Nhóm nghiên cứu của Viện Dầu khí Việt Nam đã nghiên cứu thành công quy trình công nghệ và xây dựng được hệ thống pilot thu hồi riêng rẽ các oxit nguyên tố đất hiếm từ xúc tác FCC đã qua sử dụng của Nhà máy lọc dầu Dung Quất với công suất 100 kg xúc tác FCC/mẻ.

Đây cũng là kết quả của nhiệm vụ KH&CN cấp Quốc gia theo Nghị định thư Hợp tác KH&CN giữa Bộ KH&CN và Bộ Kinh tế và Năng lượng Liên bang Đức.

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 có thành phần chính như SiO2, Al2O3,La2O3, TiO2, CaO, Fe2O3, NiO, V2O5, Na2O, MgO,P2O5, CeO2 được sử dụng từ những năm đầu thập kỷ 1960, góp phần nâng cao hiệu suất các sản phẩm có giá trị cao như xăng, giảm sự tạo cốc trên xúc tác.

Do đặc thù của chế độ vận hành của phân xưởng FCC, 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 hàm lượng kim loại V (Vanadi), Ni (Niken) trên xúc tác. Theo đó, một lượng xúc tác tương đương sẽ được thải ra ngoài để đảm bảo lượng xúc tác trong hệ thống là không đổi. Trên thế giới và Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng xúc tác FCC thải làm phụ gia cho xi măng, sử dụng làm xúc tác cho quá trình nhiệt phân polymer phế thải, rơm rạ; làm xúc tác cho quá trình chuyển hóa cao su phế thải thành nhiên liệu lỏng, cracking dầu nhờn thải ;…

Theo TS Lê Phúc Nguyên, thành viên nhóm nghiên cứu, hiện nay, trung bình lượng xúc tác FCC thải hàng ngày của Nhà máy Dung Quất khoảng 20 tấn với khả năng hoạt hóa của xúc tác vẫn còn. Khối lượng thải của xúc tác FCC liên tục tăng trong các năm. Trong khi đó, Nhà máy lọc dầu Dung Quất hiện chưa có phương án thu hồi Re trong FCC thải. FCC thải ra được xử lý bằng phương pháp chôn lấp và một phần làm vật liệu xây dựng. So với các nghiên cứu trên thế giới thì xúc tác FCC thải của Nhà máy lọc dầu Dung Quất có tính rất đặc thù là chứa hàm lượng Fe rất cao, thành phần RE (đất hiếm) chỉ chiếm 2,7% khối lượng xúc tác. Ngoài ra, FCC trải qua quá trình hoạt động ở điều kiện thuỷ nhiệt khắc nghiệt nên rất bền hoá liên kết Re-O. “Vì vậy, việc thu hồi RE với độ tinh khiết cao là thách thức lớn về mặt khoa học kỹ thuật. Trong khi các phương pháp kỹ thuật hiện đang sử dụng trên thế giới không thể áp dụng được cho xúc tác FCC thải của Nhà máy lọc dầu Dung Quất do không đạt được độ tinh khiết cao của sản phẩm” – TS Nguyên chia sẻ.

Nhóm tác giả đã khảo sát các phương pháp nhằm loại Fe(III) trước khi tinh chế đất hiếm. Kết quả cho thấy phương pháp kết tủa phân đoạn truyền thống không hiệu quả để loại Fe(III) ra khỏi hỗn hợp cùng các cation đất hiếm. Do đó, nhóm áp dụng thêm một quá trình chiết tách dung môi để loại Fe(III). Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể loại Fe(III) ra khỏi hỗn hợp chứa với các cation đất hiếm và Al (III) bằng hỗn hợp 25% (v/v) diisooctylphosphinic acid (DiOPA) trong n-octane với thời gian 140 phút. Đây cũng là lần đầu tiên việc thu hồi đất hiểm từ đối tượng xúc tác FCC thải có hàm lượng Fe(III) cao được thực hiện.

TS Nguyên cho biết, quy trình thu hồi gồm 2 bước: ngâm chiết bằng axit và làm giàu-tinh chế bằng phương pháp chiết dung môi. Hiệu quả thu hồi hơn 90% oxit đất hiếm của xúc tác FCC thải với độ tinh khiết trên 99,9%. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, Nhóm tác giả đã xây dựng hệ thống thu hồi đất hiếm từ xúc tác FCC thải với quy mô là 100kg xúc tác thải/mẻ. Thành phần thu hồi là La2O3, CeO2 với lượng dung môi hữu cơ thu hồi trên 99%, hệ thống pilot hoạt động an toàn ổn định và không phát sinh chất thải thứ cấp.

TS Nguyên cho biết, chi phí thu hồi tương đương với chi phí xử lý xúc tác thải mà NMLD Dung Quất đang phải chi trả. Như vậy, so với phương án chôn lấp, phương pháp thu hồi nói trên có hiệu quả kinh tế hơn. “Thay vì phải chi trả khoảng 4 triệu đồng/tấn để thuê đơn vị chôn lấp, thì việc thu hồi đất hiếm có thể tạo ra lợi nhuận từ 1 - 1,5 triệu/tấn xúc tác” – TS Nguyên nói.