Nízkoemisní systémy pro zpracování ropy v souladu s uhlíkovými pravidly pro rok 2025

Porozumění regulačnímu tlaku na nízkou emisi soustav pro štěpení ropy

Je ev: Zvyšující se regulační tlak na emise rafinerií

Rafinerie po celém světě jsou nyní sledovány důkladněji než kdy dříve, protože vlády neustále zpřísňují pravidla týkající se emisí uhlíku. Vezměme si například systém obchodování s emisními povolenkami EU, který nyní ukládá společnostem pokuty ve výši přes 110 dolarů za metrickou tunu, pokud překročí své limity CO2. A poté tu máme předpisy Euro VI, které vyžadují, aby rafinerie snížily množství jemných částic v ovzduší téměř o 30 % do roku 2025 ve srovnání s úrovní z roku 2020, jak uvádá výzkum ICCT z loňského roku. Tato opatření nejsou ovšem zavedena pouze v Evropě. Přibližně čtvrtina států v USA v podstatě zkopírovala kalifornský program Standard nízkouhlíkových paliv. Mezitím na druhé straně Tichého oceánu zavedila Čína vlastní národní systém uhlíkového trhu, který zahrnuje přibližně 2 200 různých průmyslových zařízení, z nichž mnohá zpracovávají surovou ropu pomocí katalytického krakování.

Jak systémy katalytického krakování ropy ovlivňují uhlíkovou stopu

Jednotky pro fluidní katalytické krakování (FCC) způsobují zhruba 40 až 60 procent uhlíkové stopy rafinerie, protože tyto procesy vyžadují velké množství energie pro své tepelné operace a také všechny tyto cykly regenerace katalyzátoru. Podle nedávného výzkumu z MEB (Materials & Energy Balance Study) zveřejněného v roce 2024 může modernizace starých krakovacích systémů ve skutečnosti snížit emise z vlastních zdrojů (Scope 1) o přibližně 34 % na každý zpracovaný barel ropy. Existuje několik oblastí, kde mohou vylepšení skutečně udělat rozdíl. Za prvé, správné nastavení teploty reaktoru pomáhá předcházet nadměrnému tvorbě koksů, což samo o sobě ušetří mezi 12 a 18 % spotřeby topného plynu. Dalším významným opatřením je instalace systémů pro využití odpadního tepla, které výrazně snižují požadavky na páru o přibližně 25 %. A neměli bychom zapomínat ani na přechod na suroviny z biomasy. Tato změna sama o sobě snižuje emise v celém životním cyklu o téměř polovinu, konkrétně o 52 %, čímž se jedná o jednu z nejúčinnějších strategií dostupných dnes.

Studie případu: Evropští rafinéři splňující normy Euro VI a EU ETS

Konsorcium rafinérů z oblasti Rýna a Mohuče dosáhlo v roce 2023 snížení emisí o 22 % u šesti krakovacích jednotek prostřednictvím postupných opatření:

Investiční náklady projektu ve výši 740 milionů dolarů zajistily úspory ve výši 210 milionů dolarů/rok na nákladech za uhlíkové poplatky a zvýšení produktivity, čímž prokázaly ekonomickou výhodnost dodržování předpisů.

Strategická integrace ESG a dodržování předpisů v rafinérských provozech

Operátoři, kteří chtějí zůstat v popředí, propojují své strategie kontroly emisí se standardy ESG, které klady důraz na intenzitu uhlíkových emisí. Podle nejnovějších doporučení z roku 2024 od Energy Institute by společnosti měly integrovat sledování emisí v reálném čase přímo do obrazovek denních provozních aktivit. Některé firmy dokonce začaly vázat přibližně třetinu prémie top manažerů na to, jak dobře dosahují těchto cílů v oblasti dekarbonizace. Tento přístup řeší to, co je pro investory dnes nejdůležitější, pokud jde o environmentální výkaznictví, ale existuje i další aspekt. Společnosti, které tyto postupy zavedou již nyní, budou lépe postaveny, až ceny uhlíkových emisí nadále porostou, což předpovídají mnozí odborníci v následujících letech, když budou vlády zpřísňovat předpisy týkající se skleníkových plynů.

Inovace v procesech nízkých emisí při krakování a katalyzátorové technologii

Ekologické procesy krakování: Pokroky v oblasti hydrokrakování a FCC

Hydrokrakování dnes probíhá přibližně o 15 až 20 procent chladněji než tradiční metody, typicky mezi 300 a 400 stupni Celsia. Tento pokles teploty znamená, že je celkově potřeba méně energie, přičemž zároveň zůstávají vysoké výrobní výkony. Jednotky fluidního katalytického krakování rovněž nedávno prošly vylepšeními, kdy nové konstrukce regenerátorů výrazně zefektivnily proces hoření. Tyto změny pomáhají snížit emise oxidu uhličitého o přibližně 12 až 18 procent na každý zpracovatelský cyklus. Co se týče katalyzátorů, verze na bázi křemičitanu hlinitého rovněž ukazují velký potenciál. Podle výzkumu zveřejněného Mizunem a jeho kolegy v roce 2023 dokážou zvýšit míru přeměny uhlovodíků zhruba o 25 procent ve srovnání s dřívějšími možnostmi. Takovéto inovace usnadňují rafineriím plnění požadavků Evropského systému obchodování s emisními povolenkami.

