Žemo išmetamųjų teršalų naftos perdirbimo sistemos, atitinkančios 2025 metų anglies taisykles

Suprasti reguliavimo spaudimą dėl mažų emisijų naftos sistemoms

Reiškinys: Didėjantis reguliavimo spaudimas naftos perdirbimo įmonių emisijoms

Perdirbimo įmonės visame pasaulyje yra vertinamos kruopščiau nei anksčiau, nes vyriausybės nuolat griežtina anglies reguliacijas. Pavyzdžiui, Europos Sąjungos išmetamų teršalų prekybos sistemoje dabar įmonėms, viršijusioms CO2 ribas, taikomos baudos virš 110 JAV dolerių už vieną metrinę toną. Be to, pagal Euro VI reglamentus, perdirbimo įmonės iki 2025 metų privalo sumažinti mikro dalelių kiekį ore beveik 30 %, lyginant su 2020 metų duomenimis, kaip nurodyta ICCT tyrimuose praeitais metais. Tokios reguliacijos taikomos ne tik Europoje. Apie ketvirtadalis JAV valstijų praktiškai nukopijavo Kalifornijos mažo anglies kuro standartų programą. Tuo tarpu Ramiajame vokėn, Kinija įvedė savo nacionalinę anglies rinkos sistemą, apimantį maždaug 2 200 pramonės įrenginių, kurių daugelis apdoroja žaliąjį naftą naudodami krekingo operacijas.

Kaip naftos krekingo sistemos veikia anglies pėdsaką

Skysto katalizinio krakingo (FCC) įrenginiai sukelia maždaug 40–60 procentų naftos perdirbimo įmonių anglies pėdsaką, nes šiems procesams reikia daug energijos terminiams procesams ir visiems katalizatorių regeneravimo ciklams. Pagal 2024 metais paskelbtus naujausius tyrimus, atliktus pagal Medžiagų ir energijos balanso studiją, senų krakingo sistemų modernizavimas gali sumažinti 1 kategorijos emisijas apie 34 procentus kiekvienam apdorotam bareliui. Yra keletas sričių, kuriose pagerinimai gali sukelti tikrą skirtumą. Pirmiausia, tinkamas reaktoriaus temperatūros reguliavimas padeda išvengti pernelyg didelio koksavimo, kuris vien sutaupo 12–18 procentų dujų kurui. Kitas svarbus veiksnys – atliekamos šilumos atgavimo sistemų diegimas, kuris reikšmingai sumažina garų poreikį apie 25 procentus. Ir negalima pamiršti pereiti prie biomasės žaliavų. Tik vien šis pakeitimas sumažina gyvosios ciklo emisijas beveik 52 procentus, todėl tai viena veiksmingiausių šiuolaikinių strategijų.

Atvejo analizė: Europos rafinuotuvės, laikomasi Euro VI ir ES ETS reikalavimų

Rhine-Ruhr rafinuotuvių konsorciumas 2023 metais šešiose krakingo įrenginių sumažino išmetamų teršalų kiekį 22% atlikdamas etapinėmis intervencijas:

Projektui išleista 740 mln. JAV dolerių, kas sutaupė 210 mln. JAV dolerių per metus nuo išvengtų anglies mokesčių ir padidino našumą, parodant, kad laikymasis yra naudingas verslui.

ESG ir atitikimo strateginis integruotas valdymas rafinavimo operacijose

Operatoriai, kurie nori išlikti pirmininkaujantys, sujungia savo išmetamų dujų kontrolės strategijas su ESG standartais, kuriuose anglies intensyvumas yra svarbiausias. Pagal Energetikos instituto naujausius 2024 metų rekomendacijas, įmonės turėtų integruoti realaus laiko išmetamųjų dujų sekimą tiesiogiai į kasdienes operacijų ekranus. Kai kurios įmonės net pradėjo susieti apie trečdalį aukščiausiojo valdymo premijų su tuo, kaip gerai pasiekiamos anglies mažinimo vietos. Šis požiūris išsprendžia tai, kas investuotojams šiuolaikinėje aplinkos ataskaitoje yra svarbiausia, tačiau yra ir kitas aspektas. Įmonės, kurios priima šias praktikas dabar, geriau pozicionuojamos, kai anglies kainos toliau kyla, kažką, ką daugelis ekspertų prognozuoja įvykti per artimiausius kelis metus, kai vyriausybės sustiprina reglamentavimą šiltnamio efektą sukeliančioms dujoms.

