Quy trình sản xuất xăng từ dầu thô

Xăng là một trong những nhiên liệu quen thuộc nhất mà chúng ta sử dụng hàng ngày. Tuy nhiên, bạn đã bao giờ tự hỏi xăng được sản xuất như thế nào chưa? Quy trình sản xuất xăng rất phức tạp với nhiều công đoạn khác nhau. Hãy theo chân NSRP để khám phá hành trình sản xuất từ dầu thô đến xăng, để hiểu rõ hơn về công nghệ hiện đại và nỗ lực không ngừng của ngành công nghiệp lọc dầu.

1. Xăng được làm từ gì?

Xăng được sản xuất từ dầu thô – một dạng nhiên liệu hóa thạch. Dầu thô là sản phẩm hình thành từ các xác động thực vật đã bị nén và chịu nhiệt độ cao trong lòng đất qua hàng triệu năm. Từ dầu thô, các nhà máy lọc dầu tiến hành quá trình chưng cất để phân tách thành các thành phần khác nhau, trong đó có xăng.

Xăng được cấu tạo từ hỗn hợp các nguyên tử hydro và carbon, có nhiệt độ sôi từ 350C đến 2000C. Thành phần cụ thể của xăng phụ thuộc vào quy trình lọc dầu và nguồn dầu thô ban đầu. Trong quá trình sản xuất, các nhà sản xuất có thể bổ sung thêm các phụ gia nhằm nâng cao hiệu suất và độ bền của xăng.

Xăng được sản xuất từ dầu thô tại các nhà máy lọc hóa dầu như Nghi Sơn

2. Quy trình sản xuất xăng từ dầu thô

Quá trình sản xuất xăng bao gồm nhiều giai đoạn phức tạp từ khai thác dầu thô cho đến khi xăng được vận chuyển tới các trạm xăng. Tuỳ theo nguồn gốc dầu thô và các công nghệ của nhà máy lọc hóa dầu, quy trình sản xuất xăng sẽ khác nhau. Tuy nhiên, về cơ bản, quá trình này diễn ra như sau:

Giai đoạn 1. Khai thác và vận chuyển dầu thô

Dầu thô là một hỗn hợp hydrocarbon được tìm thấy dưới lòng đất, thường nằm trong các tầng đá xốp. Dầu thô có nhiều loại như dầu nhẹ, trung bình, nặng và siêu nặng, khác nhau về độ nhớt, mật độ và hàm lượng lưu huỳnh. Quá trình khai thác dầu thô diễn ra theo nhiều phương pháp khác nhau.

Sau khi được khai thác, dầu thô sẽ được vận chuyển từ các giếng dầu đến các nhà máy lọc dầu và các kho lưu trữ.

Dầu thô được vận chuyển đến các nhà máy lọc hóa dầu

Giai đoạn 2. Tinh chế và chưng cất dầu thô

Sau khi dầu thô được đưa đến các nhà máy lọc hóa dầu. Dầu thô sẽ trải qua các quá trình tinh chế và chưng cất để biến nguyên liệu thô này thành các sản phẩm hữu ích, trong đó có xăng. Trong quá trình này, các thành phần của dầu thô được tách ra dựa trên điểm sôi. Tùy thuộc vào loại dầu thô được xử lý, quy trình tinh chế có thể khác nhau.

Quá trình tinh chế bắt đầu bằng việc đưa dầu thô vào tháp chưng cất. Tại đây, dầu thô sẽ được đun nóng và hóa hơi, các hydrocacbon được tách ra dựa trên điểm sôi. Phân đoạn naphtha thu được từ đỉnh tháp chưng cất sẽ được loại bỏ tạp chất (lưu huỳnh,…) và tiếp tục chế biến sâu hơn để sản xuất xăng với chất lượng cao hơn (thông qua quá trình đồng phân hóa isomerization, alkyl hóa, reforming xúc tác). Phân đoạn cặn chưng cất khí quyển sẽ được tiếp tục xử lý tạp chất (lưu huỳnh, kim loại,…) trước khi đưa sang quá trình cracking xúc tác để sản xuất xăng.

Giai đoạn 3. Quá trình đồng phân hóa (Isomerization)

Đồng phân hóa (isomerization) là quá trình biến đổi các hydrocacbon mạch thẳng (như pentan, hexan, thu được khi tinh chế tiếp phân đoạn naphtha) thành các hydrocacbon mạch nhánh nhằm cải thiện trị số octan của xăng.

Phản ứng đồng phân hóa Diễn ra trong lò phản ứng ở nhiệt độ từ 150–200°C và áp suất từ 10–30 bar, sử dụng xúc tác axit (như zeolite, Pt/Al2O3), Hydro thường được thêm vào để giảm thiểu tạo cốc và kéo dài tuổi thọ xúc tác.

