Oljeraffinering och gasbearbetning

Varigenom komplexa blandningar omvandlas till användbara produkter

Uppdaterat datum: 2018-06-01
Petroleum and the Environment, Part 16/24
Författat av E. Allison och B. Mandler för AGI, 2018

Ladda ner utskriftsversion

Introduktion

Råolja och naturgas är komplexa kemiska blandningar som i allmänhet är olämpliga för direkt användning. Vid oljeraffinering och gasbearbetning omvandlas dessa blandningar till ett brett utbud av bränslen och andra produkter samtidigt som lågvärdiga och förorenande komponenter avlägsnas.

Raffinering och bearbetning har både positiva och negativa miljöeffekter: även om de avlägsnar skadliga föroreningar och producerar renare bränslen kan verksamheten vid raffinaderier och bearbetningsanläggningar släppa ut skadliga föroreningar i miljön, vilket påverkar den lokala luft- och vattenkvaliteten.

Vid destillation av råolja kondenseras olika bränsletyper och utvinns vid olika temperaturer. Bild: Wikimedia Commons användare Psarianos och Theresa Knott.1

Oilraffinering

Råolja är en blandning av många olika kolvätemolekyler i olika storlekar. Mindre molekyler förångas vid lägre temperaturer, så råolja kan destilleras för att separera de olika kolvätena. I destillationsprocessen förångas råoljan och den heta ångan stiger upp i en kolonn och kyls av när den stiger. Olika kolväten förångas vid olika temperaturer, så de kondenserar till flytande form vid olika punkter i kolonnen, vilket separerar råoljan i olika komponenter som sedan kan bearbetas ytterligare för att optimera dem för deras slutliga användning.

Bensin och diesel är de mest lukrativa produkterna som utvinns ur råolja, så raffinaderierna använder sig av en rad olika tekniker för att maximera produktionen av dessa bränslen. Det kan handla om krackning (som bryter ner större molekyler till mindre molekyler2), vätebehandling (som ersätter föroreningar som svavel med väte för att förbättra bränslekvaliteten3), reformering (som omvandlar mindre molekyler till bensin2), alkylering (som använder en syra för att framställa bensin med hög oktanhalt från mindre molekyler4) och blandning (som blandar olika vätskor för att framställa enhetliga produkter som uppfyller lagstadgade standarder5). Under blandningsfasen blandas också etanol från industriella etanolanläggningar i bensin för att öka oktantalet, minska utsläppen av kolmonoxid och uppfylla kraven i standarden för förnybara bränslen.6

Produkter från oljeraffinering

Olika råoljor har olika sammansättning och innehåller olika blandningar av kolväten och varierande mängder svavel och andra föroreningar. Andelarna av olika raffinerade produkter varierar med förändringar i de oljetyper som raffineras, efterfrågan på olika produkter och bestämmelser som påverkar denna efterfrågan. Ungefär 80-85 % av all råolja slutar som bensin, diesel eller flygbränsle. Resten används för att producera flytande petroleumgaser, petrokemiska råvaror och en mängd andra produkter.7 Under 2016 producerade 141 amerikanska raffinaderier dagligen i genomsnitt 9,3 miljoner fat bensin, 3,7 miljoner fat diesel med låg svavelhalt och 1,6 miljoner fat jetbränsle.8

Oilraffinaderier (öppna fyrkanter) och gasbearbetningsanläggningar (blå) i USA i februari 2018. Inte visas: två raffinaderier på Hawaii och fem i Alaska. Image credit: U.S. Energy Information Administration.17

Naturgasbearbetning

Under 2017 producerade USA 33 biljoner kubikfot naturgas.9 En liten del av detta användes på fältet, återinjicerades i underjordiska reservoarer, ventilerades eller brändes; resten bearbetades av 550 gasbearbetningsanläggningar för att producera 27 biljoner kubikfot naturgas av pipeline-kvalitet.10,11 Gas av pipelinekvalitet måste uppfylla strikta normer för energiinnehåll och renhet12 för användning i bostäder, handel och industri, inklusive naturgaskraftverk.

För bearbetning består naturgasen till största delen av metan, med varierande andelar av andra kolväten, koldioxid, svaveldioxid, kväve, vattenånga och helium.13 Vid gasbehandling avlägsnas en del av naturgasens icke-metankomponenter för att:

Förbättra förbränningen och minska korrosionen genom att avlägsna vatten
Förhindra bildandet av skadliga syror genom att avlägsna skadliga eller korrosiva gaser – särskilt svavel och koldioxid – som annars skulle kunna reagera med små mängder vatten för att bilda syror
Standardisera gasens energiinnehåll för att säkerställa en jämn förbränning i ugnar och annan utrustning, särskilt genom att avlägsna icke brännbara gaser som CO2 och kväve
Extrahera värdefulla mindre gaser för andra användningsområden (t.ex.g., (t.ex. andra kolväten och helium)

De kolväten som inte är metan och som utvinns vid gasbearbetning kallas gemensamt för ”naturgasvätskor” (NGL), eftersom de lättare bildar vätska än metan vid högt tryck eller låg temperatur. De vanligaste NGL:erna är etan, propan och butan. Etan och propan bearbetas vidare i stora mängder för att göra råvaror för plaster (se ”Icke-bränsleprodukter från olja och gas” i denna serie), medan propan och butan komprimeras till vätskor för att ge en energirik källa till gasbränsle för användning utanför elnätet.

