Refinaria de óleo

Oil refinery

Uma refinaria de petróleo ou refinaria de petróleo é uma planta de processo industrial onde o petróleo (petróleo bruto) é transformado e refinado em produtos úteis, como gasolina (gasolina), óleo diesel , base asfáltica , óleos combustíveis , óleo de aquecimento , querosene , gás liquefeito de petróleo e petróleo nafta . [1] [2] [3] As matérias-primas petroquímicas como eteno e propeno também podem ser produzidas diretamente por craqueamento de petróleo bruto sem a necessidade de usar produtos refinados de petróleo bruto como a nafta. [4] [5] A matéria-prima de petróleo bruto normalmente é processada por uma planta de produção de petróleo . Geralmente, há um depósito de petróleo em ou próximo a uma refinaria de petróleo para o armazenamento de matéria-prima de petróleo bruto, bem como produtos líquidos a granel. Em 2020, a capacidade total das refinarias globais de petróleo bruto foi de cerca de 101,2 milhões de barris por dia. [6]

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

As refinarias de petróleo são normalmente grandes complexos industriais com extensas tubulações que passam por toda parte, 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 pensadas como tipos de plantas químicas . Desde dezembro de 2008, a maior refinaria de petróleo do mundo é a Refinaria Jamnagar , de propriedade da Reliance Industries , localizada em Gujarat , na Índia, com capacidade de processamento de 1,24 milhão de barris (197.000 m 3). Algumas refinarias de petróleo modernas processam de 800.000 a 900.000 barris (120.000 a 143.000 metros cúbicos) de petróleo bruto por dia. [7]

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

História

Os chineses estavam entre as primeiras civilizações a refinar o petróleo. [8] Já no primeiro século, os chineses refinavam o petróleo bruto para uso como fonte de energia. [9] [8] 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 seu famoso trabalho Comentário sobre o Clássico da Água . [10] [9] [8]

Crude oil was often distilled by Arab chemists, with clear descriptions given in Arabic handbooks such as those of Muhammad ibn Zakarīya Rāzi (c. 865–925).[11] The streets of Baghdad were paved with tar, derived from petroleum that became accessible from natural fields in the region. In the 9th century, oil fields were exploited in the area around modern Baku, Azerbaijan. These fields were described by the Arab geographer Abu al-Hasan 'Alī al-Mas'ūdī in the 10th century, and by Marco Polo in the 13th century, who described the output of those wells as hundreds of shiploads.[12] Arab and Persian chemists also distilled crude oil in order to produce flammable products for military purposes. Through Islamic Spain, distillation became available in Western Europe by the 12th century.[13]

Na Dinastia Song do Norte (960–1127), uma oficina chamada "Fierce Oil Workshop" 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 incendiária ” do mundo. A oficina foi uma das primeiras fábricas de refino de petróleo do mundo, onde milhares de pessoas trabalhavam para produzir armas chinesas movidas a petróleo. [14]

Antes do século XIX, o petróleo era conhecido e utilizado de várias formas 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 de poços de petróleo escavados 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. [15] [16] [17]

Na América do Norte, o primeiro poço de petróleo foi perfurado em 1858 por James Miller Williams em Oil Springs, Ontário , Canadá. [18] Nos Estados Unidos, a indústria do petróleo começou em 1859, quando Edwin Drake encontrou petróleo perto de Titusville , Pensilvânia . [19] A indústria cresceu lentamente em 1800, produzindo principalmente querosene para lamparinas. No início do século XX, a introdução do motor de combustão interna e seu uso em automóveis criaram um mercado para a gasolina que foi o impulso para o crescimento bastante rápido da indústria do petróleo. As primeiras descobertas de petróleo como as de Ontário e Pensilvânialogo foram superados por grandes "booms" de petróleo em Oklahoma , Texas e Califórnia . [20]

Samuel Kier estabeleceu a primeira refinaria de petróleo da América em Pittsburgh, na Sétima Avenida, perto da Grant Street, em 1853. [21] O farmacêutico e inventor polonês Ignacy Łukasiewicz estabeleceu uma refinaria de petróleo em Jasło , então parte do Império Austro-Húngaro (agora na Polônia ) em 1854 A primeira grande refinaria foi aberta em Ploieşti, Romênia, em 1856-1857. [22] 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 forte candidato ao título de sede da refinaria de petróleo mais antiga do mundo éSalzbergen na Baixa Saxônia , Alemanha. A refinaria de Salzbergen foi inaugurada em 1860.