Giai đoạn 4. Quá trình Reforming xúc tác

Reforming xúc tác (Catalytic Reforming) là quá trình nâng cao trị số octan của phân đoạn naphta từ dầu thô bằng cách chuyển đổi các hydrocacbon no thành hydrocacbon mạch vòng (naphten) và hydrocacbon thơm (aromatics).

Phản ứng diễn ra nhiệt độ: 450–520°C, ở áp suất 10–35 bar với tỷ lệ hydro/hydrocarbon.

Giai đoạn 5. Quá trình Cracking

Cracking xúc tác (Catalytic Cracking) là quá trình chuyển đổi các hydrocacbon nặng giá trị thấp (cặn chưng cất) thành các sản phẩm nhẹ hơn và có giá trị cao hơn như xăng, diesel và khí, nhằm tối ưu hóa việc sử dụng các phân đoạn nặng trong quá trình lọc dầu.

Phản ứng xảy ra trong các lò phản ứng đặc biệt (FCC – Fluidized Catalytic Cracking) nơi các phân tử nặng bị bẻ gãy thành các phân tử nhẹ hơn, trong đó có xăng. Phản ứng cracking xúc tác thường xảy ra ở nhiệt độ nhiệt độ: 450–560°C (tùy thuộc vào loại và tính chất nguyên liệu), áp suất: 1–2 bar. Xúc tác sử dụng là xúc tác rắn, thường là zeolite hoặc hỗn hợp các chất khác, có khả năng giúp phá vỡ mạch cacbon của các hydrocacbon nặng.

Hỗn hợp sau phản ứng được đưa qua các thiết bị phân tách để tách lấy phân đoạn khác nhau, trong đó có phân đoạn xăng.

Giai đoạn 6. Quá trình Alkyl hóa

Alkyl hóa là quá trình kết hợp các olefin nhẹ (như propylen, butylen) với isobutan để tạo ra alkylate – một thành phần xăng có trị số octan cao, giúp cải thiện chất lượng nhiên liệu. Nguyên liệu là Olefins thu được từ các quá trình như cracking xúc tác (FCC) hoặc cracking xúc tác và Isobutan lấy từ phân đoạn khí tự nhiên hoặc từ các quá trình khác trong nhà máy.

Phản ứng diễn ra trong môi trường xúc tác axit mạnh, như axit sunfuric (H₂SO₄) hoặc axit HF (hydrofluoric). Nhiệt độ khoảng 0–40°C với áp suất 7–20 bar.

Giai đoạn 7. Pha trộn (Blending)

Sau khi xăng được sản xuất từ các quá trình trên, sản xuất ở trên, chúng sẽ được trộn với nhau theo tỷ lệ thích hợp để tạo ra xăng thương phẩm. Các cấu tử khác như ethanol có thể được dùng để pha xăng để giảm phát thải khí và tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu. Các loại phụ gia cũng có thể sử dụng (như phụ gia chống oxy hóa,…) để tăng độ ổn định cho xăng. Đây là bước cuối cùng để tạo ra xăng đạt tiêu chuẩn sử dụng.

2. Cần bao nhiêu dầu để sản xuất xăng?

Tỷ lệ xăng sản xuất ra từ dầu thô tùy thuộc vào loại dầu thô và cách chế biến. Đối với dầu thô tiêu biểu, đơn vị đo lường tiêu chuẩn là thùng dầu (barrel, viết tắt là BBL), với mỗi thùng chứa khoảng 42 gallon dầu thô (tương đương khoảng 159 lít).

Từ mỗi thùng dầu thô, các sản phẩm dầu mỏ khác nhau được sản xuất dựa trên quá trình tinh chế. Trong đó, khoảng 20 gallon (47,6%) của thùng dầu thô sẽ được sử dụng để sản xuất xăng. Như vậy, khoảng 50% của mỗi thùng dầu được dùng để sản xuất xăng. Phần còn lại của dầu thô sẽ tạo ra các sản phẩm khác, đóng vai trò thiết yếu trong nhiều lĩnh vực như:

• 12,5 gallon (29,8%) dành cho các nhiên liệu khác có chỉ số octan thấp hơn, như diesel.
• 3,5 gallon (8,3%) được sử dụng để sản xuất nhiên liệu máy bay (jet fuel).
• 6,3 gallon (14,3%) còn lại được dùng để sản xuất các sản phẩm khác, chẳng hạn như dầu nhớt, nhựa đường, và các sản phẩm hóa dầu.

Tỷ lệ các sản phẩm thu được từ việc tinh chế 1 thùng dầu thô (42 gallon) – Nguồn: EIA (U.S. Energy Information Administration), 2022.

Từ dầu thô, qua các công đoạn chưng cất, chế biến và pha trộn phức tạp, xăng được tạo ra và trở thành nguồn năng lượng thiết yếu phục vụ đời sống. Hy vọng qua bài viết này của NSRP, bạn đã hiểu thêm về quy trình sản xuất xăng từ dầu thô.