Малоэмиссионные системы крекинга масел, соответствующие правилам выбросов углерода к 2025 году

Понимание регуляторного давления на внедрение систем крекинга нефти с низкими выбросами

Феномен: рост регуляторного давления на выбросы НПЗ

Нефтеперерабатывающие заводы по всему миру сейчас находятся под более пристальным вниманием, чем раньше, поскольку правительства продолжают ужесточать правила по выбросам углерода. Возьмем, к примеру, Европейскую систему торговли выбросами — теперь она накладывает штрафы на компании в размере более $110 за метрическую тонну, если они превышают лимиты по выбросам CO2. Также есть нормы Euro VI, которые требуют, чтобы нефтеперерабатывающие заводы сократили выбросы мелких частиц в воздухе почти на 30% к 2025 году по сравнению с уровнем 2020 года, согласно исследованию ICCT за прошлый год. При этом такого рода правила действуют не только в Европе. Примерно четверть штатов США фактически скопировали калифорнийскую программу стандартов низкоуглеродного топлива. В это время на другом конце Тихого океана Китай запустил собственную национальную систему углеродного рынка, охватывающую около 2 200 промышленных предприятий, многие из которых занимаются переработкой сырой нефти с помощью крекинговых установок.

Как системы крекинга нефти влияют на углеродный след

Установки каталитического крекинга (FCC) отвечают за 40–60% углеродного следа нефтеперерабатывающего завода, поскольку эти процессы требуют большого количества энергии для тепловых операций и циклов регенерации катализатора. Согласно недавним исследованиям, опубликованным в «Обзоре материальных и энергетических балансов» в 2024 году, модернизация старых систем крекинга может сократить выбросы Scope 1 примерно на 34% на каждый баррель перерабатываемой нефти. Существует несколько направлений, где улучшения могут дать ощутимый эффект. Во-первых, правильная настройка температуры реактора помогает предотвратить чрезмерное образование кокса, что в отдельности позволяет сэкономить от 12 до 18% потребления топливного газа. Еще одним важным шагом является установка систем утилизации тепла, которые значительно снижают потребность в паре примерно на 25%. И, конечно, нельзя забывать о переходе на сырье, полученное из биомассы. Один этот шаг сокращает выбросы на протяжении всего жизненного цикла почти наполовину — на 52%, что делает его одной из самых эффективных стратегий, доступных сегодня.

Кейс: Европейские нефтеперерабатывающие заводы соответствуют стандартам Euro VI и EU ETS

Консорциум нефтепереработчиков Рейна-Рура добился снижения выбросов на 22% по шести установкам крекинга в 2023 году благодаря поэтапным мерам:

Капитальные вложения в проект в размере $740 млн принесли ежегодную экономию в $210 млн за счет сокращения платежей за выбросы и повышения производительности, что подтверждает экономическую целесообразность соблюдения требований.

Стратегическое интегрирование принципов ESG и соблюдения норм в операциях нефтеперерабатывающих заводов

Операторы, которые хотят оставаться впереди, связывают свои стратегии контроля выбросов со стандартами ESG, которые ставят интенсивность выбросов углерода на первое место. Согласно последним рекомендациям Института энергетики за 2024 год, компании должны интегрировать отслеживание выбросов в реальном времени непосредственно в ежедневные операционные экраны. Некоторые компании даже начали привязывать около трети премий высшего руководства к тому, насколько хорошо они достигают этих целей по декарбонизации. Такой подход учитывает то, что больше всего волнует инвесторов в настоящее время в вопросах экологического отчета, но есть и другая сторона. Компании, которые внедряют эти практики уже сейчас, окажутся в более выгодной позиции, когда цены на углерод продолжат расти, что, как считают многие эксперты, произойдет в ближайшие годы по мере ужесточения правительствами норм в отношении парниковых газов.

Инновации в процессах крекинга с низкими выбросами и технологии катализаторов

Экологичные процессы крекинга: гидрокрекинг и усовершенствования FCC

Гидрокрекинг сегодня проводится при температуре на 15–20% ниже, чем при традиционных подходах, обычно между 300 и 400 градусами Цельсия. Это снижение температуры означает, что в целом требуется меньше энергии, при этом уровень производства остается высоким. В последнее время также были достигнуты улучшения в установках каталитического крекинга, при этом новые конструкции регенераторов делают процесс горения гораздо более эффективным. Эти изменения позволяют сократить выбросы диоксида углерода примерно на 12–18% за каждый цикл переработки. Что касается катализаторов, то версии на основе кремнезема и глинозема также демонстрируют хорошие перспективы. Они увеличивают скорость конверсии углеводородов примерно на 25% по сравнению с тем, что было возможно ранее, согласно исследованию, опубликованному Мицуном и его коллегами в 2023 году. Такие достижения облегчают нефтеперерабатывающим заводам выполнение требований Европейской системы торговли выбросами.

