Chemical risks in petrochemical industry
It all begins with crude oil and natural gas (mixtures of hydrocarbons and small amounts of impurities found in many areas of the world in varying quantities and compositions). They were formed millions of years ago as a result of slow and long processes from decayed plants and animals, buried deep into the earth’s crust under tremendous pressure.
Crude oil and natural gas are extracted from the ground, on land or under the oceans, by sinking an oil well. They are then transported to refineries, by ship and/or by pipeline, a line equipped with pumps, valves and various other control devices especially adapted for moving liquids and gases.
The purpose of refining and then petrochemistry is to convert these natural raw materials into daily life products with applications going from drugs to computer ships, telecommunications, textiles, cosmetics, transport and construction.
1st phase / Refinery: production of physical and chemical changes in crude oil and natural gas, through an arrangement of extremely specialised manufacturing processes.
One of these processes is distillation, i.e. the separation of heavy crude oil into lighter groups of hydrocarbons called « fractions ». Two of these fractions are familiar to consumers. One, fuel oil, is used for heating or for diesel fuel in automotive applications. Another one is naphtha, used in gasoline and also as the primary source from which petrochemicals are derived.
2nd phase / Petrochemistry: aims at converting some of the distillation fractions (raw materials known as feedstocks) into marketable petroleum products. It is made up of three different types of « downstream » processes which change the molecular structure of hydrocarbons :
- cracking (by breaking down heavy oil molecules into lighter, more valuable fractions),
- combining (by joining them to form larger molecules),
- and reshaping fractions (by reshaping them into higher quality molecules).
Supporting operations: not directly involved in the production of petrochemicals but serving in a supporting role (energy generation, waste water treatment, sulphur recovery, additive production, waste gas treatment, handling and storage of products…).
Once these operations are concluded, new products are obtained, the building blocks of the petrochemical industry
- olefins (mainly ethylene, propylene, C4 derivatives)
- and aromatics (benzene, toluene, xylenes).
These products are finally processed into other, more specialised products that will be present at the end in plastics, soaps, detergents, healthcare products, synthetic fibres, rubbers, paints…
Chemical risk
« The main causes of accidents are the chemical splashes which can occur for instance when a pipe or a tank bursts under pressure or during disassembling operations of pipes or valves. »
Even if it would be impossible to detail all the petrochemical processes and thus establish a complete list of the chemical risks encountered in this industry, some well known refining / petrochemical operations involve the use of various chemical products:
Alkylation: the purpose of alkylation is to yield high-quality motor fuel blending.
The process involves low-temperature reaction conditions conducted in the presence of strong acids. In the alkylation unit, Hydrofluoric acid (HF) (use estimated at more than 75% there) or Sulfuric acid (H2SO4) (use estimated at nearly 20% there) is used as a catalyst.
Potassium hydroxide (KOH) is also used for further treatments at the end of the hydrofluoric acid alkylation process.
Base oil production: lubricants are a blend of different grades of base oils and special additives. Depending on the stage involved, the production process of base oil can involve the use of various solvents such as phenol, toluene, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), chlorinated hydrocarbons…
Cooling: in a refinery, cooling is required to allow refinery process operations to take place at the right temperatures and to bring products to their appropriate storage temperature. Refrigeration systems are applied in specific cases and involve the use of a refrigerant like ammonia in the process (case of a direct refrigeration system).
Products treatments: extraction or removal techniques can be set-up to achieve certain product specifications. Amines or caustic soda (NaOH) can be mentionned here : amine scrubbing for removal of hydrogen sulphide and caustic washing for the removal of acids or mercaptans (sulphur derivatives).
Waste water treatment: water is used intensively as process water and for cooling purposes. Process water has been in contact with the process fluids, and apart from oil, will also have taken up hydrogen sulphide (H2S), ammonia (NH3), phenols, benzene, cyanides and suspended solids containing metals and inorganic compounds. The process water is treated in several, well-known steps before dump in the environment.
