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REDIELUZ
ISSN 2244-7334 / Depósito legal pp 201102ZU3769
Vol. 4 Nº 1 · Enero - Junio 2014: 49 - 54
Processes for Upgrading and Refining Venezuelan Extra-Heavy Crude Oils
Johanna Medrano, Yadira López y Jorge Sánchez
Facultad de ingeniería, Universidad del Zulia. Maracaibo-Venezuela.
[email protected]
Resumen
En virtud del aumento poblacional, para los años
venideros se espera que la demanda de energía y el
consumo de petróleo se incrementen significativamente. En la actualidad, a nivel mundial las mayores
reservas de crudo corresponden a crudos extrapesados. La disponibilidad y precios de estos crudos, lo
perfilan como una materia prima y fuente de energía
a desarrollar en Venezuela, donde las reservas de
crudo extrapesado de la Faja Petrolífera del Orinoco
son las más grandes a nivel mundial (2.23*1011 m3
/1.360 MMM de barriles). El uso de éstos crudos extrapesados acarrea diversos problemas tecnológicos, debido principalmente a la complejidad de su composición;
por ello que dichos crudos no pueden ser procesados
por las refinerías convencionales sin ser pre-tratados. El
principal objetivo de esta investigación fue evaluar el
proceso de integración de un mejorador de crudo extrapesado venezolano con una refinería a fin de transformar el crudo extrapesado en un crudo sintético mejorado, de bajo contenido de azufre y metales; que pueda
alimentarse posteriormente a las refinerías tradicionales
o la industria petroquímica y finalmente su integración
con otros procesos para la producción de la energía e
hidrógeno que se requieren en el mejorador. Para ello
se realizarán una serie de simulaciones, empleando un
simulador comercial y correlaciones empíricas para el
modelaje de los procesos de refinación. A partir de los
resultados obtenidos, se analizará la producción de
combustible y las principales variables de operación,
para posteriormente comparar, mediante un análisis
Recibido: 11 / 05 / 2014. Aceptado: 15 / 06 / 2014
económico, la producción de combustibles obtenidos a
partir de crudo liviano y de crudo sintético, alimentado a
la refinería.
Palabras clave: Crudo extrapesado, mejoramiento,
refinación.
Abstract
In virtue of the population increase, it is expected that the demand for energy and oil consumption will increase significantly. At present, the world’s
largest oil reserves correspond to extra-heavy crude.
The availability and prices of these crude oils profile
them as a raw material and energy source for development in Venezuela, where extra-heavy crude reserves from the Orinoco Oil Belt are the largest in the
world (2.23 * 1011 m3 /1.360 MMM barrels). Using
these extra-heavy crudes comes with diverse technological problems, mainly due to the complexity of their
composition. These crudes cannot be processed by
conventional refineries without being pre-treated. The
main objective of this research was to evaluate the integration of a Venezuelan heavy crude upgrader with
a refinery to transform the heavy crude into an improved, low sulfur and metals synthetic crude; Subsequently, this can be fed to traditional refineries or to
the petrochemical industry and ultimately, its integration with other processes for producing the energy
and hydrogen required in the breeder. A series of
simulations were conducted using a commercial simulator and empirical correlations for modeling refining
processes. From the results obtained, fuel production
and major operating variables will be analyzed to later
Investigación Tecnológica
PROCESOS PARA EL MEJORAMIENTO Y REFINACIÓN DE CRUDOS
EXTRAPESADOS VENEZOLANOS
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Johanna Medrano, Yadira López y Jorge Sánchez
Procesos para el mejoramiento y refinación de crudos extrapesados venezolanos
compare, through economic analysis, the production
of fuels from light crude and synthetic crude supplied
to the refinery.
Keywords: Extra-heavy crude, upgrading, refining.
