Системи за крекинг на петрол с ниски емисии, съответстващи на правилата за въглеродни емисии през 2025 г.

Разбиране на регулаторното задължение за системи за крекинг на петрол с ниски емисии

Феномен: Нарастващо регулаторно натискане върху емисиите от рафинерии

Рефинаериите по целия свят се наблюдават по-отблизо от всякога, тъй като правителствата непрекъснато затегват правилата си относно въглеродните емисии. Вземете например Европейската система за търговия с емисионни права – сега тя налага глоби в размер над 110 долара за метричен тон на компаниите, които надвишават лимитите си по CO2. И тогава има още регулациите Euro VI, които изискват от рефинаериите да намалят емисиите на фин прах във въздуха с почти 30% до 2025 г. в сравнение с нивата от 2020 г., според проучване на ICCT от миналата година. Подобни регулации се прилагат не само в Европа. Около една четвърт от щатите в САЩ по същество са копирали програмата на Калифорния за нисковъглеродни горива. Междувременно от другата страна на Тихия океан, Китай е извървял собствената си национална система за въглероден пазар, която включва приблизително 2200 различни индустриални предприятия, много от които обработват суров петрол чрез крекинг операции.

Как крекинг системите за петрол влияят на въглеродния отпечатък

Установките за флуидно каталитично крекиране (FCC) са отговорни за около 40 до 60 процента от въглеродния отпечатък на рафинерия, защото тези операции изискват много енергия за техните термични процеси, както и заради многобройните цикли на регенерация на катализаторите. Според нови проучвания от Материално-енергиен баланс, публикувани през 2024 г., модернизацията на старите крекинг системи може всъщност да намали емисиите от първи мащаб (Scope 1) с около 34% за всяка бъчва, която се обработва чрез тях. Има няколко области, където подобренията могат да направят реална разлика. Първоначално, правилното регулиране на температурите в реакторите помага да се предотврати излишното образуване на кокс, което само по себе си спестява между 12 и 18% от консумацията на горивен газ. Друг голям приход идва от монтирането на системи за утилизация на топлината на отпадъчните продукти, които значително намаляват нуждите от пара с около 25%. И не на последно място, нека не забравяме за преминаването към суровини, произведени от биомаса. Само тази промяна намалява емисиите през целия жизнен цикъл с почти половината – 52%, което я прави една от най-ефективните стратегии, налични днес.

Пример за изследване: Европейски рафинерии, съответстващи на Euro VI и EU ETS

Консорциум от рафинерии в Рейн-Рур постигна 22% намаление на емисиите по шест инсталации за крекинг през 2023 г. чрез фазова интервенция:

Капиталните разходи от 740 млн. долара за проекта осигуриха 210 млн. долара годишно спести за сметка на избягване на такси за въглерод и печалби от повишената продуктивност, което доказва бизнес аргументите за съответствие.

Стратегическа интеграция на ESG и съответствие в операциите на рафинерии

Операторите, които искат да бъдат на крачка пред, свързват стратегиите си за контрол на емисиите със стандартите ESG, които поставят интензивността на въглеродните емисии на първо място. Според най-новите препоръки на Института по енергетика от 2024 г., компаниите трябва да интегрират директно в ежедневните оперативни екрани проследяването на емисиите в реално време. Някои компании вече са започнали да свързват около една трета от бонусите на висшето ръководство с това колко добре са изпълнявали целите си по декарбонизация. Този подход отговаря на това, което инвеститорите най-много ценят днес, когато става въпрос за еко отчетност, но има и друг ъгъл на наблюдение. Компаниите, които прилагат тези практики сега, са по-добре позиционирани, когато цените на въглерода продължат да нарастват, което много експерти предвиждат да се случи през следващите няколко години, докато правителствата затегват регулациите относно парниковите газове.

Иновации в процесите на ниски емисии и технология на катализаторите

Еко-дружелюбни процеси на крекинг: Хидрокрекинг и усъвършенствания в FCC

Хидрокрекингът днес работи с около 15 до 20 процента по-студен в сравнение с традиционните методи, обикновено между 300 и 400 градуса Целзий. Това намаляване на температурата означава, че общо взето е необходима по-малко енергия, но все още се поддържат високите нива на производство. Поредиците за флуидно каталиитично крекиране също са били подобрени напоследък, като новите дизайни на регенераторите правят процеса на горене далеч по-ефективен. Тези промени помагат за намаляване на емисиите на въглероден диоксид с около 12 до 18 процента за всеки цикъл на обработка. Когато става дума за катализатори, версиите съдържащи силиций-алуминий също показват реален потенциал. Те увеличават скоростта на преобразуване на въглеводородите с приблизително 25 процента в сравнение с това, което беше възможно преди, според проучване публикувано от Мидзуно и сътрудници през 2023 г. Такива постижения правят по-лесно за рафинериите да отговарят на изискванията по системата на Европейския съюз за търговия с емисионни разрешила.

