Hệ Thống Dầu Crack Thải Thấp Phù Hợp Với Quy Định Carbon 2025

Hiểu Rõ Động Lực Pháp Lý Đối Với Hệ Thống Dầu Crack Thải Thấp

Hiện Tượng: Áp Lực Pháp Lý Tăng Dần Đối Với Khí Thải Từ Các Nhà Máy Lọc Dầu

Các nhà máy lọc dầu trên toàn thế giới đang bị kiểm tra kỹ lưỡng hơn bao giờ hết do chính phủ các nước ngày càng thắt chặt các quy định về carbon. Lấy ví dụ Hệ thống Thương mại Khí thải EU (EU Emissions Trading System), hiện tại nó đang áp đặt mức phạt lên tới hơn 110 USD mỗi tấn khí thải metric đối với các công ty vượt quá giới hạn CO2 của họ. Và sau đó còn có quy định Euro VI yêu cầu các nhà máy lọc dầu phải giảm lượng hạt bụi mịn trong không khí tới gần 30% vào năm 2025 so với mức năm 2020, theo nghiên cứu năm ngoái của ICCT. Những quy định như vậy không chỉ xảy ra ở châu Âu. Khoảng một phần tư các bang tại Mỹ về cơ bản đã sao chép chương trình Tiêu chuẩn Nhiên liệu Thấp Carbon của bang California. Trong khi đó, ở phía bên kia Thái Bình Dương, Trung Quốc đã triển khai hệ thống Thị trường Carbon Quốc gia riêng, bao gồm khoảng 2.200 cơ sở công nghiệp khác nhau, trong đó có nhiều cơ sở xử lý dầu thô thông qua các hoạt động phân tách (cracking).

Hệ thống Phân tách Dầu ảnh hưởng như thế nào đến lượng khí thải carbon

Các đơn vị phân hủy xúc tác chất lỏng (FCC) chịu trách nhiệm khoảng từ 40 đến 60 phần trăm lượng khí thải carbon của một nhà máy lọc dầu vì các hoạt động này đòi hỏi rất nhiều năng lượng cho các quá trình nhiệt cùng với toàn bộ các chu kỳ tái tạo chất xúc tác. Theo nghiên cứu gần đây từ Báo cáo Cân bằng Vật chất và Năng lượng xuất bản năm 2024, việc hiện đại hóa các hệ thống phân hủy cũ thực sự có thể giảm khoảng 34% lượng phát thải phạm vi 1 (Scope 1) cho mỗi thùng dầu được xử lý qua chúng. Có một số lĩnh vực mà các cải tiến có thể tạo ra sự khác biệt rõ rệt. Trước hết, điều chỉnh đúng cách nhiệt độ phản ứng giúp ngăn ngừa hiện tượng đóng cốc quá mức, riêng điều này đã tiết kiệm từ 12 đến 18% lượng khí đốt tiêu thụ. Một cải thiện lớn khác là lắp đặt các hệ thống thu hồi nhiệt thải, giúp giảm đáng kể nhu cầu sử dụng hơi nước khoảng 25%. Và đừng quên việc chuyển sang sử dụng nguyên liệu thô có nguồn gốc từ sinh khối. Thay đổi này một mình nó có thể cắt giảm lượng phát thải trong suốt vòng đời sản phẩm tới gần một nửa, ở mức 52%, khiến đây trở thành một trong những chiến lược có tác động mạnh mẽ nhất hiện nay.

Nghiên cứu điển hình: Các nhà máy lọc dầu châu Âu tuân thủ Euro VI và EU ETS

Một liên doanh các nhà máy lọc dầu Rhine-Ruhr đã đạt được mức giảm phát thải 22% trên sáu đơn vị phân tách vào năm 2023 thông qua các biện pháp thực hiện theo từng giai đoạn:

Khoản đầu tư 740 triệu USD của dự án đã tiết kiệm được 210 triệu USD/năm chi phí phạt carbon và mang lại lợi ích về năng suất, chứng minh tính hợp lý về mặt kinh doanh của việc tuân thủ.

Tích hợp chiến lược giữa ESG và Tuân thủ trong hoạt động lọc hóa dầu

Các nhà vận hành muốn đi đầu đang kết nối các chiến lược kiểm soát phát thải của họ với các tiêu chuẩn ESG, đặt cường độ carbon lên hàng đầu. Theo khuyến nghị mới nhất năm 2024 của Viện Năng lượng, các công ty nên tích hợp việc theo dõi phát thải thời gian thực trực tiếp vào màn hình vận hành hàng ngày của họ. Một số công ty thậm chí còn bắt đầu liên kết khoảng một phần ba tiền thưởng của ban lãnh đạo cấp cao với mức độ họ đạt được các mục tiêu khử carbon này. Cách tiếp cận này giải quyết mối quan tâm lớn nhất của các nhà đầu tư trong báo cáo môi trường hiện nay, nhưng còn có một khía cạnh khác nữa. Các công ty áp dụng sớm các thực hành này sẽ ở vào vị thế tốt hơn khi giá carbon tiếp tục tăng, điều mà nhiều chuyên gia dự đoán sẽ xảy ra trong vài năm tới khi các chính phủ thắt chặt quy định về khí nhà kính.

