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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
DIETAS DE CRUDO ALTERNATIVAS PARA LA REFINERÍA EL PALITO
Trabajo Especial de Grado presentado ante la Universidad Rafael Urdaneta para optar al título de:
INGENIERO QUÍMICO
Autor: Br. HÉCTOR SUAREZ
Tutor Académico: Ing. Waldo Urribarrí
Maracaibo, abril de 2012
DERECHOS RESERVADOS
DIETAS DE CRUDO ALTERNATIVAS PARA LA REFINERÍA EL PALITO
___________________________
Suárez Oquendo, Héctor Luis
C.I.: 20.379.120
Urb. Los Olivos. Calle 75 #67-101
Telf.: +58 (414) 659 69 30
___________________________
Urribarrí Ludovic, Waldo Ramón
Tutor académico
DERECHOS RESERVADOS
AGRADECIMIENTO
A Petróleos de Venezuela S.A., por brindarme la oportunidad de realizar el
presente Trabajo Especial de Grado.
A mi familia, por el apoyo brindado para la realización del presente.
A la Gerencia General de Planificación y Gestión de Refinación, en la persona de
la Sra. Rosa Rodríguez. Al Sr. Wilfredo Gómez en nombre de la Gerencia de
Evaluación de Gestión; al Sr. Octavio González por parte del grupo de Evaluación
de Modelos; y muy especialmente a la Srta. Nathalia Delgado por su valioso
aporte como tutora industrial; así como también a todo el personal que labora en la
GGPGR.
A la Universidad Rafael Urdaneta, su Facultad de Ingeniería, Sr. Oscar Urdaneta,
y a su Escuela de Ingeniería Química, Sr. Nelson Molero. En especial, agradezco
la colaboración, como tutor académico, del Sr. Waldo Urribarrí.
Igualmente, extiendo el presente agradecimiento a todas las personas, que de una
u otra forma, hicieron posible la realización de este trabajo.
DERECHOS RESERVADOS
ÍNDICE GENERAL
RESUMEN
ABSTRACT
pág.
INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 18
1. CAPÍTULO I: EL PROBLEMA ........................................................................... 20
1.1. Planteamiento del problema ........................................................................ 20
1.2. Objetivos ..................................................................................................... 22
1.3. Justificación de la investigación................................................................... 22
1.4. Delimitación ................................................................................................. 23
2. CAPITULO II: MARCO TEÓRICO ..................................................................... 25
2.1. Descripción de la empresa .......................................................................... 25
2.1.1. Gerencia General de Planificación y Gestión de Refinación (GGPGR) ...... 26
2.1.1.1. Gerencia de Planificación ..................................................................... 26
2.1.1.2. Gerencia de Evaluación de Gestión ...................................................... 27
2.1.2. Organigrama .............................................................................................. 28
2.2. Antecedentes............................................................................................... 29
2.3. Fundamentos teóricos ................................................................................. 30
2.3.1. El Petróleo ................................................................................................. 30
2.3.1.1. Composición del Petróleo ..................................................................... 30
2.3.1.2. Caracterización de Crudos .................................................................... 38
2.3.1.3. Evaluación de Crudos ........................................................................... 43
2.3.2. Refinación de petróleos .............................................................................. 50
2.3.2.1. Clasificación de las refinerías ............................................................... 50
2.3.2.2. Procesos comunes ............................................................................... 55
DERECHOS RESERVADOS
2.3.2.3. Productos del Petróleo .......................................................................... 60
2.3.3. Economía de Refinación ............................................................................ 64
2.3.3.1. Administración y optimización de las operaciones de refinación .......... 65
2.3.4. Refinería El Palito ................................................................................ 87
2.3.4.1. Fuente de suministro de crudos y otros insumos .................................. 89
2.3.4.2. Descripción de las unidades de proceso............................................... 89
2.3.4.3. Entregas y Compromisos ...................................................................... 94
2.3.5. Herramientas de manejo de datos .............................................................. 96
2.3.5.1. Aplicación para el manejo de ensayos de crudo (H/CAMS).................. 96
2.3.5.2. Aplicación de optimización mediante programación lineal (PIMS), ..... 97
2.4. Sistema de variables ................................................................................. 101
3. CAPITULO III: MARCO METODOLÓGICO ..................................................... 103
3.1. Tipo de investigación ................................................................................. 103
3.2. Diseño de la investigación ......................................................................... 104
3.3. Técnicas de recolección de información .................................................... 106
3.4. Instrumentos de recolección de información ............................................. 107
3.5. Fases de la investigación .......................................................................... 112
4. CAPÍTULO IV: ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................. 116
4.1. Definir las premisas operacionales y de mercado inherentes a la RELP .. 116
4.1.1. Verificación de las condiciones de diseño de la RELP; tanto de volumetría,
como de características del crudo que puede procesar satisfactoriamente ........ 116
4.1.2. Definición del escenario de precios apropiado .......................................... 119
4.1.3. Determinación de las expectativas de producción, de acuerdo con la
demanda del mercado nacional .......................................................................... 120
4.1.4. Establecimiento del caso base en el modelo de la RELP .......................... 120
4.1.5. Selección del mercado foráneo de crudos a analizar ................................ 122
4.2. Identificar los crudos que podrían integrar la dieta de la RELP ................. 122
4.2.1. Caracterización de los crudos nacionales ................................................. 122
DERECHOS RESERVADOS
4.2.2. Selección de los crudos (de los mercados estratégicos seleccionados) aptos
para formar parte de la RELP .............................................................................. 123
4.2.3. Revisión de la oferta de los crudos seleccionados .................................... 124
4.3. Determinar el impacto técnico y económico de las dietas de crudo
analizadas en la RELP ........................................................................................ 124
4.3.1. Definición de los lineamientos de optimización ......................................... 124
4.3.2. Corridas preliminares ................................................................................ 125
4.3.2.1. Dietas de crudos locales ..................................................................... 125
4.3.2.2. Dietas con crudos foráneos ................................................................ 126
4.3.2.3. Escenarios futuros a corto plazo ......................................................... 128
4.3.3. Optimización de las corridas del modelo local de la RELP ........................ 130
4.3.3.1. Crudos nacionales .............................................................................. 130
4.3.3.2. Crudos Foráneos ................................................................................ 138
4.3.3.3. Consideración de escenarios futuros .................................................. 148
4.4. Dietas de crudo analizadas para la RELP ................................................. 166
4.4.1. Dietas alternativas ..................................................................................... 166
4.4.1.1. Valores de la función objetivo ............................................................. 166
4.4.1.2. Especificaciones de las dietas ............................................................ 167
4.4.1.3. Productos para el mercado local y de exportación ............................. 169
4.4.2. Escenarios futuros ..................................................................................... 172
4.4.2.1. Valores de la función objetivo ............................................................. 172
4.4.2.2. Especificaciones de las dietas ............................................................ 173
4.4.2.3. Productos para el mercado local y de exportación ............................. 175
CONCLUSIONES ................................................................................................ 180
RECOMENDACIONES ....................................................................................... 182
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 183
ANÉXOS ............................................................................................................. 186
DERECHOS RESERVADOS
ÍNDICE DE TABLAS
pág. Tabla 2.1. Parafinas de bajo peso molecular. ....................................................... 31
Tabla 2.2. Naftenos. .............................................................................................. 32
Tabla 2.3. Hidrocarburos Aromáticos. ................................................................... 33
Tabla 2.4. Olefinas. ............................................................................................... 34
Tabla 2.5. Características de fracciones a 250 °C. ............................................... 37
Tabla 2.6. Clasificación del crudo de acuerdo a dos gravedades específicas. ..... 39
Tabla 2.7. Clasificación del crudo de acuerdo a su gravedad específica y API..... 44
Tabla 2.8. Cortes comunes de la destilación TBP. ................................................ 49
Tabla 2.9. Componentes del margen neto de refinación. ...................................... 71
Tabla 3.1. Características que debe cumplir la dieta de la RELP........................ 107
Tabla 3.2. Dieta de crudo proyectada para la RELP. .......................................... 108
Tabla 3.3. Manejo máximos de las corrientes de destilación. ............................. 108
Tabla 3.4. Set de precios de productos de la RELP. ........................................... 109
Tabla 3.5. Producción de la RELP en el mercado nacional. ............................... 109
Tabla 3.6. Rango de capacidad de las unidades de proceso. ............................. 110
Tabla 3.7. Especificaciones de los productos del mercado nacional. .................. 110
Tabla 3.8. Requerimientos/Productos de la refinería. ......................................... 110
Tabla 3.9. Comparación de Casos. ..................................................................... 111
Tabla 3.10. Oferta de crudos. .............................................................................. 111
Tabla 4.1. Características óptimas de un crudo para la RELP. ........................... 116
Tabla 4.2. Capacidades de manejo de los productos de destilación. .................. 117
Tabla 4.3. Rango de operación óptimo de las unidades de proceso. ................. 118
Tabla 4.4. Especificaciones generales de los productos nacionales. .................. 118
Tabla 4.5. Escenario de Precios de productos surtidos al mercado local. .......... 119
Tabla 4.6. Escenario de precios de los crudos nacionales. ................................. 119
DERECHOS RESERVADOS
Tabla 4.7. Requerimientos pronostico del Mercado para el año 2012. .............. 120
Tabla 4.8. Dieta de crudo para caso base ........................................................... 121
Tabla 4.9. Volúmenes de Alimentación de crudo y productos Caso Base .......... 121
Tabla 4.10. Características de los crudos nacionales. ........................................ 122
Tabla 4.11. Características de los crudos foráneos. ........................................... 123
Tabla 4.12. Disponibilidad de los crudos seleccionados. .................................... 124
Tabla 4.14. Configuración inicial caso Crudo A + Crudo C + Crudo D. ............... 125
Tabla 4.15. Configuración inicial caso: Crudo A + Crudo C + Crudo E ............... 126
Tabla 4.16 Configuración inicial caso Crudo A + Crudo G + Crudo E. ............... 126
Tabla 4.17. Configuración inicial caso Crudo A + Crudo H + Crudo E. ............... 127
Tabla 4.18. Configuración inicial caso Crudo D + CRG + Crudo D + Crudo E. ... 127
Tabla 4.19. Configuración inicial caso Dieta Actual (nueva producción CRB). ... 128
Tabla 4.20. Configuración inicial Crudo A + Crudo C + Crudo E y Crudo F. ....... 128
Tabla 4.21. Configuración inicial Crudo A +Crudo C +Crudo D +Crudo E+ Crudo
F. ......................................................................................................................... 129
Tabla 4.22. Configuración inicial Crudo A +Crudo B Crudo E+ prod. Diesel
eléctrico. .............................................................................................................. 129
Tabla 4.23. Configuración inicial Crudo A + Crudo C + Crudo E para producción de
diesel eléctrico. .................................................................................................... 130
Tabla 4.24. Configuraciones planteadas para el Caso 1: CRA + CRD+ CRC. .... 133
Tabla 4.25. Dieta óptima Caso 1. ........................................................................ 134
Tabla 4.26. Características de la dieta óptima 1. ................................................ 135
Tabla 4.27. Comparación de las opciones consideradas en el caso CRA + CRC +
CRE. .................................................................................................................... 136
Tabla 4.28. Dieta óptima del Caso 2. .................................................................. 138
Tabla 4.29. Características de la dieta del Caso 2. ............................................. 138
Tabla 4.30. Comparación de las opciones con el Caso 3. .................................. 139
Tabla 4.31. Dieta óptima Caso 3. ........................................................................ 141
Tabla 4.32. Características de la dieta con el Caso 3. ........................................ 141
Tabla 4.33. Comparación de configuraciones para la dieta del Caso 4. ............. 142
DERECHOS RESERVADOS
Tabla 4.34. Dieta óptima del Caso 4. .................................................................. 144
Tabla 4.35. Características de la dieta del Caso 4. ............................................. 144
Tabla 4.36. Comparación de las opciones consideradas en el Caso 5. .............. 146
Tabla 4.37. Dieta óptima Caso 5. ........................................................................ 148
Tabla 4.38. Características de la dieta Caso 5. ................................................... 148
Tabla 4.39. Demanda de las variedades de diesel para el año 2012 .................. 149
Tabla 4.40. Especificaciones de la corriente de diesel eléctrico. ......................... 149
Tabla 4.41. Comparaciones en el escenario futuro 1: Producción proyectada de
Crudo B. .............................................................................................................. 151
Tabla 4.42. Dieta óptima del Escenario futuro 1: proyección próxima de Crudo
B. ......................................................................................................................... 153
Tabla 4.43. Características de la dieta del escenario futuro 1. ............................ 153
Tabla 4.44. Configuraciones planteadas para el escenario futuro CRA + CRC +
CRE + CRF. ........................................................................................................ 154
Tabla 4.45. Dieta óptima del Escenario futuro CRA + CRC + CRE + CRF. ........ 155
Tabla 4.46. Características de la dieta CRA + CRC + CRE + CRF del escenario
futuro 2. ............................................................................................................... 156
Tabla 4.47. Configuraciones planteadas en el escenario futuro CRA + CRC+ CRD
+ CRE + CRF. ..................................................................................................... 157
Tabla 4.48. Dieta óptima Escenario futuro CRA + CRC + CRD + CRE + CRF. .. 158
Tabla 4.49. Características de la dieta CRA + CRC + CRD + CRE + CRF. ........ 159
Tabla 4.50. Comparación de las opciones del escenario Dieta Actual + producción
de diesel eléctrico ................................................................................................ 160
Tabla 4.51. Dieta óptima Escenario futuro CRA + CRB + CRE producción
NMV. ................................................................................................................... 162
Tabla 4.52. Características de la dieta CRA + CRB + CRE producción NMV. .... 162
Tabla 4.53. Comparación de configuraciones para el escenario futuro: CRA + CRC
+ CRE con prod. NMV ......................................................................................... 164
Tabla 4.54. Dieta óptima escenario futuro: CRA + CRC + CRE. ......................... 165
Tabla 4.55. Características de la dieta CRA + CRC + CRE con prod. NMV. ...... 166
DERECHOS RESERVADOS
Tabla 4.56. Dietas alternativas evaluadas. .......................................................... 166
Tabla 4.57. Escenarios futuros evaluados. ......................................................... 172
Tabla A.1. Compras, ventas y economía del Caso Base. ................................... 192
Tabla A.2. Propiedades del caso base. ............................................................... 192
DERECHOS RESERVADOS
ÍNDICE DE FIGURAS
pág. Figura 2.1. Organigrama de la GGPGR. ............................................................... 28
Figura 2.2. Cortes y análisis para una dieta de crudo. .......................................... 42
Figura 2.3. Cortes y análisis para el residuo de vacío. .......................................... 42
Figura 2.4. Curva TBP de un crudo venezolano “D”. ............................................. 50
Figura 2.5. Crudo y Complejidad de refinación. .................................................... 51
Figura 2.6. Esquema de una refinería tipo “Topping”. ........................................... 52
Figura 2.7. Esquema de una refinería tipo “hydroskimming”. ................................ 53
Figura 2.8. Esquema de una refinería tipo “cracking” – conversión media. ........... 54
Figura 2.9. Esquema de una refinería tipo “coking” – conversión profunda. ......... 55
Figura 2.10. Diagrama de flujo de procesos simplificado de la RELP. .................. 90
Figura 2.11. Esquema de distribución de Productos. .......................................... 95
Figura 2.12. Toma de pantalla de las tablas del modelo local RELP (1). .............. 99
Figura 2.13. Toma de pantalla de las tablas del modelo local RELP (2). .............. 99
Figura 2.14. Diagrama de flujo de la RELP generado por PIMS. ........................ 100
Figura 4.1. Cortes de destilación para las configuraciones del Caso 1: CRA + CRC
+ CRD. ................................................................................................................ 132
Figura 4.2. Valor de la función objetivo de las configuraciones del Caso 1. ........ 134
Figura 4.3. Rendimientos de destilación de las opciones manejadas en el
caso 2. ................................................................................................................. 137
Figura 4.4. Valores de la función objetivo en las opciones manejadas en el caso
2. ......................................................................................................................... 137
Figura 4.5. Rendimientos de los cortes de destilación en las opciones del Caso
3. ......................................................................................................................... 140
Figura 4.6. Valor de la función objetivo de las configuraciones del Caso 3. ........ 141
Figura 4.7. Rendimientos de destilación para la dieta del Caso 4. ...................... 143
DERECHOS RESERVADOS
Figura 4.8. Valores de la función objetivo para los casos estudiados con la dieta
del Caso 4. .......................................................................................................... 144
Figura 4.9. Rendimientos de destilación para el Caso 5. .................................... 147
Figura 4.10. Valores de la función objetivo en el Caso 5. ................................... 147
Figura 4.11. Rendimientos de destilación para el escenario futuro 1: Producción
proyectada de Crudo B. ...................................................................................... 152
Figura 4.12. Valores de la función objetivo en el escenario futuro 1: Producción
proyectada de Crudo B. ...................................................................................... 152
Figura 4.13. Rendimientos de destilación de la dieta CRA + CRC + CRE +
CRF. .................................................................................................................... 155
Figura 4.14. Valores de la función objetivo para el escenario futuro CRA + CRC+
CRE + CRF. ........................................................................................................ 155
Figura 4.15. Rendimientos de destilación en la dieta CRA + CRC + CRD + CRE +
CRF. .................................................................................................................... 158
Figura 4.16. Valores de la función objetivo en el escenario futuro CRA + CRC +
CRD + CRE + CRF. ............................................................................................ 158
Figura 4.17. Rendimientos de los cortes de destilación para el caso Dieta actual +
producción de diesel eléctrico. ............................................................................ 161
Figura 4.18. Valor de la función objetivo para el caso Dieta actual + producción de
diesel eléctrico. .................................................................................................... 162
Figura 4.19 Rendimientos de destilación para el escenario futuro: CRA + CRC +
CRE con prod. NMV. ........................................................................................... 165
Figura 4.20. Comparación de los valores de la función objetivo en el escenario
futuro 4. ............................................................................................................... 165
Figura 4.21. Valores de la función objetivo para los casos evaluados. ............... 167
Figura 4.22. Gravedad API de las dietas alternativas evaluadas. ....................... 167
Figura 4.23. Contenido de azufre en las dietas alternativas evaluadas. ............. 168
Figura 4.24. Acidez (TAN) de las dietas alternativas evaluadas. ........................ 168
Figura 4.25. Rendimientos de destilación de las dietas alternativas evaluadas. . 168
DERECHOS RESERVADOS
Figura 4.26. Producción de diesel automotor en las dietas alternativas
evaluadas. ........................................................................................................... 169
Figura 4.27. Componentes del diesel para las dietas evaluadas. ....................... 170
Figura 4.28. Producción de Gasolina RON 91 en las dietas evaluadas. ............. 170
Figura 4.29. Producción de Gasolina RON 95 en las dietas evaluadas. ............. 170
Figura 4.30. Producción de Jet Fuel para exportación en las dietas evaluadas. . 171
Figura 4.31. Valores de la función objetivo para los escenarios futuros
estudiados. .......................................................................................................... 173
Figura 4.32. Gravedad API de las dietas de los escenarios futuros evaluados. .. 173
Figura 4.33. Contenido de azufre en las dietas de los escenarios futuros. ......... 174
Figura 4.34. Acidez (TAN) de las dietas de los escenarios futuros evaluados. ... 174
Figura 4.35. Rendimientos de destilación de las dietas de los escenarios futuros
evaluados. ........................................................................................................... 174
Figura 4.36. Producción local de diesel automotor en los escenarios futuros
evaluados. ........................................................................................................... 175
Figura 4.37. Producción de diesel para electricidad en los escenarios futuros
evaluados. ........................................................................................................... 176
Figura 4.38. Producción de diesel (ambas calidades) en los escenarios futuros
evaluados. ........................................................................................................... 176
Figura 4.39. Componentes del diesel automotor y para electricidad en los
escenarios futuros evaluados. ............................................................................. 176
Figura 4.40. Producción de gasolina RON 91 en los escenarios futuros
evaluados. ........................................................................................................... 177
Figura 4.41. Producción de gasolina RON 95 en los escenarios futuros
evaluados. ........................................................................................................... 177
Figura 4.42. Producción de Jet Fuel en los escenarios futuros evaluados. ......... 177
Figura 4.43. Incremento de las exportaciones de Jet Fuel en escenarios con
producción de diesel eléctrico. ............................................................................ 178
Figura A.1. Submodelo SDML con DHX incluido. ............................................... 187
Figura A.2. Tabla BLNREST con DHX incluido. .................................................. 188
DERECHOS RESERVADOS
Figura A.3. Tabla Buy del CASO BASE. ............................................................. 189
Figura A.4. Tabla Sell del CASO BASE. ............................................................. 190
Figura A.5. Modificaciones al modelo en la tabla CASE para el caso 1. ............. 191
DERECHOS RESERVADOS
LISTA DE ABREVIATURAS
DHX: Siglas (TAG) utilizadas para identificar la corriente de diesel hidrotratado (10
ppm S).
DMV: Siglas (TAG) utilizadas para identificar el diesel automotor para el mercado
nacional producido en la refinería El Palito.
FO: Fuel Oil (combustible residual).
GGPGR: Gerencia General de Planificación y Gestión de Refinación.
GUA: Siglas (TAG) utilizadas para identificar el crudo Guafita, componente del
Crudo B.
HC: Hidrocarburos.
MBD: se refiere a la unidad de medida de volumen por unidad de tiempo 1000
barriles por día (1000 bbl/día).
ML: Mercado local.
NMV: Siglas (TAG) utilizadas para identificar el diesel para generación de
electricidad.
PDVSA: Petróleos de Venezuela S.A.
RBSI: Refinería Batalla de Santa Inés.
RELP: Refinería El Palito.
SRN: Sistema de Refinación Nacional.
TEG: Trabajo especial de grado.
DERECHOS RESERVADOS
SUÁREZ OQUENDO, Héctor Luis. DIETAS DE CRUDO ALTERNATIVAS PARA LA REFINERÍA EL PALITO. Trabajo especial de grado para optar al título de Ingeniero Químico. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo, Venezuela. 2012. 192 p.
RESUMEN
Se evaluaron tanto dietas de crudo alternativas, como los escenarios futuros que están planteados para la refinería El Palito. Fueron consultadas las condiciones de diseño de la refinería, tanto de manejo de productos, por capacidad térmica e hidráulica, como de capacidad de las unidades de proceso, en sí. Igualmente, se estableció el escenario de precios utilizado, basado en un promedio para los cuatro trimestres del 2012. La metodología consistió en la comparación con un caso base, representado por la dieta actual de la refinería. El análisis de dietas alternativas se basó en el estudio de crudos locales y foráneos. Respecto a los escenarios futuros, se evaluó la futura disposición del Crudo B y su disponibilidad, componente primordial de la dieta actual; la interacción con la nueva refinería Batalla de Santa Inés, durante su primera fase; y el incremento en la demanda de diesel para la generación de electricidad, en el cual se permite un contenido de azufre de hasta 1,5%. No pudo cumplirse en ninguna de las dietas planteadas, la especificación del contenido azufre establecida por la refinería (0,83%), para satisfacer la del diesel automotor (0,5%); sin embargo, se llegó a un contenido de azufre (en algunas dietas) con el cual también se logró cumplir con la calidad del diesel sin problemas. Se determinó que la disminución proyectada en la producción de Crudo B, no representa un problema en el desempeño de la RELP. Por otra parte, resultó rentable la incorporación del Crudo F en la dieta de la RELP. También se ratificó la optimalidad de destinar toda la producción de diesel, para la variedad utilizada en generación eléctrica, esto motivado en los elevados niveles de azufre en las dietas; esta situación permite una mejor distribución de las corrientes intermedias. Palabras clave: Economía de refinación, Refinería El Palito, Dietas de crudo, Modelos de programación lineal, Petróleos de Venezuela.
DERECHOS RESERVADOS
SUÁREZ OQUENDO, Héctor Luis. ALTERNATIVES CRUDE OIL FEEDSTOCK’S FOR EL PALITO REFINERY. Trabajo especial de grado para optar al título de Ingeniero Químico. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo, Venezuela. 2012. 192 p.
ABSTRACT
It was evaluated crude oil feedstock and the future scenarios that will be in El Palito refinery panorama. It was consulted the design conditions of the refinery, from intermediate products handling (by thermic and hydraulic capacities of the distillation system) and process units capacities itself. It was established the price/cost scenario based on the average for the four trimesters of 2012. The methodology was based on the comparison with a Base Case, represented by the current feedstock of the refinery. The crude oil feedstock analysis was based in the study of some nationals and foreign crudes. Respect to the future scenarios, was evaluated the fall in the production of Crude B, the interaction with the new refinery Batalla de Santa Inés, in its first phase, and the increase of the demand of electric generation diesel, which allows almost 1,5% of sulfur content. In anyone of the crude oil mixes evaluated couldn’t accomplished the specification established by the refinery for the sulfur content (0,83%) for satisfies the quality of the engine diesel (0,5%), however, it was possible to found a sulfur level (upper than 0,83%) that accomplished with the diesel quality requirements. It was determined that the fall in the production of Crude B will do not represent a problem in the refinery performance. On the other hand, the incorporation of Batalla de Santa Inés residua in El Palito refinery feedstock results profitable. Was also ratified that will be an optimal for the refinery, only to produce electric generation diesel, this motivated in the high sulfur content on the feedstock, the production of this diesel will derive in a more optimal use of the intermediate streams.
Keywords: Refinery economics, El Palito Refinery, crude oil feedstock’s, linear programming models, Petroleos de Venezuela.
DERECHOS RESERVADOS
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo especial de grado fue realizado en la Gerencia General de
Planificación y Gestión de Refinación, ente adscrito a la Vicepresidencia de
Refinación, Mejoramiento, Comercio y Suministro; en Petróleos de Venezuela S.A.
Dicha gerencia, se encarga del seguimiento, y como su nombre lo indica, la
planificación de las actividades tanto a corto, como mediano y largo plazo del
negocio de refinación existente de PDVSA.
En el marco de las actividades de la Gerencia de Evaluación de Gestión
(dependencia de la GGPGR), y en procura de la optimización de las operaciones,
además de hacer frente a los escenarios futuros a los que debe hacerse frente en
el panorama de refinación nacional; surge la necesidad de encontrar distintas
alternativas que permitan mantener una carga adecuada de crudos para la
refinería El Palito, que permitan incrementar, o al menos mantener, tanto los
beneficios económicos, como los rendimientos de productos para el mercado
nacional y de exportación.
El objetivo general de esta investigación: Evaluar dietas de crudo alternativas para
la Refinería El Palito en base a su desempeño técnico y económico, surgió como
respuesta a la situación anteriormente planteada.
Para llegar a tal cometido, se trazaron las siguientes metas: definir las premisas
operacionales y de mercado de la RELP; identificar los crudos que podrían
integrar la dieta de la RELP; determinar el imparto técnico y económico de las
dietas de crudo en la RELP; y por último, contrastar los resultados de las dietas
de crudo estudiadas.
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Se presenta toda la información relacionada a este proyecto en cuatro capítulos.
El primero, titulado El Problema, describe el panorama general por el cual se
decidió llevar a cabo este trabajo especial de grado, los objetivos generales y
específicos, justificación de la investigación y delimitaciones.
En el Capitulo II, que lleva por nombre Marco Teórico, se presentan una breve
descripción de PDVSA, y con más detalle la mencionada GGPGR y sus
dependencias, al igual que un organigrama donde se indica donde se encuentra
ubicada esta investigación, dentro de la organización. Seguidamente se
encuentran, los antecedentes considerados; y los fundamentos teóricos, en los
que se cimentó todo lo realizado; yendo desde el petróleo hasta las herramientas
de manejo de datos (aplicaciones) utilizadas, pasando por la refinación de
petróleos, la economía de refinación y los detalles de la RELP. Por último, se
presenta un cuadro de operacionalización de variables.
Por su parte, en el Capitulo III: Marco Metodológico, como su nombre lo indica, se
hace referencia a la metodología empleada para el desarrollo del trabajo; siendo
estas el tipo y diseño de la investigación, técnicas e instrumentos de recolección
de datos; y las fases de la investigación, donde se describen todos los pasos
realizados para la consecución de los objetivos específicos, y por ende el general.
En el Capitulo IV: Análisis de resultados, se presenta toda la información
recolectada y generada para llevar a cabo este T.E.G., junto a sus respectivos
análisis. Por último, están las secciones de conclusiones, recomendaciones,
referencias bibliográficas y anexos, donde se encuentra material de apoyo a lo
argumentado en el cuerpo del trabajo.
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CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
En este capítulo, se describe el marco en el que se encuentra el problema
planteado para la realización de este trabajo especial de grado, se define el
objetivo general y los específicos, la justificación y delimitación temporal, espacial,
y científica.
1.1. Planteamiento del problema
La refinería El Palito (RELP), ubicada en el municipio Puerto Cabello, Edo.
