Ing. Rodolfo del Rosal

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 - 2006
1
CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
PROCESOS FUNCIONALES DE REFINACIÓN
PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI
SITUACIÓN TECNOLÓGICA GENERAL
ACCIONES
CONCLUSIONES
2
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
INTRODUCCIÓN
GASOLINA NATURAL
EMISIONES AL AMBIENTE
GAS NATURAL
GAS DE REFINERÍA(1)
BIOCOMBUSTIBLES
ENERGÍA ELÉCTRICA(2)
VAPOR (2)
COMBUSTÓLEO (1)
HIDRÓGENO (2)
PETRÓLEO CRUDO
SOSA CÁUSTICA
CATALIZADORES Y
ADITIVOS
AGUA
METANOL
HF/H2SO4
AMINAS
(1) Generación interna
(2) Suministro y/o generación interna
Gas de Refinería
Propano-Propileno
Azufre
LPG
Butanos
Kerosina
PRODUCTOS
“Pool” de Gasolina
Diesel
Lubricantes
Turbosina
Coque
Gas de Síntesis
Asfalto
Combustóleo
4
PROCESOS FUNCIONALES DE REFINACIÓN
ENTRADAS
TRATAMIENTO
FRONTAL DE
CRUDO
SEPARACIÓN Y
RECUPERACIÓN
DE
HIDROCARBUROS
Materias primas e
insumos de la refinería
Adecuación del crudo
requerida antes de la
refinación
Destilación, extracción,
fraccionamiento y
absorción
SÍNTESIS DE
PRODUCTOS
.
Combinación o
separación química de
dos o más moléculas para
obtener productos de
mayor valor
REARREGLO
MOLECULAR
.
Isomerización,
deshidrociclización,
aromatización y
desintegración
ESPECIALIDADES
.
CONVERSIÓN DE
RESIDUALES
.
Desintegración
(cracking) catalítica o
térmica, con o sin H2,
severa o moderada
PRODUCTOS/
REMOCIÓN DE
IMPUREZAS
.
Endulzamiento,
hidrotratamiento,
absorción y separación
SALIDAS
Productos que no están
presentes en todas las
refinerías
Productos al exterior y
de autoconsumo,
emisiones y efluentes
resultados del proceso
de transformación
5
PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI
TRATAMIENTO
FRONTAL DE
CRUDO
SEPARACIÓN Y
RECUPERACIÓN DE
HIDROCARBUROS
~
Crudo
Sintético
~
Fraccionamiento
de C3 – C4
Gas Ácido
H2
Ultrasonido
Hidrotratamiento
de Crudo
Microondas
COMBUSTÓLEO (1)
HIDRÓGENO (2)
Residuo
Atmosférico
Gasóleos
de Vacío
Biotratamiento
H2
Extracción con
Solventes
Reformación de
Naftas
H2
~
Aceite cíclico ligero
Diesel
a “pool” de Gasolina
TAME
Hidrotratamiento
Gasolina FCC
Metanol
a “pool” de Gasolina
C4-C4=
HidroDesintegración
ó
H2O
a “pool” de Gasolina
Refinado
Isómero de C4
Reducción de
Viscosidad
Hidroreducción de
Viscosidad
H2O
Gas Natural
Planta de
Lubricantes
DIPE
Reformación de
Gas
Gas
Natural
Síntesis de Fisher y
Tropsch
Crudo Sintético
Planta de Asfalto
BIOCOMBUSTIBLES
(1) Generación Interna
Turbosina
~
~
Gasóleo/Diesel
Lubricantes
Gas de Refinería
Gas de Síntesis
Coque
Gasificación
Hidro-conversión
a “pool” de Gasolina
a “pool” de Gasolina
H2
Coquización
H2
a “pool” de Gasolina
Butanos dulces Isomerización de
C4
Isoamilenos
~
~
Residuos
de vacío
AGUA
Procesos Potenciales
H2
Nafta
Desintegración
Catalítica (FCC)
Desintegración de
Residuos (RCC)
a “pool” de Gasolina
Kerosina/Turbosina
Biotratamiento
~
H2
CATALIZADORES Y
ADITIVOS
Procesos Existentes
Butanos
Isomerización de
C5’s-C6’s
Alquilación
SOSA CÁUSTICA
(2)Suministro y/o Generación Interna
LPG
MTBE
~
AMINAS
Azufre
H2
C5’s-C4’s
Hidrotratamiento
Gasolina Ligera
Naftas
Kerosina/Turbosina
Diesel/Gasóleo
Destilación al
Alto Vacío
METANOL
HF/H2SO4
Recuperación de
H2 de H2S
Eliminación de
Mercaptanos
Destilación
Atmosférica
VAPOR (2)
a “pool” de Gasolina
C4’s
Recuperación de
Azufre
Gas y Nafta
(1)
ENERGÍA
ELÉCTRICA(1)
Polimerización
Catalítica
Endulzamiento
~
GAS DE REFINERÍA
PRODUCTOS/
SALIDAS
ESPECIALIDADES
.
