Refinación de petróleo y economía del proceso. FING Noviembre 2017

Transcripción

1 Refinación de petróleo y economía del proceso FING Noviembre 2017

2 Equipos principales 420 MM USD Hornos de Proceso 19 Calderas de Vapor 7 Torres 38 Reactores 42 Intercambiadores de calor 235 Tanques de almacenamiento 152 Compresores 35 Equipos de bombeo 481 Antorchas 2 Personas en la Gerencia aproximadamente 400 Crudo a procesar: aprox. 2 MM m 3 /año Otros 7 Total 1018

3 Diagrama de bloques de la refinería Área 1 Área 2 Área 3 Área 4 Área 5 Lab Refin. Gas agrio SRU Azufre Fuel gas Crudo Destilación Atmosférica Vapor Nafta C 3 /C 4 Jet/Kero Gasoil Residual Isomerización Hidrotratamiento Naftas LVGO Destila ción a Vacío LCO HVGO Reformación catalítica Merox FCCU Fondo Vacío DSF Gasolina Isomerato DHT Nafta C 3 /C 4 Reformado Prime G+ HDS C 3 /C 4 Slurry Gasoil VSBK VSBK Fondo VSBK Almacenaje Blending Gestión de productos terminados Tratamiento de efluentes Aire Agua enfriamiento Energía Eléctrica Análisis de Control y de Certificación LPG Gasolina Jet / Kero Gas Oil Fuel Oil Asfalto Servicios Auxiliares Laboratorio de Control y Certificación

4 DF

5 Diagrama de Procesos de Topping y Vacío Calentamiento Tren frío 150ºC Desalado Calentamiento Tren Intermedio 210ºC Calentamiento Horno Atmosférico 260ºC Calentamiento Tren Caliente 200ºC Destilación Preflash 370ºC Destilación Atmosférica 300ºC Calentamiento Horno Vacío 410ºC Destilación al vacío

6 Carga y Productos intermedios de la Destilación atmosférica Fuel gas LPG Crudo Destilación atmosférica Nafta Queroseno liviano Queroseno pesado Gas Oil atmosférico Diesel Oil Fondo atmosférico, carga de Vacío Capacidad: bbl/día o 330 m3/h.

7 Carga y Productos intermedios de la Destilación a Vacío Aceite Liviano de Vacío Fondo atmosférico Destilación a Vacío Aceite Pesado de Vacío Fondo de Vacío, carga de VBK Capacidad: bbl/día, o 132 m3/h.

8 Productos intermedios de Topping y Vacío y sus usos Producto intermedio Rango de Destilación ( C) Destino Fuel Gas Incondensables Compuesto por C1 y C2. Van al sistema de fuel gas LPG (Gases Licuables de petróleo) 35- C3 y C4. Va a Área 2 donde se fracciona en Recuperación de Livianos Gasolina-Nafta C5 a C8. Luego de la estabilización es carga para el complejo de Gasolinas Queroseno Liviano Puede formar parte de la carga del Complejo de Gasolinas, formar parte del Jet o del Gas oil Queroseno Pesado Puede formar parte de los productos Queroseno, Jet o del Gas oil. Puede ser carga de las unidades de MRX, DSF o HDS. Puede ser diluyente de fuel oil Gas Oil Forma parte del Producto GO 50S o GOM Diesel Oil Puede formar parte del producto GO 50S, GOM o ser parte de la carga de FCC Fondo Atmosférico 300+ Generalmente es la carga de la Unidad de Vacío. Puede formar parte del producto Fuel Oil y puede ser carga de FCCU Aceite Liviano de Vacío Puede formar parte del producto GO 50S, GOM o ser parte de la carga de FCC Aceite pesado de Vacío Carga de la Unidad de FCC Fondo de Vacío 450+ Puede ser la carga de VBK, constituyente principal del fuel oil. Si el crudo es asfaltifero, es asfalto DF

