REFINACIÓN PARA NOVATOS Ciro Serrano Camacho Algunas consideraciones sobre refinación de petróleo, industria química y ambiente Bogotá, junio de 2004 2 3 Ciro Serrano Camacho*: nací en Mompox -Bolívar-; bachiller del Colegio Pinillos de esta ciudad; ingeniero químico de la Universidad del Atlántico; hice trabajos de postgrado en el Ente Nacional de Hidrocarburos -ENI, Milán, Italia- y en la Escuela de Minas de Colorado -Golden, Colorado-. Experiencia en producción e ingeniería de procesos en las industrias de refinación de petróleo, siderúrgica y de alimentos; en docencia universitaria, en producción limpia y en gestión y auditorias ambientales. *El niño del triciclo, hace varios años, creo yo Foto cortesía de mi paisano y amigo, Dr. José Antonio Muñoz Estor. Ninguna parte de este libro puede ser reproducida, archivada o transmitida en forma alguna o mediante algún sistema, ya sea electrónico, mecánico o de fotorreproducción, de almacenamiento en memoria, o cualquier otro modo, sin el previo y expreso permiso por escrito del autor. Bogotá, junio de 2004 µεδιοαµβιετερεϕιναζιοννδεπετρολεοεινδυστριακιµικαπαρανουατοζζιροζερανωχαµατχο βογοτα 2004 4 5 Agradecimientos A las personas que me ayudaron a editar este documento. A varios amigos que me dieron sugerencias sobre las modificaciones que necesitaba la primera edición. A Marcela Serrano y Germán Darío Álvarez, editores de la primera publicación hace unos cinco años. A Milton Ontibón Barrera, por su colaboración en la ordenación de y armada de esta edición, ubicación de caricaturas y fotografías. A Victoria Carolina Tapias, estudiante de artes, aguante para la selección y ubicación de caricaturas y fotografías. A Boris Plazas Serrano por sus sugerencias para la edición final. A John Mauro Castaño por sus sugerencias sobre el contenido, la selección del material y el ordenamiento del contenido. A Alvaro Mercado de la Rosa, por la revisión de los diaflujos. A Jaime Pinzón, por escanearme un par de docenas de gráficos y tablas. A Henry Josué Zapata Lesmes por sus sugerencias y brindarme una carpeta para tener siempre archivos de seguridad en su computador. A José Dagoberto Ortiz García por suministrarme 1,500 direcciones web, de las cuales seleccioné 150 relacionadas con energía y minas. A Esperanza, Aluna (por la foto más linda para adornar el libro) y Carolina que siempre estuvieron ahí para aguantarnos a mí y a este entuerto. A Juán Alberto Ocampo por su ayuda en la configuración del documento PDF. Créditos A unos pocos funcionarios de Ecopetrol, UPME, Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, Ministerio de Relaciones Exteriores y demás entidades, por sus críticas, y por varios documentos públicos de su autoría que aparecen en este documento, siempre con sus respectivos créditos y logros de las entidades. 6 Prólogo Cuando un estudiante se gradùa de la Universidad en el àrea de ingenierìa quìmica, el nuevo profesional ha pasado por 5 a 8 años, si ha continuado sus estudios de postgrado, de intenso estudio de las ciencias bàsicas de ingenierìa. En su fondo encuentra un vacìo, una serie de inquietudes existenciales de ausencia de la conexiòn de todo ese mundo cientìfico que ha conocido con la realidad industrial, comercial y empresarial. Cuando este profesional llega a una refinerìa de petròleo a trabajar en la àrea de ingenierìa de proceso, que es el mundo de las ciencias aplicadas a la transformaciòn de materias primas en productos de mayor valor agregado, la sorpresa, la satisfacciòn y la admiraciòn por la carrera que ha estudiado son inmensas, porque se da cuenta que toda su preparaciòn en una u otra forma aplica a ese nuevo mundo que ha encontrado. Tal vez se cuestiona si algunas de las asignaturas estudiadas fueron adecuadamente enseñadas o si algunos de los profesores no tenìan una preparaciòn acadèmica e industrial suficientemente sòlida, y se dedica por sì mismo a corregir esas debilidades, a estudiar nuevamente tal o cual tòpico, con un nuevo enfoque, para entender y sentir y aprender definitivamente los conceptos. La diferencia entre Universidad e industria es muy sencilla: en la Universidad le dan todos los datos y le piden encontrar la respuesta al problema; en la industria le dan el problema y el ingeniero busca y encuentra los datos que necesita para la soluciòn del problema. Aquì està la clave del verdadero apredizaje y tambièn quizà la parte de las metodologìas modernas de la enseñanza que se deben emprender en el estudio de la ingenierìa del siglo XXI. En ese nuevo mundo de las ciencias aplicadas, son muchos los elementos que el joven ingeniero impaciente e intrèpido quisiera disponer a la mano para suplir ràpidamente el “gap” entre la academia y la industria. Las necesidades son variables y dependen de la formaciòn de cada quien. Un buen grupo de ellos le hubiera gustado disponer de un buen libro bàsico, elemental, en lenguaje sencillo y comprensible que lo pudiera “beber” y asimilar en unas pocas horas. A este grupo pertence el ingeniero Ciro Serrano Camacho, quien hace muchos soñò escribir algùn dìa el libro Refinaciòn para Novatos, para ayudarles a las futuras generaciones de ingenieros que llegan por primera vez a la ingenierìa de procesos. En este libro se abordan, bajo un enfoque muy conceptual, gran parte del lenguaje tècnico de esta disciplina, definiciones, conceptos, anàlisis de laboratorio, operaciones unitarias, tipos de plantas y procesos, suministro de energìa desde la quema misma del combustible hasta la producciòn de potencia, polìticas y aspectos ambientales y de producciòn limpia y estrategias para el desarrollo sostenible. E libro serìa una buena guìa para principiantes multidisciplinarios en el mundo de la refinaciòn del petròleo. Hechos son amores y no buenas razones. Tantos especialistas han soñado con escribir su libro y no lo han logrado. El ingeniero Ciro Serrano Camacho, sin serlo, corona hoy la primera visiòn de su sueño, porque estoy seguro que en el pròximo futuro vendràn nuevas revisiones que vayan enriqueciendo cada vez màs su importante libro Refinaciòn para Novatos. DAVID F. CALA HEDERICH Consultor Energètico y Ambiental 7 RESUMEN Este trabajo presenta consideraciones elementales sobre algunas relaciones medioambientales de la industria de refinación de petróleo y la industria química. Este documento pretende constituir un referente primario sobre la industria de refinación de crudo y la industria química y su relación con el medio ambiente. Está dirigido al lector no refinador, y espero que sirva como libro de consulta para la educación secundaria. Varios temas podrían ser una ayuda para algunos cursos uso en facultades de ingeniería química; así como guía tecnológica de formación básica para el día a día en operaciones de refinación y producción de plantas químicas. El enfoque de los temas es conceptual, y está nutrido con direcciones web y vínculos con documentos asociados. Las industrias de refinación y petroquímica se caracterizan por ser particularmente contaminantes y donde existe un gran potencial de mejoramiento de eficiencias; ésto determina, entre otras cosas, las acciones preventivas y correctivas que pueden tomarse. Según esto, se consideró conveniente analizar la problemática ambiental de Colombia, mediante la conceptualización y manejos prácticos de la terminología, de los procesos unitarios aplicables a las industrias, de la discusión de los diagramas de flujo, de las políticas ambientales, de la producción limpia, de la ecoeficiencia y del desarrollo sostenible. Durante el desarrollo de esos temas se introdujeron enfoques y ejemplos de indicadores ambientales, de formulación de combustibles y de opciones de políticas y de manejo de variables para el mejoramiento del manejo ambiental y de los procesos químicos, entre otros. El maneje anterior resultó en un ejercicio pedagógico dedicado a la educación masiva sobre refinación, como un aporte a las culturas crítica, analítica y conceptual de los componentes ambiental y energético. Ya que la refinación abarca tantas áreas interdependientes, se puede asociar refinación con actividades como la energética, la industria química y petroquímica, así como con otras actividades ambientales, de servicios y sociales. El trabajo presenta el resumen conceptual, elemental y básico, sobre el diseño y operación de las industrias