CAPITULO 8ECONOMA DE LA REFINACIN

8.1 Rendimientos segn tipo de petrleo crudo

Segn sus caractersticas, los petrleos tienen distintos rendimientos en la produccin de combustibles. Hemos visto que uno de los ensayos que se realizan para caracterizar un petrleo es la curva de destilacin, que nos da el volumen destilado a distintas temperaturas o, en otras palabras, nos anticipa cul puede ser el rendimiento de nafta, querosn, gasoil y fondo de topping o crudo reducido que obtendremos en la columna de destilacin atmosfrica.En trminos generales, cuando los grados API aumentan, aumenta el porcentaje de destilados livianos como la nafta. Por el contrario, cuando los grados API disminuyen, se reduce el porcentaje de livianos. En realidad, interesan ms los crudos cuya curva de destilacin arroja un elevado porcentaje de livianos (nafta) y destilados medios (gasoil).El precio de un barril de petrleo crudo esta relacionado con estas caractersticas, de manera que es mas caro el petrleo que tiene un buen rendimiento volumtrico en la destilacin primaria.Un barril es una unidad de volumen equivalente a 158,98 litros o 0,15898 m3. Un metro cubico equivale a 6,29 barriles.Los precios internacionales del petrleo calculados en dlares por barril estn referidos a algunos de los petrleos crudos tpicos correspondientes a diferentes zonas geogrficas y que a su vez tienen distintos grados API y diversos contenidos de azufre. Como ya hemos comentado, el contenido de azufre penaliza el precio del crudo. Los petrleos son considerados dulces cuando tienen menos del 0,5% de azufre y agrios cuando tienen ms del 1,0%. A los petrleos con porcentajes entre 0,5 y 1,0% llamados intermedios se los considera dulces. En la tabla N.1 se detallan los cuatro crudos tpicos, que son mezclas de las zonas de donde son extrados:BRENT: mezclas de crudos del Mar del Norte. Es un crudo liviano dulce (38 API)WTI: West Texas Intermediate. Mezclas de crudos de Texas, es un crudo intermedio con 36,2 API y 0,6% de S.ANS: Alaskan North Slope. Es una mezcla tpica de crudos de Alaska, pesado con 26,5 API y agrio 1,1% de S.BCF-17: es un crudo tpico de Venezuela, muy pesado (17 API) y con alto contenido de azufre (2,4).Tabla 1. Los cuatro crudos tpicos, dulces y agrios

En la Argentina, los precios internos del crudo se han referido durante la dcada de los 90 generalmente al valor del WTI menos 2 a 4 dlares por barril de flete, dependiendo de la calidad y del punto de despacho. Posteriormente a 2002, para evitar la suba de los precios internos de los combustibles por la suba internacional del crudo, el gobierno fij retenciones del 25% a las exportaciones de crudo cuando ste superase un precio de referencia de 32 u$s/barril. Estas retenciones suben al 60% para el tramo de precio entre 32 y 34,99 u$s/barril y llegan al 94,23% para el tramo que va de 43 a 45 u$s/barril.

8.2 Costos de refinacin Dentro de los costos de refinacin se distinguen los costos variables de operacin, formados por el costo del petrleo crudo, los catalizadores, productos qumicos auxiliadores y servicios y costos fijos de operacin.Dentro del costo variable, los costos de los servicios (vapor, energa elctrica, agua y combustibles utilizados para calentamiento directo en los hornos y no para la generacin de vapor) se pueden expresar como un costo de energa equivalente a toneladas de fueloil por cien toneladas de alimentacin, en la siguiente tabla se dan los valores correspondientes a los consumos totales de energa (vapor, energa elctrica y combustibles) para distintas unidades de procedimiento:

Tabla 2. Valores correspondientes a los consumos totales de energa (vapor, energa elctricay combustibles) para distintas unidades de procesamiento

Fuente: Refinacin de Petrleo, de Shell Compaa Argentina de Petrleo S.A.