A certa altura, a refinaria em Ras Tanura , na Arábia Saudita , de propriedade da Saudi Aramco , foi considerada 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 refinarias do mundo é o Jamnagar Refinery Complex, composto por duas refinarias lado a lado operadas pela Reliance Industries Limited em Jamnagar, Índia, com capacidade de produção combinada de 1.240.000 barris por dia (197.000 m 3 /d). PDVSA 'sComplexo da Refinaria de Paraguaná na Península de Paraguaná , Venezuela , com capacidade de 940.000 bbl/d (149.000 m 3 /d) e Ulsan da SK Energy na Coreia do Sul com 840.000 bbl/d (134.000 m 3 /d) são o segundo e terceiro 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 petróleo bruto (muitas vezes referidas como unidades atmosféricas de destilação de petróleo bruto). Algumas refinarias também tinham unidades de destilação a vácuo , bem como unidades de craqueamento térmico , como visbreakers (quebradores de viscosidade, unidades para diminuir a viscosidadedo óleo). Todos os muitos outros processos de refino discutidos abaixo foram desenvolvidos durante a guerra ou alguns anos após a guerra. Eles se tornaram comercialmente disponíveis dentro de 5 a 10 anos após o fim da guerra e a indústria petrolífera mundial 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 para aeronaves.

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 reformaram muitas de suas unidades e/ou construíram unidades complementares para: aumentar sua capacidade de processamento de petróleo bruto, aumentar a octanagem da gasolina de seu produto, diminuir o teor de enxofre da seus combustíveis diesel e de aquecimento doméstico para cumprir as regulamentações ambientais e cumprir os requisitos de poluição ambiental do ar e poluição da água.

ExxonMobil oil refinery in Baton Rouge, Louisiana (the fourth-largest in the United States) [23]

The size of the oil refining market in 2017 was valued at over US$6 trillion in 2017 and is set to witness a consumption of over 100 million barrels per day (MBPD) by 2024.[24] The oil refining market will witness an appreciable growth because of rapid industrialization and economic transformation. Changing demographics, growing population, and improvement in living standards across developing nations are some of the factors positively influencing the industry landscape.

United States

Refinaria, Complexo Industrial Bayport, Condado de Harris, Texas

No século 19, as refinarias nos EUA processavam petróleo bruto principalmente para recuperar o querosene . Não havia mercado para a fração mais volátil, incluindo a gasolina, que era considerada lixo e muitas vezes era despejada diretamente no rio mais próximo. A invenção do automóvel mudou a demanda para gasolina e diesel, que continuam sendo os principais produtos refinados hoje. [25]

Hoje, a legislação nacional e estadual exige que as refinarias atendam aos rigorosos padrões de limpeza do ar e da água. Na verdade, as companhias de petróleo 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 até 2014, quando a pequena Dakota Prairie Refinery em Dakota do Norte começou a operar. [26] Mais da metade das refinarias que existiam em 1981 estão agora fechadas devido a baixas taxas de utilização e fusões aceleradas. [27] Como resultado desses fechamentos, a capacidade total das refinarias dos EUA caiu entre 1981 e 1995, embora a capacidade operacional tenha permanecido bastante constante nesse período de tempo em cerca de 15.000.000 barris por dia (2.400.000 m 3 /d). [28]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 por dia. Em 2010, havia 149 refinarias nos EUA em operação com uma capacidade combinada de 17,6 milhões de barris (2.800.000 m 3 ) por dia de calendário. [29] 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. De fato, para reduzir os custos operacionais e as depreciações, o refino é operado em menos locais, mas com maior capacidade.