The chemical risks linked to the presence and use of the agents involved in the refining / petrochemical process must thus be managed during four major stages: production, inspection, storage and maintenance.
Production : accidents may happen when handling chemicals or adding chemical reagents.
Inspection : the accidents which occur then are often due to handling mistakes when testing or analysing the products (collection, dosage…) and sampling.
Storage : the storage includes the following operations : unloading, storing, and transfer of the raw materials. The main source of accident is first of all related to the transfer of chemicals from a container or a tank to another one.
Maintenance : the industrial risks of damage or dysfunction of the equipments lead to perform frequent maintenance operations of the installations. Accidents may be observed during the operations of draining, cleaning, sanitation, and purging.
The main causes of accidents are the chemical splashes which can occur for instance when a pipe or a tank bursts under pressure or during disassembling operations of pipes or valves.
Terjemahan bebas:
Semuanya dimulai dengan minyak mentah dan gas alam (campuran hidrokarbon dan sejumlah kecil pengotor yang ditemukan di banyak wilayah di dunia dalam jumlah dan komposisi yang bervariasi). Mereka terbentuk jutaan tahun yang lalu sebagai hasil dari proses yang lambat dan lama dari tumbuhan dan hewan yang membusuk, terkubur jauh ke dalam kerak bumi di bawah tekanan yang luar biasa.
Minyak mentah dan gas alam diekstraksi dari tanah, di darat atau di bawah lautan, dengan menenggelamkan sumur minyak. Mereka kemudian diangkut ke kilang, dengan kapal dan/atau pipa, jalur yang dilengkapi dengan pompa, katup dan berbagai perangkat kontrol lainnya yang khusus disesuaikan untuk memindahkan cairan dan gas.
Tujuan pemurnian dan kemudian petrokimia adalah untuk mengubah bahan mentah alami ini menjadi produk kehidupan sehari-hari dengan aplikasi mulai dari obat-obatan hingga kapal komputer, telekomunikasi, tekstil, kosmetik, transportasi dan konstruksi.
Tahap 1 / Kilang: produksi perubahan fisik dan kimia minyak mentah dan gas alam, melalui pengaturan proses manufaktur yang sangat khusus.
Salah satu proses ini adalah distilasi, yaitu pemisahan minyak mentah berat menjadi kelompok hidrokarbon yang lebih ringan yang disebut « fraksi ». Dua fraksi ini sudah tidak asing lagi bagi konsumen. Satu, bahan bakar minyak, digunakan untuk pemanasan atau untuk bahan bakar diesel dalam aplikasi otomotif. Satu lagi adalah nafta, digunakan dalam bensin dan juga sebagai sumber utama dari petrokimia yang berasal.
Fase 2 / Petrokimia: bertujuan untuk mengubah beberapa fraksi distilasi (bahan mentah yang dikenal sebagai bahan baku) menjadi produk minyak bumi yang dapat dipasarkan. Ini terdiri dari tiga jenis proses «hilir» yang mengubah struktur molekul hidrokarbon:
- cracking (dengan memecah molekul minyak berat menjadi fraksi yang lebih ringan dan lebih berharga),
- menggabungkan (dengan menggabungkan mereka untuk membentuk molekul yang lebih besar) dan
- membentuk kembali fraksi (dengan membentuk kembali mereka menjadi molekul berkualitas lebih tinggi).
Operasi pendukung: tidak terlibat langsung dalam produksi petrokimia tetapi berperan sebagai pendukung (pembangkit energi, pengolahan air limbah, pemulihan belerang, produksi aditif, pengolahan limbah gas, penanganan dan penyimpanan produk…).
Setelah operasi ini selesai, produk baru diperoleh, blok bangunan industri petrokimia
- olefin (terutama etilena, propilena, turunan C4) dan
- aromatik (benzena, toluena, xilena).