El volumen de combustible que se quema expresado como porcentaje de petrleo crudo con que se alimenta a la refinera varia segn su grado de complejidad, es decir, segn el numero de unidades de conversin, de procesamiento, si la refinera tiene o no elaboracin de lubricantes, de la generacin propia de energa elctrica.La complejidad de una refinera para una determinada mezcla de productos finales est tambin determinada por los tipos de crudo que se utilicen. A medida que los crudos son ms pesados, producen menos destilados y aumenta el porcentaje de crudo reducido que sale del fondo de la columna atmosfrica. Si bien tienen menor precio, estos petrleos requieren mas unidades de procesamiento y ms costosas, tales como el hidrocraqueo, el craqueo cataltico para residuos pesados tipo R2R o similar, coqueo retardado, hidrotratamientos, etc. Una mayor complejidad tambin eleva el costo de los servicios y los costos operativos. Para una refinera simple con destilacin atmosfrica, vaco, reformacin cataltica, reductor de viscosidad y Merox, el costo total de la operacin, variables ms fijos, oscila entre 2,2 2,5 u$s/barril de crudo procesado (para 60 000/ 80 000 barriles/ da). Este valor puede elevarse a 3 / 3,5 u$s/barril si se incluye una unidad de craqueo cataltico. Si adems se consideran los costos de comercializacin y operacin de las estaciones de servicio, este valor se puede elevar de acuerdo con los costos de transporte, el tipo de estaciones de servicio (con o sin minimarket, expendio de comidas rpidas), etctera.Podemos definir entonces al margen bruto de refinacin como la diferencia entre las ventas totales de los productos de la refinera y el costo del petrleo crudo procesado. En ocasiones hay que restar adems el costo de los productos refinados que se adquieran para completar el volumen requerido por las ventas. El margen neto de refinacin es igual al margen bruto menos el costo operativo que se desembolsa (out of pocket) para el total de barriles de crudo refinado. El margen neto por barril, cuando adems incluimos en los costos el de comercializacin, disminuy en los Estados Unidos de 1,42 u$s/barril en 1990 a 1,10 u$s/barril en 1999, aunque hubo valores ms bajos durante el periodo 1991-1995, con un valor promedio de 0,68 u$s/barril, y ms altos, con un promedio de 1,27 u$s/barril, entre 1996 y 1999. El ROI (Retorno sobre la Inversin) tambin se redujo como consecuencia de las inversiones y de los costos introducidos para bajar la contaminacin ambiental. As paso de 24% en 1998 al 5% en 1995, acompaando la reduccin del margen neto de refinacin.

8.3 Valor agregado de los distintos combustiblespara analizar la contribucin de cada uno de los principales productos de la refinera, tomaremos como ejemplo una refinera con una alimentacin de 100.000 barriles/da de petrleo crudo de 33 API, tipo Medanito de la Argentina, que produce lo siguiente:

Si consideramos el rendimiento volumtrico de cada uno de los productos con relacin al crudo total utilizado, podemos estimar el valor agregado por producto, tomando los respectivos precios del petrleo crudo y de las producciones. En la tabla N.3, puede verse que el mayor valor agregado sobre el crudo corresponde a la nafta, el combustible de mayor precio y demanda. A la nafta le siguen el querosn y JP y el producto ahora ms demandado, el gasoil.La produccin de LPG es inevitable, pero si hay volumen suficiente de las olefinas contenidas se pueden transformar en alquilato, una nafta se alto valor octnicoque aumentara el valor agregado.El fueloil tambin puede transformarse en productos mas livianos como el gasoil y la nafta mediante un coqueo retardado o un hidrocracking, este ltimo con mayor costo. Aqu, por supuesto, hay que evaluar las inversiones en funcin de una mayor contribucin.La produccin de querosn y JP tienen un mercado menor en comparacin con el gasoil. Muchas veces una parte del corte de K/JP se pasa al corte de gasoil.En las consideraciones realizadas, slo se analiza la contribucin sobre el costo del petrleo; lgicamente falta introducir los costos operativos de servicios, mano de obra, mantenimiento, que dependen de la configuracin de la refinera y de los procesos utilizados. En este caso, se pueden estimar aproximadamente en 3,5 u$s por barril de carga de crudo. Este valor incluye las otras variables fuera del crudo y otros gastos de la refinera consideramos como fijos.

Tabla 3Valor agregado y margen bruto de los productos de la refinacin (carga 100.000 barriles/da de crudo)

1. A u$s 20 el barril de crudo

2. Margen bruto promedio sobre el costo del petrleo utilizado para la venta total de los productos sin considerar los costos operativos. Con un costo operativo de 3,5 u$s/bbl el margen neto resulta menor de 5 u$s/bbl.

