UNIVERSIDAD DE COSTA RICA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA
ESTUDIO DE PRE-FACTIBLIDAD TÉCNICA Y ECONÓMICA DE UNA PLANTA PARA LA PRODUCCIÓN DE BENCENO, TOLUENO Y XILENO A PARTIR DE NAFTAS DE PETRÓLEO.
PROYECTO DE GRADUACIÓN SOMETIDO A LA CONSIDERACIÓN DE LA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA COMO REQUISITO FINAL PARA OPTAR POR EL GRADO DE LICENCIATURA EN INGENIERÍA QUÍMICA
RICARDO JIMÉNEZ ARGÜELLO
CIUDAD UNIVERSITARIA RODRIGO FACIO SAN JOSÉ, COSTA RICA 2013
Proyecto de graduación presentado ante la Escuela Ingeniería Química de la Universidad de Costa Ri~ como requisito final para optar por el grado de Licenciatura en Ingeniería Química
Sustentante: Ricardo Jiménez Argüello
Aprobado por:
Ing. an errera, Ph.D Escuela de Ingeniería Química
Presidente del tribunal
Ing. William Ulate Padgett, M.Sc. Gerente General SORESCO
Director del Proyecto
Ing. Hemán Camacho Soto, M.Sc. Escuela de Ingeniería Qufmica
Miembro Lector
Miembro Lector
Randall Ramírez Loría, MBA. Escuela de Ingeniería Química
Miembro Invitado
CIUDAD UNIVERSITARIA "RODRIGO F ACIO" 2013
Comité asesor
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DEDICATORIA
A DIOS
Por la vida que me da y la oportunidad de presentar este proyecto.
A MIS PADRES
Por siempre estar en cualquier circunstancia para ayudar, por apoyarme a salir adelante con la carrera y creer en mí y esforzarse por hacer en mi una mejor persona todos los días.
A MI HERMANA
Por todos los momentos que compartimos, por siempre ser la persona en la que puedo confiar y apoyarme.
A MI NOVIA
Por ser todo lo que siempre soñé y más, por su amor incondicional y por ayudarme en los últimos momentos y empujarme a realizar este ultimo esfuerzo, que jamás hubiera sido posible sin vos.
A MIS AMIGOS
Por todos los momentos buenos que vivimos y también los difíciles, ser fuente de inspiración y ayuda incondicional.
Dedicatoria
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RESUMEN El objetivo principal del presente proyecto es determinar la factibilidad técnica y económica de instalar una planta productora de benceno, tolueno y xileno para el mercado Centroamericano, a partir de naftas de petróleo obtenidas del procesos de refinación. El proyecto se divide en cuatro grandes secciones. Primero se encuentra el marco teórico del proyecto, en donde se especifican las propiedades de la materia prima y los productos de la planta. También se explican los diferentes métodos de los cuales es posible obtener el BTX a partir de la nafta, y el tipo de plantas existentes en el mercado. Posteriormente se tiene el estudio de mercado donde se clarifica el producto a vender, la ubicación del proyecto, la demanda estimada de los productos, su precio, así como la estrategia de los competidores y la estrategia comercial a seguir. Se determinó que la demanda máxima será de 345 bbl/diarios de producto combinando la mezcla de xilenos y el tolueno, dejando de lado el benceno por su baja demanda. La tercera parte del proyecto consiste en el estudio técnico en donde se seleccionó el proceso productivo, mediante una matriz de selección para los procesos unitarios. Se seleccionó el CCR Platforming, como proceso para la obtención de la nafta reformada como materia prima. Luego se escogió el solvente Sulfolane y su proceso de regeneración, para la purificación de los productos. Finalmente, se estimaron los costos de producción y la inversión inicial del proyecto siendo esta de $ 50 787 931; de los cuales $ 10 084 568 son para las inversiones fijas y $ 40 703 362 de capital de trabajo. En la cuarta y última parte, se determinó que el proyecto es económicamente rentable, ya sea con o sin financiamiento. Para el proyecto con financiamiento e inflación se tiene que el Valor Actual Neto es de $ 47 396 795; la Tasa Interna de Retorno de 22,62 % y el Índice de Deseabilidad de 7,71. Mientras que para el proyecto sin financiamiento e inflación el VAN es de $ 5 671 457; el TIR de 22,61 % y el ID de 1,56. El proyecto con financiamiento es mejor para los inversionistas, ya que se obtiene un mayor retorno. Se comprobó además que el proyecto es sensible ante los cambios del mercado en la demanda del producto y a aumentos en gastos de producción. Se determinó además que el riesgo de invertir en el proyecto es bajo, teniendo en ninguno de los escenarios posibles valores de TIR, menores a los esperados por los inversionistas.
Resumen
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Índice General
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ÍNDICE GENERAL RESUMEN .....................................................................................................................i 1.
MARCO TEORICO ............................................................................................. 1
1.1 Las naftas de petróleo ........................................................................................... 1 1.2
Generalidades ................................................................................................ 1
1.3
Composición ................................................................................................. 2
1.4
Clasificación .................................................................................................. 5
1.5
Aplicaciones .................................................................................................. 5
1.5.1 Industria petrolera ...................................................................................... 5 1.5.2 Industria de solventes ................................................................................ 6 1.6
BTX (Benceno, Tolueno y Xileno) ............................................................... 7
1.6.1
Generalidades ................................................................................................ 7
Aromaticidad ......................................................................................................... 7 Propiedades físicas y químicas .............................................................................. 7 1.7
Fuentes de obtención ..................................................................................... 9
1.7.1 Efluentes del reformado catalítico ............................................................. 9 1.7.2 Efluentes del craqueo con vapor.............................................................. 10 1.8
Aplicaciones ................................................................................................ 11
1.8.1 Benceno ................................................................................................... 11 1.8.2 Xileno ...................................................................................................... 11 1.8.3 Tolueno .................................................................................................... 12 1.9
Proceso de producción del BTX a partir de las naftas ................................ 12
1.9.1 Complejos aromáticos simples ................................................................ 12
1.9.2 Hidrotratamiento de naftas ...................................................................... 13 1.9.3 Reformado catalítico ............................................................................... 14 1.9.4 Extracción de aromáticos ........................................................................ 16 1.10
Complejo aromático UOP ........................................................................... 18
1.10.1 CCR Platforming ................................................................................... 18 1.10.2 Sulfolane ................................................................................................ 19 1.10.3 Parex ...................................................................................................... 19 1.10.4 Isomar .................................................................................................... 19 1.10.5 Tatoray ................................................................................................... 20 2.