Katalyzátory nové generace pro snížení CO− v systémech krakování ropy

Inovace katalyzátorů jsou klíčové pro dekarbonizaci. Nanostrukturované zeolity legované vzácnými kovy zvyšují účinnost štěpení, čímž umožňují reakční kinetiku o 30–40 % rychlejší. Selektivní katalyzátory nyní kladejí důraz na výrobu olefinů a zároveň minimalizují tvorbu koksu – hlavní zdroj přímých emisí – a dosahují tak o 10–15 % vyšší selektivity produktu, čímž se snižuje potřeba přepracování a související energetické ztráty.

Studie případu: Selektivní katalyzátory dosahující o 18–22 % nižších emisí CO₂

Na konci roku 2023 prováděla rafinérie nedaleko Hamburku testy na katalyzátorech FCC modifikovaných kobaltem přímo ve svém reálném výrobním prostředí. Po zhruba půl roce zaznamenali pokles emisí CO2 o někde mezi 18 a 22 procent ve srovnání s výsledky z běžných starších katalyzátorů. Nejlepší na tom bylo, že výroba nafty zůstala po celou dobu přesně stejná. Co se stalo, bylo, že tyto nové katalyzátory rovnoměrněji rozložily kov na povrchu, čímž se výrazně zintenzívnily reakce přenosu vodíku. Také bylo třeba méně palivového plynu, který by jinak byl vypouštěn. Celkem to znamenalo úsporu kolem 2,7 milionu eur ročně jen díky nákupu menšího množství emisních povolenek EU. Tím je prokázáno, že ekologizace nemusí vždy znamenat vyšší náklady.

Integrace ukládání zachyceného uhlíku v systémech rozkladu ropy

Technologie CCUS v rafineriích: Použití v jednotkách rozkladu

Systémy CCUS mají klíčovou roli při snižování emisí CO₂ z rafinerií ropy, zejména pokud jde o tyto krakovací jednotky. V podstatě tato systémy zachycují emise přímo na místě jejich vzniku, stlačí je do přepravitelné formy a pošlou je na místa jako jsou hlubinné rezervoáry s minerální vodou pro dlouhodobé uložení. Vloni oznámil Britský výbor pro změnu klimatu, že pokud se průmysl vážně zaměří na využívání technologie CCUS, do roku 2035 bychom mohli vidět pokles emisí z rafinerií až o polovinu. Dejme si to do perspektivy: krakovací jednotky berou tyto silné, těžké uhlovodíky a přeměňují je na lehčí paliva, která si lidé skutečně chtějí koupit. Tyto konkrétní části rafinerií přispívají mezi 15 % až 25 % celkového uhlíkového výdeje, takže není divu, že jsou v popředí zájmu, když si firmy berou v úvahu modernizaci svých zařízení pomocí technologií pro zachycování uhlíku.

Řešení CCS specificky pro jednotky fluidní katalytické krakování (FCC)

Jednotky pro fluidní katalytické krakování (FCC), které přeměňují těžké plynové oleje na použitelný benzin, začínají integrovat technologie ukládání uhlíku (CCS), které jsou speciálně navržené pro tyto vysokoteplotní, katalyzátorem řízené procesy. Nejnovější generace aminových rozpouštědel dokáže zachytit přibližně 90 až 95 procent emisí CO2, aniž by příliš zatěžovala systém nadměrnou spotřebou energie. Podle nedávno zveřejněného výzkumu od Inspenetu v roce 2024, když je CCS integrováno do provozu FCC, snižuje celkové emise o přibližně 18 až 22 metrických tun každou hodinu. V poslední době také roste popularita hybridních systémů, kdy se metody zachycování po spalování kombinují s technikami spalování v kyslíkovém prostředí. Tyto smíšené přístupy se osvědčují zejména v oblastech, kde cena za tunu uhlíku překročila 80 dolarů, čímž se zvyšuje ekonomická výhodnost investice pro provozovatele, kteří chtějí snížit svou environmentální stopu.