de refinación y petroquímica, con la integración de las variables ambiental y energética al desarrollo histórico. También presenta la mayoría de los procesos que existen en Colombia y algunos pocos que existen en el mundo. Durante la descripción de las plantas y procesos, se hacen generalizaciones comunes a muchos procesos, salvo tres o cuatro plantas seleccionadas que se pueden considerar como ejemplos representativos del sector. Para poder llegar al enfoque técnico, ha sido necesario utilizar ejemplos de la vida cotidiana y otras descripciones y analogías que hicieron necesariamente largo el texto. Con este libro se pretende motivar la discusión de vivencias cotidianas, tales como aire irrespirable, cuerpos de agua contaminados, altos niveles de ruido, basuras y desmadre del manejo de desechos sólidos, desertificación, deforestación, disminución de la pesca, de las cosechas y de la biodiversidad, cambio climático, acidificación, agotamiento de la capa de ozono e ineficiencia de las políticas ambientales, con un criterio de prevención hacia el desarrollo armónico amigable con el medio ambiente. Se espera que el lector asimile el contenido como una ayuda para mejorar la integralidad del manejo ambiental y la interpretación de los diagramas de flujo y de bloques de cualquier proceso de refinación y petroquímica e incursionar en las alternativas que pueden presentarse al plantearse proyectos industriales asociados con estas tecnologías. 8 9 Estas cinco cartas presentan la secuencia del cruce de cartas con Ecopetrol, cuya resultante fue la negativa de esa empresa a invertir $45,000 para comprar un ejemplar para su centro de documentación. 10 11 12 13 14 TABLA DE CONTENIDO POR CAPÍTULOS Capítulos y temas Pá gin a PREÁMBULO Antecedentes Objetivo Introducción Alcances Reseña histórica 26 29 30 31 33 34 CAPÍTULO I DEFINICIONES Y CONCEPTOS BÁSICOS ASOCIADOS CON LA REFINACIÓN Crudo API (American Petroleum Institute) Asfaltenos Azufre Barril BSW, bottom sedimentation water o agua y sedimentos de fondo Destilación Engler Gas combustible Gas natural Gas libre y gas asociado GOR, gas/oil ratio o relación gas/aceite GPK, gallons per kilo-cubic feet, o GPM , galones de condensado por mil pies cúbicos de gas K, factor de caracterización Livianos: GLP, gas licuado del petróleo, GLP liquefied petroleum gas o ‘propano’ Penetración y punto de escurrimiento Química orgánica o del carbono y química inorgánica o mineral Series de hidrocarburos Procesos y productos Aceites y grasas lubricantes Ruido Aditivos detergentes/dispersantes 38 42 42 42 43 43 43 44 44 44 45 45 45 45 48 48 49 51 52 53 53 15 Cocinol o combustible liviano doméstico, CLD Combustóleos Cromatografía Dioxinas Disolventes 53 53 54 55 55 Flash point o punto de ignición y Fire point o punto de fuego Naftas y gasolinas HUELS Y PENEX Gasolinas oxigenadas Gasolinas reformuladas Porcentaje de disminución del contenido energético Porcentaje de aumento de consumo de combustible Consideraciones sobre la salud humana Índice diesel o número de cetano. Otros destilados Biodiesel Kerosene, ACPM y gasolina para jet (Jet A) Nafta virgen Número luminométrico Octanaje RON (Research Octane Number); número de octano e índice de octano Poder calorífico, btu y BFOE (British thermal unit y barrel of fuel oil equivalent) ppm y ppb, partes por millón y partes por billón Punto de anilina Resinas RVP, presión de vapor Reid y presión de vapor del agua Viscosidad e índice de viscosidad Diseño, operaciones y procesos unitarios Biorremediación Cadena productiva Catalizadores Circuitos auxiliares, de servicios y otros Destilació Fraccionamiento 56 56 57 58 61 64 64 65 67 68 71 71 71 72 72 73 73 74 74 75 75 75 76 76 78 78 79 CAPÍTULO II OTROS PROCESOS Y OPERACIONES UNITARIAS Operaciones, procesos unitarios y diagramas Procesos en lecho fijo: lixiviación, adsorción, absorción, tamización molecular y catálisis. Lixiviación Tamización molecular Adsorción – despojamiento Absorción y despojamiento Reforming catalítico e isomerización Reforming Isomerización 103 103 104 104 105 107 108 111 16 Cracking catalítico Blending e instalaciones de mezclado Extracción líquido-líquido, XLL y despojamiento Hidrocraqueo Consideraciones y manejo de energía térmica Definición Ahorro de energía Listado de consideraciones con potencial de mejoramiento de eficiencia energética Otros procesos energéticos industriales Oxidación y combustión Transferencia de calor y hornos Intercambiadores de calor Torres de enfriamiento Vapor de agua Limpieza de equipos Fraccionamiento 111 117 118 119 121 121 122 123 125 127 128 131 135 139 139 139 CAPÍTULO III ESQUEMAS GENERALES Y DIAFLUJOS SIMPLIFICADOS DE PLANTAS DEL COMPLEJO DE REFINACIÓN Y PETROQUÍMICA DE BARRANCABERMEJA (CIRP) Y DE LA REFINERÍA DE CARTAGENA Plantas de producción Destilación binaria Principales tipos de plantas y esquemas de refinación según Bonner and Moore Refinería topping Refinería hydroskimming Refinería cracking Refinería cracking-coking Topping o unidades combinadas de destilación atmosférica y destilación al vacío Ejemplo de carga a refinación Corridas Capacidades de vacío Estabilización de gasolinas Especialidades Destilación atmosférica Cadena petroquímica Plantas de producción convencionales Refinería de Barrancabermeja Introducción general Refinación y petroquímica Esquema simplificado Complementación general Complementación detallada 141 141 142 143 143 144 144 145 147 147 147 148 150 151 153 156 157 158 158 158 159 161 17 Unidad de Balance, la refinería dependiente Datos puntuales de producción Costa norte Barrancabermeja Historia de perforación de desarrollo Consumo de combustibles en 2002 Volúmenes de exportación en 2001 Volúmenes de importación en 2001 Colombia y el mundo Producción de crudo, miles de bpd Reservas de crudo, en Mbpd Producción de gas natural Reservas de gas natural Ejemplos de procesos petroquímicos Cadenas de productos petroquímicos Cadena petroquímica a partir del petróleo Cadena petroquímica a partir de la fracción C4 Cadena petroquímica a partir de etileno Cadena petroquímica a partir de acetileno Cadena petroquímica a partir de propileno Oleflex Cyclar Gasolinas reformuladas y oxigenadas en USA y Colombia: programas, emisiones y otros Ciclo de CO2 Refinería de Cartagena y proyecto cracker Esquema actual Perspectivas del sector petroquímico colombiano privado Comentarios generales Propileno en Colombia Planta de hidrógeno Hidrotratamiento Planta de etileno Tratamientos Etileno II Resultados típicos de los análisis efectuados a muestras de catalizadores usados Turboexpander Recuperación de gases saturados Recuperación y procesamientos de otros livianos de las URC Gases de combustión del carbón K. Viscorreducción, craqueo térmico o visbreaker Planta de Unibón hidrodesulfuración o hydrotreating DAP, desasfaltado de propano Unifining y platforming Sulfolane Siderúrgia Refinería Sebastopol 162 164 164 164 164 164 164 164 165 165 165 165 165 167 168 169 169 170 170 171 171 172 172 173 177 179 179 179 179 180 181 183 184 184 185 186 192 193 196 203 206 209 211 212 218 221 CAPÍTULO IV 18 PLANTAS DE PROCESO DE GAS NATURAL Generalidades Caracterización de los yacimientos y objetivos del procesamiento Procesos de deshidratación Valoración de productos Detalles de equipos, operaciones y procesos Consideraciones ambientales Planta de gas Planta típica de gas natural Principios de deshidratación GLP, Petroquímica y Cusiana: revisión de la industria petroquímica colombiana Opciones de carga para olefinas colombianas Opciones de olefinas a partir de los LNG´s de Cusiana/Cupiaga Planta de eliminación de nitrógeno GNV Emisiones características de los motores GNC 224 224 225 229 230 230 231 232 233 233 233 234 234 235 237 CAPÍTULO V POLITICA Y CONSIDERACIONES AMBIENTALES Política y Ministerio del Medio Ambiente Generalidades Lineamientos Antecedentes Sobre sus funciones PYMES Vivencias Comercio ambiental y deuda externa Ecopetrol, política Educación ambiental e idiosincrasia Indicadores e índices ambientales. Temas meta de la política ambiental, cadena de causalidad y metodología para el diseño de los indicadores Indicadores Desarrollo sostenible y estructura presión-estado-respuesta, PSR Tipos de indicadores Elementos metodológicos Agotamiento de la capa ozono y sustancias agotadoras de la capa de ozono Principales