ESTUDIO DE MERCADO ................................................................................ 21
2.1 Caracterización de los productos ........................................................................ 21 2.1.1 Descripción y caracterización del producto principal y subproductos. ... 21 2.1.2 Productos sustitutos o similares............................................................... 23 2.2 Población objeto y zona de influencia ................................................................ 24 2.2.1 Ubicación geográfica del área de mercado del proyecto ......................... 24 2.2.2 Tamaño y características de la población de referencia del proyecto ..... 24 2.2.3 Características de la población de referencia del proyecto .................... 26 2.3 Análisis de la Demanda ...................................................................................... 28 2.3.1 Análisis histórico de la demanda ............................................................. 28 2.3.2 Factores que determinan el comportamiento de la demanda ................... 33 2.3.3 Estimación de la demanda actual (análisis del crecimiento histórico y elasticidad) 33 2.4 Pronóstico y proyección de la demanda ............................................................. 36 2.5 Caracterización de la demanda ........................................................................... 38 2.6 Análisis de la oferta actual ................................................................................. 39
Índice General
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2.6.1 Tipo de mercado ...................................................................................... 39 2.6.2 Estrategias de la oferta, número y tipo de oferentes ................................ 39 2.7 Características de la oferta.................................................................................. 40 2.8 Determinación del precio del producto .............................................................. 43 2.8.1 Mecanismo de formación del precio ....................................................... 43 2.8.2 Análisis de series históricas de precios ................................................... 43 2.8.3 Factores que determinan el precio del producto ...................................... 45 2.9 Estrategias de comercialización del producto .................................................... 46 2.9.1 Volúmenes estimados de producción ...................................................... 46 2.9.2 Descripción de los canales de comercialización ..................................... 47 3.
ESTUDIO TÉCNICO ......................................................................................... 48
3.1 Tamaño del proyecto .......................................................................................... 48 3.2 Localización ....................................................................................................... 48 3.2.1 Micro y macro-localización del proyecto ................................................ 48 3.2.2 Características del sitio ............................................................................ 50 3.3 Proceso productivo, tecnología y tamaño de la planta ....................................... 52 3.3.1 Selección de los equipos .......................................................................... 52 3.3.2 Descripción del Proceso de Producción .................................................. 58 3.4 Diagrama de flujos del proceso .......................................................................... 65 3.4.1 Diagrama con balance de materia y energía ............................................ 65 3.4.2 Descripción y especificación de los equipos a instalar ........................... 69 3.4.3 Distribución de Planta ............................................................................. 75 3.5 Análisis de Materias Primas ............................................................................... 78 3.5.1 Ubicación Geográfica de las Materias Primas ......................................... 78 3.5.2 Características y Especificaciones de la Materia Prima .......................... 79
Índice General
vi
3.5.3 Precio y Comportamiento Histórico de Consumo ................................... 79 3.6 Costos e inversiones ........................................................................................... 80 3.6.1 Inversiones fijas ....................................................................................... 81 3.6.2 Costos y gastos ........................................................................................ 83 3.6.2.1 Costos materias primas ......................................................................... 83 3.6.2.2 Costos de energía eléctrica ................................................................... 83 3.6.2.3 Costo de servicios ................................................................................. 83 3.6.2.4 Costo de mano de obra ......................................................................... 84 3.6.2.5 Costo mantenimiento, suministros operacionales y repuestos ............. 85 3.6.2.6 Costos fijos de planta ............................................................................ 85 3.6.3 Capital de trabajo ..................................................................................... 86 3.6.4 Plan de Manejo Integral de Procesos ....................................................... 86 4.
ESTUDIO FINANCIERO .................................................................................. 87
4.1 Necesidades de recursos ..................................................................................... 87 4.2 Aporte de socios e inversionistas y posibles fuentes de financiamiento ............ 87 4.3 Condiciones de los préstamos solicitados y amortización de los créditos ......... 88 4.4 Punto de Equilibrio ............................................................................................. 89 4.5 Estados Financieros proyectados ........................................................................ 90 4.5.1 Flujo de Fondos proyectado sin financiamiento ...................................... 90 4.5.2 Flujo de Fondos proyectado con financiamiento ..................................... 92 4.6 Evaluación financiera ......................................................................................... 96 4.6.1 Cálculo de la tasa de descuento (K) aplicable al proyecto ...................... 96 4.6.2 Valor actual neto (VAN), tasa interna de retorno (TIR) e índice de deseabilidad (ID) para el proyecto sin y con financiamiento ....................................... 97 4.6.3 Análisis de sensibilidad ........................................................................... 98
Índice General
vii
4.6.4 Análisis de riesgo .................................................................................... 99 5.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... 101
6.
BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................. 103
7. NOMENCLATURA ............................................................................................. 106 APÉNDICE ............................................................................................................... 107 A. Resultados Intermedios .................................................................................... 108 B. Muestra de cálculo ............................................................................................ 120
Índice General
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Índice de Cuadros
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ÍNDICE DE CUADROS Cuadro 1.1 Análisis típico de dos fracciones de nafta obtenidas de destilación fraccionada de dos tipos de crudo diferentes. ............................................................................................. 4 Cuadro 1.2 Composición de la fracción C6-C8 obtenida del reformado catalítico. .............. 9 Cuadro 1.3. Composición de la fracción C6-C8 obtenida del craqueo con vapor. .............. 10 Cuadro 1.4. Condiciones para la hidrodesulfuración según el tipo de nafta alimentado. .. 14 Cuadro 1.5. Reacciones existentes en el proceso de reformado catalítico de naftas. .......... 15 Cuadro 2.1. Propiedades físicas y químicas de las naftas pesadas. ..................................... 21 Cuadro 2.2. PIB de los países centroamericanos (1999-2010). ........................................... 26 Cuadro 2.3. Resumen de histórico de demanda para el BTX. ............................................. 32 Cuadro 2.4. Demanda proyectada para el tolueno para el periodo 2014-2028. .................. 37 Cuadro 2.5. Demanda proyectada para la mezcla de xilenos para el periodo 2014-2028. .. 38 Cuadro 2.6. Volúmenes estimados de producción en Centroamérica (2014-2028). ........... 46 Cuadro 3.1. Matriz de selección del equipo de reformado catalítico de la nafta ................ 54 Cuadro 3.10 Estimación de la inversión por el método de porcentaje del equipo comprado. .............................................................................................................................................. 81 Cuadro 3.2. Tecnologías existentes de el mercado y sus características ............................. 56 Cuadro 3.3. Matriz de selección del solvente y tecnología. ................................................ 58 Cuadro 3.4. Composición flujo de proceso inicial .............................................................. 60 Cuadro 3.5. Propiedades de la mezcla de xilenos con grado de solvente ........................... 61 Cuadro 3.6. Composición flujo de Raffinate. ...................................................................... 63 Cuadro 3.7. Composición flujo de benceno y orgánicos no aromáticos. ............................ 64
