Selon un rapport publié par le cadre national pour la réduction des émissions des raffineries de pétrole au Québec (3 février 2004), les principales sources d'émission des polluants atmosphériques des raffineries sont les suivantes:

Oxydes de soufre (SOx)

L'unité de craquage catalytique à lit fluidisé, l'usine de récupération de soufre, les chaudières, les appareils de chauffage et les torches sont des installations émettrices de SOx. La teneur en soufre des pétroles bruts traités a des conséquences sur les émissions de SOx provenant du procédé de raffinage. La combustion du combustible peut aussi être une importante source d'émission de SOx aux raffineries chauffées au mazout lourd ou au coke, surtout dans l'Est du Canada.

Oxydes d'azote (NOx)

Les émissions de NOx des raffineries proviennent surtout de la combustion des combustibles dans des fours et des chaudières. Le type de combustible utilisé a des conséquences significatives sur les émissions de NOx.

Monoxyde de carbone (CO)

L'unité de craquage catalytique à lit fluidisé (UCCF), les appareils de cokéfaction à lit fluidisé, ainsi que la combustion incomplète du combustible dans les chaudières et les fours peuvent être les principales sources d'émission de monoxyde de carbone aux raffineries.

Particules (totales, PM10, PM2,5)

L'unité de craquage catalytique à lit fluidisé (UCCF) est la principale source d'émission de particules aux raffineries; les particules sont émises lors de la régénération des catalyseurs de l'UCCF et dans les effluents gazeux du régénérateur. La combustion de combustible, surtout le chauffage au coke en lit fluidisé, peut aussi être une importante source d'émission de particules.

Composés organiques volatils (COV)

Les COV sont émis à partir de différentes sources aux raffineries, notamment à partir de sources fugitives (équipement qui fuit par manque d'étanchéité), les réservoirs de stockage, les opérations de chargement et de déchargement, les systèmes d'eaux usées, les usines de déparaffinage et les circuits de vidange de procédés de raffinage.

Benzène

À l'état naturel, le pétrole brut contient de petites quantités de benzène. Les unités de reformage catalytique du naphta des raffineries produisent aussi du benzène. De nombreuses raffineries possèdent des installations de fractionnement qui leur permettent d'extraire le benzène de fractions intermédiaires afin de se conformer aux exigences sur les combustibles en limitant la teneur en benzène de l'essence; d'autres possèdent des unités d'extraction de composés aromatiques qui séparent les composés comme le benzène, le tuolène et le xylène. Les composés extraits sont employés dans l'industrie pétrochimique.