A indústria do gás de xisto tem tentado aumentar a demanda por combustíveis fósseis provenientes de seus poços de petróleo e gás fraturados, promovendo a construção de um novo corredor petroquímico no Cinturão da Ferrugem dos Estados Unidos e expandindo o corredor na Costa do Golfo. Para ajudar a desmistificar termos como "líquidos de gás natural" e "plantas de craqueamento", a DeSmog começou a elaborar um guia sobre alguns dos equipamentos e termos usados nas indústrias de plásticos e petroquímica.
Este guia, que será ampliado com o tempo, pretende servir como uma espécie de glossário informal e uma introdução ao que acontece aos combustíveis fósseis que são transformados em produtos químicos, plásticos, vinil, isopor e uma variedade de outros materiais.
Produção petroquímica e o clima
Este guia de campo faz parte de Fracking para PlásticosUma investigação da DeSmog sobre a proposta de expansão petroquímica no Cinturão da Ferrugem e os principais intervenientes envolvidos, juntamente com as implicações ambientais, de saúde e socioeconómicas.
Esses combustíveis fósseis têm um impacto significativo no aquecimento global. Os vazamentos de metano associados à indústria de perfuração e distribuição de gás natural são tão pronunciados que muitos especialistas afirmam que queimar gás natural para gerar eletricidade é pior para o clima do que queimar carvão.
Embora os hidrocarbonetos usados como matéria-prima para produtos petroquímicos não sejam queimados (e, portanto, não liberem dióxido de carbono na atmosfera), essa infraestrutura com vazamentos ainda resulta em poluição por metano. O metano, por sua vez, é um potente gás de efeito estufa, capaz de aquecer o clima 86 vezes mais do que uma quantidade equivalente de dióxido de carbono nas duas primeiras décadas após ser liberado na atmosfera.
A produção de produtos petroquímicos também exige uma enorme quantidade de energia — algumas das maiores plantas petroquímicas, como as unidades de craqueamento, podem ter suas próprias usinas de energia no local — e essa energia provém da queima de combustíveis fósseis.
Executivos de grandes empresas de petróleo e gás, preocupados com os impactos que os controles da poluição por dióxido de carbono possam ter em suas perspectivas de longo prazo, disseram a investidores que veem o setor petroquímico como o segmento onde a demanda por combustíveis fósseis continuará a crescer, mesmo que o mundo tome medidas sérias contra as mudanças climáticas.
A NATURAIS GAS LÍQUIDOS (NGLs)
“ GÁS ÚMIDO ” DO POÇO : Petróleo e gás não são as únicas coisas que saem de um poço de petróleo e gás. Há também, por exemplo, águas residuais e líquidos de gás natural, ou combustíveis fósseis “úmidos”, um conjunto de moléculas de hidrocarbonetos que sobem à superfície junto com petróleo, água e metano, o principal componente do gás natural usado para aquecer residências e gerar eletricidade. Esses hidrocarbonetos “úmidos” podem representar uma proporção surpreendentemente alta da produção de um poço de gás de xisto. Para cada 1,000 pés cúbicos de metano, alguns poços de gás úmido da Formação Marcellus podem produzir até aproximadamente 9 galões de líquidos de gás natural, de acordo com dados divulgados pelo American Oil and Gas Reporter em 2011.
Fonte: O Administração de Informação Energética
Etano: O etano geralmente representa a maior fração de GNL ( Gás Natural Liquefeito) proveniente de um poço de gás de xisto. À temperatura e pressão ambientes, o etano é um gás incolor e inodoro. Devido aos seus dois átomos de carbono, o etano é às vezes referido pela indústria como C2.
O etano "contribui para as mudanças climáticas de três maneiras", relatou a DeSmog em 2016, após pesquisadores descobrirem que a poluição por etano proveniente do campo petrolífero de xisto de Bakken era tão severa que havia elevado os níveis de etano na atmosfera em todo o mundo: "como um gás de efeito estufa (embora tenha uma vida útil extremamente curta na atmosfera, de modo que esses efeitos sejam relativamente passageiros), prolongando a vida útil do potente gás de efeito estufa metano (porque consome compostos que ajudam a decompor o metano) e porque ajuda a formar o smog, que os pesquisadores descreveram como 'o terceiro maior contribuinte para o aquecimento global causado pelo homem, depois do dióxido de carbono e do metano'".