Катализатори от Ново Поколение за Намаляване на CO− в Системите за Крекиране на Петрол

Каталитичните иновации са критични за декарбонизацията. Наноструктурирани цеолити, легирани с редкоземни метали, увеличават ефективността на крекинга, осигурявайки 30–40% по-бърза кинетика на реакцията. Селективните катализатори сега насочват усилията си към производството на олефини, като минимизират образуването на кокс – основен източник на директни емисии, постигайки 10–15% по-висока селективност на продукта и намалявайки необходимостта от повторна обработка и свързаното с нея енергийно загуби.

Примерен случай: Селективни катализатори, постигащи 18–22% по-нисък CO− изход

През есента на 2023 г. рафинерия близо до Хамбург извърши изпитвания с модифицирани с кобалт катализатори за FCC директно в реалната си производствена среда. След около половин година, те отчетоха намаление на емисиите на CO2 между 18 и 22 процента в сравнение с тези, получени от обикновените стари катализатори. Най-доброто? Производството на дизел остана напълно непроменено през цялото това време. Това, което се случи, беше, че новите катализатори разпределиха метала по-добре по повърхностите, което накара реакциите на пренос на водород да работят много по-ефективно. Освен това по-малко горивен газ се губеше. Всичко това общо доведе до спестяване от около 2,7 милиона евро годишно само от по-малко закупени EU въглеродни кредити. Така че тук имаме доказателство, че зеленото развитие не винаги означава по-големи разходи.

Интегриране на технологии за улавяне и съхраняване на въглерод в инсталации за крекинг на петрол

CCUS технологии в рафинерии: Приложение в крекинг инсталации

Системите CCUS играят основна роля при намаляването на емисиите на CO₂ от нефтопреработвателни заводи, особено когато става въпрос за крекинг уредби. По същество тези системи улавят емисиите точно на мястото, където се произвеждат, компресират ги в транспортабилна форма и ги изпращат на места като дълбоки подземни солени резервоари за дългосрочно съхранение. Комитетът за изменение на климата във Великобритания съобщи миналата година, че ако индустриите се захванат сериозно с прилагането на технологията CCUS, може би ще видим около половината от всички емисии от рафинерии да изчезнат до 2035 г. Нека поставим това в перспектива: крекинг уредбите поемат тези гъсти, тежки въглеводороди и ги превръщат в по-леки горива, които хората наистина искат да купуват. Точно тези части от рафинериите допринасят между 15% и 25% от общите въглеродни емисии, така че не е чудно, че са високо в списъка, когато компаниите разглеждат възможността за модернизация на съоръженията си с решения за улавяне на въглерод.

Решения за улавяне на въглероден диоксид (CCS), специфични за уредби за флуидно каталитично крекиране (FCC)

Установките за флуидно каталично крекване (FCC), които превръщат тежките газови масла в употребим бензин, започват да включват технологии за улавяне и съхраняване на въглероден диоксид (CCS), специално разработени за тези процеси с висока температура и катализатор. Най-новото поколение аминови разтворители всъщност може да улавя около 90 до 95 процента от емисиите на CO2, без да отнема твърде много допълнителна енергия от системата. Според нови проучвания, публикувани от Inspenet през 2024 г., когато CCS се интегрира в FCC операциите, се постига намаление на общите емисии с около 18 до 22 метрични тона на час. Също така наблюдаваме, че хибридните системи стават все по-популярни напоследък, където методите за улавяне след изгарянето се комбинират с техники за изгаряне с чист кислород. Тези смесени подходи най-често дават добри резултати в региони, където цената на въглерода е надвишила 80 долара за тон, което прави инвестициите по-изгодни за операторите на заводи, които искат да намалят екологичния си след.

