Refinación y procesamiento de Hidrocarburos · 2017-12-18 · • Son mercados mucho más locales...
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Refinación y procesamiento de Hidrocarburos
Ing. Francisco Miranda Li
Modulo V
1. El Downstream de la Industria del Petróleo.
2. Crudo y productos
3. Procesos de refinación
4. Esquemas de refinación
5. Margen de Refinación
6. Refinación en el Perú.
AGENDA
LA INDUSTRIA DE HIDROCARBUROS
El sector "midstream" procesa, almacena, comercializa y transporta petróleo crudo, gas natural, etc. El sector "upstream" generalmente se utiliza para referirse a la fases de excavación, prospección y obtención de petróleo. El sector "downstream" generalmente se refiere al refinado de petróleo crudo, y la venta y distribución de los productos derivados de petróleo. Incluye refinerías, plantas petroquímicas y tiendas de venta minorista.
• Refinación de crudo • Distribución de los
productos • Venta • Transporte
• Prospección • Exploración • Perforación • Producción
• Proces. crudo • Almacenamiento • Comercialización • Transporte de
crudo
UPSTREAM MIDSTREAM DOWNSTREAM
PETROLEO CRUDO
• El crudo es la principal materia prima de la refinación de petróleo.
• Es una mezcla compleja de diferentes tipos hidrocarburos (moléculas de hidrógeno y carbono), con un porcentaje muy pequeño de otros elementos como azufre, nitrógeno, arsénico, vanadio, nickel, y compuestos conteniendo oxígeno y sales.
• En la medida que los crudos son más pesados o densos se reduce la cantidad de destilados y aumenta la cantidad de petróleos residuales que se obtiene de ellos; también, se incrementa la cantidad de elementos no deseados, como azufre, vanadio, sales, etc. y por tanto se reduce su valor comercial.
PETROLEO CRUDO
CARACTERIZACION:
Es la determinación de las propiedades físicas y químicas del crudo para conocer a priori su calidad y características para su procesamiento.
Para su caracterización básica se determinan las siguientes propiedades:
a) Densidad en grados API
b) Azufre c) Curva de Destilación TBP d) Agua y Sedimentos e) Sales f) Viscosidad g) Contenido de metales
Crudos Pesados Crudos Medios Crudos Ligeros
°API %S °API %S °API %S
NAPO 18.10 2.03 RONCADOR 27.90 0.50 PALANCA 36.40 0.19
LORETO 18.20 1.29 HUNGO 28.50 0.71 NEMBA 38.90 0.22
MAYNA 21.60 0.45 KISSANJE 29.20 0.38 S.BARBARA 39.30 0.45
ORIENTE 23.30 1.50 BIJUPIRA 29.20 0.48 AMENAM 39.60 0.08
LEONA 24 23.80 1.77 CAÑO LIM. 29.40 0.48
SOUTH BL. 29.90 0.55
EA 34.60 0.07
BONNY L. 35.00 0.14
PETROLEO CRUDO
Calidades de Crudo (API° vs Azufre)
PETROLEO CRUDO TIPOS DE CRUDOS:
Dependiendo del parámetro usado para caracterizarlos:
Según el contenido en azufre • Crudos Dulces: bajo contenido en Azufre, menor que 0,5 % p. • Crudos Ácidos: alto contenido en Azufre, mayor que 1,8 % p.
Según la composición química Predominancia de una de las estructuras químicas en el crudo • Crudos Parafínicos • Crudos Aromáticos • Crudos Nafténicos
Según la densidad (Gravedad API) • Crudos Pesados: con mucho petróleos residuales, pocos destilados y alta
densidad, Gravedad API° < 22. • Crudos Ligeros: con muchos destilados, pocos petróleos residuales y baja
densidad, Gravedad API° < 31.