Algumas empresas de perfuração deixam o etano misturado ao metano que vendem como gás natural — mas os compradores de gás natural e as empresas de gasodutos geralmente estabelecem limites para a quantidade de etano que pode permanecer na mistura. Uma vez construída a infraestrutura adequada, a indústria petroquímica pode utilizar o etano para produzir etileno (veja abaixo).
Propano: Familiar para muitos por causa das churrasqueiras de quintal , o propano é o segundo GNL (Gás Natural Liquefeito) mais comum . Ele tem sido comercializado como um combustível "verde" porque produz menos carbono do que a gasolina ou o diesel quando queimado como combustível para carros e caminhões. Em 2016, a empresa de pesquisa de mercado IHS constatou que a perfuração de xisto estava fazendo com que as exportações de propano dos EUA atingissem níveis recordes. Aproximadamente 6 milhões de residências nos EUA dependiam do propano para aquecimento naquele mesmo ano, de acordo com o MarketWatch, e o combustível também é amplamente utilizado na indústria agrícola.
A indústria petroquímica pode transformar o propano em propileno (que pode então se tornar o plástico polipropileno), bem como em etileno e outros componentes básicos da indústria petroquímica. O propano possui três átomos de carbono por molécula, por isso às vezes é chamado de C3.
Butano: Outro gás incolor, inodoro e inflamável, o butano é o combustível usado em isqueiros e alguns fogareiros de acampamento. O butano queima em alta temperatura, mas também pode ser resfriado e usado como refrigerante , pois permanece em estado líquido até temperaturas de -220 graus Fahrenheit (aproximadamente -104 graus Celsius). Ele também é frequentemente misturado à gasolina para carros e caminhões. A indústria petroquímica pode transformar o butano em etileno, além de ácido acético e componentes básicos para resinas.
Gasolina Natural/Pentanos Plus: Hidrocarbonetos com cinco ou mais átomos de carbono por molécula ( C5 +) são frequentemente chamados de gasolina natural na indústria petrolífera. Essa mistura de GNL (Gás Natural Liquefeito) tende a atingir seu ponto de ebulição em ou próximo à mesma faixa de temperaturas e pressões da gasolina e é frequentemente misturada a combustíveis veiculares ou usada no processamento de areias betuminosas. O pentano, ou C5 , também é usado na fabricação de isopor.
Os Elementos Básicos
Esses materiais, às vezes chamados de olefinas, estão a meio caminho de se tornarem bens de consumo como plásticos ou produtos químicos. Eles são frequentemente produzidos por meio do "craqueamento" de GNL (veja "craqueadores" abaixo). Embora muitos consumidores nunca tenham ouvido falar deles, são os ingredientes que formam muitos dos produtos plásticos e petroquímicos que acabam nas prateleiras das lojas.
Crédito: Poluição Plástica: Como os Humanos Estão Transformando o Mundo em Plástico, uma colaboração em vídeo com UN Meio Ambiente e sua Campanha Mares Limpos, por Kerzegesagt, via YouTube
Etileno: O etileno é muito valorizado pela indústria petroquímica, pois pode ser transformado em polietileno, isopor, PVC , solventes, ingredientes usados em xampus e produtos de beleza, além de uma enorme variedade de outros produtos. Mais de 60% do etileno produzido mundialmente acaba se transformando em polietileno — e a maior parte do polietileno, por sua vez, é usada na fabricação de embalagens, segundo o Conselho Americano de Química. As embalagens plásticas têm sido alvo de críticas por parte de ambientalistas, que argumentam que não faz sentido usar um material tão durável em um produto projetado para ser descartado quase imediatamente. A revista Scientific American relata que plásticos descartáveis e embalagens plásticas podem permanecer no meio ambiente por mais de 500 anos, causando danos à vida selvagem, contaminando frutos do mar consumidos por humanos e poluindo os oceanos.
