Refinação de Petróleo e Processamento de Gás

Misturas complexas em produtos utilizáveis

Data de atualização: 2018-06-01
Petróleo e o Meio Ambiente, Parte 16/24
Escrito por E. Allison e B. Mandler para AGI, 2018

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Introdução

Óleo e gás natural são misturas químicas complexas que são geralmente impróprias para uso direto. A refinação de petróleo e o processamento de gás transformam estas misturas numa vasta gama de combustíveis e outros produtos, ao mesmo tempo que removem componentes de baixo valor e poluentes.

A refinação e o processamento têm impactos ambientais positivos e negativos: embora removam poluentes nocivos e produzam combustíveis de queima mais limpa, as operações nas refinarias e instalações de processamento podem libertar poluentes nocivos no ambiente, afectando a qualidade do ar e da água locais.

Durante a destilação do petróleo bruto, diferentes tipos de combustíveis condensam e são extraídos a diferentes temperaturas. Crédito de imagem: Wikimedia Commons usuários Psarianos e Theresa Knott.1

Refinação de óleo

O óleo cru é uma mistura de muitas moléculas diferentes de hidrocarbonetos de uma variedade de tamanhos. Moléculas menores vaporizam a temperaturas mais baixas, de modo que o óleo cru pode ser destilado para separar os diferentes hidrocarbonetos. No processo de destilação, o óleo cru é vaporizado e o vapor quente sobe por uma coluna, arrefecendo à medida que sobe. Os diferentes hidrocarbonetos vaporizam a diferentes temperaturas, de modo que se condensam em forma líquida em diferentes pontos da coluna, separando o petróleo bruto em diferentes componentes que podem ser posteriormente processados para optimizá-los para o seu uso final.

Gasolina e diesel são os produtos mais lucrativos extraídos do petróleo bruto, pelo que as refinarias utilizam uma série de técnicas para maximizar a produção destes combustíveis. Isto pode incluir craqueamento (quebra de moléculas maiores em moléculas menores2), hidrotratamento (substituição de impurezas como o enxofre por hidrogênio para melhorar a qualidade do combustível3), reforma (transformação de moléculas menores em gasolina2), alquilação (uso de um ácido para produzir gasolina de alto octano a partir de moléculas menores4) e mistura (mistura de diferentes líquidos para produzir produtos uniformes que atendam às normas regulatórias5). Durante a etapa de mistura, o etanol de plantas industriais de etanol também é misturado à gasolina para aumentar seu teor de octanas, reduzir as emissões de monóxido de carbono e atender aos requisitos da Norma de Combustíveis Renováveis.6

Produtos de Refino de Petróleo

Óleos brutos diferentes têm composições diferentes, contendo diferentes misturas de hidrocarbonetos e quantidades variáveis de enxofre e outras impurezas. As proporções dos diferentes produtos refinados variam com as mudanças nos tipos de óleo sendo refinados, a demanda por diferentes produtos e as regulamentações que influenciam essa demanda. Cerca de 80-85% de todo o petróleo bruto acaba como gasolina, diesel ou combustível de aviação. O restante é usado para produzir gases liquefeitos de petróleo, matérias-primas petroquímicas e uma variedade de outros produtos.7 Em 2016, 141 refinarias americanas produziram uma média diária de 9,3 milhões de barris de gasolina, 3,7 milhões de barris de diesel com baixo teor de enxofre e 1,6 milhões de barris de jet fuel.8

Refinarias de petróleo (praças abertas) e plantas de processamento de gás (azul) nos Estados Unidos a partir de fevereiro de 2018. Não mostrado: duas refinarias no Hawaii e cinco no Alasca. Crédito da imagem: U.S. Energy Information Administration.17

Processamento de gás natural

Em 2017, os Estados Unidos produziram 33 trilhões de pés cúbicos de gás natural.9 Uma pequena fração deste foi utilizada em operações de campo, reinjetada em reservatórios subterrâneos, ventilada ou queimada; o restante foi processado por 550 usinas de processamento de gás para produzir 27 trilhões de pés cúbicos de gás natural com qualidade de gasoduto.10,11 O gás com qualidade de gasoduto deve atender a padrões rígidos de conteúdo e pureza energética12 para uso residencial, comercial e industrial, incluindo usinas a gás natural.

Antes do processamento, o gás natural consiste principalmente de metano, com proporções variáveis de outros hidrocarbonetos, dióxido de carbono (CO2), dióxido de enxofre, nitrogênio, vapor de água e hélio.13 O processamento do gás remove alguns dos componentes não-metânicos do gás natural, a fim de

Impromover a combustão e reduzir a corrosão pela remoção de água
Prevenir a formação de ácidos prejudiciais pela remoção de gases nocivos ou corrosivos – especialmente enxofre e CO2 – que poderiam reagir com pequenas quantidades de água para formar ácidos
Padronizar o conteúdo energético do gás para garantir a combustão uniforme em fornos e outros equipamentos, nomeadamente pela remoção de gases não combustíveis como o CO2 e o azoto
Extrair gases menores valiosos para outros usos (e.g., outros hidrocarbonetos e hélio)

Hidrocarbonetos não-metânicos extraídos durante o processamento de gás são colectivamente chamados “líquidos de gás natural” (NGLs) porque formam líquidos mais facilmente do que o metano a alta pressão ou baixa temperatura. Dos LGNs, os mais comuns são o etano, propano e butano. O etano e o propano são ainda processados em grandes quantidades para a fabricação de matérias-primas para plásticos (ver “Produtos não combustíveis de petróleo e gás” nesta série), enquanto o propano e o butano são comprimidos em líquidos para fornecer uma fonte de energia densa de gás combustível para usos fora da rede.

