Limitaciones técnico-económico de las opciones energéticas

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Ing. Rodolfo del Rosal Díaz

Noviembre - 2006

TECNOLOGÍAS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI

LAS LIMITACIONES TÉCNICO ECONÓMICAS DE LAS OPCIONES

ENERGÉTICAS PARA EL SIGLO XXI ENEL SECTOR ENERGÉTICO MEXICANO

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CONTENIDO

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

SITUACIÓN TECNOLÓGICA GENERALSITUACIÓN TECNOLÓGICA GENERAL

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

ACCIONESACCIONES

PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXIPROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI

PROCESOS FUNCIONALES DE REFINACIÓNPROCESOS FUNCIONALES DE REFINACIÓN

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La industria de refinación en general, enfrenta cambios en lacomposición de la producción de petróleo crudo y en la estructuray características de la demanda de productos petrolíferos, asícomo en los requerimientos de calidad de combustiblesautomotores e industriales, de menor impacto sobre el medioambiente

Los crudos son cada vez más pesados, con un alto contenido deazufre, metales, sal y agua

INTRODUCCIÓN

Las especificaciones de los combustibles son cada vez másestrictas, y en este momento la gasolina debe de tener menos de30 ppm de azufre y el diesel menos de 15 pmm de azufre, amboscon mejores características detonantes y ambientales (Aromáticos,Octano, Cetano, etc.)

PROBLEMÁTICA EN REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI

La producción de azufre se puede volver un cuello de botella en laoperación de las refinerías

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INTRODUCCIÓN

PETRÓLEO CRUDO

Gas de RefineríaPropano-PropilenoAzufreLPGButanosKerosina

“Pool” de GasolinaDieselLubricantesTurbosinaCoqueGas de SíntesisAsfaltoCombustóleo

(1) Generación interna(2) Suministro y/o generación interna

EMISIONES AL AMBIENTEGASOLINA NATURAL

GAS NATURAL

GAS DE REFINERÍA(1)

BIOCOMBUSTIBLES

ENERGÍA ELÉCTRICA(2)

VAPOR (2)

COMBUSTÓLEO (1)

HIDRÓGENO (2)

SOSA CÁUSTICACATALIZADORES Y ADITIVOSAGUAMETANOLHF/H2SO4

AMINAS

PRODUCTOSPRODUCTOS

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TRATAMIENTO FRONTAL DE

CRUDO

ESPECIALIDADES .

ENTRADAS

REARREGLO MOLECULAR

.

PROCESOS FUNCIONALES DE REFINACIÓN

SEPARACIÓN Y RECUPERACIÓN

DE HIDROCARBUROS

CONVERSIÓN DE RESIDUALES

.

REMOCIÓN DE IMPUREZAS

.

SÍNTESIS DE PRODUCTOS

.

PRODUCTOS/

SALIDAS

Materias primas e insumos de la refinería

Adecuación del crudo requerida antes de la refinación

Destilación, extracción, fraccionamiento y absorción

Desintegración (cracking) catalítica o térmica, con o sin H2, severa o moderada

Endulzamiento, hidrotratamiento, absorción y separación

Combinación o separación química de dos o más moléculas para obtener productos de mayor valor

Isomerización, deshidrociclización, aromatización y desintegración

Productos que no están presentes en todas las refinerías

Productos al exterior y de autoconsumo, emisiones y efluentes resultados del proceso de transformación

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CRUDO

Planta de Lubricantes

Planta de Asfalto

Lubricantes

Asfalto

ESPECIALI-DADES

.

Isomerización de C5’s-C6’s

Reformación de Naftas

Isomerización de C4

a “pool” de Gasolina


Emisiones GaseosasOxidación, Absorción, Adsorción y Filtración

Desechos SólidosInertización, Incineración,

Clasificación y Almacenamiento

Líquidos/Aguas de DesechoRemoción de Aceites y Grasas,

Tratamiento Biológico, Incineración Recuperación de Agua para Reuso

Emisiones al Ambiente(1) Generación Interna

(2)Suministro y/o Generación Interna

Procesos Existentes

Procesos Potenciales

PRODUCTOS/SALIDASFUNCIONES ENTRADAS

GASOLINA NATURAL

GAS NATURAL

PETRÓLEO CRUDO

GAS DE REFINERÍA (1)

ENERGÍA ELÉCTRICA(1)

VAPOR (2)

COMBUSTÓLEO (1)

HIDRÓGENO (2)

METANOL

HF/H2SO4

AMINAS

SOSA CÁUSTICA

CATALIZADORES Y ADITIVOS

AGUA

CRUDO

BIOCOMBUSTIBLES

REARREGLO MOLECULAR

.