Propileno: Na indústria petroquímica, o propileno pode ser usado como combustível — uma vantagem, pois queima a uma temperatura mais alta que o propano — ou como matéria-prima. Quase dois terços do propileno mundial são transformados no plástico polipropileno, segundo dados de 2007. O terço restante pode ser utilizado na fabricação de fibras acrílicas (às vezes chamadas de "lã artificial" e usadas para fazer meias, tapetes e outros produtos), borracha sintética, plásticos ABS (os plásticos usados na fabricação de blocos de Lego ) ou espuma flexível encontrada em móveis e automóveis.
Metanol: Embora o metanol seja frequentemente produzido a partir da madeira, sendo também conhecido como "álcool de madeira" ou "espírito de madeira", ele também pode ser produzido a partir do gás de xisto. Uma empresa, a US Methanol, está atualmente desmontando fábricas de metanol no Brasil e na Eslovênia e transferindo-as para a Virgínia Ocidental, onde serão utilizadas para a produção de metanol a partir do gás de xisto. O metanol é usado na produção de formaldeído e ácido acético, que, por sua vez, podem ser utilizados na fabricação de tintas, adesivos, resinas e isolantes.
Separando NGLs
Separadores e Tanques de Condensado: Uma mistura de petróleo bruto, gás natural, GNL ( Gás Natural Liquefeito ) e águas residuais sobe à superfície quando um poço de petróleo e gás entra em produção. Na plataforma do poço, ou em estações de processamento conectadas a um conjunto de cabeças de poço, gases e líquidos podem ser separados. Dentro dos separadores, gases como o metano sobem à superfície enquanto os fluidos se acumulam abaixo e são armazenados em tanques. Tanques próximos a um poço de gás podem conter águas residuais (às vezes chamadas de salmoura) ou GNL em forma líquida.
Este vídeo FLIR de 2016 , produzido pelo grupo ambientalista Earthworks, mostra as emissões dos tanques de condensado de um poço de gás no condado de Payne, Oklahoma.
Crédito: Terraplenagem, 2016, através do YouTube
Planta de Processamento: As plantas de processamento podem separar os diversos hidrocarbonetos de poços de petróleo e gás de forma mais completa do que em uma plataforma de perfuração. A mistura de fluidos e gases viaja por linhas de coleta, que são dutos menos regulamentados e geralmente de menor diâmetro, da cabeça do poço até uma planta de processamento centralizada. Em uma planta de processamento, o vapor de água pode ser removido por meio de um processo chamado desidratação com glicol, que utiliza um dessecante para absorver o vapor de água. Os GNLs ( Gás Natural Liquefeito) podem ser separados em plantas de processamento usando um processo similar ou aproveitando o fato de que cada hidrocarboneto possui diferentes pontos de ebulição e congelamento, de modo que os fluxos de gás podem ser resfriados, aquecidos ou submetidos a diferentes pressões para isolar os GNLs . Nos estados do Cinturão da Ferrugem (Rust Belt) da Pensilvânia, Virgínia Ocidental e Ohio, a Administração de Informação de Energia dos EUA ( EIA ) estima que a capacidade de processamento de gás cresceu quase 10 vezes de 2010 a 2016, quando atingiu 10 bilhões de pés cúbicos por dia.
Planta Criogênica: A separação criogênica é um método de processamento de gás que aproveita o fato de o metano permanecer gasoso em temperaturas muito baixas. Assim, os separadores criogênicos resfriam os gases combinados e os enviam através de um tubo de pequeno diâmetro para uma câmara de expansão. Lá, o metano continua fluindo como gás, mas a maior parte dos GNL (Gás Natural Liquefeito) se condensa em formas líquidas e se deposita no fundo da câmara de expansão.
Fracionamento: As unidades de fracionamento finalizam a separação dos GNLs (Gás Natural Liquefeito) e geralmente consistem em desetanizadores, despropanizadores, desbutanizadores e desisobutanizadores. À medida que o fluxo de gás passa pelas torres, onde encontra diferentes pressões e temperaturas, um único tipo de GNL é extraído da mistura. Este vídeo da Shell Oil da década de 1950 utiliza uma combinação de animação e filmagens reais para explicar aos espectadores a ciência por trás do processo de separação de diferentes tipos de hidrocarbonetos.