Produk-produk ini akhirnya diproses menjadi produk lain yang lebih khusus yang pada akhirnya akan hadir dalam plastik, sabun, deterjen, produk kesehatan, serat sintetis, karet, cat…
Risiko kimia
« Penyebab utama kecelakaan adalah percikan bahan kimia yang dapat terjadi misalnya ketika pipa atau tangki meledak di bawah tekanan atau selama operasi pembongkaran pipa atau katup. »
Bahkan jika tidak mungkin untuk merinci semua proses petrokimia dan dengan demikian membuat daftar lengkap risiko kimia yang dihadapi dalam industri ini, beberapa operasi pemurnian / petrokimia yang terkenal melibatkan penggunaan berbagai produk kimia:
Alkilasi: tujuan alkilasi adalah untuk menghasilkan pencampuran bahan bakar motor berkualitas tinggi.
Proses ini melibatkan kondisi reaksi suhu rendah yang dilakukan dengan adanya asam kuat. Dalam unit alkilasi, Asam fluorida (HF) (penggunaan diperkirakan lebih dari 75% di sana) atau asam Sulfat (H2SO4) (penggunaan diperkirakan hampir 20% di sana) digunakan sebagai katalis.
Kalium hidroksida (KOH) juga digunakan untuk perawatan lebih lanjut pada akhir proses alkilasi asam fluorida.
Produksi minyak dasar: pelumas adalah campuran dari berbagai tingkat minyak dasar dan aditif khusus. Tergantung pada tahap yang terlibat, proses produksi minyak dasar dapat melibatkan penggunaan berbagai pelarut seperti fenol, toluena, metil etil keton (MEK), metil isobutil keton (MIBK), hidrokarbon terklorinasi…
Pendinginan: di kilang, pendinginan diperlukan untuk memungkinkan operasi proses kilang berlangsung pada suhu yang tepat dan untuk membawa produk ke suhu penyimpanan yang sesuai. Sistem pendinginan diterapkan dalam kasus tertentu dan melibatkan penggunaan zat pendingin seperti amonia dalam prosesnya (kasus sistem pendinginan langsung).
Perawatan produk: teknik ekstraksi atau penghilangan dapat diatur untuk mencapai spesifikasi produk tertentu. Amina atau soda api (NaOH) dapat disebutkan di sini: scrubbing amina untuk menghilangkan hidrogen sulfida dan pencucian kaustik untuk menghilangkan asam atau merkaptan (turunan belerang).
Pengolahan air limbah: air digunakan secara intensif sebagai air proses dan untuk tujuan pendinginan. Air proses telah bersentuhan dengan cairan proses, dan selain minyak, juga akan menyerap hidrogen sulfida (H2S), amonia (NH3), fenol, benzena, sianida dan padatan tersuspensi yang mengandung logam dan senyawa anorganik. Air proses diolah dalam beberapa langkah yang terkenal sebelum dibuang ke lingkungan.
Risiko kimia terkait dengan keberadaan dan penggunaan agen yang terlibat dalam proses pemurnian / petrokimia harus dikelola selama empat tahap utama: produksi, inspeksi, penyimpanan dan pemeliharaan.
Produksi : kecelakaan dapat terjadi saat menangani bahan kimia atau menambahkan reagen kimia.
Inspeksi : kecelakaan yang terjadi kemudian sering disebabkan oleh kesalahan penanganan saat menguji atau menganalisis produk (pengumpulan, dosis…) dan pengambilan sampel.
Penyimpanan: penyimpanan meliputi operasi berikut: pembongkaran, penyimpanan, dan transfer bahan baku. Sumber utama kecelakaan pertama-tama terkait dengan pemindahan bahan kimia dari wadah atau tangki ke wadah lain.
Pemeliharaan : risiko industri dari kerusakan atau disfungsi peralatan menyebabkan sering dilakukannya operasi pemeliharaan instalasi. Kecelakaan dapat diamati selama operasi pengurasan, pembersihan, sanitasi, dan pembersihan.
Penyebab utama kecelakaan adalah percikan bahan kimia yang dapat terjadi misalnya ketika pipa atau tangki meledak di bawah tekanan atau selama operasi pembongkaran pipa atau katup.