Những đổi mới trong Quy trình Cracking phát thải thấp và Công nghệ chất xúc tác

Quy trình Cracking thân thiện với môi trường: Công nghệ Hydrocracking và FCC tiên tiến

Ngày nay, quá trình hydrocracking vận hành ở mức nhiệt độ thấp hơn khoảng 15 đến 20 phần trăm so với các phương pháp truyền thống, thường dao động giữa 300 và 400 độ Celsius. Sự giảm nhiệt độ này đồng nghĩa với việc tổng lượng năng lượng cần thiết ít hơn, nhưng vẫn duy trì được mức độ sản xuất ổn định. Các đơn vị cracking xúc tác dạng lưu chất cũng đã được cải tiến gần đây, với thiết kế bộ đốt mới giúp quá trình đốt cháy hiệu quả hơn đáng kể. Những cải tiến này giúp giảm lượng khí thải carbon dioxide khoảng từ 12 đến 18 phần trăm cho mỗi chu kỳ xử lý. Về mặt chất xúc tác, các loại xúc tác dựa trên silica-alumina cũng đang cho thấy nhiều triển vọng thực tế. Chúng làm tăng tỷ lệ chuyển hóa hydrocarbon khoảng 25 phần trăm so với mức có thể đạt được trước đây, theo nghiên cứu được Mizuno và các đồng nghiệp công bố vào năm 2023. Những bước tiến như vậy giúp các nhà máy lọc dầu dễ dàng đáp ứng các yêu cầu khắt khe của Hệ thống Thương mại Khí thải của Liên minh Châu Âu (EU ETS).

Các Chất Xúc Tác Thế Hệ Mới Giúp Giảm Khí CO− Trong Hệ Thống Cracking Dầu

Công nghệ xúc tác đổi mới đóng vai trò then chốt trong việc khử carbon. Các zeolit cấu trúc nano được pha tạp kim loại đất hiếm làm tăng hiệu quả phân hủy, cho phép tốc độ phản ứng nhanh hơn 30–40%. Các chất xúc tác chọn lọc hiện nay tập trung vào sản xuất olefin trong khi giảm thiểu tạo thành cốc—nguyên nhân chính gây ra phát thải trực tiếp—đạt được độ chọn lọc sản phẩm cao hơn 10–15% và giảm nhu cầu tái chế cũng như lãng phí năng lượng liên quan.

Nghiên Cứu Trường Hợp: Các Chất Xúc Tác Chọn Lọc Giảm 18–22% Lượng Khí Thải CO−

Vào cuối năm 2023, một nhà máy lọc dầu gần Hamburg đã tiến hành thử nghiệm các chất xúc tác FCC được cải tiến bằng cobalt ngay trong môi trường sản xuất thực tế của họ. Sau khoảng nửa năm, họ nhận thấy lượng khí thải CO2 giảm từ 18 đến 22 phần trăm so với khi sử dụng các chất xúc tác thông thường. Điều tuyệt nhất là sản lượng dầu diesel vẫn giữ nguyên trong suốt thời gian này. Điều đã xảy ra là các chất xúc tác mới này phân tán kim loại đều hơn trên bề mặt, khiến các phản ứng chuyển hydro diễn ra hiệu quả hơn. Ngoài ra, lượng khí nhiên liệu thải ra cũng giảm đáng kể. Tổng cộng, điều này giúp họ tiết kiệm khoảng 2,7 triệu euro mỗi năm chỉ từ việc mua ít tín chỉ carbon của EU hơn. Như vậy, đây là minh chứng cho thấy việc xanh hóa không đồng nghĩa với việc phải chi tiêu nhiều hơn.