Carabobo, fue construida en el año 1958 por la empresa Mobil Oil Co. (hoy en día
Exxon Mobil); iniciando operaciones en junio de 1960, con una capacidad de
refinación de 55 MBD. Actualmente, su capacidad nominal es de 140 MBD y forma
parte del Sistema de Refinación Nacional, de Petróleos de Venezuela S.A.
(PDVSA).
La dieta actual, es decir, alimentación de crudo a la refinería El Palito, está
compuesta principalmente por el llamado Crudo B (mezcla de los crudos B1, B2 y
B3), además de Crudo A y Crudo E. Dicha mezcla posee una gravedad de 28 °API
aproximadamente.
Debido a las fluctuaciones del mercado nacional e internacional de crudos y sus
productos derivados, PDVSA, continuamente optimiza sus operaciones en busca
de un mayor beneficio económico del negocio de refinación. Generalmente, dichas
optimizaciones comprenden la composición de la dieta a alimentar y el volumen de
los productos a exportar; siempre considerando, el cumplimiento de la demanda
interna de productos refinados, como, gasolina, Jet Fuel y residuales, entre otros.
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21
Actualmente, en la refinería El Palito la dieta solo varía en la proporción de los
crudos alimentados; de tal forma que no existe una flexibilidad estratégica, que
permita hacer cambios en el suministro a la refinería, ante una u otra situación que
lo amerite. En vista de este escenario, y en correspondencia a la aparición en el
mercado de importantes ofertas de crudos nacionales y foráneos, se hace factible
evaluar nuevas dietas para el complejo refinador.
Se pretende analizar el mercado nacional y foráneo de crudos, para encontrar las
mejores opciones como dietas para la RELP, mediante herramientas de
optimización basadas en programación lineal, , que permitan descartar las
distintas alternativas que no cumplan criterios como cantidad disponible,
características del crudo y requerimientos de operación, entre otras cosas. Para
así, seleccionar un grupo de opciones factibles, a la cuales realizar un análisis
detallado y medir su impacto en la economía de la RELP, dentro del marco del
modelo de programación lineal.
De igual manera, se plantea la valoración de algunos escenarios futuros a los que
debe hacer frente tanto la dieta actual de la refinería, como las otras opciones
planteadas; como lo son la interacción con la nueva refinería Batalla de Santa
Inés, cuya incorporación al Sistema de Refinación Nacional se espera para los
próximos años; la disminución de la producción del Crudo B, componente de la
dieta actual, y un incremento importante de la demanda de diesel para generación
eléctrica.
Por lo tanto, se hace inminente una evaluación técnico – económica, para hacer
frente a la posibilidad de asignar una dieta alternativa a la refinería El Palito, para
su aplicación en un mediano plazo, que asegure el funcionamiento óptimo de
todas sus unidades de proceso, puedan obtenerse productos de alto valor
económico y expansión volumétrica y que cumplan con regulaciones
medioambientales internacionales.
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22
1.2. Objetivos
Objetivo general
Evaluar dietas de crudo alternativas para la Refinería El Palito en base a su
desempeño técnico y económico.
Objetivos específicos
1. Definir las premisas operacionales y de mercado inherentes a la RELP.
2. Identificar los crudos que podrían integrar la dieta de la RELP, considerando
los mercados estratégicos disponibles, la oferta y los parámetros
operacionales de la refinería.
3. Determinar el impacto técnico y económico de las dietas de crudo en la RELP,
considerando los lineamientos de optimización correspondientes, así como
también las premisas operacionales y de mercado.
4. Contrastar los resultados de las dietas de crudo analizadas en concordancia
con las premisas operacionales, de mercado y estratégicas establecidas.
1.3. Justificación de la investigación
El propósito de este trabajo especial de grado, fue el evaluar dietas de crudo para
la refinería El Palito; de tal manera que permitan aumentar o mantener la
rentabilidad del complejo refinador.
Su influencia radicó en la planificación estratégica de la RELP; perteneciente al
Sistema de Refinación Nacional, readministrado por PDVSA, donde se realizó el
presente trabajo especial de grado (T.E.G.).
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23
Desde el punto de vista práctico, se busca poder evaluar distintas opciones
viables, para ser implementadas en el mediano plazo, y que ofrezcan un beneficio
económico y estratégico directo para la RELP y PDVSA; brindando flexibilidad en
las opciones de alimentación a la refinería, ya que, actualmente no la hay.
Respecto al valor teórico, en los libros clásicos que tratan el tema de refinación de
petróleos y su economía, es muy poca la información relacionada al tema de la
metodología para escoger una dieta óptima para una refinería, por lo tanto, los
pasos seguidos para llevar a cabo el presente T.E.G., podrán servir como una
referencia y guía de estudio para dicho proceso, llenando así el vacío en la
información pública sobre esta materia.
Basado en lo anteriormente expuesto, se encuentra justificado el presente Trabajo
Especial de Grado, haciendo hincapié en la trascendencia que tiene el hecho de
escoger una nueva alimentación para la RELP, tanto operacionalmente para la
refinería, como económicamente para PDVSA, y por ende para Venezuela,
además del suministro de combustibles y demás productos realizados en esta,
para los mercados nacionales e internacionales que surte.
1.4. Delimitación
1.4.1. Espacial
La presente investigación se desarrolló en 2 fases, la primera consistente en el
desarrollo metodológico, la cual se efectuó en la Universidad Rafael Urdaneta,
ubicada en Maracaibo, Edo. Zulia. La segunda etapa, comprendió el desarrollo
práctico de la misma, y se llevó a cabo en las instalaciones del Edif. Petróleos de
Venezuela (PDVSA “La Campiña”), Torre Este, Piso 7, Gerencia General de
Planificación y Gestión de Refinación. Caracas, Venezuela.
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1.4.2. Temporal
De igual manera, se trabajó en 2 fases; la primera, de desarrollo metodológico, se
llevó a cabo en un periodo de 3 meses, entre septiembre y diciembre de 2011. La
segunda fase se realizó en un lapso de 3 meses entre enero y abril de 2012.
1.4.3. Científica
Este Trabajo Especial de Grado, se centra en la realización de una evaluación de
dietas de crudo para la refinería El Palito; utilizando el modelo local de esta, para
la consideración tanto de crudos locales, como foráneos. Por lo tanto, se
abarcarán fundamentalmente conocimientos teóricos correspondientes a
Investigación de Operaciones, Refinación de Petróleos, Técnicas de Simulación,
Gerencia e Ingeniería Económica.
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CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
En este capitulo, se encuentra una breve descripción de la empresa, y más
específicamente de la gerencia donde se realizó el presente TEG; también se
presenta, la revisión de antecedentes, las bases teóricas donde se fundamenta la
presente investigación y el cuadro de operacionalización de variables.
2.1. Descripción de la empresa
Petróleos de Venezuela, S.A. y sus filiales (PDVSA) es una corporación propiedad
de la República Bolivariana de Venezuela, creada por el Estado venezolano en el
año 1975, en cumplimiento de la Ley Orgánica que Reserva al Estado, la Industria
y el Comercio de Hidrocarburos (Ley de Nacionalización). Sus operaciones son
supervisadas y controladas por el Ministerio del Poder Popular de Petróleo y
Minería. PDVSA desarrolla las operaciones principalmente a través de sus
empresas filiales; también participa en asociación con empresas locales y
extranjeras, estas últimas, sujetas a leyes y regulaciones dispuestas para tal fin.
Las operaciones correspondientes al sector petrolero incluyen:
1. Exploración, producción y mejoramiento de crudo y gas natural.
2. Refinación, transporte y mercadeo de crudo y productos refinados.
3. Procesamiento, transporte y mercadeo de gas natural.
4. Las reservas de petróleo y gas natural, así como las operaciones de
producción y mejoramiento se encuentran localizadas sólo en La República
Bolivariana de Venezuela. Las operaciones de exploración, refinación,
transporte y mercadeo se ubican en La República, el Caribe, Norteamérica,
Suramérica, Europa y Asia. (PDVSA, 2010).
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26
2.1.1. Gerencia General de Planificación y Gestión de Refinación (GGPGR)
Misión
Dirigir y coordinar los procesos asociados a la planificación y evaluación de
gestión del Sistema de Refinación Nacional más Isla, así como también a la
conceptualización y establecimiento de nuevos negocios de refinación, a fin de
asegurar la generación coherente del plan de negocios de refinación, el
seguimiento y control de la gestión y la integración de esfuerzos para la
materialización de dicho plan, mediante la definición de estrategias que permitan
la identificación y el aprovechamiento de oportunidades, en línea con las políticas
y estrategias corporativas y con los criterios de Desarrollo Socioeconómico de la
Nación. (PDVSA, 2010).
2.1.1.1. Gerencia de Planificación
Misión
Liderar y coordinar el proceso de generación y consolidación del plan de negocios
de refinación y su análisis económico, implementando técnicas de integración de
todos los procesos medulares y conexos, promoviendo la integración con el
circuito de refinación y otras organizaciones de PDVSA, alertando tempranamente
sobre desviaciones que afecten la materialización de dicho plan, a fin de
maximizar el valor a PDVSA y a la Nación, promoviendo el Desarrollo Endógeno,
en línea con los Valores y Principios de la Nueva PDVSA. (PDVSA, 2010).
Principales funciones
1. Consolidación del plan de negocios de refinación.
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2. Determinación del valor económico del plan y sus sensibilidades.
3. Ejecución de análisis de entorno / generación de alertas tecnológicas.
4. Identificación de oportunidades en proyectos principales del Plan.
5. Promoción del rol del plan de negocios en el Desarrollo Endógeno
Sustentable de la Nación. (PDVSA, 2010).
2.1.1.2. Gerencia de Evaluación de Gestión
Misión
Liderar, controlar, coordinar y garantizar la optimización de esquemas de
refinación y los procesos de consolidación inherentes al seguimiento y control de
la gestión operacional y financiera del Sistema de Refinación Nacional más Isla,
mediante la interacción con las refinerías, comercio y suministro, Ministerio del
Poder Popular de Petróleo y Minería y otras organizaciones, con el propósito de
asegurar la toma de decisiones integrales tanto estratégicas como operativas,
maximizando el valor a PDVSA y a la Nación, en línea con los planes de
Desarrollo Endógeno de la República. (PDVSA, 2010).
Principales funciones
1. Optimización de modelos de programación lineal.
2. Análisis y mejoras de esquemas de refinación.
3. Asistencia técnica a negocios internacionales, refinerías, comercio y
suministro y otras organizaciones.
4. Monitoreo y consolidación de resultados operacionales y financieros.
5. Seguimiento al programa de parada de plantas. (PDVSA, 2010).
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2.1.2. Organigrama
Figura 2.1. Organigrama de la GGPGR. (PDVSA, 2010). Construcción Propia.
Vicepresidencia de Refinación, Mejoramiento,
Comercio y Suministro
Dirección ejecutiva de proyectos de Nuevas
Refinerías, Mejoradores y Terminales
Dirección ejecutiva de Refinación y Mejoramiento
Dirección ejecutiva de Comercio y Suministro
Gerencia General de Proyectos Mayores
Gerencia General de Desarrollo Social
Gerencia General de R.R.H.H.
Gerencia General de Finanzas
Gerencia General de Refinación Internacional
Gerencia General de Planificación y Gestión
Gerencia General CRP Gerencia General RPLC Gerencia General RELP
Gerencia de Evaluación de Gestión
Gerencia de Planificación
Evaluación de Gestión
Evaluación de Modelos
Trabajo Especial de Grado
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2.2. Antecedentes
“Economic evaluation of enhanced oil recovery”, es un artículo publicado en la
revista Oil & Gas Science and Technology, por Zekri y Jerbi (2002), y desarrollado
en la United Arab Emirates University y Waha Oil Co.
El objetivo de esta investigación fue realizar un estudio económico de uno de los
campos petroleros más representativos de Libia, como candidato para la
aplicación de métodos para la recuperación mejorada de petróleo (EOR:
Enhanced Oil Recovery); esto con la finalidad de desarrollar las gráficas del
análisis económico para cada una de las variables estudiadas, para proveer
información para el planeamiento de proyectos de ingeniería de EOR en Libia.
Esto realizando un análisis de sensibilidad económica en variables clave como
precios del petróleo, el costo de la inyección del solvente, costos de operación y
recuperación del crudo; en base a estimaciones de producción, gastos operativos
y datos financieros se evaluó la economía del proyecto. La investigación se
desarrolló comparando los costos de métodos convencionales para la
recuperación de petróleo, con los de inyección de CO2 y solventes de HC, para su
respectiva comparación, entre ellos y con el caso base de recuperación con
técnicas convencionales. Se concluyó que la inyección de CO2 es mucho más
rentable que la de solventes de HC.
El motivo de la consideración de esta investigación como antecedente, se refleja
en la metodología e instrumentos, tales como tablas de presentación de la
información, utilizadas para el análisis económico mediante la comparación del
caso base (métodos convencionales de recuperación) con los posibles casos
futuros (métodos de recuperación mejorados), haciendo la analogía a la situación
de la dieta actual de la RELP con las diferentes posibilidades estudiadas.
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2.3. Fundamentos teóricos
2.3.1. El Petróleo
El petróleo abarca una amplia gama de materiales, consistiendo en mezclas de
hidrocarburos y otros compuestos, conteniendo cantidades variables de azufre,
nitrógeno y oxígeno, que pueden hacerlo variar extensamente respecto a la
volatilidad, gravedad específica y viscosidad. En los crudos, también se
encuentran metales constituyendo su estructura, entre estos se encuentran el
vanadio y el níquel, usualmente se presentan en los más viscosos, en cantidades
que pueden llegar a miles de partes por millón; condición que puede traer
problemas durante su procesamiento.
El petróleo, en general, es una vasta mezcla que varía tanto en componentes
como en proporciones, sus propiedades físicas también son muy variables y su
rango de color va desde incoloro hasta el negro. (Ancheyta y Speight, 2007).
2.3.1.1. Composición del Petróleo
Los crudos poseen características físicas y químicas que varían ampliamente de
un pozo a otro, aun estando estos en el mismo campo. Una forma muy superflua,
pero sin embargo con grandes consecuencias a nivel económico, para la
caracterización de estos es la de crudos “pesados” y “livianos”. Debido a que el
petróleo está formado esencialmente de moléculas de hidrocarburos, su gravedad
específica varía inversamente con su relación de átomos de H/C. La gravedad
específica de los crudos por lo general varía entre 0,7 y 1; pero a menudo se
expresa en grados API (American Petroleum Institute), escala en la cual varía
entre 70 y 5. (Wauquier, 1995).
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Compuestos Puros
Hidrocarburos
Los hidrocarburos, como ya se mencionó constituyen el componente esencial del
petróleo; sus moléculas solo están constituidas de carbono (C) e hidrógeno (H);
estos están agrupados en algunos grupos químicos de acuerdo a su estructura.
Todas las estructuras están basadas en la cuadrivalencia del átomo de carbono.
(Wauquier, 1995).
A continuación, se puntualizan y describen las principales clasificaciones de los
hidrocarburos:
1. Hidrocarburos saturados alifáticos, Alcanos o Parafinas
Estos consisten en una cadena de átomos de carbono, con cada uno desde 0
hasta 3 átomos de hidrógeno, a excepción de la molécula de metano CH4. Cada
carbono está unido a otros cuatro átomos, los cuales pueden ser otro carbono o
hidrógeno. (Wauquier, 1995).
Tabla 2.1. Parafinas de bajo peso molecular.
Parafina Fórmula Empírica Estructura Química Peso
Molecular
Punto de Ebullición
(°C)
Gravedad Específica (Líquido)
Metano CH4 C 16,0 -161,5 0,260 Etano C2H6 C – C 30,1 -88,6 0,377
Propano C3H8 C – C – C 44,1 -42,1 0,508 n-Butano C4H10 C – C – C – C 58,1 -0,5 0,585
Isobutano C4H10 C
|
C – C – C 58,1 -11,7 0,563
n-Pentano C5H12 C – C – C – C – C 72,1 36,1 0,631 n-Heptano C7H16 C – C – C – C – C – C – C 100,2 98,4 0,688
(Wauquier, 1995). Construcción y traducción propia.
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2. Hidrocarburos Cíclicos Saturados, ciclo parafinas o naftenos
Estos hidrocarburos contienen estructuras cíclicas (anillos), en su totalidad o en
parte. El número de átomos de carbono en el anillo formado es variable. Sus
puntos de ebullición y densidades son mayores que las de los alcanos que
contienen el mismo número de carbonos.
Los anillos encontrados más frecuentemente en los crudos son los de cinco y seis
átomos de carbono. En estos anillos, cada hidrógeno puede ser sustituido por una
cadena parafínica o alquilo, que puede ser lineal o ramificada. (Wauquier, 1995).
Tabla 2.2. Naftenos.
Nafteno Fórmula Empírica
Estructura Química
Peso Molecular
Punto de Ebullición °C (1 atm)
Gravedad Específica (Líquido)
Ciclopentano C5H10
70,1 49,3 0,750
Metil - Ciclopentano C6H12
84,2 71,8 0,753
Ciclohexano C6H12
84,2 80,7 0,783
Metil-Ciclohexano C7H14
98,2 100,9 0,774
(Wauquier, 1995). Construcción y traducción propia.
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3. Hidrocarburos Aromáticos
Estos son cíclicos y poli-insaturados, por lo general los aromáticos están
presentes en altas concentraciones en el crudo. La presencia en la estructura de
una molécula de al menos un anillo que contenga tres dobles enlaces conjugados
acarrea propiedades notables. De hecho, los tres primeros, benceno, tolueno y
xileno, son materias primas básicas para la industria petroquímica. También son
grandes contribuyentes al número de octanos de la gasolina. Por otra parte, sus
homólogos más pesados generalmente son considerados una molestia, debido a
que causan problemas ambientales y a la salud, además de perjudicar la vida de
los catalizadores por deposición de coque. (Wauquier, 1995).
Tabla 2.3. Hidrocarburos Aromáticos.
Aromático Fórmula Empírica
Estructura Química
Peso Molecular
Punto de Ebullición °C (1 atm)
Gravedad Específica (Líquido)
Benceno C6H6
78,1 80,1 0,884
Tolueno C7H8
92,1 110,6 0,871
Etilbenceno C8H10
106,2 136,2 0,871
o-Xileno C8H10
106,2 144,4 0,884
m-xileno C8H10
106,2 139,1 0,868
p-xileno C8H10
106,2 138,4 0,865
(Wauquier, 1995). Construcción y traducción propia.
DERECHOS RESERVADOS
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4. Hidrocarburos alifáticos insaturados, alquenos u olefinas
En este grupo algún átomo de carbono solo está unido a otros tres átomos, lo cual
implica la existencia de uno o más dobles enlaces entre los átomos de carbono.
Hay poco o nada de olefinas en el petróleo crudo o en los productos directos de
refinación, pero estas si son encontradas en los productos de refinación,
particularmente en las fracciones provenientes de la conversión de fracciones
pesadas. Los primeros componentes de esta familia (ej.: etileno, propileno y
buteno) son muy importantes como materias primas en la industria petroquímica.
Normalmente en trazas o cantidades muy pequeñas, pueden encontrarse tanto en
el crudo, como en productos de conversión, familias como las de las diolefinas,
acetilenos, entre otros. (Wauquier, 1995).
Tabla 2.4. Olefinas.
Olefinas Fórmula Empírica
Estructura Química
Peso Molecular
Punto de Ebullición °C (1 atm)
Gravedad Específica (Líquido)
Etileno C2H4 28 -103,7 Propileno C3H6 42,1 -47,7 0,523 1-buteno C4H8 56,1 -6,3 0,601
cis-2-buteno C4H8
56,1 3,7 0,627
trans-2-buteno
C4H8
56,1 0,8 0,610
Isobuteno C4H8
56.1 -6,9 0,601
1-penteno C5H10 70.1 30 0,646
1,3-butadieno C4H5 54,1 -4,4 0,627
DERECHOS RESERVADOS
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Tabla 2.4. Continuación
Olefinas Fórmula Empírica
Estructura Química
Peso Molecular
Punto de Ebullición °C (1 atm)
Gravedad Específica (Líquido)
Isopreno C5H8
68,1 34,1 0,686
Ciclo pentadieno C5H5
66 40
(Wauquier, 1995). Construcción y traducción propia.
No – Hidrocarburos
En esta categoría se encuentran las moléculas compuestas por átomos diferentes
al hidrógeno y al carbono. Estos se dividen entre compuestos orgánicos y
organometálicos. (Wauquier, 1995).
1. Compuestos orgánicos heteroatómicos
1.1. Compuestos de Azufre
El azufre es el heteroátomo encontrado más frecuentemente en el petróleo crudo.
Las concentraciones de azufre varían entre 0,1 y más de 8% en peso, además, el
contenido de este, está directamente relacionado con la gravedad del crudo y por
ende con su calidad (liviano o pesado).
El azufre puede estar presente en forma inorgánica, como Azufre elemental, ácido
sulfhídrico (H2S) o sulfuro de carbonilo (O=C=S), también puede estar
posicionado entre las moléculas orgánicas. (Wauquier, 1995).
DERECHOS RESERVADOS
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1.2. Compuestos de Oxígeno
El petróleo crudo generalmente contiene menos oxígeno que azufre. A pesar de
no ser tan abundante, el oxígeno juega un rol muy importante en la composición
del crudo, al ser responsable especialmente del grado de acidez de este. Puede
ser encontrado en la forma de fenoles, furanos y benzofuranos, ácidos
carboxílicos y esteres. (Wauquier, 1995).
1.3. Compuestos de Nitrógeno
El nitrógeno es encontrado mayormente en las fracciones que ebullen a
temperaturas superiores a 250 °C y está particularmente concentrado en resinas y
asfáltenos. Puede ser encontrado en forma de aminas, amidas, carbazoles y
piridinas.
Luego de algunos procesos de refinación, como el craqueo catalítico, cantidades
significativas de nitrógeno pueden aparecer en los cortes livianos y causar
problemas de calidad como inestabilidad en el almacenamiento y color marrón.
(Wauquier, 1995).
2. Compuestos Organometálicos
En las fracciones más pesadas, como resinas y asfaltenos, se encuentran átomos
metálicos como el níquel y el vanadio. Ellos pertenecen, en parte, a moléculas en
la familia de las porfirinas, donde básicamente el patrón está representado por
cuatro anillos pirrolicos. El metal se encuentra en el centro de este complejo en
forma de Ni2+ o V+. (Wauquier, 1995).
DERECHOS RESERVADOS
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Tabla 2.5. Características de fracciones a 250 °C.
Crudo Origen Visc. mm2/seg
Asfaltenos % peso
%O p/p
%N p/p
%S p/p
Ni ppm
V ppm
Batiraman Turquía 1180 22,1 0,53 0.49 7,04 99 153 Boscán Venezuela 595 14,1 0,79 0,74 5,46 125 1220 Lacq. Sup. Francia 81,7 13,2 0,57 0,42 4,94 19 29
Chauvin Source Canadá 28 6,0 0,48 0,66 2,8 35 67
Bellshill Lake Canadá 7,9 2,2 0,34 <
0,3 1,97 11 18
Emeraude Congo 113 1,7 1,10 0,65 0,57 64 9 Anguille Gabón 14,1 1,2 0,92 0,26 0,82 115 14
Duri Sumatra 51 0,7 0,65 0,47 < 0,1 39 1,5
Pematang Sumatra 10,2 0,1 0,51 0,26 < 0,1 15 0,6
Edjeleh Algeria 5,3 0,1 0,73 0,34 < 0,1 1,5 2,3
Hassi Messaoud Algeria 2,32 0,1 1,93 0,38 <
0,1 <
0,2 < 0,2
(Wauquier, 1995). Construcción y traducción propia.
Compuestos cuya química no está completamente definida
Cuando se trata de las fracciones de crudo más pesadas, los métodos modernos
de análisis no son capaces de aislar y caracterizar las moléculas completamente.
A falta de algo mejor, los analistas separan las fracciones pesadas en diferentes
categorías, lo que conduce a definiciones que son viables para trabajar, pero ya
no en términos de estructura exacta. (Wauquier, 1995).
Estos compuestos hipotéticos son:
Asfaltenos.
Resinas, compuestos polares o compuestos de N, S y O.
DERECHOS RESERVADOS
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2.3.1.2. Caracterización de Crudos
Aunque la destilación y el análisis de los elementos que componen las fracciones
de un crudo pueden ofrecer una buena evaluación de la calidad de un crudo, estos
son insuficientes. En efecto, la gran cantidad de usos del petróleo demandan un
análisis molecular detallado. Esto aplica para todos los cortes de destilación;
ciertos crudos son valorados esencialmente por sus cortes livianos usados como
combustibles para motores, otros por su calidad como aceite lubricante y otros
más por su excelente rendimientos como base para pavimentos.
Además, el análisis molecular es absolutamente necesario para la industria
petrolera, con el fin de conocer que procesos químicos que pueden ser usados y
evaluar la eficiencia de tratamientos a aplicar. (Wauquier, 1995).
Basada en las propiedades físicas
Debido a las diferencias existentes entre la calidad de los diferentes cortes de
destilación y los productos resultantes de su procesamiento, es útil agrupar los
crudos de acuerdo a una característica importante. Es decir, se agrupan en las
tres familias químicas que mayormente los componen: parafinas, naftenos y
aromáticos. (Wauquier, 1995).
Utilizando la gravedad específica de la fracción liviana y pesada
Once grupos de crudos han sido definidos de acuerdo con las densidades de sus
cortes de gasolina pesadas (100 – 200 °C) y sus residuos con temperatura de
ebullición por encima de 350 °C.
DERECHOS RESERVADOS
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La gravedad específica de un hidrocarburo está relacionada con su relación H/C,
la gravedad específica decrece cuando la relación H/C incrementa. (Wauquier,
1995).
Tabla 2.6. Clasificación del crudo de acuerdo a dos gravedades específicas.
Base del Crudo Gravedad Específica del Corte de Gasolina
Gravedad Específica del Residuo (Punto de ebullición > 350 °C)
Parafínico < 0,760 < 0,930 Parafínico Intermedio < 0,760 0,930 – 0,975 Parafínico Asfáltico < 0,760 > 0,975
Parafínico Intermedio 0,760 – 0,780 < 0,930 Intermedio 0,760 – 0,780 0,930 – 0,975
Asfáltico Intermedio 0,760 – 0,780 > 0,975 Parafínico Nafténico 0,780 – 0,800 < 0,930 Nafténico Intermedio 0,780 – 0,800 0,930- 0,975 Parafínico Aromático > 0,800 < 0,930
Aromático > 0,800 0,930 – 0,975 Asfáltico > 0,780 > 0,975
(Wauquier, 1995). Construcción y traducción propia.
Utilizando el factor KUOP o de Watson (KW)
El factor de caracterización KUOP fue introducido por primera vez por el personal de
investigación de Universal Oil Products Company. Está basado en la observación
de que la gravedad específica de los hidrocarburos está ligada a la relación H/C, y
por lo tanto a su carácter químico, y sus puntos de ebullición al número de átomos
de carbono en sus moléculas.
A partir de estas observaciones, el factor de caracterización Kuop o Kw fue definido
para componentes puros utilizando solo sus puntos de ebullición y densidades:
(Ec. 2.1)
DERECHOS RESERVADOS
40
Donde T es la temperatura en Kelvin, y S es la gravedad específica estándar (15,6
°C/15,6 °C).
Los valores del KUOP para los hidrocarburos puros investigados son:
1. 13: para Parafínico.
2. 12: para hidrocarburos cuyas cantidades de cadenas y anillos son
equivalentes.
3. 11: para Nafténicos.
4. 10: para Aromáticos.
Para extender la aplicabilidad de este factor de caracterización para las mezclas
complejas de hidrocarburos encontradas en las fracciones de los crudos, es
necesario introducir el concepto de temperatura promedio del punto de ebullición
(mean average boiling temperture) para cada corte. Este es calculado a partir de
las curvas de destilación, ASTM o TBP. El promedio del punto de ebullición
volumétrico (volumen average boiling point: VABP) se deriva de las temperaturas
de ebullición para los cortes de 10, 20, 50, 80 ó 90% para la muestra analizada.
En las siguientes formulas, el VABP remplaza la temperatura de ebullición del
compuesto puro:
1. Utilizando la curva de destilación TBP del crudo:
(Ec. 2.2)
2. Utilizando la curva de destilación ASTM del crudo:
(Ec. 2.3)
Donde Ti es la temperatura a la cual i% de la muestra ha sido destilada.
DERECHOS RESERVADOS
41
De esta forma, el factor KUOP de un corte de petróleo puede ser calculado
rápidamente a partir de datos comúnmente disponibles, como la gravedad
específica y la curva de destilación. El valor del KUOP está comprendido entre 10 y
13 y define la naturaleza química del corte de destilación. Este factor de
caracterización es ampliamente utilizado en refinerías, aunque su carácter
discriminatorio es menor que el obtenido por los métodos más modernos.
