LAS LIMITACIONES TÉCNICO ECONÓMICAS DE LAS OPCIONES ENERGÉTICAS PARA EL SIGLO XXI EN EL SECTOR ENERGÉTICO MEXICANO

Transcripción

1 LAS LIMITACIONES TÉCNICO ECONÓMICAS DE LAS OPCIONES ENERGÉTICAS PARA EL SIGLO XXI EN EL SECTOR ENERGÉTICO MEXICANO TECNOLOGÍAS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI Ing Rodolfo del Rosal Díaz Noviembre

2 CONTENIDO INTRODUCCIÓN PROCESOS FUNCIONALES DE REFINACIÓN PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI SITUACIÓN TECNOLÓGICA GENERAL ACCIONES CONCLUSIONES 2

3 INTRODUCCIÓN PROBLEMÁTICA EN REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI La industria de refinación en general, enfrenta cambios en la composición de la producción de petróleo crudo y en la estructura y características de la demanda de productos petrolíferos, así como en los requerimientos de calidad de combustibles automotores e industriales, de menor impacto sobre el medio ambiente Los crudos son cada vez más pesados, con un alto contenido de azufre, metales, sal y agua Las especificaciones de los combustibles son cada vez más estrictas, y en este momento la gasolina debe de tener menos de 30 ppm de azufre y el diesel menos de 15 pmm de azufre, ambos con mejores características detonantes y ambientales (Aromáticos, Octano, Cetano, etc) La producción de azufre se puede volver un cuello de botella en la operación de las refinerías 3

4 INTRODUCCIÓN GASOLINA NATURAL EMISIONES AL AMBIENTE GAS NATURAL GAS DE REFINERÍA (1) BIOCOMBUSTIBLES ENERGÍA ELÉCTRICA (2) VAPOR (2) COMBUSTÓLEO (1) HIDRÓGENO (2) Gas de Refinería Propano-Propileno Azufre LPG Butanos Kerosina PETRÓLEO CRUDO SOSA CÁUSTICA CATALIZADORES Y ADITIVOS AGUA METANOL HF/SO 4 AMINAS PRODUCTOS Pool de Gasolina Diesel Lubricantes Turbosina Coque Gas de Síntesis Asfalto Combustóleo (1) Generación interna (2) Suministro y/o generación interna 4

5 PROCESOS FUNCIONALES DE REFINACIÓN ENTRADAS TRATAMIENTO FRONTAL DE CRUDO RECUPERACIÓN DE CONVERSIÓN DE RESIDUALES REMOCIÓN DE IMPUREZAS 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, severa o moderada Endulzamiento, hidrotratamiento, absorción y separación SÍNTESIS DE PRODUCTOS REARREGLO MOLECULAR ESPECIALIDADES PRODUCTOS/ SALIDAS 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 5

6 PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI FUNCIONES ENTRADAS TRATAMIENTO FRONTAL DE CRUDO CONVERSIÓN DE RESIDUALES REMOCIÓN DE IMPUREZAS SÍNTESIS DE PRODUCTOS REARREGLO MOLECULAR ESPECIALI- DADES PRODUCTOS/ SALIDAS GASOLINA NATURAL GAS NATURAL PETRÓLEO CRUDO GAS DE REFINERÍA (1) ENERGÍA ELÉCTRICA (1) VAPOR (2) COMBUSTÓLEO (1) HIDRÓGENO (2) METANOL HF/ SO 4 AMINAS SOSA CÁUSTICA CRUDO Crudo Sintético Desalado Ultrasonido Microondas Biotratamiento H2 Extracción con Solventes Rec de Vapores no Saturados Destilación Atmosférica Membranas de Rec De Gas Amargo Rec de Vapores Saturados Gas y Nafta Hidrotratamiento de Crudo Residuo Atmosférico Residuos de vacío Gas Amargo Destilación al Alto Vacío Fraccionamiento de C 3 C 4 Gas Ácido Gasóleos de Vacío ó O Gasolina Ligera Naftas Kerosina/Turbosina Diesel/Gasóleo Desintegración Catalítica (FCC) Desintegración de Residuos (RCC) Hidro- Desintegración Reducción de Viscosidad Hidroreducción de Viscosidad Endulzamiento Recuperación de Azufre Eliminación de Mercaptanos Aceite cíclico ligero C 3 s C 4 s H2O Polimerización Catalítica Recuperación de de S C 4 -C 4 = Alquilación DIPE Natural Gas Reformación de Gas Hidrotratamiento C 5 s-c 4 s Biotratamiento Hidrotratamiento Gasolina FCC Nafta Butanos dulces Isoamilenos TAME MTBE Refinado Isómero de C 4 Isomerización de C 5 s-c 6 s Reformación de Naftas Isomerización de C 4 Planta de Lubricantes Metanol Gas de Refinería Propano-Propileno a pool de Gasolina Azufre LPG Butanos a pool de Gasolina Kerosina/Turbosina a pool de Gasolina Diesel a pool de Gasolina a pool de Gasolina a pool de Gasolina a pool de Gasolina Lubricantes a pool de Gasolina Turbosina CATALIZADORES Y ADITIVOS AGUA Coquización Hidro-conversión Gasóleo/Diesel Gas Natural Gasificación Síntesis de Fisher y Tropsch Crudo Sintético Gas de Refinería Gas de Síntesis Coque BIOCOMBUSTIBLES Planta de Asfalto Asfalto Combustóleo (1) Generación Interna (2)Suministro y/o Generación Interna Procesos Existentes Procesos Potenciales Emisiones Gaseosas Oxidación, Absorción, Adsorción y Filtración Emisiones al Ambiente Desechos Sólidos Inertización, Incineración, Clasificación y Almacenamiento Líquidos/Aguas de Desecho Remoción de Aceites y Grasas, Tratamiento Biológico, Incineración Recuperación de Agua para Reuso Disposición ecológica de catalizadores y materiales gastados 6

