Маловикидні системи крекінгу нафти, які відповідають правилам вуглецевих викидів 2025

Розуміння регуляторного тиску щодо низьковикидних систем крекінгу нафти

Феномен: Зростаючий регуляторний тиск на викиди нафтопереробних заводів

Нафтопереробні заводи по всьому світу тепер перебувають під більш пильним контролем, ніж будь-коли раніше, оскільки уряди посилюють вуглецеві обмеження. Візьміть, наприклад, Європейську систему торгівлі викидами, яка тепер накладає штрафи на компанії в розмірі понад 110 доларів США за метричну тонну, якщо вони перевищують свої ліміти CO2. І це ще не все — регулювання Euro VI вимагає, щоб нафтопереробні заводи скоротили викиди дрібних частинок в атмосферу майже на 30% до 2025 року порівняно з рівнем 2020 року, згідно з дослідженням ICCT минулого року. Причому такі регуляції поширюються не тільки в Європі. Приблизно чверть штатів США фактично скопіювала каліфорнійську програму низьковуглецевого палива. Тим часом через Тихий океан Китай запровадив власну Національну систему вуглецевого ринку, яка охоплює приблизно 2200 промислових підприємств, багато з яких переробляють нафту шляхом крекінгу.

Як системи крекінгу нафти впливають на вуглецевий слід

Установки каталітичного крекінгу (FCC) відповідають за приблизно 40–60% викидів вуглекислого газу на нафтових переробних заводах, тому що ці процеси потребують великої кількості енергії для термічних операцій, а також регенерації каталізатора. За даними останніх досліджень, опублікованих у Матеріально-енергетичному балансовому дослідженні 2024 року, модернізація старих крекінгових систем може скоротити викиди Scope 1 на 34% для кожного барелів нафти, що переробляється. Існує кілька напрямків, де поліпшення можуть суттєво вплинути. По-перше, правильне регулювання температури в реакторі допомагає уникнути надмірного утворення коксу, що окремо дозволяє економити від 12 до 18% паливного газу. Ще одним важливим кроком є встановлення систем утилізації відновлюваної теплової енергії, що значно зменшує потребу у парі на 25%. І не варто забувати про перехід на сировину, отриману з біомаси. Саме ця зміна скорочує викиди протягом усього життєвого циклу майже на половину — на 52%, що робить це однією з найефективніших стратегій, доступних сьогодні.

Дослідження випадку: Європейські нафтопереробні заводи, що дотримуються стандартів Euro VI та EU ETS

Консорціум нафтопереробників Рейн-Рурського регіону досяг зниження викидів на 22% на шести установках крекінгу в 2023 році шляхом поетапного впровадження заходів:

Капіталовкладення у розмірі 740 млн доларів забезпечили економію 210 млн доларів/рік на платежах за викиди та підвищення продуктивності, що підтверджує економічну доцільність дотримання вимог.

Стратегічна інтеграція ESG та дотримання вимог у роботі нафтопереробних заводів

Оператори, які хочуть залишатися на крок вперед, поєднують свої стратегії контролю викидів зі стандартами ESG, які ставлять інтенсивність вуглецевих викидів на перше місце. Згідно з останніми рекомендаціями Інституту енергетики за 2024 рік, компанії мають інтегрувати відстеження викидів у режимі реального часу безпосередньо в екрани щоденних операцій. Деякі фірми навіть почали прив’язувати приблизно третину бонусів вищого керівництва до ступеня досягнення цих цілей щодо декарбонізації. Такий підхід вирішує те, що найбільше хвилює інвесторів наразі щодо екологічного звітування, але є ще один аспект. Компанії, які приймають ці практики зараз, краще підготовлені до зростання цін на вуглецеві викиди, що, за прогнозами багатьох експертів, трапиться протягом кількох наступних років, коли уряди посилюватимуть регулювання викидів парникових газів.

Інновації в процесах крекінгу з низькими викидами та каталітичні технології

Екологічні процеси крекінгу: досягнення в гідрокрекінгу та каталітичному крекінгу (FCC)

Гідрокрекінг сьогодні працює приблизно на 15–20 відсотків нижче, ніж традиційні методи, зазвичай у діапазоні від 300 до 400 градусів Цельсія. Це зниження температури означає, що загалом потрібно менше енергії, але при цьому рівень виробництва залишається високим. Останнім часом блоки каталітичного крекінгу також стали ефективнішими, завдяки новим конструкціям регенераторів, які роблять процес згоряння набагато ефективнішим. Ці зміни допомагають скоротити викиди діоксиду вуглецю на 12–18 відсотків за кожний цикл переробки. Щодо каталізаторів, то версії на основі силікату алюмінію також демонструють реальний потенціал. Вони підвищують рівень перетворення вуглеводнів приблизно на 25 відсотків порівняно з тим, що був можливий раніше, згідно з дослідженням Мідзуне та його колег 2023 року. Такі досягнення полегшують нафтопереробним заводам виконання вимог Європейської системи торгівлі квотами на викиди.