De 2009 a 2010, à medida que os fluxos de receita no negócio de petróleo secaram e a lucratividade das refinarias de petróleo caiu devido à menor demanda pelo produto e às altas reservas de oferta anteriores à recessão econômica , as empresas petrolíferas começaram a fechar ou vender as refinarias menos lucrativas. [30]

Operação

Refinaria Neste Oil em Porvoo , Finlândia

O petróleo bruto bruto ou não processado geralmente não é útil em aplicações industriais, embora o petróleo bruto "leve, doce" (baixa viscosidade, baixo teor de enxofre ) tenha sido usado diretamente como combustível de queimador 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 diferentes moléculas de hidrocarbonetos do 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 nylon e poliéster .

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 sujas 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 maior valor. [31]

The oil refinery in Haifa, Israel, is capable of processing about 9 million tons (66 million barrels) of crude oil a year. Its two cooling towers are landmarks of the city's skyline.

O óleo pode ser usado de várias maneiras porque contém hidrocarbonetos de massas moleculares variadas , formas e comprimentos, como parafinas , aromáticos , naftenos (ou cicloalcanos ), alcenos , dienos e alcinos . [32] Enquanto as moléculas do petróleo bruto incluem átomos diferentes, como enxofre e nitrogênio, os hidrocarbonetos são a forma mais comum de moléculas, que são moléculas de comprimentos e complexidades variadas feitas de átomos de hidrogênio e carbono . , e um pequeno número de átomos de oxigênio. As diferenças na estrutura dessas moléculas explicam 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 recombinadas para atender a requisitos específicos de octano por processos como alquilação ou, mais comumente, dimerização . O grau de octano da gasolina também pode ser melhorado pela reforma catalítica , que envolve a remoção do hidrogênio dos hidrocarbonetos produzindo compostos com índices de octano mais altos, como os aromáticos . Produtos intermediários, como gasóleospode até ser reprocessado 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 octanagens, pressões de vapor e outras propriedades para atender às especificações do produto. Outro método de reprocessamento e atualização desses produtos intermediários (óleos residuais) utiliza um processo de desvolatilização para separar o óleo utilizável do material asfalteno residual.

As refinarias de petróleo são plantas de grande porte, 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 , em oposição ao processamento em lotes , em estado estacionário ou quase estacionário por meses a anos. A alta capacidade também torna a otimização do processo e o controle avançado do processo muito desejáveis.

Principais produtos

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 frequentemente quebradas em produtos mais leves e úteis. Todas as frações são processadas posteriormente em outras unidades de refino.
Uma repartição dos produtos feitos a partir de um barril típico de petróleo dos EUA [33]

Os produtos petrolíferos são materiais derivados do petróleo bruto ( petróleo ) como é processado nas refinarias de petróleo . A maior parte do petróleo é convertida em produtos petrolíferos, o que inclui várias classes de combustíveis. [34]

As refinarias de petróleo também produzem vários produtos intermediários, como hidrogênio , hidrocarbonetos leves, gasolina reformada e de pirólise . Estes geralmente não são transportados, mas são misturados ou processados ​​no local. As fábricas de produtos químicos são, portanto, muitas vezes adjacentes às 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 .

Para garantir a separação adequada e a proteção ambiental, é necessário um teor de enxofre muito baixo em todos os produtos, exceto nos mais pesados. O contaminante de enxofre bruto é transformado em sulfeto de hidrogênio por meio de hidrodessulfurização catalítica e removido da corrente do produto por meio de tratamento com gás amina . Usando o processo Claus , o sulfeto de hidrogênio é posteriormente transformado em enxofre elementar para ser vendido para a indústria química. A energia térmica bastante grande liberada por esse processo é usada diretamente nas outras partes da refinaria. Muitas vezes, uma usina elétrica é combinada em todo o processo de refinaria para absorver o excesso de calor.