Crédito: Como funciona uma refinaria de petróleo - Filme histórico da Shell Oil, por PeriscopeFilm. via youtube.
Na região do Cinturão da Ferrugem, a capacidade fracionada deverá atingir 1.1 milhão de barris (bbl) por dia em 2019, um aumento em relação aos 41,000 bbl/dia, de acordo com a EIA.
Envios
Gasodutos de GNL : O desenvolvimento de uma indústria dependente de GNL exige a construção de uma extensa rede de gasodutos, incluindo as linhas de coleta que conectam os poços às plantas de processamento (como o gasoduto Revolution, que explodiu em setembro de 2018, sete dias após entrar em operação) e os gasodutos para transportar GNLs específicos até os compradores, como o projeto do gasoduto Mariner East (marcado por problemas de construção) e o gasoduto Falcon, proposto pela Shell , que abastecerá sua planta de craqueamento de etano de US$ 6 bilhões no Condado de Potter, Pensilvânia. Os gasodutos de GNL também podem transportar etileno, propileno e cloro. O Conselho Americano de Química estima que serão necessários aproximadamente 500 quilômetros de novos gasodutos de GNL , atravessando a Pensilvânia até o Kentucky, para sustentar um novo corredor petroquímico no Cinturão da Ferrugem.
Estação de Compressão: Em estações de compressão de gasodutos, condensado e águas residuais podem se acumular à medida que o gás é comprimido para impulsioná-lo por longas distâncias. Essas pressões mais altas podem causar a separação de líquidos. Você pode ver tanques de condensado nessas estações de compressão.
Terminal de Exportação de GNL : Quando o etano e o propano brutos são exportados para processamento no exterior, terminais de embarque especializados são necessários para carregar os GNL liquefeitos para transporte marítimo. O terminal de Marcus Hook, no condado de Chester, Pensilvânia, nos arredores da Filadélfia, conecta-se ao gasoduto Mariner East 1, e a Energy Transfer está trabalhando na conexão de dois sistemas de gasodutos de maior diâmetro, o Mariner East 2 e o Mariner East 2X, também ao terminal de exportação.
Barcos: As unidades de craqueamento, que são enormes complexos petroquímicos, são frequentemente construídas às margens de rios, não apenas porque os produtos acabados, como minúsculas esferas de plástico, podem ser transportados por barcaças, mas também porque as próprias unidades muitas vezes exigem equipamentos grandes demais para serem transportados por rodovia ou ferrovia. Por exemplo, o desetanizador e o separador de C2 da unidade de craqueamento de etano da Shell em Potter Township eram ambos gigantescos, com 200 metros e 187 metros de altura, respectivamente, e pesando centenas de toneladas cada. Eles chegaram à unidade de craqueamento por barcaça no rio Ohio, pois teria sido quase impossível transportá-los por estrada. Quando as empresas procuram locais para construir unidades de craqueamento, muitas vezes precisam buscar terrenos às margens de rios por esse motivo.
O Posto de Gasolina
Local de Armazenamento de GNL : Um dos maiores desafios logísticos enfrentados pela indústria de gás natural é o fato de seu produto ser, como o próprio nome indica, um gás. Gases são difíceis de armazenar e a oferta precisa corresponder à demanda, caso contrário, os preços podem se tornar instáveis. Com líquidos de gás natural (LGN), o armazenamento pode ser mais fácil — mas, para acomodar os volumes de LGN provenientes da Formação Marcellus, a indústria ainda precisa encontrar enormes formações subterrâneas de sal onde as empresas possam armazenar LGN em condições que os mantenham líquidos. Uma vez construídos, esses locais de armazenamento de LGN podem servir como "postos de gasolina" para as unidades de craqueamento de etano — as gigantescas plantas no coração da indústria petroquímica. Um único local de armazenamento de LGN pode abastecer várias unidades de craqueamento. Um desses locais, o complexo de armazenamento de LGN Mountaineer , está planejado para o Condado de Monroe, Ohio. A DeSmog já relatou anteriormente como os órgãos reguladores estaduais de Ohio, que nunca haviam se deparado com a necessidade de licenciar um local como o Mountaineer, foram pegos desprevenidos no que os representantes do Mountaineer chamaram de "um cenário relativamente indefinido" para a regulamentação.