8.4 El costo de las inversiones en la refinacin del petrleo La refinacin del siglo XXI, ultramoderna, de conversin profunda con una produccin de combustible de alta calidad y con reducidas emisiones contaminantes, demanda de una inversin que puede ser cuatro veces superior a la requerida por una refinera simple de la dcada de 1970 y entre 2 y 2,5 veces ms costosa que una de la complejidad convencional de la dcada de 1980.Esta situacin, que implica altos costos de inversin y de operacin, disminuir aun mas el atractivo del negocio de la refinacin, caracterizado desde hace varios aos por sus reducidos mrgenes operativos, y acentuar la tendencia a una mayor concentracin con incremento de las capacidades de refinacin, con fusiones y adquisiciones y el cierre de las refineras mas pequeas.A continuacin puede verse una comparacin de la economa para diferentes configuraciones de refinacin de similar capacidad, realizada de acuerdo con informacin publicada por el Instituto Francs del Petrleo (IFP) en su presentacin Upgrading Heavy Ends:*Porcentaje en peso de fueloil equivalente sobre la alimentacin de crudo

Aqu debemos destacar que, para una misma cantidad de crudo de alimentacin, a medida que aumenta la conversin se incrementa la cantidad de nafta y gasoil producidos a expensas de una reduccin de los residuos pesados que es del 40% en la configuracin simple y llega al 0% en la conversin profunda.El aumento del consumo de combustibles para el transporte, la necesidad de producir combustibles menos contaminantes y el aumento de la utilizacin de petrleos ms pesados determinan permanentes modificaciones de las refineras existentes, con el agregado de nuevas unidades de conversin y de hidrorrefinacin para disminuir el contenido de azufre (para los combustibles ultralimpios las exigencias llegarn a especificar un contenido menor de 5 ppm de azufre). Esto incrementar dramticamente la demanda de hidrgeno en la refinacin y consecuentemente aumentar los costos de inversin de las refineras de conversin profunda con reducida o nula produccin de fueloil.Entre otros factores, el costo de inversin de una refinera depende, en gran medida, de su capacidad y del grado de conversin. Una indicacin de la complejidad de una refinera y, por ende, del costo de inversin y de operacin fue elaborada por Wilbur L. Nelson en 1960, en el informe conocido como el Nelsons Complexity Index. Nelson, autor de numerosas publicaciones y autor del clsico libro Petroleum Refinery Engineering, realiz diversas correlaciones entre las capacidades de las distintas unidades que componen una refinera y el costo de inversin de cada una de ellas, con el objeto de cuantificar los costos relativos de los componentes que constituyen la refinera y poder realizar comparaciones entre distintas refineras.Este ndice de complejidad de Nelson es una medida de la capacidad de conversin secundaria en comparacin con la capacidad de destilacin primaria o atmosfrica. Es un indicador no slo de la intensidad de la inversin o ndice del costo sino tambin del valor potencial que tiene la refinera para el agregado de nuevas unidades.El Indice de Complejidad de Nelson resulta de comparar el costo de inversin en u$s/bbl de cada unidad que compone una refinera con el costo de inversin de la unidad de destilacin atmosfrica en u$s/bbl, el cual al compararse consigo misma para una misma capacidad de destilacin resulta igual a uno.En la siguiente tabla puede observarse este factor para las unidades ms usuales que componen una refinera actualizado a 1988:

Fuente: Reliance Petroleum Limited- India

El ndice de Complejidad para una determinada refinera ser determinado por un ndice que representa la suma de las complejidades con que participa cada unidad de procesos, como se determina en la siguiente expresin que incluye todas las unidades de la refinera, inclusive la de destilacin primaria o atmosfrica con un fICN=1:

Donde.