(Wauquier, 1995).
También puede utilizarse la siguiente correlación para el cálculo del factor KUOP:
Ec. (2.4)
Donde TB es la temperatura de ebullición media, y sp.gr., es la gravedad
específica 60/60 del crudo. De acuerdo a esta correlación, la clasificación de los
crudos es la siguiente:
1. Parafínicos: 11.5
2. Nafténicos: 10.5 – 11.5
3. Aromáticos: 10.5. (PDVSA, 2011).
Basada en un análisis estructural
Con el incremento de los puntos de ebullición, los cortes se vuelven cada vez más
complejos, por lo que los métodos de análisis se deben adaptar a dicha
complejidad. A pesar de que la cromatografía de gases puede identificar la
concentración de cada componente en un gas de petróleo o muestra de gasolina,
no puede decirse lo mismo de los cortes más pesados, por lo que se trabaja con
DERECHOS RESERVADOS
42
análisis por familia de químicos, distribución atómica de carbono o representando
la muestra a partir de compuestos hipotéticos con características promedio.
(Wauquier, 1995).
Figura 2.2. Cortes y análisis para una dieta de crudo. (Wauquier, 1995).
Construcción y traducción propia.
Figura 2.3. Cortes y análisis para el residuo de vacío. (Wauquier, 1995).
Construcción y traducción propia.
DERECHOS RESERVADOS
43
2.3.1.3. Evaluación de Crudos
El conocimiento de las propiedades físicas y químicas de un crudo, pueden
determinar qué clase de tratamientos de separación de gas y estabilización en
campo, transporte y almacenamiento, debe recibir, al igual que su precio.
Un estudio detallado de las propiedades de los productos potenciales tiene una
alta importancia técnica y económica, debido a que esto permite a las refinerías
considerar opciones para la alimentación a sus diferentes unidades de separación,
transformación y conversión, al igual que establecer condiciones de operación,
esto en orden se satisfacer las necesidades del mercado en la mejor manera
posible. (Wauquier, 1995).
Propiedades Fisicoquímicas relacionadas con el transporte,
almacenamiento y precio
Gravedad Específica
La gravedad específica es importante comercialmente porque los precios del
crudo dependen parcialmente de esta propiedad. La gravedad específica es
expresada mayormente en grados API.
La gravedad específica de los crudos generalmente se encuentra entre 0,800 y
1,000, sin embargo existen crudos fuera de este rango, como el Barrow South de
Alaska y el Santa Rosa de Venezuela que poseen una gravedad específica de
0,787 (48,2 °API), y el proveniente del Bradley Canyon de California, USA con
gravedad específica de 1,028 (6 °API). (Wauquier, 1995).
Los crudos se clasifican de acuerdo a su gravedad específica en las siguientes 4
principales categorías:
DERECHOS RESERVADOS
44
Tabla 2.7. Clasificación del crudo de acuerdo a su gravedad específica y API. Categoría Gravedad Específica °API
Liviano s.g. < 0,825 43 - 30 (> 43 condensado) Medio 0,825 < s.g. < 0,875 29 - 24
Pesado 0,875 < s.g. < 1,000 23 - 10 Extra-pesado s.g. > 1,000 <10
(Wauquier, 1995; PDVSA, 2011). Construcción y traducción propia.
Punto de fluidez
Cuando un crudo es enfriado, no puede distinguirse el cambio desde el estado
líquido al sólido, como es el caso de las sustancias puras. Primero se produce un
cambio más o menos notable en la viscosidad, y si la temperatura baja lo
suficiente, el petróleo deja de ser fluido, y se acerca al estado sólido. Esto ocurre
porque el petróleo crudo es una mezcla compleja en la cual la mayoría de los
componentes no cristalizan; su transición al estado sólido no se da a una
temperatura constante, sino más bien a lo largo de un rango de temperaturas.
El punto de fluidez del petróleo es medido para obtener un indicador de que tan
“bombeable” es este. El procedimiento para la medición de esta temperatura está
definido por el estándar NFT 60 – 102 y la norma ASTM D 97. El punto de fluidez
del crudo se encuentra usualmente entre -60 °C y 30 °C. (Wauquier, 1995).
Viscosidad
La medición de la viscosidad de un crudo a diferentes temperaturas es
particularmente importante para el cálculo de caídas de presión en oleoductos y
en los sistemas de tuberías de refinerías, también como para las especificaciones
de bombas e intercambiadores de calor.
DERECHOS RESERVADOS
45
El cambio en la viscosidad con la temperatura no es el mismo para todos los
crudos. La viscosidad de un crudo parafínico incrementa rápidamente con una
caída en la temperatura; por otra parte, en un crudo nafténico este incremento
tenderá a ser gradual. (Wauquier, 1995).
Presión de Vapor y Flash Point
La medición de la presión de vapor y el punto de inflamación de los crudos permite
estimar su contenido de hidrocarburos livianos. Los estándares de seguridad rigen
la manipulación y almacenamiento del petróleo y sus productos derivados con
respecto a su punto de inflamación, el cual está directamente relacionado con su
presión de vapor. Por ejemplo, generalmente se observa que crudos con presión
de vapor mayor a 0,2 bar a 37,8 °C, tienen un punto de inflamación menor a 20 °C.
La presión de vapor, también es importante debido a que durante el curso de
operaciones como el llenado y vaciado de tanques, se pierden hidrocarburos
livianos. Estas pérdidas son expresadas en porcentaje volumétrico del líquido y
están directamente relacionadas a la presión de vapor de Reid mediante una
ecuación propuesta por Nelson (1958). (Wauquier, 1995).
Contenido de Azufre
El petróleo crudo contiene compuestos orgánicos con azufre, sulfuro de hidrógeno
disuelto e incluso azufre elemental suspendido. Generalmente, el contenido total
de azufre en el crudo va desde 0,05 hasta el 5% en peso. Esta cantidad está
relacionada con los materiales orgánicos que dieron origen a cada crudo.
(Wauquier, 1995).
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Contenido de Nitrógeno
El petróleo crudo contiene compuestos en la forma de sustancias básicas como la
quinolina, isoquinolina y piridina, o materiales neutros como pirrol, indol y carbazol.
Estos compuestos pueden poseer mal olor como en el caso de la quinolina, o un
olor agradable como en el caso del indol. Estos se descomponen con
calentamiento para crear bases orgánicas o amoniaco, compuesto que reduce la
acidez de los catalizadores en las unidades de conversión, además de iniciar la
formación de gomas en los destilados (kerosén, gas oil). (Wauquier, 1995).
Contenido de Agua, Sedimento y Sales
El petróleo crudo contiene, en pequeñas cantidades, agua, sedimentos y sales
minerales de las cuales la mayoría esta disuelta en el agua, el remanente se
encuentra como muy finos cristales.
Estos materiales pueden dañar los equipos por corrosión, erosión, asentamientos,
taponamiento y envenenamiento de catalizadores, entre otras cosas. (Wauquier,
1995).
1. Contenido de Agua en Crudos
En el crudo, el agua puede encontrarse en parte como solución y en parte en
forma de una emulsión más o menos estable; esta estabilidad está ligada a la
presencia de asfaltenos o ciertos agentes surfactantes como lo son los ácidos
nafténicos y mercaptánicos.
El agua contenida en el petróleo se determina por métodos estandarizados (ASTM
D 95), en cuyo procedimiento el agua forma un azeótropo con un aromático,
generalmente xileno. Este azeótropo se separa en dos fases, agua y xileno. El
DERECHOS RESERVADOS
47
volumen de agua es medido y comparado con el volumen total de crudo tratado.
(Wauquier, 1995).
2. Sedimentos
Los materiales sólidos que son insolubles en hidrocarburos o agua pueden ser
arrastrados por el crudo. Estos son llamados “sedimentos de fondo” y comprenden
partículas de arena, lodos de perforación, y rocas como feldespato y yeso, metales
en forma mineral o en estado libre como hierro, cobre, plomo, níquel y vanadio.
La presencia de estas sustancias en el crudo es altamente indeseable porque
estos pueden taponar tuberías y contaminar productos. (Wauquier, 1995).
3. Contenido de Sal en crudos
Independientemente de que su presencia sea en cantidades muy pequeñas, en el
orden de 12 ppm, las sales minerales pueden causar serios problemas durante el
tratamiento de los crudos. Los cloruros de sodio, magnesio y calcio son las
componentes más comunes, junto al yeso y el carbonato de calcio.
La presencia de las sales en el crudo puede causar los siguientes problemas:
Durante la producción; el cloruro de sodio puede depositarse en forma de capas
en las paredes de las tuberías. Cuando estos depósitos son lo suficientemente
grandes el diámetro de la tubería se reduce y la producción se ve afectada; en
aras de reducir el impacto de las sales, se inyecta agua fresca.
En la refinería, las sales se depositan en los tubos de los intercambiadores de
calor, reduciendo la transferencia de calor; de igual manera favorecen la formación
de coque en otros procesos. (Wauquier, 1995).
DERECHOS RESERVADOS
48
4. Acidez de Crudos (TAN: total acid number)
Los crudos contienen ácidos carboxílicos. Estos son analizados por valoración con
hidróxido de potasio, y el resultado es expresado en mg KOH/g de crudo; es decir,
la cantidad de KOH (expresada en mg) necesaria para neutralizar un (1) gramo de
crudo.
La presencia de estos ácidos en el petróleo crudo y sus cortes, pueden causar
problemas para la refinería, debido a que estos forman emulsiones estables con
soluciones cáusticas, durante el desalamiento o en la producción de aceites
lubricantes; son muy corrosivos a altas temperaturas (350 – 400 °C), estos atacan
el acero al carbono, por lo que se necesita utilizar materiales adecuados.
(Wauquier, 1995).
Análisis de fracciones. Destilación TBP de crudos.
La destilación TBP (True Boiling Point), provee de una imagen casi exacta de un
crudo, midiendo los puntos de ebullición de los elementos que lo componen, de
ahí su nombre.
El petróleo crudo es fraccionado en alrededor de 50 cortes, con lo que se obtienen
intervalos de destilación muy estrechos, permitiendo así considerarlos
hidrocarburos ficticios, cuyos puntos de ebullición son el promedio de la
temperatura inicial y final del rango, las otras propiedades físicas también son
promedios medidos en cada corte.
Los diferentes cortes son recolectados, sus temperaturas iniciales y finales de
destilación son registradas junto a otras propiedades como porcentajes en peso y
gravedad específica. Otras propiedades medidas son: para las fracciones livianas,
presión de vapor, peso molecular, PONA, porcentaje de azufre (peso), entre otras.
DERECHOS RESERVADOS
49
Para las fracciones pesadas, punto de anilina, gravedad específica, viscosidad,
contenido de asfaltenos y azufre. (Wauquier, 1995).
Los cortes más comunes son los siguientes:
Tabla 2.8. Cortes comunes de la destilación TBP.
Corte Rango de Temperatura (°C)
Gas C3 - C4
Gasolina liviana debutanizada
C5 - 70
C5 - 80
C5 - 100
Gasolina pesada
70 - 140
80 - 180
100 - 180
Kerosén 160 - 260
180 - 260
Gas Oil
260 - 325
260 - 360
260 - 370
160 - 360
Residuo
> 325
> 360
> 370 (Wauquier, 1995). Construcción y traducción propia.
DERECHOS RESERVADOS
50
Figura 2.4. Curva TBP de un crudo venezolano “D”.
2.3.2. Refinación de petróleos
2.3.2.1. Clasificación de las refinerías
Los costos de producción y el rendimiento de los productos dependen de la
configuración de las unidades de proceso y el tipo de crudo procesado. La
siguiente clasificación va en orden de la capacidad de procesamiento, y abarca
todo el rango de refinerías operativas alrededor del mundo. (Shojai, 1995).
En la figura 2.5 se muestra una clasificación simplificada; luego se definen cada
una de ellas; además de un tipo adicional llamado “topping”.
DERECHOS RESERVADOS
51
Figura 2.5. Crudo y Complejidad de refinación. (PDVSA, 2011). Construcción propia.
DERECHOS RESERVADOS
52
Topping
Se refiere a plantas que solo contienen unidades de destilación atmosférica para
separar el crudo en corrientes que cumplan con las especificaciones necesarias
para los principales productos refinados. Normalmente no se produce gasolina en
este tipo de refinería, a excepción de en los países donde existen bajos
requerimientos de octanaje y aún se permite la adición de tetra etilo de plomo.
(Shojai, 1995).
Figura 2.6. Esquema de una refinería tipo “Topping”. Fuente: (Hauge, 2008).
Construcción y traducción propia.
DERECHOS RESERVADOS
53
Conversión simple (Destilación/Hidrotratamiento “Hydroskimming”)
Este tipo de refinería consiste básicamente de la unidad de destilación
atmosférica, junto a unidades de reformación catalítica de naftas. A menudo,
también contienen unidades de hidrotratamiento de destilados intermedios.
(Shojai, 1995).
Figura 2.7. Esquema de una refinería tipo “hydroskimming”. Fuente: (Hauge,
2008). Construcción y traducción propia.
DERECHOS RESERVADOS
54
Conversión media (Cracking)
En esta clase de refinerías se encuentran unidades de destilación tanto
atmosféricas como al vacío, además de procesos de conversión catalítica, como
craqueo catalítico fluidizado (FCC) o hidrocraqueo, para mejorar los destilados de
vacío. (Shojai, 1995).
Figura 2.8. Esquema de una refinería tipo “cracking” – conversión media. Fuente:
(Hauge, 2008). Construcción y traducción propia.
DERECHOS RESERVADOS
55
Conversión profunda (“Coking”)
Aquí se incluyen unidades como las de coquización retardada (delayed coking) o
hidrocraqueo de residuos para procesar los residuos de la destilación al vacío. Las
refinerías de conversión profunda tienen la habilidad de maximizar los
rendimientos de productos livianos y eliminar o llevar a su mínimo nivel la
producción de Fuel Oil. (Shojai, 1995).
Figura 2.9. Esquema de una refinería tipo “coking” – conversión profunda. Fuente:
(Hauge, 2008). Construcción y traducción propia.
2.3.2.2. Procesos comunes
Destilación de crudos
El primer paso del proceso de refinación es la separación del crudo en fracciones
mediante destilación. El crudo es calentado en un horno hasta temperaturas de
DERECHOS RESERVADOS
56
alrededor de 600 a 700 °F (315 a 370 °C) y cargado a la torre de destilación,
donde es separado en butano y demás gases livianos, nafta liviana y pesada,
kerosén, gas oil y residuo atmosférico. El residuo atmosférico es llevado a la torre
de destilación al vacío donde es separado en gasóleo de vacío y residuo de fondo
de vacío. (Gary, 2007).
Coquización y procesos térmicos
En el craqueo térmico, la presión y la temperatura son usadas para romper,
reorganizar y combinar moléculas de hidrocarburos. La coquización retardada
(delayed coking), viscoreducción (visbreaking), coquización fluida (fluid coking) y
flexicoquización (flexicoking) son los procesos de craqueo térmico.
Los residuos de fondo de vacío, son craqueados térmicamente en una unidad de
coquización retardada para producir gases húmedos, nafta, gas oil y coque. Esta
unidad descompone fracciones pesadas de crudo para producir una mezcla de
componentes livianos y coque. Los componentes livianos son procesados en otras
unidades de la refinería para que cumplan con especificaciones correspondientes
a productos terminados, mientras que el coque puede ser usado como
combustible o en otras aplicaciones como la manufactura de hierro o aluminio. Sin
esta clase de unidades los residuos pesados serían vendidos como Fuel Oil
pesado o si el crudo cumple con ciertas características, como asfalto. La unidad
de viscoreducción por su parte, es un proceso de craqueo térmico leve, en el cual
el residuo pesado atmosférico o el fondo de vacío, es craqueado a temperaturas
moderadas para incrementar la producción de productos destilados y reducir las
viscosidades de los residuos de destilación. El fluid coking, utiliza técnicas de
fluidización de sólidos para remover el coque formado por la conversión de
residuos pesados de bajo grado, en productos más livianos. La flexicoquización,
convierte hidrocarburos pesados como el bitumen o arenas de alquitrán y residuos
de destilación, en hidrocarburos pesados y gas combustible. (Gary, 2007)
DERECHOS RESERVADOS
57
Craqueo Catalítico
El craqueo catalítico es un proceso que rompe las moléculas de hidrocarburos
más largas, pesadas, y complejas para convertirlas en simples y livianas,
mediante la acción de calor en adición a la presencia de un catalizador pero sin la
adición de hidrógeno. El gasóleo proveniente de las unidades de destilación
atmosférica y al vacío, y el producido en las unidades de coquización, es la
materia prima surtida en las unidades de craqueo catalítico o hidrocraqueo. Las
fracciones pesadas son convertidas en productos livianos como gas licuado de
petróleo (LPG), gasolina, y componentes intermedios de destilación. Este tipo de
unidades procesa tanto materias primas frescas como componentes reciclados.
Los productos de craqueo catalítico insaturados, son saturados y mejorados en
calidad mediante unidades de hidrotratamiento o reformado. El craqueo catalítico
fluidizado (FCC) es el proceso secundario de conversión más ampliamente
utilizado. (Gary, 2007).
Hidrocraqueo catalítico
El hidrocraqueo catalítico es un proceso de refinación que utiliza hidrógeno y
catalizadores a relativamente bajas temperaturas y altas presiones para convertir
nafta de punto de ebullición medio, carga del reformador, combustible diesel, Jet
Fuel, o Fuel Oil de alto grado. El proceso utiliza uno o varios catalizadores,
dependiendo del producto de salida, y la cantidad de azufre de las materias
primas. El hidrocraqueo es utilizado en materias primas difíciles de procesar en
unidades de craqueo catalítico o reformadores; debido a su naturaleza
normalmente son caracterizadas como con alto contenido de aromáticos
policíclicos o alta concentración de olefinas, azufre y compuestos nitrogenados.
(Gary, 2007).
DERECHOS RESERVADOS
58
Hidroprocesamiento y tratamiento de residuos
El término “fondo de barril” es utilizado para referirse a los productos de fondo de
la destilación atmosférica cuyo punto de ebullición está por encima de los 650 °F
(343 °C) o los de fondo de vacío por encima de 1050 °F (566 °C).
Tradicionalmente, este material era mezclado junto al Fuel Oil de uso industrial o
pesado. Existen algunas opciones para el procesamiento de los productos de
“fondo de barril”, incluyendo delayed coking, visbreaking, y desulfuración de
residuos. El Hidroprocesamiento es utilizado para reducir el rango de ebullición en
materias primas, y para remover impurezas como metales, azufre, nitrógeno y
compuestos con alto contenido de carbono. (Gary, 2007).
Hidrotratamiento
La destilación no cambia la estructura molecular de los hidrocarburos, por lo tanto,
las impurezas que se encuentran en los crudos continúan en estos luego de pasar
por este proceso. El hidrotratamiento catalítico trata las fracciones de petróleo en
presencia de catalizadores y cantidades substanciales de hidrógeno. Si las
impurezas no son eliminadas de las fracciones de petróleo, estas pueden causar
daños a los equipos, catalizadores y obviamente en la calidad de los productos
terminados. Normalmente, las unidades de hidrotratamiento se encuentran antes
de las de reformado catalítico, con la finalidad de no exponer los catalizadores a
materias primas sin tratamiento previo. También es utilizado antes de las unidades
de craqueo catalítico para reducir la cantidad de azufre y mejorar los rendimientos,
y para convertir los destilados medios en kerosén terminado, combustible diesel y
Fuel Oil para calentamiento. El hidrotratamiento resulta en desulfuración,
desnitrogenación, y en la conversión de olefinas en parafinas. (Gary, 2007).
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Reformación catalítica e Isomerización
Las corrientes de nafta pesada provenientes de las unidades de destilación,
coquización y craqueo son surtidas al reformador catalítico para mejorar su
octanaje. El reformador catalítico convierte naftas de bajo octanaje en naftas de
alto octanaje, mezclándolas con componentes llamados reformados. El reformado
representa el efecto total del craqueo, deshidrogenación e isomerización al mismo
tiempo. Dependiendo de las propiedades de las naftas alimentadas y del
catalizador, los reformados producidos pueden tener alto contenido de benceno,
tolueno, xileno y otros aromáticos útiles en el mezclado de gasolinas y en el
procesamiento petroquímico. En este proceso se produce hidrógeno que puede
ser utilizado en otros procesos. (Gary, 2007).
En la isomerización se altera el arreglo de los átomos sin agregar o remover nada
del material original. La isomerización es utilizada para convertir n-butano en i-
butano, materia prima del proceso alquilación, y n-pentano y n-hexano en i-
pentano e i-hexano, que son compuestos de alto octanaje. Las naftas livianas
producidas en las unidades de destilación, coquización y craqueo son enviadas a
isomerización para convertir sus cadenas lineales parafínicas en sus isómeros con
mayor octanaje. (Gary, 2007).
Alquilación y Polimerización
La alquilación es un proceso para combinar químicamente i-butano con olefinas a
través del control de la presión y la temperatura en presencia de un catalizador
ácido, usualmente ácido sulfúrico o fluorhídrico. Su producto es conocido como
alquilato, una isoparafina de alto octanaje, que es mezclada en gasolinas de motor
y aviación para mejorar el valor antidetonante del combustible. Las olefinas
utilizadas son principalmente una mezcla de propileno y butileno. (Gary, 2007).
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60
El proceso de polimerización convierte los gases livianos de olefinas, entre los
cuales están el propileno y el butileno, en hidrocarburos de mayor peso molecular
y octanaje que puedan ser utilizados para el mezclado con gasolinas. El proceso
es realizado en presencia de un catalizador y a bajas temperaturas. (Gary, 2007).
Mezclado de productos (“Blending”)
El proceso de “blending” es el mezclado físico de una cantidad de hidrocarburos
líquidos para obtener productos terminados con ciertas características deseadas.
Los productos pueden ser mezclados en línea a través de un sistema colector
multi-tubos o por cargas en tanques. El mezclado en línea de gasolina, destilados,
Jet Fuel y kerosén es realizado manteniendo un régimen turbulento para asegurar
la mezcla. Por lo general, se agregan aditivos como mejoradores octánicos,
desactivadores de metales, antioxidantes, antidetonantes, inhibidores de corrosión
y detergentes, durante o después del mezclado, para proveer a los productos de
propiedades específicas, que no son inherentes a los hidrocarburos. (Gary, 2007).
2.3.2.3. Productos del Petróleo
Hay muchas aplicaciones para los productos derivados del petróleo. El petróleo
crudo por sí mismo solo puede ser utilizado como combustible. En Japón, existen
algunas plantas de generación eléctrica que lo utilizan; sin embargo, casi todo el
crudo es refinado, es decir, convertido en sus productos derivados, antes de
utilizarlo. Los motores de ignición por chispa, de diesel y turbinas, requieren
productos derivados del petróleo, pero que poseen características físicas y
químicas diferentes. La meta de una refinería es suplir a todos los segmentos de
mercado con el producto que mejor se adapte a sus requerimientos. (Gary, 2007).
DERECHOS RESERVADOS
61
Los principales productos obtenidos del petróleo son:
1. Combustibles para transporte (gasolina, Jet Fuel, gas oil para automotores,
Fuel Oil pesado para motores diesel muy lentos y LPG).
2. Combustibles de calentamiento (LPG, kerosén, Heating gas oil, Fuel Oil
pesado, coque).
3. Productos no energéticos (bitumen, aceites lubricantes, gasolina blanca
“White spirit”, kerosén para iluminación, aceites, solventes, slack wax, y
ceras refinadas).
4. Materias primas (nafta, LPG y gas oil) para la petroquímica. (Gary, 2007).
Los productos derivados del petróleo están clasificados en una amplia variedad de
estos, de acuerdo al sector de la industria petrolera:
1. En las refinerías se distinguen entre productos livianos (cuyas moléculas
contienen un bajo número de átomos de carbono, es decir, gas y gasolina),
destilados medios (kerosén, gas oil para automotores y para calentamiento)
y productos pesados (con moléculas que poseen largas cadenas de
carbono, es decir, Fuel Oil pesado y bitumen).
2. Para el sector transporte, son categorizados como productos blancos, es
decir, gasolina, Jet Fuel, y gas oil automotor y de calentamiento; y
productos negros, es decir, Fuel Oil y bitumen.
3. Los distribuidores distinguen entre productos principales y especialidades,
con la dificultad de que los límites entre estos no están completamente
definidos. Para los productos principales, los volúmenes son grandes y la
diferenciación es limitada por lo que la gama de productos no es muy
extensa. Los márgenes para los productos principales como, combustibles
para motor, Jet Fuel y el gas oil de calentamiento y pesado incluyendo
bunker, son relativamente bajos. Las ventas de especialidades, como, LPG,
gasolina de aviación, lubricantes y bitumen, son menores en términos de
DERECHOS RESERVADOS
62
volumen pero tienen un mayor valor agregado, en términos del producto en
sí o del servicio proveído. La forma en que los combustibles bunker y de
aviación encajan en esta clasificación no siempre está muy clara. (Gary,
2007).
Combustibles para automotores
La gasolina y el gas oil para automotores son los dos productos de mayor
consumo en términos de volumen. La gasolina, es el combustible para los motores
de ignición por chispa, los cueles son usados en vehículos pequeños y en casi
todos los carros privados y comerciales. El gas oil automotor, también conocido
como DERV (diesel engine road vehicles) es el combustible utilizado en los
motores diesel, utilizados en los camiones, furgonetas, y algunos carros de tipo
privado. Este combustible también es utilizado en motores de tracción ferroviaria y
lanchas, pero sus especificaciones varían respecto a las del DERV. (Gary, 2007).
Gasóleo de calentamiento
El gas oil de calentamiento, o simplemente “Heating oil”, es un producto con
características de destilación muy similares a las del diesel. Este es utilizado para
calentamiento distrital y doméstico, también es utilizado, en pequeñas cantidades,
en motores marinos y plataformas petrolíferas. En algunos países, aún es utilizado
como combustibles para motores de máquinas de agricultura.
Sus especificaciones (índice de cetano y desempeño a bajas temperaturas) son
similares a las del gas oil automotor, pero menos severas debido a la diferencia en
su aplicación y nivel de uso. En fin, la mayor diferencia radica en la menor
restricción del contenido de azufre. (Gary, 2007).
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63
Fuel Oil Pesado
El Fuel Oil pesado (HFO), es utilizado particularmente en la industria de
generación de electricidad. Otra aplicación de este, es como combustible para la
producción de vapor para turbinas a bordo de barcos, como tanqueros. Los
combustibles marinos son llamados “bunkers”; el tipo de Fuel Oil referido es
conocido como “Bunker C”. (Gary, 2007)
LPG
El propano (C3) y el butano (C4) son conocidos genéricamente como gas licuado
de petróleo, debido a sus puntos de ebullición, -42 °C y 0 °C, respectivamente a
presión atmosférica, lo cual quiere decir que solo pueden ser mantenidos en
estado líquido bajo presiones moderadas: 1400 y 500 kPa, respectivamente. Que
no es el caso para el metano (C1) y el etano (C2), los cuales solo pueden ser
licuados a muy bajas temperaturas (LNG). Esta es la razón por la que la
producción de metano y etano es utilizada como combustible de la misma
refinería, debido a que sería muy costoso transportarlos. (Gary, 2007).
Nafta
La nafta, se encuentra en el rango de destilación entre el LPG y el kerosén, es una
valiosa materia prima para la manufactura de olefinas (etileno, propileno, entre
otros) y de gasolina y aromáticos (benceno, tolueno y xileno, conocidos
conjuntamente como BTX). El destilado liviano de nafta, es separado en las
refinerías como fracciones parafínicas y no-parafínicas. Las olefinas son obtenidas
a partir del craqueo de la porción parafínica liviana, la cual da mejores
rendimientos que la nafta “full”. La porción no-parafínica más el destilado de nafta
pesada es utilizado en la unidad de reformación catalítica. El reformado, como ya
DERECHOS RESERVADOS
64
se mencionó, es un importante componente de la gasolina, y contiene aromáticos
BTX que pueden ser extraídos.
Las olefinas tienen un gran número de aplicaciones: plásticos, PVC, neopreno,
detergentes, entre otros, y generan un valor agregado sustancial. Los aromáticos
son utilizados en la manufactura de poliestireno, resinas, solventes, plastificantes y
varios tipos de películas. (Gary, 2007).
Jet Fuel
El Jet Fuel, como su nombre lo sugiere, es el combustible utilizado en motores de
aviación jet y turbo-propulsados. Este también es conocido como kerosén de
turbina de aviación (ATK), Jet A (en USA), Jet A1 (fuera de USA y el FSU) o,
algunas veces simplemente como kerosén. Su corte de destilación se encuentra
entre la gasolina y el gas oil. (Gary, 2007).