According to the composition of the crude oil and depending on the demands of the market, refineries can produce different shares of petroleum products. The largest share of oil products is used as "energy carriers", i.e. various grades of fuel oil and gasoline. These fuels include or can be blended to give gasoline, jet fuel, diesel fuel, heating oil, and heavier fuel oils. Heavier (less volatile) fractions can also be used to produce asphalt, tar, paraffin wax, lubricating and other heavy oils. Refineries also produce other chemicals, some of which are used in chemical processes to produce plastics and other useful materials. Since petroleum often contains a few percent sulfur-containing molecules, elemental sulfur is also often produced as a petroleum product. Carbon, in the form of petroleum coke, and hydrogen may also be produced as petroleum products. The hydrogen produced is often used as an intermediate product for other oil refinery processes such as hydrocracking and hydrodesulfurization.[35]

Os produtos petrolíferos são geralmente agrupados em quatro categorias: destilados leves (GLP, gasolina, nafta), destilados médios (querosene, querosene de aviação, diesel), destilados pesados ​​e resíduos (óleo combustível pesado, óleos lubrificantes, cera, asfalto). Isso requer misturar várias matérias-primas, misturar aditivos apropriados, fornecer armazenamento de curto prazo e 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. [2]

Mais de 6.000 itens são feitos a partir de subprodutos de resíduos de petróleo, incluindo fertilizantes , revestimentos de pisos , perfumes , inseticidas , vaselina , sabão , cápsulas de vitaminas . Veja o link para a lista parcial de 144 subprodutos listados pela Ranken Energy. [36]

Processos químicos

Tanques e torres de armazenamento na Shell Puget Sound Refinery ( Shell Oil Company ), Anacortes, Washington

Diagrama de fluxo de refinaria típica

A imagem abaixo é um diagrama de fluxo esquemático de uma refinaria de petróleo típica [59] que descreve os vários processos unitários e o fluxo de fluxos de produtos intermediários que ocorrem entre a matéria-prima de petróleo bruto de entrada e os produtos finais finais. O diagrama mostra apenas uma das centenas de configurações diferentes de refinaria de petróleo. O diagrama também não inclui nenhuma das instalações usuais de refinaria 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. [1] [60] [61] [62]

Diagrama de fluxo esquemático de uma refinaria de petróleo típica

Existem muitas configurações de processo diferentes 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.

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 recebido em várias frações de diferentes faixas de ebulição, cada uma das quais é processada posteriormente nas outras unidades de processamento da refinaria. A CDU é muitas vezes referida como a unidade de destilação atmosférica porque opera a uma pressão ligeiramente acima da pressão atmosférica. [1] [2] [63]

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

Após a dessalinização, o petróleo bruto é ainda aquecido por troca de calor com algumas das frações quentes e destiladas e outras correntes. Em seguida, é aquecido em um forno a combustível (aquecedor) 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 são fornecidos parcialmente pela troca de calor com o petróleo bruto que entra e parcialmente por um condensador resfriado a ar ou resfriado a água. O calor adicional é removido da coluna de destilação por um sistema de bombeamento conforme mostrado no diagrama abaixo.

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

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

Localização das refinarias

Uma parte que procura um local para construir uma refinaria ou uma fábrica de produtos químicos precisa 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 para os mercados.
  • A energia para operar a usina deve estar disponível.
  • As instalações devem estar disponíveis para a eliminação de resíduos.