El ndice de Nelson vara entre 2 para una refinera sencilla tipo Hydroskimming, hasta 5 para una con cracking cataltico y ms de 9 para las que tienen varias unidades de conversin e hidrotratamiento. (Ejemplos de clculo en el apndice C-1).Refineras con un elevado ndice de Complejidad presentan gran flexibilidad para procesar varios tipos de crudo y obtener combustibles con mayor valor agregado. Nelson asumi para las comparaciones que todos los elementos que hacen al rendimiento de la refinera, como los requerimientos de mano de obra, gastos de mantenimiento y consumo de energa, pueden relacionarse con el nivel de inversin. Sin embargo, no tuvo en cuenta la influencia de los servicios e instalaciones fuera de los lmites de batera, que determinan mayor o menor infraestructura segn la ubicacin que tenga la refinera en relacin con las fuentes de suministro de petrleo y los mercados de combustibles.La estimacin del costo de inversin de una refinera est determinada por el tipo de combustibles a producir, por si elaborar o no aceites lubricantes, por la calidad de los productos y fundamentalmente por su capacidad.La capacidad y complejidad de una refinera tambin estn vinculadas con la rentabilidad de la operacin.La tendencia del aumento d la capacidad de refinacin en los Estados Unidos, que lidera la capacidad de refinacin mundial con el mayor grado de conversin (en el ao 2000 tuvo ms del 20% de la capacidad mundial de destilacin de crudo) implica el aumento de la capacidad promedio y una disminucin del nmero de refineras.Segn el API Basic Petroleum Data Book el nmero de refineras en los Estados Unidos disminuy de 360 refineras en operacin en 1947 con una capacidad promedio de 15.000 bbl/da, a cerca de 150en el ao 2000 con una capacidad promedio d 100.000 bbl/da.Las nuevas refineras que se instalen en el futuro costarn ms debido a las exigencias cada vez ms severas para disminuir la contaminacin ambiental y se requerirn nuevas tecnologas para afrontar estos cambios. En el medio de estas exigencias se deber afrontar una demanda creciente de combustibles que determinar reconfiguraciones en las refineras con un aumento de su complejidad, expansiones de su capacidad y construcciones grass root. Las estimaciones para el ao 2015 determinan a nivel mundial un aumento de la capacidad instalada del orden de 27 millones de barriles por da, aproximadamente un 30% de la capacidad mundial actual.Esta situacin determinar nuevas oportunidades de inversin en el sector, ya que adems del aumento de capacidad primaria de destilacin se espera un aumento importante de las capacidades instaladas de conversin: FCC, Hidrocracking y Coqueo Retardado, que, de acuerdo con la mezcla de productos requerida, ser una forma combinada alrededor del 66% sobre la actual.Como en la de cualquier otra planta industrial, en la estimacin del costo de inversin de una refinera la exactitud del valor de las inversiones ser relacionada con el avance que se haya realizado en el estudio del proyecto. Generalmente, una primera estimacin est dentro de un margen comprendido entre +40% y -20%, el cual se reduce con un diseo preliminar a +25% y -15% y con una ingeniera de detalle a +6% y -4%.A ttulo de ejemplo detallamos a continuacin la estimacin preliminar del costo de instalacin de una refinera de 100.000 barriles/da (15.900 m3/d) que responde al esquema de la figura No 1.Para esta refinera debemos agregar adems las inversiones fuera de los lmites de batera, es decir, aquellas vinculadas a la provisin de los servicios, playas de tanques, obras civiles, tratamiento de efluentes, etctera, y que fueron estimadas en el 50% del costo dentro de los lmites de batera, igual a 177,5 MM u$s.Figura 1.Esquema de Refinacin.

A estos costos de inversin debemos sumar los correspondientes al terreno y al inicio de las operaciones:

Con este valor podemos llegar al costo total del proyecto:

8.5 La rentabilidad del proceso de refinacin.Debido a la cantidad de factores que pueden influir durante la ejecucin y operacin, el anlisis de rentabilidad de una inversin en un proyecto de refinacin y venta de combustibles es complejo.Adems de las definiciones bsicas adoptadas para realizar el proyecto antes de la construccin (la capacidad, su complejidad, su ubicacin y logstica, el perfil de su produccin incluida la calidad de combustibles) surgen otras dificultades vinculadas al precio y al tipo de petrleo y su evolucin futura, a las restricciones legislativas sobre el contenido de las emisiones contaminantes. Todas estas cuestiones sin duda afectarn la rentabilidad de la operacin.Esta situacin crea incertidumbre sobre el futuro de las inversiones. A esto se suma que la tendencia de las dos ltimas dcadas del siglo XX muestra un decrecimiento del retorno sobre el capital empleado, que para el total de la industria petrolera en los Estados Unidos baj del 10,5% en 1982 al 7% en 1998, y para el conjunto de la operacin de refinacin y comercializacin en ese ao fue inferior al 5%.4La economa de la refinacin estuvo siempre afectada por una gran volatilidad de los mrgenes y de los precios motivada por la gran influencia que sobre el negocio del petrleo ejercen los pases miembros de la OPEP, cuyos problemas polticos y econmicos afectan constantemente el precio internacional del crudo. Los anlisis econmicos deben realizarse, ya se trate de la construccin de una nueva refinera o de ampliaciones o modificaciones de las existentes determinadas por el crecimiento de la demanda, las exigencias del medio ambiente y los cambios tecnolgicos en los procesos de conversin motivados por cambios en el perfil de la demanda y por la exigencia de producir combustibles ms limpios.Para realizar la proyeccin del flujo de caja determinar la tasa interna de retorno y del valor actual neto, se debe realizar una proyeccin de las ventas, en este caso de los volmenes y precios de la mezcla de combustibles que se piensan producir y vender. Tambin de los costos operativos variables y fijos, para lo cual se requiere conocer los rendimientos de la destilacin de crudo o de las mezclas que se piensan usar, los consumos de los servicios y las bases a utilizar para estimar los costos fijos.Algunos de estos datos, como los necesarios para estimar los consumos de servicios, costos de mano de obra, mantenimiento y dems elementos que integran los costos fijos se pueden extraer de publicaciones peridicas como Hidrocarbon Processing o de algunos libros, entre los que merecen citarse el Handbook of Petroleum Refinig Proceses de Robert A. Meyers y tambin Petroleum Refinery Process Economics, de Robert E. Maples (PennWell Books, Publishing Co., Tulsa). Para el clculo del TIR puede consultarse el libro Evalucin de inversiones en la industria qumica, de Ren A. Dubois, publicado por la Asociacin Qumica Argentina (vase tambin la figura No 2 y las definiciones de los trminos utilizados).8.5.1. Definiciones.Resultado operativo: resulta de restar al ingreso por ventas netas los costos del crudo y operativos (otros variables, fijos, administrativos, amortizaciones y comerciales).Figura 2.Diagrama del flujo de fondos para el clculo de la rentabilidad.

