Download eficiencia energética en plantas de refinación

Retos y Oportunidades de la Sustentabilidad Energética
en México
Eficiencia energética en plantas de
Refinación
M.I. Ma. Teresa Pérez Carbajal
Dr. Miguel Antonio Leiva y Nuncio
Ing. Marco Antonio Osorio Bonilla
Heroica Puebla de Zaragoza, Pue.
Septiembre, 2015
Contenido
1. IMPORTANCIA DEL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA
2. PRINCIPALES ÁREAS DE CONSUMO EN REFINACIÓN
3. RETOS Y ESTRATEGIAs
4. CONCLUSIONES
1. IMPORTANCIA DEL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA
2. PRINCIPALES ÁREAS DE CONSUMO EN REFINACIÓN
3. RETOS Y ESTRATEGIAS
4. CONCLUSIONES
Consideraciones críticas: Demanda experada de energía
En el contexto global, el crecimiento en el consumo de energía incrementrará
las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI)
Consumo de energía(GToe)
200
150
100
50
0
1990 1995 2000 2005 2010 2012 2015 2020 2025 2030 2035
Renovables °
Hidroelectricidad
Nuclear
Carbón
Gas Natural
Líquidos *
* Incluye petróleo, biocombustibles, gas a líquido y
carbón a líquido.
° Incluye eólico, solar, y otros renovables
BP Energy Outlook 2035, 2014
Consumo de energía : 2014 - 2035
 Incremento de 32%1.
 >80% de combustibles fósiles.
 Las emisiones de carbón crecen a
una tasa anual del 1.1% p.a
4
Consideraciones críticas: gases de efecto invernadero
 Emisiones y temperatura
 Se espera que las

emisiones de GEI por
consumo de energía se
incrementen en 38% , de
30 a 44 millones de tons
de CO2.
 Esto resultará en un
incremento de la
temperatura de 3° - 6°C.
Para mantener un
incremento de 2°
(450ppm) se requiere de
una reducción de 10 Gt de
CO2,.
IEA, World Energy Outlook 2012
5
Administración de CO2
Fuentes de
Emisión de
CO2
Procesamiento
de combustibles
Producción de
hidrógeno
•
•
Quema de
coque de FCC
Generación
de energía
El CO2 es el principal gas de efecto
invernadero que causa el cambio
climático.
Las
emisiones
de
las
refinerías
representan aproximadamente el 5% de
las emisiones industriales en todo el
mundo
Quema
Captura y Almacenamiento de CO2 es la
solución más utilizada en la administración
de CO2 en las refinerías.
Plan de Acción Climática (PAC)
Para enfrentar el cambio climático sistemáticamente se requieren esfuerzos
simultaneos en diferentes frentes
A. Mitigación
Mitigación directa: Basado
en eficiencia energética,
cogeneración, venteo de gas
y control de emisiones de
metano
Mitigación indirecta: Huella
de carbón
Desarrollo de tecnologías de bajo carbono: Captura y
secuestro de carbón (CCS), renovables
B. Adaptación
Operaciones vulnerables
Comunidades vulnerables
Desarrollar las competencias humanas y los mecanismos de
gobernabilidad necesarios para instrumentar el PAC
C. Temas
transversales
Apoyar la reducción de emisiones GEI a través de la asimilación,
investigación y desarrollo tecnológico
Apoyar y fomentar la reducción de emisiones de GEI a través de
mecanismos de fondeo y/o comercialización
7
Acciones de mitigación directa actuales en PEMEX
En Pemex las políticas y acciones de mitigación llevadas a cabo para incrementar la
eficiencia operativa y cumplir con las diferentes regulaciones se han efectuado desde
2001, lo que ha permitido a su vez, reducir las emisiones de CO2eq de manera directa:
o Reducción de la quema de gas
o Cogeneración
o Eficiencia en el uso de la energía
o Disminución de emisiones fugitivas
o Recuperación mejorada de petróleo mediante inyección de CO2
o Oferta de combustibles de baja huella de carbono
o Mercado de certificados de reducción de emisiones de carbono
o Línea base de emisiones y curva de costos de abatimiento
o Reducción de gases de desfogue y venteo
o Sustitución de Combustibles
o Mitigación Indirecta
8
Ley General de Cambio Climático
Artículo 33. Los objetivos de las políticas públicas para la mitigación
son:
IV. Promover prácticas de eficiencia energética, el desarrollo y uso de
fuentes renovables de energía y la transferencia y desarrollo de
tecnologías bajas en carbono, particularmente en bienes muebles e
inmuebles de dependencias y entidades
de la administración pública federal
centralizada y paraestatal, de
las entidades federativas y de los municipios;
V. Promover de manera prioritaria, tecnologías
de mitigación cuyas emisiones de gases y
compuestos de efecto invernadero sean
bajas en carbono durante todo su ciclo de vida;
Ley General de Cambio Climático
Artículo 34. Para reducir las emisiones, las dependencias y entidades
de la administración pública federal, las Entidades Federativas y los
Municipios, en el ámbito de su competencia, promoverán el diseño y
la elaboración de políticas y acciones de mitigación asociadas a los
sectores correspondientes, considerando las disposiciones siguientes:
I.