compuestos que agotan la capa de ozono Acidificación del medio ambiente Principales Compuestos acidificantes Cambio climático GWP Eutroficación Refinería Aguas residuales Cambio climático 238 238 239 240 241 243 244 245 249 251 255 256 259 261 262 263 265 265 266 266 272 273 273 274 274 19 Tráfico y transporte Generación de energía eléctrica Industria Impacto ambiental de sectores industriales DSM Rellenos sanitarios Desechos sólidos de refinación Incineración Diagnóstico e la Contraloría General de la República. Evaluación de la política y gestión ambiental estatal 1999 - 2000 276 278 279 282 283 286 286 287 292 CAPÍTULO VI PRODUCCIÓN LIMPIA Motivación para adoptar la producción más limpia Planes ambientales de las empresas Programas Conpes 2750 Ejemplos Cartagena Barrancabermeja Ejemplo sobre un Seminario de Responsabilidad Integral Referentes energéticos y ambientales WBCSD, Cecodes y ACP Ecoeficiencia Relaciones entre producción limpia y ecoeficiencia Acciones instrumentales Instrumentos para la promoción de la política de producción limpia Acuerdos voluntarios o convenios Regulación directa y otros instrumentos Impactos ambientales, productos limpios y otras actividades Ejemplo de desempeño sectorial, financiación, estímulo y otros Centro nacional de producción limpia y tecnologías ambientales Reconversiones 301 302 304 306 308 309 312 314 315 317 318 319 321 323 326 327 328 330 332 CAPÍTULO VII ESTRATEGIAS PARA EL DESARROLLO SOSTENIBLE Introducción, deuda externa, población, recursos y entorno general Estrategias Diez lecciones y características de las estrategias nacionales para la sostenibilidad 333 340 344 20 Agenda 21, sostenibilidad e indicadores Sostenibilidad ecológica Sostenibilidad social Mapas e indicadores Contenido y forma de preguntas Valores Desarrollo de un consenso político Características de las estrategias para un desarrollo nacional sostenible Funciones Beneficios Ejemplos Principales tipos de estrategia nacional Otras características de las estrategias Ecosistemas y población Miscelánea Algo sobre el azufre Algo sobre Incineración Seminario URE Plan nacional de desarrollo. Componente de minas y energía Algunos pendientes Costos y pasivos ambientales Costos Responsabilidades retroactiva, retrospectiva y prospectiva Tipos de responsabilidades ambientales Probabilidad de acciones potenciales de remediación Esquemas de inversión privada, plan maestro de desarrollo, refinería de Cartagena Transmilenio 349 350 350 351 352 352 353 354 354 356 356 358 359 361 363 363 363 363 364 366 367 367 368 369 369 370 373 21 TABLA DE CONTENIDO POR ORDEN ALFABETICO DIAGRAMAS DE FLUJO Númer o 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. TEMAS Acetileno Alquilación, diaflujo Balance energético Banco de tuberías Benceno, tolueno, xilenos Butamer Capacidad de adsorción Blending de gasolinas Carbonos en materia prima, procesos, productos semiterminados y terminados Cargas y destilados de URC CIB, Esquema general de operaciones Ciclo, disposición del co2 y alternativas de fijación del carbono CO2 combustión, industria cementera y teas industriales, emisiones globales CO2, ciclo CO2 sólido Coquización retardada Compuestos livianos del petróleo Contaminación, drenajes típicos de refinerías Contaminantes de una refinería de 50,000 bpd, diagrama rango/ magnitud para productos y contaminates Contaminantes típicos en refinerías Consumo de energía per cápita Consumo de energía en sectores industriales Corrida nafténica y cusiana Costos y beneficios Cyclar Debutanización Demex Demex.Unibón-Viscorreductora Depuración de gases de combustión de carbón Deshidratación de gas Deshidratación con glicol Destilación atmosférica Destilación binaria Cadena petroquímica Diagrama general de obtención del petróleo Dos modelos de cracking catalítico Desulfurización y reformado catalítico de naftas Destilación Binaria Diagrama de bloques para la obtención de biodiesel Diagrama de bloques-complejo industrial de Barrancabermeja Diagrama de flujo de Cartagena Página 170 201 136 138 213 107 106 117 48 113 161 40 275 70 228 217 47 95 88 156 281 145 313 172 149 205 205 196 226 232 151 142 153 38 112 109 142 69 159 177 22 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63. 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. 72. 73. 74. 75. 76. 77. 78. 79. 80. 81. 82. 83. 84. 85. 86. 87. 88. 89. 90. Diagrama general de cracking catalítico y fraccionamiento de productos Emisiones, vertimientos y desechos sólidos Diagrama Sankey Eliminación de H2 y N2 Emisiones, gases de combustión del carbón Emisiones globales de CO2 Etanol de caña de azúcar Energía solar, balance global Ejemplos-según número de carbonos de carga – de procesos de refinación para obtención de semiterminados y productos finales Ejemplos de procesos de refinación Especialidades Especialidades (disolventes) Estabilización de gasolinas Equivalencias volumétricas Esquema de columna de xll Esquema simplificado de operaciones Esquema simplificado de petroquímica Sistema de eyectores de una torre de vacío Etileno Exano, Especialidades Filtro electrostático Filtro mangas Fraccionamiento de destilados de URC Fracción C4 Gas natural, deshidratación con glicol Gas natural, eliminaci{on de H2 y N2 Gas natural, eliminación de nitrógeno Gas natural, separación, endulzamiento Gasolinas, blending Generación de hidrógeno Generador 1,000 Mw Hidrocraqueo con dos etapas para máximo rendimiento de diesel Hidrocraqueo con una etapa para gasóleo liviano de vacío Gasolinas, estabilización Hidrotratamiento Hidrogenación de nafténicos y parafínicos, bloques Hornos para calentamiento de crudo Hornos topping Hydrocracking, máximo rendimiento de diesel Intercambiadores de calor Incineración de dsm Intercambiadores de calor de aletas Livianos de crudo y reformado, recuperación Livianos del petróleo, estructuras moleculares Merox MTBE Naftalina Obtención de alcohol etílico de caña de azúcar Oleflex 113 94 122 231 196 275 174 267 48 51 55 150 148 225 119 158 153 84 170 55 291 197 191 169 232 231 234 227 117 180 137 120 120 148 108 108 129 129 120 132 284 134 110 47 198 60 219 174 171 23 91. 92. 93. 94. 95. 96. 97. 98. 99. 100. 101. 102. 103. 104. 105. 106. 107. 108. 109. 110. 111. 112. 113. 114. 115. 116. 117. 118. 119. 120. 121. 122. 123. 124. 125. 126. 127. 128. 129. 130. 131. 132. 133. 134. 135. 136. 137. 138. 139. 140. Parafinas, extracción con fenol Parafinas, corrida crudo parafínico Penex Petróleo Petróleo y gas, pictórico Petroquímica, procesos UOP Petroquímicos del petróleo Petroquímicos del acetileno Petroquímicos del etileno Petroquímicos de C4 Petroquímicos del propileno Petróleo y gas, yacimientos Planta de alquilos Planta de alquilación Planta de aromáticos Planta de azufre Plan maestro de la refinería de Cartagena Planta de polimerización Planta de parafinas Plantas de polietileno Planta de producción, patio de tuberías Platforming Poliéster Producción y/o recuperación de ácido sulfúrico Producción de destilados parafínicos y nafténicos Producción de fibra poliestérica Propileno Recuperación de livianos del craqueo catalítico Recuperación de livianos de crudo y de reformado Recuperadora de vapores de URC Refinación, procesos UOP Refinería, cracking Refinería, cracking-coking Refinería, hydroskimming Refinería sebastopol Refinería, topping Reforming y desulfurado Rentabilidad de la refinación Sankey Separación de nitrógeno Separador bifásico Separadores trifásicos Sulfúrico Sinterización Torre de absorción Torre de adsorción Torre de enfriamiento Torre de destilación binaria Torre lavadora Torre de extracción líquido-líquido 208 210 57 169 57 167 164 170 170 169 171 39 214 200 211 195 178 215 208 216 81 212 199 146 168 171 194 110 192 51 144 144 143 222 143 108 178 122 234 89 90 199 220 105 104 135 142 116 118 24 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. Tratamiento con H2- RCD Unibón Tratamiento con hidrógeno Torres, tipos de rellenos Turboexpander Unibón HC de UOP Venturi y filtro de mangas Viscorreductora, eyectores, diaflujo y vacío Turboexpander Unibón HC, bloques Unibón RCD, diaflujo Unidad de balance URC, cargas y destilados URC, fraccionamiento de destilados URC, dos modelos URC, recuperación de livianos URC, URV, gases saturados Vacío, sistema y eyectores Viscorreductora Sistema de drenaje típico en refinería 206 182 106 186 207 115 85 186 207 206 162 113 191 191 194 193 84 203 96 AMBIENTE, REFINACIÓN DE PETRÓLEO E INDUSTRIA QUÍMICA PARA NOVATOS ¨...a pesar de la opresión, el saqueo y el abandono, nuestra respuesta es la vida...