Rafinarea petrolului și prelucrarea gazelor

Transformarea amestecurilor complexe în produse utilizabile

Data actualizării: 2018-06-01
Petroleum and the Environment, Part 16/24
Scris de E. Allison și B. Mandler pentru AGI, 2018

Download Print Version

Introducere

Petrolul brut și gazele naturale sunt amestecuri chimice complexe care sunt, în general, nepotrivite pentru utilizare directă. Rafinarea petrolului și prelucrarea gazelor transformă aceste amestecuri într-o gamă largă de combustibili și alte produse, eliminând în același timp componentele cu valoare redusă și poluante.

Refinația și prelucrarea au un impact pozitiv și negativ asupra mediului: deși elimină poluanții nocivi și produc combustibili cu ardere mai curată, operațiunile din rafinării și uzinele de prelucrare pot elibera poluanți nocivi în mediu, afectând calitatea aerului și a apei la nivel local.

În timpul distilării țițeiului, diferite tipuri de combustibil se condensează și sunt extrase la temperaturi diferite. Credit imagine: Utilizatorii Wikimedia Commons Psarianos și Theresa Knott.1

Rafinarea petrolului

Petrolul brut este un amestec de multe molecule de hidrocarburi diferite, cu o gamă largă de dimensiuni. Moleculele mai mici se vaporizează la temperaturi mai scăzute, astfel încât țițeiul poate fi distilat pentru a separa diferitele hidrocarburi. În procesul de distilare, țițeiul este vaporizat, iar vaporii fierbinți urcă pe o coloană, răcindu-se pe măsură ce urcă. Diferitele hidrocarburi se vaporizează la temperaturi diferite, astfel încât acestea se condensează în formă lichidă în diferite puncte ale coloanei, separând țițeiul în diferite componente care pot fi apoi prelucrate în continuare pentru a le optimiza în vederea utilizării finale.

Gazolina și motorina sunt cele mai profitabile produse extrase din țiței, astfel încât rafinăriile folosesc o serie de tehnici pentru a maximiza producția acestor combustibili. Acestea pot include cracarea (descompunerea moleculelor mai mari în molecule mai mici2), hidrotratarea (înlocuirea impurităților, cum ar fi sulful, cu hidrogen pentru a îmbunătăți calitatea combustibilului3), reformarea (transformarea moleculelor mai mici în benzină2), alchilarea (utilizarea unui acid pentru a produce benzină cu cifră octanică ridicată din molecule mai mici4) și amestecarea (amestecarea diferitelor lichide pentru a obține produse uniforme care să respecte standardele de reglementare5). În timpul etapei de amestecare, etanolul provenit de la uzinele industriale de etanol este, de asemenea, amestecat în benzină pentru a-i crește conținutul de cifră octanică, pentru a reduce emisiile de monoxid de carbon și pentru a îndeplini cerințele standardului privind combustibilii regenerabili.6

Produse de rafinare a petrolului

Diferitele țițeiuri au compoziții diferite, conținând amestecuri diferite de hidrocarburi și cantități variabile de sulf și alte impurități. Proporțiile diferitelor produse rafinate vor varia în funcție de schimbările în tipurile de petrol care sunt rafinate, de cererea pentru diferite produse și de reglementările care influențează această cerere. Aproximativ 80-85% din tot țițeiul sfârșește sub formă de benzină, motorină sau combustibil pentru avioane. Restul este utilizat pentru a produce gaze petroliere lichefiate, materii prime petrochimice și o varietate de alte produse.7 În 2016, 141 de rafinării din SUA au produs o medie zilnică de 9,3 milioane de barili de benzină, 3,7 milioane de barili de motorină cu conținut scăzut de sulf și 1,6 milioane de barili de combustibil pentru avioane.8

Refinăriile de petrol (pătrate deschise) și uzinele de prelucrare a gazelor (albastru) din Statele Unite ale Americii în februarie 2018. Nu sunt ilustrate: două rafinării în Hawaii și cinci în Alaska. Credit imagine: U.S. Energy Information Administration.17

Procesarea gazelor naturale

În 2017, Statele Unite au produs 33 trilioane de metri cubi de gaze naturale.9 O mică parte din această cantitate a fost utilizată în operațiunile de pe câmp, reinjectată în rezervoarele subterane, ventilată sau arsă; restul a fost procesată de 550 de uzine de prelucrare a gazelor pentru a produce 27 trilioane de metri cubi de gaze naturale de calitate gazoductă.10,11 Gazul de calitate pentru conducte trebuie să îndeplinească standarde rigide privind conținutul energetic și puritatea12 pentru uz rezidențial, comercial și industrial, inclusiv pentru centralele electrice pe bază de gaze naturale.

Înainte de procesare, gazul natural constă în cea mai mare parte din metan, cu proporții variabile de alte hidrocarburi, dioxid de carbon (CO2), dioxid de sulf, azot, vapori de apă și heliu.13 Prelucrarea gazelor naturale elimină o parte din componentele nemetanice ale gazelor naturale pentru a:

îmbunătățirea arderii și reducerea coroziunii prin eliminarea apei
Prevenirea formării de acizi dăunători prin eliminarea gazelor nocive sau corozive – în special a sulfului și CO2 – care altfel ar putea reacționa cu cantități mici de apă pentru a forma acizi
Standardizarea conținutului energetic al gazului pentru a asigura o ardere uniformă în cuptoare și alte echipamente, în special prin eliminarea gazelor necombustibile, cum ar fi CO2 și azotul
Extrage gaze minore valoroase pentru alte utilizări (de ex.g., alte hidrocarburi și heliu)

Hidrocarburile nemetanice extrase în timpul prelucrării gazului sunt denumite în mod colectiv „lichide din gaze naturale” (LGN), deoarece formează lichide mai ușor decât metanul la presiune ridicată sau temperatură scăzută. Dintre LGN-uri, cele mai frecvente sunt etanul, propanul și butanul. Etanul și propanul sunt prelucrate ulterior în cantități mari pentru a produce materii prime pentru materiale plastice (a se vedea „Produse necombustibile din petrol și gaze” din această serie), în timp ce propanul și butanul sunt comprimate în lichide pentru a furniza o sursă de combustibil gazos cu densitate energetică pentru utilizări în afara rețelei.