Cuadro 3.8. Composición flujo del tolueno comercial. ....................................................... 65 Cuadro 3.9. Resumen de características de los equipos. ..................................................... 69 Cuadro 4.1 Tabla de amortización del préstamo. ................................................................ 88 Cuadro 4.2. Gastos variables anuales. ................................................................................. 89 Cuadro 4.3. Flujo de Fondos del proyecto sin financiamiento ............................................ 91 Cuadro 4.4. Flujo de Fondos del proyecto con financiamiento ........................................... 94 Cuadro 4.5 Tasas de descuento. .......................................................................................... 96 Cuadro 4.6 Cálculo del TIR, VAN e ID para el proyecto con y sin financiamiento. .......... 98 Cuadro 4.7 Sensibilidad del proyecto ante distintos escenarios. ......................................... 99 Cuadro 4.8 Análisis de riesgo por el método de Montecarlo. ........................................... 100 Cuadro 4.9 Estimación del TIR y VAN para el proyecto según el método Montecarlo. .. 100 Cuadro A.1 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de tolueno para Guatemala del año 1995 al 2009........................................................................................................................ 108 Cuadro A.2 Resumen cálculos para estimación de ,
y del modelo econométrico de la
demanda de tolueno en Guatemala. .................................................................................... 108 Cuadro A.3 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la mezcla de xilenos para Guatemala del año 1999 al 2008......................................................................................... 109 Cuadro A.4 Resumen cálculos para estimación de ,
y del modelo econométrico de la
demanda de la mezcla de xilenos en Guatemala................................................................. 110 Cuadro A.5 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la tolueno para Costa Rica del año 2001 al 2008........................................................................................................................ 110 Cuadro A.6 Resumen cálculos para estimación de ,
y del modelo econométrico de la
demanda de tolueno en Costa Rica. .................................................................................... 111
Índice de Cuadros
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Cuadro A.7 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la mezcla de xilenos para Costa Rica del año 2001 al 2008................................................................................................... 111 Cuadro A.8 Resumen cálculos para estimación de ,
y del modelo econométrico de la
demanda de la mezcla de xilenos en Costa Rica. ............................................................... 112 Cuadro A.9 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la tolueno para Honduras del año 2001 al 2007........................................................................................................................ 112 Cuadro A.10 Resumen cálculos para estimación de ,
y del modelo econométrico de
la demanda de tolueno en Honduras. .................................................................................. 113 Cuadro A.11 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de tolueno para El Salvador del año 1999 al 2007........................................................................................................................ 113 Cuadro A.12 Resumen cálculos para estimación de ,
y del modelo econométrico de
la demanda de tolueno en El Salvador. ............................................................................... 114 Cuadro A.13 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la mezcla de xilenos para El Salvador del año 1999 al 2007. ........................................................................................... 114 Cuadro A.14 Resumen cálculos para estimación de ,
y del modelo econométrico de
la demanda de la mezcla de xilenos en El Salvador. .......................................................... 115 Cuadro A.15 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la tolueno para Nicaragua del año 2001 al 2008........................................................................................................................ 115 Cuadro A.16 Resumen cálculos para estimación de ,
y del modelo econométrico de
la demanda de tolueno en Nicaragua. ................................................................................. 116 Cuadro A.17 Inversión de capital. ..................................................................................... 116 Cuadro A.18 Resumen de costos fijos de producción. ...................................................... 116 Cuadro A.19 Resumen de costos variables de producción. ............................................... 116 Cuadro A.20 Datos para el cálculo y punto de equilibrio encontrado............................... 116
Índice de Cuadros
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Cuadro A.21 Resumen de los valores obtenidos del análisis de Sensibilidad variando el valor de la tasa de retorno. .................................................................................................. 117 Cuadro A.22 Resumen de los valores obtenidos del análisis de Sensibilidad variando las ventas realizadas. ................................................................................................................ 117 Cuadro A.24 Resumen de los valores obtenidos del análisis de Sensibilidad variando el capital de inversión. ............................................................................................................ 118 Cuadro A.25 Resumen de los fondos obtenidos del método Monte Carlo del proyecto con financiamiento. ................................................................................................................... 118 Cuadro A.26 Continuación Resumen de los fondos obtenidos del método Monte Carlo del proyecto con financiamiento. .............................................................................................. 118 Cuadro A.27 Continuación Resumen de los fondos obtenidos del método Monte Carlo del proyecto con financiamiento. .............................................................................................. 119
Índice de Cuadros
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Índice de Figuras
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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Proceso general para el fraccionamiento de Nafta…………………………….. 2 Figura 1.2. Estructura molecular del benceno, tolueno y los isómeros del xileno………... 8 Figura 1.3 Complejo aromático simple…………………………………………………... 13 Figura 1.4 Complejo aromático UOP integrado………………………………………….. 20 Figura 2.1. IMAE de los países centroamericanos (1995-2010)…………………………. 27 Figura 2.2. Importaciones de benceno y tolueno en Honduras (1995-2009)…………….. 29 Figura 2.3. Importaciones de xilenos en Honduras (1995-2009)………………………… 29 Figura 2.4. Importaciones de BTX en Costa Rica (1996-2010)…………………………. 30 Figura 2.5. Importaciones de BTX en Nicaragua (1995-2009)………………………….. 30 Figura 2.6. Importaciones de BTX en El Salvador (1995-2009)……………………….... 31 Figura 2.7. Importaciones de BTX en Guatemala (1995-2009)………………………….. 32 Figura 2.8. Elasticidad en la demanda de tolueno en Nicaragua………………………..... 34 Figura 2.9. Elasticidad en la demanda de tolueno en Costa Rica……………………....... 35 Figura 2.10. Elasticidad en la demanda de tolueno en Guatemala.…………………........ 35 Figura 2.11. Histórico de precios para el tolueno en Centroamérica.………………........ 43 Figura 2.12. Histórico de precios para la mezcla de xilenos en Centroamérica .………………......................................................................................................... 43 Figura 3.1 Macro-localización del proyecto..................................………………........
49
Figura 3.2 Micro-localización: Plantel físico de RECOPE, Moín...………………........
49
Figura 3.3. Perfil de los componentes en el reformado catalítico..………………........... 59 Figura 3.4. Diagrama de Flujo No 1 del proceso de producción para el BTX.................
66
Figura 3.5. Diagrama de Flujo No 2 del proceso de producción para el BTX.................
67
Figura 3.6. Diagrama de Flujo No 3 del proceso de producción para el BTX.................
68
Figura 3.7. Ubicación de la nueva refinería según el proyecto de modernización de RECOPE.................................................................................…………………........ 76 Figura 3.8. Localización de los equipos de la planta productora de BTX.…..................
76
Figura 3.9. Distribución de los equipos de la planta productora de BTX..…..................
77
Figura 3.10 Comportamiento de precios para la gasolina super en Costa Rica...............
80
Figura 4.1 Punto de equilibrio del proyecto...............................................................