2.3.3. Economía de Refinación
El desempeño económico de una refinería depende de muchas variables, la
configuración de la planta, precios de adquisición del crudo y venta de los
productos terminados, decisiones estratégicas, costo operacional y requerimientos
ambientales; por lo que un modelo económico simple raramente provee suficiente
ayuda en la toma de decisiones. Ambos, el precio del crudo y de los productos
cambia relativamente el uno con el otro, sujetos a la oferta y demanda del
mercado. Las refinerías tienen cierto control sobre los costos de operación, pero
por otro lado, poseen una estructura de precios mucho más compleja. Las
refinerías tratan de maximizar sus ganancias a partir de las fluctuaciones en el
costo de mercado del petróleo crudo y de los productos terminados. El potencial
para aumentar las ganancias incrementa cuando existe una gran diferencia de
precios entre los crudos livianos y pesados, y los productos livianos y pesados.
DERECHOS RESERVADOS
65
Una refinería buscará comprar un crudo pesado para minimizar así los costos de
entrada y vender mezclas de productos livianos y maximizar los ingresos por venta
de productos. (Gary, 2007).
2.3.3.1. Administración y optimización de las operaciones de refinación
Maximización del valor agregado a corto plazo
En una refinería, debe entenderse por plazo corto el período en el cual no es
posible realizar cambios significativos a la capacidad de refinación o a sus costos.
El plazo corto puede estar comprendido entre un día, y a lo sumo, un año.
(Favennec, 2001).
Datos fijos de operación (premisas operacionales)
Esta es la información en la cual la toma de decisiones de una refinería debe
basarse. Esta incluye los factores externos, que no pueden ser influenciados; y los
factores internos, que no pueden ser cambiados. (Favennec, 2001).
1. Crudos disponibles
En teoría, el rango de crudos que pueden comprarse en un determinado momento
es muy amplio; pero en la práctica, este número puede verse bastante limitado,
debido a factores como las restricciones de calidad, disponibilidad, tiempos de
viaje, entre otros, además del precio que el comprador está dispuesto a pagar.
Los precios son establecidos balance inmediato y global de la oferta y la demanda.
Dependiendo de la localización del proveedor, un crudo puede ser enviado desde
el Mar del Norte hasta USA, o desde África hasta Asia, ya que debe tomarse en
cuenta la influencia de los gastos de envío en los costos del crudo procurado.
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66
Existen múltiples publicaciones para consultar el estado del mercado como lo son
Platt’s Crude Oil Marketwire, Petroleum Argus, NYMEX, IPEM, y los indicadores
de referencia como WTI y Brent, que pueden ser consultados en tiempo real.
(Favennec, 2001).
2. Demanda de Productos
Al ser de escala global el mercado de productos del petróleo, cualquier
desbalance temporal en la oferta se ve reflejado en los precios internacionales, lo
cual volverá a la normalidad mediante movimientos entre las regiones sobre-
abastecidas y las deficitarias. Por ejemplo, la gasolina de motor europea,
alcanzará sus precios más altos cuando los suplidores locales no pueden
abastecer toda la demanda, y entonces esta deba suplirse mediante importaciones
desde América, África y el Medio Oriente.
Como para el petróleo crudo, la información de mercado está disponible en
publicaciones, que cubren tanto los precios actuales, en tiempo real, como los
precios futuros. Estos precios futuros, no son más que las expectativas de
mercado para estos, pero no necesariamente serán los reales. (Favennec, 2001).
3. Contratos
Las refinerías tienen, por lo general, contratos para suplir productos con terceras
partes o con sus propios grupos, con los que están comprometidas. Tan alta es la
proporción que estos compromisos representan en el potencial de producción de
una refinería, que lo más crucial es lograr la idoneidad de la configuración de la
refinería para cumplir con estas demandas. Mientras sea garantizada la entrega
de productos en estos casos, puede haber menos flexibilidad a la hora de escoger
dietas de crudo alternativas y venta de productos a medida que el clima
económico cambia. Mantener el correcto balance entre la configuración y la
DERECHOS RESERVADOS
67
flexibilidad es un factor crítico y determinante en la administración exitosa de una
refinería moderna. (Favennec, 2001).
4. Configuración de la refinería
La configuración de la refinería, es un término estrechamente ligado al definido
anteriormente como corto plazo. Cuando este período es reducido a solo una
semana, la configuración de una refinería serán las condiciones de operación y
disponibilidad de las unidades de proceso, limitaciones de almacenamiento y los
requerimientos de despacho, los cuales son factores de vital importancia y deben
ser tomados especialmente en cuenta. (Favennec, 2001).
Flexibilidad operacional
Una vez se han fijado las premisas operacionales como los contratos de compra
de crudos y venta de productos, configuración y estado actual de la refinería, estas
deben ser integradas a los sistemas de gestión, tomándolas en cuenta en el
modelo económico de la refinería. Sin embargo, luego de esto quedan algunas
acciones que pueden tomarse para maximizar el valor agregado. Estas premisas
operacionales definen las áreas donde la gerencia de la refinería debe considerar
más frecuentemente y donde mayormente están concentradas las decisiones a
corto plazo. (Favennec, 2001).
1. Dietas de crudo
Las refinerías tienen la posibilidad de asegurar suplidores de uno o varios crudos,
mediante la firma de contratos con los productores, lo que garantiza una cantidad
mínima y, en general, un precio aceptable que esta usualmente unido a los
marcadores de los precios internacionales del petróleo.
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68
Ocasionalmente, una refinería necesitará una dieta de crudo en específico para
producir productos especiales o para satisfacer alguna deficiencia en su planta
procesadora. Las refinerías compran otros crudos o productos intermedios
basadas en los precios del mercado internacional. Aparte de esto, en algunos
casos el mercado ofrece un amplio rango de crudos de diferentes calidades y
precios, de los cuales se puede escoger en base a rendimientos, precios, fechas
de llegada, entre otros parámetros. Lograr el equilibrio entre el suministro a largo
plazo y las compras al contado es un factor de suma importancia para obtener
crudos a precios competitivos para cualquier refinería. (Favennec, 2001).
2. Productos
Además de las obligaciones contractuales, las refinerías pueden decidir cuales
productos terminados o intermedios producir, completamente de acuerdo a las
oportunidades ofrecidas por el mercado al contado y las limitaciones impuestas
por la configuración de la planta. (Favennec, 2001).
3. Capacidad de las unidades de proceso
En un mercado libre, los operadores pueden cambiar entre producción y compra
de acuerdo a su economía. Sin embargo, es raro que los márgenes de refinación
netos, es decir, el margen después de los costos variables, sean negativos
durante un período prolongado. De hecho, en los que así sea, la reducción en la
demanda de crudo traería como resultado un bajón en los precios del crudo, y por
lo tanto una recuperación en los márgenes de refinación. Por otro lado, los
márgenes individuales de cada unidad suelen caer a medida que aumentan los
rendimientos generales, ya que las ventas marginales son más baratas. Cuando
los márgenes de refinación son débiles, puede ser económicamente atractivo
reducir los márgenes, ya sea para la refinería como un todo o solo para algunas
unidades, además de equilibrar el suministro con la compra de productos
DERECHOS RESERVADOS
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terminados y la reducción de los excedentes no rentables o la venta de productos
intermedios en lugar de los terminados. (Favennec, 2001).
4. Control de las unidades de procesos y selección de los componentes de los
productos
Cada unidad de una refinería, tiene un rol bien definido en la cadena de
procesamiento, como separación, conversión, purificación, entre otros. Sin
embargo, sin tomar en cuenta la función particular de cada una de estas, existe
algún nivel de flexibilidad en, por ejemplo, los puntos de corte y el grado de
fraccionamiento para una unidad de destilación; severidad (es decir, el número de
octano del reformado) para un reformador catalítico; la conversión para una unidad
de craqueo catalítico, hidrocraqueo o viscoreducción. La única limitante en una
refinería es decidir estos arreglos, es decir, los valores a escoger para los
diferentes parámetros, estos deben ser planteados a partir del hecho de que no
pueden ser fijados independientemente uno de otro. Tomando la unidad de
destilación como ejemplo, el nivel de rendimiento, el punto de corte y el grado de
fraccionamiento, están ligados a su balance de energía y a los límites hidráulicos
que deben ser respetados.
La cantidad y calidad de los productos intermedios disponibles en una refinería
dependen de la forma en la que los controles son ajustados en el procesamiento
de un crudo. El número de productos intermedios depende del diseño de las
instalaciones de almacenamiento, el número y tamaño de los tanques, por lo que
en el corto plazo, la única posible flexibilidad en este sentido, es el límite de la
cantidad de tanques en uso y/o reducir los productos intermedios producidos. Una
vez tomada la decisión, respecto a los ajustes de control y a la composición de los
productos intermedios, estableciendo así el valor óptimo teórico de producción. Sin
embargo, en la práctica las unidades de procesamiento pueden no desempeñarse
exactamente como lo planeado, el mezclado de productos puede desviarse de lo
DERECHOS RESERVADOS
70
óptimo, y las formulaciones de mezclado que o bien no utilizan los componentes
más adecuados o no son utilizados en las proporciones correctas. En la realidad,
es extraño alcanzar el rendimiento teórico, incluso si todos los elementos
individuales que contribuyen a los ajustes de control están optimizados.
(Favennec, 2001).
Gestión
En el corto plazo, el rol de una refinería es simple: maximizar el valor que puede
agregarse a un crudo con sus operaciones para obtener ganancias en el mercado
local o internacional, a partir de los diferenciales como: precio y calidad entre
crudos, precio entre diferentes familias de productos como gasolinas, gas oil, Fuel
Oil, lubricantes; y entre calidades como octanaje alto o bajo, contenido de azufre
para destilados medios (Jet Fuel, gas oil para automotores y calentamiento) y
residuales, e índice de viscosidad para bases lubricantes. (Favennec, 2001).
1. Margen neto de refinación: diferencial entre crudo y productos
El margen neto de refinación es el mejor indicador para resumir el valor agregado.
En una forma simplificada, basado en la estructura de costos de una refinería
convencional, este puede ser utilizado como un medidor inmediato de la
rentabilidad. En una forma más realista, y por lo tanto mucho más compleja,
adaptado a la situación individual de una refinería o compañía en particular, este
no solo es un resumen de la rentabilidad de la refinería en un punto en el tiempo,
sino también un indicador de los resultados de las decisiones de la gerencia en un
período de tiempo. Las formas más sofisticadas del margen neto de refinación se
expresan a partir de todos o algunos de los siguientes elementos para un período
de tiempo dado:
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Tabla 2.9. Componentes del margen neto de refinación. Signo Ganancia a partir de la venta de productos terminados e intermedios
± Cambio del valor de los productos en inventario. - Costo de compra del crudo y otras materias primas utilizadas. + Valor del crédito al suplidor en compras de crudo y otras materias primas. - Valor del crédito al comprador en ventas de productos y componentes.
-
Costos de transporte de crudo y otras materias primas: Pérdidas durante el transporte. Costos de flete, incluyendo impuestos sobre el buque. Impuestos y otros costos en el puerto. Seguro. Cargos de protección ambiental.
- Almacenamiento y rendimiento de costos para el crudo y los productos. - Corretaje (Brokers Charges)
-
Costos de operación variables: Pérdidas durante el procesamiento y almacenaje. Combustible de la refinería. Otras fuentes de energía (eléctrica, vapor, entre otras). Químicos. Gastos de personal que varían con el nivel de procesamiento.
(Favennec, 2001). Construcción y traducción propia.
El margen de refinación definido de esta forma depende directamente de la
actividad operacional de la refinería. Los costos fijos, incurridos para asegurar la
disponibilidad y efectividad de la planta, incluyen: fuerza laboral, mantenimiento,
gastos generales, impuestos y otros relacionados con la ganancia (por ejemplo,
impuestos de sitio), depreciación, el costo de financiamiento de inventarios y de
préstamos de capital de mantenimiento. Todos estos costos fijos son aplicables
para cualquier refinería, por lo que deben ser compensados con el margen neto
total.
El resultado operacional de la refinería, antes de cualquier impuesto a las
ganancias, es la deferencia entre el margen neto y los costos fijos. La relación
entre los dos es típica de la industria pesada, cuya existencia depende de
recursos importantes, es decir, con altos costos fijos y de capital, pero que debe
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sobrevivir en un entorno volátil, con márgenes netos inestables y caprichosos.
(Favennec, 2001).
2. Las herramientas y los métodos
Cuando existe la responsabilidad de conducir un sistema dado, y mayor aún si se
trata de una refinería, se deben tomar continuamente decisiones acerca de las
acciones que se ejecutarán sobre el sistema. Para poder decidir correctamente es
necesario saber cómo responderá el sistema ante una determinada acción. Esto
podría decidir hacerse por experimentación en el sistema mismo, pero factores
como costos, seguridad y otros, hacen que esta opción generalmente no sea
viable. A fin de superar estos inconvenientes, se reemplaza el sistema original por
otro sistema, que en la mayoría de los casos es una versión simplificada. Este
último sistema, denominado “modelo”, es utilizado para llevar a cabo las
experiencias necesarias sin los inconvenientes planteados anteriormente. Al
proceso de experimentar con un modelo se denomina simulación.
Es muy importante conocer la diferencia entre una simulación y una optimización.
Por ejemplo, si el estudio es sobre los efectos causados por cambios de calidad
de la materia prima sobre la producción en una refinería, es necesario establecer
claramente si se desean determinar los posibles efectos causados por estos
cambios de calidad, o si se desean determinar las nuevas condiciones de
operación para que la refinería responda de la mejor manera posible ante estos
cambios. En el primer caso se trata de un estudio de simulación y en el segundo
de optimización. (De Abreu, 2007).
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73
2.1. Programación Lineal
La programación lineal es una técnica matemática que provee de una manera
para encontrar soluciones óptimas para un grupo de ecuaciones lineales
(optimización). En el caso de la aplicación de esta técnica a la refinación, estas
ecuaciones representan la tecnología y economía de la refinería. El enfoque de la
programación lineal es el desarrollar un modelo, que consista en un grupo de
ecuaciones lineales, y una función objetivo que represente la economía del
problema. El grupo de ecuaciones lineales, o restricciones, definen la región
factible que tiene un número infinito de soluciones. La función objetivo es utilizada
para asignar un valor relativo a cada solución; la programación lineal es utilizada
para encontrar la mejor, o más óptima, solución. (Gary, 2007).
Los modelos de programación lineal tienen la siguiente estructura:
Optimizar f(x) x Rn
Sujeto a:
gi(x) ≤ bi; i=1, 2, 3,…, u
hi(x) ≥ ci; i= u+1,…, v
ji(x) = di; i= v+1,…, m
Donde:
f(x): es la función objetivo del modelo de optimización y está definida en el
espacio real n-dimensional Rn.
gi(x), hi(x), ji(x), i= 1, 2, 3,…, m son funciones definidas en el espacio real
n-dimensional Rn y representan las restricciones de desigualdad e igualdad
del modelo. (De Abreu, 2007).
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74
Uno de los métodos más ampliamente utilizados para resolver este tipo de
modelos, es el conocido como SIMPLEX, el cual es un proceso iterativo que
permite ir mejorando la solución a cada paso. En donde, una vez formulado el
modelo constituido por una función objetivo y el conjunto de restricciones. El
proceso consiste en:
1. Convertir las desigualdades en igualdades.
2. Búsqueda de soluciones factibles.
3. Búsqueda de la solución óptima. (De Abreu, 2007).
2.2. Aplicaciones en refinación
El objetivo de una refinería es maximizar su margen. En teoría, este problema es
simple, a pesar de la enorme cantidad de combinaciones diferentes de los
parámetros que son posibles. La programación lineal es una poderosa
herramienta en la determinación del valor óptimo de cada parámetro, de modo que
un objetivo comercial, ganancia o costo, puede ser optimizado, tomando en cuenta
todas las restricciones. Las relaciones entre las variables son, en su mayoría,
lineales (por ejemplo, los balances de masa) o pueden ser representadas
linealmente (ej.: utilizando los índices de mezcla). Sin embargo, el desempeño de
una unidad de proceso raramente es lineal, cada unidad puede ser representada
satisfactoriamente en varios modos de funcionamiento diferentes, o restricciones
para utilizar el lenguaje de la programación lineal (LP), y el uso relativo de estas es
dado en la solución óptima. Recientemente, se ha logrado incluir modelos
dinámicos de simulación de unidades de procesos mucho más realistas en las
subrutinas de los modelos de LP para mejorar la exactitud.
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75
Algunas de las aplicaciones de la programación lineal son:
1. La elección de un crudo para una configuración y condiciones de mercado
en particular.
2. La determinación de las condiciones de operación y las rutas de producción
para satisfacer la demanda de mercado a partir de una elección de crudos
dada.
3. La valoración de la opción óptima de crudos y productos generados para
maximizar el valor agregado para una o varias refinerías.
4. El estudio del sistema de refinación más adecuado para una nueva
oportunidad de mercado, o nuevos productos o calidades.
5. La valoración del potencial de una nueva planta en el esquema de
producción de una refinería.
La programación lineal ofrece una respuesta precisa y matemáticamente exacta
para todas las situaciones anteriores. Sin embargo, la validez de la solución es
directamente dependiente de la validez de los supuestos tomados a la hora de
realizar los cálculos. Los resultados son tan numerosos como los supuestos
considerados.
En la práctica, las principales razones entre las diferencias de los resultados
hipotéticos calculados y los reales son:
1. Tanto el mercado del petróleo crudo y sus productos derivados, como sus
movimientos futuros son impredecibles. Incluso los indicadores de futuro no
dan indicios fiables de las tendencias de este mercado. Además, si las
reservas son bajas, la volatilidad del mercado aumenta y los precios
reaccionan fuertemente a los cambios relativamente leves en la demanda.
2. Problemas de programación: los crudos y otras materias primas no están
todas disponibles simultáneamente. El crudo arriba en sucesivos cargueros
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76
en altas cantidades. Un superpetrolero (ULCC “ultra large crude oil carrier”)
le entrega a una refinería de tamaño medio el correspondiente a entre 30 y
50% de su rendimiento mensual. Similarmente, la entrega de productos en
tanqueros o despachos por tuberías se realiza en lotes por encima de los
80 mil metros cúbicos.
3. El hecho de que los cálculos están referidos a un período aislado del tiempo
en lo que es una actividad continua, lo que deja que el resultado obtenido
se vea afectado por la forma en que los tiempos fueron establecidos.
4. El deterioro del rendimiento de la planta entre plazos de entrega, y posibles
fallas de los equipos.
5. La calidad del crudo no siempre es la misma.
A pesar de estas dificultades, la programación lineal sigue siendo altamente
valorada. Sus particulares beneficios son tales que permiten a las refinerías
entender las interacciones entre todos los parámetros y limitaciones, identificando
los más importantes y también cuantificándolos a su valor óptimo para su costo
marginal. Sin embargo, la solución generada por el uso de la LP debe ser utilizada
con discernimiento e interpretada con prudencia, por lo que deben ser
complementadas de forma que esta se acerque a la realidad de la vida diaria de
una refinería, y tome en cuenta la forma impredecible en la que se mueve este
mercado. (Favennec, 2001).
3. Control de las condiciones de operación de las unidades de proceso
Cada unidad de proceso de una refinería tiene su propia función en específico, la
cual tiene una influencia importante en la forma en la que los productos de
refinería están estructurados, y por ende en los resultados económicos. Es posible
variar las condiciones de operación de una unidad alrededor de las condiciones
“normales”. Estos controles son utilizados para garantizar la idoneidad de las
DERECHOS RESERVADOS
77
materias primas en lo que respecta a cantidad y calidad para satisfacer las
demandas de mercado.
Está claro que estos controles son solo un elemento en la búsqueda del balance
óptimo entre el mercado de productos, la dieta de crudo y la configuración de la
refinería. La programación lineal puede definir los ajustes de estos controles
basada en los grados de libertad definidos para cada unidad, representados como
restricciones en el modelo. Sin embargo, la LP es una herramienta compleja y el
análisis de estos resultados puede tomar algún tiempo; por lo que algunas
compañías complementan esta información con herramientas más sencillas
llamadas indicadores, que permiten realizar estos cálculos a partir de datos de
mercado. (Favennec, 2001).
4. Selección de los componentes de los productos
La etapa final del proceso de producción es el mezclado de productos a partir de
los diferentes componentes que han sido producidos. En sí mismo, esto puede ser
visto como un problema simple, al menos cuantitativamente. Un producto
terminado que cumpla n especificaciones puede ser mezclado con n+1
componentes si el sistema de n+1 ecuaciones con n+1 incógnitas tiene soluciones
positivas. Sin embargo, en la práctica esto rara vez es tan simple, debido a que los
componentes interactúan al ser mezclados y cada componente impacta de una
forma diferente en las características controladas por las especificaciones.
La mezcla óptima para un producto dado depende de las limitantes técnicas y las
condiciones económicas. La programación lineal permite determinar cuál es la
mezcla óptima, tomando en cuenta todos los parámetros, tales como materias
primas disponibles, el método de tratamiento, la demanda, y el valor de los
diferentes productos y componentes. Razón por la que esta herramienta es
utilizada para este fin. (Favennec, 2001).
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78
5. Programa mensual
Las refinerías necesitan una guía para la toma de decisiones que sea
relativamente simple de usar e interpretar. Esta debe permitir una representación
muy realista y reactiva de forma que se obtenga un balance de los recursos y
demás necesidades de todos los productos como función de:
1. El desarrollo de la demanda del canal central de ventas (red de distribución,
contratos, entre otros) cuya oferta represente un compromiso firme y
vinculante.
2. Cambios en el mercado internacional de crudos, en particular
respectivamente al desarrollo de los precios del crudo y su derivados, el
cual impacta en los márgenes de refinación, y especialmente en los
cambios de precio de los productos clave.
3. Ajustes ocasionales en la producción, por ejemplo, debido al retraso en el
arribo de crudos o incidentes en las unidades de proceso.
El programa mensual es una herramienta que determina la operación óptima de
una refinería para el mes siguiente, principalmente:
1. La selección de dietas de crudo y, más comúnmente, la alimentación a las
unidades de proceso.
2. Ofrece niveles de rendimiento promedio para cada unidad y selecciona las
condiciones de operación correspondientes.
3. Define las condiciones de fraccionamiento, es decir, puntos de corte, el uso
de productos intermedios, la manufactura de productos terminados y las
importaciones y exportaciones.
4. También provee valiosa información sobre los costos marginales (el costo y
efecto económico de producir algún exceso de un producto en especial) y
del costo de limitantes (capacidad de las unidades, disponibilidad de
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79
materias primas y las especificaciones que deben tener los productos
terminados).
La preparación del plan mensual, también conocido como plan de referencia, toma
lugar alrededor del día 25 del mes M-1. Típicamente el plan cubre los meses M-1
(el cual está todavía en curso), M y M+1. El plan mensual está basado en:
1. La programación lineal, que permite optimizar todas las operaciones de la
refinería.
2. Criterios económicos o indicadores, que muestran los parámetros de control
óptimos para el período considerado. (Favennec, 2001).
Selección de dietas de crudo
La selección de crudos es considerada una, si no la más importante de las
actividades de negocio para una refinería con la oportunidad de comprar una
variedad de petróleos. El costo del crudo esta típicamente entre el 70 y 80% del
total de costos operativos de una refinería; por esto, es vital que el crudo más
rentable sea el seleccionado. Aunque el costo del crudo es el mismo para varias
refinerías en un mismo lugar, su valor es distinto para cada una. El valor del crudo
para una refinería es una función de muchos factores. Entre estos se incluye la
calidad del crudo, la cantidad de crudo a ser procesado, la demanda de la refinería
y los precios de venta, la configuración de la refinería y los otros crudos que estén
siendo procesados.
Debido a que muchas refinerías están ubicadas cerca de la costa, con acceso al
crudo por medio de tanqueros, estas tienen la posibilidad de comprar una gran
variedad de crudos. Por lo que es usual la evaluación de entre 50 y 100 crudos
para la selección de las opciones más rentables para una determinada refinería.
(Gary, 2007).
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Conveniencia de crudos (Estructura de la refinería)
La elección de un crudo conveniente es probablemente el problema más complejo
que una refinería debe resolver. La dieta de crudo es la compra de rutina más
costosa que una refinería debe hacer, de ahí la importancia de tomar bien esta
decisión.
El proceso de realizar la mejor selección incluye todo una serie de decisiones
exitosas para comprar crudos que la refinería pueda procesar y en general,
generen el mejor resultado económico.
En general, hay dos parámetros que intervienen en el resultado económico. El
primero, obviamente, es el precio del crudo entregado en la refinería, en otras
palabras el CIF (costo, seguro y flete). Por otro lado, está el uso óptimo de las
herramientas de refinación para llevar el crudo a productos terminados.
En términos simples, puede decirse, sin excepción, que cada unidad de proceso
debe hacer alguna contribución, sea esta grande o pequeña, al resultado total. Por
lo tanto, debe escogerse el crudo que de él mejor uso a la combinación de
rendimientos y limitaciones de tratamientos de las que se disponen por medio de
las unidades de proceso de la refinería. La alimentación para cada una de ellas,
viene derivada de los diferentes cortes del crudo, y diferentes crudos contienen
diferentes proporciones de cada corte. Para ilustrar más esta situación, si un crudo
A, por ejemplo, es un crudo liviano, esté producirá un alto rendimiento de nafta:
nafta liviana, la cual puede ser llevada a isomerización y nafta pesada para uso
como alimentación al reformador catalítico. Sin embargo, la proporción de cortes
pesados, como, residuo de vacío, la alimentación al visbreaker, será pequeña.
Una refinería con unidades de isomerización y reformador catalítico pequeñas, y
con gran capacidad en la de visbreaker, no será capaz de procesar correctamente
este crudo, debido a que las capacidades de isomerización y reformación catalítica
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estarán saturadas, y la de visbreaker inutilizada por falta de alimentación.
Obviamente este crudo será más útil en una refinería con gran capacidad de
isomerización y reformación catalítica y poca de viscoreducción.
Tomando en cuenta lo planteado anteriormente, es lógico que diferentes refinerías
pongan diferentes valores al mismo crudo; el valor del crudo para una refinería
será el valor de sus diferentes cortes, si y solo si la refinería tiene la capacidad de
procesamiento para desarrollar todo su potencial.
Por supuesto, lo anterior es solo una simplificación, y está sujeto a calificaciones y
al costo de adquisición de los crudos. Para una refinería, eso significa que debe
maximizar su margen, es decir, la diferencia entre el valor total de los ingresos y el
costo de compra de todos los crudos.
Para tomar un caso extremo, no es posible para una refinería desarrollar todo el
valor potencial de un crudo cuyos cortes rinden inconvenientemente respecto a la
capacidad de sus unidades de proceso. Sin embargo, si su costo de adquisición
fuera particularmente bajo, este crudo podría generar un margen mayor que uno
que sea más conveniente técnicamente, pero cuyo precio sea mucho mayor.
(Favennec, 2001).
Selección óptima de crudos
1. Método de los rendimientos estándar
En este método se utiliza el modelo matemático de programación lineal con la
mejor descripción de la refinería para procesar 100 t de un crudo A, B… y así
sucesivamente. Se toman los rendimientos de los productos para cada caso. La
producción es optimizada utilizando un grupo de precios en función de la estación
DERECHOS RESERVADOS
82
climática. Esto provee un grupo de rendimientos obtenidos para cada crudo
modelado, para los trimestres de primavera, verano, otoño e invierno.
Esto permite, que el valor del rendimiento obtenido de cualquiera de los crudos en
evaluación, pueda ser calculado para una determinada estación del año, a partir
de las cotizaciones de un día en particular. Esto provee de las ganancias después
de los costos variables, por simple descuento de los costos de químicos,
recepción, entre otros. Por ende, el margen neto de refinación teórico puede ser
calculado sustrayendo estos costos de envío, o mejor aún, a la cotización CIF.
Por lo tanto, este método proporciona cálculos diarios del margen total generado
por cada crudo en un análisis “independientemente”.
En la realidad, este análisis no es completamente independiente, debido a que el
modelo utilizado describe las operaciones de la refinería sin la restricción de la
capacidad de las unidades, y sin limitaciones de tipo logísticas o ambientales (por
ejemplo, emisiones de SO2), además de no incluir los requerimientos de productos
que deben ser cumplidos. En otras palabras, este método asume que existe
capacidad en las unidades de proceso para explotar todo el valor potencial de
cada corte de cada uno de los crudos considerados. Esto se basa en el
entendimiento de que una selección astuta de varios crudos complementarios
permitirá cumplir todas las limitaciones como, de capacidad en las unidades,
producciones prioritarias y logísticas a ser cumplidas. (Favennec, 2001).
