Wprowadzenie
Polskie rafinerie przechodzą obecnie intensywny okres technologicznej modernizacji. W obliczu rosnącej globalnej konkurencji, zaostrzających się norm środowiskowych oraz zmieniającego się koszyka przerabianych rop, krajowe zakłady rafineryjne inwestują w zaawansowane rozwiązania technologiczne. W niniejszym artykule przyjrzymy się najważniejszym innowacjom wdrażanym w polskich rafineriach przez głównych graczy rynku – PKN Orlen oraz Grupę LOTOS.
Cyfrowa transformacja procesów produkcyjnych
Jednym z kluczowych trendów w modernizacji polskich rafinerii jest cyfryzacja i automatyzacja procesów produkcyjnych. Umożliwia ona optymalizację kosztową, zmniejszenie energochłonności oraz zwiększenie precyzji kontroli procesu.
Zaawansowane systemy sterowania procesami
W rafineryjnych sterowniach coraz częściej można spotkać nowoczesne systemy sterowania oparte o zaawansowane algorytmy:
- Advanced Process Control (APC) - systemy pozwalające na wieloparametrową optymalizację procesów. PKN Orlen wdrożył systemy APC w kompleksie rafineryjnym w Płocku, co pozwoliło na zwiększenie uzysku cennych frakcji rafineryjnych o 1-2% oraz redukcję zużycia energii;
- Digital Twin - cyfrowe bliźniaki instalacji rafineryjnych, umożliwiające symulację różnych scenariuszy operacyjnych. W Grupie LOTOS technologia ta jest wykorzystywana do optymalizacji pracy instalacji hydrokonwersyjnej (EFRA);
- Predictive Maintenance - systemy predykcyjnego utrzymania, analizujące dane z tysięcy czujników w celu przewidywania potencjalnych awarii zanim nastąpią. W rafinerii PKN Orlen w Płocku system ten zredukował nieplanowane przestoje o około 20%.
"Cyfryzacja procesów produkcyjnych to nie tylko kwestia optymalizacji kosztowej. To fundamentalna zmiana w sposobie zarządzania rafineriami, która pozwala na szybsze podejmowanie decyzji w oparciu o rzetelne dane." - dr inż. Janusz Nowak, ekspert ds. procesów rafineryjnych.
Internet Rzeczy (IoT) w rafineriach
Polskie rafinerie inwestują w rozbudowane sieci czujników i urządzeń IoT, które zbierają dane w czasie rzeczywistym:
- Bezprzewodowe czujniki monitorujące kluczowe parametry procesowe;
- Systemy detekcji wycieków oparte o rozproszone czujniki;
- Inteligentne kamery termowizyjne do monitorowania stanu infrastruktury;
- Przenośne urządzenia dla pracowników, pozwalające na szybki dostęp do danych i zdalne sterowanie.
PKN Orlen zainwestował w centrum analityczne Big Data, które przetwarza petabajty danych generowanych przez czujniki, co pozwala na ciągłą optymalizację procesów produkcyjnych i logistycznych.
Nowoczesne instalacje do przeróbki ciężkich frakcji ropnych
Kluczowym wyzwaniem stojącym przed polskimi rafineriami jest maksymalizacja wartości dodanej z każdej baryłki ropy oraz dostosowanie do przerobu różnych gatunków surowca. W odpowiedzi na te wyzwania, polskie zakłady rafineryjne wdrażają zaawansowane procesy konwersji głębokiej.
Program EFRA w Grupie LOTOS
Najważniejszą inwestycją technologiczną w Grupie LOTOS w ostatnich latach był Program EFRA (Efektywna Rafinacja), którego centralnymi elementami są:
- Instalacja opóźnionego koksowania (DCU) - pozwala na przetwarzanie ciężkich pozostałości z destylacji ropy w wartościowe produkty lekkie (benzyny, oleje napędowe) oraz koks naftowy;
- Instalacja hydrokonwersji benzyny koksowej (CNHT) - przetwarza niestabilną benzynę z procesu koksowania na wysokiej jakości komponenty paliw;
- Instalacja produkcji wodoru (HGU) - dostarcza wodór niezbędny do procesów hydroodsiarczania i hydrokonwersji.