Ganancias despus de impuestos ( Net operating profit after taxes designado con la sigla NOPAT): resulta de restar al resultado operativo los impuestos a las ganancias.Flujo de caja: resulta de adicionar a la ganancia despus de impuestos las amortizaciones.TIR, Tasa Interna de Retorno: se utiliza para medir la rentabilidad de una inversin y por definicin es la tasa de descuento que iguala la sumatoria del flujo de fondos descontados al momento del inicio de las operaciones con la sumatoria de las inversiones realizadas actualizadas con la misma tasa al mismo momento.Roic (Return on Invested Capital): es el porcentaje de retorno que surge de dividir las ganancias despus de impuestos por el capital empleado, ese ltimo es la suma del capital fijo ms Capital de Trabajo.8.6 Optimizacin de la operacin de refinacin.No obstante la diversidad de factores que pueden afectar la economa de la operacin de refinacin, es posible mantener la rentabilidad al mximo posible dentro de los lmites impuestos por todas las variables que afectan su funcionamiento.Para ello se requiere hacer funcionar la refinera optimizando la utilizacin de todos los recursos que concurren a su funcionamiento, de manera tal que para determinadas condiciones externas, como ser los diferentes tipos de crudos disponibles con sus calidades y precios, se utilicen de la mejor manera el conjunto de las unidades que conforman la refinera, para obtener una produccin con una distribucin de combustibles que sea econmicamente la ms conveniente, compatible con la demanda de los mercados ya sean estos locales o de exportacin.Estas dos restricciones, los tipos de crudos disponibles y el perfil de la demanda de combustibles, conjuntamente con otras como son las restricciones sobre contaminacin ambiental, constituyen el entorno con el cual el sistema refinera debe interactuar para determinar el camino a seguir para maximizas los resultados econmicos de la operacin.Los factores que intervienen para optimizar el funcionamiento van desde la seleccin del crudo, pasando por cmo utilizar las diferentes unidades de proceso, hasta la formulacin y la logstica de la distribucin y de los mercados.Para realizar esta tarea, dada la complejidad del conjunto de procesos involucrados, es necesario preparar un modelo matemtico que permita simular el conjunto de operaciones, utilizando para ello un sistema de ecuaciones que reflejan los balances de materiales de cada unidad de proceso, inclusive para distintas condiciones de operacin que hacen variar esos balances, ya sea por cambios en las caractersticas de las alimentaciones o por variaciones en las condiciones operativas, como pueden ser la presin o la temperatura.Aqu tambin interviene la tecnologa que se utiliz para el diseo de cada unidad cuyas modificaciones o mejoras deben tenerse siempre presente a la hora de evaluar mejoras alternativas.Existen compaas de tecnologa que suministran programas para realizar este tipo de planificacin de los cuales uno muy conocido es el PIMS (Process Industry Modeling System), que es utilizado precisamente para evaluar las alternativas de compra del crudo, optimizar la mezcla de combustibles para la venta, la formulacin de las mezclas (blending), planificar los inventarios de crudo y de combustibles terminados, evaluar nuevas configuraciones de refinacin, el tamao de las unidades y la forma de obtener los mejores resultados econmicos en determinadas condiciones.Este tipo de planificacin permite seguir diariamente, por semana, por mes o anualmente la operacin o bien planificar para ms largo plazo.Estos programas se alimentan introduciendo los datos en planillas tales como el Excel y permiten realizar tambin un planeamiento estratgico. Tambin son utilizados cuando la empresa dispone de varias refineras y debe coordinar su funcionamiento.