Refinaria de óleo - Oil refinery

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Refinaria de Anacortes ( Maratona ), no extremo norte de March Point a sudeste de Anacortes, Washington , Estados Unidos

Uma refinaria de petróleo ou refinaria de petróleo é um processo industrial planta onde petróleo bruto é transformado e refinado em produtos úteis, tais como nafta de petróleo , gasolina , combustível diesel , base de asfalto , óleo de aquecimento , o querosene , o gás de petróleo liquefeito , combustível de aviação e óleos combustíveis . A matéria-prima de produtos petroquímicos, como eteno e propeno, também pode ser produzida diretamente pelo craqueamento do petróleo bruto, sem a necessidade de usar produtos refinados de petróleo bruto, como a nafta. A matéria-prima de petróleo bruto normalmente é processada por uma planta de produção de petróleo . Geralmente, há um depósito de petróleo perto de uma refinaria de petróleo para o armazenamento de matéria-prima de petróleo bruto, bem como produtos líquidos a granel. De acordo com o Oil and Gas Journal , em 31 de dezembro de 2014, um total de 636 refinarias operavam em todo o mundo com uma capacidade total de 87,75 milhões de barris (13.951.000 m 3 ).

As refinarias de petróleo são tipicamente grandes complexos industriais extensos com extensas tubulações , transportando fluxos de fluidos entre grandes unidades de processamento químico , como colunas de destilação . De muitas maneiras, as refinarias de petróleo usam grande parte da tecnologia e podem ser consideradas tipos de fábricas de produtos químicos . A Refinaria Jamnagar é a maior refinaria de petróleo, desde 25 de dezembro de 2008, com uma capacidade de processamento de 1,24 milhões de barris (197.000 m 3 ). Em Gujarat , Índia, é propriedade da Reliance Industries . Algumas refinarias de petróleo modernas processam até 800.000 a 900.000 barris (127.000 a 143.000 metros cúbicos) de petróleo bruto por dia.

Uma refinaria de petróleo é considerada uma parte essencial do lado a jusante da indústria do petróleo .

História

Os chineses foram uma das primeiras civilizações a refinar o petróleo. Já no primeiro século, os chineses refinavam petróleo bruto para uso como fonte de energia. Entre 512 e 518, no final da Dinastia Wei do Norte , o geógrafo, escritor e político chinês Li Daoyuan introduziu o processo de refino de petróleo em vários lubrificantes em sua famosa obra Comentário sobre o Clássico da Água .

O petróleo bruto era frequentemente destilado por químicos árabes , com descrições claras fornecidas em manuais árabes, como os de Muhammad ibn Zakarīya Rāzi (854–925). As ruas de Bagdá foram pavimentadas com alcatrão , derivado do petróleo que se tornou acessível a partir de campos naturais da região. No século 9, os campos de petróleo foram explorados na área ao redor da moderna Baku , no Azerbaijão . Esses campos foram descritos pelo geógrafo árabe Abu al-Hasan 'Alī al-Mas'ūdī no século 10, e por Marco Polo no século 13, que descreveu a produção desses poços como centenas de carregamentos de navios. Químicos árabes e persas também destilaram petróleo bruto para produzir produtos inflamáveis para fins militares. Através da Espanha islâmica , a destilação tornou-se disponível na Europa Ocidental no século XII.

Na Dinastia Song do Norte (960-1127), uma oficina chamada "Oficina de Óleo Feroz" foi estabelecida na cidade de Kaifeng para produzir óleo refinado para os militares Song como arma. As tropas então enchiam latas de ferro com óleo refinado e as jogavam contra as tropas inimigas, causando um incêndio - efetivamente a primeira " bomba de fogo " do mundo. A oficina foi uma das primeiras fábricas de refino de petróleo do mundo, onde milhares de pessoas trabalharam para produzir armamentos chineses movidos a petróleo.

Antes do século XIX, o petróleo era conhecido e utilizado em várias modas na Babilônia , Egito , China , Filipinas , Roma e Azerbaijão . No entanto, diz-se que a história moderna da indústria do petróleo começou em 1846, quando Abraham Gessner, da Nova Escócia , Canadá , desenvolveu um processo para produzir querosene a partir do carvão. Pouco depois, em 1854, Ignacy Łukasiewicz começou a produzir querosene em poços de petróleo cavados à mão perto da cidade de Krosno , na Polônia .

A primeira refinaria de petróleo sistemática do mundo foi construída em Ploiești , Romênia , em 1856, usando o óleo abundante disponível na Romênia.

Na América do Norte, o primeiro poço de petróleo foi perfurado em 1858 por James Miller Williams em Oil Springs , Ontário , Canadá . Nos Estados Unidos, a indústria do petróleo começou em 1859, quando Edwin Drake encontrou petróleo perto de Titusville , Pensilvânia . A indústria cresceu lentamente em 1800, produzindo principalmente querosene para lâmpadas a óleo. No início do século XX, a introdução do motor de combustão interna e seu uso em automóveis criaram um mercado para a gasolina que impulsionou o crescimento bastante rápido da indústria do petróleo. As primeiras descobertas de petróleo como as de Ontário e Pensilvânia logo foram superadas por grandes "booms" de petróleo em Oklahoma , Texas e Califórnia .

Samuel Kier fundou a primeira refinaria de petróleo da América em Pittsburgh na Sétima avenida perto de Grant Street, em 1853. O farmacêutico e inventor polonês Ignacy Łukasiewicz fundou uma refinaria de petróleo em Jasło , então parte do Império Austro-Húngaro (agora na Polônia ) em 1854. O primeiro grande refinaria inaugurada em Ploiești , Romênia , em 1856-1857. Depois de serem tomadas pela Alemanha nazista , as refinarias de Ploiești foram bombardeadas na Operação Tidal Wave pelos Aliados durante a Campanha do Petróleo da Segunda Guerra Mundial . Outro concorrente próximo ao título de sediar a refinaria de petróleo mais antiga do mundo é Salzbergen, na Baixa Saxônia , na Alemanha . A refinaria de Salzbergen foi inaugurada em 1860.