Tích hợp Công nghệ Thu giữ và Lưu giữ Carbon trong Các Hệ thống Cracking Dầu mỏ

Công nghệ CCUS trong Các Nhà máy Lọc dầu: Ứng dụng trong Các Bộ phận Cracking

Các hệ thống CCUS đóng vai trò quan trọng trong việc giảm phát thải CO₂ từ các nhà máy lọc dầu, đặc biệt là các đơn vị phân tách (cracking units). Về cơ bản, những hệ thống này thu giữ các khí thải ngay tại nơi sản sinh, nén chúng vào dạng có thể vận chuyển được, sau đó gửi chúng đến các kho chứa nước mặn sâu dưới lòng đất để lưu trữ dài hạn. Ủy ban Biến đổi Khí hậu Vương quốc Anh đã báo cáo năm ngoái rằng nếu các ngành công nghiệp thực sự nghiêm túc trong việc áp dụng công nghệ CCUS, chúng ta có thể chứng kiến khoảng một nửa lượng phát thải của các nhà máy lọc dầu biến mất vào năm 2035. Để hình dung rõ hơn: các đơn vị phân tách chuyển hóa những hydrocarbon đặc, nặng thành nhiên liệu nhẹ hơn mà người tiêu dùng thực sự muốn mua. Các bộ phận cụ thể này của nhà máy lọc dầu đóng góp từ 15% đến 25% tổng lượng phát thải carbon, vì vậy không có gì ngạc nhiên khi chúng nằm trong danh sách ưu tiên để các công ty cải tạo cơ sở vật chất bằng các giải pháp thu giữ carbon.

Giải pháp CCS dành riêng cho các đơn vị phân tách xúc tác chất lỏng (FCC)

Các đơn vị phân hủy xúc tác chất lỏng (FCC) chuyển đổi dầu mỏ nặng thành xăng sử dụng được đang bắt đầu tích hợp công nghệ thu giữ và lưu giữ carbon (CCS) được thiết kế đặc biệt cho các quy trình có nhiệt độ cao và xúc tác này. Thế hệ dung môi amin mới nhất hiện nay có thể thu giữ khoảng 90 đến 95 phần trăm lượng khí thải CO2 mà không tiêu tốn quá nhiều năng lượng bổ sung cho hệ thống. Theo nghiên cứu gần đây được Inspenet công bố năm 2024, khi tích hợp CCS vào hoạt động FCC, lượng khí thải tổng thể giảm khoảng 18 đến 22 tấn mét mỗi giờ. Chúng ta cũng đang chứng kiến sự phổ biến ngày càng cao của các hệ thống lai, trong đó kết hợp các phương pháp thu giữ sau đốt với kỹ thuật đốt bằng oxy. Các cách tiếp cận kết hợp này thường hiệu quả nhất ở những khu vực mà giá carbon đã vượt mức 80 USD mỗi tấn, khiến khoản đầu tư trở nên khả thi hơn về mặt kinh tế đối với các nhà vận hành nhà máy muốn giảm lượng phát thải môi trường.

Cân bằng giữa Chi phí và Tính bền vững trong việc áp dụng CCS

CCS chắc chắn mang lại lợi thế về môi trường, nhưng việc áp dụng rộng rãi phụ thuộc vào việc giảm chi phí và có được các chính sách hỗ trợ. Hiện nay, việc triển khai CCS làm tăng khoảng từ 12 đến 18 USD cho mỗi thùng dầu tinh chế, và phần lớn chi phí này đến từ việc xây dựng cơ sở lưu trữ và mạng lưới vận chuyển. Tin tốt là chúng ta đang thấy một số phát triển đáng khích lệ. Các hệ thống thu giữ mô-đun và mạng lưới đường ống CO2 dùng chung đã giúp giảm khoảng 30 đến 40 phần trăm chi phí đầu tư ban đầu trong nhiều trường hợp. Theo như chiến lược CCS năm 2024 của chính phủ Anh, việc kết hợp giữa các ưu đãi tài chính như mức tín dụng thuế 85 USD mỗi tấn với các nỗ lực sản xuất hydro quy mô lớn có thể khiến các dự án CCS tại các nhà máy lọc dầu trở thành khoản đầu tư đáng giá về mặt tài chính từ năm 2027.

Số hóa và Trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa phát thải trong vận hành phân tách (cracking)

Tối ưu hóa quy trình bằng Trí tuệ nhân tạo trong hệ thống phân tách dầu

Các hệ thống học máy hiện đại ngày nay xem xét mọi loại dữ liệu từ các hoạt động phân tách dầu mỏ. Chúng theo dõi những yếu tố như loại nguyên liệu đang được sử dụng, sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian, và hiệu suất của các chất xúc tác trước khi thực hiện các điều chỉnh theo thời gian thực. Một số thuật toán thông minh thậm chí có thể dự đoán thời điểm tối ưu cho các quá trình phân tách, thường là từ một đến hai ngày trước đó. Điều này giúp giảm thiểu lãng phí năng lượng khi chuyển đổi từ quá trình này sang quá trình khác. Theo những phát hiện gần đây của Cơ quan Năng lượng Quốc tế, các nhà máy áp dụng trí tuệ nhân tạo cho các đơn vị phân tách thường tiết kiệm được khoảng 12 đến 18 phần trăm chi phí năng lượng so với các phương pháp cũ hơn, nơi con người phải tự điều chỉnh bằng tay. Đó là một mức chênh lệch đáng kể khi xem xét mức giá năng lượng cao như hiện nay.