FORMULA DE VALORACION DE UN CRUDO
Precio Crudo = Precio Marcador + K
Precio Marcador : WTI, Brent o Dubai
K: Diferencial respecto a Marcador (+) ó (-). Depende de: relación de calidad;
situación de oferta y demanda del crudo; rendimiento en productos; relación de precio relativa con respecto a otros crudos similares
0% 10% 20% 30% 40% 50%
Trinidad
Brasil
Angola
Nigeria
Ecuador
Colombia
5.9%
6.0%
8.0%
34.9%
42.3%
2.9%
Orígen del Crudo de RELAPASAA
PRINCIPALES FLUJOS DE CRUDO HACIA EL PERU
PRODUCCION DE CRUDO EN EL PERU
La producción nacional de crudo no satisface la demanda que está alrededor de 150 MBPD
• El mercado es global con agentes de distintas zonas geográficas. • Mercados por áreas de producción: Mar del Norte, Mediterraneo, Africa
Occidental, Golfo Pérsico, América Latina y Asia. • Intensivo uso de transporte marítimo. • Transacciones de elevado volumen derivado de la distribución geográfica
de la producción y demanda. • ,
CARACTERISTÍTICAS DEL MERCADO DE CRUDOS
OTRAS MATERIAS PRIMAS E INSUMOS
Biocombustibles:
Biodiesel B100
Utilizado para incorporarlo al petróleo diesel 2 al 5% en volumen.
Alcohol Carburante
Utilizado en las gasolinas G84, G90, G95, G97 y G98 para producir los gasoholes, que son mezclas de gasolinas con alcohol carburante a razón de 7.8% en volumen.
Destilados de condensados de GN
Utilizado para incorporarlo al petróleo diesel 2 al 5% en volumen.
PRODUCTOS DEL PETROLEO
GLP
Turbo A1
Crudo
Naftas
Residual
Asfaltos
Diésel
Refinería
Gasolinas
Lubricante
Coque
Parafinas
PRODUCTO ANALISIS CRITICOS
GLP Densidad, Contenido de pentanos, Corrosión.
Gasolinas N° de Octano o Índice de Octano, Destilación, Presión de Vapor.
Turbo A1 Punto de Congelamiento, Destilación, Separación de Agua, Destilación, Densidad
Diésel 2 Índice de Cetano, Destilación, Punto de Inflamación, Viscosidad, Contenido de Azufre.
Residuales Viscosidad, Azufre, Vanadio.
Asfaltos Penetración, ductilidad.
PRODUCTOS DEL PETROLEO
CARACTERISTÍCAS DEL MERCADO DE PRODUCTOS
• Es un mercado de commodities, ya que los productos son homogéneos y se distinguen por sus especificaciones de calidad.
• Son mercados mucho más locales y segmentados que el mercado de crudos.
• Comercialmente se dividen en mercados de GLP, naftas, gasolinas, gasoils (diésel), turbocombustible, residuos ( gasóleo de vacío, fuel oil, asfaltos) y otros merados específicos como naftas petroquímicas, bases y aceites lubricantes, asfaltos , coque y parafinas y ceras.
• Las Unidades de Procesos de Refinación son todos aquellas plantas que procesan el petróleo crudo, gas y/o productos intermedios para convertirlos en nuevos productos intermedios, materias primas o productos finales comerciales.
• En dichas unidades las materias primas sufren cambios físicos o químicos y procesos u operaciones de separación hasta obtener productos finales o nuevos productos intermedios de diferentes características a las materias primas.
PROCESOS DE REFINACION
PROCESOS DE REFINACION
PROCESOS DE SEPARACION Destilación Atmosférica
Destilación a Vacío
PROCESOS DE CALIDAD Reformado
PURIFICACION Hidrotratamientos
Endulzamiento
CONVERSION
CRAQUEO TERMICO Viscorreducción
Coquización
CRAQUEO CATALITICO FCC
Hidrocraqueo
Craqueo Térmico
DESTILACION ATMOSFERICA PROCESO: • El crudo es separado por destilación en fracciones líquidas, que tienen
distinta composición en base a la diferencia de temperaturas de ebullición de sus componentes mediante la evaporación por calentamiento del crudo
OBJETIVO:
• Destilación primaria para obtener productos de uso como combustibles y preparar la carga para otros procesos como: industria petroquímica (gasolina primaria, butanos), destilación al vacío, FCC, tratamiento de destilados medios (K y D), etc.
