American Geosciences Institute

Inleiding

Crude olie en aardgas zijn complexe chemische mengsels die over het algemeen niet geschikt zijn voor direct gebruik. Door olieraffinage en gasverwerking worden deze mengsels omgezet in een breed scala van brandstoffen en andere producten, waarbij laagwaardige en verontreinigende componenten worden verwijderd.

Raffinage en verwerking hebben zowel positieve als negatieve milieueffecten: hoewel schadelijke verontreinigende stoffen worden verwijderd en schonere brandstoffen worden geproduceerd, kunnen bij de activiteiten in raffinaderijen en verwerkingsfabrieken schadelijke verontreinigende stoffen in het milieu vrijkomen, waardoor de plaatselijke lucht- en waterkwaliteit wordt aangetast.

Tijdens de destillatie van ruwe olie condenseren verschillende soorten brandstof en worden deze bij verschillende temperaturen geëxtraheerd. Image Credit: Wikimedia Commons users Psarianos and Theresa Knott.1

Olie Refining

Crude oil is a mixture of many different hydrocarbon molecules of a range of sizes. Kleinere moleculen verdampen bij lagere temperaturen, zodat ruwe olie kan worden gedestilleerd om de verschillende koolwaterstoffen te scheiden. In het destillatieproces wordt ruwe olie verdampt en stijgt de hete damp op in een kolom, waarbij hij afkoelt terwijl hij opstijgt. Verschillende koolwaterstoffen verdampen bij verschillende temperaturen, zodat ze op verschillende punten in de kolom condenseren in vloeibare vorm, waardoor de ruwe olie wordt gescheiden in verschillende componenten die vervolgens verder kunnen worden verwerkt om ze te optimaliseren voor hun uiteindelijke gebruik.

Gasoline en diesel zijn de meest lucratieve producten die uit ruwe olie worden gewonnen, dus raffinaderijen gebruiken een reeks technieken om de productie van deze brandstoffen te maximaliseren. Het kan gaan om kraken (het splitsen van grotere moleculen in kleinere moleculen2), hydrobehandeling (het vervangen van onzuiverheden zoals zwavel door waterstof om de brandstofkwaliteit te verbeteren3), reforming (het omzetten van kleinere moleculen in benzine2), alkylering (het gebruik van een zuur om benzine met een hoog octaangehalte te produceren uit kleinere moleculen4), en blending (het mengen van verschillende vloeistoffen om uniforme producten te produceren die voldoen aan de wettelijke normen5). Tijdens de mengfase wordt ethanol uit industriële ethanolfabrieken ook in benzine gemengd om het octaangehalte te verhogen, de uitstoot van koolmonoxide te verminderen en te voldoen aan de eisen van de norm voor hernieuwbare brandstoffen.6

Producten van olieraffinage

Verschillende ruwe oliën hebben verschillende samenstellingen en bevatten verschillende mengsels van koolwaterstoffen en variabele hoeveelheden zwavel en andere onzuiverheden. Het aandeel van de verschillende geraffineerde producten varieert naar gelang van de aard van de geraffineerde olie, de vraag naar de verschillende producten en de regelgeving die op deze vraag van invloed is. Ruwweg 80-85% van alle ruwe olie eindigt als benzine, diesel of vliegtuigbrandstof. De rest wordt gebruikt voor de productie van vloeibaar petroleumgas, petrochemische grondstoffen en een verscheidenheid aan andere producten.7 In 2016 produceerden 141 Amerikaanse raffinaderijen dagelijks gemiddeld 9,3 miljoen vaten benzine, 3,7 miljoen vaten laagzwavelige diesel en 1,6 miljoen vaten vliegtuigbrandstof.8

olieraffinaderijen (open vierkanten) en gasverwerkingsfabrieken (blauw) in de Verenigde Staten per februari 2018. Niet afgebeeld: twee raffinaderijen in Hawaï en vijf in Alaska. Image credit: U.S. Energy Information Administration.17

Natuurlijke gasverwerking

In 2017 produceerden de Verenigde Staten 33 biljoen kubieke voet aardgas.9 Een klein deel hiervan werd gebruikt in veldactiviteiten, opnieuw geïnjecteerd in ondergrondse reservoirs, ontlucht of afgefakkeld; de rest werd verwerkt door 550 gasverwerkingsfabrieken om 27 biljoen kubieke voet aardgas van pijplijnkwaliteit te produceren.10,11 Gas van pijplijnkwaliteit moet voldoen aan strenge normen voor energie-inhoud en zuiverheid12 voor residentieel, commercieel en industrieel gebruik, waaronder aardgascentrales.

