COMISSIÓ EUROPEA DIRECCIÓ GENERAL JRC

COMISSIÓ EUROPEA
DIRECCIÓ GENERAL JRC
CENTRE DE RECERCA CONJUNTA
Institut d’Estudis Tecnològics Prospectius (Sevilla)
Tecnologies per a un Desenvolupament Sostenible
Oficina Europea per a la Prevenció i Control
Integrats de la Contaminació (IPPC)
Prevenció i control integrats de la contaminació (IPPC)
Document de referència sobre les millors tècniques disponibles
per a les refineries de petroli i de gas
Desembre de 2001
Edifici Expo-WTC c/ Inca Garcilaso s/n, E-41092 Sevilla (Espanya)
Telèfon: línia directa (34-95) 4488-284. Fax: (34-95) 4488-426.
Correu electrònic: [email protected] Internet: http://eippcb.jrc.es
RESUM PRELIMINAR
Aquest document de referència sobre les millors tècniques disponibles per a les
refineries de petroli i de gas (d’ara endavant, BREF) reflecteix l’intercanvi d’informació
dut a terme conforme a l’article 16 (2) de la Directiva del Consell 96/61/EC. En aquest
resum preliminar –el qual s’ha d’analitzar tenint en compte les explicacions del prefaci
sobre objectius, ús i termes jurídics– es descriuen els principals resultats i conclusions
sobre les millors tècniques disponibles (d’ara endavant, MTD) i els nivells associats
d’emissions. Pot ser llegit i interpretat com si es tractés d’un document individual però,
com que és un resum, no presenta la complexitat del text íntegre del BREF. Per tant, no
es pretén que el substitueixi com a eina emprada en la presa de decisions relacionades
amb les MTD. Aquest intercanvi d’informació ha comptat amb la participació directa de
més de quaranta persones. Per regla general, les companyies petrolieres són empreses
internacionals, per la qual cosa també han intervingut en el procés persones de
nacionalitat no comunitària.
Àmbit d’aplicació
L’àmbit d’aplicació d’aquest BREF, específic per al sector de les refineries de petroli i de
gas, es basa en l’apartat 2.1 de l’annex I de la Directiva del Consell 96/61/EC, que porta
el mateix títol. Aquest document va dirigit al sector del refinament del petroli, així com a
les plantes de producció de gas natural, no incloent altres activitats connexes, com
l’exploració, producció, transport o comercialització dels productes. En canvi, el que sí
contempla són tots els tipus de refineries de petroli, amb independència de la seva
capacitat, així com totes les modalitats d’activitats de processos que solen trobar-s’hi.
Algunes de les activitats presents o potencialment presents a les refineries no s’hi
inclouen, perquè estan recollides en altres BREF (per exemple: les olefines lleugeres i
la producció de dissolvents, la generació d’electricitat amb gas natural, etc.) També hi
ha altres activitats que no es contemplen íntegrament en aquest document, ja que són
analitzades parcialment en altres BREF (per exemple: els sistemes de refrigeració,
l’emmagatzematge de productes, o el tractament de les aigües i dels gasos residuals).
Així doncs, en l’aplicació als permisos d’acord amb la directiva d’intervenció i control
integrat de la contaminació (IPPC) corresponents a un indret específic, s’hauran de tenir
en compte també altres BREF. Aquest document de referència no inclou la recuperació
dels sòls contaminats, ja que no es tracta de cap tècnica de prevenció o control de la
contaminació.
La indústria europea de refinació
La indústria de refinació de petroli i de gasos és una indústria d’importància i
estratègica. Solament les refineries de petroli subministren el 42% de les necessitats
energètiques de la UE i el 95% dels combustibles que requereix el transport. A la UE,
Suïssa i Noruega s’han identificat al voltant de 100 refineries de petroli, les quals,
globalment, processen aproximadament 700 milions de tones a l’any. Les instal·lacions
estan força repartides per tota la geografia europea i generalment se situen prop de la
costa. Segons les estimacions, el sector de la refineria de petroli compta amb
cinquanta-cinc mil empleats directes i uns trenta-cinc mil d’indirectes. S’han identificat
quatre plantes costaneres de gas natural.