Inovacijos mažų išmetamų dujų kiekio skaldymo procesuose ir katalizatoriaus technologijose

Aplinkai draugiški skaldymo procesai: hidroskaldymas ir FCC pažanga

Šiandien hidrokrakingas vyksta apie 15–20 procentų šaltesnis nei tradicinėmis metodais, paprastai tarp 300 ir 400 laipsnių Celsijaus. Ši temperatūros kritimas reiškia, kad vis dar reikia mažiau energijos, tačiau gamybos lygis išlieka stabilus. Pastaruoju metu buvo pagerintos ir fluidinės katalitinės krakingo įrangos, kai naujos kartos regeneratorių konstrukcijos padarė deginimą daug efektyvesnį. Šie patobulinimai padeda sumažinti anglies dioksido išmetimą apie 12–18 procentų kiekvieno perdirbimo ciklo metu. Kalbant apie katalizatorius, taip pat didelę perspektyvą rodo silicio-aliuminio tipo katalizatoriai. Jie padidina angliavandenilių konvertavimo rodiklius maždaug 25 procentais lyginant su anksčiau pasiektais rezultatais, kaip nurodyta Mizuno ir kolegų 2023 metais paskelbtoje mokslinėje medžiagoje. Tokių technologinių pažangų dėka naftos perdirbimo įmonėms yra paprastesnė galimybė atitikti Europos Sąjungos išmetamų teršalų prekybos sistemos reikalavimus.

Kitos kartos katalizatoriai, skirti mažinti CO− kiekį naftos krakingo sistemose

Katalizatorių inovacijos yra kritiškai svarbios dekarbonizacijai. Nanostruktūruoti zeolitai, legiruoti su retaisiais žemės metalais, padidina skaldymo efektyvumą, leisdami 30–40 % greitesnes reakcijos kinetikos. Selektyvūs katalizatoriai šiuo metu prioritizuoja olefinų gamybą, tuo pačiu mažindami kokso susidarymą – pagrindinį tiesioginių emisijų šaltinį – pasiekiant 10–15 % didesnį produkto selektyvumą ir mažinant perdirbimo poreikį bei susijusią energijos švaistymą.

Atvejo analizė: Selektyvūs katalizatoriai, sumažinę CO− išvestį 18–22 %

Vėlai 2023 metais netoli Hamburgo esantis rafinuotojas atliko bandomąsias kobalto modifikuotų FCC katalizatorių užduotis jų tikroje gamybos aplinkoje. Praėjus maždaug pusmečiui, jie pastebėjo, kad CO2 išmetamųjų dujų kiekis sumažėjo nuo 18 iki 22 procentų, lyginant su įprastais senaisiais katalizatoriais. Geriausia dalis? Dieselio gamyba visą tą laiką liko visiškai nepakitusi. Tai, kas įvyko, buvo tai, kad šie naujieji katalizatoriai išsklaidė metalą tolygiau per paviršius, todėl vandenilio perkėlimo reakcijos dirbo kur kas intensyviau. Taip pat mažiau kuro dujų buvo išmėtoma. Visų šių veiksnių suma reiškė, kad kasmet buvo sutaupoma apie 2,7 mln. eurų tik dėl mažesnių EU anglies kreditų pirkimų. Taigi čia turime įrodymą, kad žalioji veikla ne visada reiškia daugiau išlaidų.