9 Complejo de Gasolinas, diagrama de bloques Nafta de Topping (agria) Hidro Tratamiento (HDT) bbl/d CoMo-Alúmina H 2 Nafta de Topping (dulce) S p l i t e r Gasolina desulfurizada (dulce) RON 65/75 Nafta desulfurizada (dulce) Isomerización (ISM) 6000 bbl/d Pt-Alúmina Reforming, o Octanizing bbl/d Isomerato RON 82/85 Reformado RON 45/55 Pt-Alúmina RON 100/101 H 2

10 Reacciones de isomerización Presaturación de benceno + 3 H2 Ciclohexano Isomerización de parafinas H H H H H H H H H H C C C C H H C C C C C H H H H H H H H H H C H H n-pentano RON 62 iso-pentano RON 93

11 Reacciones de reformación Deshidrogenación de naftenos + 3 H2 nafteno aromático Isomerización de parafinas n-parafina iso parafina

12 Reacciones de reformación Deshidrociclación de parafinas + H2 +3H2 Isomerización de naftenos Alquilciclopentano (Etilciclopentano) Alquilciclohexano (Metilciclohexano) DF

13 Merox Carga: queroseno liviano y/o pesado de topping Capacidad: 35 m 3 /H Reacción química de oxidación: 2 R-SH mercaptanes O 2 Cat. R-S-S-R + H 2 O disulfuros Catalizador: Organometálico de Co sobre C activado en medio alcalino Productos: queroseno o combustible de aviación Jet A1

14 Diagrama de Procesos de Merox Neutralización de ácidos nafténicos Separación del agua Reacción con oxigeno en presencia de catalizador Filtrado y secado Lavado Separación de la Soda DF

15 Desulfurización de destilados medios Capacidad nominal: 5000 bbl/d, 33 m3/h Finalidad: - disminuir el contenido de azufre de destilados medios: queroseno liviano y pesado, gas oil R-SH + H 2 R-H + H 2 S R-S-R + 2 H 2 2R-H + H 2 S R-S-S-R + 3 H 2 R-H + R -H +2 H 2 S + 4 H 2 C 4 H 10 +H 2 S - estabilizar productos inestables (LCO, Gas. y GO de VBK) Catalizador Ni-Mo sobre alúmina S R=R + H 2 RH-R H R=C=R + 2H 2 RH-CH 2 -R H Su producción puede formar parte de los productos finales Queroseno, Jet A1, Aguarrás, Gas oil Marino

16 Diagrama de Procesos de DSF Hidrógeno de reposición Carga Mezcla de Carga e hidrógeno DF Calentamiento Hidrógeno de reciclo Gas agrio Separación de hidrógeno no reaccionado Separación de gas agrio y producto desulfurizado Reacción La mezcla de HC entra al reactor en fase gas Producto desulfurizado

17 Nueva desulfurización de destilados medios Capacidad nominal: bbl/d, 120 m3/h Finalidad: - reducir el contenido de S del pool de GO a < 50 ppm - denitrificación - saturación de olefinas y aromáticos - ganancia de cetano >2.5 unidades Catalizador Co-Mo sobre alúmina DF

18 Carga y Productos intermedios Cracking Fuel gas APV FA Cracking LPG Gasolina catalítica Aceite liviano de cracking (LCO) Slurry Capacidad de bbl/día, o 80 m3/h

19 Productos intermedios de Cracking-RDL y sus usos Producto intermedio Rendimiento Promedio (% vol de la carga) Coque (Foe) 6.0 Destino Queda sobre el catalizador, se quema en el regenerador y aporta la energía para que se den las reacciones Fuel Gas 2.7 H2, C1, C2 y C2=. Combustibles en la refinería LPG (Gases licuables de petróleo) 30.8 C3, C3=, ic4, nc4, C4=. Propano industrial y Supergas Gasolina catalítica 55.6 RON A la unidad de Prime G+ para hidrotratamiento. Aceite Liviano de Cracking 19.8 DSF o HDS para ir a GO 50S o GOM Diluyente de FO Slurry 5.1 Pool de Fuel oil. DF

20 Prime G+ Capacidad: 5000 bbl/d (33 m3/h), S final<30 ppm, perdida RON<1.5 Finalidad: reducir el contenido de S de la GC.