Principalele metode utilizate pentru a elimina componentele nemetanice din gazele naturale sunt absorbanții și răcirea. Se poate utiliza o varietate de absorbanți, inclusiv uleiuri speciale (pentru LGN), glicol (pentru apă), amine (pentru sulf și CO214) și absorbție cu zeolit sau ulei (pentru azot15). Răcirea gazelor naturale la diferite temperaturi permite îndepărtarea diferitelor componente pe măsură ce acestea se condensează în lichide. Aceasta este cea mai frecventă metodă de îndepărtare a azotului: gazul natural este răcit până când metanul se lichefiază, permițând evacuarea azotului gazos.16 LGN-urile pot fi îndepărtate într-un singur amestec care este apoi încălzit la temperaturi diferite pentru a izola fiecare LGN în parte.18 După procesare, gazul este considerat „uscat” și gata să fie expediat prin conducte către utilizatorii finali.

Refinația, procesarea și mediul

Refinația și procesarea reduc impactul asupra mediului al combustibililor derivați din petrol și gaze prin eliminarea poluanților nocivi și îmbunătățirea fiabilității acestora în timpul arderii. Cu toate acestea, rafinăriile și instalațiile de prelucrare au propriile lor efecte asupra mediului, cu proceduri corespunzătoare pentru minimizarea acestor efecte. Mai multe informații despre acestea pot fi găsite în alte părți ale acestei serii: „Atenuarea și reglementarea emisiilor de metan” și „Impactul petrolului și gazelor asupra calității aerului”.”

Dioxidul de carbon (CO2) se găsește în proporții variabile în gazele naturale și este eliminat la uzinele de prelucrare pentru a îmbunătăți calitatea gazului. Cea mai mare parte a acestui CO2 este evacuată în atmosferă, reprezentând aproximativ 0,4% din totalul emisiilor de gaze cu efect de seră din SUA (pentru comparație, se estimează că scurgerile de metan din lanțul de producție și distribuție a gazelor naturale reprezintă aproximativ 3% din emisiile din SUA).19 Un număr mic de uzine de prelucrare a gazelor naturale captează CO2-ul eliminat din gazele naturale în timpul prelucrării; acest CO2 captat este injectat în câmpurile petroliere pentru a îmbunătăți recuperarea petrolului.20

1 File:Crude Oil Distillation-en. Utilizatori Wikimedia Commons Psarianos & Theresa Knott. Reprodus în conformitate cu o licență CC BY-SA 3.0.
2 Centre for Industry Education Collaboration, University of York (2014). Cracarea și procesele conexe de rafinărie. The Essential Chemical Industry – online.
3 Kokayeff, P. et al. (2014). Hidrotratarea în prelucrarea petrolului. În: K: Treese, S., Jones, D., Pujado, P. (eds). Handbook of Petroleum Processing (Manual de prelucrare a petrolului). Springer, Cham.
4 U.S. Energy Information Administration (2013). Alchilarea este o sursă importantă pentru cifra octanică din benzină. Today in Energy, 13 februarie 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). The removal of CO2 and N2 from natural gas (Eliminarea CO2 și N2 din gazele naturale): O trecere în revistă a tehnologiilor de proces convenționale și emergente. 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 (Inventarul emisiilor și al puțurilor de gaze cu efect de seră din SUA): 1990-2015.
20 Global CCS Institute – Projects Database: Large-scale CCS facilities.

Petroleum and the Environment

Download a full PDF of Petroleum and the Environment (free) or purchase a printed version ($19.99).

Alte părți din această serie:
1. Petrolul și mediul înconjurător: o introducere
2. Apa în industria petrolului și a gazelor naturale
3. Seismicitatea indusă de operațiunile de petrol și gaze naturale
4. Surse de apă pentru fracturarea hidraulică
5. Utilizarea apei produse
6. Protecția apelor subterane în producția de petrol și gaze
7. Puțuri abandonate
8. Ce determină amplasarea unui puț?
9. Utilizarea terenurilor în industria de petrol și gaze
10. Zăcământul de gaze de la Pinedale, Wyoming
11. Petrolul greu
12. Petrol și gaze în zona arctică a SUA
13. Petrol și gaze în largul mării
14. Deversări în câmpurile de petrol și gaze naturale
15. Transportul de petrol, gaze și produse rafinate
16. Rafinarea petrolului și prelucrarea gazelor
17. Produse necombustibile din petrol și gaze naturale
18. Impactul petrolului și gazelor asupra calității aerului
19. Emisiile de metan în industria petrolului și gazelor naturale
20. Atenuarea și reglementarea emisiilor de metan
21. Reglementarea operațiunilor cu petrol și gaze
22. Sănătate și siguranță în extracția de petrol și gaze
23. Date de subsol în industria petrolului și gazelor naturale
24. Geologii în domeniul petrolului și al mediului
Glosar de termeni