Sustavi za cijepanje nafte s niskim emisijama usklađeni s pravilima o ugljičnom dioksidu iz 2025.

Razumijevanje regulatornog potiska prema sustavima za razbijanje nafte s niskim emisijama

Fenomen: Rast pritiska regulatora na emisije rafinerija

Rafinerije diljem svijeta podvrgavaju se detaljnijem pregledu nego ikada prije, jer vlade sve više pojačavaju pravila o ugljičnom dijelu. Uzmite primjer Europskog sustava za trgovanje emisijama koji sada kažnjava tvrtke ako premašuju svoje granice CO2 emisija iznosom većim od 110 USD po metričkoj toni. Osim toga, Euro VI propisi zahtijevaju da rafinerije do 2025. smanje emisiju sitnih čestica u zrak za gotovo 30% u usporedbi s razinama iz 2020. godine, prema istraživanju ICCT-a iz prošle godine. Ovakva pravila ne odnose se samo na Europu. Otprilike četvrtina saveznih država u SAD-u u osnovi je preuzela kalifornijski program Niskougljičnog standarda za goriva. U međuvremenu, na drugoj strani Pacifika, Kina je pokrenula vlastiti Nacionalni sustav za tržište ugljika koji uključuje otprilike 2.200 industrijskih objekata, od kojih mnogi prerabatljaju sirovu naftu kroz procese krekiranja.

Kako sustavi krekiranja nafte utječu na ugljični otisak

Jedinice za fluidno katalitičko krakiranje (FCC) odgovorne su za otprilike 40 do 60 posto ugljičnog otiska rafinerije jer ove operacije zahtijevaju puno energije za svoje termalne procese, kao i sve te cikluse regeneracije katalizatora. Prema nedavnom istraživanju iz Balansa materijala i energije objavljenom 2024. godine, modernizacija starih sustava krakiranja može zapravo smanjiti emisije izvora 1 za oko 34% po svakom barelu koji se obradi kroz njih. Postoji nekoliko područja gdje poboljšanja mogu učiniti stvarnu razliku. Prvo, pravilno prilagođavanje temperature reaktora pomaže u sprječavanju pretjeranog stvaranja koke, što samo po sebi uštedi između 12 i 18% potrošnje plinovitog goriva. Još jedna velika prilika je ugradnja sustava za iskoristavanje otpadnog toplinskog energije koji značajno smanjuje zahtjeve za parom za oko 25%. I ne smijemo zaboraviti na prelazak na sirovine dobivene iz biomase. Samo ta promjena smanjuje emisije tijekom cijelog životnog ciklusa skoro za pola, 52%, čime postaje jedna od najučinkovitijih strategija dostupnih danas.

Studija slučaja: Europske rafinerije koje poštuju Euro VI i EU ETS

Konsorcij rafinerija u regiji Rina-Rura postiglo je smanjenje emisija za 22% na šest jedinica za kracking tokom 2023. godine kroz fazne intervencije:

Projekt je zahtijevao kapitalni ulog od 740 milijuna USD, što je rezultiralo uštedom od 210 milijuna USD/godine u izbjegnutim troškovima za ugljične emisije i povećanju produktivnosti, pokrivši komercijalnu opravdanost za usklađenost.

Strateška integracija ESG i usklađenosti u operacijama rafinerija

Operatori koji žele ostati ispred ostalih povezuju svoje strategije kontrole emisije sa ESG standardima koji stavljaju intenzitet emisije ugljičnog dioksida na prvo mjesto. Prema najnovijim preporukama Instituta za energiju iz 2024. godine, kompanije bi trebale integrirati praćenje emisija u stvarnom vremenu direktno u svoje dnevne operativne ekrane. Neke kompanije su čak počele povezivati otprilike trećinu bonusa za vrhovno upravljanje s tim koliko dobro postižu te ciljeve dekarbonizacije. Ovaj pristup rješava ono što investitori najviše brine ove dane u pogledu izvješćivanja o okolišu, ali postoji i drugi aspekt. Kompanije koje prihvate ove prakse sada bolje su pozicionirane kada cijene ugljika nastave rasti, što mnogi stručnjaci predviđaju da će se dogoditi u narednim godinama kako bi se zakonski propisi o regulaciji stakleničkih plinova pojačali.

Inovacije u procesima niskih emisija i tehnologiji katalizatora

Eko procesi cijepanja: hidrokrekiranje i napredak u FCC procesima

Hidrokrakanje danas funkcioniše otprilike 15 do 20 posto hladnije u odnosu na tradicionalne metode, obično između 300 i 400 stepena Celzijusa. Ovo sniženje temperature znači da je ukupno potrebno manje energije, a i dalje se održavaju visoki nivoi proizvodnje. Jedinice za fluidno katalitičko krakanje takođe su nedavno doživеле poboljšanja, pri čemu nove dizajne regeneratora čine proces sagorijevanja znatno efikasnijim. Ove promjene pomažu u smanjenju emisije ugljičnog dioksida za oko 12 do 18 posto po ciklusu prerade. Kada je riječ o katalizatorima, verzije na bazi silicijuma-aluminijuma takođe pokazuju značajan potencijal. One povećavaju stope konverzije ugljikovodika otprilike za 25 posto u poređenju sa onim što je bilo moguće ranije, prema istraživanju koje su objavili Mizuno i saradnici još 2023. godine. Takva dostignuća olakšavaju rafinerijama da ispunjavaju zahtjeve predviđene Emissions Trading Systemom Evropske unije.