Anglies surinkimo ir saugojimo integravimas naftos skaidymo sistemose

CCUS technologijos rafinuotuvėse: taikymas skaidymo vienetuose

CCUS sistemos svarbiai prisideda prie CO₂ išmetimo sumažinimo naftos rafinavimo įmonėse, ypač naftos frakcionavimo įrenginiuose. Paprastai šios sistemos surinko išmetamąsias medžiagas ten, kur jos gaminamos, sutankina jas transportavimui ir siunčia į tokias vietas kaip giliai po žeme esančios druskos vandens kauptuvai ilgalaikiam saugojimui. Pernai JK klimato kaitos komitetas pranešė, kad jei pramonė rimtai įgyvendins CCUS technologijas, iki 2035 metų galėtume matyti, kad apie pusė visų rafinavimo įmonių išmetamųjų dujų išnyks. Pažvelkime į tai realiau: naftos frakcionavimo įrenginiai perdirba tankius sunkius angliavandenilius į lengvesnius kurus, kuriuos žmonės nori pirkti. Būtent šios rafinavimo įmonių dalys sukelia nuo 15 % iki 25 % viso anglies išmetimo, todėl nenuostabu, kad įmonės, modernizuodamos įrenginius, svarsto apie anglies surinkimo sprendimus.

CCS sprendimai, skirti specialiai skysčių katalizinio krakingo (FCC) vienetams

Fluid catalytic cracking (FCC) vienetai, kurie sunkųjį naftos destilatą verčia į naudojamą benziną, pradeda integruoti anglies surinkimo ir saugojimo (CCS) technologijas, sukurtas būtent šiems aukštoje temperatūroje vykstantiems katalizatoriais pagrįstiems procesams. Naujausios kartos amino pagrindu sukurti tirpikliai gali sugauti apie 90–95 procentus CO2 emisijų ir be reikšmingo papildomos energijos sunaudojimo. Pagal 2024 metais paskelbtą Inspenet tyrimą, integruojant CCS technologijas į FCC procesus, kas valandą mažinamos bendros emisijos apie 18–22 metrinius tonas. Taip pat pastaruoju metu populiarėja hibridinės sistemos, kurios sujungia deginimo liekanų surinkimo metodus su deginimu deguonimi technologijomis. Tokios mišrios strategijos pasirodo efektyviausios ten, kur anglies kaina viršija 80 JAV dolerių per toną, todėl investicijos tampa ekonomiškai naudingesnės gamyklų operatoriams, siekiantiems sumažinti savo pėdsaką aplinkoje.

Kainos ir atsakingumo balansas CCS diegiant

CCS aiškiai turi aplinkos privalumų, tačiau jo platus panaudojimas priklauso nuo sąnaudų mažinimo ir paramos politikos suderinimo. Šiuo metu CCS diegimas prideda apie 12–18 JAV dolerių prie kiekvieno rafinuoto naftos barelio, o daugiausiai šios išlaidos kyla dėl saugojimo įrenginių ir transporto tinklų statybos. Geria žinia yra ta, kad jau matome kai kurių pažangų pokyčių. Modulinės surinkimo sistemos ir bendri CO2 dujotiekiai jau daugeliu atvejų sumažina pradines investicijas maždaug 30–40 procentų. Atsižvelgiant į tai, ką JK vyriausybė pabrėžė 2024 m. CCS strategijoje, pažymima, kad derinant finansinę paramą, tokia kaip 85 JAV dolerių už toną mokesčių lengvata, su masteliško vandenilio gamybos planais, rafinavimo įmonėse CCS projektai galėtų tapti pelninga investicija jau 2027 metais.

Dygiųjų operacijų emisijų optimizavimas naudojant skaitmeninę technologiją ir dirbtinį intelektą

Dirbtinio intelekto valdoma procesų optimizacija naftos perdirbimo sistemose

Šiuolaikinės mašininio mokymosi sistemos šiais laikais analizuoja įvairius duomenis, gaunamus iš naftos perdirbimo operacijų. Jos stebi tokius dalykus kaip naudojamo žaliavų tipas, temperatūros pokyčiai laikui bėgant ir katalizatorių našumas, kad galėtų atlikti realaus laiko koregavimus. Gana protingi algoritmai iš esmės gali prognozuoti tinkamiausius laikus naftos perdirbimo procesams, dažniausiai tarp vienos ir dviejų dienų į priekį. Tai padeda sumažinti energijos švaistymą kiekvieną kartą perjungiant iš vieno proceso į kitą. Pagal naujausius Tarptautinės energijos agentūros tyrimus, įmonės, kurios įdiegė dirbtinio intelekto savo perdirbimo įrenginiams, paprastai sutaupo nuo 12 iki net 18 procentų energijos kaštų, lyginant su senesnėmis metodikomis, kai viską reikėdavo rankiniu būdu valdyti. Tai yra nemažas skirtumas, atsižvelgiant į šiuolaikinę energijos kainų brangumą.