¨. G. García Márquez Preámbulo Este trabajo es un ejercicio pedagógico dedicado a la educación masiva sobre refinación, como un aporte a las culturas ambiental y energética. La refinación abarca tantas áreas del conocimiento, que dependen unas de otras, que es válido asociar refinación con cualquier actividad energética, productiva, social, ambiental y de servicios. No es un informe técnico -tanto que para ahorrar papel de versiones impresas, no se aplican las normas Icontec ni el rigor de la metodología y la forma de los documentos técnicos. Mientras se precisa qué clase de escrito es, por ahora esperamos que sirva de algo. En atención a los comentarios que recibí de los lectores de la edición de 1999, hice algunos ajustes para mejorar el contenido. 25 La priorización del contenido fue sesgada en el sentido que se orientó hacia los temas, conceptos y diagramas que se consideraron de más importancia para la formación conceptual del estudiante o para el lector con algún conocimiento del tema. El lector puede emplear la opción de considerar con algún detalle varios diaflujos siguiendo la secuencia como se presentan. Se excluyó la bibliografía relacionada con los conceptos básicos de tecnología y ciencia. De algunos temas como indicadores ambientales, ecoeficiencia y estrategias para desarrollo sostenible, se hicieron inserciones textuales completas. Los diagramas de bloques, diaflujos, tablas y figuras, son indicativos y deben tomarse como una alternativa de aproximación a las instalaciones y plantas reales; de ninguna manera un manual de referencia técnica. Además, todo el material gráfico es muy simplificado, y se presentan a manera de ejemplo para dar una idea de los temas que manejan las empresas y entidades especializadas, de investigación, gubernamentales, de planeación y de políticas asociadas con el tema. Hoy el marco integral y global de la educación para el desarrollo sostenible va mucho más allá del enfoque ecológico (Polémica del desarrollo, Funiber) asociado con la biosfera e integra al criterio todos los componentes sociales, culturales, económicos, políticos y técnicos. Trasciende al reciclaje, que se ha trata de mostrar al mundo como el componente símbolo y significativo en la búsqueda de un desarrollo sostenible; en realidad es mucho más integral; pero cuando tropieza callos e intereses políticos y económicos, se le estigmatiza y se le endilga hasta matices subversivos, porque en esencia el desarrollo sostenible apunta a rescatar y respetar para el ser humano los derechos a la dignidad, el trabajo, la salud, la ética y la moral. En este camino encuentra obstáculos políticos mayúsculos ante la ola globalizante y pasteurizante dirigidas a las culturas y las civilizaciones. Entonces al abordar la necesidad de búsqueda de desarrollo sostenible, se empiezan a cuestionar paradigmas, modelos de desarrollo y doble moral de sistemas de gobiernos y modelos de desarrollo, pérdida de autodeterminación, globalizaciones, condicionamientos de las potencias mundiales, manipulación del capital financiero mundial, sumisión de las ´bananas republics´ y represión de éstas a sus súbditos. Se ha presentado el desarrollo sostenible como algo tan simple como reciclar, ahorrar energía o cuidar ecosistemas, entre otros, pero abandonando el análisis de todos los criterios que subyacen a estos componentes, y que constituyen la base de discusión sobre la real estructuración del criterio de desarrollo sostenible. Estos criterios constituyen el marco general de este libro; están abordados en Fundación Iberoamericana, Funiber, Bogotá, curso de Maestría en Gestión y Auditorías Ambientales, módulo de educación ambiental, 2002, www.redambiental.org y algunos de los temas se amplían en el Capítulo VII de este libro. El manejo bibliográfico es apenas primario. Se da crédito a todas las fuentes consultadas, pero sin la página de la fuente; sin embargo, en la medida que el trabajo amplió su alcance en esta edición de 2003, traté de mejorar esta falla. Las referencias bibliográficas y sobre todo el índice detallado, 26 presentan la opción de hacer aclaraciones sobre un tema puntual o aproximarse al concepto con algún detalle. Sobre las páginas web que se presentan, del tabulado de 1500 que me dio Dagoberto Ortiz, y unas pocas que yo tenía, completé 150 que se anexan en esta edición; son de mucha ayuda, así como los hipervínculos que aparecen en otro anexo o en el cuerpo del documento. El índice alfabético, el glosario y el índice temático complementan la ayuda para la consulta rápida. El trabajo también podría aproximar al lector a una concepción real sobre la falsa connotación de difícil asociada con la industria de refinación y petroquímica, para que la perciba como un recurso amigable y aplicable a muchísimos sectores productivos que nada tiene que ver ni con refinación ni con petroquímica. Se pretende que este documento sea digerible, para lo cual se emplea en algunos casos lenguaje coloquial, sin perder el componente técnico propio del tema, y que está enmarcado en lo conceptual. Con frecuencia aparecen palabras y expresiones que están de moda, de las cuales se pueden aprovechar lo positivo que tienen, y es que se entienden fácilmente. Va dirigido al lector no refinador -incluyendo estudiantes de secundaria y primeros cursos de ingeniería química- para plantearle que el manejo conceptual es sencillo. Para ayudar a abordar el enfoque técnico, ha sido necesario utilizar ejemplos de la vida cotidiana y algunas descripciones y analogías. Espero que sirva como material de consulta para el estudiante de bachillerato y como cualquier forma de referencia para la universidad y el lector con algunos conocimientos primarios de refinación. También, para hacer claridad sobre los criterios que se expresan aquí, será necesario algún esfuerzo de lectura y análisis. Es conveniente aclarar que este trabajo es como un muestrario de algunas consideraciones ambientales, en las cuales el valor agregado es el esfuerzo de ordenar algunos temas y mostrar el contexto general sobre un medio ambiente que estamos decididos a arrasar. Tampoco hay investigación. Pero quizá sirva al lector para darle un orden de magnitud de la inmensidad del tema y motivarlo hacia el análisis y la adquisición de la destreza necesaria para discriminar y seleccionar la avalancha de tanta, tan buena y tan mala información disponible. Al comparar la amplitud del tema ambiental, su relación con estos subsectores productivos y el contenido de este documento, puede que sea mayor la controversia que genere que los problemas que resuelva. Y se espera que así suceda como una etapa necesaria en la búsqueda de señales y derroteros. No olvidemos que sólo veremos un mosaico de pequeñas realidades y falsedades que ojalá haga aportes a la toma de conciencia sobre las relaciones sobre producción y medio ambiente. Como referencia La Balsa de la Medusa (Pintura de “la balsa de la medusa”, de Theodore Gericault, Francia, naufragio el 2 de julio de 1816 de la nave “la medusa”: ejemplos profundos para reflexionar). presenta las opciones que cada persona pueda asumir ante situaciones críticas, para nuestro caso el naufragio del medio ambiente, ocasionado precisamente por quienes recibimos de él sus beneficios. 