INTRODUCCIÓN
Actualmente el petróleo constituye la principal
fuente de energía a nivel mundial. En cuanto a las reservas mundiales de crudo, Venezuela y Arabia Saudita poseen el 46,9% de las reservas probadas, con
4,85*1010 m3 y 4,34*1010 m3, respectivamente (Sevilla,
2010). La Faja Petrolífera del Orinoco en Venezuela,
es el depósito más grande de crudo extrapesado del
mundo con 4,05*1010 m3 (CIA, 2012). Dicho crudo se
caracteriza por tener una alta densidad y viscosidad, lo
cual dificulta su extracción, transporte y refinación por
métodos convencionales y eleva en gran proporción el
costo de su producción. La integración de un mejorador de crudo con una refinería se presenta como la
mejor opción para obtener el mayor provecho posible a
las reservas de crudo extrapesado nacionales (Petróleos de Venezuela S.A, 2012). En este trabajo de investigación se identifica la configuración del mejorador
y refinería base de estudio, se estima el efecto de las
variables del proceso en la producción de combustibles y finalmente se diseña un esquema de integración
entre los procesos de mejoramiento y refinación de
crudos extrapesados venezolanos.
METODOLOGÍA
Se recolectaron datos sobre las características fisicoquímicas y otras propiedades de los crudos extrapesados que se alimentan a los mejoradores de crudo
de la FPO, tales como gravedad API, curvas de destilación del crudo extrapesado, el diluyente a utilizar y sus
curvas de propiedades (porcentajes de azufre, nitrógeno, entre otros). También, se recopilaron datos y condiciones de operación de los equipos principales del mejorador y la refinería. Para la realización del montaje en
el simulador, se introdujeron los datos mínimos para caracterizar estas alimentaciones; entre ellos: Gravedad
API o gravedad específica, curvas de destilación TBP y
cualquier otra curva de propiedades tipo % destilado vs.
propiedad, de la que se tuviese información, así como
los flujos, temperaturas y presiones de entrada.
Para el montaje de los esquemas bases, se requirió documentación sobre equipos, corrientes
principales y secundarias y sus respectivas condiciones de operación. Se seleccionaron los procesos
más representativos del mejorador y la refinería,
como se muestran en las Figuras 1 y 2. Las unidades aguas abajo de la destilación se representaron
mediante una serie de correlaciones empíricas disponibles en la literatura que predicen el comportamiento de los procesos de refinación, bajo ambiente
Excel. La Figura 3 muestra el esquema de integración propuesto, en el cual se recirculan los gasóleos livianos de la unidad de craqueo catalítico flui-
Figura 1. Configuración base del mejorador de crudo extrapesado.
Fuente: Elaboración propia (2014).
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Figura 2. Configuración base de la refinería.
Fuente: Elaboración propia (2014).
Figura 3. Esquema de integración mejorador- refinería.
Fuente: Elaboración propia (2014).
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Procesos para el mejoramiento y refinación de crudos extrapesados venezolanos
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dizado de la refinería, al hidrotratamiento del mejorador; los gasóleos pesados de la UCCF de la refinería
a la unidad de hidrocraqueo del mejorador y el residuo de vacío de la refinería se envía a coquización
retardada del mejorador.
RESULTADOS Y DISCUSIONES
Mejorador
El crudo extrapesado de la faja y la nafta de dilución tenían gravedad API de 8,4° y 46,9°. La relación
con la cual se obtuvo un crudo diluido con gravedad
API de 16° fue 0,337 que corresponde a 29456,99
m3/d de crudo extrapesado con 9917,19 m3/d de nafta
diluente (180000 bbl/d de crudo extrapesado por
60600 bbl/d de diluyente); para un total de 39374,19
m3/d de crudo diluido (240600 bbl/d). Luego de los procesos de mejoramiento, se obtuvo un crudo sintético o
sincrudo de 31,9 °API y bajo contenido de azufre. Las
características de las corrientes de mezcla para obtener el sincrudo se muestran en la Tabla 1.