21 Prime G + DIAGRAMA BÁSICO LCN GASOLINA LIVIANA < 65 ºC DF UNIDAD DE HIDROGENACIÓN SELECTIVA TORRE SPLITER CARGA GASOLINA DE CRACKING 800 ppm de S HCN GASOLINA PESADA > 65 º C Sistema de reactores de desulfurización H 2 DE CARGA GASOLINA DESULFURIZADA A TANQUE 30 ppm de S

22 Unidad de recuperación de azufre (SRU) Unidad Claus Horno Reactor: Oxidación (1/3 de aire estequiométrico) H 2 S +3/2 O 2 SO 2 + H 2 O H R < 0 Anóxica Unidad Clauspol 2 H 2 S + SO 2 3/2 S H 2 O H R < 0 Reactores Catalíticos (anóxica) 2 H2S + SO 2 3/8 S H 2 O H R <0 (Alúmina activada) Reacción Claus aplicada al Gas de Cola, en un medio líquido (PEG) con un catalizador disuelto. 2 H 2 S + SO 2 3/n S n + 2 H 2 O H R <0 ) (NaOH/Ac.Salic. en PEG)

23 Proceso Claus Horno Reactor Primer Reactor Segundo Reactor Quemador 1º Calentador Segundo Calentador Vapor (Media P o Alta P) Gases ácidos Vapor de Baja Vapor de Baja Vapor de Muy Baja P A Incinerador o a Tratamiento de Gas de Cola Aire Analizador Caldera de Recuperación de Calor 1º Condensador S 2º Condensador S Condensador Final S H 2 S/SO 2

24 Proceso Clauspol Gas a Incinerador Contactor Gas / Líquido 120 C Control de Temperatura de Solvente Gas de Cola Reposición de Catalizador Azufre Líquido DF

25 Carga y Productos intermedios de VBK Gasolina de VBK Fondo de Vacío VBK Gas Oil de VBK Fondo de VBK Capacidad: bbl/día o 46 m3/h.

26 Productos intermedios de VBK y sus usos Rendimiento Producto intermedio Promedio (%) Destino Gases de Tope 1.5 Va a Recuperación de Livianos en Área 2 Gasolina de Visbreaking 2.0 A carga de DSF Gas Oil de Visbreaking 2.2 Flushing en la propia Unidad Diluyente del Fuel Oil Carga de DSF o HDS para GO 50S o GOM Fondo de Visbreaking 94.8 Pool de Fuel oil.

27 Diagrama de Procesos de Visbreaking Calentamiento Horno Visbreaking Reacción en Soaker Fraccionamiento DF

28 Elaboración de productos finales Propano/Butano Propano/Butano imp. Isomerato Reformado G. Cracking Queroseno GO, DO, ALV LCO Biodiesel GO importado Fondo Vacío Fondo VBK Slurry Diluyentes (QP, LCO) FO importado Fondo Vacío asfáltico Mezcla Mezcla+aditivación +EtOH Mezcla+aditivación Mezcla Mezcla Propano Industrial Supergas Super 95 Premium 97 Gas. exportación Queroseno ilum. Jet A-1/Aguarrás GOM, GO 50S FO Medio FO Marino FO Pesado FO UTE (Calderas/Motores) Cementos asfálticos Diluídos (RC-2/MC-1)

29 Economía de refinación FING Noviembre 2017

30 Objetivo Evaluar entre la multitud de estrategias operativas alternativas y tomar las decisiones operativas que maximicen la ganancia de la refinería. Se enfatiza producir tanto como se pueda de los productos más valiosos.