Automatizacija ir realaus laiko stebėsena energijos vartojimo efektyvumui

Dabar į katalitinio krekšlinimo įrenginius įdiegti IoT jutikliai, kurie stebi anglies dioksido lygį, šilumos pasisklaidymo modelius ir katalizatorių veikimo efektyvumą. Šie inteligentiniai įrenginiai automatiškai koreguoja tokius parametrus kaip oro ir kuro mišinio santykis, garų įpurškimo laikas bei reaktorių darbo temperatūra vykstant procesams. Praėjusiais metais atlikti tyrimai, kuriuose buvo analizuojamas emisijų kontrolės per jutiklius efektyvumas, parodė gana įspūdingus rezultatus – šie nedideli koregavimai gali sumažinti rafinavimo metu susidarančias šiltnamio efektą sukeliančias dujas maždaug dvidešimt procentų. Rafinuotuvėms, siekiančioms atitikti aplinkos apsaugos standartus nemažindamos gamybos, tokio tipo realaus laiko stebėsena daro milžinišką skirtumą.

Atvejo analizė: dirbtinio intelekto optimizuoti FCC įrenginiai sumažina energijos sunaudojimą 15%

Vienoje Europos rafinuotuvėje neseniai buvo įdiegta dirbtinio intelekto valdoma prognozuojanti valdymo sistema jų FCC vienetui, ypač dėl energiją daug naudojančių regeneravimo ciklų. Įdiegus mašininio mokymosi sistemas buvo nustatyti optimalūs degiklių nustatymai ir katalizatorių cirkuliavimo greitis, priklausomai nuo žaliavų, kurios buvo perdirbamos tam tikru metu. Po 18 mėnesių naudojant šią sistemą, buvo pastebėtas reikšmingas gamtinių dujų sunaudojimo sumažėjimas – apie 15%, tai sudaro maždaug 3,2 MMBtu per barelį. Dar vienas privalumas – tai, kad naftos perdirbimo efektyvumas išlaikytas labai aukšto lygio – 99,2%. Ši sėkminga patirtis parodo, kad panašūs metodai gali būti efektyviai pritaikomi ir didelio masto įrenginiuose, kuriuose perdirbama daugiau nei 200 tūkst. barelių per dieną, neprarandant našumo standartų.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kokie yra pagrindiniai reguliavimo spaudimo žemą išmetamą anglies dioksido kiekį turinčioms naftos perdirbimo sistemoms veiksniai?

Griežti anglies ir emisijų reglamentai, tokie kaip ES Anglies prekybos sistema ir Euro VI, verčia naftos perdirbimo įmones priimti mažos emisijos sistemas, kad būtų išvengta baudų ir užtikrinta atitiktis.

Kaip naftos skaidymo sistemos veikia naftos perdirbimo įmonės anglies pėdsaką?

Skaidymo sistemos, ypač skysto katalizatoriaus krekingo (FCC) vienetai, reikšmingai prisideda prie naftos perdirbimo įmonės anglies pėdsako dėl jų didelio energijos poreikio ir katalizatoriaus regeneravimo ciklų.

Kokias technologijas gali įdiegti naftos perdirbimo įmonės, kad sumažintų emisijas?

Naftos perdirbimo įmonės gali įdiegti šilumos atgavimo sistemas, pereiti prie biomasės gaunamų žaliavų ir priimti CCUS bei dirbtinio intelekto valdomas optimizavimo priemones, kad efektyviai sumažintų emisijas.

Kaip naftos perdirbimo įmonės gali suderinti išlaidas ir atsakingumą priimdamos CCS technologijas?

Finansinės paramos priemonės, modulinės surinkimo sistemos ir bendros CO2 dujotiekio tinklai gali padėti naftos perdirbimo įmonėms suderinti išlaidas ir atsakingumą, palengvinant CCS technologijų priėmimą.