Refinería
El crudo sintético obtenido se alimentó a una refinería donde se llevaron a cabo los procesos mostrados en el esquema de la Figura 2. En la Tabla 2 se
muestran los rendimientos y propiedades de los productos de la refinería. Para las gasolinas, se obtuvieron números RON > 90 y gravedades específicas en
el rango de 0,70 que son los valores de especificación para la gasolina de motor. En el caso del diésel
producto, la gravedad específica se mantuvo dentro
del rango de los valores típicos (0,84); pero el número
de cetanos se mantuvo por debajo del valor mínimo
para el diésel comercial (min: 50) (Suárez, 2007).
Integración mejorador-refinería
Siguiendo el esquema de la imagen mostrado en
la Figura 3, se realizó la integración de materia entre el
mejorador y la refinería, enviando las corrientes más pesadas a reprocesamiento en el mejorador con el propósito de mejorar las propiedades de los productos finales
del mejorador (crudo sintético) y de la refinería.
Para el mejorador, en la Tabla 3 se aprecia que el
cambio más notable fue la disminución de la cantidad
de nafta producida y en consecuencia, el incremento en
la cantidad de diésel. Los contenidos de azufre también
se reducen para algunas corrientes luego de la integración. Se aprecia el incremento de la gravedad API del
sincrudo en comparación con el obtenido antes de la integración. El sincrudo obtenido con la integración, se
alimentó a la refinería integrada. Luego de la integración
se observa una disminución en el volumen de los productos de la unidad, como consecuencia de la alimentación que era procedente de viscorreducción y que presentó el mismo problema por la cantidad de corriente de
vacío obtenida luego de la integración.
Para la selección del mejor esquema de integración, se realizó un análisis económico en función del
Valor Presente Neto (VPN). En la Tabla 4 se presenta
el resumen del análisis económico realizado para los
tres casos estudiados. Se observa que los tres casos
presentan VPN positivos, de manera que los tres escenarios son rentables, pero el Caso 3 de la integración mejorador-refinería, presenta el mayor VPN, por
lo que económicamente es más atractivo en comparación con los demás esquemas.
Tabla 1. Propiedades de corrientes de mezcla para obtención de sincrudo
Corriente
Nafta
Nafta HT
Diésel HT
Gasolina HC
Gravedad API
45,7
46,0
34,1
58,5
49,2
0,2130
0,0234
0,1412
0,0005
0,0001
10850,83
15,13
10860,99
793,27
2459,15
Azufre (% peso)
Nafta HC
Flujo volumétrico
m3/d
Fuente: Simulación de mezclado para obtención de sincrudo.
Continuación Tabla 1. Propiedades de corrientes de mezcla para obtención de sincrudo
Diésel HC
Sincrudo
Gravedad API
Corriente
34,78
27,45
Azufre (% peso)
0,1290
0,1250
11491,53
27716,56
Flujo volumétrico
m3/d
Fuente: Simulación de mezclado para obtención de sincrudo.
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Tabla 2. Algunas propiedades de los productos la refinería
Propiedades
Gasolina de alto
octanaje
Gasolina de bajo
octanaje
Nafta
Kerosén
Diésel
0,73
0,74
0,77
0,81
0,84
96
91,8
65
-
Grav. específica
Número RON
-
Numero de cetanos
44,6
PVR (bar)
0,37
-
-
-
-
S (% peso)
-
0,0432
0,0320
0,0094
0,0895
N (% peso)
-
-
5,57E-07
7,13E-06
0,0062
m3/d
5250,34
3902,48
96,37
2227,49
12661,91
Propiedades
Gasóleo liviano
Gasóleo pesado
Residuo pesado
Coque
0,95
1,05
1,05
-
PVR (bar)
-
0,44
0,79
-
S (% peso)
0,6369
1,1501
Flujo volumétrico
Grav. específica
N (% peso)
4,7820
6,6521
1,42E-05
7,17E-05
1381,42
872,78
Flujo volumétrico
m3/d
1017,11
472,87
Fuente: Correlaciones empíricas. RC: reformación catalítica, CCF: craqueo catalítico fluidizado, HT: hidrotratamiento, D:
destilación, CR: coquización retardada.
