Impacts sur la Qualité de l'Air du Pétrole et du Gaz

Dans Jurassic Park, des scientifiques font revivre des créatures préhistoriques à partir de fossiles enfouis profondément sous terre. Ils ont été étudiés pour leur présence sur terre, mais ils finissent par causer la mort et des dommages. De même, lorsque nous extrayons du pétrole et du gaz de la Terre, nous exploitons ces minéraux anciens comme combustibles, mais leur utilisation entraîne divers effets néfastes, notamment la pollution de l'air. Malgré les avancées rapides dans la technologie des énergies renouvelables, le pétrole et le gaz représentaient plus de la moitié de la consommation énergétique mondiale.

De plus, le forage horizontal combiné à la fracturation hydraulique pour accéder aux formations gazières a amélioré la production de pétrole et de gaz. Cette augmentation de la production a entraîné un développement équilibré dans le transport, le traitement et le raffinage du pétrole et du gaz, ainsi que dans des applications agricoles et manufacturières, et les exportations d'énergie (Allison & Mandler, 2018). Cependant, la récente croissance de la production de pétrole et de gaz a soulevé des préoccupations de longue date concernant son impact environnemental.

Bien que de nombreuses activités naturelles (volcans, feu, etc.) émettent divers polluants dans l'atmosphère, les activités anthropiques sont la principale source de pollution de l'air environnementale. De plus, l'industrie pétrolière et gazière, qui est devenue une ressource vitale pour la vie moderne, émet de nombreux gaz à effet de serre, des gaz toxiques, dont la plupart sont du méthane. Ils nuisent directement aux humains ainsi qu'à l'environnement. Publié dans le journal Environmental Research: Health , l'étude a révélé que la pollution de l'air provenant du secteur pétrolier et gazier aux États-Unis a des impacts néfastes substantiels sur la qualité de l'air, la santé humaine et les coûts de santé.

Tous les combustibles combustibles couramment utilisés produisent des gaz et des particules dangereux lorsqu'ils sont brûlés pour générer de l'énergie. Les ressources fixes, telles que les champs pétroliers et gaziers, les raffineries et les unités de traitement de gaz, sont plus petites que celles dérivées de la combustion des combustibles. Cependant, elles peuvent avoir de graves conséquences locales (Allison & Mandler, Impacts sur la qualité de l'air du pétrole et du gaz, 2018).

Les toxicants de l'air associés au pétrole et au gaz peuvent être libérés lors de l'exploration pétrolière, de la production, du raffinage et du traitement, ainsi que de la combustion, et ces toxicants contribuent au changement climatique. Ces gaz incluent le méthane (CH4), l'oxyde d'azote (NOx), le dioxyde de soufre (SO2) et de fortes quantités de composés organiques volatils (COV), qui contribuent au développement de l'ozone dangereux dans l'atmosphère inférieure (Butler & Fekete, 2005).

Ce blog contient des informations générales sur les contaminants de l'air les plus fréquents liés à l'extraction de pétrole et de gaz. Cela inclut :

Méthane

Le méthane (CH4) est le principal composant du gaz naturel et est fortement lié au changement climatique. (Des hydrocarbures précieux tels que l'éthane, le propane, le butane et les pentanes se trouvent couramment dans le gaz naturel et sont séparés lors du traitement.) Sur 20 ans, le méthane est 86 fois plus puissant en tant que gaz à effet de serre que le dioxyde de carbone. Le gaz naturel est inodore lorsqu'il est produit pour la première fois ; cependant, le mercaptan méthylique est ajouté plus tard pour odoriser le gaz et détecter les fuites.

Composés Organiques Volatils (COV)

Composés Organiques Volatils (COV) sont un groupe de composés contenant du carbone qui se convertissent rapidement en gaz ou en vapeurs et deviennent aéroportés (volatilisation). Les COV peuvent réagir avec des oxydes d'azote et la lumière du soleil pour produire de l'ozone au niveau du sol, ce qui peut provoquer des problèmes respiratoires comme l'asthme et une fonction pulmonaire altérée.