Katalizatori nove generacije za smanjenje CO− u sistemima za krakanje nafte

Inovacija katalizatora je ključna za dekarbonizaciju. Nanostrukturirani zeoliti dopirani rijetkim zemljama poboljšavaju učinkovitost cijepanja, omogućujući 30–40% brže reakcijske kinetike. Selektivni katalizatori sada prioritetno proizvode olefine i time minimiziraju stvaranje koksa – glavnog izvora izravnih emisija – postižući 10–15% višu selektivnost proizvoda te smanjujući potrebu za ponovnim procesiranjem i povezanom potrošnjom energije.

Studija slučaja: Selektivni katalizatori postižu 18–22% niži izlaz CO−

Krajem 2023. godine, rafinerija u blizini Hamburga testirala je katalizatore za FCC proces modificirane kobaltom direktno u stvarnom proizvodnom okruženju. Nakon otprilike pola godine, primijećeno je smanjenje emisije CO2 između 18 i 22 posto u usporedbi s onim što su dobivali od uobičajenih katalizatora. Najbolje od svega? Proizvodnja dizela ostala je potpuno nepromijenjena tijekom cijelog tog vremena. Ono što se dogodilo je da su ovi novi katalizatori bolje raspodijelili metal po površinama, čime su reakcije prijenosa vodika radile znatno učinkovitije. Također je manje gorivnog plina završilo uzalud u dimu. Ukupno gledano, to je značilo štednju od oko 2,7 milijuna eura godišnje samo na troškovima kupnje manje EU kredita za ugljik. Dakle, ovdje imamo dokaz da 'zelenjenje' ne mora nužno značiti veće troškove.

Integracija zadržavanja i skladištenja ugljikovog dioksida u sustavima za razbijanje nafte

CCUS tehnologije u rafinerijama: Primjena u jedinicama za razbijanje

CCUS sustavi igraju glavnu ulogu u smanjenju emisije CO₂ iz rafinerija nafte, posebno kada su u pitanju cracking jedinice. U osnovi, ovi sustavi prikupljaju emisije upravo na mjestu njihovog nastajanja, stisnu ih u oblik pogodan za transport i šalju ih na skladištenje, primjerice u duboke podzemne slane vodonosnike. Komitet za klimatske promjene Ujedinjenog Kraljevstva je prošle godine izvijestio da bi, ako industrije ozbiljno prihvate CCUS tehnologiju, do 2035. godine moglo nestati otprilike pola svih emisija iz rafinerija. Za bolje razumijevanje: cracking jedinice uzimaju teške, gusta hidrokarbona i pretvaraju ih u lakša goriva koja ljudi zapravo žele kupiti. Upravo ove komponente rafinerija doprinose između 15% i 25% ukupnih emisija ugljika, pa nije čudo što su na vrhuncu prioriteta kada kompanije razmatraju nadogradnju svojih postrojenja sustavima za zadržavanje ugljika.

Rješenja za CCS specifično za jedinice fluidne katalitičke cracking (FCC)

Jedinice za fluidno katalitičko krakiranje (FCC) koje pretvaraju teške gasne ulja u upotrebljiv benzin počinju uključivati tehnologiju za hvatanje i skladištenje ugljičnog dioksida (CCS), specifično dizajniranu za ove procese visokih temperatura i katalizatora. Najnovija generacija aminskih otapala može zapravo uhvatiti oko 90 do 95 posto emisije CO2, a da pri tom ne troši previše dodatne energije sustava. Prema nedavnom istraživanju objavljenom 2024. godine od strane Inspeneta, kada se CCS integrira u FCC procese, to smanjuje ukupne emisije za oko 18 do 22 metričke tone svakog sata. Također, uočavamo da su hibridni sustavi postali sve popularniji u posljednje vrijeme, gdje se metode hvatanja nakon izgaranja kombiniraju s tehnikama izgaranja u kisiku. Ovakvi mješoviti pristupi pokazuju se kao najbolji u područjima gdje su cijene ugljika porasle iznad 80 američkih dolara po toni, čime se investicija čini ekonomski isplativom za operatore tvornica koji žele smanjiti svoj ekološki otisak.