Vóór verwerking bestaat aardgas voornamelijk uit methaan, met variërende verhoudingen van andere koolwaterstoffen, kooldioxide (CO2), zwaveldioxide, stikstof, waterdamp, en helium.13 Gasverwerking verwijdert een deel van de niet-methaancomponenten van aardgas om:

• Verbeter de verbranding en verminder corrosie door het verwijderen van water
• Voorkom de vorming van schadelijke zuren door het verwijderen van schadelijke of corrosieve gassen – vooral zwavel en CO2 – die anders met kleine hoeveelheden water zouden kunnen reageren om zuren te vormen
• Standaardiseer de energie-inhoud van het gas om een uniforme verbranding in ovens en andere apparatuur te verzekeren, met name door het verwijderen van niet-brandbare gassen zoals CO2 en stikstof
• Extraheer waardevolle minder belangrijke gassen voor andere toepassingen (bijv.g., andere koolwaterstoffen en helium)

Niet-methaanhoudende koolwaterstoffen die tijdens de gasverwerking worden onttrokken, worden gezamenlijk “aardgasvloeistoffen” (NGL’s) genoemd, omdat zij bij hoge druk of lage temperatuur gemakkelijker vloeibaar worden dan methaan. Van de NGL’s zijn ethaan, propaan en butaan de meest voorkomende. Ethaan en propaan worden in grote hoeveelheden verder verwerkt tot grondstoffen voor kunststoffen (zie “Niet-brandstofproducten van aardolie en aardgas” in deze reeks), terwijl propaan en butaan worden samengeperst tot vloeistoffen om een energiedichte bron van gasbrandstof te verschaffen voor gebruik buiten het elektriciteitsnet.

De belangrijkste methoden die worden gebruikt om niet-methaancomponenten uit aardgas te verwijderen, zijn absorptiemiddelen en koeling. Er kan een verscheidenheid aan absorbentia worden gebruikt, waaronder speciale oliën (voor NGL’s), glycol (voor water), aminen (voor zwavel en CO214), en zeoliet of olie-absorptie (voor stikstof15). Door aardgas af te koelen tot verschillende temperaturen kunnen verschillende componenten worden verwijderd naarmate zij condenseerden tot vloeistoffen. Dit is de meest gebruikelijke methode voor stikstofverwijdering: het aardgas wordt gekoeld tot het methaan vloeibaar wordt, zodat het stikstofgas kan worden afgevoerd.16 NGL’s kunnen worden verwijderd in één mengsel dat vervolgens wordt verhit tot verschillende temperaturen om elke NGL op zijn beurt te isoleren.18 Na verwerking wordt het gas als “droog” beschouwd en is het klaar om via pijpleidingen naar eindgebruikers te worden vervoerd.

Raffinage, verwerking en het milieu

Raffinage en verwerking verminderen de milieueffecten van olie- en gasderivaten door schadelijke verontreinigende stoffen te verwijderen en de betrouwbaarheid ervan tijdens de verbranding te verbeteren. Raffinaderijen en verwerkingsfabrieken hebben echter hun eigen milieueffecten, met bijbehorende procedures om die effecten tot een minimum te beperken. Meer informatie hierover is te vinden in andere delen van deze reeks: “Mitigating and Regulating Methane Emissions” en “Air Quality Impacts of Oil and Gas.”