2. Método de los crudos complementarios
Para tomar en cuenta la sinergia, en caso de que exista, entre diferentes crudos, y
las limitaciones de la refinería (rendimientos relativos de las unidades, la
estructura del patrón de demanda, restricciones de emisiones al medioambiente,
entre otras), se deben estimar los resultados del procesamiento de cada uno de
DERECHOS RESERVADOS
83
los crudos A, B y C, por ejemplo, además de hacerlo como una mezcla de estos,
en lugar de sobre una base independiente. Esta mezcla debe ser definida de
acuerdo a las especificaciones de la refinería. El volumen de esta debe ser fijado
de tal forma que no sature toda la capacidad de las unidades, de tal forma que
deje suficiente como para procesar una carga adicional de tamaño medio.
De esta forma, el modelo tiene la oportunidad de agregar cargas de uno u otro
crudo a la mezcla, de acuerdo a las condiciones del mercado en un momento
dado. El modelo matemático seleccionará las cantidades de cada uno de los
crudos, para hacer el mejor uso de las capacidades disponibles de las unidades y
optimizar la función económica de la refinería como un todo con el grupo de
limitaciones establecidas.
Una de las ventajas de este método radica en el hecho de que permite evaluar
crudos adicionales, no individualmente, si no en una situación real, es decir:
1. Procesarlo junto a los otros crudos de la mezcla.
2. Tomando en cuenta la configuración de la refinería y haciéndolo sujeto a las
limitaciones de la refinería.
Este método es ciertamente atractivo, sin embargo, presenta algunas dificultades
respecto a la interpretación de los resultados, estas son:
1. El método asume que la sinergia es factible entre los crudos, en la práctica
esta se determina después de un plazo de un mes.
2. Si se establece un nuevo grupo de crudos para refinar, quizás el orden de
preferencia para los crudos anteriores A, B y C cambie. Incluso si la
prioridad del ultimo cargamento de los crudos a ser ordenados es conocida,
la prioridad de los que sean ordenados subsecuentemente, es decir,
DERECHOS RESERVADOS
84
después que la decisión de realizar la compra sea tomada, no se podrá
saber.
3. Otra dificultad, es que el tamaño del cargamento de los crudos A, B y C
comprados para la mezcla no es constante; la cantidad del crudo A, dígase
un crudo liviano, y el crudo B, un crudo pesado, que puedan ser procesados
si no hay una cantidad fija de días de operación de la unidad de destilación
de crudos, no son las mismas. El incremento en la función económica que
puede ser alcanzado por el procesamiento de estos crudos puede tener
diferentes atractivos dependiendo de si es expresado es $/bbl o $/mes,
como es verdaderamente importante.
4. En el cálculo, la cantidad y la calidad de los inventarios iniciales deben ser
tomados en cuenta; ya que su efecto en la elección de la carga adicional es
similar y complementaria al de la composición de la mezcla principal de
crudos.
5. Finalmente, las oportunidades de comprar y vender productos intermedios
como nafta, materia prima para el reformador catalítico, destilado de vacío,
residuo atmosférico, entre otros, deben ser representados en el modelo, al
igual que las oportunidades de importar y exportar productos terminados.
Los precios atribuidos a estas oportunidades deben ser realistas y
consistentes con el precio asumido para los crudos y los productos en el
mercado doméstico, y las cantidades deben estar limitadas para reflejar
cualquier aspecto de tipo logístico y ser razonables en términos de
posibilidades de mercado.
Obviamente las asunciones respecto a precios hechas en el modelo deben ser
consistentes y actualizadas respecto a la evolución del mercado del petróleo, de
los fletes y de los productos terminados.
A pesar de las limitaciones mencionadas anteriormente, este método es
ciertamente útil. Es posible utilizar los dos métodos anteriores conjuntamente, el
DERECHOS RESERVADOS
85
rendimiento estándar de unos crudos A, B y C, puede ser calculado cuando estos
son procesados junto a la mezcla principal. La sinergia que resulte del
procesamiento de estos con dicha mezcla reduce el alcance de las características
propias de cada crudo, lo cual es justo lo que sucede en la realidad. Solo
permaneciendo el problema de seleccionar la mezcla óptima de crudos.
(Favennec, 2001).
3. Utilizando el plan mensual
Este método provee de indicaciones muy valiosas, pero no es la manera más
sencilla de escoger crudos. La razón es que el programa mensual para el mes
M+1 se establece alrededor del día 25 del mes M. Para este momento, la mayoría
de los cargueros para el siguiente mes ya han sido comprados, utilizando los
métodos de rendimientos estándar o de crudos complementarios. Sin embargo,
aún quedan uno o dos cargamentos que no se han decido para fin de mes.
Los crudos ya comprados son fijados en el modelo de programación lineal, el cual
es utilizado para seleccionar los crudos restantes a partir de un rango que se
asume aún está en el mercado a precios ya fijados. La mezcla resultante, sólo
cuando es considerada como un todo, es la única solución óptima que maximiza la
función económica del mes dentro de todas las limitaciones establecidas,
incluyendo los cargamentos ya comprados.
Sobre este método pueden hacerse algunas observaciones como:
1. Dentro del marco de un mes, el modelo optimiza la función económica
tomando en cuenta todas las restricciones como disponibilidad de la
capacidad de las unidades, prioridades de producción, entre otros.
Entonces es esencial que el problema sea expresado correctamente y las
restricciones verdaderamente apliquen. Un crudo será escogido por el
DERECHOS RESERVADOS
86
modelo independientemente de su precio, si es la única manera de
satisfacer la demanda de un mercado determinado, por ejemplo, un Fuel Oil
con muy bajo contenido de azufre sin que las oportunidades de importación
hayan sido representadas en el modelo.
2. Cuando un amplio número de limitaciones son colocadas en el modelo, es
difícil entender las elecciones a base de miles de ecuaciones. Este
problema de interpretación de la solución óptima surge frecuentemente
tanto en este método, como en el de crudos complementarios.
3. Los modelos de programación lineal dan valores marginales para los crudos
y productos, no valores promedio. Estos valores marginales deben ser
utilizados con cuidado, porque sus rangos de validez pueden ser pequeños,
particularmente cuando el modelo contiene muchas restricciones.
4. Como en el método de crudos complementarios, el programa mensual
cubre el período de un mes, por lo que asume que la sinergia opera durante
todo el mes.
Las limitaciones del plan mensual pueden ser reducidas dividiéndolo en períodos
más cortos. Además, el plan mensual tiene una visión de por lo menos dos meses,
el uso del plan mensual actualizado con simulaciones más avanzadas de
mezclado de crudos, se ha convertido en el método más normal para confirmar las
decisiones de compra de crudos. Cada refinería también tiene un historial de cómo
diferentes crudos se han desempeñado para ella (tanto operacional como
financieramente) y, a partir de esta experiencia, se puede saber cuáles son los
crudos preferidos y cuáles de ellos proveen mejor sinergia. Nuevos crudos son
agregados a esta lista de vez en cuando, y si estos son usados en mezcla, el
riesgo a partir de su uso puede ser manejado satisfactoriamente. (Favennec,
2001).
DERECHOS RESERVADOS
87
2.3.4. Refinería El Palito
Su construcción se inicia en 1958, como parte del convenio entre la Mobil Oil CO.,
y el gobierno de Venezuela, en el cual se obligaba a dicha compañía a refinar en
el país parte del crudo obtenido en las concesiones. Su construcción inicial
concluye en 1960 a un costo superior a los 100 MM Bs. La capacidad inicial de
procesamiento de la Refinería El Palito fue de 55 MBD con la finalidad de refinar
parte de los crudos producidos en los campos de Barinas, al Occidente del país,
los cuales llegan a través del oleoducto Barinas - El Palito y se despachaban por
el terminal de buques existente en la zona. Desde ese entonces, entre los años
1964 y 1979 se llevaron a cabo una serie de modificaciones en la unidad mediante
las cuales se llevó la capacidad de procesamiento de crudo hasta 110 MBD.
Dentro de las expansiones realizadas deben señalarse la construcción de la
Unidad de GLP en 1966 con una capacidad de 1,0 MBD, la instalación del
despojador de Gasóleo Pesado Atmosférico en 1967 y la Unidad de Pre-Tratadora
de Naftas en 1969. Con estas ampliaciones se incrementó la capacidad de
instalación de 55 a 85 MBD (1964) y de 85 a 110 MBD (1969).
En el año 1982 se completaron las modificaciones asociadas al cambio de patrón
de refinación (Proyecto ELPAEX), mediante el cual se incorporó la unidad de
destilación al Vacío de 66 MBD, Desintegración Catalítica de 42 MBD y Alquilación
de 22 MBD y una serie de mejoras en la unidad de Crudo para incrementar la
capacidad de producción de gasolinas sin aumentar la capacidad de
procesamiento de crudo. Con el nuevo patrón de refinación, la producción de
gasolinas pasó a 81 MBD. Adicionalmente, se instalaron las unidades de
Tratamiento por Oxidación de Mercaptanos para Gasolina, Oxidación de
Mercaptanos para Olefinas, Tratamiento de Aguas Agrias, Sistema de remoción
de H2S con Aminas y Planta de Recuperadora de Azufre, así como también se
hicieron cambios en Servicios Industriales, por la instalación de la planta de
Tratamiento de Efluentes con una capacidad de tratamiento de 930 GPM, en
DERECHOS RESERVADOS
88
cuanto a la generación de electricidad y vapor se construyó la nueva planta
eléctrica con tres modernos turbogeneradores a vapor para suministrar los
requerimientos en energía y de vapor acorde con la expansión realizada.
En el año 1986, con miras a diversificar la elaboración de productos y garantizar
suministro al Mercado Interno, entró en servicio una unidad de Solventes
Aromáticos, con capacidad de producir 2,4 MBD, la cual fue construida
maximizando el aprovechamiento de las instalaciones desincorporadas en la
Refinería de Morón.
En el año 1990 entró en servicio la Unidad de Reformación Catalítica expandida
hasta 9,5 MBD, la cual alimenta el Complejo BTX, con una capacidad total de 125
MTA de aromáticos de alta pureza, el cual produce Benceno, Tolueno y Orto
xileno.
En el año 1991, se realizó la expansión de la Planta de Craqueo Catalítico
llevando su capacidad a 54 MBD.
En el año 1993 se realizaron modificaciones en la torre de destilación atmosférica,
con la finalidad de mejorar el fraccionamiento en dicha torre mediante el remplazo
de platos de válvulas y campanas, por empaques estructurados en las zonas de
tope y lavado de la misma. Alcanzando una capacidad de 120 MBD.
Adicionalmente, es importante mencionar que para el mes de septiembre del año
1993 se puso en servicio la unidad de Producción de Oxigenados, la cual posibilitó
el cumplimiento de los requerimientos de gasolinas reformuladas para el mercado
norteamericano. En 1997 se llevaron a cabo una serie de modificaciones en el tren
de precalentamiento de crudo, circuitos de destilados, sistema de vapor de
despojamiento, torres y despojadores bajo una base de 130 MBD de crudo típico,
con el fin de eliminar restricciones hidráulicas y térmicas existentes en dichos
sistemas. Posteriormente, en el año 2002, se realizaron modificaciones en la
DERECHOS RESERVADOS
89
Unidad de Destilación Atmosférica que permitieron ampliar su capacidad de
procesamiento a 140 MBD.
En el año 2008, a través del PICC, Proyecto de Incremento de Carga Catalítica, se
realizaron las modificaciones en la planta de la Unidad de Craqueo Catalítico
(FCC) a fin de incrementar su capacidad de 54 MBD a 65 MBD. (PDVSA, 2010)
2.3.4.1. Fuente de suministro de crudos y otros insumos
Los crudos que se procesan en la refinería El Palito provienen de Barinas, a través
de un oleoducto de 340 km de longitud y de 50 cm de diámetro, el más largo del
país y cuya capacidad es de 100 MBD de crudo. También recibe por tanqueros del
terminal de Puerto la Cruz, crudos livianos/medianos. Los otros insumos recibidos
por la RELP, son recibidos a través de buques y tanques petroleros, provenientes
de otras refinerías. (PDVSA, 1992)
2.3.4.2. Descripción de las unidades de proceso
La Refinería El Palito, está conformada por tres grandes áreas: Crudo, Conversión
Media y Servicios Industriales. El área de crudo la conforman las plantas de
Destilación, Vacío, Planta de Gasolina, Hidrotratamiento de Naftas (HDT),
Reformación (PTR) y Solventes Industriales (BTX), y el área de Conversión
Media, lo conforma la planta de Craqueo Catalítico, Plantas de Oxidación de
Mercaptanos y Aminas, la Unidad Despojadora de Aguas Ácidas y la Planta
Recuperadora de Azufre, Alquilación y Oxigenados. Servicios Industriales está
conformado por Sistemas de Calderas, Generación Eléctrica, Tratamiento de
Efluentes y Sistema cerrado de Enfriamiento. (PDVSA, 2010)
DERECHOS RESERVADOS
90
Figura 2.10. Diagrama de flujo de procesos simplificado de la RELP. (PDVSA, 2010)
DERECHOS RESERVADOS
91
Destilación atmosférica
La planta de destilación atmosférica de la refinería El Palito tiene la flexibilidad de
procesar crudos en el rango de 22 a 32° API, siendo la dieta óptima de 27 a 29
°API. Esta unidad está integrada con una planta de fraccionamiento de livianos de
donde se obtienen los siguientes productos:
Gases: que se envían a la planta de gases y la unidad de desintegración
catalítica para recuperar el butano y el propano.
Nafta liviana y nafta de rango completo: que se usan como componente
de gasolina.
Nafta pesada: que se envía a la unidad de reformación y/o mezcla e
gasolina.
Kerosén: que se puede usar como combustible de aviación, kerosén
iluminante y como componente del residual de alto azufre.
Gasóleos atmosféricos (liviano y pesado): que se envían a mezcla de
diesel.
Residuo atmosférico: que constituye la alimentación de la planta de
destilación al vacío. (PDVSA, 1992)
Los puntos de corte de las unidades de destilación se encuentran en la tabla 2.11.
Reformación catalítica y Planta de solventes
Esta unidad procesa nafta pesada y su objetivo es aumentar el octanaje de esta.
Los productos obtenidos son: nafta reformada que se envía a la planta de
solventes y/o a mezcla de gasolina y gas, que se envía a desintegración catalítica
para recuperación de livianos o al sistema de gas combustible.
DERECHOS RESERVADOS
92
En la Planta de solventes, se separa la nafta reformada en solventes con
diferentes concentraciones de aromáticos, mediante destilación primaria y
secundaria. Las corrientes obtenidas están ya en especificación de productos
terminados son: Insol 210, Heptano comercial, Disolín 54A, Xileno comercial y
Disolín 88A que se comercializan como solventes. El heptano y el xileno comercial
deben sus nombres a que el producto contiene alto porcentaje de estos
compuestos, mientras que el Disolín 54A y 88A al porcentaje de aromáticos.
(PDVSA, 1992)
Destilación al vacío
Esta unidad, procesa el residuo atmosférico, su objetivo principal es producir
alimentación a la unidad de desintegración catalítica. Los productos obtenidos son:
gasóleo de vacío liviano y pesado, que se envían a la desintegración catalítica,
pudiendo una parte del liviano ser enviada directamente a diesel, y el residuo de
vacío que se usa como componente principal del residual de alto azufre. (PDVSA,
1992)
Desintegración catalítica
Esta unidad tiene una capacidad de procesar gasóleos de vacío con una
conversión del orden de 85% en volumen. En esta unidad, los gases de
combustión son aprovechados para producir energía en el tren de recuperación de
potencia. Los productos obtenidos en esta unidad son:
Gases no condensables: que se envían al sistema de gas
combustible, previo tratamiento con aminas.
Olefinas: que se envían a tratamiento con aminas y Oxidación de
mercaptanos antes de ir a alquilación.
Nafta catalítica: que va a mezcla de gasolina vía tratamiento
Oxidación de mercaptanos.
DERECHOS RESERVADOS
93
Aceite cíclico liviano y aceite lodoso: que se utilizan como
componentes de diesel y residual de alto azufre. El Aceite lodoso
también puede usarse para la producción de alquitrán aromático.
(PDVSA, 1992)
Alquilación
La unidad de alquilación con HF utiliza como alimentación olefinas (butilenos,
propilenos y/o amilenos) provenientes de desintegración catalítica e isobutano,
llevado desde José Antonio Anzoátegui. Los productos obtenidos son alquilato y
butano que se usan como componentes de gasolina y el propano que se
comercializa como GLP. (PDVSA, 1992)
Unidades de tratamiento de productos y Recuperación de azufre
Con la finalidad de eliminar los compuestos de azufre de diferentes productos, se
dispone de facilidades de tratamiento, las cuales se describen a continuación:
Unidad de tratamiento con aminas: en esta unidad se remueve el
sulfuro de hidrógeno (H2S) de los gases y olefinas producidos en la
unidad de desintegración catalítica. Como resultado del tratamiento
se produce una corriente de gas ácido con alto contenido de sulfuro
de hidrógeno, la cual es enviada a la unidad de recuperación de
azufre. (PDVSA, 1992)
Unidad de oxidación de mercaptanos para olefinas: Donde la
corriente olefínica es tratada para remover los mercaptanos, antes
de su procesamiento en la unidad de alquilación. (PDVSA, 1992)
Unidad de oxidación de mercaptanos para gasolinas: trata la nafta
producida en la unidad de desintegración catalítica. Posteriormente,
la nafta es enviada a los tanques de almacenamiento para usarse en
mezclas de gasolinas. (PDVSA, 1992)
DERECHOS RESERVADOS
94
Unidad de despojamiento de Aguas agrias: trata el agua de desecho
de las unidades de desintegración catalítica y destilación, la cual es
reutilizada en los desaladores o descargada al sistema de agua de
drenaje de la refinería. (PDVSA, 1992)
Unidad de recuperación de azufre tipo Claus: El gas ácido con alto
contenido de sulfuro de hidrógeno es alimentado a esta unidad para
convertirlo para convertirlo en azufre, recuperando, teóricamente, el
93% de este en forma líquida, el cual es enviado a un reservorio y
luego al tanque de suministro. (PDVSA, 1992)
BTX (Benceno – Tolueno – Xileno)
La unidad BTX de la refinería El Palito, cuya construcción finalizó en julio de 1990,.
Dicha unidad está conformada por cuatro plantas:
Unidad de Sulfolane: produce Benceno y Tolueno puros y una mezcla de
Xilenos.
Unidad de Fraccionamiento de Xilenos: produce orto-Xileno puro.
Unidad de isomerización de Xilenos: convierte meta y para-Xileno en orto-
xilenos.
Unidad de Hidrodesalquilación Térmica: convierte tolueno y xileno a
benceno. (PDVSA, 1992)
2.3.4.3. Entregas y Compromisos
La Refinería El Palito tiene como objetivo fundamental el abastecimiento de
productos al Mercado Interno de la Región Centro quedando el excedente no
consumido por este mercado para exportación. A continuación se detallan los
productos de entrega al Mercado Interno y Exportación.
DERECHOS RESERVADOS
95
La siguiente figura muestra un esquema de distribución de productos. (PDVSA,
2010)
Figura 2.11. Esquema de distribución de Productos. (PDVSA, 2010).
Mercado interno
El mercado interno requiere de la disponibilidad de Gasolinas (RON 91 y 95),
Combustibles Residuales (Fuel Oil), Diesel, Kerosén, Alquitrán Aromático,
Solventes, Solventes Industriales y GLP. (PDVSA, 2010)
Para su distribución la Refinería El Palito cuenta con 3 centros de distribución:
El llenadero El Palito, donde se distribuyen los productos ya mencionados:
Gasolinas (RON 91 y 95), Combustibles Residuales (Fuel Oil), Diesel, Kerosén,
Alquitrán, Aromáticos, Solventes y GLP. (PDVSA, 2010)
Centro de Distribución Yagua, ubicado en las cercanías de Valencia en la
población del mismo nombre, que despacha Gasolinas (RON 91 y 95) y Diesel.
(PDVSA, 2010)
DERECHOS RESERVADOS
96
Centro de Distribución Barquisimeto, ubicada en la carretera Cabudare (Edo Lara),
vía a Acarigua (Edo. Portuguesa). Despacha Gasolinas (RON 91 y 95) y Diesel.
(PDVSA, 2010)
Mercado de Exportación
Para el mercado de exportación se destinan Jet A1 y Fuel Oil. (PDVSA, 2010)
2.3.5. Herramientas de manejo de datos
Se presenta una breve reseña de las aplicaciones utilizados para el manejo y
procesamiento de datos.
2.3.5.1. Aplicación para el manejo de ensayos de crudo (H/CAMS)
“Crude Assay Management System” licenciado por Haverly Systems, forma parte
de un grupo de aplicaciones, bases de datos y otros servicios. Provee de
información detallada acerca de las calidades de crudos, lo cual es muy
importante para compañías petroleras y petroquímicas para la toma de una gran
variedad de decisiones. Esta aplicación es capaz de determinar y relacionar los
efectos asociados con el mezclado y destilación de crudos a partir de sus ensayos
(assay). Posee distintas utilidades que permiten actualizar los datos fácilmente con
el fin de asegurar resultados más exactos, al igual que interfaces con todas las
aplicaciones de planificación mediante programación lineal y simulación de
procesos. (Technotrade, 2012).
DERECHOS RESERVADOS
97
2.3.5.2. Aplicación de optimización mediante programación lineal
(PIMS)
“Process Industry Modeling System” es un software de la empresa AspenTech
basado en herramientas de optimización mediante programación lineal. Es
especialmente útil para realizar evaluaciones económicas a corto y largo plazo. Su
principal aplicación se encuentra en las industrias del petróleo, petroquímicas y
relacionadas. Los principales usos de esta aplicación son:
Planificación de operaciones (a corto plazo).
Optimización de procesos.
Evaluación de dietas de crudo.
Economía de mezclado de productos.
Gerencia de inventarios (PPIMS).
Apreciación de inversión de capitales (largo plazo). (Aspen Technology,
2008).
Modelo de Programación Lineal de la RELP
Este es un modelo de programación lineal, utilizado para predecir el
comportamiento individual de la refinería El Palito, tanto a nivel económico como
de rendimientos de los crudos. Su cometido es el de optimizar las ganancias, es
decir, el margen de refinación, mediante su función objetivo que representa la
diferencia entre las ganancias provenientes de la venta de productos y la inversión
en compra de materias primas, además de incluir diversos costos y beneficios.
Este modelo cuenta con 1 234 variables y 1 181 restricciones.
DERECHOS RESERVADOS
98
Está organizado en 6 grupos de tablas, las cuales se mencionan a continuación:
1. “Supply/Demand” (Compras/Ventas): donde se reflejan, todos los productos
que se compran y venden en la refinería, desde materias primas hasta
productos terminados, incluyendo los servicios industriales.
2. “Distillation” (Destilación): aquí se encuentran básicamente los detalles de
los crudos a procesar (ensayos o “assay”), cortes y el modelo de la torre de
destilación atmosférica.
3. “Submodels” (submodelos): en las que se encuentra la información
relacionada con todas las unidades de proceso, desde límites de
capacidad, hasta los detalles de su comportamiento.
4. “Recursion”: la cual cumple la función de representar unidades de mezclado
ficticias, se encuentran los valores iniciales de las propiedades para las
iteraciones.
5. “Miscellaneous”: con la que se pueden realizar diversas actividades, una de
las más importantes es la de ingresar al modelo los casos de estudio.
6. “Blending”: tablas con las especificaciones de las corrientes que deben ser
mezcladas.
En las siguientes figuras se ilustra la composición del modelo mencionado,
mostrando como se componen las tablas Supply/Demand, Distillation y
Submodels. Al igual, que el diagrama de flujo del modelo.
DERECHOS RESERVADOS
99
Figura 2.12. Toma de pantalla de las tablas del modelo local RELP (1).
Figura 2.13. Toma de pantalla de las tablas del modelo local RELP (2).
DERECHOS RESERVADOS
100
Figura 2.14. Diagrama de flujo de la RELP generado por PIMS.
DERECHOS RESERVADOS
101
2.4. Sistema de variables
Objetivo general: Evaluar dietas de crudo alternativas para la refinería El Palito en base a su desempeño técnico y económico.
Objetivos específicos Variables Dimensión Indicador
Definir las premisas operacionales y de mercado inherentes a la RELP.
Die
ta d
e cr
udo
de la
refin
ería
El P
alito
Premisas operacionales y de mercado
Condiciones de diseño de la RELP.
Escenario de precios. Demanda del Mercado local. Dieta del Caso base. Compras en el Caso Base. Ventas en el Caso Base Mercado foráneo de crudos a
analizar. Identificar los crudos que podrían integrar la dieta de la RELP, considerando los mercados estratégicos disponibles, la oferta y los parámetros operacionales de la refinería.
Mercado de crudos
Crudos locales disponibles. Crudos foráneos disponibles. Características de los crudos. Oferta.
Determinar el impacto técnico y económico de las dietas de crudo en la RELP, considerando los lineamientos de optimización correspondientes, así como también las premisas operacionales y de mercado.
Premisas estratégicas Lineamientos de optimización.
Dietas preliminares de crudos
Distribución de las dietas de crudo.
Producción para el mercado nacional.
DERECHOS RESERVADOS
102
Objetivo general: Evaluar dietas de crudo alternativas para la refinería El Palito en base a su desempeño técnico y económico.
Objetivos específicos Variables Dimensión Indicador
Determinar el impacto técnico y económico de las dietas de crudo en la RELP, considerando los lineamientos de optimización correspondientes, así como también las premisas operacionales y de mercado.
Die
ta d
e cr
udo
de la
refin
ería
El P
alito
Análisis técnico-económico
Valor de la función objetivo. Rendimientos de destilación
atmosférica y al vacío. Rendimientos de los
productos terminados. Características de las dietas
óptimas.
Contrastar los resultados de las dietas de crudo analizadas en concordancia con las premisas operacionales, de mercado y estratégicas establecidas.
Características de las dietas
Valor de la función objetivo. Rendimiento de productos
para el Mercado Nacional. Rendimiento de productos
para exportación. Características de las dietas.
DERECHOS RESERVADOS
CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO
Este capítulo aborda la metodología empleada para el desarrollo de este trabajo
especial de grado, específicamente, el tipo y diseño de la investigación, las
técnicas e instrumentos de recolección de datos y las fases en las que fue
desarrollado.
3.1. Tipo de investigación
El tipo o nivel de investigación se “refiere al alcance que puede tener una
investigación científica” (Hernández, 1991). Por otra parte, González (1993)
propone, en líneas generales, que “un trabajo de grado, según su tipo, puede
clasificarse como una investigación: histórica, exploratoria, descriptiva,
correlacional, explicativa, teórica, cualitativa, documental, evaluativa, educación
comparada, proyecto factible, experimental, ex-post-facto, psicoanalítica e
investigación-acción.”
De acuerdo a la UPEL (2006), se considera un proyecto factible a “la
investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo
viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de
organizaciones o grupos sociales; puede referirse a la formulación de políticas,
programas, tecnologías, métodos o procesos”.
En su libro, Hurtado (2000) menciona que “la investigación proyectiva se ocupa de
cómo deberían ser las cosas para alcanzar unos fines y funcionar
adecuadamente… Tiene que ver directamente con la invención, pero también con
los procesos de planificación”.
DERECHOS RESERVADOS
104
Según Arias (1999), “se trata de una propuesta de acción para resolver un
problema práctico o satisfacer una necesidad. Es indispensable que dicha
propuesta se acompañe de una investigación, que demuestre su factibilidad o
posibilidad de realización”.
En palabras de Hurtado (2000), el proyecto factible “trasciende el campo del
“como son” las cosas, para entrar en el campo del “cómo podrían o cómo deberían
ser”, en términos de necesidades, preferencias o decisiones de ciertos grupos
humanos”.
Tomando en consideración lo planteado anteriormente, se considera que la
presente investigación está ajustada a lo que se conoce como proyecto factible o
investigación proyectiva, debido a que el propósito de esta es el evaluar modelos
operativos viables (dietas de crudo para la RELP), en requerimiento de PDVSA.
Siendo esto una actividad de planificación de la refinería, en la cual se utilizarán
herramientas para evaluar “como podrían ser” determinadas situaciones
relacionadas a las diferentes dietas estudiadas, para determinar así su factibilidad.
3.2. Diseño de la investigación
El diseño de la investigación según Hernández Sampieri, Fernández Collado y
Baptista (2006), “se refiere al plan o estrategia concebida para obtener la
información que se desea”. Así mismo, González (1993), considera “al diseño de
la investigación como la parte procedimental de cómo realizar la investigación
prevista”. Por último, Arias (1999), lo define como “la estrategia que adopta el
investigador para resolver el problema planteado”.
Con respecto al desarrollo de la investigación, en palabras de Hernández y otros
(2006), “las investigaciones cualitativas no se plantean con detalle y están sujetas
DERECHOS RESERVADOS
105
a cada circunstancia en particular. En el enfoque cualitativo, el diseño, se refiere al
abordaje general que habremos de utilizar en el proceso de investigación”.