Program EFRA zwiększył głębokość przerobu ropy w gdańskiej rafinerii do ponad 96%, co stanowi jeden z najlepszych wyników w Europie. Dzięki temu Grupa LOTOS niemal całkowicie wyeliminowała produkcję ciężkiego oleju opałowego, zwiększając jednocześnie uzysk wysokomarżowych produktów, takich jak olej napędowy i paliwo lotnicze.
Kompleks Metatezy w PKN Orlen
W rafinerii PKN Orlen w Płocku jedną z kluczowych inwestycji technologicznych ostatnich lat jest instalacja metatezy. Ta innowacyjna technologia pozwala na konwersję frakcji C4 (butenów) na propylen – cenny surowiec petrochemiczny. Instalacja o zdolności produkcyjnej 100 tysięcy ton propylenu rocznie zwiększa elastyczność kompleksu produkcyjnego i pozwala na optymalne zagospodarowanie strumieni rafineryjnych.
Inne zaawansowane instalacje wdrożone w kompleksie PKN Orlen to:
- Kompleks Hydroodsiarczania Olejów Napędowych (HON VII) - umożliwia produkcję oleju napędowego o ultra-niskiej zawartości siarki (poniżej 10 ppm);
- Instalacja Visbreakingu - redukuje lepkość ciężkich frakcji, zwiększając uzysk średnich destylatów;
- Kompleks Hydrokrakingu - umożliwia konwersję ciężkich frakcji w wysokiej jakości oleje napędowe i nafty.
Technologie przyjazne środowisku
Rosnące wymagania środowiskowe zmuszają polskie rafinerie do wdrażania technologii redukujących ślad środowiskowy. Inwestycje w tym obszarze koncentrują się na:
Redukcja emisji CO2
Polskie rafinerie podejmują szereg działań mających na celu redukcję emisji gazów cieplarnianych:
- Kompleksowe programy efektywności energetycznej - systematyczna optymalizacja zużycia energii w procesach produkcyjnych. PKN Orlen zredukował energochłonność procesów rafineryjnych o ponad 20% w ciągu ostatnich 10 lat;
- Odzysk ciepła odpadowego - instalacje do odzyskiwania ciepła z gazów spalinowych i strumieni procesowych;
- Modernizacja pieców procesowych - wymiana starych pieców na nowe, o wyższej efektywności i niższej emisyjności;
- Kogeneracja - produkcja energii elektrycznej i ciepła w wysokosprawnych jednostkach gazowych. Elektrociepłownia gazowo-parowa w Płocku o mocy 600 MW jest jedną z najnowocześniejszych tego typu jednostek w Polsce.
Technologie oczyszczania ścieków
Nowoczesne systemy oczyszczania ścieków pozwalają na minimalizację wpływu rafinerii na środowisko wodne:
- Wielostopniowe oczyszczalnie ścieków - łączące procesy mechaniczne, chemiczne i biologiczne;
- Membrany ultrafiltracyjne - pozwalające na odzyskiwanie wody procesowej i jej ponowne wykorzystanie;
- Zaawansowane systemy monitoringu - pozwalające na ciągłą kontrolę parametrów ścieków.
W rafinerii Grupy LOTOS w Gdańsku wdrożono system zamkniętych obiegów wody, który pozwolił zredukować zużycie wody o ponad 30% w ciągu pięciu lat.
Redukcja emisji lotnych związków organicznych (LZO)
Polskie rafinerie inwestują w technologie ograniczające emisje LZO, które są jednym z głównych źródeł zanieczyszczenia powietrza związanego z działalnością rafineryjną:
- Zbiorniki z pływającymi dachami;
- Systemy odzysku oparów podczas załadunku cystern;
- Zaawansowane systemy uszczelnień;
- Programy LDAR (Leak Detection and Repair) do wykrywania i naprawy nieszczelności.