A certa altura, a refinaria em Ras Tanura , Arábia Saudita, de propriedade da Saudi Aramco, foi declarada a maior refinaria de petróleo do mundo. Durante a maior parte do século 20, a maior refinaria foi a Refinaria de Abadan, no Irã . Esta refinaria sofreu grandes danos durante a Guerra Irã-Iraque . Desde 25 de dezembro de 2008, o maior complexo de refinaria do mundo é o Complexo de Refinaria Jamnagar , que consiste em duas refinarias lado a lado operadas pela Reliance Industries Limited em Jamnagar, Índia, com uma capacidade de produção combinada de 1.240.000 barris por dia (197.000 m 3 / d). PDVSA de Refino de Paraguaná Complex em Paraguaná Península , Venezuela , com uma capacidade de 940.000 bbl / d (149.000 m 3 / d) e Energia SK 's Ulsan na Coréia do Sul com 840.000 bbl / d (134.000 m 3 / d) são a segunda e a terceira maior, respectivamente.

Antes da Segunda Guerra Mundial, no início da década de 1940, a maioria das refinarias de petróleo nos Estados Unidos consistia simplesmente em unidades de destilação de óleo cru (freqüentemente chamadas de unidades de destilação de óleo cru atmosférico). Algumas refinarias também tinham unidades de destilação a vácuo , bem como unidades de craqueamento térmico , como visbreakers (disjuntores de viscosidade, unidades para diminuir a viscosidade do óleo). Todos os muitos outros processos de refino discutidos abaixo foram desenvolvidos durante a guerra ou poucos anos após a guerra. Eles se tornaram disponíveis comercialmente em 5 a 10 anos após o fim da guerra e a indústria de petróleo em todo o mundo experimentou um crescimento muito rápido. A força motriz para esse crescimento em tecnologia e no número e tamanho das refinarias em todo o mundo foi a crescente demanda por gasolina automotiva e combustível de aviação.

Nos Estados Unidos, por várias razões econômicas e políticas complexas, a construção de novas refinarias praticamente parou por volta da década de 1980. No entanto, muitas das refinarias existentes nos Estados Unidos renovaram muitas de suas unidades e / ou unidades adicionais construídas a fim de: aumentar sua capacidade de processamento de petróleo bruto, aumentar a octanagem de sua gasolina de produto, reduzir o teor de enxofre de o combustível diesel e os combustíveis para aquecimento doméstico devem cumprir os regulamentos ambientais e os requisitos de poluição do ar e da água ambientais.

Refinaria de petróleo
ExxonMobil em Baton Rouge, Louisiana (a quarta maior dos Estados Unidos )

O tamanho do mercado de refino de petróleo em 2017 foi avaliado em mais de US $ 6 trilhões em 2017 e deve testemunhar um consumo de mais de 100 milhões de barris por dia (MBPD) até 2024. O mercado de refino de petróleo testemunhará um crescimento apreciável devido à rápida industrialização e transformação econômica. Mudanças demográficas, crescimento populacional e melhoria nos padrões de vida nas nações em desenvolvimento são alguns dos fatores que influenciam positivamente o cenário da indústria.

Refino de petróleo nos Estados Unidos

Refinaria, Complexo Industrial de Bayport, Condado de Harris, Texas

No século 19, as refinarias dos EUA processavam petróleo bruto principalmente para recuperar o querosene . Não havia mercado para a fração mais volátil, incluindo a gasolina, que era considerada resíduo e muitas vezes despejada diretamente no rio mais próximo. A invenção do automóvel deslocou a demanda para a gasolina e o diesel, que ainda hoje são os produtos refinados primários.

Hoje, a legislação nacional e estadual exige que as refinarias atendam aos rigorosos padrões de limpeza do ar e da água. Na verdade, as empresas petrolíferas nos EUA consideram a obtenção de uma licença para construir uma refinaria moderna tão difícil e cara que nenhuma nova refinaria foi construída (embora muitas tenham sido expandidas) nos EUA de 1976 a 2014, quando a pequena refinaria Dakota Prairie em Dakota do Norte começou a operar. Mais da metade das refinarias que existiam em 1981 estão agora fechadas devido às baixas taxas de utilização e aceleração das fusões. Como resultado desses fechamentos, a capacidade total das refinarias dos EUA caiu entre 1981 e 1995, embora a capacidade operacional tenha permanecido razoavelmente constante naquele período em cerca de 15 milhões de barris por dia (2.400.000 m 3 / d). Aumentos no tamanho das instalações e melhorias na eficiência compensaram grande parte da capacidade física perdida da indústria. Em 1982 (os primeiros dados fornecidos), os Estados Unidos operavam 301 refinarias com uma capacidade combinada de 17,9 milhões de barris (2.850.000 m 3 ) de petróleo bruto a cada dia de calendário. Em 2010, havia 149 refinarias nos Estados Unidos operáveis ​​com uma capacidade combinada de 17,6 milhões de barris (2.800.000 m 3 ) por dia de calendário. Em 2014, o número de refinarias havia reduzido para 140, mas a capacidade total aumentou para 18,02 milhões de barris (2.865.000 m 3 ) por dia de calendário. Na verdade, para reduzir os custos operacionais e a depreciação, o refino é operado em menos locais, mas com maior capacidade.

De 2009 a 2010, conforme os fluxos de receita no negócio de petróleo secaram e a lucratividade das refinarias de petróleo caiu devido à menor demanda por produto e às altas reservas de abastecimento anteriores à recessão econômica , as empresas petrolíferas começaram a fechar ou vender as refinarias menos lucrativas.

Operação

O óleo cru ou não processado geralmente não é útil em aplicações industriais, embora o óleo cru "leve, doce" (baixa viscosidade, baixo enxofre ) tenha sido usado diretamente como combustível de queima para produzir vapor para a propulsão de navios de mar. Os elementos mais leves, no entanto, formam vapores explosivos nos tanques de combustível e, portanto, são perigosos, especialmente em navios de guerra . Em vez disso, as centenas de moléculas de hidrocarbonetos diferentes no petróleo bruto são separadas em uma refinaria em componentes que podem ser usados ​​como combustíveis , lubrificantes e matérias-primas em processos petroquímicos que fabricam produtos como plásticos , detergentes , solventes , elastômeros e fibras como náilon e poliésteres .