Desembre de 2001
MA / EIPPCB / REF_BREF_DEFINITIU
Els processos de refineria i els aspectes mediambientals més importants
En el document s’ofereix una visió actualitzada de la situació tècnica i ambiental dels
dos sectors industrials. Conté una breu descripció tècnica de les activitats i principals
processos existents en els sectors, complementats per les emissions i consums reals
propis de les instal·lacions europees.
Les instal·lacions de refinació solen ser grans i acostumen a estar plenament
integrades. Les refineries són zones industrials on es manipulen enormes quantitats de
matèries primeres i productes, i també són consumidores intensives tant d’energia com
d’aigua. En els processos d’emmagatzematge i refinació, les refineries generen
emissions a l’atmosfera, a l’aigua i al sòl, fins al punt que la gestió mediambiental ha
esdevingut un factor cabdal. El tipus i la quantitat d’aquestes emissions al medi són ben
coneguts. Els òxids de carboni, de nitrogen i de sofre, les partícules (generades
principalment en els processos de combustió), i els compostos orgànics volàtils (COV’s)
són els principals contaminants de l’aire que generen tots dos sectors. En les refineries
es duu a terme un ús intensiu de l’aigua com a aigües de procés i com a aigües de
refrigeració, cosa que contamina l’aigua amb productes derivats del petroli. Els
principals contaminants de l’aigua són: hidrocarburs, sulfurs, amoníac i alguns metalls.
En el context de l’enorme volum de matèries primeres que processen, les refineries no
generen quantitats substancials de residus. En l’actualitat, els principals residus
generats per les refineries són: llots, residus no específics (domèstics, de demolicions,
etc.) i productes químics utilitzats (per exemple, àcids, amines i catalitzadors).
Les emissions a l’aire són els principals contaminants que generen les refineries de
petroli i, en un grau molt menor, les plantes de gas natural (per exemple, pel nombre de
punts d’emissions, per les tones emeses, pel nombre de MTD desenvolupades). Per
cada milió de tones de cru de petroli processat (les refineries europees processen entre
0,5 i més de 20 milions de tones de cru de petroli), les refineries emeten entre 20.000 i
820.000 tones de diòxid de carboni, entre 60 i 700 tones d’òxids de nitrogen, entre 10 i
3.000 tones de partícules, entre 30 i 6.000 tones d’òxids de sofre i entre 50 i 6.000
tones de compostos orgànics volàtils (COV’s). Per cada milió de tones de cru de petroli
refinat es generen de 0,1 a 5 milions de tones d’aigües residuals i de 10 a 2.000 tones
de residus sòlids. Aquestes grans diferències en les emissions de les refineries
europees poden justificar-se en les diferències existents en la integració i tipus de
refineries (per exemple, si es comparen simples amb complexes). Malgrat tot, les
diferències més importants estan relacionades amb els diferents sistemes legislatius de
protecció del medi ambient vigents a Europa. En les plantes de gas natural, les
principals emissions a l’aire existents són: CO2, NOx, SOx i COV’s. L’aigua i els residus
solen ser menys importants que en el cas de les refineries de petroli.
Desembre de 2001
MA / EIPPCB / REF_BREF_DEFINITIU
Atès l’avenç realitzat per les refineries en la reducció de les emissions de sofre a l’aire,
els esforços s’han començat a desplaçar cap als COV’s (incloent-hi els olors), les
partícules (grandària i composició) i els NOx; tal com ha succeït en el debat
mediambiental en termes generals. Quan el debat sobre les emissions de diòxid de
carboni agafi força, aquest fet també afectarà les refineries de manera important. Les
tècniques de tractament de les aigües residuals de les refineries són tècniques
avançades, i ara l’èmfasi recau en la prevenció i minimització d’abocaments. La
reducció de l’ús de l’aigua i/o la concentració de contaminants a l’aigua pot tenir
conseqüències en la reducció de les emissions finals de contaminants.
Tècniques que cal considerar en la determinació de les MTD
En la determinació de les MTD s’han tingut en compte al voltant de sis-centes tècniques
diferents, les quals han estat analitzades a fons. L’anàlisi de cada tècnica inclou una
breu descripció, els beneficis ambientals, els efectes col·laterals per al medi, les dades
operacionals, l’aplicabilitat i els aspectes econòmics. En alguns casos, s’ha tingut en
compte la força motriu per a la seva aplicació, i s’hi han inclòs al·lusions al nombre
d’instal·lacions que apliquen aquesta tècnica. La descripció de les tècniques conclou
amb la bibliografia de referència que avala les dades del capítol 4. Aquestes tècniques
han estat exposades en 25 apartats, segons figura a la taula següent.