Technologie wodorowe
Wodór staje się coraz ważniejszym elementem strategii polskich rafinerii, zarówno jako reagent w procesach rafineryjnych, jak i potencjalne paliwo przyszłości.
Produkcja wodoru
Polskie rafinerie rozwijają technologie produkcji wodoru o różnym śladzie węglowym:
- Wodór szary - produkowany z gazu ziemnego w procesie reformingu parowego. Jest to obecnie dominująca metoda w polskich rafineriach;
- Wodór niebieski - produkcja z gazu ziemnego połączona z wychwytywaniem i składowaniem CO2 (CCS). PKN Orlen planuje wdrożenie tej technologii w ramach strategii dekarbonizacji;
- Wodór zielony - produkowany przez elektrolizę wody przy użyciu energii elektrycznej z OZE. PKN Orlen realizuje projekty pilotażowe w zakresie produkcji zielonego wodoru w Trzebini i we Włocławku.
Grupa LOTOS w ramach projektu "Pure H2" rozwija technologię produkcji wodoru o czystości 99,999% na potrzeby transportu wodorowego.
Zastosowania wodoru
Oprócz tradycyjnego wykorzystania wodoru w procesach rafineryjnych (hydroodsiarczanie, hydrokraking), polskie rafinerie przygotowują się do jego zastosowań w transporcie:
- Stacje tankowania wodoru - PKN Orlen uruchomił pierwsze stacje w Warszawie i Krakowie, planując rozbudowę sieci do kilkudziesięciu lokalizacji w Polsce i za granicą;
- Współpraca z producentami autobusów wodorowych - Grupa LOTOS prowadzi projekty z partnerami z branży transportu publicznego;
- Wykorzystanie wodoru w procesach petrochemicznych - redukcja śladu węglowego produktów petrochemicznych.
Dostosowanie do przerobu różnych gatunków ropy
W związku z dywersyfikacją źródeł dostaw ropy naftowej do Polski, krajowe rafinerie musiały zainwestować w technologie umożliwiające elastyczny przerób różnych gatunków surowca.
Blending (mieszanie) różnych gatunków ropy
Polskie rafinerie zainwestowały w zaawansowane systemy mieszania różnych gatunków ropy, pozwalające na tworzenie optymalnych mieszanek wsadowych:
- Infrastruktura do magazynowania różnych gatunków ropy;
- Systemy dozowania i mieszania online;
- Zaawansowana analityka do optymalizacji receptur mieszanek.
PKN Orlen opracował własne narzędzia obliczeniowe, które pozwalają na określenie optymalnej mieszanki różnych gatunków ropy w zależności od bieżących cen surowców i produktów oraz możliwości technologicznych instalacji.
Modernizacja instalacji destylacyjnych
Kluczowe instalacje destylacji atmosferycznej i próżniowej zostały zmodernizowane, aby umożliwić przeróbkę rop o zróżnicowanych właściwościach:
- Zwiększenie elastyczności kolumn destylacyjnych;
- Modernizacja systemów pompy próżniowej;
- Instalacja dodatkowych wymienników ciepła i pieców;
- Wdrożenie zaawansowanych systemów kontroli jakości strumieni.
Automatyzacja i robotyzacja
Polskie rafinerie coraz szerzej wdrażają rozwiązania z zakresu automatyzacji i robotyki, które zwiększają bezpieczeństwo pracowników i efektywność operacyjną:
Drony inspekcyjne
PKN Orlen i Grupa LOTOS wykorzystują drony wyposażone w kamery HD, termowizyjne oraz czujniki gazów do monitorowania stanu infrastruktury, wykrywania nieszczelności oraz inspekcji trudno dostępnych miejsc. Pozwala to na redukcję kosztów inspekcji o 30-40% oraz zwiększenie bezpieczeństwa, eliminując potrzebę pracy ludzi na wysokościach.