Os combustíveis fósseis de petróleo são queimados em motores de combustão interna para fornecer energia para navios , automóveis , motores de aeronaves , cortadores de grama , bicicletas de sujeira e outras máquinas. Diferentes pontos de ebulição permitem que os hidrocarbonetos sejam separados por destilação . Como os produtos líquidos mais leves têm grande demanda para uso em motores de combustão interna, uma refinaria moderna converterá hidrocarbonetos pesados ​​e elementos gasosos mais leves nesses produtos de alto valor.

A refinaria de petróleo em Haifa, Israel, é capaz de processar cerca de 9 milhões de toneladas (66 milhões de barris) de petróleo bruto por ano. Suas duas torres de resfriamento são marcos do horizonte da cidade.

O óleo pode ser usado de várias maneiras porque contém hidrocarbonetos de diferentes massas moleculares , formas e comprimentos, como parafinas , aromáticos , naftenos (ou cicloalcanos ), alcenos , dienos e alcinos . Embora as moléculas de óleo em bruto incluem diferentes, tais como átomos de enxofre e azoto, os hidrocarbonetos são a forma mais comum de moléculas, que são moléculas de diferentes comprimentos e complexidade feitas de hidrogénio e de carbono átomos , e um pequeno número de átomos de oxigénio. As diferenças na estrutura dessas moléculas são responsáveis ​​por suas propriedades físicas e químicas variáveis , e é essa variedade que torna o petróleo bruto útil em uma ampla gama de diversas aplicações.

Uma vez separado e purificado de quaisquer contaminantes e impurezas, o combustível ou lubrificante pode ser vendido sem processamento adicional. Moléculas menores, como isobutano e propileno ou butilenos, podem ser recombinados para atender às necessidades específicas de octano por processos como alquilação ou, mais comumente, dimerização . O grau de octanagem da gasolina também pode ser melhorado por reforma catalítica , que envolve a remoção do hidrogênio dos compostos que produzem hidrocarbonetos com maiores índices de octanagem, como os aromáticos . Produtos intermediários, como gasóleos, podem até ser reprocessados ​​para quebrar um óleo pesado de cadeia longa em um mais leve de cadeia curta, por várias formas de craqueamento , como craqueamento catalítico fluido , craqueamento térmico e hidrocraqueamento . A etapa final na produção de gasolina é a mistura de combustíveis com diferentes classificações de octanagem, pressões de vapor e outras propriedades para atender às especificações do produto. Outro método para reprocessar e atualizar esses produtos intermediários (óleos residuais) usa um processo de desvolatilização para separar o óleo utilizável do material asfalteno residual.

As refinarias de petróleo são fábricas em grande escala, processando cerca de cem mil a várias centenas de milhares de barris de petróleo bruto por dia. Devido à alta capacidade, muitas das unidades operam continuamente , ao contrário do processamento em lotes , em estado estacionário ou quase estável por meses a anos. A alta capacidade também torna a otimização e o controle avançado do processo muito desejáveis.

Produtos principais

O petróleo bruto é separado em frações por destilação fracionada . As frações no topo da coluna de fracionamento têm pontos de ebulição mais baixos do que as frações na parte inferior. As frações pesadas do fundo são freqüentemente quebradas em produtos mais leves e úteis. Todas as frações são processadas posteriormente em outras unidades de refino.
Uma análise dos produtos feitos a partir de um barril típico de petróleo americano.

Os produtos petrolíferos são materiais derivados do petróleo bruto ( petróleo ) conforme é processado nas refinarias de petróleo . A maior parte do petróleo é convertida em derivados de petróleo, o que inclui várias classes de combustíveis.

As refinarias de petróleo também produzem vários produtos intermediários, como hidrogênio , hidrocarbonetos leves, reformado e gasolina de pirólise . Eles geralmente não são transportados, mas, em vez disso, são misturados ou processados ​​posteriormente no local. As fábricas de produtos químicos são freqüentemente adjacentes a refinarias de petróleo ou vários outros processos químicos são integrados a elas. Por exemplo, hidrocarbonetos leves são craqueados a vapor em uma planta de etileno , e o etileno produzido é polimerizado para produzir polietileno .

Como as razões técnicas e a proteção do meio ambiente exigem um teor de enxofre muito baixo em todos os produtos, exceto os mais pesados, ele é transformado em sulfeto de hidrogênio por meio de hidrodessulfurização catalítica e removido da corrente de produto por meio de tratamento com amina gasosa . Usando o processo de Claus , o sulfeto de hidrogênio é posteriormente transformado em enxofre elementar para ser vendido à indústria química. A grande energia térmica liberada por esse processo é usada diretamente nas outras partes da refinaria. Freqüentemente, uma usina de energia elétrica é combinada em todo o processo da refinaria para absorver o excesso de calor.

De acordo com a composição do petróleo bruto e dependendo das demandas do mercado, as refinarias podem produzir diferentes parcelas de derivados de petróleo. A maior parte dos derivados de petróleo é usada como "portadores de energia", ou seja, vários tipos de óleo combustível e gasolina . Esses combustíveis incluem ou podem ser misturados para fornecer gasolina, combustível de aviação , combustível diesel , óleo para aquecimento e óleos combustíveis mais pesados. Frações mais pesadas (menos voláteis ) também podem ser usadas para produzir asfalto , alcatrão , cera de parafina , lubrificantes e outros óleos pesados. As refinarias também produzem outros produtos químicos , alguns dos quais são usados ​​em processos químicos para produzir plásticos e outros materiais úteis. Visto que o petróleo geralmente contém uma pequena porcentagem de moléculas contendo enxofre , o enxofre elementar também é frequentemente produzido como um produto de petróleo. O carbono , na forma de coque de petróleo , e o hidrogênio também podem ser produzidos como produtos de petróleo. O hidrogênio produzido é frequentemente usado como um produto intermediário para outros processos de refinaria de petróleo, como hidrocraqueamento e hidrodessulfurização .

Os produtos petrolíferos são geralmente agrupados em quatro categorias: destilados leves (GLP, gasolina, nafta), destilados médios (querosene, combustível de aviação, diesel), destilados pesados ​​e resíduos (óleo combustível pesado, óleos lubrificantes, cera, asfalto). Isso exige a mistura de várias matérias-primas, a mistura de aditivos apropriados, o armazenamento de curto prazo e a preparação para carregamento a granel em caminhões, barcaças, navios de produtos e vagões. Esta classificação é baseada na forma como o petróleo bruto é destilado e separado em frações.