Новые поколения катализаторов для снижения CO− в нефтеперерабатывающих крекинг-системах

Инновации в области катализаторов играют ключевую роль в декарбонизации. Наноструктурированные цеолиты, легированные редкоземельными металлами, повышают эффективность крекинга, обеспечивая на 30–40% более высокую скорость реакции. Селективные катализаторы теперь сосредоточены на производстве олефинов, одновременно минимизируя образование кокса — основного источника прямых выбросов — достигая на 10–15% более высокой селективности продукта и снижая потребность в повторной переработке и связанное с этим энергопотребление.

Пример: Селективные катализаторы обеспечивают снижение выбросов CO− на 18–22%

В конце 2023 года один из заводов около Гамбурга провел испытания модифицированных кобальтом катализаторов каталитического крекинга в реальных условиях производства. Примерно через полгода выяснилось, что выбросы CO2 снизились на 18–22% по сравнению с тем, что получалось при использовании обычных катализаторов. Самое интересное заключается в том, что объем производства дизельного топлива остался неизменным на протяжении всего этого времени. Суть в том, что новые катализаторы обеспечивают более равномерное распределение металла по поверхности, что усиливает гидропередачу реакций. Также уменьшилось количество топливного газа, уходящего в отход. В общей сложности это позволило ежегодно экономить около 2,7 млн евро только за счет сокращения закупок углеродных квот ЕС. Таким образом, мы получаем доказательство того, что экологичность не всегда означает дополнительные расходы.

Интеграция улавливания и хранения углерода в нефтеперерабатывающие системы

Технологии CCUS на нефтеперерабатывающих заводах: применение в установках крекинга

Системы CCUS играют важную роль в сокращении выбросов CO₂ на нефтеперерабатывающих заводах, особенно в отношении установок каталитического крекинга. По сути, эти системы захватывают выбросы непосредственно в месте их образования, сжимают их до транспортабельного вида и отправляют в такие места, как глубокие подземные соленые водоносные горизонты, для длительного хранения. В прошлом году Комитет Великобритании по изменению климата сообщил, что если промышленность серьезно займется внедрением технологий CCUS, к 2035 году мы можем увидеть сокращение около половины всех выбросов от нефтеперерабатывающих заводов. Для наглядности: установки крекинга берут тяжелые углеводороды и превращают их в более легкие виды топлива, которые люди действительно хотят купить. Именно эти части нефтеперерабатывающих заводов производят от 15% до 25% общего объема углеродных выбросов, поэтому неудивительно, что при модернизации предприятий компании уделяют особое внимание внедрению решений по захвату углерода.

Решения CCS специально для установок каталитического крекинга (FCC)

Установки каталитического крекинга (FCC), превращающие тяжелые газойли в используемый бензин, начинают внедрять технологии улавливания и хранения углерода (CCS), специально разработанные для этих процессов, происходящих при высоких температурах и с использованием катализаторов. Новое поколение аминовых растворителей способно улавливать около 90–95% выбросов CO2, при этом не требуя значительного дополнительного расхода энергии системой. Согласно недавним исследованиям, опубликованным Inspenet в 2024 году, интеграция CCS в операции FCC позволяет сократить общие выбросы примерно на 18–22 метрические тонны каждый час. В последнее время также растет популярность гибридных систем, в которых методы улавливания после сгорания комбинируются с технологиями сжигания в кислороде. Эти комбинированные подходы наиболее эффективны в регионах, где цена на углерод превышает 80 долларов США за тонну, что делает инвестиции экономически целесообразными для операторов предприятий, стремящихся сократить свой экологический след.

Сбалансированность затрат и устойчивости при внедрении CCS

CCS, безусловно, обладает экологическими преимуществами, но его широкое внедрение зависит от снижения затрат и разработки поддерживающих политик. На данный момент внедрение CCS добавляет около 12–18 долларов США на каждый баррель нефтепродуктов, и большая часть этих расходов связана с созданием объектов хранения и транспортных сетей. Хорошая новость заключается в том, что мы уже наблюдаем некоторые перспективные разработки. Модульные системы захвата и общие сети трубопроводов CO2 уже позволяют сократить первоначальные инвестиционные затраты примерно на 30–40% во многих случаях. Анализируя то, что правительство Великобритании изложило в своей стратегии CCS на 2024 год, отмечается, что сочетание финансовых стимулов, таких как налоговый кредит в размере 85 долларов США за тонну, с крупномасштабными проектами по производству водорода может сделать проекты CCS на нефтеперерабатывающих заводах привлекательными для инвестиций уже к 2027 году.

