản phẩm quan trọng trong ngành công nghiệp:

• Xăng và diesel: Tăng hiệu suất khai thác nguyên liệu dầu thô.
• Hóa chất: Ethylene, propylene và butadiene để sản xuất cao su, nhựa và sơ tổng hợp.
• Nguyên liệu cho các quy trình hóa dầu khác: Hydrocracking cung cấp nguồn nguyên liệu từ dầu thô.

Những thách thức và triển vọng

Thách thức

Dù cracking dầu mỏ mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn có những thách thức:

• Ô nhiễm môi trường: Các khí thải như CO2 và SO2 gây biến đổi khí hậu.
• Hiệu quả năng lượng: Yêu cầu tính toán cẩn thận để giảm thiểu lãng phí.
• Tìm kiếm công nghệ mới: Nghiên cứu chất xúc tác tối ưu giúp tăng hiệu suất và giảm ứng dụng năng lượng hóa thạch.

Triển vọng

Trong tương lai, ngành công nghiệp dầu khí sẽ hướng tới:

• Tăng cường sử dụng cracking xúc tác để giảm phát thải.
• Áp dụng công nghệ xanh để giảm tác động lên môi trường.
• Phát triển năng lượng tái tạo để bổ sung nguồn năng lượng thay thế.

Kết luận

Cracking dầu mỏ là quá trình then chốt trong ngành công nghiệp dầu khí, góp phần cung cấp các sản phẩm quan trọng như xăng, diesel và hóa chất. Việc tăng cường nghiên cứu công nghệ mới giúp ngành dầu khí phát triển bền vững và hiệu quả hơn.

Tham khảo bài viết khác: Chưng cất dầu mỏ