Tècniques aplicades a
producció
Capítol Activitat/Procés
i
gasos i
Aigües
residus
prevenció
gas
Residual
sòlids
apartat
residual
s
2
Alquilació
3
0
0
0
3
Producció de petroli base
14
4
2
1
4
Producció d’asfalt
2
5
1
2
5
Craqueig catalític
17
13
2
5
6
Reformació catalítica
3
3
0
0
7
Processos de coquització
9
19
8
3
8
Refrigeració
3
9
Dessalinització
13
0
4
1
10
Sistema energètic
56
22
2
0
11
Eterificació
1
0
1
1
12
Processos de separació
3
2
0
0
de gasos
13
Processos consumidors
8
0
0
2
d’hidrogen
14
Producció d’hidrogen
6
0
0
0
15
Gestió integrada de les
33
0
24
6
refineries
16
Isomerització
3
0
0
0
17
Plantes de gas natural
0
12
5
3
Desembre de 2001
TOTAL
3
21
10
37
6
39
3
18
80
3
5
10
6
63
3
20
MA / EIPPCB / REF_BREF_DEFINITIU
18
19
20
21
22
23
24
25
Polimerització
Unitats de destil·lació
primària
Tractaments de
productes
Emmagatzematge i
manipulació de materials
de refineria
Reducció de viscositat
Tractaments de gasos
residuals
Tractaments d’aigües
residuals
Gestió de residus
TOTAL
1
3
0
2
0
3
2
3
3
11
5
2
4
0
11
21
19
2
12
54
3
-
1
76
1
-
1
1
6
77
-
-
41
-
41
207
180
100
58
101
58
588
Tal com es pot observar a la taula anterior, el 35% de les tècniques incloses en el
capítol 4 són tècniques especialitzades en la producció i la prevenció de la
contaminació, el 31% són tècniques per a reduir la contaminació de l’aire i un 17%
correspon a aquelles destinades a reduir la contaminació de l’aigua i a la reducció de
residus o per a prevenir la contaminació del sòl. Aquestes xifres reflecteixen un cop més
el fet que les emissions a l’aire són la qüestió mediambiental més important que cal
tenir en compte en el sector de les refineries.
Millors tècniques disponibles per a les refineries de petroli i de gas
En conjunt, les conclusions sobre les millors tècniques disponibles per a ambdós
sectors es consideren la part més important d’aquest document i es detallen en el
capítol 5. Sempre que ha estat possible, s’hi han inclòs els valors d’emissions associats,
així com de consum i eficiència. De nou, aquest capítol de les MTD fa palès que les
emissions a l’aire són l’aspecte ambiental més important en el cas de les refineries. Al
capítol 5 s’han registrat més de dues-centes MTD que fan referència a totes les
qüestions ambientals que es plantegen a les refineries. A causa de la complexitat del
sector, les diferents matèries primeres emprades, el nombre elevat d’aspectes que
interactuen en el medi i per raó de les diferents percepcions ambientals, no ha estat
fàcil definir una estructura per al capítol 5. Per posar un exemple, aquest capítol no
dóna prioritat als objectius ambientals ni a etapes necessàries per assolir-los a causa
de les opinions divergents que imperen dins del TWG (grup de treball tècnic) i les
diferents possibilitats específiques de cada indret per assolir el mateix objectiu
ambiental.
Aquest apartat del resum preliminar posa en relleu les qüestions mediambientals més
significatives, juntament amb els punts clau que es relacionen al capítol 5. Durant el
debat sobre l’intercanvi d’informació dut a terme pel TWG es van plantejar i discutir
molts temes. En aquest resum només se n’exposen uns quants.