CARGA:
• Petroleo crudo
PRODUCTOS:
• GLP, gasolina, kerosene, diesel, gasoleo atmosférico y residuo atmosférico (o crudo reducido)
DESTILACION ATMOSFERICA
DESALADOR
HORNO COLUMNA
INTERCAMBIADOR
LPG
GASOLINA
KERO
DIESEL
R. ATMOF.
AGOTADOR
AGOTADOR
REFLUJOS
ACUMULADOR
360 °c
CRUDO
DESTILACION AL VACIO PROCESO:
• El residuo atmosférico de la UDP tiene aún fracciones livianas que pueden separarse por destilación, sin embargo el continuar elevando su temperatura ocasiona que se alcancen temperaturas de craqueo de los compuestos mas pesados en una UDP. La alternativa de evaporar estas fracciones es destilar la carga a presiones subatmosféricas.
OBJETIVO:
• Obtener gasóleos livianos para integrarlos al diesel, gasóleos pesados para carga a craqueo catalítico, cortes para bases lubricantes, asfaltos y residuales.
CARGA:
• Residuo atmosférico
PRODUCTOS:
• LVGO, MVGO, HVGO, asfaltos, residuo de vacío (carga para Coker o Visbreaker).
DESTILACION A VACIO
HORNO COLUMNA
GOL VACIO
RESIDUO VACIO
REFLUJOS
EYECTORES
VAPOR
GAS INCONDENSABLE
AGUA ACEITOSA
GOP VACIO
RESIDUO
ATMOSFERICO
400 °C
HIDROTRATAMIENTO PROCESO: • La carga es procesada a través de un lecho de catalizador en presencia de
hidrógeno. • Cuanto más pesada es la carga, se requiere mayor presión. Las
temperaturas de HT pueden estar entre 330 a 400 °C.
OBJETIVO: • Normalmente se usa para reducir el contenido de azufre de la carga
(legislación medioambiental, envenenamiento de catalizadores, corrosión, etc.) También se usa para remover nitrógeno, saturar olefinas y para reducir aromáticos.
CARGA: • Gasolinas, naftas, kerosene, diesel, gasoleos, etc.
PRODUCTOS: • Productos hidrotratados (con menor contenido de azufre).
VISCOREDUCCION
PROCESO:
• Proceso conocido como Visbreaking, es un craqueo térmico moderado usado para producir productos más valiosos a partir de residuos pesados .
• Existen dos versiones de procesos: el proceso con hornos y el proceso con “soaker”.
OBJETIVO:
• Proceso desarrollado reducir la viscosidad de los residuales pesados mimizando el uso de material de corte, pero muchos refineros ahora lo usan para obtener carga adicional para el proceso de craqueo catalítico.
CARGA:
• Residuo de vacío.
PRODUCTOS:
• Gasolina y gasóleos para FCC, nafta pesada para Reformación, si el contenido de nitrógeno no es muy alto y residuo de menor viscosidad que la carga para blending.
VISCORREDUCCION
HORNO CARGA:
RESIDUO VACIO
GASES
NAFTAS
GASOIL
RESIDUO
C
O
L
U
M
N
A
P
R
A
L
425 - 450°C
COQUIZACION RETARDADA PROCESO:
• La carga que va al fraccionador evapora sus componentes de bajo punto de ebullición y no entran al horno. Los productos de fondo de la torre, combinados con los reciclos, son bombeados al horno de proceso y los efluentes calentados van a una o dos cámaras de coque, donde el coque es formado y se permite que se acumule. La razón de tener dos cámaras es que mientras en una se esta retirando el coque, la otra esta en operación
OBJETIVO:
• Reducir la relación C/H de los residuales. Existen dos procesos el Delayed coking y el Fluid Coking (coqueo fluido). Alrededor del 90% de plantas tiene el primer proceso.
CARGA:
• Residuo de vacío.
PRODUCTOS: para FCC
• Gasolina y gasóleos para FCC y gas para plantas de recuperación de gases.
• El carbón al 90% de concentración con VCM, concentrado en azufre y metales.