Propano-Propileno
Rec. de Vapores
Saturados
Desalado
REARREGLO
MOLECULAR
.
Gas de Refinería
Gas Amargo
Rec. de Vapores
no Saturados
Gas Amargo
CRUDO
SÍNTESIS DE
PRODUCTOS
.
C3’s
GAS NATURAL
PETRÓLEO CRUDO
REMOCIÓN DE
IMPUREZAS
.
Membranas de
Rec. De H2
H2
GASOLINA
NATURAL
CONVERSIÓN
DE RESIDUALES
.
~
ENTRADAS
FUNCIONES
Asfalto
Combustóleo
Emisiones al Ambiente
Emisiones Gaseosas
Desechos Sólidos
Líquidos/Aguas de Desecho
Oxidación, Absorción,
Adsorción y Filtración
Inertización, Incineración,
Clasificación y Almacenamiento
Remoción de Aceites y Grasas,
Tratamiento Biológico, Incineración
Disposición ecológica de catalizadores y materiales gastados
Recuperación de
Agua para Reuso
6
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
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
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
FIN DE LA PRESENTACIÓN
10
Características de los Crudos
Olmeca
Istmo
Maya
Ku-Maloob-Zaap
Gravedad API
Gravedad Esp
Viscosidad @
25°C, cSt
38.0
0.83
4
33.1
0.86
9
22.1
0.90
155
12.2
1.00
20,751
Azufre, %p
Carbón Ramsbottom, %p
NaCl,
Kg/1000 bbl
0.98
1.43
3.60
5.01
1.82
4.07
10.46
15.60
N.D.
7.21
133
9.25
Asfaltenos, %p
Níquel, ppm
Vanadio, ppm
1.06
0.77
4.96
3.84
9.70
44.0
13.46
56.70
271.4
21.21
88.40
412.1
Costo
Relativo %
124
117
100
N.D.
11
PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI
FUNCIONES
ENTRADAS
PETRÓLEO CRUDO
TRATAMIENTO
FRONTAL DE
CRUDO
CRUDO
Procesos Existentes
Procesos Potenciales
Desalado
Ultrasonido
SEPARACIÓN Y
RECUPERACIÓN DE
HIDROCARBUROS
Microondas
Biotratamiento
~
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
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.
H2
Hidrotratamiento
de Crudo
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 ImperialTradicional
Petroleum Recovery Corp.
Con mejoras
Nuevo
12
PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI
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
Membranas de
H2
movibles) bajo requerimiento energético y bajo costo.
Rec. De H2
Monsanto, en la década de los 80’s, instaló exitosamente
Gas Amargo
el primer proceso industrial con membranas: separación
Rec. de Vapores no
de hidrógeno en lasREMOCIÓN
plantas deDE
producción de amoniaco.
Saturados
Fraccionamiento
IMPUREZAS
Cynara/Natco en 1984 instaló la primera planta para la
de C3 – C4
Gas Amargo
remoción de gases ácidos. del gas natural, en una
Rec. de Vapores
plataforma marina. British Petroleum Co., Exxon-Mobil y
Saturados
Occidental Oil and Gas Corp. han instalado procesos
para el endulzamiento del gas natural utilizando
Gas y Nafta
Gasolina Ligera
membranas. PEMEX instaló y operó, desde 1997 una
Naftas
Destilación
Kerosina/Turbosina
planta en la batería artesa del activo MUSPAC
Atmosférica
TRATAMIENTO
FRONTAL DE
CRUDO
FUNCIONES
SEPARACIÓN Y
RECUPERACIÓN DE
HIDROCARBUROS
~
TRATAMIENTO
FRONTAL DE
CRUDO
Diesel/Gasóleo
Residuo
Atmosférico
Extracción
con Solventes
Procesos Existentes
Procesos Potenciales
Gasóleos
de Vacío
Destilación al
Alto Vacío
Butanos dulces
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
Residuosdestilación 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 mejoras plasma, para los cuales se requieren condiciones de operación más
moderadas con menores consumos de energía
Nuevo
13
PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI
FUNCIONES
CONVERSIÓN
DE RESIDUALES
.
SEPARACIÓN Y
RECUPERACIÓN DE
HIDROCARBUROS
Mejor aprovechamiento de catalizadores,
integrando tecnologías de rejuvenecimientoGasolina
de
Ligera
catalizadores FCC y de hidro-desintegraciónNaftas
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
(FCC)
de menor severidad y en forma más selectiva.Catalítica
La
catálisis enzimática y, en general, la biotecnología
Desintegración de
SEPARACIÓN
Y
Residuos (RCC)
puede tener también una contribución
Residuo
RECUPERACIÓN
importante
para lograr elAtmosférico
mismo propósito
DE
HidroHIDROCARBUROS
H2
~
Residuo
de vacío
REMOCIÓN
DE IMPUREZAS
.
SÍNTESIS DE
PRODUCTOS
.
Desintegración
Reducción de
Viscosidad
H2
~
Tener una mayor conversión a
olefinas en el proceso FCC.