90
Índice de Figuras
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Marco Teórico
1
1. MARCO TEORICO
1.1 Las naftas de petróleo 1.2 Generalidades Nafta es un término genérico que es aplicado a productos de petróleo refinados, parcialmente refinados o no refinados. Siguiendo la norma ASTM D-86 en condiciones estandarizadas de destilación, la nafta se determina cuantitativamente, en que no menos del 10 % del material debe destilar a temperaturas menores de 175 ºC y no menos del 95 % del material debe destilar a temperaturas inferiores de 240 ºC. (Speight, 2007) Siguiendo esta característica de las naftas de su punto de ebullición, utilizada en su determinación, las mismas pueden clasificarse en naftas ligeras con un rango de ebullición aproximado de 35 – 90 ºC y naftas pesadas en el rango de temperaturas de 80 – 200 ºC. Otros productos de petróleo que son obtenidos en el rango de ebullición de la nafta, son el spirit industrial y el White spirit. (Matar, 2000) La nafta es obtenida de diferentes procesos: por medio del fraccionamiento de una única destilación, craqueado y reforma de los destilados o fraccionamiento del petróleo crudo; extracción del solvente; hidrogenación de destilados craqueados; polimerización de compuestos insaturados (olefinas); y por medio de procesos de alquilación. El método más común de preparación es la destilación, dependiendo del diseño de la unidad de destilación pueden producirse una o dos corrientes de vapores de nafta: la primera siendo una corriente única de producto de nafta con un punto final a 205 ºC, y la segunda forma, en donde la corriente mencionada anteriormente, es dividida en nafta ligera y pesada. Un arreglo típico del proceso que se muestra en la figura 1.1, consiste dos torres de destilación fraccionada una primaria y otra secundaria, además de una torre de separación final (striper). Así la nafta de entrada es calentada e introducida en la torre primaria, que es
Marco Teórico
2
operada con vacio, y este permite la vaporización de la nafta a las temperaturas obtenidas del calentamiento. (Speight, 2007) La columna primaria separa la nafta en tres flujos: 2. Material con alto punto de ebullición, que es removido del fondo como producto y enviado a la unidad de craqueo. 3. Corriente de producto lateral con mediano punto de ebullición, que luego de pasar por el separador es adecuado para el solvente alifático Varsol. 4. Producto extraído de la parte superior de la torre enviado a la torre secundaria, donde es dividido de nuevo en fondos y producto volátil, trabajando a una presión de vacio parcial y con un calentamiento que asiste en el fraccionamiento. Las corrientes de salida de la segunda torre serán solventes alifáticos terminados.
Figura 1.1 Proceso general para el fraccionamiento de Nafta. 1.3 Composición La composición de las naftas depende directamente de dos factores: el tipo del crudo utilizado en su generación y si fue obtenido por destilación atmosférica u otras unidades de
Marco Teórico
3
proceso. El petróleo crudo es una mezcla de diferentes hidrocarburos muy compleja, en una fracción de separación pueden existir cerca de 5 000 hidrocarburos distintos. Se dividen en tres grupos o series los hidrocarburos presentes en el crudo: parafínicos, nafténicos y aromáticos. (Llado, 1962)
Las parafinas constituyen una familia de hidrocarburos saturados y siguen la formula CnH2n+2, pueden existir en una configuración recta o como isómeros de átomos de carbono. El metano, etano, propano y butano son los principales componentes de la serie, cuando no son saturados como el etileno, propeno, buteno y otros, se les denomina olefinas.
Los hidrocarburos aromáticos son aquellos que se encuentran en forma de anillo dotados de dobles enlaces alternantes o conjugados, todos los aromáticos presentan a lo sumo un anillo bencílico como parte de su estructura molecular.
Los naftenos se agrupan los hidrocarburos en anillos o cíclicos, predominando en el petróleo los anillos de seis y cinco átomos de carbono. Su configuración es de la forma CnH2n, se encuentran en todas las fracciones menos en las más livianas. (OSHA, 2010)
Con el caso del proceso utilizado, si la nafta es obtenida de la destilación atmosférica está caracterizada por la falta de compuestos olefínicos, sus constituyentes principales son las parafinas rectas o ramificadas, naftenos (cicloparafinas) y los hidrocarburos aromáticos. Naftas obtenidas de unidades de craqueo contienen cantidades variables de compuestos olefínicos, mayores relaciones de aromáticos y parafinas ramificadas. Debido a la presencia de compuestos insaturados son menos estables que las naftas producidas por destilación. Como la ausencia de olefinas aumenta la estabilidad de las naftas, se realizan mezclas de tipos de estas para obtener un producto requerido o como materia prima de proceso. Según el cuadro 1.1 en un análisis de naftas producidas en destilación fraccionaria
Marco Teórico
4
la composición de las naftas es en mayor porcentaje compuestos parafínicos, luego los naftenos y en menor proporción los aromáticos. Cuadro 1.1 Análisis típico de dos fracciones de nafta obtenidas de destilación fraccionada de dos tipos de crudo diferentes. Prueba
Marine Balayem
Bakr -9
Rango de ebullición (ºC) Gravedad especifica (60/60 ºF) º API Contenido de sulfuro % Tipos de hidrocarburo % Parafinas Naftenos Aromáticos
58 – 170
71 – 182
0,7485
0,7350
57,55 0,055
0,26
62,7 29,1 8,2
80,2 11,0 8,8
Fuente: (Matar, 2000) En los procesos de extracción de solventes o destilaciones extractivas, se produce la remoción de los constitutivos con hidrocarburos aromáticos de las naftas. Estos constituyentes aromáticos son luego convertidos en cadenas rectas parafínicas de hidrocarburos sin hedor, que son requeridas en los solventes alifáticos. Además de los grupos de hidrocarburos mencionados, las naftas contienen cantidades de azufre, nitrógeno, oxígeno y agua. Los compuestos de azufre presentes más comunes son: mercaptanos no cíclicos, tiofenos y sulfuros. La cantidad de nitrógeno contenida es menor a la cantidad de azufre, y se dividen en dos grupos: básico donde se incluyen la piridina, piperidina e indol, en el segundo grupo se él no básico acoge los derivados del pirrol. El oxigeno está presente en las fracciones pesadas del crudo de petróleo, por lo que su concentración es muy baja y presente como fenoles, furanos, ácidos carboxílicos y ésteres. El agua puede estar contenida en el crudo de petróleo de dos maneras: disuelta en el aceite o como una fase separada. Algunas fracciones de nafta pueden disolver la humedad presente durante su manipulación y almacenamiento. (Gary, J. & Handwerk, G., 2001)
Marco Teórico
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1.4 Clasificación La nafta es dividida en dos tipos principales: alifáticos y aromáticos. Estos dos tipos difieren en dos aspectos, primero por los hidrocarburos que componen el solvente y segundo por el método utilizado en su manufactura. Los solventes alifáticos están compuestos por hidrocarburos parafínicos y naftenos (cicloparafinas), pueden ser obtenidos directamente del petróleo crudo por destilación. El segundo tipo de nafta contiene aromáticos, usualmente bencenos alquilo – sustituidos, es un tipo muy raro de naftas y obtenidas del petróleo como materiales del fraccionamiento de una sola destilación. Otra clasificación es la mencionada anteriormente, en donde por su punto de ebullición se pueden dividir las naftas obtenidas en: naftas ligeras (35-90 ºC) con hidrocarburos de 5 a 6 átomos de carbono, y las naftas pesadas (80 -200 ºC) que contiene hidrocarburos de 7 a 9 carbonos. También se le conoce como naftas medianas o intermedias a las que se vaporizan en un rango que se encuentre entre las dos clasificaciones primordiales. (Speight, 2007) 1.5 Aplicaciones Las aplicaciones para la nafta se pueden dividir en dos grandes campos: como materia prima en la industria petrolera y utilizada como producto en su característica de solvente
1.5.1 Industria petrolera El uso principal de la nafta en la industria petrolera es en la producción de gasolina. La nafta ligera es mezclada con gasolina reformada, esto para incrementar su volatilidad y para reducir el contenido de aromáticos en la gasolina producida. La nafta pesada proveniente de la destilación atmosférica o la hidrogenación de destilados craqueados, tiene un índice bajo de octanos, y es utilizada como materia prima en unidades de reformado catalítico. Siendo este el proceso de elevar el octanaje de una nafta con bajo índice, enriqueciéndola con aromáticos y parafinas ramificadas.
