Các nhà khoa học Trung Quốc cho biết đã phát triển một kỹ thuật lọc dầu mới ở cấp độ phân tử, giúp giảm khoảng 90% lượng năng lượng tiêu thụ trong quá trình tinh chế dầu.
Nếu công nghệ này có thể được mở rộng lên quy mô công nghiệp, nó không chỉ giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất và lượng khí thải, mà còn cho phép quá trình lọc dầu diễn ra chính xác hơn, đồng thời nâng cao giá trị của các sản phẩm đầu ra, từ xăng đến nhựa.
Dầu thô không thể được chuyển trực tiếp thành xăng hoặc nhựa.
Thay vào đó, các nhà máy lọc dầu phải tách dầu thô thành nhiều nhóm thành phần khác nhau, sau đó đưa từng nhóm vào những quy trình phù hợp để tạo ra sản phẩm cuối cùng. Đây là một trong những công đoạn tiêu tốn nhiều năng lượng nhất của toàn bộ quá trình lọc dầu.
Phương pháp truyền thống dựa chủ yếu vào chưng cất, tận dụng những khác biệt rất nhỏ về nhiệt độ sôi giữa các hợp chất. Hỗn hợp dầu được đun nóng nhiều lần để bay hơi rồi ngưng tụ, một quy trình tiêu tốn lượng năng lượng lớn và có độ chính xác tương đối hạn chế.
Công nghệ mới hoạt động ở cấp độ phân tử, cho phép lựa chọn từng nhóm hợp chất và đưa chúng tới dây chuyền sản xuất phù hợp nhất, qua đó tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu.
“Tinh chế ở cấp độ phân tử” thay đổi cách lọc dầu
Nhóm nghiên cứu tại Viện Vật lý Hóa học Đại Liên thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc gọi kỹ thuật này là “tinh chế phân tử”.
Công nghệ sử dụng các màng hóa học để tách những phân tử khác nhau có trong dầu thô.
Các màng khung hữu cơ kim loại (MOF) hoạt động giống như những “bộ lọc phân tử”, với hệ thống lỗ có kích thước được thiết kế đặc biệt cùng các đặc tính bề mặt khác nhau để thực hiện những nhiệm vụ phân tách riêng biệt.
Quá trình này, được gọi là phân tách màng theo tầng, bắt đầu bằng việc phân loại các phân tử dựa trên kích thước.
Dù có hình dạng tương đối giống nhau, kích thước giữa các phân tử có thể chênh lệch khoảng 0,1 nanomet. Một loại màng được chế tạo đặc biệt sẽ hoạt động như chiếc rây siêu mịn, tách các alkane mạch thẳng và alkane chỉ có một nhánh nhỏ - những hợp chất được sử dụng để sản xuất ethylene.
Ở giai đoạn thứ hai, các phân tử còn lại có kích thước gần nhau hơn nữa, với mức chênh lệch dưới 0,01 nanomet.
Lúc này, một loại màng khác sử dụng đặc tính hóa học trên bề mặt để “nhận diện” các phân tử. Màng này tách các hợp chất thơm - những chất trung gian quan trọng để sản xuất nhựa, nhựa tổng hợp và sợi - khỏi các alkane nhiều nhánh và cycloalkane, vốn được sử dụng để sản xuất xăng.
Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp vi khắc bằng axit tannic để liên tục điều chỉnh kích thước lỗ và đặc tính hóa học trên bề mặt màng, giúp chúng thực hiện những nhiệm vụ phân loại khác nhau.
Thử nghiệm cho tỷ lệ thu hồi sản phẩm lên tới 90%
Khi hai loại màng được sử dụng nối tiếp, nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm với một hỗn hợp naphtha nhẹ mô phỏng gồm 15 thành phần.
Theo nghiên cứu, trong phòng thí nghiệm, hỗn hợp này được tách thành ba nhóm sản phẩm có giá trị cao, với tỷ lệ thu hồi đạt từ 85-90%.
Điều đáng chú ý hơn là dầu không còn phải trải qua quá trình đun nóng, bay hơi rồi ngưng tụ lặp đi lặp lại như phương pháp truyền thống.
Nhờ đó, công nghệ mới tiêu thụ ít hơn khoảng 91% năng lượng so với quy trình chưng cất thông thường.
Trong nghiên cứu được công bố tháng trước trên tạp chí National Science Review, nhóm tác giả cho rằng mô hình phân loại theo cấp độ mới này mở ra một nền tảng mới cho ngành lọc hóa dầu, cho phép khai thác tối đa giá trị từ nguyên liệu đồng thời nâng cao đáng kể hiệu quả sử dụng năng lượng.
Theo SCMP
