ESTADO ACTUAL DEL COQUE DE PETRÓLEO
J.Arce#1, J.Arizaca #2, J.Carbajal #3, R.Cutire #4,
F.Lopez#5, J.Montalvo #6, D.Morales #7, J.Obregon#8, C.Paz#9, K.Quilla#10, G.Sana#11, J.Vargas #12
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Abstrac: The The pur purpo pose se of of this thi s pape paperr i s to mak make
known the use and precedents of petroleum coke also known as pet coke which is used in most i ndustri es of of prod pr oduction uction for for its i ts low low pri ce and high hig h calo calorr i f i c value value Resumen: E l objet objetii vo de de este este pap paper er es dar dar a conocer el uso uso y prece pr ecede dentes ntes del coque de pe petróle tróleo o ta también ién cono conoccido com como pe petco tcoke el el cual cual es empleado empleado en en la la mayor mayor parte parte de de industrias de producción. I . I ntrod ntroducci ucci ón
El coque de petróleo es un subproducto de la industria de refinación de petróleo, el cual tiene alto poder calorífico y bajo precio. Debido a las cantidades cada vez mayores de petróleos pesados procesados, la producción de coque ha ido en aumento. La alta disponibilidad del coque de petróleo tornó este residuo atractivo para el sector industrial, principalmente para la industria cementera, el sector de generación de energía eléctrica e industria siderúrgica. [1]
derivan de la destilación del petróleo crudo (aceites pesados, alquitranes, asfalto, etc.) Que ha pasado a través de un estado líquido cristalino durante el proceso de carbonización y que está constituido por carbono y contiene altas cantidades de azufre y metales pesados. Su nivel de impureza y también su grado de toxicidad está directamente relacionado con la naturaleza del petróleo del cual se extrae. El coque de petróleo es insoluble en agua y es estable y no reactivo bajo condiciones normales. El poder calorífico o calor de combustión del coque, es una medida del valor energético que puede suministrar el coque como combustible. Su Humedad de 0.5 %, ceniza de 0.8% max, volátiles 14%, A 14%, Azufre zufre 2 a 7 %,carbono fijo 88% min. El valor obtenido del calor de combustión del coque por el ensayo según la norma ASTM D5865 corresponde a 32,20 MJ/kg, lo cual se encuentra entre los rangos promedio de poder calorífico de los coques y carbones, con un alto poder calorífico para ser aprovechado por industrias siderúrgicas y/o cementeras.[18]
I I . C aracte aracterr í sticas sti cas del del coque de de pet petrr óleo óleo
El petcoke o coke de petróleo es un producto residual de elevado contenido en carbono, producido a partir de la descomposición térmica y polimerización de los residuos que
I I I . C oque de petr petróleo óleo en en el mundo
El aumento de la capacidad de refinamiento del petróleo y de la producción de petcoke es una tendencia clara a nivel mundial. La cifra
se incrementará con el tiempo debido a la alta demanda de energía en el planeta. Como se muestra en las siguientes gráficas. Estados Unidos es el mayor productor de coque de petróleo, con el 70% del total de producción mundial. Cerca del 57% de su producción viene de la Costa del Golfo, donde 35 refinerías producen coque de petróleo (más de 1000 TM/día). América del Sur participa con el 10% de la producción mundial de coque de petróleo, debido principalmente de la producción en Venezuela. [19]
mundial el sector cementero es el mayor consumidor de coque de petróleo, concentrando alrededor del 50% de la demanda mundial. Las plantas termoeléctricas ocupan el segundo lugar, concentrando el 28% de la demanda. Esto indica la poca diversificación que tiene el coque de petróleo. [19] I V. Coque de petróleo en el Perú
El Perú actualmente no produce coque, este es importado por industrias cementaras y algunas siderúrgicas.