Mais de 6.000 itens são feitos de subprodutos de resíduos de petróleo, incluindo: fertilizantes , revestimentos para pisos , perfumes , inseticidas , vaselina , sabão , cápsulas de vitaminas . Veja o link para uma lista parcial de 144 subprodutos listados pela Ranken Energy.

Processos químicos encontrados em uma refinaria

  • A unidade de dessalinização elimina o sal do petróleo bruto antes que ele entre na unidade de destilação atmosférica.
  • A unidade de destilação de óleo cru destila o óleo cru de entrada em várias frações para processamento posterior em outras unidades. Veja destilação contínua .
  • A destilação a vácuo destila ainda mais o óleo residual do fundo da unidade de destilação de óleo cru. A destilação a vácuo é realizada a uma pressão bem abaixo da pressão atmosférica.
  • A unidade de hidrotratamento da nafta usa hidrogênio para dessulfurar a nafta da destilação atmosférica. A nafta deve ser dessulfurada antes de ser enviada para uma unidade de reforma catalítica.
  • O reformador catalítico converte as moléculas de nafta dessulfurada em moléculas de octanagem mais elevada para produzir reformado (produto reformador). O reformado tem maior teor de aromáticos e hidrocarbonetos cíclicos, que é um componente do produto final gasolina ou petróleo. Um subproduto importante de um reformador é o hidrogênio liberado durante a reação do catalisador. O hidrogênio é usado nos hidrotratadores ou no hidrocraqueador.
  • O hidrotratador destilado dessulfuriza destilados (como o diesel) após a destilação atmosférica. Usa hidrogênio para dessulfurar a fração da nafta da destilação do petróleo bruto ou de outras unidades da refinaria.
  • O cracker catalítico de fluido (FCC) atualiza as frações mais pesadas e com ponto de ebulição mais alto da destilação do petróleo bruto, convertendo-as em produtos mais valiosos e com menor ponto de ebulição.
  • O Hydrocracker usa hidrogênio para atualizar óleos residuais pesados ​​da unidade de destilação a vácuo, quebrando-os termicamente em produtos de viscosidade reduzida mais leves e valiosos.
  • Merox dessulfuriza LPG, querosene ou combustível de aviação oxidando mercaptanos em dissulfetos orgânicos .
  • Processos alternativos para a remoção de mercaptanos são conhecidos, por exemplo, processo de adoçamento médico e lavagem cáustica.
  • As unidades de coque ( coque retardado , coqueador de fluido e flexicoker) processam óleos residuais muito pesados ​​em gasolina e óleo diesel, deixando o coque de petróleo como produto residual.
  • A unidade de alquilação usa ácido sulfúrico ou ácido fluorídrico para produzir componentes de alta octanagem para mistura de gasolina. A unidade "alquilada" converte o isobutano final leve e butilenos do processo FCC em alquilato , um componente de octanagem muito elevada do produto final gasolina ou petróleo.
  • A unidade de dimerização converte as olefinas em componentes de mistura de gasolina de alta octanagem. Por exemplo, butenos podem ser dimerizados em isoocteno que pode subsequentemente ser hidrogenado para formar isooctano . Existem também outros usos para a dimerização. A gasolina produzida por dimerização é altamente insaturada e muito reativa. Tende espontaneamente a formar gengivas. Por esse motivo, o efluente da dimerização precisa ser imediatamente misturado ao tanque de gasolina acabado ou hidrogenado.
  • A isomerização converte moléculas lineares, como pentano normal em moléculas ramificadas de octanagem mais elevada, para se misturar em gasolina ou alimentar unidades de alquilação. Também usado para converter butano normal linear em isobutano para uso na unidade de alquilação.
  • A reforma a vapor converte o gás natural em hidrogênio para os hidrotratadores e / ou hidrocracker.
  • Os recipientes de armazenamento de gás liquefeito armazenam propano e combustíveis gasosos semelhantes a uma pressão suficiente para mantê-los na forma líquida. Geralmente são vasos esféricos ou "balas" (ou seja, vasos horizontais com extremidades arredondadas).
  • O tratador de amina gasosa , a unidade Claus e o tratamento de gás residual convertem o sulfeto de hidrogênio da hidrodessulfurização em enxofre elementar. A grande maioria das 64 milhões de toneladas métricas de enxofre produzidas em todo o mundo em 2005 foi o enxofre do subproduto de refino de petróleo e plantas de processamento de gás natural .
  • O dessorvente de água ácida usa vapor para remover o gás sulfureto de hidrogênio de vários fluxos de águas residuais para subsequente conversão em enxofre do produto final na unidade Claus.
  • As torres de resfriamento circulam a água de resfriamento, as caldeiras geram vapor para geradores de vapor e os sistemas de ar de instrumentos incluem válvulas de controle operadas pneumaticamente e uma subestação elétrica .
  • Os sistemas de coleta e tratamento de águas residuais consistem em separadores API , unidades de flotação por ar dissolvido (DAF) e outras unidades de tratamento, como um biotratador de lodo ativado para tornar a água adequada para reutilização ou descarte.
  • O refino por solvente usa solvente como cresol ou furfural para remover indesejáveis, principalmente aromáticos do estoque de óleo lubrificante ou óleo diesel.
  • A desparafinação com solvente remove os constituintes cerosos pesados ​​do petrolato dos produtos de destilação a vácuo.
  • Tanques de armazenamento para armazenamento de petróleo bruto e produtos acabados, geralmente vasos cilíndricos verticais com algum tipo de controle de emissão de vapor e cercados por uma berma de terra para conter derramamentos.

Diagrama de fluxo de refinaria típica

A imagem abaixo é um diagrama de fluxo esquemático de uma refinaria de petróleo típica que representa os vários processos unitários e o fluxo de fluxos de produto intermediário que ocorre entre a matéria-prima de petróleo bruto de entrada e os produtos finais finais. O diagrama representa apenas uma das literalmente centenas de configurações diferentes de refinaria de petróleo. O diagrama também não inclui nenhuma das instalações de refinaria usuais que fornecem utilidades como vapor, água de resfriamento e energia elétrica, bem como tanques de armazenamento para matéria-prima de petróleo bruto e para produtos intermediários e produtos finais.