Marco Teórico
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La nafta también es utilizada como materia prima en unidades de craqueo térmico para la producción de olefinas, así como en unidades de reformado térmico en la producción de gas sintético para el metanol. Seleccionar el tipo correcto de nafta a utilizar es un paso importante en el diseño de procesos, como ejemplo, una nafta a base de parafinas es preferible en procesos de craqueo térmico, ya que las parafinas siguen un proceso mejor a temperaturas relativamente menores que los naftenos. (Matar, 2000) 1.5.2 Industria de solventes Al mismo tiempo las naftas tienen un valor como solventes debido a su alto poder de disolver. El alto rango de nafta disponible, desde la parafina hasta la cargada con aromáticos, y los diferentes grados de volatilidad posibles ofrecen productos adecuados para muchos usos. En este tipo de mercado las naftas tienen distintas áreas (Speight, 2007):
solventes para pinturas, sustituyendo a la trementina por su ventaja de ser más barata y abundante. Estas naftas poseen poder de solvencia y tasa de evaporación adecuadas, son resistentes a la oxidación, no desarrollan mal olor y color durante su uso, son libres de impurezas corrosivas y materiales reactivos.
solventes para lavado en seco, naftas obtenidas directamente de la destilación fraccionada del crudo de petróleo parafínicos que contengan baja cantidad de azufre, y no debe contener hidrocarburos aromáticos.
solventes para cutback aspahlt, el cemento asfaltico se diluye en las naftas obtenidas de la destilación con el fin de adecuar el asfalto para que sea posible su aplicación directa a las superficies de las carreteras con muy poca calefacción.
en la industria del caucho y adhesivos, utilizadas para humedecer las existencias de rodaduras en las llantas de los automóviles durante su manufactura y obtener mejor adhesión entre las unidades de neumático.
solventes para procesos de extracción industrial, empleada en la extracción de aceites de frijoles de ricino, de frijoles de soja, de algodón y del germen de trigo.
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Los destilados de petróleo de varias composiciones y volatilidades también son empleados como solventes en la manufactura de tintas, chaquetas de cuero, diluyentes para tintes, y desengrasantes de fibras de lana, pulidoras y ceras. 1.6 BTX (Benceno, Tolueno y Xileno)
1.6.1
Generalidades
El conjunto de compuestos del BTX: benceno, tolueno y xileno; comparten entre ellos el carácter aromático, pero difieren en sus propiedades físicas y químicas. Aromaticidad El benceno, tolueno y xileno (BTX) forman parte del grupo de los compuestos hidrocarburos aromáticos. El termino aromaticidad o carácter aromático se utiliza para describir a los compuestos que comparten las propiedades del benceno, y la definición se confina a los compuestos que contengan anillos bencílicos o un sistema condensado de anillos de benceno. La razón de esta descripción está en que los hidrocarburos aromáticos exhiben propiedades que difieren ampliamente de sus análogos los compuestos alifáticos y alicíclicos, propiedades como la facilidad para la sustitución química, la estabilidad del anillo de benceno, las bajas propiedades básicas en aminas aromáticas, entre otras. (Llado, 1962) Propiedades físicas y químicas Benceno (C6H6), tolueno (C7H8), y los isómeros del xileno (C8H10) tienen tamaños y formulas moleculares muy similares, como se muestra en la figura 1.2. La pequeña polaridad de los enlaces C-H, hace que los compuestos tengan similar y baja polaridad. Por esta razón, las temperaturas de ebullición de los cinco compuestos son muy próximas y permite que sean recojan en la misma fracción de destilación del crudo de petróleo.
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Figura 1.2. Estructura molecular del benceno, tolueno y los isómeros del xileno El tolueno es un aromático unido con un grupo metilo, es conocido en el medio industrial como toluol, metilbenceno, metilbenzol o fenil-metano. Es un líquido claro con color aromático dulzón, altamente volátil, ejerce una presión de vapor de 28 kPa a 20 ºC, posee un punto de inflamación de 4,4 ºC por lo que se clasifica como líquido inflamable según NFPA e HIMS. El tolueno es poco soluble en agua (0,53 g/L a 20-25 ºC) y muy liposoluble. (Jiménez, 2002). El benceno es conocido también como ciclohexatrieno o benzol, es un líquido incoloro y presenta un olor característico. Su presión de vapor a 20 ºC es de 10 kPa, y su punto de inflamación es de – 11 ºC por lo que se considera altamente volátil e inflamable. El benceno muestra una solubilidad baja en agua (0,18 g/L a 25 ºC). (Fichas Internacionales de Seguridad Química, 2010) El xileno estando en su forma comercial o mezclada está compuesto de tres isómeros: meta-xileno, orto-xileno y para-xileno. En la mezcla por lo general el isómero predominante es el meta (44 – 70% de la mezcla). El compuesto también es conocido como dimetilbenceno (1,2-; 1,3-; o 1,4-); xylol (mezcla),m-, o-, o p-xileno (isómeros); o metiltolueno. El estado físico del xileno es líquido además de ser incoloro, su presión de vapor a 20 ºC es de 1.07 kPa, la mezcla es insoluble en agua (0,13 g/L a 20 ºC). Su punto de inflamación es de 29 ºC por lo que se considera moderadamente inflamable. (IRIS, 2010)
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1.7 Fuentes de obtención Cerca del 90% del BTX producido en el mundo, tienen su fuente de las unidades de conversión, principalmente del craqueo con vapor de las naftas (gasolina de la pirolisis pygas) y el reformado catalítico. En la industria química tradicional los aromáticos como el benceno, tolueno y xileno eran producidos a partir del alquitrán de hulla en el proceso de la carbonización para la elaboración del coke y gas de carbón. Este proceso es considerado como una fuente marginal en la industria reciente. (Wauquier, 2004) Separar los aromáticos del BTX, por medio de la destilación del crudo de petróleo, no es posible ya que estos se encuentran en concentraciones muy bajas. Es por esto que se utilizan las fracciones de las naftas y se enriquecen con los aromáticos, mediante el reformado catalítico. (Matar, 2000) 1.7.1 Efluentes del reformado catalítico Considerando los efluentes de las unidades de conversión para la producción de BTX, el proveniente del reformado catalítico la composición de la fracción C6-C8 se encuentra generalmente en los límites indicados en el Cuadro 1.2. El total de los aromáticos representa el 80 – 90 % en peso de la fracción, siendo la mezcla de xilenos la mitad del valor mencionado. La mayor impureza en el efluente son las parafinas, con los naftenos y olefinas minoritariamente. Cuadro 1.2 Composición de la fracción C6-C8 obtenida del reformado catalítico.
Aromáticos Parafinas
Componentes Benceno Xileno Tolueno C9+ C5
Contenido % m/m 1–8 8 – 24 30 – 50 0,1 – 6 0,6 – 6
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Cuadro 1.2 (Cont.) Composición de la fracción C6-C8 obtenida del reformado catalítico.