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

  • Disponibilidade de terreno
  • Condições de trânsito e transporte
  • Condições de serviços públicos - fornecimento de energia, abastecimento de água
  • Disponibilidade de mão de obra e recursos

As refinarias que utilizam grande quantidade de vapor e água de resfriamento precisam ter uma fonte abundante de água. As refinarias de petróleo, portanto, geralmente estão localizadas perto de rios navegáveis ​​ou à beira-mar, perto de um porto. Tal localização também dá acesso ao transporte fluvial ou marítimo. As vantagens do transporte de petróleo bruto por oleoduto são evidentes, e muitas vezes as empresas petrolíferas transportam um grande volume de combustível para os terminais de distribuição por oleoduto. Um oleoduto pode não ser prático para produtos com pouca produção, e são usados ​​vagões, caminhões-tanque e barcaças.

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

Segurança e meio ambiente

Operações de extinção de incêndio após a explosão da Refinaria da Cidade do Texas

O processo de refinação libera vários produtos químicos diferentes na atmosfera (veja 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, [58] riscos de acidentes industriais , como incêndio e explosão, e efeitos na saúde do ruído devido ao ruído industrial . [64]

Muitos governos em todo o mundo exigiram restrições sobre 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 grande refinaria foi construída no país desde a instalação de Marathon em Garyville, Louisiana , em 1976. No entanto, muitas refinarias existentes foram expandidas durante esse período. 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. [65]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.

Preocupações ambientais e de segurança significam que as refinarias de petróleo às vezes estão localizadas a alguma distância das principais áreas urbanas. No entanto, há muitos casos em que as operações da refinaria estão próximas de áreas povoadas e apresentam riscos à saúde. No condado de Contra Costa e no condado de Solano , na Califórnia , um colar de refinarias na costa, construído no início do século 20 antes desta área ser povoada, e plantas químicas associadas são adjacentes às áreas urbanas em Richmond , Martinez , Pacheco , Concord , Pittsburg , Vallejo e Benicia , com eventos acidentais ocasionais que requerem "abrigo no local " ordens 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 habitantes.

Os critérios do NIOSH para exposição ocupacional a solventes de petróleo refinados estão disponíveis desde 1977. [66]

Saúde do trabalhador

Fundo

O refino de petróleo moderno envolve um sistema complicado de reações químicas inter-relacionadas que produzem uma grande variedade de produtos derivados do petróleo. [67] [68] Muitas dessas reações requerem parâmetros precisos de temperatura e pressão. [69]   Os equipamentos e monitoramentos necessários para garantir o bom andamento desses processos são complexos e evoluíram com o avanço do campo científico da engenharia de petróleo . [70] [71]

A ampla gama de reações de alta pressão e/ou alta temperatura, juntamente com os aditivos químicos necessários ou contaminantes extraídos, produz um número surpreendente de potenciais riscos à saúde do trabalhador da refinaria de petróleo. [72] [73]  Com o avanço da engenharia química e técnica de petróleo, a grande maioria desses processos é automatizada e fechada, reduzindo bastante o impacto potencial na saúde dos trabalhadores. [74]   No entanto, dependendo do processo específico em que um trabalhador está envolvido, bem como do método específico empregado pela refinaria em que trabalha, permanecem riscos significativos para a saúde. [75]

Embora as lesões ocupacionais nos Estados Unidos não fossem rotineiramente rastreadas e relatadas na época, relatos dos impactos na saúde de trabalhar em uma refinaria de petróleo podem ser encontrados já em 1800. Por exemplo, uma explosão em uma refinaria de Chicago matou 20 trabalhadores em 1890. [76] Desde então, vários incêndios, explosões e outros eventos significativos chamaram a atenção do público para a saúde dos trabalhadores da refinaria de petróleo. [77] Tais eventos continuam no século 21, com explosões relatadas em refinarias em Wisconsin e Alemanha em 2018. [78]

No entanto, existem muitos perigos menos visíveis que colocam em risco os trabalhadores das refinarias 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 tempos anteriores. [74] No entanto, certas situações ou tarefas de trabalho podem subverter esses mecanismos de segurança e expor os trabalhadores a uma série de perigos químicos (ver tabela acima) ou físicos (descritos abaixo). [79] [80] Exemplos desses cenários incluem:

  • Falhas do sistema (vazamentos, explosões, etc.). [81] [82]
  • Inspeção padrão, amostragem de produtos, recuperação de processos ou atividades de manutenção/limpeza de equipamentos. [79] [80]

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, o benzeno demonstrou ter uma relação com a leucemia , [83] no entanto, estudos examinando a exposição ao benzeno e a leucemia resultante especificamente no contexto de trabalhadores de refinarias de petróleo chegaram a conclusões opostas. [84] [85] O mesotelioma relacionado ao amianto é outra relação específica entre câncer e câncer que foi investigada no contexto de trabalhadores de refinarias de petróleo. Até o momento, [ ano necessário ]este trabalho mostrou uma ligação marginalmente significativa para o emprego de refinaria e mesotelioma. [86] Notavelmente, uma meta-análise que incluiu dados de mais de 350.000 trabalhadores da refinaria não conseguiu encontrar nenhuma taxa excessiva estatisticamente significativa de mortalidade por câncer, exceto por um aumento marginalmente significativo nas mortes por melanoma. [87] Um estudo adicional baseado nos EUA 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 como resultado do emprego. [85]

BTX significa benzeno, tolueno , xileno . Este é um grupo de compostos orgânicos voláteis (COVs) comuns que são encontrados no ambiente da refinaria de petróleo e servem como paradigma para uma discussão mais aprofundada sobre os limites de exposição ocupacional, exposição química e vigilância entre os trabalhadores da refinaria. [88] [89]

A via de exposição mais importante para os 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. [90] A exposição também pode ocorrer por ingestão através de água contaminada, mas isso é improvável em um ambiente ocupacional. [91] A exposição e a absorção dérmica também são possíveis, mas novamente são menos prováveis ​​em um ambiente ocupacional onde há equipamento de proteção individual adequado. [91]

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 do que os trabalhadores podem estar expostos em refinarias de petróleo. [92] [93] [94]

Limites de exposição ocupacional para produtos químicos BTX [92]
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, possui vários biomarcadores que podem ser medidos para determinar a exposição. O próprio benzeno 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. [95] 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 sinais precoces de alguns dos resultados hematológicos temidos, dos quais o mais amplamente reconhecido é a leucemia. Os testes necessários incluem hemograma completo com diferenciais celularese esfregaço de sangue periférico "regularmente". [96] A utilidade desses testes é apoiada por estudos científicos formais. [97]

