Nueva tecnología para la refinación de crudos pesados y extra-pesados

En el mercado internacional los crudos ligeros son los más cotizados porque de éstos se obtienen productos de alto valor como son los combustibles (gasolina y diesel). Bajo este paradigma los crudos pesados y extra-pesados tienden a ser de menor precio.

Por su viscosidad alta, contenidos elevados de azufre, metales y asfaltenos, y bajo rendimiento de destilados, los crudos pesados son difíciles de refinar. Este tipo de hidrocarburos es el de mayor abundancia en México.

En este ámbito, investigadores del Instituto Mexicano del Petróleo, encabezados por el doctor Jorge Ancheyta, desarrollaron una tecnología que permite “aligerar” los crudos pesados y extra-pesados, incrementando su gravedad API en 9-12 grados.

Desde 1999 el proyecto fue pasando por las etapas de demostración de prueba de principio, investigación a escala de banco, planta piloto y finalmente pruebas de demostración a escala semi-industrial para validar los resultados obtenidos previamente.

Esta tecnología del IMP –explicó el especialista, nivel 3 del Sistema Nacional de Investigadores (SNI)– es un proceso de hidrodesintegración catalítica a condiciones moderadas, que permite obtener un incremento significativo en el rendimiento de destilados y eliminar una proporción alta de las impurezas presentes en la carga (azufre, metales y asfaltenos), con costos de inversión moderados y una rentabilidad atractiva.

Las aplicaciones básicas de este proceso, que ya está patentado en México y otros países, se encuentran en la conversión de crudos pesados a crudos intermedios de mayor valor en el mercado, y en el procesamiento inicial de los crudos pesados de carga a una refinería.

En comparación con la tecnología de coquización retardada que actualmente está en el mercado, la ventaja principal de la tecnología IMP es el rendimiento de producto. A partir de 100 barriles de crudo de 13°API se obtienen 104 barriles de crudo mejorado; mientras que con coquización retardada a partir de 100 barriles de crudo de 13° API se obtienen 80 barriles de crudo mejorado.

En comparación con las tecnologías convencionales de hidrodesintegración (H-Oil o LC-Fining), las ventajas principales de la tecnología IMP son: menores costos de inversión y menor consumo de hidrógeno y de catalizadores, además de una operación mucho más segura y estable.

Por otra parte, el mejoramiento en la calidad de los crudos que se obtiene mediante la aplicación de esta tecnología es significativo, ya que además del mayor rendimiento de destilados, los crudos mejorados presentan bajos contenidos de azufre, metales, asfaltenos y de precursores de la formación de carbón; baja corrosividad y baja tendencia a la formación de depósitos. Estas características facilitan el manejo, refinación y rendimiento de estos crudos y se reflejan en un mayor valor en el mercado.

Propiedad Crudo de 10°API Crudo mejorado Crudo de 16°API Crudo mejorado
Gravedad API 9.89 22.6 15.93 25.2
Azufre, %peso 5.72 1.10 4.60 1.10
Metales (Ni+V), ppm 588 99 430 97
Asfaltenos, %peso 20.9 8.3 15.7 4.7
Viscosidad a 25°C, cSt 165,860 89 3,173 50

Propiedades de crudos mejorados obtenidos a partir de crudos de 10 y 16°API durante la prueba semi-industrial de la tecnología IMP.

* La gravedad API es una medida de densidad que describe cuán pesado o ligero es el petróleo. Si los valores son altos, se trata de un petróleo ligero, y si son bajos, de un petróleo pesado.

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Proyecto gráfico de la nueva refinería

  • La construcción de la nueva refinería estima una inversión mayor a cien mil millones de pesos.
  • Mientras se concretan las ofertas de donación de terrenos, continúan sin interrupción los trabajos para desarrollar la ingeniería conceptual del proyecto.

El proyecto de una nueva refinería

El área requerida para la nueva refinería, considerando plantas de proceso, servicios principales, laboratorios, talleres de mantenimiento, oficinas administrativas, área de almacenamiento tanto de materia prima como de productos terminados y área de amortiguamiento, es de aproximadamente 700 hectáreas. En el plano de localización general (figura 1) se muestra la distribución general de las principales plantas de proceso de la nueva refinería para una capacidad de 300 miles de barriles diarios (mbd).

Volumen esperado

Se planea que la nueva refinería produzca aproximadamente 142 mbd de gasolinas y 2 mbd de diesel; asimismo, se obtendrían 12 mbd de turbosina. Todos los productos destilados serían de ultra bajo azufre.

Proceso y producción de la nueva refinería1

(miles de barriles diarios)

Volumen esperado
Proceso de crudo
Crudo Maya
(porcentaje)
Producción
Gas licuado
Propileno
Gasolinas
Diesel
Turbosina
Combustóleo
Asfaltos
Coque (ton/día)
Azufre (ton/día)
1Considera producción del crudo.

Fuente: Elaboración propia. Pemex Refinación.

Beneficios

Balances

La construcción de una nueva refinería incidirá de manera importante en el balance oferta-demanda de gasolinas y permitirá reducir las importaciones en aproximadamente 140 mbd.