Ravnoteža između troškova i održivosti pri prihvaćanju CCS tehnologije

CCS sigurno ima ekološke prednosti, ali njegova široka primjena ovisi o sniženju troškova i usklađivanju potpornih politika. Trenutno, provedba CCS-a dodaje oko 12 do 18 USD za svaku barel rafinirane nafte, a većinu tih troškova čini izgradnja skladišta i transportnih mreža. Dobra vijest je da se već vide obećavajući razvoji. Modularni sustavi za zadržavanje CO2 i zajedničke cjevovodne mreže za CO2 već smanjuju početne investicijske zahtjeve za otprilike 30 do 40 posto u mnogim slučajevima. Gledajući ono što britanska vlada iznijela u svojoj strategiji CCS-a za 2024. godinu, naglašavaju da kombiniranje financijskih poticaja poput poreznog kredita od 85 USD po toni s velikim projektima proizvodnje vodika može zapravo učiniti CCS projekte u rafinerijama vrijednima za investiranje već 2027. godine.

Digitalizacija i umjetna inteligencija za optimizaciju emisija u procesima krekiranja

Optimizacija procesa krekiranja naftnih sustava uz pomoć umjetne inteligencije

Suvremeni sustavi strojnog učenja danas promatraju različite vrste podataka iz procesa rafiniranja nafte. Prate stvari poput vrste sirovine koja se koristi, promjena temperatura tijekom vremena i učinkovitosti katalizatora prije nego što naprave prilagodbe u stvarnom vremenu. Prilično pametni algoritmi zapravo mogu predvidjeti najbolje trenutke za procese rafiniranja, obično negdje između jednog i dva dana unaprijed. To pomaže smanjiti potrošnju energije prilikom prelaska s jednog procesa na drugi. Prema nedavnim nalazima Međunarodne agencije za energiju, postrojenja koja su implementirala umjetnu inteligenciju za svoje jedinice rafiniranja u prosjeku štede oko 12 do čak 18 posto na troškovima energije u usporedbi sa starijim metodama gdje su ljudi morali ručno kontrolirati sve procese. To je prilična razlika s obzirom na to koliko je energija poskupjela u zadnje vrijeme.

Automatizacija i nadzor u stvarnom vremenu za energetsku učinkovitost

Jedinice za fluidno katalitičko cijepanje sada dolaze opremljene IoT senzorima koji praću razine ugljikovog dioksida, uzorke raspodjele topline i učinkovitost katalizatora. Ovi pametni sustavi automatski prilagođavaju stvari poput mješavine zraka i goriva, trenutka ubrizgavanja pare i temperature na kojoj reaktori rade tijekom procesa. Istraživanje iz prošle godine koje su promatralo kontrolu emisije pomoću senzora pokazalo je nešto prilično impresivno – zapravo, ti sitni prilagođaji mogu smanjiti emisiju stakleničkih plinova tijekom rafiniranja za otprilike dvadeset posto. Za rafinerije koje pokušavaju zadovoljiti ekološke standarde bez žrtvovanja proizvodnje, ovakvo praćenje u stvarnom vremenu čini ogromnu razliku.

Studija slučaja: FCC jedinice optimizirane umjetnom inteligencijom smanjuju potrošnju energije za 15%

Jedna europska rafinerija nedavno je uvela prediktivnu kontrolu vođenu AI-om za svoju FCC jedinicu, s naglaskom na energetski zahtjevnim ciklusima regeneracije. Sustavi strojnog učenja utvrdili su optimalne postavke za gorionike i brzinu cirkulacije katalizatora, temeljeno na vrsti sirovine koja je dolazila u svakom trenutku. Nakon otprilike 18 mjeseci korištenja ovog sustava, zabilježen je značajan pad potrošnje prirodnog plina za oko 15%, što iznosi približno 3,2 MMBtu po barelu obrađenog ulja. Još bolje, uspjeli su održati učinkovitost cijepanja na izvanrednih 99,2%. Ova priča o uspjehu pokazuje da slični pristupi mogu dobro funkcionirati na većoj razini, posebno u većim objektima koji obrađuju više od 200 tisuća barela dnevno, bez smanjenja standarda učinkovitosti.

ČESTO POSTAVLJANA PITANJA

Koji su glavni čimbenici koji pokreću regulatornu potrebu za sustavima za cijepanje nafte s niskim emisijama?

Stroga regulacija emisije ugljika, poput europskog sustava za trgovanje emisijama i Euro VI, prisiljava rafinerije da pređu na niskoemisijske sustave kako bi izbjegle kazne i osigurale usklađenost.

Kako sustavi za cijepanje nafte utječu na otisak ugljika rafinerije?

Sustavi za cijepanje, posebno jedinice za fluidno katalitičko cijepanje (FCC), znatno doprinose otisku ugljika rafinerije zbog visokih zahtjeva za energiju i ciklusa regeneracije katalizatora.

Koje tehnologije mogu rafinerije implementirati za smanjenje emisija?

Rafinerije mogu implementirati sustave za iskoristavanje otpadnog toplinskog energije, preći na sirovine iz biomase te prihvatiti CCUS i optimizacije vođene umjetnom inteligencijom kako bi učinkovito smanjile emisije.

Kako rafinerijske tvrtke mogu uskladiti troškove i održivost prilikom uvođenja CCS tehnologija?

Financijski poticaji, modularni sustavi za zahvaćanje, te zajedničke mreže CO2 cjevovoda mogu pomoći rafinerijama da usklade troškove s održivošću, čime se uvođenje CCS tehnologija čini izvodljivijim.