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

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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

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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