Desembre de 2001
MA / EIPPCB / REF_BREF_DEFINITIU
Comparació entre l’enfocament unitari i l’enfocament genèric de les MTD
La qüestió més controvertida que s’ha suscitat durant la preparació del BREF, atesa la
seva importància en la majoria de les conclusions sobre les MTD del capítol 5, ha estat
el tema de la integració de processos dins la refineria d’una manera global, partint d’un
plantejament de “bombolla” (procés únic genèric integrat per moltes operacions), en
oposició amb un plantejament multimèdia integrat per unitats de procés individual, és a
dir, d’enfocament unitari. Se n’ha extret una conclusió important i és que tots dos
mètodes hauran de ser respectats, ja que cadascun d’ells té els seus propis avantatges
en el procediment d’atorgament de permisos, i poden complementar-se entre si en
comptes de ser considerats rivals. Així doncs, el capítol 5 ha estat dividit en dos
apartats (MTD genèriques i MTD de processos), de manera que les MTD corresponents
a qualsevol refineria concreta són la combinació dels elements no específics per unitats,
és a dir, aquells que són aplicables a les refineries de manera global (MTD genèriques)
i les MTD específiques per unitats, aplicables a cada cas concret.
Aplicació dels permisos IPPC basats en les MTD
Ja que és improbable que a Europa es construeixin refineries totalment noves,
l’aplicació del concepte de MTD té més rellevància en l’autorització de noves unitats de
procés a les refineries existents o l’actualització i renovació de permisos pel que fa a les
instal·lacions existents. L‘aplicació d’alguns conceptes o tècniques relacionats amb les
MTD en aquestes refineries ja existents pot resultar molt difícil i aquesta dificultat té
relació amb la natura complexa, la diversitat, l’alt grau d’integració de processos o la
complexitat tècnica del sector de les refineries.
Els valors d’emissions o de consum “associats amb les millors tècniques disponibles” es
presenten, quan es considerin apropiats, en el capítol de les MTD. Els BREF no fixen
unes normes legalment vinculants, sinó que tenen per objectiu facilitar la informació
necessària per assessorar al sector, als estats membres i al públic pel que fa als valors
d’emissions i de consum assolibles quan s’utilitzin unes tècniques concretes. Aquests
nivells no són ni s’han de prendre com els valors límit d’emissió ni de consums. Així
doncs, per a poder determinar els valors límit escaients per a qualsevol cas específic,
s’haurà de tenir en compte els objectius de la Directiva d’IPPC i les consideracions
locals.
S’ha reconegut el fet que l’aplicació de les MTD a cada refineria és un procés que cal
abordar de manera individualitzada i que hi ha múltiples solucions tècniques que s’hi
poden aplicar. Per aquest motiu al capítol dedicat a les MTD es presenten les tècniques
de prevenció o control com a un conjunt de possibilitats.
D’entre la infinitat de qüestions ambientals plantejades al BREF, les cinc que s’exposen
tot seguit són probablement les més importants:
• augment de l’eficiència energètica
• reducció de les emissions d’òxids de nitrogen
• reducció de les emissions d’òxids de sofre
• reducció de les emissions de compostos orgànics volàtils (COV’s)
• reducció de la contaminació de l’aigua
Desembre de 2001
MA / EIPPCB / REF_BREF_DEFINITIU
Les MTD per a l’augment de l’eficiència energètica de les refineries
Durant l’intercanvi d’informació dut a terme es va reconèixer que una de les MTD
cabdals per al sector és l’increment de l’eficiència energètica, que comporta com a
principal benefici la reducció de les emissions de tots els contaminants a l’aire. S’han
identificat les tècniques per augmentar l’eficiència energètica al si de les refineries (~32)
i s’han subministrat dades, però no ha estat possible quantificar, amb cap dels mètodes
disponibles, què és una refineria eficient energèticament. Només s’han inclòs algunes
xifres registrades sobre l’índex Solomon pel que fa a deu refineries europees. En el
capítol que tracta de les MTD es reconeix que tot increment de l’eficiència energètica
haurà de ser escomès des de dos fronts: l’augment de l’eficiència energètica dels
diversos processos/activitats i la intensificació de la integració energètica arreu de la
refineria.