27 El objetivo de proponer sólo un acercamiento conceptual, hacen que el contendido es elemental. Además, articulado con estas consideraciones, está limitado por: 1) lo que conozco de refinación y medio ambiente, 2) los grupos estudiantiles a quienes está dirigido, y 3) lo que pude encontrar sobre los temas y la atención de ser un documento coherente con la extensión del mismo, de tal manera que fuera manejable dentro de criterios razonables. No sé cuántos volúmenes como el presente se necesitarían para hacer un trabajo que guste a todos y al autor. No se trata de hacer una enciclopedia sobre el tema. Con el bajo precio que llegue al público, espero que éste retribuya el esfuerzo que se necesita para hacer ésto, sobre todo cuando nadie me lo ha pedido; en realidad, obedece a un compromiso conmigo mismo, orientado a aportar lo que creo hace falta como recurso didáctico sobre el tema. No hubo ningún auxilio público o privado. Intenté de aproximarme a un documento técnico, y traté de mantener la forma impersonal, una real camisa de fuerza; no fui capaz, así que usé indistintamente las formas personal e impersonal, según cómo amaneciera el día. Antecedentes Después que el mundo se convenció de que el actor principal de la gestión ambiental era el hombre, pues su capacidad de bienestar -o como se dice de calidad de vida presente y proyectada- y su salud se estaba amenazando seriamente en proporción directa al deterioro del medio ambiente, se comenzó a pensar de otra forma. El primer gran paso que se dió para afrontar la globalidad del problema mundial de la contaminación, fuera del contexto de problemas puntuales, fue en Estocolmo en 1972; siguió con la Cumbre de Río en 1992 que generó la Agenda 21 -del siglo XXI-, el Protocolo de Kyoto en 1997, en 1998 la agenda en Buenos Aires y en 2002 la cumbre de Johanesburgo sobre Río + 10 confirmó que todos los avances para que el mundo sea amigable con el medio ambiente, no ha superado la etapa de “buenas intenciones”. La comercialización despiadada del medio ambiente por parte de las multinacionales -parece que no tanto de los gobiernos, que menos capacidad de decisión tienen- refrendaron en sus balances financieros los recursos ambientales y los derechos de la gente a tener un ambiente sano. Dentro de las estructuras empresariales, la gestión ambiental no debe ser jerárquicamente dependiente; deben ser gestiones asesoras autónomas, reportando directamente a las instancias superiores, llámense gerencias, presidencias, consejos administrativos o juntas directivas. En cualquier caso, tienen el riesgo de estrellarse contra un gerente -o equivalente- inepto o payaso. La pérdida de liderazgo del MMA es un hecho real, que ha continuado con sus acciones tímidas y sus logros pobres comparados con las expectativas que tuvo el país cuando lo creó la Ley 99; 28 sigue acosado por los actores afanados y los gremios poderosos que nada quieren saber de cuidado del medio ambiente, porque no han ponderado lo suficiente la ventaja competitiva en el comercio mundial de ponerse a tono con lo ambiental; o por lo menos ser un poco respetuosos, así sea de labios para afuera, con el medio ambiente. Ésto contrasta con la excelencia de su discurso y con la gran capacidad de sus mandos medios, sobre todo en el área técnica, gente conocedora y comprometida, pero desestimulada y desalentada. Este documento habría cumplido su objetivo cuando haya reclutado y convencido por lo menos a un lector y generado en éste el proceso que lo comprometa con la protección y recuperación del medio ambiente. Y que lo introduzca en la onda de la integralidad y de la sinergia de las acciones amigables con el medio ambiente. Objetivo Desde el siglo XVII el cacique de Seattle (La carta del cacique de Seattle: “... caminarán hacia su destrucción rodeados de gloria...Trata a su madre, la tierra, y a su hermano, el firmamento, como objetos que se compran, se explotan y se venden como ovejas o cuentas de colores. Su apetito devorará la tierra dejando atrás sólo un desierto...” nos enseñaba normas de comportamiento ambiental. Estos ejemplos vienen también de todas las civilizaciones indígenas y negras, que tanto garrote han aguantado a nombre del desarrollo, democracia y terrorismo. En un país de olvidadizos y aguantadores, contribuir a que la reciprocidad con el medio ambiente no se aprenda a punta de garrotazos - para mencionar unos pocos: aire irrespirable, cuerpos de agua contaminados y altos niveles de ruido en las ciudades; desertificación, deforestación y disminución de la pesca y las cosechas en el campo; y para todos, cambio climático, acidificación y agotamiento de la capa de ozono -, sino con un sentido de prevención y criterios de desarrollo armónico y vida cotidiana amigable con el medio ambiente. Aquí se pretende: 29 Presentar el resumen conceptual, elemental y básico, sobre el diseño y operación de las industrias de refinación y petroquímica, con la integración de las variables ambiental y energética al desarrollo histórico y a la operación de las unidades de producción. Con lo anterior se pretende mostrar desde una pequeña rendija, el horizonte de una tecnología que quizá incorpora en su evolución miles de variables técnicas, socioeconómicas y ambientales, así como enumerar y esclarecer algunos temas básicos que necesita el lector para la comprensión conceptual mínima, integral y dependiente, que caracteriza a este tipo de industrias. Se habla de pequeña rendija porque sobre cada tema o idea que se presente, pueden haberse desarrollado volúmenes de publicaciones y décadas de equipos humanos dedicados a la investigación., Presentar alternativas para el fortalecimiento de las decisiones personales o institucionales que lleven al convencimiento de que en cualquier actividad personal, equipo o circuito de una planta de producción o de servicios, existe el potencial de mejorar las decisiones personales así como las condiciones de diseño y de operación de actividades productivas, que al final se traducen en mejoras de las eficiencias energética y ambiental. Esto requiere un componente muy importante encaminado a mejorar las oportunidades de educación y difusión de la información, para alejar el temor de improvisaciones. Ejemplos de los potenciales mencionados en las actividades productivas, -entre cientos- son el cambio de un motor sobredimensionado, el diseño correcto del diámetro de una tubería, la disminución de un tiempo de mezclado, el rediseño de un aislamiento, la disminución de la presión de operación de un equipo, la reubicación de la toma de un compresor de aire, la instalación de una trampa de vapor, el rediseño de una granulometría, el cambio de los químicos para el tratamiento de agua de caldera, potable e industrial, el rediseño de un intercambiador de calor, el cambio de una válvula o accesorio para disminuir la caída de presión en la línea, el cambio de un diluyente, la modificación de la secuencia de operación, la programación de los mantenimientos, la instalación de un analizador y controlador continuo de gases de combustión, la recirculación de una línea de proceso, la recuperación de calor de un producto final, el precalentamiento del aire y gas de combustión para un horno, el reemplazo de un combustible, la instalación de una turbina para mejorar el suministro de aire a un horno, la automatización de procesos como la combustión, la limpieza de un reactor, para citar los más familiares y eficientes para implementar, desde el punto de vista técnico y económico. Motivar al Estado para fijar metas reales a mediano y largo plazos, así como objetivos a corto plazo, de tipos ambiental y energético, así como discutir mejor sus beneficios sociales esperados. La inversión en desarrollos tecnológicos debe balancearse mejor con otras acciones productivas más rentables pero con pobres rendimientos en el aporte a patrimonios técnicos y sociopolíticos. Es necesario impulsar el establecimiento de Sistemas de Manejo Ambiental, SMA -Environmental Management Systems, EMS- con gran énfasis en la aplicación de criterios de producción limpia y ecoeficiencia. 