Nghiên cứu đầu tiên của Viện Dầu khí Việt Nam được Mỹ cấp bằng sáng chế

Ngày 3/5/2022, Cơ quan Sáng chế và Nhãn hiệu Hoa Kỳ (USPTO) đã cấp Bằng sáng chế số 011318454B1 cho sáng chế “Method and system for renewing spent fluid catalytic cracking (SFCC) catalysts using acid leaching and acid reflux activities” (Phương pháp và hệ thống làm mới xúc tác FCC thải sử dụng quá trình ngâm chiết acid kết hợp đun hồi lưu).

Đây là sáng chế của nhóm tác giả Ngô Thúy Phượng, Lê Phúc Nguyên, Trần Văn Trí, Trần Hữu Thịnh, Lương Ngọc Thủy công tác tại Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển chế biến Dầu khí, Viện Dầu khí Việt Nam (VPI).

Trong công nghiệp lọc hóa dầu, xúc tác đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là xúc tác FCC (Fluid Catalytic Cracking). Xúc tác FCC với thành phần chính gồm: SiO2, Al2O3, La2O3, TiO2, CaO,… được sử dụng từ đầu thập kỷ 1960, giúp cracking các phân đoạn dầu thô thành các sản phẩm có lợi hơn (như LPG, xăng, diesel).

Do đặc thù chế độ vận hành của phân xưởng cracking xúc tác tầng sôi (RFCC), xúc tác liên tục được tái sinh và bổ sung xúc tác mới để duy trì độ chuyển hóa, bù đắp lượng xúc tác mất mát cũng như giảm hàm lượng các kim loại nhiễm độc như V (Vanadi), Ni (Niken), Fe (sắt) trên xúc tác.

Lượng xúc tác FCC sử dụng trên toàn thế giới ước tính khoảng 840.000 tấn/năm và lượng xúc tác thải tương đương sẽ phải thải ra để duy trì quá trình này.

Xúc tác FCC thải chủ yếu được nghiên cứu sử dụng làm nguyên liệu thô cho sản xuất gạch không nung, bê tông, vữa (thay thế cát, xi măng); thu hồi kim loại (đặc biệt là đất hiếm); sử dụng làm chất xúc tác cho quá trình khác (như nhiệt phân và khí hóa nhựa và sinh khối hoặc để sản xuất nhiên liệu tổng hợp) song chưa được phát triển rộng rãi ở quy mô công nghiệp.

Lượng lớn xúc tác FCC thải còn lại trên thế giới chủ yếu vẫn được xử lý bằng phương pháp chôn lấp, việc này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế (chi phí xử lý chất thải cao, lãng phí các nguyên tố đất hiếm và kim loại có giá trị) mà còn tiềm ẩn nguy cơ ảnh hưởng đến môi trường.

Để giải quyết các vấn đề trên, VPI đã tiếp cận hướng nghiên cứu làm mới xúc tác FCC thải bằng ngâm chiết axit hữu cơ kết hợp đun hồi lưu. Nhóm nghiên cứu đã tập trung vào việc loại bỏ một phần các kim loại nhiễm tạp trong xúc tác thải, phát triển mở rộng thêm các kênh xốp nhằm duy trì các tính chất hóa lý, cơ lý của xúc tác đồng thời tăng hoạt tính của xúc tác FCC để có thể tái sử dụng lượng xúc tác thải này hiệu quả nhất.

Phương pháp chính được nhóm nghiên cứu VPI sử dụng là ngâm chiết xúc tác FCC thải trong môi trường axit hữu cơ, oxalic acid, kết hợp với quá trình đun hồi lưu, sau đó xúc tác sẽ được lọc rửa, xử lý nhiệt.

Kết quả thực nghiệm cho thấy xúc tác FCC thải sau khi xử lý đã loại bỏ được cốc bám bề mặt và một phần kim loại nhiễm tạp (Ni, V, Fe…), đồng thời mở rộng các kênh mao quản (tăng diện tích bề mặt lên gấp đôi) trong khi đó các thành phần nguyên tố chính (Al2O3, SiO2, đất hiếm), độ bền cơ lý và kích thước hạt xúc tác FCC vẫn được bảo toàn.

Từ đó, hoạt tính cracking xúc tác trên các phân đoạn dầu thô tăng mạnh, độ chọn lọc các sản phẩm có lợi như LPG, xăng, diesel cũng cải thiện đáng kể. Quá trình xử lý xúc tác thải FCC này mang lại hy vọng cho việc tái sử dụng lượng lớn chất thải rắn của nhà máy lọc dầu một hiệu quả nhất.

ThS. Ngô Thúy Phượng, đại diện nhóm nghiên cứu cho biết, sáng chế đã được Tổ chức Sở hữu trí tuệ thế giới (WIPO) lựa chọn để hỗ trợ thương mại hóa theo Chương trình “Enabling Innovation Environmnet (EIE)” dành cho Chính phủ Việt Nam. Đây là dự án kéo dài nhiều năm tập trung vào quản lý sở hữu trí tuệ và thương mại hóa công nghệ cho Việt Nam.