Eficiencia Energética en el sector del refino

Este artículo ha sido redactado por Manuel Núñez, director de Petronor Innovación.

Tras la Convención Marco de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (COP21) de Paris de diciembre de 2015, la UE se fijó un objetivo de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero de al menos un 40% en 2030 respecto a 1990. La hoja de ruta para 2050, que aboga por reducciones del 80-95 % está actualmente bajo revisión.

La eficiencia energética ha cobrado un protagonismo más relevante que nunca en una sociedad muy sensible con el cambio climático, la sostenibilidad y el medio ambiente. Y los operadores petrolíferos compartimos plenamente esa sensibilidad y preocupación.

A lo largo de estas líneas comentaré someramente la importancia de la eficiencia energética desde el punto de vista de la competitividad en el proceso de refino de petróleo y en la reducción de emisiones de CO2 que nuestra actividad genera. Describiremos a continuación los factores que la afectan y cómo se gestionan en nuestra industria.

Algunos datos de partida

La industria del refino es intensiva en el uso de la energía, necesaria para transformar el petróleo en productos de altas prestaciones tanto para la movilidad, para la industria, como para el sector petroquímico. Y de hecho, la energía en todas sus formas de utilización en las refinerías (energía eléctrica, vapor de agua, combustible gaseoso) constituye entre el 45 y el 60% de los costes operativos. Aparte de por el propio precio, el incremento de la factura energética está influenciada por dos conceptos muy relevantes:

• La calidad de los productos fabricados y sus especificaciones han evolucionado a más sofisticadas en materia de contenido de contaminantes y mejora de sus propiedades. En el sector de la movilidad se han propiciado mejoras en el rendimiento de los motores que se han traducido en incremento de las prestaciones y menores consumos. Desde los años 90, la cantidad de azufre se ha reducido en 35 veces en los gasóleos y 15 en las gasolinas, y ahora su contenido es el mismo para ambos combustibles (10 partes por millón). Esto ha sido posible por la incorporación a los esquemas de refino de un variado número de unidades de proceso o por la modificación de las existentes.
• Por otra parte, la progresiva desaparición de productos refinados pesados ha requerido de costosísimas inversiones en nuevos procesos complejos de conversión profunda para la trasformación de productos pesados en ligeros, más demandados por la sociedad y de mayor valor añadido.

En resumen, estos dos factores han transformado progresivamente las instalaciones de los sistemas de refino y las ha situado a la vanguardia tecnológica y de gestión, con inversiones anuales promedio en el sector de 1.000 M€ en los últimos 25 años. No obstante, aún con este aumento de unidades de proceso y de su complejidad, el sector del refino ha mejorado su índice de intensidad energética en un 13 % en ese mismo período con la dedicación de una parte importante de esos recursos a la implementación de inversiones, procedimientos y mejoras en el ámbito de la eficiencia energética. 

Como último dato, las evoluciones tecnológicas y de gestión en eficiencia energética siguen ofreciendo oportunidades para reducir los consumos y las emisiones de las instalaciones industriales que se estiman en un 17% en 2030 y un 22% en 2050, con respecto a 2008, de acuerdo con el estudio de Concawe “CO2 reduction technologies. Opportunities within the EU refining system (2030/2050)” de mayo de 2019.

Dónde y cómo se utiliza la energía

La industria de refino requiere energía para las siguientes funciones fundamentales:

• Para el proceso denominado destilación. El petróleo es una mezcla de un gran número de hidrocarburos, por lo que es necesaria la separación de los mismos en fracciones o grupos de componentes que constituirán los productos finales.
• Eliminación de contaminantes de esas fracciones, tales como el azufre y el nitrógeno, mediante el tratamiento con catalizadores.
• Mejora de la calidad, que requiere de la rotura (bien térmica o catalítica) y recomposición de moléculas. 
• La conversión de moléculas de gran longitud en cadenas de átomos más cortas, aptas para su destino como producto final.

En estos procesos, los hidrocarburos son sometidos a temperaturas y presiones que van desde los 15 º a los 550 º C y presiones desde el vacío casi absoluto a los más de 300 bares. Esto se consigue con equipos de transferencia de calor (intercambiadores y hornos) que emplean la combustión de gas o el vapor de agua como fluido calefactor, y compresores y bombas que son accionados por motores eléctricos y turbinas de vapor para aumentar la presión de los fluidos.