Potencial exposição química por processo

Processo Potencial exposição química [98] Preocupações comuns de saúde [99]
Extração de solvente e desparafinação Fenol [100] Sintomas neurológicos, fraqueza muscular, irritação da pele.
Furfural [101] Irritação na pele
Glicóis Depressão do sistema nervoso central, fraqueza, irritação dos olhos, pele, nariz, garganta.
Metil etil cetona [102] Irritação das vias aéreas, tosse, dispneia, edema pulmonar.
Craqueamento térmico Sulfeto de hidrogênio [103] Irritação do trato respiratório, dor de cabeça, distúrbios visuais, dor nos olhos.
Monóxido de carbono [104] Alterações no eletrocardiograma, cianose, dor de cabeça, fraqueza.
Amônia [105] Irritação do trato respiratório, dispnéia, edema pulmonar, queimaduras na pele.
Craqueamento catalítico Sulfeto de hidrogênio [103] Irritação do trato respiratório, dor de cabeça, distúrbios visuais, dor nos olhos.
Monóxido de carbono [104] Alterações no eletrocardiograma, cianose, dor de cabeça, fraqueza.
Fenol [100] Sintomas neurológicos, fraqueza muscular, irritação da pele.
Amônia [105] Irritação do trato respiratório, dispnéia, edema pulmonar, queimaduras na pele.
Mercaptano [106] [107] Cianose e narcose, irritação do trato respiratório, pele e olhos.
Níquel carbonil [108] Cefaleia, teratógeno, fraqueza, dor torácica/abdominal, câncer de pulmão e nariz.
Reforma catalítica Sulfeto de hidrogênio [103] Irritação do trato respiratório, dor de cabeça, distúrbios visuais, dor nos olhos.
Benzeno [109] Leucemia, efeitos no sistema nervoso, sintomas respiratórios.
Isomerização Ácido clorídrico Danos à 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 [110] 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 no trato respiratório.
Adoçando e tratando Sulfeto de hidrogênio [103] Irritação do trato respiratório, dor de cabeça, distúrbios visuais, dor nos olhos.
Hidróxido de sódio [110] 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 com amina Monoetanolamina (MEA) Sonolência, irritação dos olhos, pele e trato respiratório.
Dietanolamina (DEA) Necrose da córnea, queimaduras na pele, irritação dos olhos, nariz, garganta.
Sulfeto de hidrogênio [103] 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 Sulfeto de hidrogênio [103] Irritação do trato respiratório, dor de cabeça, distúrbios visuais, dor nos olhos.
Dióxido de carbono [111] Cefaleia, tontura, parestesia, mal-estar, taquicardia.
Dietanolamina Necrose da córnea, queimaduras na pele, irritação dos olhos, nariz, garganta.
Hidróxido de sódio [110] Irritação das membranas mucosas, pele, pneumonite.
Produção de hidrogênio Monóxido de carbono [104] Alterações no eletrocardiograma, cianose, dor de cabeça, fraqueza.
Dióxido de carbono [111] Cefaleia, 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 da refinaria de petróleo. A alta pressão necessária para muitas das reações químicas também apresenta a possibilidade de falhas localizadas no sistema, resultando em trauma contuso ou penetrante devido à explosão de componentes do sistema. [112]

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). [74] Assim como acontece com os produtos químicos, o sistema operacional foi projetado para conter com segurança esse perigo sem causar danos ao trabalhador. No entanto, em falhas do sistema, esta é uma ameaça potente para a saúde dos trabalhadores. As preocupações incluem lesões diretas devido a uma doença ou lesão causada pelo calor , bem como o potencial de queimaduras devastadoras caso o trabalhador entre em contato com reagentes/equipamentos superaquecidos. [74]

O ruído é outro perigo. As refinarias podem ser ambientes muito barulhentos, e já foram demonstrados estar associados à perda auditiva entre os trabalhadores. [113] O ambiente interior de uma refinaria de petróleo pode atingir níveis superiores a 90  dB . [114] [64] Nos Estados Unidos, uma média de 90 dB é o limite de exposição permitido (PEL) para um dia de trabalho de 8 horas. [115] Exposições de ruído com média superior a 85 dB em um período de 8 horas exigem um programa de conservação auditiva para avaliar regularmente a audição dos trabalhadores e promover sua proteção. [116]   Avaliação regular da capacidade auditiva dos trabalhadores e uso fiel de proteção auditiva devidamente verificadasão partes essenciais de tais programas. [117]

Embora não seja específico para a indústria, os trabalhadores da refinaria de petróleo também podem estar em risco de riscos, como acidentes relacionados a veículos , lesões associadas a máquinas, trabalho em espaço confinado, explosões/incêndios, riscos ergonômicos , distúrbios do sono relacionados ao trabalho por turnos e cai. [118]

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.

Elimination and substitution are unlikely in petroleum refineries, as many of the raw materials, waste products, and finished products are hazardous in one form or another (e.g. flammable, carcinogenic).[98][119]

Exemplos de controles de engenharia incluem um sistema de detecção/extinção de incêndio , sensores de pressão/químicos para detectar/prever perda de integridade estrutural, [120] e manutenção adequada da tubulação para evitar corrosão induzida por hidrocarbonetos (levando a falha estrutural). [81] [82] [121] [122] 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. [123] Compartimentaçãopode ajudar a evitar que um incêndio ou outra falha de sistema se espalhe para afetar 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. [120]