31 CRUDO COSTO M. PRIMA REFINERÍA COSTOS OPERATIVOS LPG GAS KER GO FO

32 Curva de demandas MM PERFIL DE PRODUCCIÓN/DEMANDAS Enero-Mayo 2006 LPG GAS. GO FO PRODUCTO DEM. ACU. PROD.

33 Margen de refinación Margen Bruto = Ingresos tot. por ventas - Costo tot. Materias primas Margen Neto = Ingresos tot. por ventas - Costo tot. Materias primas - Costos operativos

34 Costos operativos Fijos No directamente asociados a la operación (salarios, mantenimiento, seguros) Variables Directamente afectados por la operación (energía, catalizador) Marginales Asociados a pequeños cambios en la operación de las instalaciones existentes

35 Valorización Costo Lo que cuesta producir un determinado bien o servicio. Valor Valor de mercado de un bien o servicio, lo que se está dispuesto a pagar o se espera recibir por el. Precio El acuerdo resultante de una transacción concreta realizada.

36 Valorización, cont. Producido Crudo Capacidad/Configuración Import. Export. Mercado interno

37 Valorización, cont. Producto deficitario Paridad de importación Producto excedentario Paridad de exportación Producto en mercado libre Valor de mercado

38 RTDM USGC SING

39 Operaciones de refinación Crudo y otras materias primas Proceso de refinación Corrientes intermedias Movimientos de productos Productos en especificación para la venta Blending Componentes de blending

40 Blending Es la combinación de dos o más materiales para formar un nuevo material. El blending de productos de refinería implica una mezcla compleja de hidrocarburos. Las especificaciones limitantes requieren que las propiedades sean estimadas antes de realizar el blending final. Muchas de las propiedades de los hidrocarburos no se mezclan linealmente.

41 Mezcla lineal Vm = Va + Vb Vm.qm = Va.qa + Vb.qb 1 = Xa + Xb qm = Xa.qa + Xb.qb qm = Xa.qa + (1-Xa).qb Xa = (qm-qb)/(qa-qb)

42 Mezcla lineal Densidad Azufre Componentes (PONA, cenizas, metales) Número de cetano Aprox. lineal: RON % evaporado TVR

43 Mezcla no lineal Índices de mezcla Propiedad componentes Índice componentes Mezcla lineal Propiedad mezcla Índice mezcla

44 Mezcla no lineal Viscosidad IV= log(log(cst+0.8)) Punto de escurrimiento Ln(IPE)= Ln(PE+460) Punto de inflamación log(ipi)= log(pi+460)

45 Economía de blending El objetivo de la economía de blending es combinar los componentes de blending disponibles de forma de satisfacer las demandas y las especificaciones al menor costo, e incrementar la producción de los productos que maximicen el beneficio global.

46 Economía de blending Aspectos principales Calidad de los productos finales Conjunto de especificaciones que definen el producto Significación económica de alcanzar esa calidad Especificaciones limitantes Sistema físico disponible

47 ESPECIFICACIONES DESDE EL PUNTO DE VISTA ECONÓMICO PUEDEN SER: LIMITANTES NO LIMITANTES DESDE EL PUNTO DE VISTA DEL USUARIO PUEDEN SER: CRÍTICAS NO CRÍTICAS

48 LPG TVR (psig) Máx 200 %C %C (invierno) (verano) % i-c5 Máx 1.5

49 LPG cont. antorcha FO GN FG LPG Combustibles de refinería LPG imp = 383 U$S/m 3 LPG exp = 155 U$S/m 3 FO imp = 405 U$S/m 3 GN = 0,473 U$S/m U$S/m 3 foe 242 U$S/m 3 foe 405 U$S/m 3 foe 534 U$S/m 3 foe