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Diagrama de fluxo esquemático de uma refinaria de petróleo típica

Existem muitas configurações de processo além das descritas acima. Por exemplo, a unidade de destilação a vácuo também pode produzir frações que podem ser refinadas em produtos finais, como óleo de fuso usado na indústria têxtil, óleo de máquina leve, óleo de motor e várias ceras.

A unidade de destilação de petróleo bruto

A unidade de destilação de petróleo bruto (CDU) é a primeira unidade de processamento em praticamente todas as refinarias de petróleo. A CDU destila o petróleo bruto que entra em várias frações de diferentes faixas de ebulição, cada uma das quais é então processada nas outras unidades de processamento da refinaria. A CDU é freqüentemente chamada de unidade de destilação atmosférica porque opera ligeiramente acima da pressão atmosférica.

Abaixo está um diagrama de fluxo esquemático de uma unidade de destilação de petróleo bruto típica. O petróleo bruto que entra é pré-aquecido pela troca de calor com algumas das frações destiladas quentes e outras correntes. Ele é então dessalinizado para remover sais inorgânicos (principalmente cloreto de sódio).

Após o dessalinizador, o óleo cru é ainda mais aquecido por troca de calor com algumas das frações destiladas quentes e outras correntes. Em seguida, é aquecido em um forno a combustível (aquecedor de aquecimento) a uma temperatura de cerca de 398 ° C e encaminhado para o fundo da unidade de destilação.

O resfriamento e a condensação da torre de destilação aérea são fornecidos parcialmente pela troca de calor com o petróleo bruto que entra e parcialmente por um condensador resfriado a ar ou a água. O calor adicional é removido da coluna de destilação por um sistema pumparound, conforme mostrado no diagrama abaixo.

Conforme mostrado no diagrama de fluxo, a fração de destilado superior da coluna de destilação é nafta. As frações removidas da lateral da coluna de destilação em vários pontos entre o topo e a base da coluna são chamadas de cortes laterais . Cada um dos cortes laterais (ou seja, o querosene, o gasóleo leve e o gasóleo pesado) é arrefecido pela troca de calor com o petróleo bruto que entra. Todas as frações (ou seja, a nafta de cabeça, os cortes laterais e o resíduo de fundo) são enviadas para tanques de armazenamento intermediários antes de serem processadas.

Diagrama de fluxo esquemático de uma unidade de destilação de petróleo bruto típica usada em refinarias de petróleo bruto.

Localização de refinarias de petróleo

Uma parte que procura um local para construir uma refinaria ou uma fábrica de produtos químicos deve considerar as seguintes questões:

  • O local deve estar razoavelmente longe de áreas residenciais.
  • A infraestrutura deve estar disponível para o fornecimento de matérias-primas e envio de produtos aos mercados.
  • Energia para operar a planta deve estar disponível.
  • Devem estar disponíveis instalações para eliminação de resíduos.

Fatores que afetam a seleção do local para a refinaria de petróleo:

  • Disponibilidade de terra
  • Condições de trânsito e transporte
  • Condições de utilidades - fornecimento de energia, fornecimento de água
  • Disponibilidade de trabalhos e recursos

Refinarias que usam uma grande quantidade de vapor e água de resfriamento precisam ter uma fonte abundante de água. As refinarias de petróleo, portanto, muitas vezes estão localizadas nas proximidades de rios navegáveis ​​ou à beira-mar, perto de um porto. Essa localização também dá acesso a transporte fluvial ou marítimo. As vantagens de transportar petróleo bruto por oleoduto são evidentes, e as empresas de petróleo freqüentemente transportam um grande volume de combustível para terminais de distribuição por oleoduto. Um gasoduto pode não ser prático para produtos com pequena produção, e são usados ​​vagões, caminhões-tanque e barcaças.

As instalações petroquímicas e de fabricação de solventes (fracionamento fino) precisam de espaços para processamento posterior de um grande volume de produtos de refinaria ou para misturar aditivos químicos com um produto na origem, em vez de nos terminais de mistura.

Segurança e meio ambiente

Operações de extinção de incêndio após a explosão da
Texas City Refinery .

O processo de refino libera vários produtos químicos diferentes na atmosfera (ver AP 42, Compilação de Fatores de Emissão de Poluentes do Ar ) e um odor notável normalmente acompanha a presença de uma refinaria. Além dos impactos da poluição do ar, há também preocupações com águas residuais, riscos de acidentes industriais , como incêndio e explosão, e efeitos sonoros para a saúde devido ao ruído industrial .

Muitos governos em todo o mundo impuseram restrições sobre os contaminantes que as refinarias liberam, e a maioria das refinarias instalou o equipamento necessário para cumprir os requisitos das agências reguladoras de proteção ambiental pertinentes. Nos Estados Unidos, há uma forte pressão para impedir o desenvolvimento de novas refinarias, e nenhuma refinaria importante foi construída no país desde as instalações de Marathon em Garyville, Louisiana , em 1976. No entanto, muitas refinarias existentes foram expandidas durante esse tempo. As restrições ambientais e a pressão para impedir a construção de novas refinarias também podem ter contribuído para o aumento dos preços dos combustíveis nos Estados Unidos. Além disso, muitas refinarias (mais de 100 desde a década de 1980) fecharam devido à obsolescência e / ou atividade de fusão dentro da própria indústria.

As preocupações ambientais e de segurança significam que as refinarias de petróleo às vezes estão localizadas a alguma distância das principais áreas urbanas. No entanto, existem muitos casos em que as operações de refinaria estão perto de áreas povoadas e representam riscos para a saúde. No condado de Contra Costa e no condado de Solano , na Califórnia , um colar costeiro de refinarias, construído no início do século 20 antes que essa área fosse povoada, e fábricas de produtos químicos associadas são adjacentes a áreas urbanas em Richmond , Martinez , Pacheco , Concord , Pittsburg , Vallejo e Benicia , com eventos acidentais ocasionais que requerem ordens de " abrigo no local " para as populações adjacentes. Várias refinarias estão localizadas em Sherwood Park, Alberta , diretamente adjacente à cidade de Edmonton . A área metropolitana de Edmonton tem uma população de mais de 1.000.000 de residentes.

Os critérios do NIOSH para exposição ocupacional a solventes de petróleo refinado estão disponíveis desde 1977.