Gas de Refinería

Síntesis de Fisher y Tropsch

Gas Natural ~

Crudo Sintético

Gasificación

Reformación de Gas

DIPE

Alquilación

MTBE

TAME

Recuperación de H2 de H2S

Polimerización Catalítica

~H2

RefinadoC4-C4=

~

H2O

Gas Natural

~

H2

Metanol


Gas de Síntesis





Isómero de C4

PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI

Hidrotratamiento de Crudo

SEPARACIÓN Y RECUPERACIÓN DE HIDROCARBUROS

~H2

Biotratamiento

Microondas

Ultrasonido

Desalado

Crudo Sintético ~


.

Membranas de Rec. De H2

Extracción con Solventes

Fraccionamiento de C3 – C4

Rec. de Vapores no Saturados

Gas Amargo

Destilación Atmosférica

Gas y Nafta

Destilación al Alto Vacío

Gasóleos de Vacío

~

H2

Residuo Atmosférico

Gasolina Ligera Naftas Kerosina/Turbosina Diesel/Gasóleo

Combustóleo

Rec. de Vapores Saturados

Residuos de vacío

Gas Amargo

Butanos dulces

Isoamilenos

Coque


.

Turbosina

Hidro-conversión

Coquización

Hidro-Desintegración

Desintegración Catalítica (FCC)

Desintegración de Residuos (RCC)

Reducción de Viscosidad

Hidroreducción de Viscosidad

Aceite cíclico ligero

~H2ó

H2O

~H2

~

H2

Gasóleo/Diesel



.

Kerosina/Turbosina

Gas de Refinería

Endulzamiento

Hidrotratamiento Gasolina FCC

Eliminación de Mercaptanos

Recuperación de AzufreGas Ácido

Hidrotratamiento C5’s-C4’s

H2

Nafta

~H2

Azufre

LPG

Butanos

Diesel

Biotratamiento

C4’s

C3’sPropano-Propileno

Disposición ecológica de catalizadores y materiales gastados

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Gasto de I&D en la industria petrolera disminuyendo, con unatendencia hacia una mayor y más eficiente vinculación de la I&Dcon las necesidades productivas.

Investigación propia orientada fundamentalmente a fortalecerhabilidades y tecnologías críticas.

Énfasis en la aplicación inteligente de las tecnologías disponiblespor sobre la generación o posesión de conocimientostecnológicos, con asimilación y evaluación de los avancestecnológicos de terceros.

Creación de alianzas estratégicas y formación de nuevosconsorcios.

Leyes ambientales cada vez más estrictas que requieren deinnovación y rápida implantación de medidas.

SITUACIÓN TECNOLÓGICA GENERAL

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ACCIONES

Implementar proyectos de mejora mediante el apalancamiento de lastecnologías existentes para su máximo aprovechamiento y laintroducción de mejoras tecnológicas de rápida implantación.

Cambios en la forma de operar plantas y equipos.

Promover el cambio cultural del personal técnico con enfoque enmaximizar el valor de las operaciones y mantenimiento de equipos.

Optimización del uso de herramientas y sistemas existentes paramaximizar su impacto en el desempeño operativo.

Instauración de mecanismos para lograr efectos sinérgicos.

Adquisición de tecnologías nuevas con un enfoque que incluya:

Asimilación e integración del conocimiento y la tecnología devanguardia en el ámbito mundial.

Evaluación, asimilación y transferencia tecnológica.

Buscar usos alternos para el azufre:

Polímeros

Asfaltos, etc.

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CONCLUSIONES

Se requiere plantear estrategias para:

Mejorar la infraestructura de proceso, adecuándola a loscrudos disponibles y a su aprovechamiento más eficiente.

Disponer de instalaciones que permitan atender lasnecesidades de producción de más combustibles de mejorcalidad técnica y ecológica.

Encontrar usos nuevos para el azufre producido.

Buscar sinergias con otras industrias (Generación eléctrica,cemento, etc.).

Desarrollar o aplicar catalizadores más eficientes (incluyenanocatalizadores y enzimas)

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FIN DE LA PRESENTACIÓN

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Características de los Crudos

Istmo Ku-Maloob-ZaapMayaOlmeca

Azufre, %pCarbón Rams-bottom, %pNaCl, Kg/1000 bbl

Gravedad APIGravedad EspViscosidad @ 25°C, cSt

Asfaltenos, %pNíquel, ppmVanadio, ppm

Costo Relativo %

0.98

1.82

N.D.