Industria cementera Esta industria utiliza coque de petróleo en el por su bajo costo y su alto poder calorífico. Compuesta principalmente por 6 empresas ubicadas estratégicamente en el territorio peruano. En el Perú al no existir producción de coque las empresas de cemento importan coque de petróleo (Tabla 1). En 2007 Cementos Lima dejo de importar coque ya empezó a utilizar gas. [4]
Figura 1: Capacidad global de refinamiento de petróleo correspondiente al año 2008
Figura 2. Capacidad global de refinamiento de petróleo correspondiente al año 2015
La oferta y la demanda del coque de petróleo en el mundo eran estables en el 2004 y el consumo fue de 78 millones de TM. El coque de petróleo con altos contenidos de azufre (5% en peso) es generalmente utilizado como combustible en las centrales eléctricas y en los centros de producción de cemento. El coque de petróleo con bajo contenido de azufre (2% en peso) se utiliza principalmente en las fundiciones de acero y aluminio. A nivel
Tabla 1. Importación de hulla b ituminosa y coque de petróleo sin calcinar por la industria cementera (miles de toneladas) [4]
Industria de generación eléctrica
El parque del Sector de Generación Eléctrica está compuesto de 167 centrales hidráulicas y 252 centrales térmicas. La industria de generación eléctrica de origen térmico no consume coque de petróleo. El principal combustible del sector lo constituye el gas natural, cuya participación como fuente
para la generación eléctrica paso de 26,9% en el 2007, a 31,9% en el 2008. Esto ha sido motivado por el precio del insumo (más barato frente al petróleo residual y al carbón, siendo menos volátil) y porque la inversión en este tipo de plantas es menor y toma menos tiempo frente a otros. [21]
Industria Siderúrgica La industria siderúrgica no utiliza coque de petróleo, sino principalmente coque metalúrgico, insumo indispensable en la fabricación del arrabio (fierro fundido primario) en el alto horno. Sin embargo, de acuerdo a la experiencia internacional, se puede utilizar en pocos volúmenes el coque de petróleo en la generación de calor en los altos hornos. No obstante, dicha utilización está restringida por el requerimiento técnico de que el combustible en cuestión debe poseer un bajo contenido de azufre en su composición. [21] Se realizó estudios de corrosión en los hormigones refractarios frente a las cenizas generadas por coque de petróleo Determinándose su uso por debajo a 1650 ºC. [22]
De esta manera, una tonelada de petcoke puede costar US$ 1 o US$ 40 según la calidad. [2]
Tabla 4. Importación de Hulla y Coque de petróleo por parte de la Industria Siderúrgica. [4]
V. Precio del Coque de Petróleo
Hay muchos factores que aumentan o disminuyen su precio. Entre ellos está el aumento internacional del carbono, entonces las empresas por reducir sus costos buscan el coque de petróleo aumentando su demanda y por consiguiente su precio. También influye la cantidad de azufre y la dureza que posee dicho producto. [3]
Tabla 2. Precio de coque de petróleo en función al contenido de azufre y su dureza. [3]
VI . Ventajas del uso del Petcoke
Arde a una temperatura más alta que el carbón, la principal fuente de combustible de la industria del cemento, y es mucho más barato (dependiendo de la calidad varía entre 2060$). [10]
Tabla 3. Precio promedio de Importación de Hulla y
coque (US$/TM)
Los costes de producción de fábricas pueden llegar a reducirse hasta un 45% mediante el reemplazo del combustible por petcoke (de forma parcial y según las regulaciones del país), además de presentar una alternativa para países en subdesarrollo. [8] Debido a su alto índice de producción y con mayores usos de depósitos de petróleo no convencionales se vuelve recurso abundante . V I I . Desventajas del uso del petcoke
Las cenizas resultantes de la quema del coque de petróleo tienen un alto contenido de metales pesados, como el vanadio, el níquel y el azufre. Los dos primeros componentes en altos grados son causantes de cáncer. Se dice que cualquiera sea el nivel de compuesto soluble de níquel en el aire su riesgo es de 4 de 10000 habitantes con cáncer y el dióxido de azufre afecta las vías respiratorias y por tener un efecto notorio en los cultivos. [12] Los gases