30 Introducción La noción de integralidad del análisis ambiental es imprescindible y debe ir sustentada por las consideraciones de lo particular, de lo del detalle. Por eso el énfasis en la complementación tecnológica de la gestión ambiental del Estado, y sin duda la necesidad de aterrizar en acciones concretas y a veces hasta en minucias y pequeñas vivencias de lo cotidiano. Ojalá no todo se trate de resolver con medidas políticas, pues éstas así como tienen sus alcances, también tienen sus limitaciones; algunos planteamientos ambientales parecen bastante claros y no deben agotarse en analizar todas las hipótesis posibles antes de comenzar a hacer algo. La falta de acción a veces deja tantos proyectos en el campo de lo etéreo o inalcanzable, pues nunca habrá alcanzado la perfección necesaria de una planeación utópica e inmaculada que se traduce en hechos tangibles positivos. El documento presenta la mayoría de los procesos que existen en Colombia y algunos pocos que existen en el mundo. Durante la descripción de las plantas y procesos de este documento, no se detallan las operaciones y los procesos unitarios, salvo tres o cuatro plantas que se tomaron como ejemplo al estimar que son representativas del sector. Las industrias de refinación y petroquímica se caracterizan por ser particularmente contaminantes y también donde siempre ha existido un gran potencial de mejoramiento de eficiencias; ésto determina, entre muchas cosas, las acciones preventivas y correctivas a tomar. Las soluciones para tratar cualquier vertimiento, emisión o desecho sólido, no son universales ni únicas, y cada caso particular debe considerarse puntualmente: la conceptualización sí está muy definida en la mayoría de los criterios tecnológicos de refinación y petroquímica, pero los diseños básicos de ingeniería de proceso, así como el paso final de ingeniería de detalle, son sólo válidos para resolver un caso puntual. Así, el criterio indicativo de la solución general tiene validez, pero el afinamiento real necesario para una aplicación, continúa siendo puntual. En este documento se presentan sólo generalidades de unos pocos procesos, algunos con más detalles que otros, en atención al tiempo, espacio, objetivo trazado e información disponible. Pero se cree que lo anterior es suficiente para lograr la didáctica de inducir al lector en el análisis preliminar. Se pretende que con los fundamentos presentados en este estudio, el lector pueda interpretar los diagramas de flujo y de bloques de cualquier proceso de refinación y petroquímica e incursionar en las alternativas que pueden presentarse al plantearse con otros proyectos industriales. El desarrollo de la industria de refinación y petroquímica tiene características comunes a las de cualquier industria, tales como mercado, economía de escala, internacionalización, alternativas tecnológicas, competitividad y abastecimiento y manejo ambiental, entre otros. Es intensiva en 31 capital, mano de obra calificada, investigación y desarrollo, versatilidad operacional, además de las connotaciones estratégicas y políticas. En este documento se aporta material introductorio y conceptual para uso de personal de entidades públicas o privadas que no posean el perfil técnico riguroso y profundo, pero que sí necesiten algún soporte asociado con el objetivo de este documento en los temas de medio ambiente y combustibles fósiles. También, si el lector conoce algo de refinación y de medio ambiente, es probable que se pueda complementar la valoración de las canastas energéticas y ambientales y fortalecer con más solidez las decisiones políticas. En esta industria, el mercado ha determinado que básicamente no es necesario separar los diferentes hidrocarburos presentes en una carga de crudo, sino más bien separar grupos, fracciones o cortes que se comporten de una manera similar. Es decir, separar la carga en varios productos, que van desde el rango más liviano hasta el rango más pesado, cuyos extremos son metano y asfaltenos. Entonces la carga debe fraccionarse, lo cual es el primer paso de cualquier proceso dentro de una refinería de crudo. Esta separación o fraccionamiento se hace mediante el proceso de destilación, proceso básico en mejoramiento continuo a través de las décadas. De tal manera que dentro de una planta que carga crudo podrían no existir procesos de refinación. Es decir, se podría hacer sólo un fraccionamiento del crudo, sin refinar los cortes para producir combustibles. En estricto sentido técnico, este esquema sería una planta fraccionadora y no una planta de refinación. Entonces, una refinería tiene como objetivo primario fraccionar o separar un crudo o mezcla de crudos en cortes o fracciones -productos intermedios- para cargarlos a otros procesos, ejemplo, como materias primas para producir otros compuestos y, además, refinarlos o purificarlos para producir productos finales como los combustibles. Además, algunos cortes pueden utilizarse como materia prima para la industria petroquímica. El término de refinación se utiliza en cualquier proceso de purificación diferente al de la industria de combustibles o petroquímicos. Por ejemplo, en la industria de extracción y purificación o refinación de aceites y grasas comestibles o en los procesos de beneficio de minerales y purificación o refinación en las industrias metalúrgica o siderúrgica, mediante procesos pirometalúrgicos o hidrometalúrgicos. Alcances No pasa de mencionar algunos temas o de describir brevemente unos pocos conceptos y operaciones. En la práctica, detrás de cada uno de ellos existe una tecnología especializada o los resultados de décadas de investigación aplicada de mejoramiento contínuo y con una gran dinámica de innovación, que en cortos períodos de tiempo hacen obsoleto cualquier cosa que se afirme hoy. Se sugiere que el lector considere dos horizontes: uno definido por él mismo y otro definido en este documento. El lector que sólo necesita esquemas generales de refinación, le basta unos pocos minutos para consultar mediante el índice los diagramas de bloques o diagramas de flujo del conjunto de la industria o de un complejo de refinación y petroquímica -este es un alcance-; ahora, en la medida que el lector se interese por ampliar y desagregar la información anterior, puede recurrir también al mismo índice que amplía los temas -este es el otro alcance- con más 32 información tecnológica, que facilite la comprensión de cualquier proceso de refinación y petroquímica. Se resaltan las implicaciones ambientales, energéticas y de manejo de recursos naturales, así como orígenes, tendencias y fundamentos tecnológicos, que involucra las autoridades ambientales y energéticas y el conjunto de los fundamentos conceptuales básicos. El contenido del documento es general, para que las personas no técnicas -o técnicas en otras áreas- logren la conceptualización para la interpretación cualitativa de una planta de refinación y petroquímica. Las personas técnicas no familiarizadas con el tema pueden lograr algún grado de penetración en el tema y, definitivamente, es inútil para personas técnicas familiarizadas con el tema. Para que cualquier lector aproveche el contenido de este trabajo, es necesario que aporte un determinado esfuerzo de integración de los elementos que se presentan aquí, ya que al tomar este contenido como un resumen o glosario, se pierden la noción de conjunto y el objetivo básico de este trabajo introductorio. Siempre debe tenerse presente que, particularmente en estas cuestiones productivas, cada cosa depende de todas las demás, y viceversa. En general, se apunta a la apropiación de un nivel práctico de conceptualización para la utilización de diferentes perfiles y niveles del recurso humano asociado con la gestión energética y ambiental. En algunos casos se consideró la necesidad de presentar detalles de los procesos, equipos y consideraciones ambientales. Es válida la discusión sobre las operaciones unitarias, que en este caso son más numerosas y que podría describirse como un subsector industrial más fino y rentable, con procesos y con equipos más especializados y variados, generalmente torres más altas y de menor diámetro, así como operaciones a altas presiones o vacíos, utilización de procesos criogénicos -para generar temperaturas muy bajas- y uso intensivo de catalizadores. Es difícil presentar generalizaciones; cada planta es muy especializada en su producción, lo cual se traduce en que existen tantos esquemas de diseño y producción como necesidades de suministro y calidades deban suplirse, lo mismo que de la disponibilidad de materias primas, entre otras consideraciones. De manera análoga, los impactos negativos al medio ambiente y los aportes al desarrollo industrial, deben estudiarse puntualmente para cada planta. Algunas características particulares de refinerías nuevas como procesar 500,000 bpd, necesitan 10% de su carga para satisfacer los requerimientos energéticos del proceso y las restricciones ambientales, impulsan la necesidad de establecer los criterios integrales de producción limpia y ecoeficiencia. Para ubicarse en el alcance, el lector puede hacer el ejercicio de ubicarse en un gráfico x-y que tenga en una coordenada los compromisos personales ambientales -o sea el cubrimiento del número de problemas ambientales, intensidad de las acciones, etc.,- y en la otra coordenada el tiempo -un día, un año, décadas o toda la vida-. Reseña histórica 33 A través