Каталізатори нового покоління для зменшення CO− у системах крекінгу нафти

Каталітична інновація має критичне значення для декарбонізації. Наноструктуровані цеоліти, леговані рідкоземельними металами, підвищують ефективність крекінгу, забезпечуючи швидкість реакцій на 30–40% вищу. Селективні каталізатори тепер зосереджені на виробництві олефінів, одночасно зменшуючи утворення коксу — основного джерела прямих викидів, досягаючи на 10–15% вищої селективності продукту та зменшуючи потребу у повторній переробці й пов'язаних витрат енергії.

Дослідження випадку: Селективні каталізатори забезпечують зниження викидів CO− на 18–22%

В кінці 2023 року нафтопереробний завод поблизу Гамбурга провів випробування каталізаторів FCC, модифікованих кобальтом, безпосередньо у реальному виробничому середовищі. Приблизно через півроку вони зафіксували зниження викидів CO2 на 18–22 % порівняно з тим, що спостерігалося при використанні звичайних каталізаторів. Найкращим моментом є те, що виробництво дизельного палива залишалося незмінним протягом усього цього періоду. Справа в тому, що нові каталізатори краще розподілили метал по поверхнях, що призвело до значно ефективнішої роботи реакцій переносу водню. Також менше паливного газу йшло даремно. Загалом, це дало економію приблизно 2,7 мільйона євро щороку лише за рахунок меншого придбання вуглецевих квот ЄС. Отже, це ще одне підтвердження того, що екологічні ініціативи не завжди супроводжуються збільшенням витрат.

Інтеграція збирання та зберігання вуглецю в системах крекінгу нафти

Технології CCUS на нафтопереробних заводах: застосування в установках крекінгу

Системи CCUS відіграють важливу роль у скороченні викидів CO₂ на нафтопереробних заводах, особливо щодо установок каталітичного крекінгу. По суті, ці системи захоплюють викиди безпосередньо на місці їх винесення, стискають їх до транспортованого стану та відправляють у місця тривалого зберігання, такі як глибокі підземні соляні резервуари. Комітет зі зміни клімату у Великобританії повідомив торік, що якщо галузі серйозно візьмуться за впровадження технологій CCUS, то до 2035 року ми можемо побачити скорочення приблизно половини всіх викидів нафтопереробних заводів. Для порівняння: установки каталітичного крекінгу перетворюють важкі вуглеводні на легші палива, які дійсно бажано купити. Саме ці частини нафтопереробних заводів вносять від 15% до 25% загального вуглецевого сліду, тому не дивно, що вони першочергові при модернізації підприємств за допомогою рішень з захоплення вуглецю.

Рішення CCS спеціально для установок каталітичного крекінгу (FCC)

Установки каталітичного крекінгу нафти (FCC), які перетворюють важкі газойлі в корисний бензин, починають впроваджувати технології збирання та зберігання вуглецю (CCS), спеціально розроблені для цих процесів з високою температурою та каталізаторами. Найновіше покоління амінних розчинників може насправді збирати приблизно 90–95% викидів CO2, не витрачаючи занадто багато додаткової енергії системи. За даними останніх досліджень, опублікованих Inspenet у 2024 році, коли CCS інтегрується в роботу FCC, загальні викиди скорочуються приблизно на 18–22 метричні тонни щогодини. Останнім часом також зростає популярність гібридних систем, де методи збирання після згоряння поєднуються з технологіями згоряння в середовищі кисню. Ці комбіновані підходи найкраще працюють у регіонах, де ціни на вуглець піднялися вище $80 за тонну, що робить інвестиції більш вигідними для операторів підприємств, які прагнуть зменшити свій екологічний слід.

Балансування витрат та сталості у впровадженні CCS

CCS безперечно має екологічні переваги, але його широке впровадження залежить від зниження вартості та узгодження підтримувальних політик. Наразі впровадження CCS додає приблизно 12–18 доларів США на кожну барель нафти, і більша частина цих витрат пов'язана зі спорудженням об'єктів зберігання та транспортної інфраструктури. Добрею новиною є те, що ми бачимо деякі перспективні розробки. Модульні системи захоплення та спільні трубопровідні мережі CO2 вже скорочують початкові інвестиційні вимоги приблизно на 30–40 відсотків у багатьох випадках. Якщо подивитися на те, що уряд Великобританії виклав у своїй стратегії CCS на 2024 рік, зазначається, що поєднання фінансових стимулів, таких як податковий кредит у розмірі 85 доларів США за тонну, з масовим виробництвом водню може насправді перетворити проекти CCS на нафтоочисних заводах на фінансово вигідні ще до 2027 року.