De viktigaste metoderna som används för att avlägsna icke-metankomponenter från naturgas är absorbenter och kylning. En mängd olika absorbenter kan användas, bland annat specialoljor (för NGL), glykol (för vatten), aminer (för svavel och koldioxid14) och zeolit eller oljeabsorption (för kväve15). Genom att kyla ner naturgasen till olika temperaturer kan olika komponenter avlägsnas när de kondenserar till vätskor. Detta är den vanligaste metoden för avlägsnande av kväve: naturgasen kyls ned tills metanet blir flytande, vilket gör det möjligt att avlägsna kvävgasen.16 NGL kan avlägsnas i en enda blandning som sedan värms upp till olika temperaturer för att isolera varje NGL i tur och ordning.18 Efter bearbetningen anses gasen vara ”torr” och redo att skickas via rörledningar till slutanvändare.

Raffineringen, bearbetningen och miljön

Raffineringen och bearbetningen minskar miljöpåverkan från olje- och gasbaserade bränslen genom att avlägsna skadliga föroreningar och förbättra deras tillförlitlighet vid förbränning. Raffinaderier och bearbetningsanläggningar har dock sin egen miljöpåverkan, med motsvarande förfaranden för att minimera denna påverkan. Mer information om dessa finns i andra delar av denna serie: ”Mitigating and Regulating Methane Emissions” och ”Air Quality Impacts of Oil and Gas.”

Koldioxid (CO2) förekommer i varierande proportioner i naturgas och avlägsnas vid bearbetningsanläggningar för att förbättra gasens kvalitet. Det mesta av denna koldioxid släpps ut i atmosfären och står för ungefär 0,4 % av USA:s totala utsläpp av växthusgaser (som jämförelse kan nämnas att metanläckage från produktions- och distributionskedjan för naturgas uppskattas stå för ungefär 3 % av USA:s utsläpp).19 Ett litet antal gasbearbetningsanläggningar fångar upp den koldioxid som avlägsnas från naturgasen under bearbetningen; denna fångade koldioxid sprutas in i oljefält för att öka oljemängden.20

1 File:Crude Oil Distillation-en. Wikimedia Commons-användare Psarianos & Theresa Knott. Reproducerat enligt en CC BY-SA 3.0-licens.
2 Centre for Industry Education Collaboration, University of York (2014). Crackning och relaterade raffinaderiprocesser. The Essential Chemical Industry – online.
3 Kokayeff, P. et al. (2014). Hydrobehandling i oljebearbetning. In: Treese, S., Jones, D., Pujado, P. (eds). Handbook of Petroleum Processing. Springer, Cham.
4 U.S. Energy Information Administration (2013). Alkylering är en viktig källa till oktan i bensin. 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: U.S. Energy Information Administration: 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). Avlägsnande av CO2 och N2 från naturgas: A review of conventional and emerging process technologies. 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

Ladda ner en fullständig PDF av Petroleum and the Environment (gratis) eller köp en tryckt version (19,99 dollar).

Andra delar i denna serie:
1. Petroleum and the Environment: an Introduction
2. Vatten i olje- och gasindustrin
3. Inducerad seismicitet från olje- och gasverksamhet
4. Vattenkällor för hydraulisk spräckning
5. Användning av producerat vatten
6. Skydd av grundvatten vid olje- och gasproduktion
7. Övergivna brunnar
8. Vad bestämmer placeringen av en brunn?
9. Markanvändning inom olje- och gasindustrin
10. Gasfältet Pinedale, Wyoming
11. Tung olja
12. Olja och gas i det amerikanska arktiska området
13. Olja och gas till havs
14. Spill i olje- och naturgasfält
15. Transport av olja, gas och raffinerade produkter
16. Oljeraffinering och gasbearbetning
17. Icke-bränsleprodukter från olja och gas
18. Luftkvalitetspåverkan från olja och gas
19. Metanutsläpp inom olje- och gasindustrin
20. Begränsning och reglering av metanutsläpp
21. Reglering av olje- och gasverksamhet
22. Hälsa och säkerhet vid utvinning av olja och gas
23. Data under markytan inom olje- och gasindustrin
24. Geovetare inom oljebranschen och miljön
Förteckning över termer