Parafinas
Componentes C6 C7 C8 C9
Naftenos + olefinas
Contenido % m/m 1,5 – 11 1–7 0,5 – 2 0–1 0,5 – 2
Fuente: (Wauquier, 2004)
1.7.2 Efluentes del craqueo con vapor Luego de un paso preliminar de hidrogenación de las olefinas e hidrodesulfuración, la composición del efluente del craqueo con vapor en la fracción C6-C8 está situada en los límites mostrados en el Cuadro 1.3. Los aromáticos están representados en un mayor porcentaje de la fracción, pero contrario a los efluentes provenientes del reformado catalítico su concentración decrece desde el benceno hasta los xilenos. Cuadro 1.3. Composición de la fracción C6-C8 obtenida del craqueo con vapor.
Aromáticos
Parafinas y naftenos
Fuente: (Wauquier, 2004)
Componentes Benceno Xileno Tolueno C9+ C5 C6 C7 C8 C9
Contenido % m/m 25 – 50 14 – 23 10 – 17 0,1 – 6 0,2 – 2 6 – 27 1–6 0,5 – 4 0–1
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1.8 Aplicaciones La extracción del BTX comenzó en la década de 1950, con una demanda creciente del benceno y el xileno. Utilizados estos como materias primas en la fabricación de poliamidas y la síntesis del poliéster, productos que eran obtenidos de la destilación de la gasolina y luego retornando a los aromáticos presentes en el crudo. (Wauquier, 2004) Los campos de aplicaciones se han diversificado para cada uno de los componentes del BTX: benceno, tolueno y xileno. 1.8.1 Benceno El Benceno es considerado como un compuesto versátil para la petroquímica y útil en la producción de más de 250 productos diferentes, los derivados del benceno más importantes son: el etilbenceno, el cumeno y el ciclohexano. Un ejemplo de las aplicaciones del benceno reside en la fabricación del estireno, ingrediente básico el poliestireno, así como en pinturas, resinas epoxi, pegamentos y otros adhesivos (Meyers, 2004). En la amplia gama de aplicaciones del benceno también se incluyen los siguientes productos: acetona, bisfenol, resinas fenólicas, detergentes, nylon entre otros. (Speight, 2007)
1.8.2 Xileno El producto del xileno es también conocido como mezcla de xilenos, contiene cuatro diferentes C8 isómeros aromáticos: para-xileno, orto-xileno, meta-xileno y el etilbenceno. Pequeñas cantidades de la mezcla de xilenos son aplicadas como solventes, el isómero más importante es él para-xileno, utilizado exclusivamente en la producción de fibras de poliéster, resinas y películas. (Meyers, 2004) Los xilenos que han recibido un tratamiento de oxidación mediante la utilización de ácidos, son materias primas para la manufactura de fibras, plástica, plastificante y productos similares. (Speight, 2007)
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1.8.3 Tolueno Las aplicaciones del tolueno inicia con la adición en las gasolinas y como solvente, su demanda primaria es ser fuente del trinitrotolueno (TNT). Tiene menos aplicaciones que el benceno y el xileno, pero puede ser utilizado mediante un tratamiento de alquilación como un producto apropiado para la sulfonación a un grado de detergente. (Speight, 2007) Además se ha convertido en una materia prima importante en la producción de xilenos a partir de la desproporción del tolueno y la transalquilación con aromáticos C9. 1.9 Proceso de producción del BTX a partir de las naftas La producción de BTX a partir de las fuentes antes mencionadas involucra dos tipos de proceso: aquellos en donde es separada la mezcla de benceno, tolueno y los xilenos; y los procesos que convierten una forma de producto en otra. Un ejemplo de este último punto es la hidroalquilación del tolueno, utilizada para ajustar las proporciones de benceno y tolueno a como dictan la demanda de los mismo y la economía. Los procesos de producción son llamada complejos aromáticos, el tipo más simple produce únicamente benceno, tolueno y la mezcla de xilenos. Los sistemas más complejos son diseñados para optimizar la producción de benceno, para-xileno y en algunos casos el orto-xileno. Los modelos más importantes son los proporcionados por UOP y AXENS.
1.9.1 Complejos aromáticos simples El complejo mostrado en la figura 1.3, consiste en las siguientes unidades de proceso, presentes en todos los complejos:
Hidrotratamiento de nafta: utilizado en la remoción de contaminantes sulfurosos y nitrogenados.
Reformado catalítico: para la producción de aromáticos a partir de la nafta.
Extracción de aromáticos: para la extracción final del BTX
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Figura 1.3 Complejo aromático simple. Fuente: (OSHA, 2010) 1.9.2 Hidrotratamiento de naftas El proceso de hidrotratamiento es referido también como: hidroprocesamiento o hidrodesulfuración. En esta unidad de proceso se realiza la separación del sulfuro y el nitrógeno, además del mejoramiento de la entrada olefinica pesada, saturándola con hidrógeno para producir parafinas. Se realiza también remoción de elementos como oxígeno, haluros y trazas de metal provenientes de las alimentaciones, efectuando este proceso mediante reacciones con hidrógeno. En una unidad de hidrotratamiento típica en donde la alimentación es mezclada con gas enriquecido con hidrógeno antes de entrar al reactor de lecho fijo. En la presencia de un metal oxidante catalítico, el hidrógeno reacciona con la alimentación para producir ácido sulfúrico, amoniaco, hidrocarburos saturados y otros metales libres. El metal se mantiene en la superficie del catalítico y los otros productos abandonan el reactor con el flujo de nafta e hidrógeno. La reacción predominante es la de hidrodesulfuracion, aunque también ocurren otras reacciones como: denitrogenación, deoxidación, dehalogenación, hidrogenación e hidrocraqueo. Casi todas las reacciones son exotérmicas dependiendo de las condiciones específicas de operación. (OSHA, 2010)
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En los parámetros del proceso, la presión parcial del hidrógeno al aumentar produce un efecto directo en la velocidad de las reacciones, convirtiendo compuestos inestables en estables. Con la temperatura su elevación produce un aumento en la velocidad de las reacciones a un flujo de alimentación constante, la temperatura de arranque se fija según el nivel de desulfuración deseado llegando a un máximo de 415ºC (Speight, 2007). La alimentación es de gran importancia en el diseño ya que existe una relación entre el porcentaje en peso de azufre presente en el flujo de entrada y la cantidad de hidrógeno requerida. En el siguiente Cuadro 1.4 se muestran las condiciones para el proceso de hidrodesulfuración según el tipo de fracción de nafta alimentada. Cuadro 1.4. Condiciones para la hidrodesulfuración según el tipo de nafta alimentado. Alimentación Nafta visbreaker Nafta straight-run Nafta catalítica
Rango de ebullición (ºC) 65 – 230 85 – 170 95 – 225
Azufre (wt %) 1,00 0,04 0,18 – 0,24
Desulfuración (%) 90 99 71 – 89