Le benzène, le toluène, l'éthylbenzène et le xylène sont les composés organiques volatils les plus courants liés au développement du pétrole et du gaz. Ces molécules, connues sous le nom de produits chimiques BTEX, sont liés aux effets sur le système nerveux central, neurologique et reproductif. Le benzène est un carcinogène connu ; l'éthylbenzène et le xylène peuvent induire des problèmes respiratoires.

Oxydes d'azote (NOx)

Les oxydes d'azote (NOx) sont une série de gaz produits par la combustion de combustibles fossiles, résultant d'une interaction chimique entre l'azote (présent naturellement dans l'atmosphère) et l'oxygène. Les NOx sont produits lors des activités de torchage durant la production de pétrole et de gaz et lorsque le carburant est consommé pour alimenter des machines telles que les moteurs de compresseurs et d'autres équipements lourds. Les NOx réagissent avec les COV en présence de lumière du soleil pour générer de l'ozone au niveau du sol. Les NOx peuvent provoquer des irritations des yeux, du nez et de la gorge, des problèmes respiratoires, des troubles cardiaques et des dommages aux poumons.

Dioxyde de soufre (SO2)

Le dioxyde de soufre (SO2) est un gaz incolore émettant une odeur piquante. Il est créé par la combustion de combustibles fossiles contenant du soufre (tels que le pétrole, le gaz naturel et le charbon). Les émissions de SO2 peuvent se produire lors du torchage de gaz naturel ou lorsque les combustibles fossiles sont consommés pour alimenter des pompes, des moteurs de compresseurs et d'autres équipements et véhicules dans les opérations de pétrole et de gaz. Les usines de traitement de gaz dangereux libèrent également du dioxyde de soufre. Avec les NOx, le SO2 est un composant majeur des pluies acides.

Toxiques de l'air

L'Agence de protection de l'environnement des États-Unis réglemente les polluants critères liés au pétrole et au gaz en vertu de la Clean Air Act.

• L'ozone (O3) se forme lorsque les molécules organiques volatiles et les oxydes d'azote réagissent avec la lumière du soleil. Lorsqu'il est rencontré au niveau du sol, l'ozone est connu sous le nom de smog, et il peut provoquer ou aggraver des affections respiratoires, y compris l'asthme et l'emphysème.
• Selon une analyse de l'impact sur la santé, la pollution à l'ozone de l'industrie pétrolière et gazière cause 750 000 attaques d'asthme estivales chez les enfants et 2 600 visites aux urgences pour des problèmes respiratoires à l'échelle nationale.
• Les particules en suspension (PM) comprennent des particules microscopiques suspendues dans l'air qui se posent lentement sur la terre. Les particules en suspension sont mesurées en tant que PM10, qui sont des particules microscopiques d'un diamètre de dix micromètres ou moins, ou en tant que PM2,5, qui sont des particules encore plus fines. Les sources de PM les plus répandues dans les opérations pétrolières et gazières comprennent la poussière ou le sol dans l'air pendant la construction de sites ou d'installations, le trafic et les gaz d'échappement diesel des voitures et des machines. Les PM peuvent également être émises lors des opérations de ventilation et de torche.

Les raffineries de pétrole transforment le pétrole brut en une large gamme de produits, comme l'essence, le diesel, le kérosène, le carburant d'aviation, l'asphalte et le gaz de pétrole liquéfié, générant tous des polluants provenant de plusieurs sources nécessitant de nombreux procédés qui produisent une variété de polluants, tant pendant les opérations régulières qu'après des accidents. Par exemple, les fuites de raffinerie, les flammes et les émissions excessives émettent des polluants atmosphériques dangereux ou des toxiques connus ou suspectés de causer le cancer et des malformations congénitales et influencent négativement l'écosystème. En outre, des vannes et des pompes défectueuses émettent des COV fugitifs dans cette zone.

Le traitement du gaz naturel pose moins de problèmes de pollution de l'air, bien que certaines usines qui manipulent le sulfure d'hydrogène, un gaz toxique, corrosif et inflammable, soient classées comme sites de rejet toxique. La Compilation des facteurs d'émission de polluants atmosphériques de l'EPA résume les diverses opérations des raffineries et des usines de traitement et leurs émissions associées.