de las décadas, el concepto de refinería ha evolucionado paralelamente a la evolución del uso de los productos del petróleo. Con el desarrollo industrial pueden asociarse eventos de la historia de la contaminación industrial y ejemplos de avances y estrategias para el control de los impactos ambientales negativos, como en los agujeros de la capa de ozono (entrevista a Mario Molina, investigador y descubridor de los huecos de la capa de ozono). En los Estados Unidos, al final de los años treinta y en el resto del mundo hasta finales de la II Guerra Mundial, se consideraba al petróleo sólo como fuente de energía, de tal manera el objetivo del proceso de refinación se veía como la transformación de una fuente primaria de energía en varios productos secundarios, principalmente gasolina. Todo, o casi todo lo que no podía orientarse en este sentido, se consumía internamente en la refinería, y cuando eran productos gaseosos, se quemaban o se descargaban a la atmósfera. El requerimiento de la industria petroquímica era muy limitado y en todo caso satisfecho por las fuentes convencionales: destilación de carbón mineral para la obtención de destilados livianos y aromáticos, así como la fermentación de carbohidratos para la obtención de alcohol, particularmente el etílico. Ahora, durante la II Guerra Mundial, se desplegó la fuerza hacia la obtención de productos sintéticos para reemplazar los productos naturales, que al final se ha traducido en utilizar los cortes livianos de la destilación de crudo, principalmente las fracciones gaseosas y naftas como materia prima para la industria petroquímica. Esto dió inicio al nuevo enfoque de refinación petroquímica que, a menudo, está integrada por procesos que utilizan como materia prima gas natural o hidrocarburos condensados procedentes de los campos de producción de crudo -tales como las gasolinas naturales o butanos de campo- que pueden necesitar o no procesos de purificación y cuyo destino final lo define el esquema de proceso al cual está integrado. En Colombia el 18 de febrero de 1922 comenzó la refinación con 1,500 bpd, que hoy está en el orden de 280,000 bpd. Con la tecnología disponible de entonces, se hizo con el esquema más sencillo de operación: fraccionar una carga de crudo en unos pocos cortes como gasolina, kerosene, ACPM y fondos o residuos del fraccionamiento o destilación, cortes éstos que generalmente se utilizaban como combustible, con grandes ineficiencias y limitaciones. Desde entonces, la superación y afinación continuas de esas dos características, han sido condición para afrontar la demanda y las exigencias de calidad del mercado, y se han constituido en la fuerza impulsora del avance tecnológico de este sector industrial. Cada día ésta apunta a mejorar eficiencias, diversificación, calidad de productos y a valorar el fondo del barril, representado por los residuos mencionados. Los lineamientos anteriores han permitido manejar en todas direcciones individualmente y en conjunto muchas opciones que se han traducido en múltiples alternativas o rutas de proceso hoy más de 150- y, en la medida que éstas se presenten como opciones aplicables dependiendo del crudo o mezcla de éstos y los objetivos que determine el mercado o las directrices sociopolíticas-, aumenta la complejidad y el componente tecnológico de las plantas que se necesiten para cumplir el objetivo con la materia prima disponible. De otra parte, el componente diversificar adquiere grandes proporciones cuando la industria de refinación básica apunta a suministrar materias primas para petroquímica o a la misma producción petroquímica básica o pura, en las llamadas refinerías petroquímicas. 34 En Colombia el rezago tecnológico creciente, ha sido el resultado de muchos procesos históricos, políticos y económicos. La opción de sólo comprar tecnología indefinidamente para muchas áreas del sector productivo de bienes y servicios, coloca a los países subdesarrollados en una desventaja creciente. La convicción de muchos sectores técnicos y académicos es abrir un foro para analizar mejores políticas de directrices de investigación aplicada, fijar prioridades y evaluar estrategias de liderazgo del Estado para fijar metas a mediano y largo plazos, así como discutir mejor los beneficios sociales esperados. La inversión en desarrollos tecnológicos con beneficio social debe ponderarse mejor que otras acciones productivas más rentables pero con pobres rendimientos sociopolíticos, ejemplo, baja generación de empleo. La adhesión forzada a los procesos de apertura (apuntes sobre el comienzo de las últimas tres etapas de la aplanadora neoliberal: Gaviria, Pastrana y Uribe, relacionado con otro artículo periodístico de 1993 del ex ministro Parejo González, quien sustenta que Gaviria es un traidor a la patria: si escribiera eso hoy en 2004, concluiría que también lo son Pastrana y Uribe) mundial nos cogió de sorpresa y en posición técnica y comercial desventajosa que, a pesar de las ilusas expectativas, ha agrandado la brecha. Se presenta como tema complementario al de este trabajo la siguiente propuesta de reflexión, más asociada a nuestras vivencias cotidianas y al potencial devastador de nuestro desarrollo histórico, también relacionado con el desarrollo de la industria de refinación: Ni con los ejemplos nefastos aprendemos como lo fue la represa de Betania que interrumpió el ciclo reproductivo del bocachico del Magdalena, pero hoy repetimos la depredación con la versión de Urrá, y definiremos las reclamaciones U´wa con el sello de las definiciones unilaterales de fuerza y devastación de los conquistadores españoles. Entonces, aunque medio conocemos la historia, repetimos los errores (¡horrores!) con versiones Siglo XXI, revisadas y actualizadas. Se continúan tratando los recursos naturales con el criterio de que son ilimitados y que, además, la mayoría son gratis. Pero inclusive así, seguimos hablando de paz. ¿Soluciones? Por lo menos, equidad, participación, autonomía, honestidad y compromiso. Yo percibo que la convicción de muchos sectores técnicos y académicos es abrir un foro para analizar mejores políticas de directrices de investigación aplicada, fijar prioridades y evaluar estrategias de liderazgo del Estado para fijar metas a mediano y largo plazos, así como discutir mejor los beneficios sociales esperados. Y más ahora con un gobierno de ultraderecha, más doblegado al imperio gringo y más amante de la guerra como solución a los problemas sociales del país. 35 Todo cambia muy rápidamente, así los temas y criterios analizados, sólo perduran aquellos criterios básicos. Conviene aclarar que el marco para los temas tratados es Colombia, pero es extensivo y se nutre de otros contextos geográficos. La siguiente percepción, desafortunadamente extemporánea, después de haber terminado el documento y tratado de actualizar algunos temas, es que la resultante de este trabajo es un pequeño brochazo sobre los temas abordados. Así que espero que las opiniones serán de todo tipo y de todas las condiciones, y esa es la fuerza que impulsa a quienes deseen continuar con este trabajo. Ya no puedo hacer las correcciones para resaltar en una parte bien visible y bien central del documento que la concepción global y local como se concibe y maneja el medio ambiente, es mezquina, mentirosa y sesgada por los intereses comerciales, colonialistas y políticos. Espero que posteriormente tenga yo otra oportunidad de hacer un repaso sobre estas ideas para retractarme y replantear de tantas cosas que se pasaron sin el debido análisis crítico, tales como las intenciones de los convenios y tratados internacionales, el condicionamiento de los programas y acciones oficiales a los préstamos de la banca multinacional, a las mentiras de la educación ambiental que no trasciende lo meramente ecológico, a la reticencia de las políticas ambientales que tratan de desestimar la globalidad del concepto, el cual debe insertar en sus contenidos todos los componentes políticos y económicos, sociales, para que de algunas forma nos estemos aproximando a la educación ambiental para el desarrollo sostenible, donde quepamos sin vicios de inequidad, marginamiento, exclusiones, de participación y de respeto a desigualdades y valores culturales y sociales; en resumen, dentro del contexto colombiano, como clama García Márquez: “...una educación desde la cuna hasta la tumba. Inconforme y reflexiva, que nos inspire un nuevo modo de pensar y nos incite a descubrir quines somos en una sociedad que se quiera a sí misma.” El 10 de agosto de 2003 un delegado de las Naciones Unidas en Bogotá informó que este año han sido asesinados en Colombia cerca de 170 líderes indígenas (cerca de uno cada dia!). Es necesario cuestionar tantos eufemismos, tantos símbolos marchitos lejos de realidades, tanta historia maquillada y tantas mentiras pegadas con babas. Somos un país en guerra por causa de inequidades sociales, inequidades que se pretenden resolver a punta de bala. Son mentiras que tratan de maquillar y presentar un país formal a partir de un una realidad desfigurada y completamente opuesta a las formalidades mentirosas. Por ejemplo, uno solo, que la gente lo 36 piense y que no lo adopte sólo como palabras de dientes para afuera cuando con orgullo patrio canta el himno nacional y adopta con el compromiso patriotrero el texto que habla de: “...