Pienipäästöiset öljynjalostusjärjestelmät, jotka vastaavat vuoden 2025 hiilitavoitteita

Matalapäästöisten rikastusöljyjärjestelmien sääntelyvaatimusten ymmärtäminen

Ilmiö: Kasvava sääntelypaine öljynjalostusjäännöspäästöille

Tiemerit kaikkialla maailmassa tarkastellaan tiukemmin kuin koskaan ennen, koska hallitukset tekevät jatkuvasti tiukempia hiilisääntöjä. Otetaan esimerkiksi EU:n päästökauppajärjestelmä, joka rangaistaa yrityksiä yli 110 dollarin hinnalla per metrinen tonni, mikäli ne ylittävät hiilidioksidipäästömääränsä. Ja sitten on Euro VI -säädökset, joiden mukaan tiemerioiden tulisi leikata ilmassa olevia pieniä hiukkasia lähes 30 % vuoden 2020 tason mukaan vuoteen 2025 mennessä, kuten ICCT:n viimevuotinen tutkimus osoitti. Näin ei kuitenkaan tapahdu vain Euroopassa. Noin neljännes Yhdysvaltojen osavaltioista on käytännössä kopiointi Kalifornian Low Carbon Fuel Standard -ohjelmasta. Toisaalla Tyynellämerellä Kiina on käynnistänyt oman kansallisen hiilimarkkinajärjestelmänsä, joka kattaa noin 2 200 erilaista teollista toimintaa, joista moni käsittelee raakaa öljyä katalysointitoiminnan kautta.

Miten öljyn katalysointijärjestelmät vaikuttavat hiilijalanjälkeen

Fluidikatalyyttiset pyrolyysiyksiköt (FCC) aiheuttavat noin 40–60 prosenttia kaiken hiilijalanjäljen määrästä jalostamolla, koska näissä prosesseissa tarvitaan paljon energiaa lämpöprosesseihin ja katalysaattorien regenerointisykleihin. Vuonna 2024 julkaistun Materials & Energy Balance -tutkimuksen mukaan vanhojen pyrolyysijärjestelmien modernisoinnilla voidaan todellisuudessa vähentää suoraan aiheutuvia päästöjä (Scope 1) jopa 34 prosenttia jokaista jalostettua tynnyriä kohti. On olemassa useita alueita, joissa parannuksilla voidaan saavuttaa merkittävä vaikutus. Ensinnäkin reaktorin lämpötilojen oikea säätö auttaa estämään liiallista kokiutumista, mikä säästää yksinään 12–18 prosenttia poltto-kaasun kulutuksesta. Toinen suuri mahdollisuus on jätelämmön talteenottojärjestelmien asentaminen, joiden ansiosta höyrytarve laskee merkittävästi noin 25 prosenttia. Älä myöskään unohda siirtyä biomassapohjaisista raaka-aineista valmistettuihin lähtöaineisiin. Yksin tämä muutos vähentää elinkaaren päästöjä lähes puolella, 52 prosenttia, mikä tekee siitä yhden tehokkaimmista strategioista nykyisellä markkinatilanteella.

Tapaus: Eurooppalaiset jalostamot noudattavat Euro VI -päästöstandardia ja EU ETS -päästökauppajärjestelmää

Rhein-Ruhr-alueen jalostajien konsortio saavutti 22 %:n päästövähennykset kuudessa krakkausyksikössä vuonna 2023 vaiheittaisilla toimenpiteillä:

Projektin 740 miljoonan dollarin pääomakuluilla saavutettiin 210 miljoonan dollarin vuosittainen säästö hiilidioksidimaksuissa ja tuottavuuseduissa, mikä osoittaa yhteensopivuuden liiketoiminnan kannattavuuden kanssa.

Ympäristövastuun ja yhteensopivuuden strateginen integrointi jalostamo-operaatioihin

Operatöörit, jotka haluavat pysyä edellä, yhdistävät päästöjen hallintastrategiansa ESG-standardeihin, jotka asettavat hiilijalanjäljen keskeiseksi osaksi. Energy Institutin viimeisimpien vuoden 2024 suositusten mukaan yritysten tulisi integroida reaaliaikainen päästöjen seuranta suoraan päivittäisiin toimintanäyttöihin. Jotkin yritykset ovat jopa alkaneet linkittää noin kolmannes osaltaan johtoryhmän bonuksista siihen, kuinka hyvin ne saavuttavat kyseiset hiilineutraaliustavoitteet. Tämä lähestymistapa vastaa sijoittajien nykyisiä huolia ympäristöraportoinnin suhteen, mutta siihen liittyy myös toinen näkökulma. Yritykset, jotka omaksuvat nämä käytännöt nyt, ovat paremmassa asemassa, kun hiilin hinnat jatkavat nousuaan – jotakin, mitä monet asiantuntijat ennustavat tapahtuvan seuraavien vuosien aikana, kun hallitukset kiristävät kasvihuonekaasujen sääntelyä.