En referencia a la forma de realizar las pruebas, para Arias (1999), el diseño
experimental es un “proceso que consiste en someter a un objeto o grupo de
individuos a determinadas condiciones o estímulos (variable independiente), para
observar los efectos que se producen (variable dependiente)”.
Dentro del diseño experimental González, Yll y Curiel (2003), definen el diseño
estadístico de experimentos; este consiste en el modelado matemático del
fenómeno físico que se pretende estudiar, de tal manera que se reduce al mínimo
el número de corridas de experimentos que se realizan en la realidad, solo
ejecutando los necesarios para preparar el modelo. A su vez, dicho modelado
debe entenderse como un paso hacia la simulación, la cual a su vez “se debe
considerar como una herramienta a utilizar en el análisis de procesos”. Sobre la
simulación expresan:
Es un procedimiento para la realización de experimentos por medio de una computadora digital y con la ayuda de modelos matemáticos, con el fin de obtener información sobre el comportamiento del sistema… En general, mediante las técnicas de simulación se pueden analizar el efecto de las interrelaciones de un sistema o proceso dado, determinar las recirculaciones (de materiales, energía o información), hacer estudios de capacidad, detectar cuellos de botella, definir las condiciones límites de operación y otras aplicaciones más.
En lo que respecta a la manera de recolectar la información, Arias (1999), señala
que el diseño documental es aquel que “se basa en la obtención y análisis de
datos provenientes de materiales impresos u otros tipos de documentos”.
En consecuencia, el diseño del presente trabajo especial de grado puede
establecerse como cualitativo, debido, a que al existir una oferta tan grande de
DERECHOS RESERVADOS
106
estos, algunos fueron descartados en base a las circunstancias y experiencias con
crudos similares.
También se considera estadístico-experimental, debido a que se manipuló la
alimentación de crudo a la RELP (variable independiente), mediante simulaciones
(optimizaciones) con los modelos ya existentes, para observar las variaciones en
los rendimientos de refinación (variable dependiente). Por último, se califica como
documental, ya que, la información sobre cada uno de los crudos y productos a
analizar (ensayos, disponibilidades, demandas, precios, entre otros), forma parte
de una base de datos perteneciente a PDVSA.
3.3. Técnicas de recolección de información
Según Arias (1999), “las técnicas de recolección de datos son las distintas formas
o maneras de obtener la información”. De igual forma González, Yll y Curiel
(2003), las definen como “el medio a través del cual se establece la relación entre
el investigador y el consultado para la recolección de datos”. Por último, Hurtado
(2000) menciona que “las técnicas de recolección de datos comprenden
procedimientos y actividades que le permiten al investigador obtener la
información necesaria para dar respuesta a su pregunta de investigación”.
Hurtado (2000) menciona que la observación “constituye un proceso de atención,
recopilación, selección y registro de información, para el cual el investigador se
apoya en sus sentidos”. Este autor clasifica los tipos de observación, como
participante y no participante, siendo la primera aquella en la que el observador se
involucra en el evento a investigar. (Hurtado, 2000).
Otra técnica de recolección de datos es la revisión documental, la cual es definida
por Hurtado (2000) como “una técnica en la cual se recurre a información escrita,
ya sea bajo la forma de datos que pueden haber sido producto de mediciones
DERECHOS RESERVADOS
107
hechas por otros, o como textos que en sí mismos constituyen los eventos de
estudio”.
De acuerdo a Hurtado (2000), la entrevista “supone la interacción verbal entre dos
o más personas. Es una conversación, en la cual, una persona (el entrevistador)
obtiene información de otras personas (entrevistados), acerca de una situación o
tema determinados”. Según el mismo autor, existen dos tipos de entrevista, la
estructurada y la inestructurada, esta última consiste en “formular preguntas de
manera libre, con base a las respuestas que va dando el interrogado”.
En la presente investigación se utilizaron las técnicas definidas anteriormente; de
tal manera que revisión documental se aplicó para el establecimiento de las
premisas operacionales y demás búsquedas de información. La técnica de
entrevista inestructurada para consultas sobre los diferentes aspectos
relacionados con expectativas de producción (compromisos de la refinería) y
utilización de los modelos. Por último, la observación participante se utilizó para
reportar los diferentes rendimientos de las dietas de crudo optimizadas.
3.4. Instrumentos de recolección de información
A continuación se presentan los instrumentos utilizados para la recolección de
datos en el presente trabajo especial de grado.
La siguiente tabla está diseñada para comparar las propiedades de un crudo o
dieta de crudos con el rango óptimo operativo de RELP.
Tabla 3.1. Características que debe cumplir la dieta de la RELP. Propiedad Valor Dieta/Crudo Rango Unidad
Gravedad API °API TAN mg KOH/g
Azufre % p/p
DERECHOS RESERVADOS
108
En esta tabla se recogen las propiedades más importantes con las que debe
cumplir un crudo o dieta de crudos para que sea factible un procesamiento óptimo
con las unidades de proceso de la RELP. La data necesaria puede provenir del
ensayo de un crudo en particular, o en el caso de las mezclas puede provenir de
las predicciones de la aplicación de manejo de crudos.
La siguiente tabla esta concebida para el establecimiento del caso base de
estudio. En esta se recogen los crudos y volumetrías promedio proyectadas
para el procesamiento en la RELP.
Tabla 3.2. Dieta de crudo proyectada para la RELP. Crudo Cantidad (MBD)
Tabla de rendimientos volumétricos máximos, que no pueden exceder las
corrientes provenientes de la columna de destilación atmosférica.
Tabla 3.3. Manejo máximos de las corrientes de destilación. Corriente Flujo máximo en MBD
Nafta completa (LSR + HSR + HNS) Kerosén
Gasóleo liviano Gasóleo pesado
Gasóleo liviano de vacío Gasóleo pesado de vacío
Residuales
En la tabla anterior se representan los rendimientos volumétricos obtenidos de la
destilación atmosférica y al vacío de una determinada dieta de crudos. Su fin, es
prevenir cuellos de botella, es decir volumetrías que no puedan ser manejadas por
las diferentes unidades de proceso.
DERECHOS RESERVADOS
109
En la tabla siguiente se encuentran los precios de los productos que surte la
RELP en el mercado nacional.
Tabla 3.4. Set de precios de productos de la RELP. Nombre del
Producto 1er
Trimestre 2do
Trimestre 3er
Trimestre 4to
Trimestre Promedi
o Gasolina RON 95 Gasolina RON 91
Diesel Jet A1
Residual
Como puede observarse, en la tabla anterior se encuentran los precios
proyectados para el año 2012 de cada uno de los productos que surte la refinería
al mercado local, y el promedio de estos a lo largo del año.
La siguiente tabla fue utilizada para registrar los estimados de producción
de los productos surtidos por la RELP en el mercado nacional, y
compararlos con los volúmenes esperados de producción, por medio de su
diferencia.
Tabla 3.5. Producción de la RELP en el mercado nacional. Nombre del
Producto Cuota de producción
RELP Demanda Centro Diferencia Unidad
Gasolina RON 95 MBD Gasolina RON 91 MBD
Diesel MBD Jet A1 MBD
Residual MBD
DERECHOS RESERVADOS
110
La siguiente tabla fue utilizada para condensar la información relativa a los
rangos de capacidad de las distintas unidades de proceso.
Tabla 3.6. Rango de capacidad de las unidades de proceso. Unidad Cap. Mínima (MBD) Cap. Máxima (MBD)
Destilación de crudo
Reformación
Unidades de C y T
Tabla de propiedades de productos terminados. Fue utilizada para indicar
algunas de las especificaciones de los productos colocados en el mercado
nacional.
Tabla 3.7. Especificaciones de los productos del mercado nacional.
Producto Gasolina RON 95
Gasolina RON 91 Diesel Jet A1 Residual
Especificación Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx.
El siguiente instrumento fue utilizado para registrar los insumos y productos
requeridos/producidos por cada uno de los casos evaluados en su
configuración inicial.
Tabla 3.8. Requerimientos/Productos de la refinería.
Total de crudos
Total de productos LPG
Gasolina RON 91 Gasolina RON 95 Jet Mercado Local
Jet exportación
DERECHOS RESERVADOS
111
Tabla 3.8. Continuación Total de productos
Diesel Mercado local Residual y asfalto M.L. Residual y asfalto Exp.
La tabla que sigue, se utilizó para la comparación de los casos evaluados.
Se presenta en su forma mas sencilla; la utilizada para comparar
únicamente la compra y venta de productos/insumos. Esta fue
complementada con otros parámetros de comparación.
Tabla 3.9. Comparación de Casos.
Los datos de la tabla anterior son generados, en una muy similar, por la opción
CASE COMPARISION SPREADSHEET de Aspen PIMS.
La siguiente tabla se utilizó para recoger y presentar la oferta de los crudos
disponibles.
Tabla 3.10. Oferta de crudos. Crudo Cantidad disponible (MBD)
Caso Función Objetivo (M$/día):
Compra de insumos (MBD)
Venta de productos (MBD)
Análisis económico (M$/día)
DERECHOS RESERVADOS
112
3.5. Fases de la investigación
En esta sección, se procede a puntualizar cada uno de las etapas llevadas a cabo
para la consecución del objetivo general: Evaluar dietas de crudo alternativas para
la refinería El Palito, en base a su desempeño técnico y económico. De tal
manera, que se indican cada uno de los objetivos específicos en forma de fases,
para luego señalar las actividades que comprenden cada uno de ellos.
Fase I: Definir las premisas operacionales y de mercado inherentes a la
RELP.
Verificación de las condiciones de diseño de la RELP; tanto de volumetría,
como de características del crudo que puede procesar satisfactoriamente.
Definición del escenario de precios apropiado.
Determinación de las expectativas de producción, de acuerdo con la demanda
del mercado nacional.
Establecimiento del caso base en el modelo de la RELP, según el siguiente
procedimiento:
1. En la tabla CASE, del menú MISCELLANEUS, utilizando el comando
MODIFIES se creó el CASO BASE a partir de la última corrida realizada en
el modelo de programación lineal
2. Se ajustó la dieta de crudo a la establecida.
3. Mediante corridas de prueba se optimizaron las volumetrías de insumos, y
productos ajustándose a la demanda. (Ver Figuras A.3 y A.4.)
Selección del mercado foráneo de crudos a analizar.
DERECHOS RESERVADOS
113
Fase II: Identificar los crudos que podrían integrar la dieta de la RELP,
considerando los mercados estratégicos disponibles, la oferta y los
parámetros operacionales de la refinería.
Caracterización de los crudos nacionales a evaluar según el siguiente
procedimiento:
1. En la tabla “CASE”, se crearon los casos correspondientes a cada dieta de
crudo. Se realizaron los cambios pertinentes en las tablas de compras y
ventas, entre ellos el cambio en las restricciones y agregar la compra de los
nuevos crudos.
2. En la tabla CASE, se inhabilitó la acción de la tabla RATIO que establecía
una relación de compra de 10 MBD de Crudo E por cada 90 de Crudo A.
(Ver Figura A.5.)
3. En la tabla ASSAY, del menú Distillation, se agregaron los ensayos de los
crudos que serán incluidos (que preliminarmente se obtuvieron a través de
la aplicación de manejo de crudos:
3.1. Se ingresaron los rangos de temperatura típicos requeridos de los
cortes obtenidos en la refinería
3.2. Se seleccionaron las propiedades requeridas en el reporte de los
ensayos.
3.3. Se convirtió el reporte de salida de la aplicación de manejo de crudos
a formato de Microsoft Excel (.xls).
4. Seguidamente, se agregó la posibilidad de alimentación a destilación de los
crudos incluidos a través de la tabla correspondiente
Selección de los crudos de los mercados estratégicos seleccionados aptos
para formar parte de la RELP, verificando:
1. Oferta (disponibilidad).
2. Cumplimiento de las condiciones de diseño de la refinería respecto a
especificaciones de los crudos.
Revisión de las cantidades disponibles (oferta) de los crudos seleccionados.
DERECHOS RESERVADOS
114
Inclusión de los crudos foráneos en el modelo de la RELP, según el
procedimiento ya especificado para los crudos nacionales.
Fase III: Determinar el impacto técnico y económico de las dietas de crudo
en la RELP, considerando los lineamientos de optimización
correspondientes, así como también las premisas operacionales y de
mercado.
Definición de los lineamientos de optimización: Parámetros tomados en cuenta
para la optimización de las corridas.
Se realizaron corridas preliminares del modelo, para todas las dietas a evaluar,
incluyendo los escenarios futuros; tanto para los crudos locales, como los
foráneos, con el fin de obtener puntos de partida para su evaluación.
Optimización de la simulación del modelo, para:
1. Crudos nacionales.
1.1. Optimización del modelo.
1.1.1. Ajuste del modelo para la inclusión de corrientes para
aumentar la flexibilidad en las mezclas de diesel
1.2. Verificación de las especificaciones de la mezcla de cruda óptima
1.2.1. Selección de los crudos que componen la mezcla.
1.2.2. Especificación de la composición de la mezcla
1.2.3. Archivado de la mezcla.
1.2.4. Corte del ensayo.
1.2.5. Exportación del ensayo a formato Excel (.xls).
2. Crudos foráneos seleccionados.
2.1. Optimización del modelo.
2.2. Verificación de las especificaciones de la mezcla óptima en la
herramienta de manejo de crudos usada, según procedimiento ya
especificado.
DERECHOS RESERVADOS
115
Consideración de los escenarios futuros:
1. Proyección de la producción de Crudo B.
2. Interacción con la Refinería Batalla de Santa Inés (RBSI).
2.1. Revisión de la disponibilidad del Crudo F.
2.2. Inclusión del Crudo F en el modelo.
2.3. Evaluación de la oportunidad de incluir el Crudo F en la dieta de la
RELP.
3. Incremento de la demanda de Diesel para la generación de electricidad.
3.1. Revisión de las nuevas demandas de diesel automotor y para la
generación de electricidad.
3.2. Inclusión del producto diesel para electricidad (NMV) en el modelo.
3.2.1. Se agregó la corriente en las tablas correspondientes para
ventas, mezclado y especificación
3.2.2. Se agrego el submodelo para el mezclado de diesel para
electricidad, con los parámetros de control: gravedad
específica, azufre, índice de flash, de viscosidad y número e
índice de cetano, según especificaciones de este producto.
3.3. Evaluación de los escenarios planteados.
Fase IV: Contrastar los resultados de las dietas de crudo analizadas en
concordancia con las premisas operacionales, de mercado y estratégicas
establecidas.
Comparación de los distintos casos desarrollados considerando los aspectos:
económicos (valor de la función objetivo, compra de insumos, transferencias y
venta de productos, tanto para el mercado local como foráneo), técnicos
(distribución de crudos, especificaciones de las dietas y componentes de los
productos clave) para:
1. Dietas alternativas para la RELP.
2. Escenarios futuros.
DERECHOS RESERVADOS
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE RESULTADOS
En este capítulo se detallan cada una de las actividades realizadas en el presente
trabajo especial de grado, al igual que se analizan y presentan todas sus
implicaciones y resultados.
4.1. Definir las premisas operacionales y de mercado inherentes a la RELP
En esta etapa se buscó identificar las necesidades tanto de la refinería como del
mercado local que esta cubre, al igual que su capacidad de producción, mediante
una revisión de las premisas de diseño de la RELP, proyecciones de precios y la
demanda del mercado suministrada por el ente de PDVSA responsable.
4.1.1. Verificación de las condiciones de diseño de la RELP; tanto de
volumetría, como de características del crudo que puede procesar
satisfactoriamente
En la siguiente tabla, se ilustran las propiedades más importantes a ser
consideradas para escoger un crudo o dieta de crudos, a ser procesada en la
RELP. Estas son la gravedad API, el contenido de azufre y el número total de
acidez (TAN).
Tabla 4.1. Características óptimas de un crudo para la RELP.
Propiedad Rango Unidad Gravedad API 27 - 29 °API
TAN < 0,5 mg KOH/g Azufre < 0,83 % p/p
DERECHOS RESERVADOS
117
Igualmente se investigó que existen condiciones de diseño que deben cumplirse,
estando definidas como cantidades máximas que pueden ser procesadas de los
productos provenientes de la destilación atmosférica y al vacío. En la siguiente
tabla se mencionan tales restricciones:
Tabla 4.2. Capacidades de manejo de los productos de destilación.
Corriente Flujo máximo en MBD Nafta completa (LSR + HSR + HNS) 18
Kerosén 25,2 Gasóleo liviano 20 Gasóleo pesado 10
Gasóleo liviano de vacío 12 Gasóleo pesado de vacío 45
Residuales 40
Los valores anteriores se refieren a las condiciones máximas operacionales,
contemplando las capacidades hidráulicas, térmicas entre otras. La importancia de
estas, radica, en que un exceso en alguna de estas crearía un cuello de botella en
la refinería, es decir, existiría demasiada producción de alguno de los productos
intermedios para la capacidad de almacenamiento y las unidades de
procesamiento posteriores; o arrastre de las corrientes más pesadas hacia las
más livianas, respectivamente.
Además se verificaron las capacidades de diseño y operación de las unidades
Las cuales se definen en la tabla 4.3 donde la capacidad minima se refieren a
mínimos operacionales y/o deseados de operación
DERECHOS RESERVADOS
118
Tabla 4.3. Rango de operación óptimo de las unidades de proceso. Unidad Cap. Mínima (MBD) Cap. Máxima (MBD)
Destilación de crudo Destilación atmosférica 110 140
Nafta Splitter --- 18 Destilación al vacío --- 87
Reformación Reformación catalítica 7,2 9,5
Solventes --- 1,2 Sulfolane 4,5 7,5
ISOMAR/Xilenos --- 2,5 Unidades de Conversión y Tratamiento
FCC 45 62 Tratamiento con Aminas --- 30
Alquilación --- 25
Respecto a las especificaciones de los productos se tiene:
Tabla 4.4. Especificaciones generales de los productos nacionales.
Producto Gasolina RON 95
Gasolina RON 91 Diesel Jet A1 Residual
Especificación Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. RON (Cetano) 95,5 - 91,5 - (43) - - - - -
DON 91,5 - 87,5 - - - - - - - RVP 5,5 9,2 5,5 9,2 - - - - - -
Olefinas (%v) - 25 - 25 - - - - - - Aromáticos (%v) - 35 - 35 - - - 25 - -
Olef. + Arom. (%v) - 45 - 45 - - - - - - Benceno (%v) - 1,2 - 1,2 - - - - - - Oxígeno (%v) - 2,7 - 2,7 - - - - - - Azufre (%p) - 0,06 - 0,10 - 0,5 - 0,26 - 3
Gravedad Espec. - - - - - - - 0,84 - 1 Punto de Humo, mm - - - - - - 19 - - -
Naftalenos (%p) - - - - - - - 3 - - Acidez Jet A1 - - - - - - - 0,015 - -
Dichas especificaciones cumplen las normas del mercado nacional, y son algunas
de las utilizadas por el modelo para el mezclado. Es tarea de la herramienta PIMS
dar por satisfechas tales limitaciones para cada una de las dietas evaluadas,
siempre que sea posible.
DERECHOS RESERVADOS
119
4.1.2. Definición del escenario de precios apropiado
Esta elección consiste principalmente, en como su nombre lo indica, el escenario
de precios de crudos y productos, a utilizar para todas las evaluaciones realizadas.
Cabe destacar, que el margen de refinación varía significativamente entre una
época y otra, ya que este depende netamente de dichos precios.
Se estableció como premisa trabajar en un escenario del promedio de las
proyecciones de precios para los cuatro trimestres del año 2012. A continuación,
se presenta una tabla con los precios proyectados por PDVSA para los productos
despachados por la RELP en el mercado nacional y el promedio de estos; así
como también para los principales crudos nacionales estudiados.
Tabla 4.5. Escenario de Precios de productos surtidos al mercado local. Nombre del
Producto 1er Trimestre
($/bbl) 2do Trimestre
($/bbl) 3er Trimestre
($/bbl) 4to Trimestre
($/bbl) Promedio
($/bbl) Gasolina RON 95 108,68 130,36 129,28 129,9 124,56
Gasolina RON 91 106,7 123,13 127,57 128,64 121,51
Diesel 109,58 125,14 128,09 129,35 123,04 Jet A1 119,05 132,52 134,65 135,49 130,43
Residual 87,91 100,49 102,56 106,39 99,34
Tabla 4.6. Escenario de precios de los crudos nacionales.
Crudo 1er Trimestre ($/bbl)
2do Trimestre ($/bbl)
3er Trimestre ($/bbl)
4to Trimestre ($/bbl)
Promedio ($/bbl)
Crudo A 94,80 110,21 114,16 114,06 108,31 Crudo D 88,70 103,10 107,20 110 102,25 Crudo C 87,10 101,40 105,60 108,40 100,63 Crudo E 90,33 105,28 107,47 111,05 103,53
DERECHOS RESERVADOS
120
4.1.3. Determinación de las expectativas de producción, de acuerdo con la
demanda del mercado nacional
La refinería El Palito se encarga de suplir el centro del país, y los excedentes de
producción son destinados a exportación. A continuación, se presenta la demanda
del centro del país (que cubre los centros de distribución de Barquisimeto, Yagua y
El Palito), en comparación con la cuota que cubre la RELP.
Tabla 4.7. Requerimientos pronostico del Mercado para el año 2012.
Nombre del Producto Cuota de producción RELP Demanda Centro Unidad
Gasolina RON 95 52,9 62,9 MBD Gasolina RON 91 29,3 29,3 MBD
Diesel 31,3 50,9 MBD Jet A1 1 1 MBD
Residual 2,5 0,12 MBD
Cabe destacar, que las cantidades suministras por refinería (cuota de producción)
fueron tomados como mínimos aceptables para establecer las premisas de
producción. Sin embargo, rendimientos por encima de la cuota de producción
fueron considerados resultados óptimos
4.1.4. Establecimiento del caso base en el modelo de la RELP
Esta etapa consistió en definir el caso base (caso que fue establecido para este
T.E.G), y servirá de comparación para los demás casos de estudio. Este caso
viene definido por una dieta de crudo proyectada, las premisas establecidas de
precios y cuotas de producción, los rendimientos de producción ya establecidos y
el valor de la función objetivo resultante.
DERECHOS RESERVADOS
121
Tabla 4.8. Dieta de crudo para caso base Dieta de crudo proyectada Crudo Cantidad (MBD)
Crudo B 53,9 Crudo A 74,9 Crudo E 6,2
Total: 135
Una vez establecidos los parámetros anteriores, se incluyó en el modelo el CASO
BASE, realizando algunas consideraciones conocidas como optimización. En esta
oportunidad se procedió a optimizar la alimentación y ventas de la refinería. En la
siguiente tabla se presenta un resumen de las compras y ventas del caso base:
Tabla 4.9. Volúmenes de Alimentación de crudo y productos Caso Base Crudos MBD Crudo B 54 Crudo A 75 Crudo E 6
Productos MBD LPG 2
Gasolina RON 91 29 Gasolina RON 95 63 Jet Mercado Local 1
Jet exportación 14 Diesel mercado local 51
Residual y asfalto M.L. 0,12 Residual y asfalto Exp. 44
En el Anexo #3, tabla A.1 se encuentra esta información, y la referente a la función
objetivo de forma mucho mas detallada. En la tabla A.2, se ubican las propiedades
de la dieta.
DERECHOS RESERVADOS
122
4.1.5. Selección del mercado foráneo de crudos a analizar
En base a una decisión netamente estratégica, sustentada primordialmente en
convenios vigentes y la buena relación interestatal con los países de la región,
además de oportunidades de compra significativas, se seleccionó como mercado
de estudio Latinoamérica.
4.2. Identificar los crudos que podrían integrar la dieta de la RELP
Durante esta fase se caracterizaron los crudos nacionales estudiados, y se
incluyeron en el modelo local de esta. De igual manera, se realizó un sondeo de
los crudos disponibles en el mercado estratégico anteriormente seleccionado, para
escoger los más adecuados para la RELP según las especificaciones ya
indicadas.
4.2.1. Caracterización de los crudos nacionales
Los crudos nacionales seleccionados para su estudio en el modelo local son:
Crudo A, Crudo C, Crudo E, Crudo D y el Crudo F. De estos, se utilizó
principalmente la combinación Crudo A – Crudo C, agregando a la dieta algún otro
de estos crudos (o los foráneos) y el Crudo E.
Tabla 4.10. Características de los crudos nacionales. Crudos Propiedad Valor del Crudo Rango Unidad
Crudo B Gravedad API 26,1 27 - 29 °API
TAN 0,11 < 0,5 mg KOH/g Azufre 0,94 < 0,83 % p/p
Crudo A Gravedad API 30,5 27 - 29 °API
TAN 0,20 < 0,5 mg KOH/g Azufre 1,02 < 0,83 % p/p
DERECHOS RESERVADOS
123
Crudo D Gravedad API 33,2 27 - 29 °API
TAN 0,05 < 0,5 mg KOH/g Azufre 0,08 < 0,83 % p/p
Crudo C Gravedad API 16,5 27 - 29 °API
TAN 1,22 < 0,5 mg KOH/g Azufre 2,62 < 0,83 % p/p
Crudo E Gravedad API 22,1 27 - 29 °API
TAN 0,04 < 0,5 mg KOH/g Azufre 1,02 < 0,83 % p/p
Crudo F Gravedad API 13,7 27 - 29 °API
TAN 0,37 < 0,5 mg KOH/g Azufre 1,43 < 0,83 % p/p
4.2.2. Selección de los crudos (de los mercados estratégicos seleccionados)
aptos para formar parte de la RELP
Como se mencionó anteriormente, el mercado donde se analizaron las ofertas
disponibles fue Latinoamérica. El documento utilizado para la consulta de dicha
fue información de la base de datos de crudo.
Considerando una oferta comercial recibida por PDVSA, motivada en una parada
de planta en su país de origen, se plantearon para su evaluación los siguientes
crudos:
Tabla 4.11. Características de los crudos foráneos. Crudos Propiedad Valor del Crudo Rango Unidad
Crudo G Gravedad API 24,1 27 - 29 °API
TAN 0,03 < 0,5 mg KOH/g Azufre 1,5 < 0,83 % p/p
DERECHOS RESERVADOS
124
Tabla 4.11. Continuación.
Crudo H Gravedad API 20 27 - 29 °API
TAN 0,06 < 0,5 mg KOH/g Azufre 1,96 < 0,83 % p/p
4.2.3. Revisión de la oferta de los crudos seleccionados
Tabla 4.12. Disponibilidad de los crudos seleccionados. Crudo Cantidad disponible (MBD)
Crudo A 115 Crudo C 50 Crudo D 50 Crudo E 6,2 Crudo F 20 Crudo G 150 Crudo H 50
La disponibilidad acorde a las ofertas y/o criterios internos según la experiencia
4.3. Determinar el impacto técnico y económico de las dietas de crudo
analizadas en la RELP
Durante esta etapa se establecieron y optimizaron, todas dietas de crudo
consideradas en este trabajo especial de grado, asegurando el cumplimiento de
los lineamientos de optimización establecidos. También se evaluaron los
escenarios futuros de mediano plazo, entre la puesta en marcha del proyecto BSI
y antes del proyecto de expansión de que se plantea para la refinería.
4.3.1. Definición de los lineamientos de optimización
Los lineamientos de optimización utilizados para la optimización de las dietas son
las siguientes:
DERECHOS RESERVADOS
125
Cumplimiento de la demanda del mercado local.
Maximización de las ganancias.
Incremento de los volúmenes de exportación.
Con respecto a los insumos hacia la refinería, estos se consideraron dentro de un
rango óptimo, en el cual se mantuvieron constantes.
4.3.2. Corridas preliminares
A continuación se presentan todos los casos de estudio planteados en esta
investigación, junto a sus respectivos puntos de partida (o corridas preliminares).
Cabe destacar, que los totales de productos incluyen los insumos a procesos
utilizados para su elaboración.