O projeto Mountaineer, cujo custo estimado é de US$ 500 milhões, não é o único local de armazenamento de GNL ( Gás Natural Liquefeito) que especialistas preveem que será planejado na região. Em junho, um “banqueiro de investimentos/especialista em mercado de capitais que pediu anonimato” disse à Kallanish Energy, uma publicação especializada, que esperava que US$ 10 bilhões em financiamento para novos locais de armazenamento de GNL estivessem disponíveis. Um investimento de US$ 10 bilhões se traduziria em locais de armazenamento com capacidade para armazenar de 75 milhões a 100 milhões de barris de etano, etileno, propano e propileno, de acordo com o Conselho Americano de Química.
Transformando matérias-primas
Unidades de Craqueamento de Etileno/Etano: As unidades de craqueamento são enormes complexos petroquímicos que desempenham um papel fundamental na produção de plásticos e são consideradas o coração da indústria petroquímica. Dentro das unidades de craqueamento de etileno (usadas para produzir etileno), moléculas de hidrocarbonetos como etano ou nafta são aquecidas a temperaturas que podem atingir 1,580 graus Celsius — tão quentes quanto lava vulcânica em movimento — ou até mais. Nessas temperaturas, as ligações moleculares se rompem e formam-se etileno, propileno e outros subprodutos. Estes são rapidamente encaminhados para sistemas de resfriamento rápido para interromper o processo de craqueamento e evitar a formação de outras substâncias indesejadas. Diversos contaminantes, como alcatrão e coque, devem ser removidos, e o propileno, o etileno e outros componentes petroquímicos são separados.
A partir daí , o etileno pode ser purificado, removendo enxofre, amônia e outras impurezas, e então exposto a um catalisador, provocando uma reação química que cria o polietileno. Esse polietileno pode então ser moldado em minúsculos grânulos de plástico chamados grânulos (a matéria-prima para a produção de muitos produtos plásticos) e transportado para os compradores por caminhão, trem ou balsa.
Frequentemente, o processamento, o fracionamento e a catalisação são realizados no próprio local das unidades de craqueamento de etano. Por exemplo, a unidade de craqueamento de etano da Shell, em construção na Pensilvânia, foi projetada para receber gás natural bruto e transformá-lo em polietileno, tudo no mesmo local.
Historicamente, muitas unidades de craqueamento utilizavam nafta, derivada do petróleo bruto, em vez de etano. No entanto, com o crescimento da indústria de perfuração de xisto, o excedente de etano aumentou, levando os preços a mínimas históricas. Unidades de craqueamento que utilizam etano como matéria-prima para a produção de etileno podem ser denominadas tanto de craqueamento de etano quanto de craqueamento de etileno.
“ Espera-se que nove novas unidades de craqueamento entrem em operação nos EUA até 2020, representando 10.7 milhões de toneladas/ano de nova capacidade de produção de etileno”, escreveu a publicação especializada Petrochemical Update em outubro de 2018.
Crédito: Royal Dutch Shell Ethane Cracker, agosto de 2018, por T. Lynskey, Sr. através do YouTube
Usina de Desidrogenação de Propano ( PDH ): O propano pode ser transformado em propileno de forma semelhante, utilizando um processo chamado desidrogenação. O Conselho Americano de Química prevê que a região dos Apalaches pode comportar duas novas usinas de PDH , ambas com capacidade para transformar propileno em 490,000 toneladas métricas de resina de polipropileno por dia.
Unidade de Fabricação a Jusante: Uma vez produzidos os componentes básicos da indústria petroquímica, como etileno e propileno, a gama de materiais sintéticos que podem ser fabricados a partir desses componentes torna-se enorme. Tintas, vinil, espumas, surfactantes (ou produtos semelhantes a sabão), pesticidas e grande parte do repertório completo da indústria química moderna podem ser produzidos a partir dos subprodutos da indústria de petróleo e gás.
Acompanhe a série investigativa da DeSmog: Fraturamento hidráulico para a produção de plásticos.
Imagem principal: Fábrica petroquímica na Arábia Saudita. Crédito: Secl , CC BY 3.0