1.43

4.07

7.21

3.60

10.46

133

5.01

15.60

9.25

124 117 100 N.D.

38.00.83

4

33.10.86

9

22.10.90155

12.21.00

20,751

1.060.774.96

3.849.7044.0

13.4656.70271.4

21.2188.40412.1

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Procesos Existentes



CRUDOFUNCIONES ENTRADAS


Biotratamiento

Microondas

Ultrasonido

Desalado

Hidrotratamiento de Crudo

~H2

PETRÓLEO CRUDO CRUDO


Tradicional

Con mejoras

Nuevo

Aplicación de ultrasonido a través de un mecanismo de crecimiento e implosión de burbujas en un líquido. La principal limitante en el desarrollo de estas tecnologías ha sido la construcción de módulos de generación y aplicación de la energía de ultrasonido a escala industrial. La tecnología Sonocracking, de Sulphco, para mejoramiento de crudos intermedios o pesados ya está en etapa de comercialización. Reportándose que en abril de 2006 se construyeron en la empresa NTG GmbH, Alemania, siete unidades de 30,000 BPD cada una, para Fujairah Oil Technology, LLC, en Fujairah, Emiratos Arabes Unidos.

Los procesos biológicos o bioprocesos consisten en la utilización de seres vivos, sus enzimas u otros derivados en un tratamiento específico

Estas tecnologías se basan en la aplicación de energía de microondas a través de la interacción de esta forma de energía con moléculas con momento dipolar, como el agua. La principal limitante ha sido la construcción de sistemas de generación y aplicación de energía de microondas a escala industrial. La compañía Phonon Technologies Inc. reporta desde 1997 tener una tecnología probada para el rompimiento de emulsiones agua/aceite con muestras de Imperial Petroleum Recovery Corp.

El hidrotratamiento de crudo permite obtener un incremento significativo en el rendimiento de destilados y eliminar una alta proporción de los contaminantes presentes en la carga (azufre, metales y asfaltenos). Sus aplicaciones básicas están en la conversión de crudos pesados a crudos intermedios, de mayor valor en el mercado, y en el procesamiento inicial de los crudos pesados de carga a una refinería

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CRUDOFUNCIONES



CRUDO

Membranas de Rec. De H2

Extracción con Solventes

Fraccionamiento de C3 – C4

Rec. de Vapores no Saturados

Gas Amargo

Destilación Atmosférica

Gas y Nafta

Destilación al Alto Vacío

Gasóleos de Vacío

~H2



Combustóleo

Rec. de Vapores Saturados

Residuos de vacío

Gas Amargo

Butanos dulces


.



La realización simultánea, en un solo equipo, de los procesos de separación y reacción tiene un alto potencial para ahorro de energía y principalmente para incorporarse en los procesos de destilación primaria, los cuales presentan un alto potencial de ahorro energético. El uso de hidrógeno ayudaría en la purificación de los destilados. También puede haber una sustitución total o parcial de la destilación por procesos de separación más eficientes (40-60% de eficiencia), como la separación por membranas o por plasma, para los cuales se requieren condiciones de operación más moderadas con menores consumos de energía

Procesos Existentes


Tradicional

Con mejoras

Nuevo

El proceso de membranas consiste en el uso de membranas selectivas hechas de polímeros y copolímeros para separar compuestos. Tiene ciertas ventajas, ya que son compactas y ligeras en peso,con un diseño modular que permite una fácil expansión u operación a capacidad parcial, bajo mantenimiento (no tiene partes movibles) bajo requerimiento energético y bajo costo. Monsanto, en la década de los 80’s, instaló exitosamente el primer proceso industrial con membranas: separación de hidrógeno en las plantas de producción de amoniaco. Cynara/Natco en 1984 instaló la primera planta para la remoción de gases ácidos del gas natural, en una plataforma marina. British Petroleum Co., Exxon-Mobil y Occidental Oil and Gas Corp. han instalado procesos para el endulzamiento del gas natural utilizando membranas. PEMEX instaló y operó, desde 1997 una planta en la batería artesa del activo MUSPAC

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Procesos Existentes


FUNCIONESSEPARACIÓN Y

RECUPERACIÓN DE HIDROCARBUROS


.


DE HIDROCARBUROS

Turbosina

Hidro-conversión

Coquización

Hidro-Desintegración

Desintegración Catalítica (FCC)

Desintegración de Residuos (RCC)

Reducción de Viscosidad

Hidroreducción de Viscosidad

Aceite cíclico ligero

~~

H2

~Gasóleo/Diesel


Residuo de vacío

H2

H2ó

H2O


.


