Xu hướng áp dụng các công nghệ sản xuất các alkyl este của acid hữu cơ mạch ngắn bằng quá trình xúc tác dị thể đã và đang được phát triển trên thế giới. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu đều tập trung phát triển các thiết bị công nghệ, sử dụng xúc tác Amberlyst, làm việc ở áp suất thường nhưng có nhược điểm là kém bền nhiệt (khả năng chịu nhiệt không quá 120oC). Một vài chất xúc tác dị thể khác cũng được đề cập đến như xúc tác siêu acid điều chế bằng phương pháp tẩm, xúc tác trên cơ sở vật liệu carbon sulfo hóa. Tuy nhiên, các nghiên cứu này chỉ mang tính chất khai phá, chưa nghiên cứu một cách hệ thống và toàn diện cả về vật liệu xúc tác và quá trình phản ứng, cung như chưa đánh giá độ bền và thời gian làm việc của xúc tác.

Trong nhiều năm qua, Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc, hóa dầu đã có nhiều nghiên cứu và triển khai công nghệ có liên quan trực tiếp đến quá trình này. Điển hình là các quá trình este hóa acid lactic kết hợp chiết, quá trình este hóa acid béo, quá trình transeste hóa dầu mỡ động thực vật, quá trình inter-este hóa, este hóa acid Lgulonic. Các quá trình này đều sử dụng acid dị thể, được tiến hành trên thiết bị dòng liên tục, với lớp xúc tác dị thể cố định trong thiết bị phản ứng, điều kiện áp suất thường hoặc cận siêu tới hạn. Các chất xúc tác đã được nghiên cứu, bao gồm xúc tác dị đa acid, điều chế bằng phương pháp trao đổi ion, xúc tác carbon sulfo hóa, xúc tác trên cơ sở oxit kim loại gốm hóa như MgO, MnOx. Các chất xúc tác cũng như các quá trình công nghệ này thể hiện được các đặc tính kỹ thuật nổi trội và có hiệu quả kinh tế, môi trường cao. Việc cải tiến từ công nghệ truyền thống, sử dụng xúc tác đồng thể, thiết bị dạng mẻ gián đoạn sang công nghệ xúc tác dị thể với thiết bị dạng dòng liên tục với lớp xúc tác cố định chính là bước đổi mới đáng kể công nghệ: quá trình không phát sinh phế thải thứ cấp nhờ sử dụng xúc tác dị thể, vừa dễ dàng tách ra khỏi chất phản ứng mà không cần phải qua quá trình xử lý phụ trợ, vừa không làm nhiễm bẩn hỗn hợp sản phẩm, nên cũng không cần qua quá trình xử lý phụ trợ phát sinh phế thải, góp phần giảm đáng kể chi phí sản xuất nhờ giảm chi phí cho xử lý môi trường.

Xuất phát từ thực tiễn trên, Chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Thị Thu Trang cùng nhóm nghiên cứu tại Phòng TNTĐ Công nghệ lọc, hóa dầu trực thuộc Bộ Công Thương thực hiện “Nghiên cứu công nghệ xúc tác dị thể tiên tiến sản xuất dung môi alkyl (C1 C2 C4) acetate thay thế nhập khẩu” với mục tiêu nghiên cứu phát triển công nghệ xúc tác dị thể tiên tiến sản xuất dung môi methyl acetate, ethyl acetate, n-butyl acetate, để tiến tới hoàn thiện công nghệ ở qui mô pilot.

Theo số liệu Hải quan 2016, tổng lượng dung môi methyl acetate, ethyl acetate, n-butyl acetate nhập khẩu vào Việt Nam vào khoảng 200.000 tấn, trong đó, dung môi methyl acetate là 100.000 tấn/năm, ethyl acetate là 53.000 tấn/năm và n-butyl acetate là 54.000 tấn/năm.

Hiện tại, ở Việt Nam, chưa có nhà máy nào sản xuất các dung môi nói trên. Toàn bộ lượng dung môi methyl acetate, ethyl acetate, n-butyl acetate sử dụng ở Việt Nam đều là sản phẩm nhập khẩu.

Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất các dung môi trên là acid acetic, ethanol, methanol và n-butanol. Những nguồn nguyên liệu này nhìn chung là có sẵn hoặc có tính khả thi về nguồn cung trong nước.

Ở Việt Nam, trong những năm qua, PTNTĐ Công nghệ lọc, hóa dầu đã đạt được nhiều thành tựu trong hướng nghiên cứu triển khai công nghệ este hóa [20-33]. Điển hình là các công nghệ tiên tiến:

- Sản xuất dung môi sinh học/diesel sinh học trên cơ sở các quá trình este hóa acid béo và quá trình este hóa chéo dầu mỡ động thực vật trong điều kiện cận siêu tới hạn của methanol/ethanol, sử dụng xúc tác dị thể;

- Quá trình inter-ester hóa giữa triglyceride và alkyl este của acid hữu cơ mạch ngắn;

- Quá trình este hóa acid hữu cơ mạch ngắn, đặc biệt là acid lactic, sử dụng xúc tác dị thể kết hợp chiết.

Các kết quả nghiên cứu đã được đăng ký độc quyền tại Mỹ, châu Âu, Việt Nam và Brazin; được công bố trên tạp chí ISI và đang được triển khai ứng dụng tại PTNTĐ công nghệ lọc hóa dầu.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

- Đã nghiên cứu điều chế thành công các chất xúc tác: GO/AC, xúc tác siêu acid dị thể Keggin, xúc tác MnOx, các xúc tác đều có hoạt tính tốt trong phản ứng este hóa (C1, C2, C4) với acid acetic. Nổi bật là xúc tác MnOx có hiệu quả rất tốt, có độ ổn định và có độ bền cao trong điều kiện làm việc khắc nghiệt ở nhiệt độ cao 200-220 độ C, áp suất cao 25 - 27atm.

- Đã điều chế được 02 kg chất xúc tác dị thể MnOx đáp ứng yêu cầu làm xúc tác cho phản ứng este hóa alcohol (C1, C2, C4) với acid acetic để điều chế dung môi alkyl (C1, C2, C4) acetate có hoạt tính cao và ổn định cao.

- Đã nghiên cứu thành công qui trình công nghệ điều chế dung môi alkyl (C1, C2, C4) acetate, vận hành liên tục, sử dụng xúc tác dị thể trên cơ sở MnOx ở qui mô phòng thí nghiệm

- Đã điều chế 5L dung môi alkyl (C1, C2, C4) acetate mỗi loại, đáp ứng được chất lượng đã đăng ký.

- Đã được duyệt đăng 02 bài báo trên Tạp chí Hóa học và Ứng dụng số 2(61)2022 và 3(62)/2022, đăng ký 01 sở hữu trí tuệ, số đơn 1-2022-03221 tại Cục Sở hữu trí tuệ, đã tham gia đào tạo 01 tiến sĩ chuyên ngành Hoá lý thuyết và hoá lý (đã bảo vệ cấp Viện ngày 27/04/2021).

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 21047/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

Đ.T.V (NASTIS)