Les MTD per a la reducció de les emissions d’òxids de nitrogen
Les emissions d’NOx procedents de les refineries també van ser identificades com una
qüestió que calia analitzar des de dues perspectives diferents: la de la refineria, en
conjunt, i la dels processos/activitats específics, sobretot el sistema energètic (forns,
calderes i turbines de gas) i els regeneradors catalítics de cracking, ja que és aquí on es
generen principalment. El TWG ha intentat arribar a un consens emprant tant el
concepte de “bombolla” com l’anàlisi detallada dels processos individuals que generen
emissions d’NOx. El TWG no ha estat capaç d’identificar un únic rang d’emissions
associades a l’aplicació de les MTD que recull el concepte de “bombolla”. El TWG va
facilitar cinc rangs o valors diferents quant al plantejament de “bombolla” de
concentració (tres basats en supòsits diferents en el moment d’aplicar les MTD) i dos
pel que fa al plantejament de “bombolla” de càrrega (un basat en la hipòtesi
d’implementació de les MTD). Les MTD relatives a la reducció d’emissions d’NOx (~17)
contenen característicament valors d’emissions associats.
Les MTD per a la reducció de les emissions d’òxids de sofre
La tercera àrea identificada com a punt per examinar des d’aquestes dues perspectives
és la de les emissions d’SOx generades típicament en el sistema energètic (a partir de
combustibles que contenen compostos de sofre), regeneradors de craqueig catalític,
producció d’asfalt, processos de coquificació, tractament d’amines, unitats de
recuperació de sofre i torxes. En aquest cas es planteja una dificultat addicional, que és
la presència de sofre en els productes fabricats a la refineria. Així doncs, s’ha inclòs la
tècnica del balanç de sofre com a part integrant del sistema de gestió ambiental. Com a
conseqüència de tot això, el TWG va intentar assolir el consens mitjançant l’ús del
concepte de “bombolla” i l’anàlisi dels processos individuals que generen emissions
d’SOx. El TWG no va ser capaç d’identificar un únic rang d’emissions associades a
l’aplicació de les MTD a l’empara del concepte de “bombolla”. El TWG va facilitar cinc
rangs o valors diferents quant a l’enfocament del “bombolla” de concentració (dos
basats en supòsits diferents en el moment d’aplicar les MTD) i dos relatius al
plantejament de “bombolla” de càrrega (un basat en la hipòtesi d’implementació de les
MTD). Les MTD relatives a les emissions d’SOx (~38) contenen característicament
valors d’emissions associats.
Desembre de 2001
MA / EIPPCB / REF_BREF_DEFINITIU
Les MTD per a la reducció de les emissions de compostos orgànics volàtils (COV’s)
Les emissions de COV’s procedents de les refineries van ser més aviat identificades
d’una manera global que no pas en l’àmbit dels processos/activitats, ja que les
emissions de COV’s del sector procedeixen principalment d’emissions fugitives. Malgrat
tot, aquests processos/activitats dotats d’un alt potencial d’emissions de COV’s
s’identifiquen en les MTD concretes dels processos/activitats. Per raó d’aquesta
dificultat en la identificació dels punts d’emissió, el TWG va concloure que una MTD
important és la quantificació de les emissions de COV’s. Al capítol 5 es fa esment d’un
possible mètode, a tall d’exemple. En aquest cas, també es reconeix la summa
importància de l’aplicació d’un programa de detecció i reparació de fuites (LDAR) o
equivalent. El TWG fou incapaç d’identificar un rang d’emissions associats a l’aplicació
de les MTD, principalment per manca d’informació. S’han identificat moltes (~19) MTD
relatives a les emissions de COV’s.
Les MTD per a la reducció de la contaminació de l’aigua
Tal com s’esmenta repetidament en el document, les emissions a l’aire són una de les
qüestions mediambientals més importants que es plantegen en l’àmbit d’una refineria.
No obstant això, el fet que les refineries siguin grans consumidores d’aigua, fa que
també generin grans quantitats d’aigües residuals. Les (~37) MTD relacionades amb
l’aigua se situen en dos nivells diferents, un dels quals tracta de la gestió de l’aigua i de
la gestió de les aigües residuals a la refineria de manera global i l’altre s’ocupa de les
accions concretes escomeses per reduir la contaminació o el consum d’aigua. En
aquest cas, les fites per a l’ús d’aigua fresca i el volum d’efluents del procés s’inclouen
al capítol 5, juntament amb els paràmetres hídrics per a l’efluent del tractament de les
aigües residuals. El capítol 5 conté moltes (~21) MTD relacionades amb la possibilitat
de reciclar les aigües residuals d’un procés a un altre.