Las oportunidades de mejora de eficiencia energética para la reducción de emisiones

La gran variedad de acciones que se pueden acometer se pueden clasificar en 3 grandes categorías:

1. Eficiencia energética en los procesos. Es la mejora continua tradicional que se alcanza con proyectos de inversión de cuantías moderadas en esta industria (algunos millones de euros) entre los que se pueden mencionar entre otros:
   1. Mejoras en equipos de transferencia de calor y en la integración energética.
   2. Sustitución de motores eléctricos por otros nuevos de mayor rendimiento.
   3. Optimización de las variables operativas para conseguir en condiciones menos exigentes los mismos resultados de calidad de los productos.
   4. Aprovechamiento de calor de bajo nivel térmico.
   5. Mejoras de los catalizadores.
   6. Sistemas de gestión de la energía, para implantar políticas energéticas y gestionar los aspectos energéticos de la actividad.
2. Utilización de fuentes de energía bajas en carbono entre las que se encuentra:
   1. Utilización de energía eléctrica de origen renovable.
   2. Eliminación de los combustibles líquidos pesados por otros gaseosos.
   3. Recuperación de hidrógeno y de LPG (propano y butano) de las redes de gas internas de las refinerías.
   4. Sustitución de máquinas accionadas por vapor a sus equivalentes por eléctricas
   5. Sustitución de hornos de gas por eléctricos.
3. Captura del CO2 emitido por los procesos. Algunas refinerías incluyen estos procesos de captura y el CO2 es utilizado en otros sectores como la alimentación o el metalúrgico (tratamientos térmico, soldadura…)

Quien hace y quien puede hacer por la eficiencia energética

En esta última parte, espero poder dar paso a distintos especialistas del sector para que detallen su contribución a la eficiencia energética en futuras participaciones.

Una planta industrial debe incorporar las mejores tecnologías que la hagan eficiente en todo su ciclo de vida.  Por ello los que diseñan el proceso deben evitar sobredimensionamiento de equipos y condiciones extremas de funcionamiento, integrar adecuadamente todas las corrientes de proceso y equipos de transferencia de calor, seleccionar cuidadosamente los catalizadores, establecer las condiciones de operación, y definir unos procedimientos de operación con el fin último de emplear los mínimos recursos y obtener los productos deseados. Las estrategias de control en sus diferentes niveles, controles básicos, avanzados, control multivariable, y el análisis masivo de datos y generación de algoritmos de inteligencia artificial, contribuyen decisivamente al óptimo económico de las instalaciones.

Las adquisiciones de equipos nuevos y la reposición de existentes deben incorporar criterios de eficiencia, y los proveedores ser evaluados por la calidad y eficiencia de sus productos y de sus procesos productivos.

La operación y mantenimiento de los activos industriales con todos sus procedimientos operativos y de optimización energética contribuyen, si todo funciona como un reloj, a la eficiencia en su grado mayúsculo. Mantener un número elevado de horas de operación sin incidencias, una operación estable sin paradas que provoquen ineficiencias, una adecuada programación de la actividad que complete la capacidad de los distintos equipos y procesos, corregir las desviaciones de la operación deseada con estrategias inteligentes de decisión, minimizar los regalos de calidad en los productos, planificar el mantenimiento de activos en su punto esperado de diseño, una monitorización en continuo del rendimiento energético, aseguran que la eficiencia energética está presente en la actividad para disminuir las emisiones de CO2 y aumentar la rentabilidad de las operaciones.

Todo lo mencionado anteriormente requiere de un equipo de personas altamente cualificado, profesional, responsable y comprometido, trabajando como un equipo de alto rendimiento. Personas que se forman continuamente, se mantienen a la vanguardia tecnológica y alimentan con innovación a la mejora y transformación del sector.

Y para ir terminando, los proyectos e iniciativas requieren de recursos financieros, análisis de rentabilidad y sensibilidades a distintos escenarios, control del presupuesto y los necesarios niveles de aprobación, así como la identificación de la legislación y de los programas de apoyo y ayuda, porque los proyectos de eficiencia energética compiten con otros muchos que se generan en la vida de cualquier empresa.

Y si de algo no se ha podido prescindir nunca, es de un telescopio tecnológico para la eficiencia y transición energética que proporcione competitividad y capacidad de transformación en el sector. Hoy más que nunca, por la velocidad a la que sociedad y la tecnología avanzan y prosperan, una innovación abierta y rentable que aglutine todas las capacidades de centros tecnológicos, startups, asociaciones clúster de energía y movilidad, universidades, organismos y administraciones públicos y privados es de vital importancia para la consecución de los retos de descarbonización.

Sobre el autor

Manuel Núñez, director de Petronor Innovación. En diciembre de 1991 tuve la suerte de incorporarme a Petronor como ingeniero de procesos. He disfrutado en estos casi 30 años de una trayectoria profesional que me ha permitido trabajar para mejorar la eficiencia energética desde varias organizaciones y desde distintos niveles de responsabilidad. En mi experiencia, no hay grandes conclusiones excepto que la eficiencia energética en el sector del refino está incrustada en el código genético de su organización, es transversal por lo que los resultados se obtienen por colaboración y contribución de muchos, y es una carrera de fondo donde desfallecer no vale, solamente avanzar con paso firme.