Innovaatiot matalapäästöisissä jakautumisprosesseissa ja katalysaattoritekniikassa

Ympäristöystävälliset jakautumisprosessit: Hydrokrakkaus ja FCC-teknologian edistys

Nykyään hydrokrakkaus toimii noin 15–20 prosenttia viileämmillä lämpötiloilla kuin perinteiset menetelmät, tyypillisesti 300–400 celsiusasteen välillä. Tämä lämpötilan lasku tarkoittaa, että kokonaisuudessa tarvitaan vähemmän energiaa, mutta tuotantotasot säilyvät silti vahvoina. Myös fluidikatalyyttisten krakkauslaitosten suorituskykyä on viime aikoina parannettu, ja uudet regeneraattorisuunnittelut tekevät poltosta tehokkaampaa. Nämä muutokset auttavat vähentämään hiilidioksidipäästöjä noin 12–18 prosenttia jokaista prosessointikierrosta kohti. Kun on kyse katalyyteistä, myös piidioksidialumiinaversiot ovat osoittaneet todellista potentiaalia. Ne nostavat hiilivetyjen muuntosuhteita noin 25 prosenttia edellisiin versioihin nähden, kuten Mizunon ja kollegoiden julkaisemassa tutkimuksessa vuonna 2023 todettiin. Tällaiset kehityssuuntaukset helpottavat jalostamoille EU:n päästökauppajärjestelmän vaatimusten noudattamista.

Uudet sukupolvikatalyytit CO−-päästöjen vähentämiseksi krakkausöljyjärjestelmissä

Katalyytin innovaatio on kriittistä hiilineutraaliuden saavuttamiseksi. Harvinaisilla maametalle dopattuja nanorakenteisia zeoliitteja käytetään katalyyttisessä pyrolyysissä, mikä mahdollistaa 30–40 % nopeamman reaktiokinetiikan. Uudet selektiiviset katalyytit keskittyvät etyleeni- ja propyleenituotantoon ja samalla minimoivat kokeen muodostumista, joka on suoran päästön päälähteenä, saavuttaen 10–15 % korkeamman tuoteselektiivisyyden ja vähentäen tarvetta uudelleenkäsittelylle ja siihen liittyvälle energiahukalle.

Tapaus: Selektiiviset katalyytit saavuttavat 18–22 % alhaisemmat CO−päästöt

Lokakuussa 2023 Hamburin lähellä sijaitseva jalostamo testasi koboltilla modifioidun FCC-tyyppistä katalysaattoria oikeassa tuotantoympäristössä. Noin puolen vuoden kuluttua he huomasivat, että CO2-päästöt laskivat 18–22 prosenttia verrattuna tavallisiin vanhoihin katalysaattoreihin. Parasta osaa oli se, että dieselin tuotanto pysyi täysin samana koko testin ajan. Mitä tapahtui, oli se, että uudet katalysaattorit jakautuivat paremmin metallin pinnalle, mikä teki vedyn siirtoreaktioista tehokkaampia. Myös polttoainekaasun määrä, joka päätyi savuna ilmaan, väheni. Yhteensä tästä seurasi noin 2,7 miljoonan euron vuosittainen säästö EU:n hiilidioksidipäästökauppojen ostamisessa. Tässä siis on todiste siitä, että viherrymiseen ei aina liity lisäkustannuksia.

Hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin integrointi öljynjalostusprosesseihin

CCUS-teknologiat jalostamoissa: Rikkoutumisprosessien sovellukset

CCUS-järjestelmillä on merkittävä rooli hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä öljynjalostamoissa, erityisesti niiden krakkausyksiköiden osalta. Näillä järjestelmillä päästöt kerätään suoraan niiden syntypaikalla, tiivistetään ne kuljetettavaan muotoon ja lähetetään ne esimerkiksi syviin maan alle sijaitseviin suolavesivarastoihin pitkäaikaiseen varastointiin. Yhdistyneen kuningaskunnan ilmastonmuutoskomitea raportoi viime vuonna, että jos teollisuus ryhtyy vakavasti hyväksymään CCUS-teknologiaa, noin puolet kaikista jalostamon päästöistä saattaa hävitä vuoteen 2035 mennessä. Tarkastellaan tätä toisin: krakkausyksiköt ottavat paksuja, raskaita hiilivetyjä ja muuttavat ne kevyemmiksi polttoaineiksi, joita ihmiset oikeasti haluavat ostaa. Jalostamojen nämä osa-alueet tuottavat 15–25 % jalostamon kokonaispäästöistä, mikä selittää, miksi ne ovat yritysten retrofitointilistojen kärjessä hiilivangitsijärjestelmien osalta.

CCS-ratkaisut erityisesti Fluid Catalytic Cracking (FCC) -yksiköihin

Katalyyttistä rikastusta (FCC) käyttävät yksiköt, jotka muuttavat raskaita kaasujäähdytteisiä käytettäväksi bensiiniksi, alkavat yhdistää hiilidioksidin talteenottoon ja varastointiin (CCS) tarkoitettuja teknologioita, jotka on erityisesti suunniteltu korkean lämpötilan ja katalyyttisten prosessien vaatimuksiin. Uusimmat sukuelinten pohjautuvat liuottimet pystyvät itse asiassa keräämään noin 90–95 prosenttia CO2-päästöistä vähentämättä liikaa lisäenergian kulutusta systeemissä. Inspenetin julkaiseman tutkimuksen vuonna 2024 mukaan, kun CCS-integraatio otetaan käyttöön FCC-prosesseissa, kokonaispäästöt vähenevät noin 18–22 metrinen tonnia joka tunti. Olemme myös havainneet, että hybridijärjestelmät ovat lisääntyneet viime aikoina, joissa polttojälkeisiä talteenottojärjestelmiä yhdistetään oksypoltto menetelmiin. Näillä sekoitetuilla lähestymistavoilla on taipumus toimia parhaiten alueilla, joissa hiilidioksidin hinta on noussut yli 80 dollarin tonnilta, mikä tekee sijoituksesta kannattavamman tehtaiden käyttäjille, jotka pyrkivät vähentämään ympäristöjalanjälkeään.

Kustannusten ja kestävyyden tasapainottaminen CCS:n käytössä

CCS:llä on varmasti ympäristöedut, mutta sen laajamittaisen käytön läpimurto riippuu kustannusten alentamisesta ja tukipoliittisten toimien toteuttamisesta. Tällä hetkellä CCS:n käyttöönotto lisää jalostetun öljyn kustannuksia noin 12–18 Yhdysvaltain dollarilla per tynnyri, ja suurin osa tästä kustannuksesta aiheutuu varastointilaitosten ja kuljetusverkostojen rakentamisesta. Hyvänä uutena on kuitenkin havaittavissa lupaavia kehitysaskelia. Modulaariset keräysjärjestelmät ja yhteiset CO2-putkistoverkostot vähentävät jo alkuperäisiä investointitarpeita noin 30–40 prosenttia monissa tapauksissa. Kun tarkastellaan Yhdistyneen kuningaskunnan hallituksen vuoden 2024 CCS-strategiassa esitettyä, siinä korostetaan, että taloudellisten kannustimien, kuten 85 dollarin verovähennysoikeuden tonnilta, ja laajan vesivetytuotannon yhdistäminen saattaa itse asiassa tehdä jalostamoiden CCS-projekteista taloudellisesti kannattavia jo vuonna 2027.

Digitalisaatio ja tekoäly päästöjen optimointiin krakkaustoiminnoissa

Tekoälypohjainen prosessin optimointi krakkausöljyjärjestelmissä

Nykyään modernit koneoppimisjärjestelmät tarkastelevat kaikenlaisia öljynjalostusprosessien tietoja. Ne seuraavat esimerkiksi käytettävää raaka-ainetta, lämpötilan muutoksia ajan kuluessa ja katalysaattorien toimintaa ennen kuin tehdään reaaliaikaisia säätöjä. Erittäin älykkäät algoritmit voivat itse asiassa ennustaa parhaat ajankohdat prosessien käynnistämiseen, yleensä noin päivän ja kahden päivän päähän tulevaisuuteen. Tämä auttaa vähentämään energiahukkaa aina kun siirrytään yhdestä prosessista toiseen. Kansainvälisen energiaviraston viimeisimpien tietojen mukaan tehtaat, jotka ovat ottaneet käyttöön tekoälyn öljynjalostusyksiköissään, säästävät tyypillisesti noin 12–18 prosenttia energiakustannuksissa verrattuna vanhempiin menetelmiin, joissa kaikki säädöt tehtiin manuaalisesti. Se on melko suuri ero huomioiden energian nykyinen kallistuminen.