Il existe de nombreuses façons de réduire les émissions des raffineries, y compris une meilleure efficacité des chaudières, la détection et le contrôle des fuites, le recyclage des gaz, la réduction des torchages et des évents, les épurateurs et les réacteurs catalytiques. Entre 1990 et 2013, les émissions de toxiques atmosphériques et de COV des raffineries ont diminué de 66 % et 69 %, respectivement, malgré une augmentation de 14 % du traitement du pétrole brut.

Dans une étude évaluée par des pairs publiée dans le journal Environmental Research: Health, des chercheurs de l'École de santé publique de l'Université de Boston, de l'Institut pour l'environnement, du Environmental Defense Fund et de PSE Healthy Energy ont évalué la qualité de l'air et les impacts sur la santé publique associés à la production de pétrole et de gaz.

Cette étude estime que la pollution de l'air régionale due à la production de pétrole et de gaz aux États-Unis est responsable de 7 500 décès supplémentaires, 410 000 crises d'asthme et 2 200 nouveaux cas d'asthme chaque année.. En tout, les effets sur la santé dus à la production de pétrole et de gaz créent des coûts de santé annuels de 77 milliards de dollars. L'oxyde d'azote, un polluant courant associé à la combustion du gaz naturel, était le plus grand contributeur à la mortalité et plus de 80 % des crises d'asthme. Ces impacts sur la santé n'avaient pas été pris en compte dans les évaluations des impacts sur la santé.

Effets sur la santé

• En plus des émissions de méthane, l'industrie pétrolière et gazière pollue l'atmosphère avec de nombreux polluants qui mettent en danger la santé humaine :
• Les Composés Organiques Volatils (COV) comprennent des cancérogènes comme le benzène.
• Les COV et les molécules de NOx (oxyde nitrique et dioxyde d'azote) se mélangent à la lumière du soleil pour former du smog, ce qui nuit à la santé humaine et peut entraîner une mortalité précoce.
• Le sulfure d'hydrogène peut rendre la respiration difficile et irriter les yeux et la gorge. De fortes expositions sont mortelles et ont tué plusieurs employés du secteur pétrolier et gazier.

Les familles vivant à proximité du développement pétrolier et gazier signalent des incidents de :

• asthme,
• maladies respiratoires et cardiovasculaires,
• maladies auto-immunes,
• défaillance hépatique,
• cancer,
• maux de tête,
• nausées,
• insomnie, et d'autres maladies.

Les raffineries sont régies par des lois environnementales concernant l'air, le sol et l'eau, car elles représentent une source importante de pollution dans leur environnement immédiat. Le secteur de la raffinage est soumis à plusieurs lois, y compris la loi sur l'air pur, la loi sur l'eau propre et la loi sur l'eau potable sûre.

• Les raffineries de pétrole sont une source majeure de polluants atmosphériques dangereux et toxiques tels que les composés BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène et xylène). Elles constituent également une source majeure de polluants atmosphériques de critères : les particules (PM), les oxydes d'azote (NOx), le monoxyde de carbone (CO), le sulfure d'hydrogène (H2S) et le dioxyde de soufre (SO2).
• Les fuites d'équipement, les processus de combustion à haute température, le chauffage à la vapeur et aux fluides, et le transfert de produits peuvent provoquer des émissions atmosphériques provenant des raffineries de pétrole. Des milliers de livres de contaminants sont libérés dans l'environnement chaque année à travers les émissions de routine, les fuites fugitives, les fuites accidentelles et les perturbations des installations. Les hydrocarbures volatils et les oxydes d'azote contribuent à la production d'ozone, une source majeure de pollution de l'air aux États-Unis.
• Les raffineries peuvent contaminer les eaux souterraines et superficielles, posant un risque significatif pour la qualité de l'eau. Certaines raffineries utilisent des puits d'injection profonde pour éliminer les eaux usées, qui pourraient se retrouver dans les aquifères ou les eaux souterraines. Les déchets sont contrôlés en vertu de la loi sur l'eau potable sûre (SDWA). Les eaux usées dans les raffineries peuvent être fortement contaminées, étant donné le nombre de sources auxquelles elles peuvent être en contact pendant le processus de raffinage (comme les fuites d'équipement et les déversements et le désalage de pétrole brut).