4.3.2.1. Dietas de crudos locales
1. Caso 1: Crudo A + Crudo C + Crudo D.
Tabla 4.14. Configuración inicial caso Crudo A + Crudo C + Crudo D. Crudos MBD Crudo A 97 Crudo C 14 Crudo D 29 Crudo E -
Productos MBD LPG 3
Gasolina RON 91 29 Gasolina RON 95 61 Jet Mercado Local 1
Jet exportación 16 Diesel mercado local 31
Residual y asfalto M.L. 0,12 Residual y asfalto Exp. 48
DERECHOS RESERVADOS
126
2. Caso 2: Crudo A + Crudo C + Crudo E
Tabla 4.15. Configuración inicial caso: Crudo A + Crudo C + Crudo E Crudos MBD Crudo A 115 Crudo C 10 Crudo E 6
Productos MBD LPG 3
Gasolina RON 91 29 Gasolina RON 95 57 Jet Mercado Local 1
Jet exportación 13 Diesel automotor 31
Residual y asfalto M.L. 0,12 Residual y asfalto Exp. 45
4.3.2.2. Dietas con crudos foráneos
1. Caso 3: Crudo A + Crudo E + Crudo G
Tabla 4.16 Configuración inicial caso Crudo A + Crudo G + Crudo E. Crudos MBD Crudo A 100 Crudo G 33 Crudo E 6
Productos MBD LPG 3
Gasolina RON 91 29 Gasolina RON 95 60 Jet Mercado Local 1
Jet exportación 15 Diesel mercado local 27
Residual y asfalto M.L. 0,12 Residual y asfalto Exp. 52
DERECHOS RESERVADOS
127
2. Caso 4: Crudo A + Crudo E + Crudo H
Tabla 4.17. Configuración inicial caso Crudo A + Crudo H + Crudo E. Crudos MBD Crudo A 115 Crudo H 8 Crudo E 6
Productos MBD LPG 3
Gasolina RON 91 29 Gasolina RON 95 53 Jet Mercado Local 1
Jet exportación 13 Diesel mercado local 31
Residual y asfalto M.L. 0,12 Residual y asfalto Exp. 43
3. Caso 5: Crudo D + Crudo G + Crudo A + Crudo E
Tabla 4.18. Configuración inicial caso Crudo D + CRG + Crudo D + Crudo E. Crudos MBD Crudo A 50 Crudo D 43 Crudo G 41 Crudo E 6
Productos MBD LPG 2
Gasolina RON 91 29 Gasolina RON 95 58 Jet Mercado Local 1
Jet exportación 20 Diesel automotor 30
Residual y asfalto M.L. 0,12 Residual y asfalto Exp. 41
DERECHOS RESERVADOS
128
4.3.2.3. Escenarios futuros a corto plazo
1. Escenario futuro 1: Crudo A + Crudo B (nueva producción)
Tabla 4.19. Configuración inicial caso Dieta Actual (nueva producción CRB).
Crudos MBD Crudo A 84 Crudo B 44 Crudo E 6
Productos MBD LPG 3
Gasolina RON 91 29 Gasolina RON 95 57 Jet Mercado Local 1
Jet exportación 14 Diesel mercado local 31
Residual y asfalto M.L. 0,12 Residual y asfalto Exp. 44
2. Escenario futuro 2: Crudo A + Crudo C + Crudo E + Crudo F
Tabla 4.20. Configuración inicial Crudo A + Crudo C + Crudo E y Crudo F.
Crudos MBD Crudo A 115 Crudo C - Crudo E 6 Crudo F 13
Productos MBD LPG 3
Gasolina RON 91 29 Gasolina RON 95 57 Jet Mercado Local 1
Jet exportación 12 Diesel mercado local 31
Residual y asfalto M.L. 0,12 Residual y asfalto Exp. 44
DERECHOS RESERVADOS
129
3. Escenario futuro 2: Crudo A + Crudo C + Crudo D + Crudo E +
Crudo F
Tabla 4.21. Configuración inicial Crudo A +Crudo C +Crudo D +Crudo E+ Crudo F.
Crudos MBD Crudo A 96 Crudo C - Crudo D 28 Crudo E 6 Crudo F 11
Productos MBD LPG 2
Gasolina RON 91 29 Gasolina RON 95 60 Jet Mercado Local 1
Jet exportación 20 Diesel mercado local 29
Residual y asfalto M.L. 0,12 Residual y asfalto Exp. 44
4. Escenario futuro 3: Crudo A + Crudo B + Crudo E, con
demanda proyectada de diesel para generación de electricidad
Tabla 4.22. Configuración inicial Crudo A +Crudo B Crudo E+ prod. Diesel
eléctrico. Crudos MBD Crudo A 84 Crudo B 50 Crudo E 6
Productos MBD LPG 2
Gasolina RON 91 29 Gasolina RON 95 66 Jet Mercado Local 18
Jet exportación - Diesel automotor 21 Diesel Eléctrico 18
Residual y asfalto Exp. 42
DERECHOS RESERVADOS
130
5. Escenario futuro 5: Crudo A + Crudo C + Crudo E, con
demanda proyectada de diesel para generación electricidad
Tabla 4.23. Configuración inicial Crudo A + Crudo C + Crudo E para producción de
diesel eléctrico. Crudos MBD Crudo A 115 Crudo C 10 Crudo r 6
Productos MBD LPG 2
Gasolina RON 91 29 Gasolina RON 95 63 Jet Mercado Local 1
Jet exportación 18 Diesel automotor 0 Diesel Eléctrico 24
Residual y asfalto M.L. 0,12 Residual y asfalto Exp. 47
4.3.3. Optimización de las corridas del modelo local de la RELP
4.3.3.1. Crudos nacionales
1. Caso 1: Crudo D + Crudo A + Crudo C
La optimización de este caso se realizó en 3 fases. En la primera, se buscó el
cumplimiento de los lineamientos de optimización, tomando como base la corrida
preliminar. Se pudo observar que debido al alto contenido de azufre de las
corrientes, el kerosén era utilizado en grandes proporciones para diluirlo en el
diesel y los residuales; ocasionando una notable baja en los volúmenes de Jet
Fuel para exportación; se favoreció la producción de Fuel Oil 1,6% S, contra el de
generación de electricidad. Por otra parte, los niveles de insumos se ajustan a lo
esperado. Esta configuración presentó el mayor valor de la función objetivo.
DERECHOS RESERVADOS
131
Para corregir el problema del azufre, se agregó al modelo (ver Anexo #1), como
insumo, una corriente de diesel hidrotratado (“DHX”), a un precio de 143 $/bbl. La
dieta de crudos tuvo una mejora considerable, disminuyendo la carga de Crudo A,
y aumentando la de Crudo D y Crudo C. Se incrementaron en gran medida los
volúmenes de Jet para exportación y la producción de Fuel Oil eléctrico, con
respecto al 1,6% S.
A continuación, se agregó a la dieta el Crudo E, que normalmente es destinado a
la RELP. Respecto al caso anterior, se disminuyó la carga de Crudo C y de Crudo
D, y se aumentó la de Crudo A. No fue necesario utilizar diesel hidrotratado, el
cual tiene un precio elevado y está bien cotizado en el mercado internacional. Los
volúmenes de exportación de Jet Fuel están ligeramente por debajo de los
registrados en la configuración anterior, pero son mucho mayores que en la inicial.
Respecto a la producción de Fuel Oil, se logró equilibrar los volúmenes de las dos
clases producidas.
En la tabla 4.24, se presentan las compras de crudos y diesel hidrotratado, las
ventas de los productos más relevantes y el análisis económico de cada una de
las opciones evaluadas.
En la siguiente figura, se presenta un grafico comparativo de los rendimientos de
los cortes de las unidades de destilación respecto a los volúmenes máximos
manejables por la refinería.
DERECHOS RESERVADOS
132
Figura 4.1. Cortes de destilación para las configuraciones del Caso 1: CRA + CRC
+ CRD.
DERECHOS RESERVADOS
133
Tabla 4.24. Configuraciones planteadas para el Caso 1: CRA + CRD+ CRC. Caso CASO BASE CRD + CRA + CRC CRD + CRA + CRC + DH CRD + CRA + CRC + CRE
Función Objetivo (M$/d): 568 1 054 639 808 Crudos e insumos (MBD)
Crudo A 75 84 72 79 Crudo C - 16 18 15 Crudo D - 40 50 40 Crudo B 54 - - - Crudo E 6 - - 6
Diesel hidrotratado - - 2 - Productos (MBD)
Jet Fuel Exp. 14 13 21 20 F.O. 1,6% S 21 34 10 20
F. O. para electricidad 23 10 30 23 Gasolina RON 91 29 29 29 29 Gasolina RON 95 63 57 61 60
Jet Fuel M.L. 1 1 1 1 Diesel automotor M.L. 37 37 37 31
Otros productos 15 15,8 10,7 15 Análisis económico (M$/día)
Ventas 25 328 25 266 25 550 26 003 Compras 24 640 24 098 24 790 25 075 Margen 688 1 167 760 928
Servicios Industriales 120 113 121 121 Mantenimiento 211 211 211 211
Margen Neto Operativo 357 844 429 597 Margen Variable 568 1 054 639 808
DERECHOS RESERVADOS
134
Como puede observarse en el gráfico anterior, las 3 configuraciones cumplen con
todos los parámetros a excepción del gasóleo pesado.
Respecto al valor de la función objetivo, en el siguiente gráfico se muestra una
comparación de las tres configuraciones estudiadas y el caso base.
Figura 4.2. Valor de la función objetivo de las configuraciones del Caso 1.
Considerando los factores anteriormente mencionados, se considera que la opción
más factible entre las estudiadas para el caso 1, es la de CRD + CRA + CRC +
CRE, debido a que cumple con todos los lineamientos de optimización; es la que
posee el rendimiento de gasóleo pesado más cercano al requerido; incorpora el
Crudo E, no necesita la corriente de diesel hidrotratado, y además posee una
función objetivo notablemente alta, en comparación al caso base.
Tabla 4.25. Dieta óptima Caso 1. Crudo Cantidad (MBD)
Crudo A 79 Crudo C 15 Crudo D 40 Crudo E 6
Mediante la aplicación de manejo de crudos se verificaron las características de la
dieta óptima generada, resultando:
DERECHOS RESERVADOS
135
Tabla 4.26. Características de la dieta óptima 1. Propiedad Valor Dieta Rango Unidad
Gravedad API 29,2 27 - 29 °API TAN 0,4 < 0,5 mg KOH/g
Azufre 0,96 < 0,83 % p/p
4. Caso 2: Crudo A + Crudo C + Crudo E
Para esta evaluación se consideró surtir a la refinería una dieta compuesta solo
por la combinación Crudo A + Crudo C, junto al Crudo E que normalmente es
destinado a la RELP.
La optimización se realizó considerando tres opciones; la primera, consistió en
realizar una corrida preliminar, para obtener un aproximado de la distribución de
los crudos, y para asegurar que esta cumplía, al menos, con los demás
lineamientos de optimización. La volumetría de crudos y productos esta en los
rangos normales , con una función objetivo elevada; siendo la principal diferencia
en relación al caso base, que en esta opción no resultó óptima la producción del
Fuel Oil bajo azufre.
En la segunda, se procedió a ajustar la compra de insumos a proceso, y se
obtuvieron resultados óptimos desde ese punto de vista; aunque igualmente, la
producción del Fuel Oil 1,6% S no resultó rentable. Para la tercera opción, se
procedió a fijar un máximo en la producción del Fuel Oil para electricidad, hasta la
demanda real de este producto, alrededor de 22 MBD. Como resultado, se obtuvo
un descenso en los volúmenes de Jet Fuel para exportación, y la necesidad de
incorporar 1,3 MBD de diesel hidrotratado; para producir 25 MBD del Fuel Oil bajo
azufre.
DERECHOS RESERVADOS
136
Tabla 4.27. Comparación de las opciones consideradas en el caso CRA + CRC + CRE. Caso CASO BASE CRA + CRC CRA + CRC OPT CRA + CRC FO 70A
Función Objetivo (M$/día): 568 953 902 818 Crudos e insumos (MBD)
Crudo B 54 - - - Crudo A 75 115 115 115 Crudo C - 10 10 10 Crudo E 6 6 6 6
Diesel hidrotratado - - - 1 Productos (MBD)
Jet Fuel 14 13 14 12 F.O. 1,6% S 21 - - 25
F. O. para electricidad 23 45 45 22 Gasolina RON 91 29 29 29 29 Gasolina RON 95 63 57 63 63
Jet Fuel M.L. 1 1 1 1 Diesel automotor M.L. 37 31 31 31
Otros productos 15 13 12 14 Análisis económico (M$/día)
Ventas 25 328 25 517 25 491 25 761 Compras 24 640 24 452 24 469 24 822 Margen 688 1 064 1 021 939
Servicios Industriales 120 112 119 120 Mantenimiento 211 211 211 211
Margen Neto Operativo 357 742 692 608 Margen Variable 568 953 902 818
DERECHOS RESERVADOS
137
Figura 4.3. Rendimientos de destilación de las opciones manejadas en el caso 2.
Figura 4.4. Valores de la función objetivo en las opciones manejadas en el caso 2.
Resultando la segunda la opción más óptima, ya que, a pesar de no producir el
Fuel Oil de mejor calidad, esto no representa mayor inconveniente, debido a que
este es un producto residual, y en este caso no producirlo produce un incremento
considerable de la función objetivo, además de que el Fuel Oil que sería producido
también puede ser colocado en el mercado.
DERECHOS RESERVADOS
138
Tabla 4.28. Dieta óptima del Caso 2. Crudo Cantidad (MBD)
Crudo A 115 Crudo C 10,3 Crudo E 6,2
Mediante la aplicación de manejo de crudos se verificaron las características de la
dieta óptima generada en el modelo de programación lineal, resultando:
Tabla 4.29. Características de la dieta del Caso 2. Propiedad Valor Dieta/Crudo Rango Unidad
Gravedad API 29 27 - 29 °API TAN 0,28 < 0,5 mg KOH/g
Azufre 1,16 < 0,83 % p/p
4.3.3.2. Crudos Foráneos
1. Caso 3: Crudo A + Crudo E + Crudo G
Se inició realizando una revisión de los rendimientos de destilación de la corrida
inicial; se encontró que la producción de naftas excedía los máximos permisibles,
por lo que se varió la carga de crudos para llegar a niveles aceptables.
Esta dieta de crudos se trabajó mediante dos casos, ambos con una distribución
aproximada de 98 - 31 MBD (Crudo A – Crudo G); en la primera las limitaciones
en la alimentación se basaron en la demanda centro total, y en el segundo para el
cumplimiento de las cuotas de producción. El aspecto más relevante, es que no
puede cumplirse con la cuota de producción de diesel. En la tabla 4.30 puede
observase la comparación de los volúmenes de alimentación y productos, además
de la economía de las tres opciones estudiadas para esta dieta.
DERECHOS RESERVADOS
139
Tabla 4.30. Comparación de las opciones con el Caso 3.
Caso CASO BASE CRA + CRG + CRE CRA + CRG + CRE + DHX
CRA + CRG + CRE (cumplir cuotas)
Función Objetivo (M$/día): 568 795 727 630 Crudos e insumos (MBD)
Crudo A 75 100 98 98 Crudo G - 33 31 31 Crudo E 6 6 6 6 Crudo B 54 - - -
Diesel hidrotratado - - 3 - Productos (MBD)
Jet Fuel 14 15 9 13 F.O. 1,6% S 21 - 10 18
F. O. para electricidad 23 52 39 34 GPS RON 91 29 29 29 29
Gasolina RON 95 63 60 59 53 Jet Fuel M.L. 1 1 1 1
Diesel automotor M.L. 37 27 37 26 Otros productos 15 23 20 23
Análisis económico (M$/día) Ventas 25 328 26 683 25 488 22 843
Compras 24 640 25 772 24 647 22 097 Margen 688 911 841 746
Servicios Industriales 120 116 113 117 Mantenimiento 211 211 211 211
Margen Neto Operativo 357 585 517 419 Margen Variable 568 795 727 630
DERECHOS RESERVADOS
140
En la figura 4.5 se encuentra un gráfico comparativo de los rendimientos de
destilación atmosférica y al vacío de esta dieta de crudo. De este resalta, que la
primera opción (corrida preliminar) no cumple con las condiciones de diseño
referentes al manejo de naftas.
Figura 4.5. Rendimientos de los cortes de destilación en las opciones del Caso 3.
En esta dieta las dos configuraciones que cumplen con las condiciones de diseño
de la RELP, tienen una proporcionalidad de crudos bastante similar; por lo tanto el
análisis de estas no se basó en que dieta es la más conveniente, si no, en como
utilizarla; para suplir la demanda centro total, o solo la cuota de producción
requerida de El Palito.
Debe destacarse, que en el caso de cumplir toda la demanda, se hace necesaria
la incluir como insumo el diesel hidrotratado, y existe una disminución apreciables
del volumen de exportación de Jet Fuel. Pese a esto, se considera mejor la opción
suplir toda la demanda por el incentivo económico que supone.
DERECHOS RESERVADOS
141
Figura 4.6. Valor de la función objetivo de las configuraciones del Caso 3.
Tabla 4.31. Dieta óptima Caso 3. Crudo Cantidad (MBD)
Crudo A 98 Crudo G 31,1 Crudo E 6
Mediante la aplicación de manejo de crudos se verificaron las características de la
dieta óptima generada en PIMS, resultando:
Tabla 4.32. Características de la dieta con el Caso 3. Propiedad Valor Dieta/Crudo Rango Unidad
Gravedad API 28,6 27 - 29 °API TAN 0,15 < 0,5 mg KOH/g
Azufre 1,14 < 0,83 % p/p
2. Caso 4: Crudo A + Crudo E + Crudo H
El estudio de este caso se inició realizando una corrida de prueba, para observar
el comportamiento de la dieta, con las restricciones situadas dentro de los
lineamientos de optimización definidos anteriormente. De esta, se obtuvieron
volúmenes de compra de insumos bastante aceptables; y ventas similares a las
DERECHOS RESERVADOS
142
del caso base, con la excepción del Fuel Oil 1,6% S para exportación, el cual no
resultó óptimo producir.
Seguidamente, se realizó una optimización de la corrida descrita anteriormente.
Donde se ajustaron los niveles de compra de insumos; como resultado de esto,
aumentó la producción del Fuel Oil para electricidad, bajó la de Jet Fuel para
exportación. De igual, forma no resultó óptimo producir el Fuel Oil de bajo azufre.
Con respecto a la dieta de crudos, no fue posible minimizar la carga de Crudo A.
Por otra parte, la carga del Crudo H se considera baja, siendo el máximo
alcanzado alrededor de 10,4 MBD.
En la siguiente tabla se muestra la comparación entre la corrida preliminar, la dieta
óptima y el caso base.
Seguidamente, se presentan dos figuras donde se ilustran los rendimientos de
destilación para cada uno de los escenarios mencionados y el valor de la función
objetivo de cada uno de ellos. Igualmente, se presentan la configuración de la
dieta óptima y las propiedades de esta.
Tabla 4.33. Comparación de configuraciones para la dieta del Caso 4. Caso CASO BASE CRA + CRH CRA + CRH OPT
Función Objetivo (M$/día): 568 935 805 Crudos e insumos (MBD)
Crudo B 54 - - Crudo A 75 115 115 Crudo H - 8 10 Crudo E 6 6 6
Productos (MBD) Jet Fuel 14 13 10
F.O. 1,6% S 21 - - F. O. para electricidad 23 43 44
Gasolina RON 91 29 29 29
DERECHOS RESERVADOS
143
Tabla 4.33. Continuación. Caso CASO BASE CRA + CRH CRA + CRH OPT
Función Objetivo (M$/día): 568 935 805 Crudos e insumos (MBD)
Gasolina RON 95 63 53 58 Jet Fuel M.L. 1 1 1
Diesel automotor M.L. 37 31 33 Otros productos 15 12 11
Análisis económico (M$/día) Ventas 25 328 25 450 25 106
Compras 24 640 24 404 24 188 Margen 688 1 046 918
Servicios Industriales 120 111 113 Mantenimiento 211 211 211
Margen Neto Operativo 357 724 595 Margen Variable 568 935 805
Figura 4.7. Rendimientos de destilación para la dieta del Caso 4.
DERECHOS RESERVADOS
144
Figura 4.8. Valores de la función objetivo para los casos estudiados con la dieta
del Caso 4.
Respecto a la dieta de crudos y sus propiedades se tiene:
Tabla 4.34. Dieta óptima del Caso 4. Crudo Cantidad (MBD)
Crudo A 115 Crudo H 10,4 Crudo E 6,2
Mediante la aplicación de manejo de crudos se verificaron las características de la
dieta óptima generada en PIMS, resultando:
Tabla 4.35. Características de la dieta del Caso 4. Propiedad Valor Dieta/Crudo Rango Unidad
Gravedad API 29,2 27 - 29 °API TAN 0,18 < 0,5 mg KOH/g
Azufre 1,10 < 0,83 % p/p
DERECHOS RESERVADOS
145
3. Caso 5: Crudo A + Crudo D + Crudo G + Crudo E.
Para el estudio de esta dieta se consideraron tres opciones, la primera, una
corrida preliminar del modelo, donde resultó una distribución equitativa de cada
uno de los crudos, y el Crudo E en su máxima disponibilidad (6,2 MBD).
Seguidamente, se realizaron dos optimizaciones de esta primera corrida;
inicialmente, se buscó reducir los niveles de insumos; posteriormente se evaluaron
las condiciones necesarias para poder producir el Fuel Oil bajo azufre (el cual no
resultó rentable producir en las dos opciones anteriores), manteniendo una
distribución similar en la dieta. Se consiguieron valores elevados de la función
objetivo, a excepción de la opción donde se indujo la producción del Fuel Oil 1,6%
S, y se obtuvo una ganancia menor a la del caso base.
Con respecto a los productos de exportación, tanto en la corrida preliminar, como
en la primera optimización, se obtuvo un volumen de Jet Fuel para exportación
ligeramente superior a 20 MBD, lo cual significa un aumento importante respecto
al caso base. En la segunda optimización, el uso de kerosén como componente
del Jet A-1 se vio ampliamente afectado, en el orden de los 12 MBD, los cuales
son utilizados para diluir el azufre en el Fuel Oil 1,6% S; quedando solo 7 MBD
disponibles para exportación. Lo cual es el motivo del bajo margen de ganancia
reflejado en la función objetivo.
Otros aspectos relevantes de esta dieta, son los altos rendimientos de gases
combustibles, los cuales deben ser evaluados más profundamente, para verificar
que estén acordes con la capacidad de la planta; y el también alto rendimiento de
gasóleo pesado de vacío, lo cual permite, reducir los insumos necesarios.
También cabe destacar, que con esta dieta no es necesario el uso de kerosén
como diluente del azufre en el diesel, lo cual es indicador de un contenido de
azufre dentro o cercano al rango óptimo en la dieta.
DERECHOS RESERVADOS
146
Tabla 4.36. Comparación de las opciones consideradas en el Caso 5.
Caso CASO BASE CRD + CRG + CRA CRD + CRG + CRA OPT
CRD + CRG + CRA FO 70A
Función Objetivo (M$/día): 568 914 847 487 Crudos e insumos (MBD)
Crudo B 54 - - - Crudo A 75 50 47 47 Crudo D - 43 43 43 Crudo G - 41 44 44 Crudo E 6 6 6 6
Productos (MBD) Jet Fuel 14 20 20 7
F.O. 1,6% S 21 - - 32 F. O. para electricidad 23 41 42 22
Gasolina RON 91 29 29 29 29 Gasolina RON 95 63 58 63 63
Jet Fuel M.L. 1 1 1 1 Diesel automotor M.L. 37 32 32 32
Otros productos 15 9 10 11 Análisis económico (M$/día)
Ventas 25 328 25 714 25 850 25 491 Compras 24 640 24 686 24 882 24 883 Margen 688 1028 968 609
Servicios Industriales 120 114 121 121 Mantenimiento 211 211 211 211
Margen Neto Operativo 357 703 636 277 Margen Variable 568 914 847 487
DERECHOS RESERVADOS
147
Figura 4.9. Rendimientos de destilación para el Caso 5.
Figura 4.10. Valores de la función objetivo en el Caso 5.
Entre las dos opciones óptimas, la más conveniente es la primera, a pesar de no
permitir la producción del Fuel Oil bajo azufre para exportación, los beneficios
económicos y el aumento en los volúmenes destinados a Jet Fuel hacen de esta la
mejor opción. Debiéndose evaluar si es posible manejar el corte de gasóleo
pesado, ya que, este esta por encima del límite.
En definitiva, respecto a la dieta de crudos y sus propiedades se tiene:
DERECHOS RESERVADOS
148
Tabla 4.37. Dieta óptima Caso 5. Crudo Cantidad (MBD)
Crudo A 47 Crudo D 42,7 Crudo G 44,1 Crudo E 6,2
Mediante la aplicación de manejo de crudos se verificaron las características de la
dieta óptima generada en PIMS, resultando:
Tabla 4.38. Características de la dieta Caso 5. Propiedad Valor Dieta/Crudo Rango Unidad
Gravedad API 29,2 27 - 29 °API TAN 0,24 < 0,5 mg KOH/g
Azufre 0,89 < 0,83 % p/p
4.3.3.3. Consideración de escenarios futuros
Para el estudio de los escenarios futuros se plantearon los siguientes escenarios:
la disminución en la carga de Crudo B enviada a ELP; la interacción con la nueva
refinería Batalla de Santa Inés (RBSI), mediante el procesamiento del Crudo F en
la RELP, que será un remanente durante la primera fase de operación de esta; y
el aumento de la demanda de diesel para la generación de electricidad.
Con respecto al tercer escenario, este se presenta ante la puesta en marcha, de
plantas de generación de electricidad en el centro del país, zona que surte de
combustibles principalmente la RELP. Esta situación, como es de suponerse, trae
consigo un incremento importante en la demanda de diesel.
Por otra parte, las especificaciones del diesel necesario para dichas plantas de
generación eléctrica, son mucho más permisibles respecto al contenido de azufre;
considerando que en las dietas estudiadas anteriormente, esta especificación
presentó problemas, haciendo necesario el uso de volúmenes de kerosén para
dilución; se consideró que podría ser óptima la producción de esta corriente,
DERECHOS RESERVADOS
149
debido a que podría destinarse dicho kerosén para el Jet A1 y una utilización más
eficiente de las otras corrientes que componen el diesel.
En las siguientes tablas, se presentan la demanda de las variedades de diesel que
se estudiaron para ser producidas en la RELP y las especificaciones de la nueva
corriente.
Tabla 4.39. Demanda de las variedades de diesel para el año 2012 Variedad de Diesel
1er Trimestre
2do Trimestre
3er Trimestre
4to Trimestre Promedio
Automotor 26,40 27,87 27,87 27,90 27,51 Eléctrico 2,40 46,42 46,42 46,42 46,42
De esta tabla, cabe destacar, que para el cálculo de la media aritmética del diesel
eléctrico, no se consideró el primer trimestre, ya que este no refleja la entrada en
operación de las ya mencionas plantas de generación eléctrica.
Tabla 4.40. Especificaciones de la corriente de diesel eléctrico. Propiedad Mínimo Máximo
Gravedad Específica 0,84 0,86 Contenido de Azufre N/A 1,5
Índice de Flash 154,7 - Índice de Viscosidad 1,6 5,2
Índice de Cetano 47 60,6 Número de Cetano 43 N/A
Carbono Conradson N/A 0,15
1. Escenario futuro 1: Crudo A + Crudo B (nueva producción).
Para la evaluación de esta dieta, se consideraron las proyecciones de producción
del Crudo B para los años venideros. Dichas proyecciones consideran una
disminución del 25% en los crudos B1 y B3, y del 12% para el B2. Como resultado
DERECHOS RESERVADOS
150
de esto, se optimizó aumentar la carga de Crudo A en 12% y la del 0,02% Crudo
E.
Por otra parte, respecto a las compras, en este escenario se observan ligeros
incrementos en las niveles de insumos.
Con respecto a las ventas, se obtuvieron descensos en pequeñas cantidades en
las de Jet Fuel y Fuel Oil bajo azufre; e incrementos en las de especialidades.
Todo esto en contraste con un aumento significativo en el valor de la función
objetivo.
En la siguiente tabla comparativa, se muestran las compras, ventas y economía
del caso base contra la corrida preliminar de este escenario y su versión
optimizada.
DERECHOS RESERVADOS
151
Tabla 4.41. Comparaciones en el escenario futuro 1: Producción proyectada de Crudo B. Caso CASO BASE PROYECCIÓN CRB PROYECCIÓN CRB OPT.
Función Objetivo (M$/día): 568 993 946 Crudos e insumos (MBD)
Crudo B 54 44 44 Crudo A 75 84 84 Crudo E 6 6 6
Productos (MBD) Jet Fuel 14 14 13
F.O. 1,6% S 21 21 21 F. O. para electricidad 23 23 23
Gasolina RON 91 29 29 29 Gasolina RON 95 63 57 63
Jet Fuel M.L. 1 1 1 Diesel automotor M.L. 37 35 37
Otros productos 15 12 12 Análisis económico (M$/día)
Ventas 25 328 25 485 25 219 Compras 24 640 24 380 24 153 Margen 688 1 105 1 066
Servicios Industriales 120 112 119 Mantenimiento 211 211 211
Margen Neto Operativo 357 782 736 Margen Variable 568 993 946
DERECHOS RESERVADOS
152
En las siguientes figuras, se muestran los rendimientos de destilación tanto del
caso base como de la corrida preliminar y de la dieta óptima, y la comparación de
los valores de la función objetivo de las tres opciones.