7 SITUACIÓN TECNOLÓGICA GENERAL Gasto de I&D en la industria petrolera disminuyendo, con una tendencia hacia una mayor y más eficiente vinculación de la I&D con las necesidades productivas Investigación propia orientada fundamentalmente a fortalecer habilidades y tecnologías críticas Énfasis en la aplicación inteligente de las tecnologías disponibles por sobre la generación o posesión de conocimientos tecnológicos, con asimilación y evaluación de los avances tecnológicos de terceros Creación de alianzas estratégicas y formación de nuevos consorcios Leyes ambientales cada vez más estrictas que requieren de innovación y rápida implantación de medidas 7

8 ACCIONES Implementar proyectos de mejora mediante el apalancamiento de las tecnologías existentes para su máximo aprovechamiento y la introducción de mejoras tecnológicas de rápida implantación Cambios en la forma de operar plantas y equipos Promover el cambio cultural del personal técnico con enfoque en maximizar el valor de las operaciones y mantenimiento de equipos Optimización del uso de herramientas y sistemas existentes para maximizar 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 de vanguardia en el ámbito mundial Evaluación, asimilación y transferencia tecnológica Buscar usos alternos para el azufre: Polímeros Asfaltos, etc 8

9 CONCLUSIONES Se requiere plantear estrategias para: Mejorar la infraestructura de proceso, adecuándola a los crudos disponibles y a su aprovechamiento más eficiente Disponer de instalaciones que permitan atender las necesidades de producción de más combustibles de mejor calidad 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 (incluye nanocatalizadores y enzimas) 9

10 FIN DE LA PRESENTACIÓN 10

11 Características de los Crudos Olmeca Istmo Maya Ku-Maloob-Zaap Gravedad API Gravedad Esp 25 C, cst ,751 Azufre, %p Carbón Ramsbottom, %p NaCl, Kg/1000 bbl ND Asfaltenos, %p Níquel, ppm Vanadio, ppm Costo Relativo % ND 11

12 PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI FUNCIONES PETRÓLEO CRUDO ENTRADAS CRUDO Los procesos biológicos o bioprocesos consisten en la utilización de seres vivos, sus enzimas u otros derivados en un tratamiento específico 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 Procesos Existentes Procesos Potenciales TRATAMIENTO FRONTAL DE CRUDO Desalado Ultrasonido Microondas Biotratamiento Hidrotratamiento de Crudo 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 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 Tradicional Petroleum Recovery Corp Con mejoras Nuevo 12

13 FUNCIONES TRATAMIENTO FRONTAL DE CRUDO PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI TRATAMIENTO FRONTAL DE CRUDO Rec de Vapores no Saturados Gas Amargo Rec de Vapores Saturados Destilación Atmosférica Gas y Nafta Membranas de Rec De Gas Amargo Fraccionamiento de C 3 C 4 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 REMOCIÓN plantas de DE producción de amoniaco Cynara/Natco en 1984 IMPUREZAS 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 Gasolina Ligera para el endulzamiento del gas natural utilizando Naftas membranas PEMEX instaló y operó, desde 1997 una Kerosina/Turbosina planta en la batería artesa del activo MUSPAC Diesel/Gasóleo Butanos dulces Residuo Atmosférico Extracción con Solventes Procesos Existentes Procesos Potenciales Gasóleos de Vacío Destilación al Alto Vacío CONVERSIÓN DE RESIDUALES 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 Residuos destilación primaria, los cuales presentan un alto potencial de de vacío ahorro energético El uso de hidrógeno ayudaría en la purificación de los destilados También puede haber una sustitución total o Combustóleo parcial de la destilación por procesos de separación más eficientes Tradicional (40-60% de eficiencia), como la separación por membranas o por Con mejorasplasma, para los cuales se requieren condiciones de operación más Nuevo moderadas con menores consumos de energía 13