Saúde do trabalhador

Fundo

O refino de petróleo moderno envolve um sistema complicado de reações químicas inter-relacionadas que produzem uma ampla variedade de produtos à base de petróleo. Muitas dessas reações requerem parâmetros precisos de temperatura e pressão. O equipamento e o monitoramento necessários para garantir o bom andamento desses processos são complexos e evoluíram com o avanço do campo científico da engenharia do petróleo .

A ampla gama de reações de alta pressão e / ou alta temperatura, junto com os aditivos químicos necessários ou contaminantes extraídos, produz um número surpreendente de riscos potenciais à saúde para o trabalhador da refinaria de petróleo. Por meio do avanço da engenharia química e técnica do petróleo, a grande maioria desses processos é automatizada e fechada, reduzindo muito o impacto potencial sobre a saúde dos trabalhadores. No entanto, dependendo do processo específico em que o trabalhador está envolvido, bem como do método particular utilizado pela refinaria em que trabalha, subsistem riscos significativos para a saúde.

Embora os acidentes de trabalho nos Estados Unidos não fossem rastreados e relatados rotineiramente na época, relatórios sobre os impactos do trabalho em uma refinaria de petróleo na saúde podem ser encontrados já em 1800. Por exemplo, uma explosão em uma refinaria de Chicago matou 20 trabalhadores em 1890. Desde então, inúmeros incêndios, explosões e outros eventos significativos de tempos em tempos chamaram a atenção do público para a saúde dos trabalhadores da refinaria de petróleo. Esses eventos continuam no século 21, com explosões relatadas em refinarias em Wisconsin e na Alemanha em 2018.

No entanto, existem muitos perigos menos visíveis que colocam em perigo os trabalhadores da refinaria de petróleo.

Exposições químicas

Dada a natureza altamente automatizada e tecnicamente avançada das refinarias de petróleo modernas, quase todos os processos estão contidos nos controles de engenharia e representam um risco substancialmente menor de exposição aos trabalhadores em comparação com os tempos anteriores. No entanto, certas situações ou tarefas de trabalho podem subverter esses mecanismos de segurança e expor os trabalhadores a uma série de perigos químicos (consulte a tabela acima) ou físicos (descritos abaixo). Exemplos desses cenários incluem:

  • Falhas do sistema (vazamentos, explosões, etc.).
  • Inspeção padrão, amostragem de produto, parada de processo ou atividades de manutenção / limpeza de equipamentos.

Curiosamente, embora as refinarias de petróleo utilizem e produzam produtos químicos que são cancerígenos conhecidos , a literatura sobre as taxas de câncer entre os trabalhadores da refinaria é mista. Por exemplo, foi demonstrado que o benzeno tem uma relação com a leucemia ; no entanto, estudos que examinam a exposição ao benzeno e a leucemia resultante, especificamente no contexto de trabalhadores de refinaria de petróleo, chegaram a conclusões opostas. O mesotelioma relacionado ao amianto é outra relação cancerígena particular que foi investigada no contexto de trabalhadores de refinaria de petróleo. Até o momento, este trabalho mostrou uma ligação marginalmente significativa com o emprego na refinaria e o mesotelioma. Notavelmente, uma meta-análise que incluiu dados sobre mais de 350.000 trabalhadores da refinaria não conseguiu encontrar quaisquer taxas de excesso estatisticamente significativas de mortalidade por câncer, exceto por um aumento marginalmente significativo nas mortes por melanoma. Um estudo adicional com base nos Estados Unidos incluiu um período de acompanhamento de 50 anos entre mais de 17.000 trabalhadores. Este estudo concluiu que não houve excesso de mortalidade nesta coorte em decorrência do emprego.

BTX significa benzeno , tolueno , xileno . Este é um grupo de compostos orgânicos voláteis (VOCs) comuns que são encontrados no ambiente da refinaria de petróleo e servem como um paradigma para uma discussão mais aprofundada dos limites de exposição ocupacional, exposição química e vigilância entre os trabalhadores da refinaria.

A rota mais importante de exposição aos produtos químicos BTX é a inalação, devido ao baixo ponto de ebulição desses produtos químicos. A maior parte da produção gasosa de BTX ocorre durante a limpeza do tanque e a transferência de combustível, o que causa a liberação desses produtos químicos no ar. A exposição também pode ocorrer por meio da ingestão de água contaminada, mas isso é improvável em um ambiente ocupacional. A exposição e absorção dérmica também são possíveis, mas são menos prováveis ​​em um ambiente ocupacional onde o equipamento de proteção individual adequado está instalado.

Nos Estados Unidos, a Administração de Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA), o Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH) e a Conferência Americana de Higienistas Industriais Governamentais (ACGIH) estabeleceram limites de exposição ocupacional (OELs) para muitos dos produtos químicos acima que os trabalhadores podem ser expostos em refinarias de petróleo.

Limites de exposição ocupacional para produtos químicos BTX
OSHA PEL (TWA de 8 horas) CalOSHA PEL (TWA de 8 horas) NIOSH REL (TWA de 10 horas) ACGIH TLV (TWA de 8 horas)
Benzeno 10 ppm 1 ppm 1 ppm 0,5 ppm
Tolueno 10 ppm 1 ppm 10 ppm 1 ppm
Xileno 100 ppm 100 ppm 100 ppm 100 ppm

O benzeno, em particular, tem vários biomarcadores que podem ser medidos para determinar a exposição. O benzeno em si pode ser medido na respiração, sangue e urina, e metabólitos como fenol , t , ácido t- mucônico ( t , t MA) e ácido S-fenilmercaptúrico ( s PMA) podem ser medidos na urina. Além de monitorar os níveis de exposição por meio desses biomarcadores, os empregadores são obrigados pela OSHA a realizar exames de sangue regulares em trabalhadores para testar os primeiros sinais de alguns dos temidos resultados hematológicos, dos quais o mais amplamente reconhecido é a leucemia . Os testes necessários incluem hemograma completo com diferenciais de células e esfregaço de sangue periférico "em uma base regular". A utilidade desses testes é apoiada por estudos científicos formais.