ó
H2O
Coquización
~
H2
Turbosina
Hidroreducción
de Viscosidad
Hidro-conversión
Incorporar antiespumantes sin
sílice y mejorar los sistemas de
manejo de coque
Coque
Gasóleo/Diesel
Procesos Existentes
Combustóleo
Tradicional
Procesos Potenciales
Con mejoras
Nuevo
14
PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI
SEPARACIÓN Y
RECUPERACIÓN DE
HIDROCARBUROS
FUNCIONES
CONVERSIÓN
DE RESIDUALES
REMOCIÓN
DE IMPUREZAS
Transforma 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
deRefinería
aguas
Gas de
residuales, etc.
Endulzamiento
Gas Ácido
ESPECIALIDADES
.
SEPARACIÓN Y
RECUPERACIÓN
DE
HIDROCARBUROS
Recuperación
de Azufre
Azufre
Desarrollar opciones para el
aprovechamiento del azufre
Propano-Propileno
C3’s
C4’s
Uso de catalizadores másicos para alcanzar las
especificaciones de azufre, con el reto de que no
de
pesen demasiado para aplicarse Eliminación
en plantas
Mercaptanos
existentes
LPG
H2
Hidrotratamiento
Gasolina Ligera
Naftas
Kerosina/Turbosina
Diesel/Gasóleo
Kerosina/Turbosina
a “pool” de
Gasolina
Hidrotratamiento
Gasolina FCC
La gasolina de FCC se
hidrotrata selectivamente
con destilación reactiva
Procesos Existentes
Procesos Potenciales
SÍNTESIS DE
PRODUCTOS
.
Biotratamiento
Tradicional
~
CONVERSIÓN
DE RESIDUALES
.
Butanos
Diesel
H2
C5’s-C4’s
Nafta
REARREGLO
MOLECULAR
Con mejoras
Nuevo
15
PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI
FUNCIONES
SEPARACIÓN Y
RECUPERACIÓN DE
HIDROCARBUROS
CONVERSIÓN
DE RESIDUALES
REMOCIÓN
DE IMPUREZAS
SÍNTESIS DE
PRODUCTOS
Uso de destilación reactiva
REMOCIÓN
DE IMPUREZAS
Recuperación
de H2 de H2S
H2
~
Recuperación de azufre de H2S
con procesos de absorción con
reacción química (tipo Gianmarco
Vetrocoke), obteniendo azufre
elemental e hidrógeno
Azufre
Isoamilenos
SEPARACIÓN Y
RECUPERACIÓN DE
HIDROCARBUROS
CONVERSIÓN
DE RESIDUALES
a “pool” de
Gasolina
Polimerización
Catalítica
a “pool” de
Gasolina
TAME
Metanol
C4-C4=
a “pool” de
Gasolina
MTBE
Sustitución de catalizadores
convencionales por sistemas
Refinado
catalíticos heterogéneos
Isómero de C4
REARREGLO
MOLECULAR
a “pool” de
Gasolina
Alquilación
~
H2alternos
O
DIPE
Obtención de compuestos oxigenados
electricidad e hidrógeno
Gas de Refinería
Gas de Síntesis
Gasificación
Síntesis de
Fisher y Tropsch
~
Nuevo
Reformación de
Gas
~
Gas Natural
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
Tradicional
combustibles
sintéticos.
Procesos
Existentes
Gas Natural
(2n+1) H2 + nCO → CnH2n+2 + nH2O
Con mejoras
Procesos Potenciales
a “pool” de
Sinergia con otrasGasolina
industrias,
Hpara
generación de vapor,
2
Crudo Sintético
16
PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI
SEPARACIÓN Y
RECUPERACIÓN DE
HIDROCARBUROS
FUNCIONES
REMOCIÓN
DE IMPUREZAS
REARREGLO
MOLECULAR
Incorporar separación de
isopentanos e isohexanos para
maximizar recirculación de
hidrocarburos sin reaccionar
REMOCIÓN
DE
IMPUREZAS
H2
a “pool” de
Gasolina
Isomerización de
C5’s-C6’s
a “pool” de
Gasolina
Reformación de
Naftas
SEPARACIÓN Y
RECUPERACIÓN DE
HIDROCARBUROS
Isomerización de
C4
Mantener el proceso de
Reformación pero con alta
selectividad a componentes
isoméricos C8
Isómero de C4
SÍNTESIS DE
PRODUCTOS
Procesos Existentes
Procesos Potenciales
Tradicional
Con mejoras
Nuevo
17
PROCESOS DE REFINACIÓN PARA EL SIGLO XXI
FUNCIONES
SEPARACIÓN Y
RECUPERACIÓN DE
HIDROCARBUROS
ESPECIALIDADES
.
Incorporar producción de asfaltos
tipo SUPERPAVE
SEPARACIÓN Y
RECUPERACIÓN DE
HIDROCARBUROS
Planta de
Asfalto
Planta de
Lubricantes
Asfalto
Lubricantes
Incorporar hidrodesparafinación y
nuevos procesos de cristalización
Procesos Existentes
Procesos Potenciales
Tradicional
Con mejoras
Nuevo
18