Балансиране на разходите и устойчивостта при прилагането на CCS

CCS определено има екологични предимства, но за неговото широко прилагане е необходимо да се намалят разходите и да се осигурят поддържащи политики. В момента използването на CCS добавя около 12 до 18 долара за всяка бъчва рафинирана нефти, а по-голямата част от тези разходи идва от изграждането на съоръжения за съхранение и транспортни мрежи. Добрата новина е, че наблюдаваме някои обещаващи разработки. Модулни системи за улавяне и споделени мрежи от CO2 тръбопроводи вече намаляват първоначалните инвестиционни изисквания с около 30 до 40 процента в много случаи. Като се има предвид изложението на правителството на Обединеното кралство в стратегията им за CCS от 2024 г., те отбелязват, че комбинирането на финансови стимули, като данъчен кредит от 85 долара за тон, с инициативи за производство на водород в големи мащаби може всъщност да направи проекти за CCS в рафинерии финансово изгодни още през 2027 г.

Дигитализация и изкуствен интелект за оптимизация на емисиите при операции по крекинг

Оптимизация на процеси чрез изкуствен интелект при системи за крекинг на петрол

Съвременните системи за машинно самообучение изследват всички видове данни, получени от операциите по рафиниране на петрол в днешно време. Те следят неща като вида суровина, която се използва, как температурите се променят във времето и колко ефективно работят катализаторите, преди да направят корекции в реално време. Някои доста умни алгоритми всъщност могат да прогнозират кога ще бъдат най-добрите моменти за процесите на рафиниране, обикновено някъде между един и два дни напред. Това помага да се намали загубата на енергия всеки път, когато се преминава от един процес към друг. Според последни данни на Международната агенция за енергетика, заводите, които са приложили изкуствен интелект за своите рафиньорни уредби, спестяват обикновено около 12 до дори 18 процента от разходите за енергия в сравнение с по-старите методи, при които хората трябвало ръчно да контролират всичко. Това е доста голяма разлика, ако се има предвид колко скъпа е станала енергията напоследък.

Автоматизация и наблюдение в реално време за енергийна ефективност

Модерните инсталации за флуидно каталитично крекиране вече са оборудвани с IoT сензори, които следят нивата на въглероден диоксид, разпределението на топлината и ефективността на катализаторите. Тези интелигентни системи автоматично настройват параметри като съотношението на въздух и гориво, моментите за впръскване на пара и работната температура на реакторите по време на процеса. Проучване от миналата година, изследващо контрола на емисиите чрез сензори, показа нещо доста впечатляващо – тези малки корекции могат да намалят емисиите на парникови газове при рафинирането с около двадесет процента. За рафинериите, които се стремят да съответстват на еко стандартите, без да жертват производителността, този вид мониторинг в реално време прави голямата разлика.

Пример за изследване: FCC инсталации, оптимизирани с ИИ, намаляват енергийното потребление с 15%

Един европейски рафинер въведе използването на предиктивен контрол, задвижван от изкуствен интелект, за FCC единицата си, като се фокусира върху енергоемките цикли на регенерация. Системите за машинно самообучение определиха оптималните настройки за горелките и скоростта на циркулация на катализаторите, в зависимост от вида суровина, която се подава в даден момент. След около 18 месеца използване на тази система, те отбелязаха значително намаление в употребата на природен газ – около 15%, което е приблизително 3.2 MMBtu на барел обработен продукт. Още по-важно е, че успяха да запазят ефективността на крекинга на високо ниво от 99.2%. Тази история на успех показва, че подобни подходи могат да бъдат ефективно прилагани в големи мащаби, особено в по-големи съоръжения, които обработват над 200 хил. барела дневно, без да се компрометира стандартът на производителността.

Често задавани въпроси

Какви са основните причини за регулаторното изискване за системи за крекинг с ниски емисии?

Стриктните регулации относно въглеродните емисии, като например Европейската система за търговия с емисионни разрешителни и Euro VI, принуждават рафинериите да използват системи с ниски емисии, за да избягнат глоби и да осигурят съответствие.

Как системите за крекинг на петрола влияят на въглеродния отпечатък на рафинерията?

Системите за крекинг, особено единиците за флуиден каталитичен крекинг (FCC), значително допринасят за въглеродния отпечатък на рафинерията поради високото им енергоизискване и циклите на регенерация на катализаторите.

Какви технологии могат да приложат рафинериите, за да намалят емисиите?

Рафинериите могат да прилагат системи за улавяне на топлината от отпадъчните газове, да преминат към суровини, получени от биомаса, както и да използват CCUS и оптимизации, управлявани от изкуствен интелект, за ефективно намаляване на емисиите.

Как рафиньорите могат да балансират разходите и устойчивостта при използването на технологии за улавяне на въглероден диоксид (CCS)?

Финансови стимули, модулни системи за улавяне и споделени мрежи от тръбопроводи за CO2 могат да помогнат на рафинериите да балансират разходите с устойчивостта, което прави внедряването на CCS по-осъществимо.