Figura 4.11. Rendimientos de destilación para el escenario futuro 1: Producción
proyectada de Crudo B.
Figura 4.12. Valores de la función objetivo en el escenario futuro 1: Producción
proyectada de Crudo B.
DERECHOS RESERVADOS
153
En definitiva, respecto a la dieta de crudos y sus propiedades se tiene:
Tabla 4.42. Dieta óptima del Escenario futuro 1: proyección próxima de Crudo B. Crudo Cantidad (MBD)
Crudo A 84 Crudo B 43,6 Crudo E 6,2
Mediante la aplicación de manejo de crudos se verificaron las características de la
dieta óptima generada en PIMS, resultando:
Tabla 4.43. Características de la dieta del escenario futuro 1. Propiedad Valor Dieta/Crudo Rango Unidad
Gravedad API 28,1 27 - 29 °API TAN 0,16 < 0,5 mg KOH/g
Azufre 0,99 < 0,83 % p/p
2. Escenario futuro 2: Crudo A + Crudo C + Crudo E y Crudo F.
Para la consideración de este escenario, se incluyó en el modelo el Crudo F, el
cual será un remanente en la producción de la nueva refinería BSI, durante su
primera fase de operación; con una disponibilidad máxima de 20 MBD. Dicho
residual, proviene de la destilación del Crudo B, crudo que será enviado a la RBSI;
por lo que se evalúa el efecto de este con las dietas alternativas (con crudos
locales) evaluadas para la RELP.
A continuación se presentan las configuraciones consideradas para esta dieta,
además de los rendimientos de destilación y valores de la función objetivo.
DERECHOS RESERVADOS
154
Tabla 4.44. Configuraciones planteadas para el escenario futuro CRA + CRC + CRE + CRF. Caso CASO BASE CRA + CRC + CRE + CRF CRA + CRC + CRE + CRF OPT
Función Objetivo (M$/día): 568 1 054 941 Crudos e insumos (MBD)
Crudo B 54 - - Crudo A 75 115 104 Crudo C - - 8 Crudo E 6 6 6 Crudo F - 13 13
Productos (MBD) Jet Fuel 14 12 10
F.O. 1,6% S 21 23 - F. O. para electricidad 23 23 47
Gasolina RON 91 29 29 29 Gasolina RON 95 63 56 63
Jet Fuel M.L. 1 1 1 Diesel automotor M.L. 37 31 31
Otros productos 15 13 11 Análisis económico (M$/día)
Ventas 25 328 25 501 25 048 Compras 24 640 24 335 23 988 Margen 688 1 166 1 060
Servicios Industriales 120 113 119 Mantenimiento 211 211 211
Margen Neto Operativo 357 843 730 Margen Variable 568 1054 941
DERECHOS RESERVADOS
155
Figura 4.13. Rendimientos de destilación de la dieta CRA + CRC + CRE + CRF.
Figura 4.14. Valores de la función objetivo para el escenario futuro CRA + CRC+
CRE + CRF.
Respecto a la dieta de crudos y sus propiedades se tiene:
Tabla 4.45. Dieta óptima del Escenario futuro CRA + CRC + CRE + CRF. Crudo Cantidad (MBD)
Crudo A 104,1 Crudo C 8 Crudo E 6,2 Crudo F 13
DERECHOS RESERVADOS
156
Mediante la aplicación de manejo de crudos se verificaron las características de la
dieta óptima generada en PIMS, resultando:
Tabla 4.46. Características de la dieta CRA + CRC + CRE + CRF del escenario futuro 2.
Propiedad Valor Dieta/Crudo Rango Unidad Gravedad API 27,4 27 - 29 °API
TAN 0,18 < 0,5 mg KOH/g Azufre 1,17 < 0,83 % p/p
3. Escenario futuro 2: Crudo A + Crudo C + Crudo D + Crudo E y Crudo F.
Al igual que en el escenario anterior, en este se midió la influencia de incorporar el
Residual proveniente de la destilación atmosférica de la nueva refinería Batalla de
Santa Inés.
Los resultados obtenidos de la optimización de esta dieta, destacan por lograr una
liberación importante del requerimiento de Crudo A, en relación a todos los demás
casos estudiados durante la realización del presente trabajo especial de grado.
Igualmente, también se reporta una baja en los niveles de compra de insumos a
proceso, especialmente en el destinado a la unidad de desintegración catalítica
fluidizada. De tal manera, que podría inferirse que la adición del Crudo F en la
dieta de la RELP, se traduce en una disminución de los insumos destinados para
tal unidad.
A continuación, se presentan las configuraciones consideradas para esta dieta, y
los rendimientos de destilación y valores de la función objetivo.
DERECHOS RESERVADOS
157
Tabla 4.47. Configuraciones planteadas en el escenario futuro CRA + CRC+ CRD + CRE + CRF.
Caso CASO BASE CRA + CRC + CRD+ CRE + CRF CRA + CRC + CRD+ CRE + CRF OPT
Función Objetivo (M$/día): 568 1 292 1 197 Crudos e insumos (MBD)
Crudo B 54 - - Crudo A 75 96 72 Crudo C - - 10 Crudo D - 28 40 Crudo E 6 6 6 Crudo F - 11 10
Productos (MBD) Jet Fuel 14 20 18
F.O. 1,6% S 21 17 20 F. O. para electricidad 23 23 23
Gasolina RON 91 29 29 29 Gasolina RON 95 63 59 63
Jet Fuel M.L. 1 1 1 Diesel automotor M.L. 37 32 31
Otros productos 15 11 10 Análisis económico (M$/día)
Ventas 25 328 25 620 25 520 Compras 24 640 24 215 24 204 Margen 688 1 405 1 316
Servicios Industriales 120 113 119 Mantenimiento 211 211 211
Margen Neto Operativo 357 1 081 986 Margen Variable 568 1 292 1 197
DERECHOS RESERVADOS
158
Figura 4.15. Rendimientos de destilación en la dieta CRA + CRC + CRD + CRE +
CRF.
Figura 4.16. Valores de la función objetivo en el escenario futuro CRA + CRC +
CRD + CRE + CRF.
Respecto a la dieta de crudos y sus propiedades se tiene:
Tabla 4.48. Dieta óptima Escenario futuro CRA + CRC + CRD + CRE + CRF. Crudo Cantidad (MBD)
Crudo A 72,1 Crudo C 10 Crudo D 40,1 Crudo E 6,2 Crudo F 10
DERECHOS RESERVADOS
159
Mediante la aplicación de manejo de crudos se verificaron las características de la
dieta óptima generada en PIMS, resultando:
Tabla 4.49. Características de la dieta CRA + CRC + CRD + CRE + CRF. Propiedad Valor Dieta/Crudo Rango Unidad
Gravedad API 28,2 27 - 29 °API TAN 0,26 < 0,5 mg KOH/g
Azufre 0,93 < 0,83 % p/p
4. Escenario futuro 3: Crudo A + Crudo B + Crudo E, con demanda proyectada
de diesel para electricidad.
Para este caso de estudio, se consideró como dieta de crudos la que es enviada
actualmente (enero 2012) a la refinería; incluyendo al modelo la corriente de diesel
eléctrico con las especificaciones indicadas anteriormente.
Se estudiaron tres posibilidades, la primera a manera de prueba, para conocer las
posibilidades de producir ambas calidades de diesel en la RELP. La segunda, en
la que se evaluó solo producir el diesel eléctrico, se buscó conocer la máxima
cantidad que podía ser producida en la RELP de esta corriente. Por último, en la
tercera posibilidad planteada, en base a la anterior, se optimizaron los insumos
recibidos.
DERECHOS RESERVADOS
160
Tabla 4.50. Comparación de las opciones del escenario Dieta Actual + producción de diesel eléctrico
Caso CASO BASE DIETA ACTUAL + PROD. NMV DMV OPT
DIETA ACTUAL + SOLO NMV
DIETA ACTUAL + NMV OPT
Función Objetivo (M$/día): 568 2 031 2 025 2 022 Crudos e insumos (MBD)
Crudo B 54 10 10 10 Crudo A 75 80 80 80 Crudo E 6 6 6 6
Productos (MBD) Jet Fuel 14 16 15 15
F.O. 1,6% S 21 20 20 20 F. O. para electricidad 23 23 23 23
Gasolina RON 91 29 29 29 29 Gasolina RON 95 63 63 63 63
Jet Fuel M.L. 1 1 1 1 Diesel automotor M.L. 37 21 - -
Diesel eléctrico - 18 40 40 Otros productos 15 12 12 11
Análisis económico (M$/día) Ventas 25 328 24 064 24 058 28 228
Compras 24 640 21 914 21 914 26 089 Margen 688 2 150 2 143 2 140
Servicios Industriales 120 118 118 118 Mantenimiento 211 211 211 211
Margen Neto Operativo 357 1821 1 814 1 811 Margen Variable 568 2 031 2 025 2 022
DERECHOS RESERVADOS
161
Para este caso, los niveles de todos los insumos a procesos se encuentran dentro
de lo esperado. El valor de la función objetivo es bastante elevado; pero debe
considerarse, y se requiere una pequeña cantidad adicional (7 MBD) del diesel
para electricidad para suplir la demanda total.
En las siguientes figuras se muestran los rendimientos de destilación comparados
contra las capacidades máximas de manejo, y los valores de la función objetivo
para el caso base y la opción donde se cumple con la demanda total de ambas
calidades de diesel.
Figura 4.17. Rendimientos de los cortes de destilación para el caso Dieta actual +
producción de diesel eléctrico.
DERECHOS RESERVADOS
162
Figura 4.18. Valor de la función objetivo para el caso Dieta actual + producción de
diesel eléctrico.
Respecto a la dieta de crudos y sus propiedades se tiene:
Tabla 4.51. Dieta óptima Escenario futuro CRA + CRB + CRE producción NMV. Crudo Cantidad (MBD)
Crudo A 79,9 Crudo B 53,9 Crudo E 6,2
Mediante la aplicación de manejo de crudos se verificaron las características de la
dieta óptima generada en PIMS, resultando:
Tabla 4.52. Características de la dieta CRA + CRB + CRE producción NMV. Propiedad Valor Dieta/Crudo Rango Unidad
Gravedad API 28,2 27 - 29 °API TAN 0,16 < 0,5 mg KOH/g
Azufre 0,99 < 0,83 % p/p
DERECHOS RESERVADOS
163
5. Escenario futuro 3: Crudo A + Crudo C + Crudo F, con demanda proyectada
de diesel para electricidad.
Como en el caso anterior, en este se plantea la producción de diesel con las
especificaciones para las plantas de generación de electricidad.
Para el estudio de este escenario, se procedió a partir de la corrida preliminar a la
optimización de la dieta, produciendo únicamente el diesel eléctrico (NMV). Se
logró optimizar el volumen de este hasta alrededor de 33 MBD. No resultó óptimo
producir el Fuel Oil 1,6% S.
En la siguiente tabla, se muestra la comparación entre la corrida preliminar, la
dieta óptima y el caso base.
Seguidamente, se presentan dos figuras donde se ilustran los rendimientos de
destilación para cada uno de los escenarios mencionados y el valor de la función
objetivo de cada uno de ellos. Igualmente, se presenta la configuración de la dieta
óptima y las propiedades de esta.
DERECHOS RESERVADOS
164
Tabla 4.53. Comparación de configuraciones para el escenario futuro: CRA + CRC + CRE con prod. NMV Caso CASO BASE CRUDO A + CRUDO C + NMV CRUDO A + CRUDO C + NMV OPT.
Función Objetivo (M$/día): 568 1 848 1 910 Crudos e insumos (MBD)
Crudo B 54 - - Crudo A 75 115 115 Crudo C - 10 11 Crudo E 6 6 6
Productos (MBD) Jet Fuel 14 18 15
F.O. 1,6% S 21 20 0 F. O. para electricidad 23 27 44
Gasolina RON 91 29 29 29 Gasolina RON 95 63 63 63
Jet Fuel M.L. 1 1 1 Diesel eléctrico - 24 40
Diesel automotor M.L. 51 - - Otros productos 15 11 12
Análisis económico (M$/día) Ventas 25 328 22 759 28 460
Compras 24 640 20 797 26 433 Margen 688 1 962 2 027
Servicios Industriales 120 114 117 Mantenimiento 211 211 211
Margen Neto Operativo 357 1 637 1 699 Margen Variable 568 1 848 1 910
DERECHOS RESERVADOS
165
Figura 4.19 Rendimientos de destilación para el escenario futuro: CRA + CRC +
CRE con prod. NMV.
Figura 4.20. Comparación de los valores de la función objetivo en el escenario
futuro 4.
Tabla 4.54. Dieta óptima escenario futuro: CRA + CRC + CRE. Crudo Cantidad (MBD)
Crudo A 115 Crudo C 10,8 Crudo E 6,2
Mediante la aplicación de manejo de crudos se verificaron las características de la
dieta óptima generada en PIMS, resultando:
DERECHOS RESERVADOS
166
Tabla 4.55. Características de la dieta CRA + CRC + CRE con prod. NMV. Propiedad Valor Dieta/Crudo Rango Unidad
Gravedad API 28,9 27 - 29 °API TAN 0,28 < 0,5 mg KOH/g
Azufre 1,17 < 0,83 % p/p
4.4. Dietas de crudo analizadas para la RELP
En esta sección, se presentan los puntos de mayor relevancia inherentes a cada
una de las dietas óptimas, evaluadas en el presente trabajo especial de grado;
diferenciadas entre las dietas alternativas (de crudos locales y foráneos) y los
escenarios futuros considerados.
4.4.1. Dietas alternativas
Tabla 4.56. Dietas alternativas evaluadas. Crudos Caso Base Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Crudo B 53,9 - - - - - Crudo A 74,9 79 115 98 115 47 Crudo C - 15 10,3 - - - Crudo D - 40 - - - 42,7 Crudo E 6,1 6 6,2 6 6,2 6,2 Crudo G - - - 31,1 - 44,1 Crudo H - - - - 10,4 -
Total (MBD): 134,9 140 131,6 135,1 131,6 140
4.4.1.1. Valores de la función objetivo
En el siguiente gráfico pueden observarse los valores de la función objetivo para
cada uno de los casos evaluados. Como puede observarse todo presentan
ganancias superiores a las del caso base, por lo que cualquiera de estos
supondría un aumento en la rentabilidad de la RELP.
DERECHOS RESERVADOS
167
Figura 4.21. Valores de la función objetivo para los casos evaluados.
4.4.1.2. Especificaciones de las dietas
A continuación, se presentan gráficos donde se encuentran las propiedades de las
mezclas de crudo evaluadas, específicamente, la gravedad API, el contenido de
azufre y el TAN; además se presentan los rendimientos de destilación para cada
una de ellas.
Figura 4.22. Gravedad API de las dietas alternativas evaluadas.
DERECHOS RESERVADOS
168
Figura 4.23. Contenido de azufre en las dietas alternativas evaluadas.
Figura 4.24. Acidez (TAN) de las dietas alternativas evaluadas.
Figura 4.25. Rendimientos de destilación de las dietas alternativas evaluadas.
DERECHOS RESERVADOS
169
4.4.1.3. Productos para el mercado local y de exportación
Se presentan gráficos comparativos entre las producciones de las gasolinas RON
91 y 95, y diesel, para este último también se presenta un gráfico específico para
mostrar sus componentes; siendo el elemento más importante, el contenido de
kerosén, ya que, este es degradado a diesel, como resultado del alto contenido de
azufre en las mezclas de crudo, con relación al límite de operación óptimo, para
alcanzar la especificación requerida.
En las comparaciones de producción para el mercado local, se encuentran tanto la
demanda que tienen cada uno de los productos, como las cuotas de producción
que suple normalmente ELP.
Con respecto al mercado de exportaciones, se presenta el Jet Fuel, ya que este es
el principal producto que ofrece la RELP para el mercado foráneo.
Figura 4.26. Producción de diesel automotor en las dietas alternativas evaluadas.
DERECHOS RESERVADOS
170
Figura 4.27. Componentes del diesel para las dietas evaluadas.
Figura 4.28. Producción de Gasolina RON 91 en las dietas evaluadas.
Figura 4.29. Producción de Gasolina RON 95 en las dietas evaluadas.
DERECHOS RESERVADOS
171
Figura 4.30. Producción de Jet Fuel para exportación en las dietas evaluadas.
En resumen:
El caso 1 resultó compuesto por los crudos CRA (56,4%) + CRD (28,6%) +
CRC (10,7%) + CRE (4,3%), en base a una carga optima por economía de
131,5 MBD. No es necesario degradar kerosén como componente del diesel
para cumplir su especificación de azufre. Se registra un incremento en la
función objetivo, respecto al caso base de 240 M$/día.
El caso 2 compuesto por los crudos CRA (87,5%) + CRC (7,8%) + CRE (4,7%),
en base a una carga optima por economía de 135 MBD. Es necesario degradar
Kerosén como componente del diesel para cumplir con su especificación de
azufre. Se registra un incremento en la función objetivo, respecto al caso base
de 334 M$/día.
Con respecto al caso 3, resultó una proporción de los crudos CRA (72,5%) +
CRG (23,1%) + CRE (4,4%), en base a una carga optima por economía de 135
MBD. Es necesario degradar kerosén como componente del diesel para
cumplir su especificación de azufre. Se registra un incremento en la función
objetivo, respecto al caso base de 159 M$/día.
DERECHOS RESERVADOS
172
En relación al caso 4, resultó compuesto por los crudos CRA (87,4%) + CRH
(7,9%) + CRE (4,7%), en base a una carga optima por economía de 132 MBD.
Es necesario degradar kerosén como componente del diesel para cumplir su
especificación de azufre. Se registra un incremento en la función objetivo,
respecto al caso base de 237 M$/día.
Por su parte, el caso 5 resultó compuesto por los crudos CRA (33,6%) + CRG
(31,5%) + CRD (30,5%) + CRE (4,4%), para una alimentación optima de 140
MBD. No es necesario degradar kerosén como componente del diesel para
cumplir su especificación de azufre. Se registra un incremento en la función
objetivo, respecto al caso base de 279 M$/día.
4.4.2. Escenarios futuros
Tabla 4.57. Escenarios futuros evaluados. Crudo Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5
Escenario Proyección de la producción de
Crudo B
Inclusión del Crudo F en la dieta de RELP
Incremento de la demanda de diesel
para electricidad Crudo B 43,6 - - 53,9 - Crudo A 84 104 72,1 79,9 115 Crudo C - 8 10 - 10,8 Crudo D - - 40,1 - - Crudo E 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2 Crudo F - 13 10 - -
Total: 133,8 131,2 138,4 140 132
4.4.2.1. Valores de la función objetivo
En el siguiente gráfico pueden observarse los valores de la función objetivo para
cada uno de los casos evaluados. Como puede observarse todos presentan
DERECHOS RESERVADOS
173
ganancias superiores a las del caso base, por lo que cualquiera de estos
supondría un aumento en la rentabilidad de la RELP.
Figura 4.31. Valores de la función objetivo para los escenarios futuros estudiados.
4.4.2.2. Especificaciones de las dietas
A continuación, se presentan gráficos donde se encuentran las propiedades de las
mezclas de crudo evaluadas, específicamente, la gravedad API, el contenido de
azufre y el TAN; además se presentan los rendimientos de destilación para cada
una de ellas.
Figura 4.32. Gravedad API de las dietas de los escenarios futuros evaluados.
DERECHOS RESERVADOS
174
Figura 4.33. Contenido de azufre en las dietas de los escenarios futuros.
Figura 4.34. Acidez (TAN) de las dietas de los escenarios futuros evaluados.
Figura 4.35. Rendimientos de destilación de las dietas de los escenarios futuros
evaluados.
DERECHOS RESERVADOS
175
4.4.2.3. Productos para el mercado local y de exportación
Se presentan gráficos comparativos entre las producciones de las gasolinas RON
91 y 95, diesel automotor, para la generación de electricidad y para ambas
calidades; de igual forma también se presenta un gráfico para mostrar la
composición de estos; siendo el elemento más importante, el contenido de
kerosén, ya que, este es degradado a diesel, como resultado del alto contenido de
azufre en las mezclas de crudo.
En las comparaciones de producción para el mercado local, se encuentran tanto la
demanda que tienen cada uno de los productos, como las cuotas de producción
que suple normalmente ELP.
Con respecto al mercado de exportaciones, se presenta el Jet Fuel, haciendo
hincapié en el aumento que supone para este, la producción del diesel eléctrico.
Figura 4.36. Producción local de diesel automotor en los escenarios futuros
evaluados.
DERECHOS RESERVADOS
176
Figura 4.37. Producción de diesel para electricidad en los escenarios futuros
evaluados.
Figura 4.38. Producción de diesel (ambas calidades) en los escenarios futuros
evaluados.
Figura 4.39. Componentes del diesel automotor y para electricidad en los
escenarios futuros evaluados.
DERECHOS RESERVADOS
177
Figura 4.40. Producción de gasolina RON 91 en los escenarios futuros evaluados.
Figura 4.41. Producción de gasolina RON 95 en los escenarios futuros evaluados.
Figura 4.42. Producción de Jet Fuel en los escenarios futuros evaluados.
DERECHOS RESERVADOS
178
Figura 4.43. Incremento de las exportaciones de Jet Fuel en escenarios con
producción de diesel eléctrico.
En resumen:
En relación al escenario futuro 1, disminución de la producción del Crudo B, se
llegó a una dieta óptima de CRA (55,5%) + CRB (40%) + CRE (4,5%), con una
carga por economía de 134 MBD. Se registra un incremento en la función
objetivo de 378 M$/día. Se encontró que tal disminución no afecta el
desempeño de la RELP, pero aumenta la carga de Crudo A.
Con respecto al escenario futuro 2, interacción con la RBSI, se llegó a una
dieta óptima de CRA (79,3%) + CRC (6,1%) + CRE (4,7%) + CRF (9,9%), para
una alimentación 131 MBD, con utilización de 13 MBD de RBS. Se registra un
incremento en la función objetivo de 373 M$/día. La inclusión del Crudo F
disminuye los niveles de insumos y la carga de Crudo A.
De igual manera, para el escenario futuro 2, se llegó a una dieta óptima de
CRA (52,1%) + CRD (29%) + CRE (4,5%) + CRF (7,2%), alimentando por 131
MBD, con utilización de 10 MBD de CRF. Se registra un incremento en la
función objetivo de 629 M$/día. La inclusión del Crudo F disminuye los niveles
de insumos y la carga de Crudo A.
DERECHOS RESERVADOS
179
El análisis del escenario futuro 3, incremento de la demanda de diesel para
generación de electricidad, resultó en una dieta óptima de CRA (57,1%) + CRB
(38,5%) + CRE (4,4%), optimizando la carga de destilación a 140 MBD. Se
registra un incremento en la función objetivo de 1 453 M$/día. El volumen de
producción de dicho diesel es mayor con esta dieta.
Igualmente, respecto al escenario futuro 3, se llegó a una dieta óptima de CRA
(87%) + CRC (8,3%) + CRE (4,7%), limitado por optimización a 132 MBD. Se
registra un incremento en la función objetivo de 1 340 M$/día. El volumen de
producción de este diesel es mayor con la dieta CRA + CRB + CRE, que con la
evaluada en este caso.
DERECHOS RESERVADOS
CONCLUSIONES
Se establecieron las premisas operacionales, condiciones de diseño, set de
precios y requerimientos del mercado nacional a los que esta sujeta la refinería
El Palito.
Se identificaron y caracterizaron los crudos nacionales: Crudo A, Crudo C,
Crudo D, Crudo E y Crudo F, y los crudos foráneos uno y dos. De igual forma,
se recopiló la información pertinente a la disponibilidad de cada uno de estos.
Para todas las dietas alternativas y escenarios futuros evaluados, se reportan
incrementos importantes en el valor de la función objetivo (beneficio
económico), respecto al caso base.
En vista de los resultados obtenidos, en el estudio del escenario futuro 3, se
sugiere el cambio del patrón de producción de la RELP, ya que, es más óptimo
producir solo el diesel con calidad para generación eléctrica, en relación al
beneficio económico y al uso de las corrientes intermedias.
La producción de diesel para la generación de electricidad permite una mejor
distribución de las corrientes de proceso, que se ve reflejada en un aumento
del volumen de Jet Fuel para exportación.
A pesar de que todas las dietas alternativas estudiadas, permiten la operación
normal de la RELP, no se cumplió con el parámetro establecido de contenido
de azufre.
DERECHOS RESERVADOS
181
Del análisis y comparación de las especificaciones de las mezclas de crudo, se
pudo observar que existe una holgura de hasta 0,96% de azufre en la dieta de
crudo, para cumplir la especificación de diesel automotor sin que sea necesario
degradar kerosén en el diesel.
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RECOMENDACIONES
Realizar un análisis riguroso (con simuladores de proceso) de las dietas
planteadas, con fines de visualizar posibles cambios, como agregar
intercambiadores de calor, refuerzos en la metalurgia, entre otros; que deban
hacerse en la refinería, para el aprovechamiento exitoso de estas dietas.
Medir el impacto tanto económico como técnico en el SRN, mediante un
análisis integrado de todos sus componentes, de las dietas alternativas y
escenarios futuros evaluados.
Priorizar el proyecto de expansión de la refinería, para así procesar sin
inconvenientes crudos con mayor contenido de azufre, adaptando a la RELP a
las condiciones actuales del mercado de crudo tanto local como foráneo.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Libros
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Residua. 1era Edición. Editorial CRC Press. USA. 2007.
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Edición. Editorial Episteme. Caracas, Venezuela. 1999.
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Pétrole (IFP). Francia. 2001.
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técnicas 2da. Parte: Organización y ejecución de la investigación. Universidad
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http://www.statoil.com/en/InvestorCentre/Presentations/Downloads/Refining.pd
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TECHNOTRADE. H/CAMS. Tomado de
http://www.technotrade.com.pk/14/OmniSuite/H-CAMS/. 18/01/2012.
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ANÉXOS
ANEXO #1. Procedimiento para incluir en el modelo la corriente DHX.
1. En la tabla CASE se modificó la tabla BUY, y se agregó la variable “DHX”,
siendo esta el diesel hidrotratado. Se estableció una limitación de transferencia
máxima de 30 MBD y un precio de 143 $/bbl.
2. Debido a las limitaciones de trabajo de la tabla CASE, se procedió a agregar
los demás datos correspondientes a la variable agregada, directamente en las
tablas del modelo:
a. Tabla SDML: esta tabla es el submodelo Pool de Diesel. Simula un pool de
mezcla para las corrientes intermedias que conforman el diesel. Aquí se
agregó la corriente de diesel hidrotratado DHX, con el fin de diluir azufre
proveniente y destinar las corrientes locales hacia otras mezclas.
Como puede observarse en la figura 4.4, se agregó una columna con la variable
DHX, y una fila entre las corrientes de alimentación (feed streams) con la variable
VBALDHX. Al igual, se agregaron (999) en color rojo, para tomar en cuenta la
corriente para el cálculo de las propiedad señaladas; y utilizar el valor de DHX
indicado en cualquier otra tabla del modelo, o en su efecto la recurra en la tabla
PGUESS, el color rojo y los paréntesis indican al modelo no reportar tales
propiedades. Solo se presentan en el reporte las propiedades del producto final
(se encuentra el comando 999 en color negro y sin paréntesis).
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Figura A.1. Submodelo SDML con DHX incluido.
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b. Tabla BLNREST: Se encuentra en el menú BLNPROP de la opción
BLENDING. En esta tabla se encuentran todas las propiedades de
mezclado de todas las corrientes a excepción de las naftas y crudos.
Figura A.2. Tabla BLNREST con DHX incluido.
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ANEXO #2. Modificaciones realizadas mediante la tabla CASE.
Figura A.3. Tabla Buy del CASO BASE.
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Figura A.4. Tabla Sell del CASO BASE.
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Figura A.5. Modificaciones al modelo en la tabla CASE para el caso 1.
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ANEXO #3. Detalles del Caso Base.
Tabla A.1. Compras, ventas y economía del Caso Base. Caso CASO BASE
Función Objetivo (M$/día): 568 Compra de insumos
Crudo B 54 Crudo A 75 Crudo E 6
Venta de productos Jet Fuel 14
F.O. 1,6% S 21 F. O. para electricidad 23
Gasolina RON 91 30 Gasolina RON 95 63
Jet Fuel M.L. 1 Diesel automotor M.L. 37
Otros productos 15 Análisis económico
Ventas 25 328 Compras 24 640 Margen 688
Servicios Industriales 120 Mantenimiento 211 Margen Neto 357
Margen Variable 568
Tabla A.2. Propiedades del caso base. Propiedad Valor Dieta Rango Unidad
Gravedad API 28,1 27 - 29 °API TAN 0,16 < 0,5 mg KOH/g
Azufre 0,99 < 0,83 % p/p
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