Os principais métodos usados para remover componentes não-metânicos do gás natural são os absorventes e o arrefecimento. Uma variedade de absorventes pode ser usada, incluindo óleos especiais (para NGLs), glicol (para água), aminas (para enxofre e CO214) e zeólito ou absorção de óleo (para nitrogênio15). O resfriamento do gás natural a diferentes temperaturas permite que diferentes componentes sejam removidos à medida que se condensam em líquidos. Este é o método mais comum para remoção de nitrogênio: o gás natural é resfriado até que o metano se liquefaça, permitindo que o gás nitrogênio seja liberado.16 Os NGLs podem ser removidos em uma única mistura que é então aquecida a diferentes temperaturas para isolar cada NGL por sua vez.18 Após o processamento, o gás é considerado “seco” e pronto para ser enviado por gasodutos aos usuários finais.

Refino, Processamento e Meio Ambiente

Refino e processamento reduzem o impacto ambiental dos combustíveis derivados de petróleo e gás, removendo poluentes nocivos e melhorando sua confiabilidade durante a combustão. Entretanto, as refinarias e usinas de processamento têm seus próprios impactos ambientais, com procedimentos correspondentes para minimizar esses impactos. Mais informações sobre estes podem ser encontradas em outras partes desta série: “Mitigação e Regulação das Emissões de Metano” e “Impactos do Petróleo e Gás na Qualidade do Ar”

O dióxido de carbono (CO2) ocorre em proporções variáveis no gás natural e é removido nas plantas de processamento para melhorar a qualidade do gás. A maior parte desse CO2 é liberado para a atmosfera, representando aproximadamente 0,4% das emissões totais de gases de efeito estufa nos EUA (para comparação, estima-se que os vazamentos de metano da cadeia de produção e distribuição de gás natural representem aproximadamente 3% das emissões dos EUA).19 Um pequeno número de plantas de processamento de gás captura o CO2 removido do gás natural durante o processamento; esse CO2 capturado é injetado em campos de petróleo para melhorar a recuperação de petróleo.20

1 Arquivo:Destilação de Petróleo Bruto-en. Wikimedia Commons usuários Psarianos & Theresa Knott. Reproduzido de acordo com uma licença CC BY-SA 3.0.
2 Centro de Colaboração em Educação Industrial, Universidade de York (2014). Cracking e processos de refinaria relacionados. The Essential Chemical Industry – online.
3 Kokayeff, P. et al. (2014). Hidrotreating in Petroleum Processing (Hidratação no Processamento de Petróleo). In: Treese, S., Jones, D., Pujado, P. (eds). Manual de Processamento de Petróleo. Springer, Cham.
4 U.S. Energy Information Administration (2013). A alquilação é uma importante fonte de octanas na gasolina. Today in Energy, 13 de fevereiro de 2013.
5 U.S. Environmental Protection Agency – Gasoline Standards: Gasoline Reid Vapor Pressure.
6 U.S. Energy Information Administration – Biofuels: Ethanol e Biodiesel Explained – Uso de Etanol.
7 U.S. Energy Information Administration – Oil: Petróleo Bruto e Produtos Petrolíferos Explicados – Refinação de Petróleo Bruto.
8 U.S. Energy Information Administration – Petróleo & Outros Líquidos: 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). A remoção de CO2 e N2 do gás natural: Uma revisão das tecnologias de processo convencionais e emergentes. J. Pet. Sci. Eng., 94-95, 123-154.
15 Sep-Pro Systems – Nitrogen Rejection Units.
16 U.S. Energy Information Administration (2006). Processamento de Gás Natural: O elo crucial entre a produção de gás natural e seu transporte ao mercado.
17 U.S. Energy Information Administration – U.S. Energy Mapping System.
18 U.S. Department of Energy (2017). Natural Gas Liquids Primer, com foco na Região Appalachian.
19 U.S. Environmental Protection Agency (2017). Inventário de Emissões de Gases de Efeito Estufa e Sumidouros dos E.U.A: 1990-2015.
20 Global CCS Institute – Base de Dados de Projetos: Instalações CCS em grande escala.

Petroleum and the Environment

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Outras peças desta série:
1. Petróleo e Meio Ambiente: uma Introdução
2. Água na Indústria de Petróleo e Gás
3. Sismicidade Induzida das Operações de Petróleo e Gás
4. Fontes de Água para Fraturamento Hidráulico
5. Usando Água Produzida
6. Proteção de Águas Subterrâneas na Produção de Petróleo e Gás
7. Poços Abandonados
8. O que Determina a Localização de um Poço?
9. Uso do Solo na Indústria do Petróleo e do Gás
10. O Campo de Gás Pinedale, Wyoming
11. Petróleo Pesado
12. Petróleo e Gás no Ártico Americano
13. Petróleo e Gás Offshore
14. Derrames em Campos de Petróleo e Gás Natural
15. Transporte de Petróleo, Gás e Produtos Refinados
16. Refinação de Petróleo e Processamento de Gás
17. Produtos Não-Combustíveis de Petróleo e Gás
18. Impactos da Qualidade do Ar de Petróleo e Gás
19. Emissões de Metano na Indústria do Petróleo e do Gás
20. Mitigação e Regulação das Emissões de Metano
21. Regulação das Operações de Petróleo e Gás
22. Saúde e Segurança na Extração de Petróleo e Gás
23. Dados de Subsuperfície na Indústria de Petróleo e Gás
24. Geocientistas em Petróleo e Ambiente
Glossário de Termos