Roboty do inspekcji zbiorników
Specjalistyczne roboty inspekcyjne umożliwiają kontrolę stanu zbiorników bez konieczności ich opróżniania i odstawiania z produkcji. Roboty te, poruszające się po dnie zbiornika lub pływające na powierzchni przechowywanego medium, zbierają dane o korozji, grubości ścian i potencjalnych nieszczelnościach.
Mobilne aplikacje dla pracowników
Pracownicy rafinerii są wyposażani w tablety i smartfony z dedykowanymi aplikacjami, które umożliwiają:
- Zdalny podgląd parametrów procesowych;
- Elektroniczne listy kontrolne podczas obchodów;
- Natychmiastowe raportowanie nieprawidłowości;
- Dostęp do dokumentacji technicznej i procedur.
W rafinerii PKN Orlen w Płocku wdrożono system elektronicznego zarządzania pracami remontowymi, który skrócił czas planowania i realizacji prac remontowych o 20%.
Perspektywy rozwoju technologicznego
W najbliższych latach można spodziewać się kontynuacji trendu wdrażania innowacyjnych technologii w polskich rafineriach. Główne kierunki rozwoju to:
Technologie dekarbonizacyjne
Polskie rafinerie intensyfikują badania nad technologiami umożliwiającymi redukcję emisji CO2:
- Wychwytywanie i wykorzystanie CO2 (CCU);
- Elektryfikacja procesów cieplnych;
- Wykorzystanie biometanu i wodoru jako paliw procesowych.
Zintegrowane systemy zarządzania energią
Przyszłością polskich rafinerii są inteligentne systemy zarządzania energią, które optymalizują zużycie mediów w czasie rzeczywistym, uwzględniając zmienne ceny energii, dostępność OZE oraz wymagania procesowe.
Biotechnologie w rafineriach
Polskie rafinerie inwestują w technologie umożliwiające produkcję biopaliw i biochemikaliów:
- Instalacje HVO (Hydrogenated Vegetable Oil) do produkcji odnawialnego oleju napędowego;
- Technologie konwersji biomasy do biokomponentów;
- Recycling chemiczny tworzyw sztucznych.
PKN Orlen planuje budowę biorafinerii w Płocku, która umożliwi produkcję drugiej generacji biopaliw z surowców niespożywczych.
Wnioski
Polskie rafinerie przechodzą intensywny proces modernizacji technologicznej, który ma na celu zwiększenie ich konkurencyjności, elastyczności operacyjnej oraz redukcję wpływu na środowisko. Kluczowe trendy obejmują:
- Cyfryzację i automatyzację procesów produkcyjnych;
- Wdrażanie zaawansowanych instalacji konwersji głębokiej;
- Rozwój technologii przyjaznych środowisku;
- Inwestycje w technologie wodorowe;
- Dostosowanie do przerobu różnych gatunków ropy;
- Robotyzację i automatyzację procesów inspekcyjnych.
Dzięki tym innowacjom, polskie rafinerie systematycznie zwiększają swoją efektywność operacyjną i konkurencyjność na wymagającym rynku europejskim. Jednocześnie przygotowują się do wyzwań związanych z transformacją energetyczną, rozwijając technologie, które pozostaną istotne w gospodarce niskoemisyjnej.
Sukces polskich rafinerii w obszarze innowacji technologicznych jest wynikiem nie tylko znaczących nakładów inwestycyjnych, ale także rozwoju krajowego potencjału badawczo-rozwojowego oraz współpracy z ośrodkami naukowymi. W przyszłości możemy spodziewać się dalszego przyspieszenia procesu wdrażania innowacji, napędzanego zarówno wymaganiami rynkowymi, jak i regulacyjnymi.