Saviez-vous que Shell a accepté de payer 10 millions de dollars pour résoudre les problèmes de pollution de l'air dans sa vaste nouvelle usine pétrochimique en Pennsylvanie ? Ce règlement met en lumière les efforts de l'entreprise pour traiter les préoccupations environnementales et se conformer aux réglementations sur la qualité de l'air. “Déverrouillez toute l'histoire : plongez dans les détails du règlement de 10 millions de dollars de Shell sur la pollution de l'air en cliquant ici!”

« Il existe des technologies et des stratégies pour réduire les émissions des raffineries de toutes les manières, y compris les fuites de méthane, les émissions des stations de compression ou d'autres sources, comme les étangs et les déshydrateurs, le recyclage des gaz, la réduction des torchères et des dégazages, les épurateurs et les réacteurs catalytiques. » Chacune de ces stratégies aura un impact sur les niveaux de différents polluants émis. »

Réduction des fuites de méthane :

Le méthane est le principal composant du gaz naturel, et il peut fuir à tout moment le long de la chaîne d'approvisionnement, depuis le puits et l'installation de traitement jusqu'aux pipelines et lignes de distribution, et enfin vers le brûleur de la cuisinière ou de la chaudière de votre maison.

Certaines sortes d'équipements, comme les contrôleurs pneumatiques et les vannes, sont connus pour être extrêmement fuyants. La torchère et le dégazage du gaz incomplet, qui impliquent des libérations de gaz programmées lors des achèvements de puits ou de la maintenance, contribuent également aux émissions. Avec un équipement de surveillance amélioré, y compris la surveillance au sol avec des appareils Oizom tels que AQbot, un paramètre unique de qualité industrielle, que ce soit le méthane (CH4) ou tout autre gaz toxique, les industries peuvent désormais investir dans la surveillance de ce paramètre spécifique, réalisant ainsi des économies significatives.

Nous savons que les estimations « ascendantes » basées sur les composants d'émissions moyens et les estimations techniques sont trop faibles. Les entreprises subissent une pression croissante pour utiliser la surveillance continue, mettre en œuvre une détection et un contrôle des fuites (LDAR) améliorés, améliorer les méthodes de surveillance, de reporting et de vérification (MRV), et établir des objectifs spécifiques pour réduire les émissions de méthane. Les investisseurs et les actionnaires exigent plus de développement.

Contrôle des émissions de COV :

Les industries pétrolières et gazières peuvent réduire leurs émissions de COV en employant des technologies d'énergie renouvelable et à faible émission de carbone. Cela peut être accompli de diverses manières, y compris en encourageant l'électrification des équipements et en recherchant des options énergétiques alternatives pour les processus d'extraction et de raffinage. Comme la centrale électrique est généralement le plus grand émetteur ponctuel de dioxyde de carbone dans une raffinerie, il y a de fortes chances que les nouvelles installations puissent davantage bénéficier de l'utilisation de sources d'énergie à faible émission de carbone, comme l'énergie solaire ou éolienne. La température d'un système de concentration d'énergie solaire (CSP) peut atteindre des températures de 60 °C à 250 °C. Dans certains cas, jusqu'à 400 °C, il est possible qu'à l'avenir, les systèmes CSP puissent être directement couplés avec des unités de captage et de stockage du carbone (CCS) pour réduire la quantité de dioxyde de carbone émise par les systèmes d'utilité. Cependant, sur le plan pratique, il est difficile d'intégrer efficacement et de manière efficiente de telles technologies dans les raffineries.

Réduction des torchères :

Les torchères peuvent réduire les émissions de COV et de méthane dans l'atmosphère grâce à une combustion contrôlée du gaz. La stratégie la plus efficace pour réduire la torchère routinière serait de développer de nouvelles technologies de combustion qui remplacent la torchère traditionnelle par des alternatives plus efficaces. Une étude systématique a évalué si la simulation dynamique et l'optimisation peuvent être utilisées lors des arrêts de maintenance des usines chimiques (démarrage, arrêt et incidents) pour réduire la torchère industrielle. Établir un système de récupération de gaz de torchère suffisant et pratique pour réduire les émissions de gaz de torchère lors d'opérations anormales est essentiel.