1.9.3 Reformado catalítico El proceso del reformado catalítico convierte naftas en componentes mezclables de alto octanaje. La alimentación y la salida del reformador están compuestas de cuatro grupos de hidrocarburos: parafinas, olefinas, naftenos y aromáticos. Durante el proceso el valor del octanaje del producto se incrementa con la formación de aromáticos. En lugar de combinar o romper las moléculas para obtener el producto deseado, el reformado catalítico esencialmente reestructura las moléculas de hidrocarburos que tienen el tamaño adecuado pero no la configuración o estructura deseada. Existen cuatro tipos de reacciones que ocurren durante el reformado, estas se muestran en Cuadro 1.5 conjuntamente con reacciones específicas típicas de cada prototipo de reacción:
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Cuadro 1.5. Reacciones existentes en el proceso de reformado catalítico de naftas. Reacción 1. Deshidrogenación de naftenos a compuestos aromáticos (altamente endotérmica) a) Deshidrogenación de alquilciclohexanos a aromáticos b) Deshidroisomeración de alquilciclopentanos a aromáticos
2. Deshidrociclización de parafinas a aromáticos
Ejemplo típico
Metilciclohexano → Tolueno + 3 H2
Metilciclopentano → Ciclohexano → Benceno + 3 H2
n-Heptano → Tolueno + 4 H2
3. Isomerización (reacciones rápidas sin efectos térmicos) a) Isomerización de n-parafinas a isoparafinas
n-Hexano → Isohexano
b) Isomerización de parafinas a naftenos Metilciclopentano → Ciclohexano 4. Hidrocraqueo (exotérmico, relativamente lento)
n-Decano → Isohexano + n-Butano
Fuente (OSHA, 2010) Los procesos de reformado se clasifican en continuos, cíclicos y semirregenadores; dependiendo de la frecuencia de regeneración del catalizador. El equipo para los procesos continuos está diseñado para permitir el retiro y sustitución del catalizador durante el funcionamiento, así el catalizador puede regenerarse continuamente y mantenerse a un alto nivel de actividad. La unidad semirregenadora se halla en el otro extremo de operación y posee la ventaja de costos de operación mínimos, la regeneración requiere de intervalos de 3 a 24 meses. Para evitar pérdidas de actividad del catalizador se utilizan caudales de reciclado y
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altas presiones. El proceso cíclico se caracteriza por tener un reactor de reserva además del que está en funcionamiento, esto permite regenerar el catalizador sin parar la unidad. Los catalizadores del reformado utilizados contienen platino soportado sobre una base de sílice o de alumino-silice. (Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, 2006) En el proceso de reformado catalítico se cuenta con un sistema de calentadores y reactores en serie, en donde en el primer reactor se da la reacción principal de deshidrogenación de naftenos a aromáticos. Al ser una reacción endotérmica la temperatura desciende en un gran intervalo, por lo que para mantener la velocidad de reacción los gases se recalientan antes de entrar al catalizador del segundo reactor y así sucede sucesivamente en los demás reactores de la batería. La mezcla de reacción procedente del último reactor, se enfría y los productos líquidos se condensan. La corriente de gas rica en hidrógeno se divide en una corriente de reciclado y otro flujo de producción secundaria de hidrogeno neto que se utiliza en las operaciones de tratamiento de hidrogenación, o como combustible. (Gary, J. & Handwerk, G. 2001)
1.9.4 Extracción de aromáticos La extracción con solventes se utiliza ampliamente en la industria de refinado de petróleo. Este proceso consiste en la remoción de hidrocarburos aromáticos mediante extracción con solventes líquidos que presentan un alto poder de solvencia por cierto componente de la mezcla (Matar, 2000). Existen tres tipos básicos de sistemas de extracción con solventes: -
Destilación azeotrópica: utiliza un solvente con bajo punto de ebullición y que tenga afinidad con los compuestos no aromáticos. El solvente es destilado y extraído de la parte superior conjuntamente con el rafinado.
-
Destilación extractiva: se emplea un solvente con alto punto de ebullición con afinidad para los aromáticos. Los compuestos no aromáticos son destilados de la
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parte superior de la columna, y el producto de los fondos estará constituido por el solvente cargado de aromáticos. -
Extracción líquido/líquido: se utilizan solventes que forman una fase separada de líquido. Los aromáticos son mas solubles en el solvente empleado que los no aromáticos, los hidrocarburos son extraídos de la alimentación en un contactor donde se da la operación líquido/líquido, el flujo de extracto es luego separada para obtener el solvente y los aromáticos.
En general las extracciones líquido/líquido tienen un costo mayor de capital y de operación, pero producen un mayor rendimiento en la extracción y son preferibles en la producción de BTX. La destilación extractiva tiene menos requerimientos de capital, es obtenido de este proceso un menor rendimiento y son útiles en separación del benceno. El solvente utilizado debe cumplir con ciertas características como (Gary, J. & Handwerk, G. 2001):
Alta selectividad hacia los aromáticos.
Baja o nula selectividad hacia compuestos que no sean aromáticos.
Capacidad para formar dos fases a temperaturas razonables.
Capacidad para lograr una rápida separación de fases.
Buena estabilidad térmica.
No sea corrosivo ni reactivo
También los solventes deben presentar ciertas propiedades físicas:
Temperatura de cristalización baja.
Temperatura de ebullición más alta que la del xileno (140 ºC) que es el compuesto menos volátil de los aromáticos.
Gravedad específica mayor o igual a 1,1.
La viscosidad debe ser alta a temperatura ambiente pero menor a 2,5 mPa s a la temperatura de operación.
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Complejo aromático UOP
Este complejo de aromáticos está constituido como se muestra en la figura 1.4, de tal forma que aumenta el rendimiento sobre de benceno y para-xileno, el mismo incluye en el proceso las siguientes tecnologías UOP:
CCR Platforming*: para la producción de aromáticos a partir de nafta.
Sulfolane* o Carom: destilación extractiva en la recuperación de benceno y tolueno.
Parex*: recuperación de para-xileno por adsorción separativa continua.
Isomar*: isomerización de xilenos y la conversión de etilbenceno.
Tatoray: para la conversión de tolueno y aromáticos pesados a xilenos y benceno.
* Marca registrada o servicio de UOP (UOP, 2010) 1.10.1 CCR Platforming El proceso de CCR Platforming es un proceso utilizado en la producción de aromáticos e hidrogeno a partir de de naftenos y parafinas. La alimentación de nafta está restringida a las fracciones de C6 hasta C10, con el fin de maximizar la producción de los compuestos del BTX. La distribución de los tipos de hidrocarburos presentes determinará la facilidad con que la nafta pueda ser reformada. Los compuestos aromáticos atraviesan el equipo sin cambios relativos, los naftenos reaccionan rápidamente a aromáticos y las parafinas lo harán más lentamente y con menor selectividad. Las cuatro reacciones principales presentes en los reactores para obtener los productos deseados son las siguientes:
Deshidrociclización de las parafinas a anillos de 6 o 5 miembros.
Isomerización de anillos de 5 miembros a compuestos de 6 miembros.
Deshidrogenación de los compuestos de 6 carbonos a aromáticos.
Hidrocraqueo de grandes hidrocarburos a compuestos de menor tamaño.