COQUIZACION RETARDADA
HORNO
RESIDUO DE VACIO
COQUE COQUE
CAMARAS
TORRE
GAS Y NAFTA L.
NAFTA P.
GOL
GOP
PROCESO:
• Se produce una descomposición controlada de las moléculas pesadas de la carga por acción de la temperatura (alrededor de 520 °C) y de una sustancia sólida denominada catalizador, el cual promueve la producción de los compuestos deseables.
• Se denomina además "fluido" porque el catalizador, que es un polvo muy fino, se comporta como un fluído al adicionarse a la carga de gasóleos provenientes de las unidades de destilación primaria y destilación al vacío.
OBJETIVO:
• Convertir los productos de alto peso molecular, que usualmente tienen menor valor comercial, en fracciones ligeras como gasolina de alto octanaje y gas licuado. Remueve el 40% de azufre como H2S.
CARGA:
• Gasóleos atmosféricos, de destilación al vacío de coker o VB.
PRODUCTOS:
• Gasolina de alto octanaje 95-98 RON, GLP, LCO para diesel , HCO y residuo de baja viscosidad para residuales.
CRAQUEO CATALITICO
CRAQUEO CATALITICO
CARGA
GOV
GASES
NAFTAS
GASOLEO LIGERO (LCO)
RESIDUAL (SLURRY)
C
O
L
U
M
N
A
GASOLEO PESADO (HCO)
SISTEMA
RECUPERACION
ENERGIA RISER
HORNO
REGENERADOR
VAPOR AIRE
SEPARADOR
520°C
680°C
PROCESO:
• Es un proceso en el cual la carga reacciona con hidrógeno sobre un lecho catalítico. Esto produce una alta conversión de la carga a productos de menor punto de ebullición que lo obtenido en FCC. Las presiones pueden ser tan altas como 200 atm. y las temperaturas están en el rango de los 315 a 425 C. Es un proceso muy flexible pero muy caro debido a las altas presiones de H2 con que opera.
OBJETIVO:
• Convertir los gasóleos pesados de plantas de coke en fracciones ligeras . El balance volumétrico produce ganancia.
CARGA:
Gasóleo de planta de coke
PRODUCTOS:
Gas, nafta , gasóleo liviano y gasóleo pesado.
HIDROCRAQUEO
COGENERACION
COMBUSTIBLE
AIRE
VAPOR
AGUA
VAPOR A.P.
VAPOR B.P.
C
A
L
D
E
R
A
HUMOS HUMOS
ENERGIA ELECTRICA
TURBINA GAS
TURBINA VAPOR
BLENDING
G. PRIMARIA, G. FCC, NAFTAS REFORMADAS, ALCOHOLES
DIESEL PRIMARIO, LCO, GASOLEO DE COKER Y HIDROCRACKER, BIODIESEL
RESIDUO ATMOSFERICO, DE VACIO, DE UNIDADES DE CONVERSION
Evolución de las refinerías modernas
• En USA, la alta demanda de gasolinas ha hecho que el proceso de craqueo catalítico fluido (FCC) sea el proceso de Conversión más importante.
• La Reformación Catalítica también se ha convertido en un proceso importante en el área de gasolinas reformuladas.
• Aspectos ambientales han hecho de interés global los procesos de desulfuración para eliminar azufre y alquilación e isomerización como fuente de bases de alto octanaje para el control de los aromáticos, las olefinas y el benceno.
• Las refinerías han evolucionado de una simple destilación a procesos complejos que podrían contener de 10 hasta 15 tipos de unidades de proceso.
• La reducción de la gravedad API de los crudos producidos ha impulsado el uso de procesos de conversión y también de desulfuración de los productos.
• La complejidad de las refinerías varían de acuerdo a la disponibilidad de la materia prima, los requerimientos de los productos y las consideraciones medioambientales.
• Los esquemas de refinerías podrían clasificarse en dos :
– Refinerías diseñadas para producir gasolinas y combustibles.