Reducción de emisiones en la generación y uso de energía:
g) Desarrollar políticas y programas que tengan por objeto la implementación
de la cogeneración eficiente para reducir las emisiones.
h) Fomentar prácticas de eficiencia energética, y de transferencia de
tecnología bajas en emisiones de carbono.
V. Reducción de emisiones en el Sector de Procesos Industriales:
a) Desarrollar programas para incentivar la eficiencia energética en las
actividades de los procesos industriales.
b) Desarrollar mecanismos y programas que incentiven la implementación de
tecnologías limpias en los procesos industriales, que reduzcan el consumo
energético y la emisión de gases y compuestos de efecto invernadero.
c) Incentivar, promover y desarrollar el uso de combustibles fósiles
alternativos que reduzcan el uso de combustibles fósiles.
Comportamiento y tendencias en la intensidad
energética
•
•
•
•
•
No miembros de la OECD con niveles sustancialmente mayores, pero tazas de reducción
más agresivas
Países de la OECD disminuyen su intensidad energética a un ritmo de 1.6% anual
China 3.3%
El resto de los países (Emergentes principalmente) 2.5% anual
Las brechas en el índice de intensidad energética entre los países se reducirán en más del
50%.
World Energy Outlook, 2010
Brechas del índice de intensidad energética
En el SNR existen áreas de oportunidad operativas o brechas, en
relación con los valores típicos de las refinerías de la costa norte
del Golfo de México (CNGM) y a los estándares internacionales de la
industria
*/ Costa Norte del Golfo de México (CNGM)
Estrategia Nacional de Energía, 2010
Índice de intensidad energético (IIE) en el SNR
Fuentes: Plan de Negocios de Petróleos Mexicanos y sus Organismos Subsidiarios 2014 -2018 .