.


Combustóleo

Coque

TradicionalCon mejorasNuevo


Mejor aprovechamiento de catalizadores, integrando tecnologías de rejuvenecimiento de catalizadores FCC y de hidro-desintegración de residuales. Aplicación de la tecnología de nanomateriales que, enfocada a la elaboración de nuevos catalizadores, puede realizar la catálisis de algunos procesos de refinación a condiciones de menor severidad y en forma más selectiva. La catálisis enzimática y, en general, la biotecnología puede tener también una contribución importante para lograr el mismo propósito

Tener una mayor conversión a olefinas en el proceso FCC. Incorporar antiespumantes sin

sílice y mejorar los sistemas de manejo de coque

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Procesos Existentes


FUNCIONESCONVERSIÓN DE RESIDUALES


.Gasolina Ligera Naftas Kerosina/Turbosina Diesel/Gasóleo


.


a “pool” deGasolina

Kerosina/Turbosina

Hidrotratamiento Gasolina FCC

Eliminación de Mercaptanos

Hidrotratamiento

Gas de Refinería

Endulzamiento

C5’s-C4’s

H2

Nafta

~

H2

LPG

Butanos

Diesel

Recuperación de Azufre

Gas Ácido

Azufre

Biotratamiento

C4’sC3’s

Propano-Propileno


DE HIDROCARBUROS


REARREGLO MOLECULAR

ESPECIALI-DADES

.

Tradicional

Con mejoras

Nuevo

PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXITransforma productos de desecho en coproductos con valor. Quita y destruye hidrocarburos alifáticos y aromáticos, otros químicos orgánicos volátiles (VOC’s), H2S y olores de gases de escape de las corrientes de proceso, ventilación de tanques, purgas, extracción de vapores, tratamiento de aguas residuales, etc.

La gasolina de FCC se hidrotrata selectivamente con destilación reactiva

Uso de catalizadores másicos para alcanzar las especificaciones de azufre, con el reto de que no pesen demasiado para aplicarse en plantas existentes

Desarrollar opciones para el aprovechamiento del azufre

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FUNCIONESCONVERSIÓN DE RESIDUALES



Gas de Refinería

Síntesis de Fisher y TropschGas Natural

~

Crudo Sintético

Gasificación

Reformación de Gas

DIPE

Alquilación

MTBE

TAME

Recuperación de H2 de H2S

Polimerización Catalítica

~ H2

Refinado

C4-C4=

~

H2O

Gas Natural

~

H2

Metanol


Gas de Síntesis





Isómero de C4




Azufre

REARREGLO MOLECULAR


Isoamilenos

Procesos Existentes


Tradicional

Con mejoras

Nuevo


Sustitución de catalizadores convencionales por sistemas catalíticos heterogéneos

Obtención de compuestos oxigenados alternos

La síntesis de Fisher-Tropsch, descubierta en los años 20´s, es una reacción química catalítica en la que el monóxido de carbono y el hidrógeno se convierten en hidrocarburos líquidos de varias formas, produciendo crudo sintético o lubricantes y combustibles sintéticos.

(2n+1) H2 + nCO → CnH2n+2 + nH2O

Uso de destilación reactiva

Sinergia con otras industrias, para generación de vapor, electricidad e hidrógeno

Recuperación de azufre de H2S con procesos de absorción con reacción química (tipo Gianmarco Vetrocoke), obteniendo azufre elemental e hidrógeno

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FUNCIONESREMOCIÓN

DE IMPUREZASSEPARACIÓN Y



REMOCIÓN DE

IMPUREZAS


REARREGLO MOLECULAR

Isomerización de C5’s-C6’s

Reformación de Naftas

Isomerización de C4


H2


Isómero de C4

Procesos Existentes


Tradicional

Con mejoras

Nuevo


Mantener el proceso de Reformación pero con alta selectividad a componentes isoméricos C8

Incorporar separación de isopentanos e isohexanos para maximizar recirculación de hidrocarburos sin reaccionar

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FUNCIONESSEPARACIÓN Y



Planta de Lubricantes

Planta de Asfalto

Lubricantes

Asfalto

ESPECIALI-DADES

.

Procesos Existentes


Tradicional

Con mejoras

Nuevo


Incorporar hidrodesparafinación y nuevos procesos de cristalización

Incorporar producción de asfaltos tipo SUPERPAVE

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