Tècniques emergents
En aquest curt capítol s’inclouen les tècniques que encara no han estat aplicades de
forma comercial i que a hores d’ara es troben en fase de recerca o desenvolupament.
Malgrat tot, han estat incloses aquí amb motiu de les implicacions que podrien tenir en
el sector de les refineries, per tal de tenir-les en compte durant qualsevol revisió futura
del document.
Conclusions
La situació ambiental de les refineries europees varia àmpliament arreu de la Comunitat
Europea, de manera que el punt de partida en cada cas és molt diferent. Les diferents
percepcions i prioritats mediambientals també són evidents.
Nivell de consens
El sector de les refineries és gran i complex, i es troba difós arreu dels Estats Membres,
llevat de Luxemburg. Aquesta magnitud i complexitat es reflecteix en el nombre de
processos / activitats que s’examinen al BREF i en el nombre (≥ 200) de MTD que
conté. El fet que no hi hagi acord en només 27 de les més de 200 MTD és un indici de
l’ampli compromís dels membres del TWG quant a les conclusions assolides. Aquests
27 punts de vista controvertits poden ser resumits i classificats de les tres maneres
següents:
Desembre de 2001
MA / EIPPCB / REF_BREF_DEFINITIU
a)
• Un d’ells fa referència a la introducció general al capítol 5.
• N’hi ha onze que fan al·lusió a les MTD genèriques.
• Quinze tenen relació amb les MTD específiques.
b)
• Dinou es refereixen a les xifres dels rangs facilitats al capítol 5. Representen dos
punts de vista diferents: el primer, que les tècniques de control són gairebé sempre
aplicables en tots els casos i el segon, que les tècniques de control són de difícil
aplicació a tots els casos.
• Quatre fan referència a l’estructura de les parts del capítol 5 que afecten les
emissions d’SOx i d’NOx i estan impulsades per l’enfocament del concepte de
“bombolla”.
• Dos estan relacionats amb la taula d’emissions a l’aigua: una a la mitjana de temps
que figura a la columna de concentració i l’altra a la manera d’expressar el contingut
en metalls a la taula.
• Una té com a objectiu la introducció al capítol 5 i fa al·lusió a la manera de
seleccionar el valor superior dels rangs al capítol 5.
• Només un punt de vista controvertit es refereix fonamentalment a una tècnica: la
producció de petroli base.
c)
•
•
•
•
Nou es refereixen a la taula d’emissions d’aigua.
Vuit fan referència a les emissions d’SOx.
Vuit fan referència a les emissions d’NOx.
Dues afecten les emissions de partícules.
Recomanacions per a futurs treballs
Per preparar les futures revisions del BREF, tots els membres del TWG, així com les
parts interessades, hauran de continuar recaptant dades sobre els nivells d’emissions i
de consum actuals, i també sobre el rendiment de les tècniques que caldrà tenir en
compte en la determinació de les MTD. Per a la revisió en qüestió, és igualment
important recollir més dades sobre els nivells d’emissions i de consum assolibles i sobre
els aspectes econòmics de tots els processos de producció objecte d’anàlisi. De la
mateixa manera, cal continuar recollint informació sobre l’eficiència energètica. A part
d’aquestes àrees generals, és necessari ampliar la informació sobre algunes de les
tècniques del capítol 4, a efectes d’integritat. Altres dades complementàries que
manquen al document són les característiques de les partícules, el soroll i l’olor. Es
reconeix així mateix que altres organitzacions, com és el cas dels proveïdors de
tecnologia, poden potenciar el subministrament i validació de les dades en el si del
document.
Desembre de 2001
MA / EIPPCB / REF_BREF_DEFINITIU
Recomanacions per a futurs treballs de recerca i desenvolupament
El paràgraf anterior subratlla moltes àrees d’atenció per a futurs treballs, gran part dels
quals tenen a veure amb l’obtenció d’informació que s’utilitzarà en la revisió d’aquest
BREF. Les propostes per a futurs treballs de recerca i desenvolupament se centren en
les tècniques que apareixen identificades en aquest BREF, però que resulten massa
cares o encara no poden ser emprades en el sector.
Desembre de 2001
MA / EIPPCB / REF_BREF_DEFINITIU