– Refinerías para producir cargas para industrias petroquímicas
Evolución de las refinerías modernas
REFINERIAS DE TOPPING
NL
NP
KEROSENE
CRUDO
DIESEL
RA
NAFTA
GASOLINAS
JET FUEL
RESIDUALES
DIESEL
DESTILAC. CRUDO
REFINERIAS DE HIDROSKIMMING
NL
NP
KEROSENE
H2 CRUDO
DIESEL
RA
REFORMADO CATALITICO
NAFTA
GASOLINAS
JET FUEL
RESIDUALES
DIESEL HDS
DESTILAC. CRUDO
REFINERIA DE FCC
NL
NP
KEROSENE
H2
CRUDO
DIESEL
RA
REFORMADO
NAFTA
GASOLINAS
JET FUEL
RESIDUALES
DIESEL
HDS
HDS
UDV
FCC
VISBREAKER
MTBE
ALQUILAC
C4 NFCC GOP
DO
Rv
COGENERAC. ELECTRICIDAD
VAPOR
GAS
DESTILAC. CRUDO
REFINERIA DE HIDROCRACKING
NL
NP
KERO
H2
CRUDO
DIESEL
DESTILAC. CRUDO
RA
REFORMADO
NAFTA
GASOLINAS
JET FUEL
RESIDUALES
DIESEL
HDS
HDS
UDV
HYDRO CRACKER
VISBREAKER
GOP
RH
Rv
COGENERAC. ELECTRICIDAD
VAPOR
GAS
H2
NP
NL
KEH
GOH
REFINERIA DE CONVERSION PROFUNDA
NL
NP
KEROSENE
H2
CRUDO
DIESEL
RA
REFORMADO
NAFTA
GASOLINAS
JET FUEL
RESIDUALES
DIESEL
HDS
HDS
UDV
FCC
COKER
NFCC GOP
DO
Rv
COQUE
ASFALTOS
HIDRO
TRATAM
DESTILAC. CRUDO
PROBLEMAS ESTRUCTURALES
TIPO DE REFINERIA
PLANTAS PRINCIPALES
PROBLEMAS
HIDROSKIMMING
• Reformado de nafta
• HDS gasóleos SR
• Aromáticos en gasolina
• Margen económico insuficiente por ausencia de conversión
FCC
• Reformado de nafta
• FCC de GOV
• HDS gasóleo (SR+LCO)
• (MTBE, Alquilación)
• Azufre en gasolina y diesel.
• Calidad del diesel y Olefinas en gasolina.
• Excedente de gasolinas
• Excedente de residuales por falta de conversión en residuo de UDV.
HIDROCRACKING
• Reformado de nafta
• Hidrocraker de GOV
• HDS gasóleo
• Aromáticos en gasolina
• Excedente de residuales por falta de conversión en UDV
TODAS
• Falta de severidad HDT destilados medios
• Deficit H2.
UDP
I 1.410 KTA
II 4.034 KTA
UDV
I 957 KTA
II 1.848 KTA
Visbreaking
1.230 KTA
LPG
Gasolina
Turbo
Keroseno
Diesel
Fuel Oil
Gasoil
Asfaltos
Reformado
80 KTA
Aminas
Aminas
Fuel Gas
Planta
Asfaltos
Crudo
RA
LPG
Nafta
Keroseno
Diesel
GOA NFCC
GOLV
GOPV
RV I
Gas
RV. II
RVB.
LPG
Nafta
GOLVB
LPG
Merox
LCO HDS DM
1.400
KTA
SHU
200
KTA
Isomeriz.
90 KTA
Cogeneración
10MW
FCC
690 KTA
HDT
290
KTA
H2
1150 kg/hr
Aminas /
Azufre
Splitter
NFCC
200 KTA
NL
Naftas
Splitter
390
KTA
NP (70-140)
Naftas
HDT
100 KTA
Reformado
120 KTA
Adaptación a specs de gasolinas/diesel
50
ppm
50
ppm
ESQUEMA FUTURO
El petróleo seguirá siendo una de las principales fuentes de energía en el futuro
Fuente: EIA Annual Energy Outlook 2016
U.S. primary energy
consumption
Quadrillion Btu
0
40
80
120
160
200
240
280
320
360
199
0
199
5
200
0
200
5
2010
(*) Porcentaje calculado sobre la demanda de combustibles líquidos, GLP y Gas Natural City Gate, Talara y Aguaytía. Data DGH al mes de diciembre 2014. No incluye Otros (asfaltos, etc.) Fuente : Elaboración propia.