En cuanto al balance de diesel, con la entrada en operación de la reconfiguración de la refinería de Minatitlán, prácticamente se encontraría en equilibro hacia el año 2010. No obstante, se tiene previsto un incremento importante en la demanda por este producto, por lo que el nuevo tren contribuiría a cubrir los faltantes en los siguientes años.

Empleo

Durante la fase de ingeniería que se llevará a cabo entre 2009 y 2010, se requerirá la participación, en el periodo de mayor actividad, de 900 a mil trabajadores humanos altamente calificados.

Para la construcción de la refinería, que iniciará en 2010 y culminará en 2015, se emplearán, en el periodo de mayor dinamismo, de 9 mil a 10 mil 500 personas de manera directa, lo que generará, de manera indirecta, entre 31 mil 500 y 36 mil 800 empleos indirectos.

Dada su naturaleza, esos empleos serán temporales. Para la operación de las instalaciones se requerirá de la actividad permanente de mil a mil 400 empleados a partir de 2015.

De esta manera, la ejecución del proyecto permitirá generar entre 41 mil 400 y 48 mil 300 empleos, entre directos e indirectos, durante las fases de ingeniería y construcción, y de mil a mil 400 de manera permanente.

Divisas

Con la entrada en operación del nuevo tren de refinación, se obtendrá un impacto positivo en la producción de combustibles de alto valor de mercado y se reducirá la balanza negativa de divisas de petrolíferos, en aproximadamente 6 mil millones de dólares hacia 2016.

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Especificaciones técnicas de una nueva refinería

Principales insumos de una refinería

El petróleo crudo es la materia prima principal, suministrado por el organismo Pemex Exploración y Producción.

Los insumos adicionales que requiere una refinería son:

  • Gas natural. Materia prima generadora de hidrógeno, indispensable en los procesos de hidrodesulfuración y como combustible en los calentadores a fuego directo y en las calderas generadoras de vapor.
  • Energía eléctrica: En buena medida se genera en el interior de las mismas refinerías, pero también depende en parte del suministro adicional de la CFE.
  • Agua. Se emplea básicamente como un medio de enfriamiento en los procesos y como suministro a las calderas generadoras de vapor.
  • Isobutano. Materia prima de las plantas de alquilación para producción de alquilado, componente de las gasolinas de alto octano.
  • TAME/MTBE. Componentes oxigenados de las gasolinas.
  • Ácido fluorhídrico. Catalizador de las plantas de alquilación para producción de alquilado.
  • Ácido sulfúrico y sosa cáustica como materias primas para la obtención de agua desmineralizada para la generación de vapor.

Productos principales que se obtienen en una refinería:

  • Gasolina Pemex Magna
  • Gasolina Pemex Premium
  • Turbosina
  • Combustóleo
  • Pemex-Diesel
  • Asfalto
  • Azufre
  • Propileno
  • Lubricantes
  • Coque
  • LPG (Propano-Butano)

Procesos que constituyen una refinería

Una refinería moderna debe contar con infraestructura suficiente para mantener la continuidad de su operación, es decir, tener flexibilidad para realizar mantenimientos, son la interrupción total de la producción.

Las plantas con las que deberá contar la nueva refinería son:

  • Destilación combinada primaria y vacío
  • Coquización retardada
  • Hidrodesulfuración de gasolina
  • Hidrodesulfuración de nafta catalítica
  • Hidrodesulfuración de destilados intermedios
  • Hidrodesulfuración de diesel
  • Hidrodesulfuración de gasóleos de coquización y de vacío
  • Hidrodesulfuración de naftas de coquización
  • Desintegración catalítica FCC
  • Reformación de naftas
  • Isomerización de pentanos y hexanos
  • Isomerización de butanos
  • Alquilación
  • Hidrógeno
  • Azufre
  • Hidrockacking

Función de cada uno de los procesos

Destilación combinada primaria y vacío. La función de estos procesos es descomponer o separar el petróleo crudo en sus diferentes componentes por medio de destilación atmosférica y al vacío.

Coquización retardada. La función de esta planta es procesar el residuo de vacío para obtener productos de mayor valor agregado como gas, gasolina y gasóleos.

Hidrodesulfuración de gasolina. La función de este proceso es eliminar de la gasolina el contenido de productos indeseables como azufre y nitrógeno.

Hidrodesulfuración de nafta catalítica. La función de este proceso es disminuir el contenido de azufre por debajo de 15 partes por millón de la gasolina catalítica producto.

Hidrodesulfuración de gasóleos de coquización y de vacío. La función principal de este proceso es disminuir el contenido de azufre en el diesel y en el gasóleo producto.

Desintegración catalítica FCC. La función principal de este proceso es la obtención de gasolina catalítica de alto octano.

Reformación de naftas. La función principal de este proceso es la obtención de gasolina reformada de alto octano.

Isomerización de pentanos y hexanos. La función principal de este proceso es incrementar el índice de octano de la gasolina de carga.

Isomerización de butanos. La función principal de este proceso es la obtención de isobutano.

Alquilación. La función principal de este proceso es la obtención de gasolina (alquilado) de alto octano.

Hidrógeno. La función de este proceso es la obtención de hidrógeno de alta pureza.

Azufre. La función principal de este proceso es la recuperación del azufre de los gases ácidos.

Hidrocracking. La función principal de este proceso es convertir el diesel a gasolina.

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