Quy trình sản xuất Methanol - Từ khí tự nhiên đến dung môi và nhiên liệu xanh của tương lai

Methanol (CH₃OH) là một hóa chất cơ bản quan trọng, vừa là nguyên liệu trung gian trong công nghiệp hóa chất, vừa là nhiên liệu sạch cho thế hệ năng lượng mới. Nhờ khả năng chuyển hóa linh hoạt và hiệu suất cao, quy trình sản xuất methanol ngày nay đã trở thành một chuỗi công nghệ hiện đại, kết hợp giữa hóa học xúc tác, nhiệt động học và kỹ thuật phản ứng.

1. Nguyên liệu dùng để sản xuất Methanol

Nguồn nguyên liệu phổ biến nhất để sản xuất methanol hiện nay là:

  • Khí tự nhiên (CH₄) – chiếm hơn 70% sản lượng toàn cầu.

  • Khí hóa than (CO + H₂) – sử dụng tại các quốc gia có trữ lượng than lớn.

  • Ngoài ra, có thể sản xuất methanol từ sinh khối, CO₂, hoặc rác thải hữu cơ theo hướng nhiên liệu sinh học (Bio-methanol).

Trong đó, sản xuất methanol từ khí tự nhiên được xem là tối ưu nhất nhờ hiệu suất cao, chi phí thấp và ít phát thải CO₂.

2. Các giai đoạn chính trong quy trình sản xuất Methanol

Bước 1: Tiền xử lý nguyên liệu

Khí tự nhiên sau khai thác chứa các tạp chất như H₂S, CO₂, nước, và hydrocarbon nặng. Những tạp chất này được loại bỏ qua thiết bị hấp phụ hoặc tháp rửa kiềm để:

  • Bảo vệ xúc tác khỏi bị ngộ độc.

  • Ổn định thành phần khí trước khi reforming.

Bước 2: Reforming – Chuyển hóa Methane thành khí tổng hợp (Syngas)

Phản ứng reforming hơi nước (Steam Reforming) diễn ra ở 700–900°C, xúc tác Ni/Al₂O₃, tạo ra khí tổng hợp gồm CO và H₂: CH4+H2O→CO+3H2C

Đây là phản ứng thu nhiệt mạnh, cần năng lượng cao và điều kiện ổn định.

Ngoài reforming hơi nước, có thể áp dụng Partial Oxidation (POX) hoặc Autothermal Reforming (ATR) – kết hợp cả oxy hóa và reforming hơi nước để tiết kiệm năng lượng.

Bước 3: Tổng hợp Methanol từ khí tổng hợp

Khí tổng hợp (CO + H₂) được làm nguội và nén đến 50–100 atm, sau đó đưa qua thiết bị phản ứng có xúc tác Cu/ZnO/Al₂O₃: CO+2H2→CH3OH(ΔH=−90.7 kJ/mol)

Phản ứng tỏa nhiệt nên phải giữ nhiệt độ trong khoảng 200–300°C để tránh giảm hiệu suất.

Hiệu suất chuyển hóa trực tiếp đạt khoảng 20–25% mỗi vòng tuần hoàn, nhưng nhờ tái tuần hoàn khí chưa phản ứng, hiệu suất tổng đạt >95%.

Bước 4: Làm nguội và ngưng tụ Methanol

Hỗn hợp sau phản ứng được làm nguội, methanol ngưng tụ ở dạng lỏng, trong khi các khí dư (CO, H₂) được tái tuần hoàn trở lại hệ thống tổng hợp.

Bước 5: Tinh chế và chưng cất Methanol

Methanol thô thu được chứa nước và tạp chất hữu cơ. Quy trình chưng cất nhiều cấp được thực hiện để đạt độ tinh khiết ≥ 99,85%, đáp ứng tiêu chuẩn cho các ngành:

  • Hóa chất công nghiệp (formaldehyde, acid acetic, methyl tert-butyl ether - MTBE).

  • Nhiên liệu (biofuel, methanol fuel blend).

  • Dung môi kỹ thuật và phòng thí nghiệm.

3. Cơ chế hóa học trong tổng hợp Methanol

  • Cơ chế hấp phụ bề mặt: CO và H₂ hấp phụ lên bề mặt xúc tác Cu, tái tổ hợp thành nhóm –CH₃O*, sau đó hydro hóa thành CH₃OH.

  • Phản ứng thuận nghịch: Do phản ứng tỏa nhiệt, tăng nhiệt độ sẽ đẩy cân bằng theo chiều phân hủy methanol. Vì vậy, áp suất cao và nhiệt độ trung bình giúp đạt hiệu suất tối ưu.

  • Hiện tượng xúc tác dị thể: Cấu trúc nano của xúc tác Cu/ZnO tăng diện tích bề mặt phản ứng, giúp tăng tốc độ tổng hợp.

4. Ý nghĩa công nghiệp và môi trường

  • Giảm phát thải CO₂: Quy trình từ khí tự nhiên sinh ít CO₂ hơn 30–40% so với quy trình từ than.

  • Hiệu suất năng lượng cao: Nhiệt lượng sinh ra ở các công đoạn được tái sử dụng để gia nhiệt hoặc phát điện.

  • Cầu nối cho nền kinh tế hydro: Methanol là chất mang hydro tiềm năng, dễ lưu trữ và vận chuyển hơn H₂ nguyên chất.

Quy trình sản xuất methanol là một điển hình của công nghệ chuyển hóa năng lượng – hóa học xanh, kết hợp hiệu quả giữa khoa học vật liệu xúc tác, cơ học phản ứng và quản lý nhiệt động học. Với sự phát triển của công nghệ methanol xanh (Green Methanol) từ CO₂ và hydrogen tái tạo, tương lai của ngành công nghiệp methanol sẽ trở thành nền tảng quan trọng trong chiến lược năng lượng bền vững toàn cầu.

 

Tư vấn về Methanol - Cồn công nghiệp CH3OH Hà Nội, Sài Gòn

Quý khách có nhu cầu tư vấn Methanol - Cồn công nghiệp CH3OH. Hãy liên hệ ngay số Hotline 086.818.3331 - 0972.835.226. Hoặc truy cập trực tiếp website tongkhohoachatvn.com để được tư vấn và hỗ trợ trực tiếp từ hệ thống các chuyên viên.

Tư vấn Methanol - Cồn công nghiệp CH3OH.

Giải đáp Methanol - Cồn công nghiệp CH3OH qua KDC CHEMICAL. Hỗ trợ cung cấp thông tin Methanol - Cồn công nghiệp CH3OH KDC CHEMICAL.

Hotline:086.818.3331 - 0972.835.226

Zalo : 086.818.3331 - 0972.835.226

Web: tongkhohoachatvn.com

Mail: kdcchemical@gmail.com