¡Oh gloria inmarcesible!...¡Oh júbilo inmortal!...¡En surcos de dolores, el bien germina ya!...”. Cuál gloria y de quién? Qué es lo que quiere decir eso de inmarcesible? Por qué o de quiénes es el tal júbilo inmortal? Querrá decir que los crímenes de exterminio han llegado a ser bienes que están germinando?. Lo único que queda sin duda claro son los surcos de dolores. El modelo de desarrollo global y nacional se aplica con rigor al manejo ambiental, y se concibe el ambiente como otro bien transable, y como tal sujeto a las leyes del mercado, que Octavio Paz critica así: “El mercado es un mecanismo eficaz, pero, como todos los mecanismos, no tiene conciencia y tampoco misericordia. Hay que encontrar la manera de insertarlo en la sociedad para que sea la expresión del pacto social y un instrumento de justicia y equidad.” y propone un cambio para “Una sociedad poseída por el frenesí de producir más para consumir más tiende a convertir las ideas, los sentimientos, el arte, el amor, la amistad y a las personas mismas en objetos de consumo. Todo se vuelve cosa que se compra, se usa y se tira al basurero. Ninguna sociedad ha producido tantos desechos como la nuestra. Desechos materiales y morales”. 37 38 CAPÍTULO I AMBIENTE, REFINACIÓN DE PETRÓLEO E INDUSTRIA QUÍMICA PARA NOVATOS Definiciones y conceptos básicos asociados con la refinación Crudo Una molécula puede definirse como la mínima masa de una determinada sustancia que conserva las mismas propiedades fisicoquímicas -o caracterización- de la masa de donde proviene ésta. El petróleo también se conoce como aceite, crudo o petróleo crudo, que es una mezcla de miles de compuestos que principalmente contienen hidrógeno y carbono -denominados hidrocarburos-, con propiedades fisicoquímicas muy diversas, lo mismo que impurezas como oxígeno, nitrógeno, azufre, níquel, cromo, vanadio, asociados con el yacimiento geológico de donde proviene. La siguiente referencia nos permite ubicarnos en el tamaño molecular: Molecular Expressions Science Optics and You. (Ilustración secuencial desde microcosmos atómico hasta el macrocosmos sideral). La siguiente representación pictórica pretende aproximarse a la diversidad de usos de los derivados del petróleo y gas natural. Diagrama general de obtención de productos del petróleo Edición y diagracmacion Ciro Serrano Camacho Gas seco GLP GLP Gas natural Gasolina natural Gas rico Petróleo Yacimiento de gas Gas rico Agua Yacimiento de petróleo GLP Gasolinas Kerosene Gasolina aviación JP ACPM Lubricantes Parafinas sólidas Combustóleos Asfaltos carreteras ρεφιναχιονδεπετρολεοε ινδυστ ριαθυιµιχαπαρανοϖ ατοσχιροσε ρρανοχαµαχηοβογ οτα2002 petroleoygasproduccionfigurageneral.ppt 39 Los hidrocarburos en un yacimiento van desde el más liviano, CH4 o gas metano, hasta compuestos química y físicamente pesados que son sólidos en su estado natural y se llaman asfaltenos. Las moléculas de los hidrocarburos presentes en los crudos tienen miles de estructuras y configuraciones según la manera como se encuentren unidas sus unidades constituyentes -o átomos- y el número y ubicación de estos átomos. De acuerdo a lo anterior, a estos hidrocarburos se les ha clasificado en varias familias que se conocen como series de hidrocarburos (parafínica, olefínica, nafténica, aromática, diolefínica y cíclica) que existen en un determinado crudo, rara vez como una sola serie, y más bien como una mezcla de series, cada una de las cuales tiene su propia identidad y comportamiento (en los yacimientos de carbón, las series son principalmente aromáticas y la composición es más variable en las tres direcciones del manto de la mina que en los yacimientos de crudo). Esto determina que un crudo pueda utilizarse como materia prima o carga sólo para obtener determinados productos intermedios o finales, ejemplo; gasolina, ACPM, aceites lubricantes, grasa lubricante, parafina para velas y asfalto, entre otras opciones. En la práctica, el mercado define la necesidad de mezclar dos o más crudos para suplir una demanda. En el siguiente esquema se muestran algunos detalles de la instalación de un pozo productor de petróleo y/o gas natural. Se ha propuesto asignarle a los crudos algunos valores convencionales: Base de crudo Parafínica Nafténica Mixta % nafténicos 22-32 61-76 38-39 % aromáticos 12-25 8-13 16-20 % parafínicos 46-61 15-26 12-45 Para el caso de yacimientos de hidrocarburos, el entorno es normalmente reductor; entonces, los elementos carbono e hidrógeno de la materia prima, confinada total o parcialmente en los yacimientos, se transforman, reaccionan entre sí o se reordenan molecularmente, pero no se oxidan; o lo hacen sólo parcialmente. Debe recordarse el principio de que en un sistema confinado simple que contiene dos o más compuestos, al oxidarse una, se reduce otra. A veces puede encontrarse CO2 en un yacimiento de gas, lo cual indica que por lo menos, durante un tiempo geológico, existió un ambiente oxidante en el yacimiento. A todo el proceso puede que se hayan 40 incorporado también los mecanismos de degradación bacteriana y catalítica del entorno. Los productos son desde metano e hidrógeno hasta crudos de todas las clasificaciones y carbones minerales y oil shale -o esquistos bituminosos, roca impregnada de crudo-, pasando por todas las familias y mezclas de familias de compuestos orgánicos, condensables y no condensables, compuestos sulfurados y oxidados, parcial o totalmente. El CO tiene el potencial de oxidarse -o quemarse- para generar CO2; éste al no poder oxidarse más, constituye un inerte de los yacimientos de gas libre o gas asociado. De tal manera que, en ausencia de contaminantes, la combustión total de un hidrocarburo puro producirá sólo CO2 más agua. En un equilibrio natural, este CO2, mediante el proceso fotosintético, es absorbido y descompuesto químicamente por los árboles: el oxígeno es liberado a través de las hojas y el carbono incorporado como materia prima para la formación de la celulosa, principal constituyente de la masa de los árboles. En ausencia de este mecanismo, el CO2 constituye el factor determinante del cambio climático por ser generador del efecto invernadero. El desequilibrio inducido por la alta generación de CO2 de las actividades humanas, se acentúa por la tala de bosqges; (La situación actual de los bosques en el mundo); ambos factores se oponen al equilibrio natural y se incrementan con el tiempo, lo mismo que su efecto principal, el efecto invernadero. Tomado de Corpodib, David Cala, para UPME, inserto es siguiente esquema, que aparece ampliado, con datos porcentuales sobre radiación incidente y rechazada. Radi ación solar Algo de la radiación infrarroja es absorbida y re-em itida por las m oléculas de los gas es de efecto de invernadero (CO2, CO, CH4, etc..). El efecto directo es el calentamiento de la s uperficie de la tierra y la tropos fera Parte de la radiación es absorbida por la tierra calentándola y caus ando la emis ión de radiación de onda larga (infrarrojo) que es retornada a la atm ós fera. El siguiente diagrama presenta la producción per cápita de CO2 41 Emisiones per cápita en toneladas de CO2/año. Fuente, FoE, Anuario El País, 1998 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0 U ni do A le m an ia Fr an ci a M un do R us ia In di a U S A Solar ndirecta 19% Biomasa 13% Eólica