14 PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI FUNCIONES CONVERSIÓN DE RESIDUALES Mejor aprovechamiento de catalizadores, integrando tecnologías de rejuvenecimiento Gasolina de Ligera catalizadores FCC y de hidro-desintegración Naftas de residuales Aplicación de la tecnología de Kerosina/Turbosina Diesel/Gasóleo nanomateriales que, enfocada a la elaboración Aceite cíclico ligero de nuevos catalizadores, puede realizar la catálisis de algunos procesos de refinación a condiciones Desintegración de menor severidad y en forma más selectiva Catalítica La (FCC) catálisis enzimática y, en general, la biotecnología Desintegración de puede SEPARACIÓN tener también Y una contribución Residuos (RCC) Residuo importante RECUPERACIÓN para lograr el Atmosférico mismo propósito DE Hidro- Residuo Desintegración de vacío Tener una mayor conversión a olefinas en el proceso FCC Procesos Existentes Procesos Potenciales H2 ó O Reducción de Viscosidad Hidroreducción de Viscosidad Coquización Hidro-conversión REMOCIÓN DE IMPUREZAS Incorporar antiespumantes sin sílice y mejorar los sistemas de manejo de coque Gasóleo/Diesel SÍNTESIS DE PRODUCTOS Turbosina Coque Combustóleo Tradicional Con mejoras Nuevo 14

15 FUNCIONES RECUPERACIÓN DE CONVERSIÓN DE RESIDUALES PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI Gasolina Ligera Naftas Kerosina/Turbosina Diesel/Gasóleo Procesos Existentes Procesos Potenciales CONVERSIÓN DE RESIDUALES ESPECIALI- DADES C 3 s C 4 s Uso de catalizadores másicos para alcanzar las especificaciones de azufre, con el reto de que no pesen demasiado para aplicarse Eliminación en plantas de Mercaptanos existentes La gasolina de FCC se hidrotrata selectivamente con destilación reactiva Hidrotratamiento Hidrotratamiento Gasolina FCC Tradicional Con mejoras Nuevo Biotratamiento REMOCIÓN Transforma productos de desecho en DE IMPUREZAS 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 Gas de de Refinería aguas residuales, etc Endulzamiento Gas Ácido Recuperación de Azufre Nafta Azufre Desarrollar opciones para el aprovechamiento del azufre C 5 s-c 4 s Propano-Propileno Butanos LPG SÍNTESIS DE PRODUCTOS Kerosina/Turbosina a pool de Gasolina Diesel REARREGLO MOLECULAR 15

16 PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI FUNCIONES CONVERSIÓN DE RESIDUALES REMOCIÓN DE IMPUREZAS SÍNTESIS DE PRODUCTOS REMOCIÓN DE IMPUREZAS CONVERSIÓN DE RESIDUALES Recuperación de azufre de S con procesos de absorción con reacción química (tipo Gianmarco Vetrocoke), obteniendo azufre elemental e hidrógeno Isoamilenos C 4 -C 4 = Sustitución de catalizadores convencionales por sistemas catalíticos heterogéneos Refinado Polimerización Catalítica Recuperación de de S Uso de destilación reactiva TAME MTBE Alquilación Metanol Isómero de C 4 REARREGLO MOLECULAR a pool de Gasolina Azufre a pool de Gasolina a pool de Gasolina a pool de Gasolina Obtención de compuestos oxigenados alternos O 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 Procesos sintéticos Existentes Tradicional Gas Natural (2n+1) H2 + nco CnH2n+2 + nh2o Con mejoras Procesos Potenciales Nuevo DIPE Natural Reformación de Gas Gas Gasificación Síntesis de Fisher y Tropsch a pool de Sinergia con otras Gasolina industrias, para generación de vapor, electricidad e hidrógeno Crudo Sintético Gas de Refinería Gas de Síntesis 16

17 PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI FUNCIONES REMOCIÓN DE IMPUREZAS REARREGLO MOLECULAR Incorporar separación de isopentanos e isohexanos para maximizar recirculación de hidrocarburos sin reaccionar REMOCIÓN DE IMPUREZAS Isomerización de C 5 s-c 6 s a pool de Gasolina Reformación de Naftas a pool de Gasolina Isomerización de C 4 Mantener el proceso de Reformación pero con alta selectividad a componentes isoméricos C8 Isómero de C 4 SÍNTESIS DE PRODUCTOS Procesos Existentes Procesos Potenciales Tradicional Con mejoras Nuevo 17

18 PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI FUNCIONES ESPECIALI- DADES Incorporar producción de asfaltos tipo SUPERPAVE Planta de Asfalto Planta de Lubricantes Asfalto Lubricantes Incorporar hidrodesparafinación y nuevos procesos de cristalización Procesos Existentes Procesos Potenciales Tradicional Con mejoras Nuevo 18