emitidos más contaminantes en el proceso de combustión son óxidos de nitrógeno (NOx), los óxidos de azufre (SOx) y el dióxido de carbono (CO2). [5] Debido al alto contenido de azufre y que este permanece en un estado gaseoso se combina con las nubes lo cual provoca lluvias acidas, lo cual junto al CO2 provoca retardo en el crecimiento y mortalidad en plantas y árboles. [13] Estos metales dañinos para las tuberías de los equipos, como para los seres humanos y el medio ambiente, por lo que deben colocarse mecanismos de limpieza en la vías de escape de la combustión. Su quema generalmente genera ácido sulfúrico el cual es un gran corrosivo además que si se quema en grandes cantidades generalmente lleva a la obstrucción de los hornos y calderas así que para su uso deben hacerse arreglos en el horno y los componentes involucrados. V I I I . Regulación Nacional e I nternacional para el coque de petroleo
En los EUA, el patrón de emisión para el SO2 establecido por la EPA para hornos de producción de clínquer de cemento depende de la localización, condiciones de dispersión atmosférica y proximidad con núcleos poblacionales. [6] En la Unión Europea, los patrones establecidos varían de país a país, pero son medidos en las condiciones de 25 oC, 101.3 kPa y 10% de O2 libre en los gases de combustión en base seca. En estas condiciones, se considera que, para emisiones por debajo de 1000 mg SO2/Nm3, se recomienda tratamiento de los gases utilizando material calcáreo y, para emisiones por encima de 1000 mg SO2/Nm3, se recomienda utilizar sistemas de lavadores secos o húmedos. Para los hornos de producción de clínquer es recomendado mantener la emisión entre 170 a 340 mg SO2/Nm3. [7]
Foto N 1: Cementera al norte de Peru en uso de Petcoke
La Resolución CONAMA N o 8, de 06 de Diciembre de 1990, que está en proceso de revisión, establece que para fuentes fijas con potencia menor de 70 MW el límite de emisión es 5000 g SO2/Mkcal (carbón u aceite combustible). Para fuentes fijas con potencia mayor de 70 MW, el límite de emisión es 2000 g SO2/Mkcal (carbón u aceite combustible). [15] En Perú el límite permisible es de azufre 250 mg/m3[23] I X. Mejoramiento de la calidad del Petcoke
Petcoke micronizado El coque micronizado es una evolución del coque de petróleo. Gracias al sistema de mircronización, un proceso desarrollado hace más de 10 años por nuestra organización, se confieren unas propiedades óptimas para su utilización. A grandes rasgos, consiste en el secado y molienda del coque a un tamaño de 90 a 500 micras. El combustible consecuentemente mejora sus propiedades, permitiendo una mejora de la combustión en el horno y una reducción de los inquemados. Estas propiedades se basan principalmente en la homogeneización del producto respecto a su tamaño, contenido de Humedad, y aumento de su poder calorífico, que permiten una mejor estabilidad en los procesos de combustión en los que es utilizado.
Además, por su presentación, aporta mejoras en el suministro y almacenaje, comparable al de otros combustibles líquidos o gaseosos. [8]
Desulfurizacion por bacterias A fin de eliminar el azufre un equipo dirigidos por los investigadores Srabani Mishra y Sandeep Pandadel CSIR(Academy of Scientific and Innovation Research - Institute of Minerals & Materials Technology, Bhubaneswar 751013, India), han sugerido un proceso de desulsufuración a través de una bacteria identificada como Rhodococcus ruber, la misma fue probada en 3 muestras, una de carbón otra de lignito y una de CPC o pet coke en esta la reducción del contenido de azufre fue de 14.83%. [9] A futuro esta podría ser una de las mejores opciones para hacer del pet coke un combustible viable.
X. Predicciones del coque de petróleo
En la estimación, el precio del periodo 20152020 es superior al periodo 2009-2015, influenciado básicamente por el precio del petróleo, y como se puede apreciar en la gráfica la tendencia es creciente
Figura 4. Proyección del precio del coque petróleo
En el norte de Perú, la nueva refinería de Talara va implementar una innovación tecnológica , el flexicocking , el cual procesa los fondos de vacío que vienen de la unidad de destilación al vacío, convirtiéndolos en combustibles livianos, flexigas y coque . [25] XI . Conclusiones
Figura 3. Proceso de desulfuración mediante Rhodococcus ruber 9C
Eliminación del Vanadio, Níquel y Azufre en el pet coque, por medio de microondas Se emplea a radiación de microonda para inducir el tratamiento térmico del proceso y favorecer, mediante su propiedad electromagnética de promover una rotación molecular, la liberación de iones metálicos los cuales son arrastrados por un conductor fuertemente ácido. No se destruye el material carbonoso y el tratamiento se realiza en corto tiempo. [24]