Tự động hóa và Giám sát thời gian thực nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng

Các đơn vị cracking xúc tác hiện nay được trang bị cảm biến IoT theo dõi mức độ phát thải khí carbon dioxide, các mẫu phân bố nhiệt và hiệu suất hoạt động của các chất xúc tác. Những hệ thống thông minh này tự động điều chỉnh các yếu tố như tỷ lệ trộn giữa không khí và nhiên liệu, thời điểm phun hơi nước, và nhiệt độ vận hành của các bộ phản ứng trong suốt quá trình hoạt động. Nghiên cứu từ năm ngoái về kiểm soát khí thải thông qua cảm biến đã cho thấy một kết quả khá ấn tượng: những điều chỉnh nhỏ này có thể giảm khoảng 20% lượng khí nhà kính phát sinh trong quá trình lọc hóa dầu. Đối với các nhà máy lọc dầu đang cố gắng đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường mà không làm giảm năng suất sản xuất, việc giám sát theo thời gian thực kiểu này thực sự mang lại sự khác biệt.

Nghiên Cứu Trường Hợp: Đơn Vị FCC Được Tối Ưu Hóa Bằng Trí Tuệ Nhân Tạo Giảm 15% Tiêu Hao Năng Lượng

Một nhà máy lọc dầu ở châu Âu gần đây đã triển khai hệ thống điều khiển dự đoán thông minh nhân tạo (AI) cho đơn vị FCC của họ, tập trung cụ thể vào các chu kỳ tái tạo tiêu tốn nhiều năng lượng. Các hệ thống học máy đã xác định được cài đặt tối ưu cho các bộ đốt và tốc độ lưu thông phù hợp cho chất xúc tác, dựa trên loại nguyên liệu đầu vào đang được sử dụng tại từng thời điểm. Sau khoảng 18 tháng vận hành theo cách này, họ đã ghi nhận mức giảm ấn tượng trong việc sử dụng khí tự nhiên khoảng 15%, tương đương khoảng 3,2 MMBtu trên mỗi thùng dầu được xử lý. Điều đáng chú ý hơn là họ vẫn duy trì hiệu suất phân tách ở mức xuất sắc là 99,2%. Câu chuyện thành công này cho thấy các phương pháp tiếp cận tương tự có thể hoạt động hiệu quả ở quy mô lớn, đặc biệt đối với các cơ sở lớn xử lý hơn 200 nghìn thùng dầu mỗi ngày mà không làm giảm tiêu chuẩn hiệu suất.

Các câu hỏi thường gặp

Đâu là những động lực chính thúc đẩy yêu cầu pháp lý đối với các hệ thống phân tách dầu khí thải thấp?

Các quy định nghiêm ngặt về carbon và phát thải, như Hệ thống Thương mại Phát thải EU (EU Emissions Trading System) và Euro VI, đang buộc các nhà máy lọc dầu phải áp dụng các hệ thống phát thải thấp để tránh bị phạt và đảm bảo tuân thủ.

Hệ thống cracking dầu ảnh hưởng như thế nào đến lượng khí thải carbon của một nhà máy lọc dầu?

Các hệ thống cracking, đặc biệt là các đơn vị Cracking Xúc tác Chất lỏng (Fluid Catalytic Cracking - FCC), đóng góp đáng kể vào lượng khí thải carbon của nhà máy lọc dầu do nhu cầu năng lượng cao và các chu kỳ tái tạo chất xúc tác.

Các nhà máy lọc dầu có thể triển khai công nghệ nào để giảm phát thải?

Các nhà máy lọc dầu có thể triển khai các hệ thống thu hồi nhiệt thải, chuyển đổi sang nguyên liệu thô có nguồn gốc từ sinh khối, và áp dụng công nghệ CCUS cũng như tối ưu hóa dựa trên trí tuệ nhân tạo (AI) để giảm phát thải hiệu quả.

Làm thế nào các nhà máy lọc dầu có thể cân bằng giữa chi phí và tính bền vững khi áp dụng công nghệ CCS?

Các ưu đãi tài chính, hệ thống thu giữ mô-đun và mạng lưới đường ống CO2 dùng chung có thể giúp các nhà máy lọc dầu cân bằng giữa chi phí và tính bền vững, làm cho việc áp dụng CCS trở nên khả thi hơn.