Potencial exposição química por processo

Processar Exposição Potencial a Químicos Preocupações Comuns de Saúde
Extração com solvente e desparafinação Fenol Sintomas neurológicos, fraqueza muscular, irritação cutânea.
Furfural Irritação na pele
Glicóis Depressão do sistema nervoso central, fraqueza, irritação dos olhos, pele, nariz, garganta.
Metil-etil-cetona Irritação das vias aéreas, tosse, dispneia, edema pulmonar.
Rachadura Térmica Sulfato de hidrogênio Irritação do trato respiratório, dor de cabeça, distúrbios visuais, dor nos olhos.
Monóxido de carbono Alterações no eletrocardiograma, cianose, dor de cabeça, fraqueza.
Amônia Irritação do trato respiratório, dispneia, edema pulmonar, queimaduras na pele.
Cracking catalítico Sulfato de hidrogênio Irritação do trato respiratório, dor de cabeça, distúrbios visuais, dor nos olhos.
Monóxido de carbono Alterações no eletrocardiograma, cianose, dor de cabeça, fraqueza.
Fenol Sintomas neurológicos, fraqueza muscular, irritação cutânea.
Amônia Irritação do trato respiratório, dispneia, edema pulmonar, queimaduras na pele.
Mercaptan Cianose e narcose, irritação do trato respiratório, pele e olhos.
Carbonil de níquel Dor de cabeça, teratógeno, fraqueza, dor torácica / abdominal, câncer de pulmão e nasal.
Reforma Catalítica Sulfato de hidrogênio Irritação do trato respiratório, dor de cabeça, distúrbios visuais, dor nos olhos.
Benzeno Leucemia, efeitos no sistema nervoso, sintomas respiratórios.
Isomerização Ácido clorídrico Danos na pele, irritação do trato respiratório, queimaduras nos olhos.
Cloreto de hidrogênio Irritação do trato respiratório, irritação da pele, queimaduras nos olhos.
Polimerização Hidróxido de sódio Irritação das membranas mucosas, pele, pneumonite.
Ácido fosfórico Pele, olhos, irritação respiratória.
Alquilação Ácido sulfúrico Queimaduras nos olhos e na pele, edema pulmonar.
Acido hidrosulfurico Alterações ósseas, queimaduras na pele, danos ao trato respiratório.
Adoçar e tratar Sulfato de hidrogênio Irritação do trato respiratório, dor de cabeça, distúrbios visuais, dor nos olhos.
Hidróxido de sódio Irritação das membranas mucosas, pele, pneumonite.
Recuperação de Gás Insaturado Monoetanolamina (MEA) Sonolência, irritação dos olhos, pele e trato respiratório.
Dietanolamina (DEA) Necrose da córnea, queimaduras na pele, irritação dos olhos, nariz, garganta.
Tratamento Amina Monoetanolamina (MEA) Sonolência, irritação dos olhos, pele e trato respiratório.
Dietanolamina (DEA) Necrose da córnea, queimaduras na pele, irritação dos olhos, nariz, garganta.
Sulfato de hidrogênio Irritação do trato respiratório, dor de cabeça, distúrbios visuais, dor nos olhos.
Dióxido de carbono Dor de cabeça, tontura, parestesia, mal-estar, taquicardia .
Extração de gás saturado Sulfato de hidrogênio Irritação do trato respiratório, dor de cabeça, distúrbios visuais, dor nos olhos.
Dióxido de carbono Dor de cabeça, tontura, parestesia, mal-estar, taquicardia.
Dietanolamina Necrose da córnea, queimaduras na pele, irritação dos olhos, nariz, garganta.
Hidróxido de sódio Irritação das membranas mucosas, pele, pneumonite.
Produção de hidrogênio Monóxido de carbono Alterações no eletrocardiograma, cianose, dor de cabeça, fraqueza.
Dióxido de carbono Dor de cabeça, tontura, parestesia, mal-estar, taquicardia.

Riscos físicos

Os trabalhadores correm o risco de lesões físicas devido a um grande número de máquinas de alta potência nas proximidades relativamente próximas da refinaria de petróleo. A alta pressão necessária para muitas das reações químicas também apresenta a possibilidade de falhas localizadas do sistema, resultando em trauma contuso ou penetrante devido à explosão de componentes do sistema.

O calor também é um perigo. A temperatura necessária para a progressão adequada de certas reações no processo de refino pode chegar a 1.600 ° F (870 ° C). Tal como acontece com os produtos químicos, o sistema operacional é projetado para conter esse perigo com segurança sem ferir o trabalhador. No entanto, em falhas de sistema, essa é uma ameaça potente à saúde dos trabalhadores. As preocupações incluem lesões diretas por doença causada pelo calor ou lesões , bem como o potencial de queimaduras devastadoras caso o trabalhador entre em contato com reagentes / equipamentos superaquecidos .

O ruído é outro perigo. As refinarias podem ser ambientes muito barulhentos e, anteriormente, foi demonstrado que estão associadas à perda auditiva entre os trabalhadores. O ambiente interno de uma refinaria de petróleo pode atingir níveis superiores a 90  dB . Nos Estados Unidos, uma média de 90 dB é o limite de exposição permissível (PEL) para um dia de trabalho de 8 horas. As exposições a ruído que em média são superiores a 85 dB em 8 horas requerem um programa de conservação auditiva para avaliar regularmente a audição dos trabalhadores e promover sua proteção. A avaliação regular da capacidade auditiva dos trabalhadores e o uso fiel de proteção auditiva devidamente verificada são partes essenciais de tais programas.

Embora não seja específico da indústria, os trabalhadores da refinaria de petróleo também podem estar em risco de perigos, como acidentes com veículos , lesões associadas a máquinas, trabalho em um espaço confinado, explosões / incêndios, riscos ergonômicos , distúrbios do sono relacionados ao trabalho por turnos e cai.

Controles de perigo

A teoria da hierarquia de controles pode ser aplicada às refinarias de petróleo e seus esforços para garantir a segurança do trabalhador.

A eliminação e a substituição são improváveis ​​nas refinarias de petróleo, pois muitas das matérias-primas, produtos residuais e produtos acabados são perigosos de uma forma ou de outra (por exemplo, inflamáveis, cancerígenos).