La investigación realizada se puede implementar como una metodología para la caracterización de coques de petróleo en industrias coquizadoras o aquellas que requieran el coque de petróleo como materia prima, entre las que se destacan; la siderúrgica, metalúrgica, carbón activado y aluminio. Se reconoce que el uso de coque de petróleo genera emisiones de gases contaminantes como el NOx, SOx, CO Y CO2, Las emisiones son monitoreadas por organismos competentes que establecen parámetros y recomienda tecnologías aplicables para controlar las emisiones de dichos contaminantes. Se están desarrollando nuevos tipos de petcoke y con los estudios actuales se ha ampliado la gama de aplicaciones llegando incluso a industrias como la siderurgia y generación de cargas gaseosas para aplicaciones industriales. [10]
En la actualidad existen tecnologías de limpieza de emisiones que permiten capturar o reducir casi a su totalidad de los SOx, material particulado, NOx. El gas natural es a la fecha el principal combustible en la industria termoeléctrica, no habiendo espacio para la sustitución por coque de petróleo. El Perú será un productor del coque de petróleo, con la nueva tecnología flexicocking a implementarse en la refinería de Talara, y por tanto se necesitara investigaciones del impacto en las industrias ya mencionadas. Referencias [1] [2] [3] [4] [5] [6]
[7]
[8] [9]
[10] [11]
W. L. y. C. Borges, Hydrocarbon Engineering, Coking Considerations, June (2003). A. N. d. Petróleo, Petróleo e Derivados, Refino de Petróleo e Processamento de Gás Natural, Esquemas de Produção,, Brasil, 2007. M. d. M. A. Conselho Nacional do Meio Ambiente, Dispõe Sobre Padrões de Qualidade do coke, Brasil: CONAMA, (2007). C. Importacion-Exportacio, coque de petroleo, coque de petroleo betun de petroleo y demas residuos, Perú, 2010. A. M. P. A. C. Guerrero Q., VALORACIÓN DE LA FACTIBILIDAD TÉCNICA ECONÓMICA Y, Venezuela, 2013. P. J. y. C. P. Ellis, Tutorial: Delayed Coking Fundamentals, Great Lakes Carbon Corporation, Topical Conference on Refinery Processing, 1998. P. J. y. C. P. Ellis, A. Tutorial: Petroleum Coke Calcining And Use of Calcined Petroleum Coke. Great Lakes Carbon Corporation, 3rd International Conference on Refining Process, 2000. L. D. a. I. Energy Publishing, Petcoke Report, Energy Publishing , May 2007. S. M. e. al., «Insights into DBT biodegradation by a native Rhodococcus strain and its sulphur removal efficacy for two Indian coals and calcined pet coke,» International Biodeterioration & Biodegradation , pp. 120 ,124e134, 2017. J. L. T. W. S. Journal, CEMEX. U. N. d. C. F. d. I. D. d. I. Q. y. A. L. d. I. e. C. y. Energía, «ventajas del uso de coque de combustible».
[12] S. Larraín, «Petcoke: la inequidad ambiental de los combustibles». [13] P. Vasconi, « Programa Medio Ambiente Fundación Terram». [14] W. E. C. WEC, «Challenges and Economics of Using Petroleum Coke for Power Generation». [15] A. N. d. P. ANP, «Petróleo e Derivados, Refino de Petróleo e Processamento de Gás Natural, Esquemas de Produção,,» 2007. [16] A. S. o. T. a. Materials, Classification of coals according to ASTM D388-05.
[17] E. I. A. U. EIA, Refinery and Blender Net Production of Petroleum coke, U.S, 2007. [18] Materials, A. S. (s.f.). Classification of coals according to ASTM D388-05. [19] Portocarrero, J. A. (s.f.). Análisis tecnico económico de gasificación del coque integrada a un sistema de ciclo combinado. [21] Verástegui, G. F. x. Evaluación tecnico – económica de una unidad de coquificación de residuales de vacío en el Perú, (2010) [22] Rodrigo Puente, C. L. Comportamiento fisico químico de hormigones refracrarios base Al2O3 MgAl2O4 ante escorias de coque, (2013) [23] Ambienta, M. d. (s.f.). Resolución N° 94-2017MINAM, Abril (2017) [24] Krauter, M. Estudio preliminar del reciclaje de acido en la desmelalización y desulfuración simultánea de coques de petróleo venezolanos vía microondas, (2017) [25] Petroperú S.A. d.-P. (s.f.). Un momento histórico para la refinería de Talara. (2010)
Primer A. Autor. Nacido en Perú, Arequipa en 1992. Estudiante de la universidad San
Agustín
“UNSA”,
técnico y operador de maquinaria pesada en el 2006 en el instituto “Mario Samame Boggio” donde por
primera vez se me enseño mecánica en general, allí nació mi deseo de aprender más acerca de lo que es una máquina y su funcionamiento. Esperando así conseguir experiencia para abrirme paso en el mundo de la mecánica donde pueda expresarme acerca de las máquinas y demás formas de aplicar mis experiencias ya vividas.
Segundo B. Autor. Nacido en Perú, en 1993. Estudiante de la universidad San Agustín
“UNSA”,
despertando el interés por la mecánica desde muy joven cuestionándome como es el funcionamiento de las grandes máquinas y los componentes que lo forman me llevo a investigar más allá de solo su función que cumple como una máquina de simple uso postulando así a la Universidad “San Agustín”
(UNSA) consiguiendo luego un cupo en el 2012.