50 LPG cont. LPG imp = 383 U$S/m 3 LPG exp = 155 U$S/m 3 Nafta import. = 469 U$S/m 3

51 Gasolinas RON Mín 97/95 MON Mín 83/81 Composición: ARO Máx 40 OLE Máx 20 Volatilidad: TVR (psi) Máx 12 ó 10.5 E70 Mín 20% DI = 1.5*10%+3*50%+90% Máx 565 VLI = TVR +7*E70 Máx 950

52 Gasolinas cont. Barril de octano: U$S/Bbl-oct ó U$S/m 3 -oct Bbl-oct = (UNLP-UNLR)/(93-87) Con EtOH: BBl-oct = (EtOH-PRE)/29 Costo incremental operativo en RFM para elevar 1 octano, 1 bbl o 1 m 3 de gasolina.

53 Gasolinas cont. Valor gasolina = Valor gasolina base - (RONbase-RONgasol.)m 3 -oct. Valor aproximado m 3 -oct. = 6,7 U$S/m 3 -oct Valor C4 = Valor gasolina Import. - (RON gas -RON C4 )m 3 -oct. Valor C4 = 564 U$S/m 3 - ( ) x 6,7 US$/m 3 -oct = 547 U$S/m 3

54 Gasolinas cont. Costo por gasolina de RON = 95.5 Costo = (RONgas RONesp.) x m 3 -oct Costo = ( ) x 6,7 U$S/m 3 -oct = 3,35 U$S/m 3 En una elaboración (7000 m 3 ): U$S

55 GASOIL Comun Marino Pto. Infl. ( C) Mín 45 Mín 60 90% ( C) Máx Cetano Mín 48 Mín 40 Pto. Esc. ( C) Máx 5 Máx 6/0 S (ppm) Máx

56 GASOIL con. Pto. Inflamación Valor GO: 502 U$S/m 3 Valor nafta: 469 U$S/m 3 Diferencia: 33 U$S/m 3 Pto. Final nafta: 185 ºC

57 GASOIL con. 90% Valor carga FCCU: FOP si hay exceso de carga SUMA(valor prod. x rend.)-costo op. Cetano Transferencia de LCO a GO: Valor GO = 502 U$S/m 3 Valor FO = 405 U$S/m 3 Ganancia= 97 U$S/m 3 S Consumo de H 2

58 GASOIL con. Ejercicio: Calcular el beneficio resultante de elaborar GO con 90% de GO de cetano 45 y 10 % de LCO de cetano 25 sabiendo que se necesitan L de aditivo por cada m 3 por cada unidad de cetano. Costo de aditivo: 2.45 U$S/L.

59 FUEL OIL Pto. Infl. ( C) Mín 65 Visc. (SSF) Máx 220 Estabilidad Máx 2

60 FUEL OIL cont. Pto. Inflamación: Limita transferencia gasolina LCO en fraccionadora de FCCU Viscosidad: Escenario de falta de diluyente: Valor GO Valor FO = = 97 U$S/m 3 de diluyente en exceso. Estabilidad: Limita la operación de VBK.

61 FUEL OIL cont. Ejercicio Calcular el costo de elaborar 5000 m 3 de FOP con una viscosidad final de 200 SSF sabiendo que el exceso de diluyente respecto de la especificación es de 1.2 %.

62 FUEL OIL cont. Ejercicio Para elaborar FOP (220 SSF) a partir de FO de 250 SSF se necesita: 1.3 % de queroseno pesado 1.6 % de LCO 1.9 % de GO Cuál es la mejor opción?

63 LPG +N. Petroq. Imp. 469 U$S/m 3 Gas/Nafta Complejo Qer. L. ISO RFM Gasolina Autom. Imp. 564 U$S/m 3 Qer. P. GO DO ALV APV FV FCCU VBK GOL LPG GC LCO SLR Gas GO FVBK Imp. 502 U$S/m 3 DSF o HDS (15% máx) FO propano Imp. 383 U$S/m 3 LPG Exp. 155 U$S/m 3 Imp. 405 U$S/m 3 Exp. 278 U$S/m 3