Tabla 3. Corrientes del mejorador antes y después de la integración
Unidad
Corriente
Propiedad
Destilación
Nafta
Antes
Hidrotratamiento
Nafta HT
Después
Antes
Después
Gravedad API (º)
46,8
45,6
46,2
46,2
Azufre (% peso)
0,0621
0,0367
0,0164
0,0130
2651,61
2651,61
9,89
9,21
Flujos volumétricos
m3/d
Unidad
Hidrotratamiento
Hidrocraqueo
Diésel HT
Gasolina HC
Corriente
Propiedad
Antes
Después
Antes
Después
Gravedad API (º)
37,0
33,9
61,4
61,3
Azufre (% peso)
0,0983
0,0775
0,0005
0,0005
10485,60
12280,88
1158,14
1276,39
Flujos volumétricos
m3/d
Unidad
Corriente
Propiedad
Antes
Hidrocraqueo
Hidrocraqueo
Nafta HC
Diésel HC
Después
Antes
Después
Gravedad API (º)
51,9
51,8
39,1
39,1
Azufre (% peso)
0,0001
0,0001
0,0818
0,0687
26321,48
29009,02
64688,43
71352,09
Flujos volumétricos
bbl/d
Fuente: Elaboración propia (2014).
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Johanna Medrano, Yadira López y Jorge Sánchez
Procesos para el mejoramiento y refinación de crudos extrapesados venezolanos
Tabla 4. Análisis económicos para los esquemas de integración propuestos
mejorador
Refinería
Integración
Gastos de capital (MM $)
Alimentación de refinería
3164,6
1881,1
5045,74
Ingreso bruto (MM $/año)
4721,2
7067,7
14488,89
Gastos de operación (MM $/ año)
316,15
188,1
15245,93
Flujo de caja (MM $/año)
1623,10
705,
2385,37
Valor Presente Neto (VPN) (MM $)
24631,8
10153,5
54058,62
6,1
5,51
6,42
Índice de Valor Presente Neto (IVPN)
Fuente: Elaboración propia (2014).
CONCLUSIONES
– Para el proceso de dilución, la relación diluyente/crudo con la cual se obtuvo un crudo diluido con gravedad API de 16º fue 0,337 correspondiente a 29456,99 m3/d de crudo extrapesado con 9917,19 m3/d de nafta diluente.
– El producto del mejorador fue un sincrudo
31,9 º API, con características similares a las
de un crudo mediano. Las propiedades de la
gasolina, nafta, kerosén, diésel u otros productos de la refinería se mantuvieron dentro
del rango típico para cada uno, a excepción
del contenido de azufre que no fue menor al
mínimo requerido de 0,001%.
– El esquema de integración mejorador-refinería
propuesto, resulta ser el más atractivo económicamente para el procesamiento de crudos
extrapesados, ya que presenta mayor VPN
(en comparación con los Casos 1 y 2).
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CIA. The World Factbook. (2012). Country comparison to
the world. Oil consumption (bbl/day). Available online:
https://www.cia.gov/library/publications/the-worldfactbook/fields/2174.html
Petróleos de Venezuela S.A, PDVSA (2012). Ministerio del
Poder Popular del Petróleo y Minería. Informe de Gestión Anual 2007. Proyecto Magna Reserva. (Certificación de la FPO). Disponible en línea: http://www.
pdvsa.com.Fecha de consulta: 12 - 06- 2013
Sevilla, J. (2010). Reservas, producción y consumo del petróleo. En línea: Noticias Revista AAinteligencia digital.
Fecha
de
publicación:
Agosto,
2010.
http://www.aainteligencia.cl/?p=693. Fecha de consulta: 25-10-2012
Suárez, L. (2007). Biotratamiento del crudo extrapesado
campo Carabobo mediante enzimas extracelulares de
hongos mitospóricos filamentosos. Trabajo especial de
Grado. Universidad Central de Venezuela. Pp: 26-59.