1. IMPORTANCIA DEL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA
2. PRINCIPALES ÁREAS DE CONSUMO EN REFINACIÓN
3. RETOS Y ESTRATEGIAS
4. CONCLUSIONES
Distribución de los gastos de operación en refinación
BDI, PEMEX 2014
Distribución típica de consumo de combustible en
refinación
Sistemas
Auxiliares
42%
Plantas
de
Proceso
58%
• El principal consumidor de en
ergía esen las plantas de desti
lación de crudo con un 43%
• En segundo lugar las plantas
de desintegración catalítica
FCC con 23%
• Las plantas de hidrotratamien
-to con un 16%
BDI, PEMEX 2014
La distribución del consumo
energético típico en las refinerías está
distribuido
• Operación de las plantas de
proceso con un 58%,
• Generación de servicios auxiliares
con un 42%
1. IMPORTANCIA DEL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA
2. PRINCIPALES ÁREAS DE CONSUMO EN REFINACIÓN
3. RETOS Y ESTRATEGIAS
4. CONCLUSIONES
Impulsores, barreras y retos para el uso eficiente de
energía
Fuentes de
energía
innovativas
Desarrollo
tecnológico e
implantación
• Retos
tecnológicos
para utilizar gas
y coque de
refinerías contra
otros
combustibles
• Tecnologías
inadecuadas
para uso
eficiente energía
excedente,
especialmente
fuentes de bajo
valor calorífico
• Conflictos entre
flexibilidad en los
combustibles y
metas de
proceso
• Falta de códigos
y normas para
nuevas
tecnologías
• Confiabilidad
variable en los
motores de alta
eficiencia
• Limitaciones
catalíticas en
plantas de
hidrógeno e
impacto en la
demanda de gas
natural
CEC, 2004
Permisos y
regulaciones
• Compromiso
entre reducción
de NOx y
eficiencias
caloríficas
• Regulaciones
combustibles
limpios y
emisiones de
plantas
• Cambios
constantes en
las regulaciones
• Falta de
entendimiento
de las
regulaciones en
las refinerías
Cogeneración
• Largos retornos
de inversión y
riesgos por
incertidumbres
en los precios
• Las refinerías
alcanzando el
máximo
capacidad de
cogeneración
Abastecimiento
de electricidad
Inversiones
en plantas
• Brincos e
interrupciones
• Sistemas de
protección de
electricidad en
refinerías
inadecuados u
obsoletos
• Mayor demanda
de calidad en la
electricidad y
confiabilidad en
las nuevas
tecnologías
• Variabilidad en el
uso y
disponibilidad
• Respuestas a los
picos en las
refinerías
• Falta de capital
para instalación
de equipo
nuevo
• Altos costos
para equipos
eficientes
• Dificultad para
transmitir el
valor
económico
asociado con la
eficiencia en las
refinerías
Estrategias
PLANTEAMIENTO
DE ESTRATEGIAS
DEFINICIÓN DE
ELEMENTOS
EVALUACIÓN
DEL RIESGO
EVALUACIÓN DE
BENEFICIOS
SOFTWARE PARA
ADMINISTRACIÓN DE ENERGÍA
- CONCILPACIÓN DE DATOS
- REQUERIMIENTO PARA
PROPORCIONAR SOPORTE DE
MANTENIMIENTO A LARGO TIEMPO
- MANTENIMIENTO POR EL USUARIO
- SOPORTE EFECTIVO DE
ENTRENAMIENTO
BAJO
ALTO
CONTROL DE AGUA DE
ENFRIAMIENTO
- SISTEMAS DE ALTA CAPACIDAD
- ENTENDIMIENTO DE LOS MECANISMOS
DEL PROCESO DE ENSUCIAMIENTO DE
CAMBIADORES DE CALOR
BAJO
ALTO
INTEGRACIÓN ENERGÉTICA,
COGENERACIÓN
-
MEDIO
ALTO
GASIFICACIÓN DE COKE Y
LIQUIDOS PESADOS
- CONFIABILIDAD DE REFRACTARIOS
- OPTIMIZACIÓN DE FLEXIBILIDAD PARA
ELO USO DE LÍQUIDOS O GASES
- UTILIZACIÓN DE SUBPRODUCTOS
- COSTOS DE INVERSIÓN
ALTO
ALTO