Дигіталізація та штучний інтелект для оптимізації викидів під час процесів крекінгу

Оптимізація процесів за допомогою штучного інтелекту в системах крекінгу нафти

Сучасні системи машинного навчання аналізують різноманітні дані, що надходять з нафтових крекінгових операцій сьогодні. Вони відстежують такі параметри, як тип вихідної сировини, зміни температури з часом і ефективність каталізаторів перед тим, як зробити корекції в режимі реального часу. Досить потужні алгоритми можуть передбачити найвигідніші періоди для крекінгових процесів, зазвичай на добу або дві вперед. Це допомагає зменшити витрати енергії під час переходу з одного процесу на інший. За даними Міжнародного агентства з енергетики, підприємства, які впровадили штучний інтелект для керування крекінговими установками, зазвичай економлять від 12 до 18 відсотків на енергетичних витратах порівняно зі старими методами, де все керувалося вручну. Це суттєва різниця, враховуючи сучасні ціни на енергію.

Автоматизація та моніторинг у режимі реального часу для енергоефективності

Установки каталітичного крекінгу тепер оснащуються датчиками IoT, які відстежують рівень вуглекислого газу, розподіл тепла та ефективність роботи каталізаторів. Ці інтелектуальні системи автоматично регулюють такі параметри, як співвідношення повітря та палива, момент введення пари та температура, при якій працюють реактори під час виконання операцій. Дослідження минулого року, спрямовані на контроль викидів за допомогою датчиків, показали доволі вражаючі результати — ці незначні коригування можуть зменшити викиди парникових газів під час очищення приблизно на двадцять відсотків. Для нафтопереробних заводів, які прагнуть виконувати екологічні стандарти без скорочення обсягів виробництва, такий контроль у режимі реального часу має вирішальне значення.

Дослідження випадку: Оптимізація установок каталітичного крекінгу за допомогою штучного інтелекту скоротила споживання енергії на 15%

Один європейський нафтопереробний завод нещодавно впровадив прогнозуючий контроль на основі штучного інтелекту для своєї установки каталітичного крекінгу, зосередившись зокрема на тих циклах регенерації, що споживають багато енергії. Системи машинного навчання визначили оптимальні налаштування для пальників і швидкість циркуляції каталізаторів, виходячи з типу сировини, що надходить у даний момент. Після приблизно 18 місяців роботи в такому режимі, вони відзначили досить вражаюче зниження споживання природного газу — приблизно на 15%, що становить близько 3,2 млн БТЕ на барель переробленої нафти. Ще кращим є те, що їм вдалося зберегти ефективність крекінгу на високому рівні — 99,2%. Ця історія успіху демонструє, що подібні підходи можуть ефективно працювати у великих масштабах, особливо на великих підприємствах, що переробляють понад 200 тисяч барелів на добу, не поступаючись стандартам продуктивності.

Часто задані питання

Які основні чинники стимулюють регуляторний тиск на впровадження систем крекінгу нафти з низькими викидами?

Суворі правила щодо вуглецевих викидів, такі як Система торгівлі вуглецевими квотами ЄС та Euro VI, змушують нафтопереробні заводи впроваджувати низьковикидні системи, щоб уникнути штрафів та забезпечити виконання вимог.

Як системи крекінгу нафти впливають на вуглецевий слід нафтопереробного заводу?

Системи крекінгу, зокрема установки флюїдного каталітичного крекінгу (FCC), суттєво впливають на вуглецевий слід нафтопереробного заводу через їхні високі енергетичні потреби та цикли регенерації каталізатора.

Які технології можуть впроваджувати нафтопереробні заводи для зменшення викидів?

Нафтопереробні заводи можуть впроваджувати системи утилізації відновлюваної теплової енергії, переходити на біомасові джерела сировини та застосовувати технології збирання та зберігання вуглецю (CCUS) разом із оптимізацією на основі штучного інтелекту для ефективного зменшення викидів.

Як нафтопереробники можуть узгодити витрати та сталість при впровадженні технологій збирання вуглецю (CCS)?

Фінансові стимули, модульні системи збирання, а також спільні мережі трубопроводів для транспортування CO₂ можуть допомогти нафтопереробним заводам узгодити витрати з принципами сталого розвитку, зробивши впровадження CCS більш реальним.