Gas Natural
Residuales
Destilados medios
Gasolinas
GLP
kbdc
No sólo ha crecido la demanda de gas natural sino también de los combustibles líquidos, salvo los residuales
Demanda de combustibles Mercado Nacional
A diciembre 2014
Productos KBDC %
GN 122.7 36.90%
GLP 50.0 15.00%
Gasolinas 37.0 11.10%
Destilados Medios 118.4 35.60%
Residuales 4.4 1.30%
Total demanda 332.5 100.00%
El margen de refino es la diferencia entre el valor de los productos obtenidos del crudo procesado en una refinería y el coste de dicho crudo puesto en la refinería, una vez deducidos los costes variables. Depende en gran medida de los diferenciales (spreads) entre el precio de petróleos refinados (gasolina, gasóleo, fuel…) versus el precio del Brent o WTI, y también de los diferenciales entre el precio de crudos (México Maya, Europe Forcados…) versus el precio del Brent o WTI.
Construcción del Margen de Refinación
Es el resultado económico de la actividad de refino considerando sólo a los costes variables, se expresa en US$ por barril destilado (US$/Bbl).
Niveles de Precios Internacionales
Equilibrio Oferta-Demanda en el Mercado local
Esquema de Refino
Control de Costes
Gestión del Refino
Margen = Valor Productos – Costo Materia Prima – Costo Variable
MARGEN DE REFINACION
MERCADO 1
PRODUC TORES
OTROS SISTEMAS
REFINO
Costos Variables
MARGEN REFINO
Costos Fijos
=
MERCADO 2
Crudos
Prod. Finales
Prod. Interm.
Otras MP
P1
P2
P3
P4
P1
P2
P3
P4
MARGEN DE REFINACION
(Producto x Precio)i - (M.P. x Precio)i - CV
Crudo Procesado
Mezcla 50%/ 50%
Rendimientos Monto Precios
% Vol. US$/Bl. US$/Bl.
LPG 2.60 0.85 32.50
G84 19.25 13.67 71.00
G95 8.90 7.30 82.00
Turbo 7.65 5.74 75.00
Diesel 25.40 18.54 73.00
Fuel Oil 33.90 17.97 53.00
F.O. Export. 0.00 0.00 45.00
Autoconsumo 2.30 0.00
100.00
INGRESOS 64.06
Precio FOB 55.11
Flete 1.80
Precio CIF 56.91
Aranceles 0.0% 0.00
Otros Gastos 0.04
Costo crudo 56.95
Costo Variable 0.44
EGRESOS 57.39
MARGEN DE REFINO 6.67
Ejemplo de Margen de Refinación
67
Capacidad de Refinación del Perú
Shiviyacu 5.200
El Milagro 2.000
Pucallpa 3.300
Talara 65.000
Conchán 15.500
Iquitos 12.000
Total País 218.000
La Pampilla 107.000
Destilación Primaria (Bpd)
La Pampilla 60.000
Talara 28.000
Conchán 10.000
Destilación al Vacío (Bpd)
Talara 19.000
La Pampilla 15.500
Craqueo Catalít. Fluido (Bpd)
Visbreaking (Bpd)
La Pampilla 27.000
Huayuri 4.000
Corrientes 4.000
Total país 98.000
Total país 34.500
Reformación Catalítica (Bpd)
La Pampilla 2300
68
Eten
Salaverry
Chimbote
Supe
Pisco
Mollendo
Ilo
Cuzco
Juliaca
Cerro de Pasco
Talara
Callao Conchán
Yurimaguas
Tarapoto
Pucallpa
Iquitos
Piura
Ubicación de principales refinerías y terminales
Crudos Importados:
Crudos Locales
Otras Cargas:
B100, Alcohol, destilados
Importaciones:
Diesel 2 (50 ppm S)
Terminales y Grandes Clientes
Región Metropolitana
Exportaciones
CAN, Africa, etc.
Logística de entrada y salida