Цифровизация и ИИ для оптимизации выбросов в процессах крекинга

Оптимизация процессов крекинга нефтепродуктов с помощью искусственного интеллекта

Современные системы машинного обучения анализируют самые разные данные, поступающие в наши дни из операций по переработке нефти. Они отслеживают такие параметры, как тип используемого сырья, изменение температуры со временем и эффективность катализаторов перед тем, как вносить коррективы в режиме реального времени. Некоторые довольно умные алгоритмы могут фактически предсказывать наиболее подходящее время для процессов крекинга, обычно где-то между одним и двумя днями впереди. Это помогает сократить потери энергии всякий раз, когда происходит переход с одного процесса на другой. Согласно последним данным Международного энергетического агентства, предприятия, внедрившие ИИ для своих установок крекинга, как правило, экономят около 12 и даже до 18 процентов на энергетических расходах по сравнению со старыми методами, при которых все приходилось контролировать вручную. Это довольно значительная разница, учитывая, насколько дорогой стала энергия в последнее время.

Автоматизация и мониторинг в реальном времени для повышения энергоэффективности

Блоки каталитического крекинга теперь оснащаются датчиками IoT, которые отслеживают уровень углекислого газа, распределение тепла и эффективность работы катализаторов. Эти интеллектуальные системы автоматически регулируют такие параметры, как соотношение воздуха и топлива, момент впрыска пара и температура, при которой работают реакторы во время процесса эксплуатации. Исследование прошлого года, посвящённое контролю выбросов с помощью датчиков, показало довольно впечатляющий результат — такие небольшие корректировки могут сократить выбросы парниковых газов, возникающие при нефтепереработке, примерно на двадцать процентов. Для нефтеперерабатывающих заводов, стремящихся соответствовать экологическим стандартам без ущерба для объёмов производства, такой мониторинг в режиме реального времени имеет решающее значение.

Кейс: FCC-установки, оптимизированные с помощью ИИ, сокращают энергопотребление на 15%

Один европейский нефтеперерабатывающий завод недавно внедрил прогнозирующие системы на основе искусственного интеллекта для своей установки каталитического крекинга, сосредоточившись в частности на энергоемких циклах регенерации. Системы машинного обучения определили оптимальные настройки для горелок и скорость циркуляции катализаторов, исходя из типа сырья, поступающего в каждый момент времени. Спустя примерно 18 месяцев работы по такой схеме, они зафиксировали значительное снижение потребления природного газа — около 15%, что составляет примерно 3,2 млн БТЕ на баррель переработанной нефти. Что еще лучше, им удалось сохранить высокую эффективность крекинга на уровне 99,2%. Эта история успеха показывает, что подобные подходы могут быть эффективно масштабированы, особенно на крупных предприятиях, перерабатывающих более 200 тысяч баррелей в день, без ущерба для стандартов производительности.

Часто задаваемые вопросы

Каковы основные причины регуляторного давления в пользу систем крекинга с низким уровнем выбросов?

Строгие правила в отношении выбросов углерода, такие как Система торговли выбросами ЕС и Euro VI, заставляют нефтеперерабатывающие заводы внедрять системы с низкими выбросами, чтобы избежать штрафов и обеспечить соответствие требованиям.

Как системы крекинга нефти влияют на углеродный след нефтеперерабатывающего завода?

Системы крекинга, в особенности установки флюидного каталитического крекинга (FCC), существенно увеличивают углеродный след нефтеперерабатывающего завода из-за высокого энергопотребления и циклов регенерации катализатора.

Какие технологии могут внедрить нефтеперерабатывающие заводы для снижения выбросов?

Нефтеперерабатывающие заводы могут внедрять системы утилизации тепловых отходов, переходить на сырьё растительного происхождения, а также использовать CCUS и оптимизацию на основе искусственного интеллекта для эффективного сокращения выбросов.

Как нефтепереработчики могут совмещать экономию затрат и устойчивое развитие при внедрении технологий CCS?

Финансовые стимулы, модульные системы улавливания, а также общие сети трубопроводов CO2 могут помочь нефтеперерабатывающим заводам совмещать затраты и устойчивое развитие, сделав внедрение CCS более реальным.