Tercer C. Autor nació en la ciudad de Arequipa, en 1995. Está estudiando ingeniería mecánica en la Universidad de San Agustín, Arequipa. El autor estudia ingeniería mecánica ya que tiene un amplio campo de acción, pues todo proceso de producción que involucre maquinaria y equipos, requiere intervenciones de ingeniería mecánica para mejorar su funcionamiento.
Cuarto D. Autor nació en la ciudad de Cusco, en 1994. Está estudiando ingeniería mecánica en la Universidad de San Agustín, Arequipa El autor estudia ingeniería mecánica porque es una Carrera que otorga una estabilidad económica y social al terminar satisfactoriamente la misma, también debido a que tiene varios campos de acción que permiten abordar diferentes problemas de la Sociedad y ser capaz de crear su propia empresa. Quinto E. Autor nació en Arequipa, en 1990. Él está estudiando ingeniería mecánica en la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. Su padre Ing. Geólogo Willy López Tejada y su madre Lic. Carmen Mogrovejo de López El autor estudia ingeniería Mecánica porque es una carrera con un gran campo de acción, y muy compleja. Gran interés en el área de mantenimiento y automatización. A la vez estudia Ingeniería Industrial en la Universidad Católica de Santa María, dejando la carrera en 8vo semestre por darle mayor importancia a la carrea de Ingeniería Mecánica. Su objetivo profesional es el formar su propia empresa de automatización y auto mantenimiento para empresas mayores. Sexto F. Autor nació en Arequipa, en 1995. Él está estudiando ingeniería mecánica en la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. El autor estudia ingeniería Mecánica porque la carrera ofrece una amplia gama de conocimientos y aplicaciones además que le apasiona el estudio de las diversas máquinas y mecanismos los cuales cada día progresan más y más ayudando a la industria y demás.
Séptimo G. Autor nació en la ciudad de Cusco en 1993. Él está estudiando en la universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. El autor estudia ingeniería mecánica por ser una de las carreras de amplia empleabilidad. La cual ofrece un desarrollo de la carrera en todo el mundo. Presentando un interés por la parte de diseño de Estructuras, calderas, mecanismos de las máquinas para su automatización mejorando la calidad del producto y eficiencia de la máquina. Octavo H. Autor nació en la ciudad de Arequipa, en 1993. Está estudiando ingeniería mecánica en la Universidad de San Agustín, Arequipa. El autor Estudia Ingeniería Mecánica porque sabe que el conocimiento adquirido le ayudara a realizar ctos e innovaciones que le ayudaran en la creación de empresas y mejoras en la sociedad. Noveno I. Autor nació en Arequipa, en 1990. Él está estudiando ingeniería mecánica en la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. El autor estudia ingeniería Mecánica porque es una carrera con un gran campo de acción .Gran interés en el área de mantenimiento para proporcionar un eficiente servicio que las empresas requieran en mantenimiento de sus equipos. Décimo J. Autor nació en Arequipa, en 1993. Él está estudiando ingeniería mecánica en la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. El autor estudia ingeniería mecánica porque es una Carrera que otorga una estabilidad económica y social al terminar satisfactoriamente la misma, también debido a la posibilidad que
ofrece la Universidad Nacional de San Agustín de realizar intercambio estudiantil y por la posibilidad que ofrece la Carrera de crear una empresa propia debido a los varios campos que abarca.
Décimo primer K. Autor Nació en la ciudad de Arequipa. Él es egresado de la carrera de Mantenimiento de Maquinaria de Planta del Instituto Superior Tecsup. En 2015 desempeño sus prácticas profesionales en Sociedad Minera Cerro Verde S.A. en el área de mantenimiento y a finales de ese mismo año trabajó como asistente de mantenimiento predictivo en Confiabilidad S.A.C. Actualmente está estudiando ingeniería mecánica en la Universidad Nacional de San Agustín. El autor estudia ingeniería mecánica para entender los principios fundamentales de termodinámica, mecánica, mecánica de fluidos y análisis estructural para luego aplicarlos al servicio que requiera la comunidad. El autor tiene gran interés en los temas de diseño y mantenimiento. Décimo Segundo L. Autor nació en la ciudad de Arequipa, departamento de Arequipa en el país de Perú. El culmino sus estudios superiores como técnico en Mecánica Automotriz en IESTP “Pedro P. Díaz” del año
2009 al 2011, actualmente está estudiando Ingeniería Mecánica en la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. El autor estudia ingeniería Mecánica porque es una carrera con un gran campo de acción, y muy compleja. Tiene un gran interés en el área de producción, pues todo proceso de producción que involucre maquinaria y equipos, requiere intervenciones de ingeniería mecánica para mejorar su funcionamiento.