Rovnováha mezi náklady a udržitelností při nasazování CCS

CCS rozhodně má environmentální výhody, ale jeho široké uplatnění závisí na snížení nákladů a koordinaci podpůrných politik. V současné době přidává implementace CCS přibližně 12 až 18 dolarů na každý barel rafinované ropy a většina těchto nákladů pochází z výstavby skladovacích zařízení a dopravních sítí. Dobrá zpráva je, že vidíme některé nadějné vývojové trendy. Modulární systémy pro zachycování a sdílené CO2 dopravní sítě již v mnoha případech snižují počáteční investiční náklady přibližně o 30 až 40 procent. Podle strategie CCS, kterou v roce 2024 představila britská vláda, by kombinace finančních podpor, jako je daňová úleva ve výši 85 dolarů za tunu, a rozsáhlé projekty výroby vodíku mohly skutečně proměnit projekty CCS na rafineriích v atraktivní investiční příležitosti již v roce 2027.

Digitalizace a umělá inteligence pro optimalizaci emisí v procesech krakování

Optimalizace procesů pomocí umělé inteligence v systémech krakování ropy

Moderní systémy strojového učení sledují všechny druhy dat vznikajících při provozu rafinérií. Sledují věci jako jaký typ suroviny se používá, jak se mění teploty v průběhu času a jak dobře katalyzátory fungují, než provedou reálné úpravy. Některé velmi chytré algoritmy dokonce mohou předpovědět, kdy jsou nejvhodnější časy pro procesy štěpení, obvykle někde mezi jedním až dvěma dny dopředu. To pomáhá snížit ztráty energie při přechodu z jednoho procesu na druhý. Podle nedávných zjištění Mezinárodní agentury pro energii, závody, které implementovaly umělou inteligenci pro své jednotky štěpení, obvykle ušetří kolem 12 až možná i 18 procent nákladů na energie ve srovnání se staršími metodami, kdy vše muselo být ručně ovládáno lidmi. To je docela velký rozdíl, vzhledem k tomu, jak drahá energie v poslední době je.

Automatizace a monitorování v reálném čase pro úsporu energie

Jednotky pro fluidní katalytické krakování jsou nyní vybaveny IoT senzory, které sledují hladiny oxidu uhličitého, distribuční vzorce tepla a účinnost katalyzátorů. Tyto chytré systémy automaticky upravují například směs vzduchu a paliva, okamžik injektáže páry a provozní teplotu reaktorů během trvajících operací. Minuloroční výzkum zaměřený na kontrolu emisí prostřednictvím senzorů odhalil něco celkem působivého – tyto drobné úpravy mohou snížit produkci skleníkových plynů vznikajících při rafinérských procesech až o dvacet procent. Pro rafinerie usilující o splnění environmentálních norem bez újmy na výrobě může tento druh monitorování v reálném čase znamenat obrovský rozdíl.

Studie případu: FCC jednotky optimalizované pomocí umělé inteligence snižující spotřebu energie o 15 %

Jedna evropská rafinérie nedávno zavedla prediktivní řízení využívající umělou inteligenci pro svou jednotku FCC, přičemž se zaměřila zejména na energeticky náročné regenerační cykly. Systémy strojového učení určily optimální nastavení hořáků a rychlost cirkulace katalyzátorů na základě konkrétního typu suroviny v daném okamžiku. Po zhruba 18 měsících provozu tohoto systému zaznamenali výrazný pokles spotřeby zemního plynu o přibližně 15 %, což odpovídá zhruba 3,2 MMBtu na barel zpracovaný za den. Co je ještě důležitější, účinnost krakování se udržela na vynikající úrovni 99,2 %. Tento příběh úspěchu ukazuje, že podobné přístupy mohou být úspěšně nasazeny v rozsahu velkých zařízení zpracovávajících více než 200 tisíc barelů denně, aniž by byla ohrožena úroveň výkonu.

Nejčastější dotazy

Jaké jsou hlavní faktory, které vedou k regulativnímu tlaku na systémy pro krakování ropy s nízkou úrovní emisí?

Přísná pravidla pro emise uhlíku, jako je systém obchodování s emisními povolenkami EU a směrnice Euro VI, nutí rafinerie, aby přijaly systémy s nízkými emisemi, aby se vyhnuly sankcím a zároveň dodržovaly předpisy.

Jak ovlivňují systémy pro štěpení ropy uhlíkovou stopu rafinerie?

Systémy pro štěpení, zejména jednotky fluidní katalytické krakování (FCC), významně přispívají k uhlíkové stopě rafinerie kvůli jejich vysoké energetické náročnosti a cyklům regenerace katalyzátoru.

Jaké technologie mohou rafinerie implementovat, aby snížily emise?

Rafinerie mohou implementovat systémy pro využití odpadního tepla, přejít na suroviny z biomasy a zavést CCUS a optimalizace řízené umělou inteligencí, aby efektivně snížily emise.

Jak mohou rafinéři vyvážit náklady a udržitelnost při nasazení technologií CCS?

Finanční podpory, modulární systémy pro zachycování, sdílené CO2 distribuční sítě mohou rafineriím pomoci vyvážit náklady a udržitelnost a učinit nasazení CCS realistickým.