Nghiên cứu công nghệ chuyển hóa trực tiếp CO2 thành methanol làm nguyên liệu sản xuất diezen sinh học B100

Công nghệ chuyển hóa trực tiếp CO₂ thành methnol không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn bảo vệ môi trường. Đây là kết luận đề tài “Nghiên cứu công nghệ chuyển hóa trực tiếp CO₂ thành methanol làm nguyên liệu sản xuất diezen sinh học B100” của nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Chế biến Dầu khí do TS. Nguyễn Anh Đức dẫn đầu, thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 1/2012 - 12/2013.

Trong giai đoạn 2004 - 2009, nhu cầu tiêu thụ CH₃OH của thị trường Việt Nam có tốc độ tăng trưởng rất cao, bình quân 41%/năm. Năm 2004, toàn thị trường tiêu thụ 13.500 tấn CH₃OH, năm 2009, con số này đã đạt hơn 68.300 tấn. Dự kiến nhu cầu sử dụng methanol sẽ tăng thêm khoảng 10.000 đến 35.000 tấn/năm. Trong công nghiệp, methanol được sản xuất chủ yếu từ khí tổng hợp (hỗn hợp CO, H₂ và một lượng nhỏ CO₂). Tuy nhiên, với nguồn nguyên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt thì phương án sản xuất methanol từ khí thiên nhiên và than đá cần phải được thay thế dần trong tương lai. Ngoài vấn đề về nguồn nguyên liệu thì sản xuất methanol từ nguồn nguyên liệu hóa thạch còn thải ra môi trường khối lượng lớn khí thải CO₂ gây biến đổi khí hậu. Vì vậy, hướng tổng hợp methanol trực tiếp từ CO₂ và H₂ đang được đặc biệt quan tâm. Trong quá trình tổng hợp methanol từ CO₂ và H₂, phản ứng chính sẽ tạo thành methanol. Trong đó, phản ứng tạo CH₃OH là phản ứng tỏa nhiệt và giảm thể tích, vì vậy, giảm nhiệt độ và tăng áp suất phản ứng sẽ làm chuyển dịch cân bằng tạo thành CH₃OH. Tuy nhiên, do tính chất trơ của CO₂, để tăng vận tốc phản ứng thì nhiệt độ phản ứng phải cao nhưng cũng không được quá cao vì độ chọn lọc CH₃OH sẽ giảm mạnh khi tăng nhiệt độ. Dựa trên nhu cầu về methanol trong những năm tới và tiềm năng khí thiên nhiên giàu CO₂ và các nguồn CO₂ thải của Việt Nam, việc nghiên cứu tổng hợp methanol từ CO₂ là rất cần thiết. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ chuyển hóa trực tiếp CO₂ thành methanol làm nguyên liệu sản xuất diezen sinh học B100”.

Một số kết quả của nghiên cứu:
- Đã tổng hợp thành công chất chứa alumina có diện tích bề mặt riêng lớn 210-300m²/g từ tiền chất Al(OH)₃ Tân Bình giá thành rẻ. Sản phẩm này có các tính chất hóa lý hoàn toàn vượt trội so với chất mang thương mại alumina Merck;
- Đã xây dựng được phương pháp tổng hợp xúc tác với nhiều ưu điểm như đơn giản, sản phẩm cho lượng methanol hình thành cao và trong các sản phẩm hữu cơ hầu như chỉ có methanol. Bản chất của phương pháp tổng hợp này là tối ưu quá trình kết tủa định hướng của pha hoạt tính trên chất mang;…
Sau đó, hiệu quả tổng hợp methanol tiếp tục được nâng cao thông qua sử dụng hệ thiết bị phản ứng xúc tác kết hợp công nghệ màng (MR):
+ Loại màng được lựa chọn là NaA sau khi đã đánh giá kỹ lưỡng khả năng tách sản phẩm phản ứng (H₂O) ở các điều kiện phản ứng khác nhau;
+ Việc sử dụng lò phản ứng màng có thể làm tăng lượng methanol tạo thành từ 1,4-1,7 lần tùy điều kiện phản ứng. Độ chọn lọc methanol cũng tăng nhẹ khi sử dụng màng;
+ Hệ phản ứng xúc tác có màng có độ bền hoạt tính rất tốt và dễ tái sinh để khôi phục lại hoạt tính ban đầu;
+ Methanol thu được có chất lượng cao và đáp ứng được tiêu chuẩn ASTM 1152.

Ngoài ra, hiệu quả kinh tế của việc tổng hợp methanol từ CO₂ cũng được tính toán sơ bộ. Công nghệ chuyển đổi CO₂/H₂ thành methanol có ưu điểm là giảm 28% chi phí sản xuất methanol so với công nghệ truyền thống từ syngas. Bên cạnh đó, việc áp dụng công nghệ lò phản ứng màng cũng có thể làm giảm khoảng 20% chi phí sản xuất. Ngoài các lợi ích về kinh tế, hướng nghiên cứu này còn có ý nghĩa rất lớn về mặt môi trường.