INTEGRACIÓN TÉRMICA
RECUPERACIÓN DE CALOR
BOMBAS DE CALOR
ANÁLISIS TOTAL SITE
ANÁLISIS ENTRÓPICOS
California Energy Commission. “Energy Efficiency Roadmap for
Petroleum Refineries in California, 2004
Estrategias
PLANTEAMIENTO
DE ESTRATEGIAS
DEFINICIÓN DE
ELEMENTOS
EVALUACIÓN
DEL RIESGO
EVALUACIÓN DE
BENEFICIOS
INSPECCIÓN DE EQUIPO
- FIBRA ÓPTICA/SISTEMAS
INALAMBRICOS
- NO INTRUSIVOS
- MONITOREO DE CORROSIÓN EN
TANQUES, TUBERÍA Y RECIPIENTES
BAJO
MEDIO
ALTO
PROCESOS ALTERNOS DE
PRODUCCIÓN DE H2
- REDUCCIÓN DE COSTOS DE
ELECTRÓLISIS
- OPCIONES DE PRODUCCIÓN CON
ETANOL, METANOL, ENERGÍAS
RENOVABLES Y ENERGÍA NUCLEAR
- INCREMENTAR CAPACIDADES
- RECUPERACIÓN DE HIDRÓGENO DE
H2S O AMONIACO
ALTO
MEDIO
ALTO
TECNOLOGÌAS DE
SEPARACIÓN POR
MEMBRANAS
- IDENTIFICACIÓN DE CORRIENTES CON
ALTO POTENCIAL DE SEPARACIÓN
- REVISIÓN DE TECNOLOGÍAS
EXISTENTES
- EVALUACIÓN DE NUEVAS OPCIONES
- PRODUCCIÓN A GRAN ESCALA PARA
REDUCCIÓN DE COSTOS
- TIEMPO DE VIDA ADECUADO
ALTO
RECUPERACIÓN DE FUENTES
DE BAJO VALOR
- TURBINAS DE BAJA PRESIÓN
- REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN
- FLUIDOS ALTERNATIVOS PARA
GENERASCIÓN DE POTENCIA
- BOMBAS DE CALOR
ALTO
California Energy Commission. “Energy Efficiency Roadmap for
Petroleum Refineries in California, 2004
MEDIOALTO
MEDIO
Necesidades de investigación y Desarrollo Tecnológico
California Energy Commission. “Energy Efficiency Roadmap for Petroleum
Refineries in California, 2004
Necesidades de investigación y Desarrollo Tecnológico
California Energy Commission. “Energy Efficiency Roadmap for Petroleum
Refineries in California, 2004
1. IMPORTANCIA DEL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA
2. PRINCIPALES ÁREAS DE CONSUMO EN REFINACIÓN
3. RETOS Y ESTRATEGIAS
4. CONCLUSIONES
Conclusiones

Implementar medidas de ahorro de energía apoya el cumplimiento de la
Ley General de Cambio Climático, al reducir la producción de CO2.

El SNR tiene un gran reto al cambiar del 4º al 2º lugar del Cuartil de
Desempeño Operativo.

Incrementar las acciones para favorecer la Cogeneración:
 Por Pemex
 Por terceros

Se tiene un campo fértil para la investigación y desarrollo en tecnologías
para:
 Separación por membranas
 Recuperación y uso de fuentes de bajo valor
 Gasificación
GRACIAS POR SU
ATENCIÓN
Total Site
Cartera de
Proyectos
Plan de
Acción
(Road Map)
Recomendaciones
Específicas
Jerarquizar
Áreas de
Oportunidad
ESTABLECER
METAS
REDUCCIÓN
DEL IIE
Total Site
ANÁLISIS
PROCESOS
ANÁLISIS INTEGRAL
OBJETIVOS
GLOBALES
(PROCESOS – SERVICIOS)
•LÍMITES
TERMODINÁMICOS
1
•OBJETIVOS GLOBALES DE
CONSUMO
hc
VAP0R M.A.P.
hc
hc
•OBJETIVOS DE INVERSIÓN
2
•OBJETIVOS DE DISEÑO
PINCH
A.E.
n
H
CARTERA DE
PROYECTOS
(ROAD MAPS)
Total Site, resultados típicos
REDUCCIÓN DE
CONSUMO DE
COMBUSTIBLE
SERVICIOS
AUXILIARES
COGENERACIÓN
• Integración Térmica en Ptas. Primarias
• Control en CAFD
• Precalentamiento de Aire
• Maximizar el uso de vapor de baja presión
• Maximizar la generación de vapor de alta
presión
• Maximizar la extracción de vapor en turbos
• Incrementar el trabajo cogenerado
• Implementar ciclos combinados
• Utilización del coque
• Utilización de residuos líquidos
Potencial de cogeneración en refinación