Exemplos de controles de engenharia incluem um sistema de detecção / extinção de incêndio , sensores químicos / de pressão para detectar / prever a perda de integridade estrutural e manutenção adequada da tubulação para evitar corrosão induzida por hidrocarbonetos (levando à falha estrutural). Outros exemplos empregados em refinarias de petróleo incluem a proteção pós-construção de componentes de aço com vermiculita para melhorar a resistência ao calor / fogo. A compartimentação pode ajudar a evitar que um incêndio ou outra falha de sistema se espalhe e afete outras áreas da estrutura, e pode ajudar a prevenir reações perigosas, mantendo diferentes produtos químicos separados uns dos outros até que possam ser combinados com segurança no ambiente adequado.

Os controles administrativos incluem planejamento cuidadoso e supervisão dos processos de limpeza, manutenção e recuperação da refinaria. Eles ocorrem quando muitos dos controles de engenharia são desligados ou suprimidos e podem ser especialmente perigosos para os trabalhadores. A coordenação detalhada é necessária para garantir que a manutenção de uma parte da instalação não cause exposições perigosas para aqueles que executam a manutenção, ou para os trabalhadores em outras áreas da fábrica. Devido à natureza altamente inflamável de muitos dos produtos químicos envolvidos, as áreas para fumantes são rigidamente controladas e cuidadosamente localizadas.

O equipamento de proteção individual (EPI) pode ser necessário dependendo do produto químico específico sendo processado ou produzido. É necessário cuidado especial durante a amostragem do produto parcialmente concluído, limpeza do tanque e outras tarefas de alto risco, conforme mencionado acima. Essas atividades podem exigir o uso de roupas externas impermeáveis, capuz anti-ácido, macacões descartáveis, etc. Mais geralmente, todo o pessoal nas áreas de operação deve usar proteção auditiva e visual adequada , evitar roupas feitas de material inflamável ( náilon , Dacron , acrílico ou misturas) e calças e mangas compridas.

Regulamentos

Estados Unidos

A saúde e a segurança dos trabalhadores em refinarias de petróleo são monitoradas de perto em nível nacional pela Administração de Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA) e pelo Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH). Além do monitoramento federal , o CalOSHA da Califórnia tem sido particularmente ativo na proteção da saúde do trabalhador na indústria e adotou uma política em 2017 que exige que as refinarias de petróleo realizem uma "Análise de Hierarquia de Controles de Risco" (veja a seção "Controles de Risco" acima ) para cada risco de segurança do processo. Os regulamentos de segurança resultaram em uma taxa de acidentes abaixo da média para trabalhadores da indústria de refino. Em um relatório de 2018 do US Bureau of Labor Statistics , eles indicam que os trabalhadores da refinaria de petróleo têm uma taxa significativamente mais baixa de lesões ocupacionais (0,4 casos registrados pela OSHA por 100 trabalhadores em tempo integral) do que todas as indústrias (3,1 casos), petróleo e gás extração (0,8 casos) e fabricação de petróleo em geral (1,3 casos).

Abaixo está uma lista dos regulamentos mais comuns referenciados em citações de segurança de refinaria de petróleo emitidas pela OSHA:

Corrosão

Refinaria de Slovnaft em Bratislava .
Refinaria de petróleo no Irã.

A corrosão de componentes metálicos é um fator importante de ineficiência no processo de refino. Por levar à falha do equipamento, é o principal motivador do cronograma de manutenção da refinaria. Os custos diretos relacionados à corrosão na indústria de petróleo dos Estados Unidos em 1996 foram estimados em US $ 3,7 bilhões.

A corrosão ocorre em várias formas no processo de refino, como corrosão por pite de gotículas de água, fragilização por hidrogênio e corrosão sob tensão por ataque de sulfeto. Do ponto de vista dos materiais, o aço carbono é usado em mais de 80% dos componentes da refinaria, o que é benéfico devido ao seu baixo custo. O aço carbono é resistente às formas mais comuns de corrosão, particularmente de impurezas de hidrocarbonetos em temperaturas abaixo de 205 ° C, mas outros produtos químicos corrosivos e ambientes impedem seu uso em todos os lugares. Os materiais de substituição comuns são os aços de baixa liga contendo cromo e molibdênio , com os aços inoxidáveis contendo mais cromo lidando com ambientes mais corrosivos. Os materiais mais caros comumente usados ​​são níquel , titânio e ligas de cobre . Eles são salvos principalmente para as áreas mais problemáticas, onde temperaturas extremamente altas e / ou produtos químicos muito corrosivos estão presentes.

A corrosão é combatida por um sistema complexo de monitoramento, reparos preventivos e uso cuidadoso dos materiais. Os métodos de monitoramento incluem verificações off-line feitas durante a manutenção e monitoramento on-line. As verificações off-line medem a corrosão após sua ocorrência, informando ao engenheiro quando o equipamento deve ser substituído com base nas informações históricas coletadas. Isso é conhecido como gerenciamento preventivo.

Os sistemas online são um desenvolvimento mais moderno e estão revolucionando a forma como a corrosão é abordada. Existem vários tipos de tecnologias de monitoramento de corrosão online, como resistência de polarização linear, ruído eletroquímico e resistência elétrica. O monitoramento online geralmente tinha taxas de relatório lentas no passado (minutos ou horas) e era limitado pelas condições do processo e fontes de erro, mas as tecnologias mais recentes podem relatar taxas de até duas vezes por minuto com uma precisão muito maior (referido como monitoramento em tempo real) . Isso permite que os engenheiros de processo tratem a corrosão como outra variável do processo que pode ser otimizada no sistema. Respostas imediatas às mudanças do processo permitem o controle dos mecanismos de corrosão, de modo que podem ser minimizados ao mesmo tempo que maximizam a produção. Em uma situação ideal, ter informações de corrosão on-line precisas e em tempo real permitirá que as condições que causam altas taxas de corrosão sejam identificadas e reduzidas. Isso é conhecido como gerenciamento preditivo.

Os métodos de materiais incluem a seleção do material adequado para a aplicação. Em áreas de corrosão mínima, materiais baratos são preferíveis, mas quando uma corrosão ruim pode ocorrer, materiais mais caros, mas de maior durabilidade, devem ser usados. Outros métodos de materiais vêm na forma de barreiras de proteção entre as substâncias corrosivas e os metais do equipamento. Podem ser um forro de material refratário, como cimento Portland padrão ou outro cimento resistente a ácido especial que é injetado na superfície interna do vaso. Também estão disponíveis sobreposições finas de metais mais caros que protegem o metal mais barato contra a corrosão sem exigir muito material.

Veja também

Referências

links externos