Automaatio ja reaaliajassa tapahtuva energiatehokkuuden valvonta

Katalyysijaoston laitokset on nyt varustettu IoT-antureilla, jotka seuraavat hiilidioksidipitoisuuksia, lämmön jakautumismalleja ja katalysaattorien toimintaa. Nämä älykkäät järjestelmät säätävät automaattisesti asioita, kuten ilman ja polttoaineen sekoitussuhdetta, höyryn injektointiaikaa ja reaktorien lämpötilatasoa käyttöönottojen aikana. Viimevuotinen tutkimus päästöjen hallinnasta antureiden avulla paljasti melko vaikuttavan asian: nämä pienet säädöt voivat vähentää jalostamisessa syntyviä kasvihuonekaasuja noin 20 prosentilla. Jalostamoille, jotka pyrkivät täyttämään ympäristövaatimukset tuotannon tinkimättä, tämäntyyppinen reaaliaikainen valvonta ratkaisee kaiken.

Tapaus: Teo-optimoidut FCC-laitokset vähentämässä energiankäyttöä 15 %

Yksi eurooppalainen jalostamo otti äskettäin käyttöön tekoälyyn perustuvan ennakoivan säätöjärjestelmän FCC-yksikölle, keskittyen erityisesti energian kuluttaviin regenerointisykleihin. Konenoppimisjärjestelmät selvittivät optimaaliset polttimien asetukset ja katalysaattorin kiertonopeuden, kaikki perustuen kulloinkin käsiteltyyn raakaöljylajiin. Noin 18 kuukauden käytön jälkeen he huomasivat melkoisesti luonnonkaasun kulutuksen laskeneen noin 15 %, mikä vastaa noin 3,2 MMBtu:a per barrel jalostettua öljyä kohti. Mielestävää on myös, että he pystyivät pitämään katalyysin tehokkuuden erinomaisella 99,2 %:n tasolla. Tämä menestystarina osoittaa, että samankaltaiset lähestymistavat voivat toimia hyvin myös suuremmassa mittakaavassa, erityisesti suurille laitoksille, jotka käsittelevät yli 200 tuhatta barrelia päivässä, ilman suorituskykystandardeja tinkimistä.

UKK

Mikä ohjaa sääntelyä kohti päästöjen vähentämistä katalysaattoreissa?

Tiukat hiili- ja päästömääräykset, kuten EU:n päästökauppajärjestelmä ja Euro VI -päästöstandardit, pakottavat jalostamot ottamaan käyttöön matalapäästöisiä järjestelmiä välttääkseen seuraamuksia ja varmistaakseen sääntöjen noudattaminen.

Miten öljyn halkeamisjärjestelmät vaikuttavat jalostamon hiilijalanjälkeen?

Halkaisujärjestelmät, erityisesti Fluid Catalytic Cracking (FCC) -yksiköt, vaikuttavat merkittävästi jalostamon hiilijalanjälkeen korkeiden energian tarpeiden ja katalysaattorin regenerointisyklien vuoksi.

Minkälaisia teknologioita jalostamot voivat ottaa käyttöön päästöjen vähentämiseksi?

Jalostamot voivat ottaa käyttöön jätelämmön talteenottosysteemit, siirtyä biomassasta peräisin oleviin raaka-aineisiin ja hyväksyä CCUS- ja tekoälyyn perustuvat optimoinnit tehokkaasti päästöjen vähentämiseksi.

Miten jalostajat voivat tasapainottaa kustannuksia ja kestävyyttä ottaessaan käyttöön CCS-teknologioita?

Taloudelliset kannustimet, modulaariset keruujärjestelmät ja yhteiset CO2-putkistoverkostot voivat auttaa jalostamoita tasapainottamaan kustannuksia ja kestävyyttä, mikä tekee CCS:n käytöstä houkuttelevampaa.