Koolstofdioxide (CO2) komt in wisselende verhoudingen voor in aardgas en wordt in verwerkingsfabrieken verwijderd om de kwaliteit van het gas te verbeteren. Het grootste deel van deze CO2 wordt in de atmosfeer uitgestoten en is verantwoordelijk voor ongeveer 0,4% van de totale uitstoot van broeikasgassen in de VS (ter vergelijking: methaanlekken uit de productie- en distributieketen van aardgas zijn naar schatting verantwoordelijk voor ongeveer 3% van de uitstoot in de VS).19 Een klein aantal gasverwerkingsfabrieken vangt de CO2 op die tijdens de verwerking uit aardgas wordt verwijderd; deze afgevangen CO2 wordt in olievelden geïnjecteerd om de oliewinning te verbeteren.20

1 Bestand:Ruwe-oliedistillatie-en. Wikimedia Commons gebruikers Psarianos & Theresa Knott. Overgenomen volgens een CC BY-SA 3.0 licentie.
2 Centre for Industry Education Collaboration, University of York (2014). Kraken en gerelateerde raffinageprocessen. The Essential Chemical Industry – online.
3 Kokayeff, P. et al. (2014). Hydrotreating in Petroleum Processing. In: Treese, S., Jones, D., Pujado, P. (eds). Handbook of Petroleum Processing. Springer, Cham.
4 U.S. Energy Information Administration (2013). Alkylering is een belangrijke bron voor octaan in benzine. Today in Energy, 13 februari 2013.
5 U.S. Environmental Protection Agency – Gasoline Standards: Gasoline Reid Vapor Pressure.
6 U.S. Energy Information Administration – Biofuels: Ethanol and Biodiesel Explained – Use of Ethanol.
7 U.S. Energy Information Administration – Oil: Crude and Petroleum Products Explained – Refining Crude Oil.
8 U.S. Energy Information Administration – Petroleum & Other Liquids: U.S. Product Supplied, Total Crude Oil and Petroleum Products.
9 U.S. Energy Information Administration – U.S. Natural Gas Gross Withdrawals.
10 U.S. Energy Information Administration – Natural Gas Annual Respondent Query System, EIA-757: Natural Gas Processing Capacity by Plant, Data through 2014.
11 U.S. Energy Information Administration – U.S. Dry Natural Gas Production.
12 North American Energy Standards Board.
13 Penn State College of Earth and Mineral Sciences, e-Education Institute – Petroleum Processing: Natural Gas Composition and Specifications.
14 Rufford, T.E. et al. (2012). De verwijdering van CO2 en N2 uit aardgas: Een overzicht van conventionele en opkomende procestechnologieën. J. Pet. Sci. Eng., 94-95, 123-154.
15 Sep-Pro Systems – Nitrogen Rejection Units.
16 U.S. Energy Information Administration (2006). Natural Gas Processing: The Crucial Link between Natural Gas Production and Its Transportation to Market.
17 U.S. Energy Information Administration – U.S. Energy Mapping System.
18 U.S. Department of Energy (2017). Natural Gas Liquids Primer, with a Focus on the Appalachian Region.
19 U.S. Environmental Protection Agency (2017). Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2015.
20 Global CCS Institute – Projects Database: Large-scale CCS facilities.

Petroleum and the Environment

Download een volledige PDF van Petroleum and the Environment (gratis) of koop een gedrukte versie ($19,99).

Andere delen in deze serie:
1. Aardolie en het milieu: een inleiding
2. Water in de aardolie- en aardgasindustrie
3. Geïnduceerde seismiciteit door aardolie- en aardgasactiviteiten
4. Waterbronnen voor hydraulische fracturering
5. Gebruik van geproduceerd water
6. Grondwaterbescherming bij olie- en gasproductie
7. Verlaten putten
8. Wat bepaalt de locatie van een put? Landgebruik in de olie- en gasindustrie
10. Het Pinedale-gasveld, Wyoming
11. Zware olie
12. Olie en gas in het noordpoolgebied van de V.S.
13. Offshore olie en gas
14. Morsingen in olie- en aardgasvelden
15. Transport van olie, gas en geraffineerde producten
16. Olieraffinage en gasverwerking
17. Niet-brandstofproducten van aardolie en aardgas
18. Effecten van olie en gas op de luchtkwaliteit
19. Methaanemissies in de olie- en gasindustrie
20. Mitigatie en regulering van methaanemissies
21. Regulering van olie- en gasactiviteiten
22. Gezondheid en veiligheid bij olie- en gaswinning
23. Ondergrondse gegevens in de olie- en gasindustrie
24. Geowetenschappers in aardolie en het milieu
Glossarium van termen

Datum bijgewerkt: 2018-06-01
Petroleum en het milieu, deel 16/24
Geschreven door E. Allison en B. Mandler voor AGI, 2018