Os controles administrativos incluem planejamento cuidadoso e supervisão dos processos de limpeza, manutenção e recuperação da refinaria. Estes 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 aos que realizam a manutenção ou aos trabalhadores de outras áreas da planta. Devido à natureza altamente inflamável de muitos dos produtos químicos envolvidos, as áreas para fumantes são rigidamente controladas e cuidadosamente localizadas. [79]

O equipamento de proteção individual (EPI) pode ser necessário dependendo do produto químico específico que está sendo processado ou produzido. É necessário um cuidado especial durante a amostragem do produto parcialmente concluído, limpeza do tanque e outras tarefas de alto risco, conforme mencionado acima. Tais atividades podem exigir o uso de agasalhos impermeáveis , capuz de ácido , macacões descartáveis , etc. ou misturas) e calças e mangas compridas. [79]

Regulamentos

Estados Unidos

A saúde e a segurança dos trabalhadores nas 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). [124] [125] Além do monitoramento federal , a CalOSHA da Califórnia tem sido particularmente ativa 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 Perigos" (consulte acima da seção "Controles de perigos") para cada risco de segurança do processo. [126]As regulamentações de segurança resultaram em uma taxa de lesões abaixo da média para os trabalhadores da indústria de refino. Em um relatório de 2018 do Bureau of Labor Statistics dos EUA , eles indicam que os trabalhadores das refinarias de petróleo têm uma taxa significativamente menor de lesões ocupacionais (0,4 casos registráveis ​​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). [127]

Abaixo está uma lista dos regulamentos mais comuns referenciados em citações de segurança de refinaria de petróleo emitidas pela OSHA: [128]

Corrosão

Refinaria de Slovnaft em Bratislava
Refinaria de petróleo no Irã

A corrosão de componentes metálicos é um dos principais fatores de ineficiência no processo de refino. Por levar à falha do equipamento, é o principal fator para o cronograma de manutenção da refinaria. Os custos diretos relacionados à corrosão na indústria de petróleo dos EUA em 1996 foram estimados em US$ 3,7 bilhões. [122] [129]

A corrosão ocorre de várias formas no processo de refino, como corrosão por pites por gotículas de água, fragilização por hidrogênio e corrosão sob tensão por ataque de sulfeto. [130] 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, principalmente de impurezas de hidrocarbonetos em temperaturas abaixo de 205 °C, mas outros produtos químicos e ambientes corrosivos impedem seu uso em todos os lugares. Os materiais de substituição comuns são aços de baixa liga contendo cromo e molibdênio , com aços inoxidáveiscontendo mais cromo lidando com ambientes mais corrosivos. Os materiais mais caros comumente usados ​​são ligas de níquel , titânio e cobre . Estes são reservados principalmente para as áreas mais problemáticas onde estão presentes temperaturas extremamente altas e/ou produtos químicos muito corrosivos. [131]

A corrosão é combatida por um complexo sistema de monitoramento, reparos preventivos e uso cuidadoso dos materiais. Os métodos de monitoramento incluem verificações offline realizadas durante a manutenção e monitoramento online. As verificações off-line medem a corrosão após a 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 on-line geralmente teve taxas de relatório lentas no passado (minutos ou horas) e foi limitado pelas condições do processo e fontes de erro, mas as tecnologias mais recentes podem relatar taxas de até duas vezes por minuto com precisão muito maior (referido como monitoramento em tempo real) . Isso permite que os engenheiros de processo tratem a corrosão como outra variável de processo que pode ser otimizada no sistema. As respostas imediatas às alterações do processo permitem o controle dos mecanismos de corrosão, para que possam ser minimizados e, ao mesmo tempo, maximizar a produção. [121]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 mais duradouros, devem ser usados. Outros métodos de materiais vêm na forma de barreiras de proteção entre substâncias corrosivas e os metais do equipamento. Estes podem ser um revestimento de material refratário, como cimento Portland padrão ou outro cimento especial resistente a ácidos que é aplicado 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. [132]

Veja também

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