Amélioration de l'efficacité énergétique :

L'utilisation de l'énergie affecte tout le monde aujourd'hui, des entreprises aux clients individuels et ceux au cœur de notre infrastructure politique. Un passage à une efficacité énergétique plus élevée est nécessaire à tous les niveaux et dans tous les secteurs pour garantir que nous puissions protéger le monde dans lequel nous vivons et travaillons.

• Arrêtez la torchère et l'utilisation des gaz associés : La torchère des gaz associés lors du processus de production de pétrole contribue de manière significative aux émissions de gaz à effet de serre. Trouver des solutions alternatives pour les gaz associés est essentiel pour améliorer l'efficacité énergétique dans les opérations des entreprises afin que la torchère ne soit plus une pratique régulière. Cela pourrait inclure la vente de gaz associés à des entreprises locales ou leur transformation en gaz naturel liquéfié.

Une stratégie opérationnelle ciblée : Il existe de nombreuses approches pour les entreprises pétrolières et gazières pour concentrer leurs opérations sur la réduction de la consommation d'énergie. Il existe de nombreuses façons de rendre les opérations plus efficaces, notamment en effectuant des audits énergétiques fréquents, en modernisant les équipements avec des solutions plus innovantes et efficaces, et en mettant en œuvre des plans d'action à long terme pour mieux contrôler la consommation d'énergie.

Renforcement des réglementations et des mesures d'application :

Les gouvernements et les organismes de réglementation doivent travailler ensemble pour établir des lignes directrices sur les émissions de l'industrie pétrolière et gazière. L'investissement dans des technologies et pratiques propres peut être encouragé en appliquant des règles et systèmes de surveillance stricts et en imposant des amendes pour non-conformité afin d'inciter les entreprises à les adopter. L'EPA a proposé un plan pour réduire de manière significative la quantité de méthane générée par de nouvelles sources pétrolières et gazières ainsi que par des sources actuelles. Pour répondre aux nouvelles exigences, les États seraient tenus de réduire pour la première fois les émissions de méthane provenant de centaines de milliers de sources existantes à travers le pays et d'étendre et de renforcer les exigences existantes pour les nouvelles, modifiées et reconstruites sources de pétrole et de gaz naturel.

Enfin, la pollution due à la production de pétrole et de gaz a un impact significatif sur la santé humaine et le changement climatique. Réduire les émissions de production présente des avantages significatifs, notamment une amélioration de la santé publique grâce à une exposition réduite à l'ozone, aux SOx et aux NOx, ainsi qu'un atténuation du changement climatique par la réduction du méthane. Ce blog donne un aperçu complet de la pollution de l'air causée par l'industrie du pétrole et du gaz.

Les secteurs pétrolier et gazier peuvent être intégrés dans le nouveau processus en utilisant de nouvelles technologies et procédures. Tout d'abord, l'identification et le contrôle des fuites sont essentiels pour réduire la pollution de l'air et minimiser l'impact environnemental. Les participants du secteur devraient mettre en œuvre des systèmes de contrôle des processus pour réduire les temps d'arrêt, les coûts de maintenance et les durées de traitement tout en augmentant l'efficacité des ressources et le contrôle des émissions. La détection et la réduction des émissions nécessitent une surveillance continue ; des capteurs d'air à faible coût, largement utilisés dans le monde entier, sont un outil essentiel.

Par conséquent, les entreprises de pétrole et de gaz naturel devraient accroître le contrôle des émissions dans les zones de production dès le début de leurs stratégies pour répondre à la demande changeante.

Pour en savoir plus sur la façon dont les systèmes de surveillance de la qualité de l'air d'Oizom peuvent être adaptés pour répondre à votre demande d'émissions de l'industrie du pétrole et du gaz. Le chemin vers la durabilité industrielle devient plus clair avec des données précises en temps réel, une technologie de pointe et un engagement envers un avenir plus vert.