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1.10.2 Sulfolane Proceso utilizado para la recuperación de aromáticos del grado BTX, combinando procesos de extracción líquido/líquido y destilación extractiva. El benceno es recuperado por extracción o destilación extractiva con el fin de llegar a una pureza determinada por la aplicación petroquímica. El proceso de Sulfolane consiste en un extracción líquido/líquido a temperaturas moderadas, seguido de un stripper para el solvente a presión atmosférica. Se tiene un proceso de tres lazos internos de flujo: agua, solvente e hidrocarburos. 1.10.3 Parex El Parex es un proceso que utiliza un método de separación por efectos de adsorción. El proceso tiene como fin recuperar el para-xileno de la mezcla de xilenos, para producir un producto de mayor pureza, una eficiencia mayor y extender la vida del adsorbente. Los isómeros de la mezcla de xilenos tienen puntos de ebullición muy cercanos por lo que no es práctico realizar la separación por destilación. Es entonces que se utiliza la zeolita como adsorbente, siendo este selectivo del para-xileno. El Parex simula un lecho fluidizado de adsorbente con flujos contracorriente de alimentación sobre el adsorbente. La alimentación y productos entran y salen en forma continua, a composiciones constantes.
1.10.4 Isomar El proceso Isomar es utilizado para convertir mezclas de aromáticos C8 agotado en un isómero o a un equilibrio en el flujo de mezcla de isómeros. Es también utilizado con frecuencia en complejos con donde él para-xileno es producido de una mezcla de xilenos, pero también puede ser utilizado para maximizar el rendimiento de orto y meta-xilenos.
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Figura 1.4 Complejo aromático UOP integrado Fuente: (OSHA, 2010) 1.10.5 Tatoray El proceso de Tatoray es utilizado para la producción de xilenos y benceno por la disproporcionación y transalquilación del tolueno además de aromáticos C9. La incorporación del proceso Tatoray en un complejo aromático es casi duplicar el rendimiento de producción de para-xileno. Si el benceno es el producto principal, puede ser obtenido realizando ajustes en el rango de ebullición de la nafta alimentada para incluir mayores precursores de benceno y tolueno. (Meyers, 2004)
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2. ESTUDIO DE MERCADO
2.1 Caracterización de los productos
2.1.1 Descripción y caracterización del producto principal y subproductos. El producto principal de comercialización es el BTX (Benceno, Tolueno y Mezcla de Xilenos), compuestos hidrocarburos aromáticos generados a partir de las naftas unificadas de petróleo, provenientes de la destilación de crudo y del reformado catalítico, extrayéndose de la parte alta de la torre atmosférica y de la Unidad de Platformado respectivamente. Las naftas pesadas procesadas en el plantel de RECOPE en Moín, son una mezcla de hidrocarburos parcialmente refinados. Además de ser una materia prima para el BTX es utilizada también como solvente de productos agrícolas, en la industria de la pintura como diluyente y la mayoría de compradores la manejan en la producción de aguarrás comercial y procesado para desodorizarlo. Las propiedades físicas y químicas de la nafta pesada comercializada por RECOPE se muestran en el siguiente cuadro. Cuadro 2.1. Propiedades físicas y químicas de las naftas pesadas. Propiedad Densidad a 15°C a muestra de tope (kg/m3) Densidad a 15°C a muestra compuesta (kg/m3) Fracción de volumen agua y sedimento (%) Presión de vapor Reid a 37,8 °C (kPa)
Promedio
Mínimo
Máximo
Límite o Especificación
Método
760,47
731,00
775,40
No aplica
ASTM D1298
743,30
700,90
763,30
No aplica
0,00
0,00
0,00
No aplica
83,07
64,20
95,90
Reportar
ASTM D323
Estudio de Mercado
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Cuadro 2.1. (Cont.) Propiedades físicas y químicas de las naftas pesadas. Propiedad Presión de vapor (minimétodo) a 37,8 °C (kPa) Fracción de masa de azufre Numero de Octano RON (octanos) Masa de gomas por 100 cm3 de muestra (mg) Temperatura de recuperado destilación de: Punto inicial (°C) Fracción volumen 10 % (°C) Fracción volumen 50 % (°C) Fracción volumen 90 % (°C) Punto final Fracción de volumen de recuperado (%) Fracción de volumen de residuo (%)
Promedio
Mínimo
Máximo
Límite o Especificación
34,83
11,00
81,70
Reportar
0,01
0,00
0,08
Máximo 0,20
65,91
58,51
84,30
Reportar
0,70
0,00
1,00
No aplica
75,17
28,00
108,00
No aplica
99,87
51,70
119,50
Máximo 130,0
123,51
79,90
134,70
No aplica
150,40
122,80
162,00
No aplica
169,19
157,00
199,50
Máximo 215,0
98,49
98,00
99,00
No aplica
1,00
1,00
1,00
Máximo 2,0
Método ASTM D5191 ASTM D4294 ASTM D2699 ASTM D381 ASTM D86
Fuente: Análisis de Laboratorio: Departamento Control de Calidad RECOPE Especificaciones Nacionales: Decreto N°15993-MEIC Gaceta N°32 del 14 de febrero de 1985 Uno de los subproductos obtenidos del proceso de producción de BTX, sería el raffinate derivado de la extracción con solventes, este es la corriente liquida remanente después de la extracción con un líquido inmiscible, utilizado para eliminar los solutos del licor madre original. La composición del mismo es principalmente compuestos no aromáticos, provenientes de la unidad de Platformado. Otro subproducto es la corriente de compuestos constituidos por 10 carbonos o más. La misma es conseguida a partir de una batería de separadores que permiten la obtención de
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los constituyentes del BTX, su constitución es primariamente de naftenos y parafínicos remantes del proceso global. 2.1.2 Productos sustitutos o similares El benceno como materia prima es utilizado en una gran variedad de procesos productivos, sus derivados abarcan un gran mercado de la petroquímica por lo que es difícil encontrar un producto sustituto para este hidrocarburo. En el caso de las mezclas de xileno en su utilización como solvente, en el mercado existen varios productos similares y sustitutos, tal es el caso del White Spirit, solvente extraído del petróleo que consiste en una mezcla de alcanos, cicloalcanos y alquil hidrocarburos aromáticos. No existe producción nacional de este producto, por lo que el total de la cantidad demanda es importada por las empresas Transmerquin de Costa Rica S.A. y Química del Norte S.A. Estas importan el solvente de países como Nicaragua, Estados Unidos, Bélgica y El Salvador mayoritariamente. También sustitutos del xileno son otros hidrocarburos utilizados como solventes como el caso del ciclohexano en la industria agroquímica y los aceites derivados del petróleo. Para el tolueno dependiendo de su área de uso existen diferentes productos sustitutos, en la industria del calzado utilizado en el proceso de unión del cuero a la suela y la cubierta de la misma puede ser sustituido por: acetona, diclorometano, MEK, acetato de etilo y heptano. En las imprentas el uso del tolueno para tratamiento de superficies y encuadernación se sustituye con: acetato de etilo, etanol, tolueno, 2-Propanolacetato y acetona. Y por ultimo en la industria de las pinturas en la fabricación de pinturas de base acuosa con un máximo de 10% de disolvente orgánico, su uso es sustituido por: xileno, butanol, 2-propanol, etilenglicol, butilenglicol y acetato de butilo. Agregando sobre este último punto la sustitución del uso de pinturas a base de disolventes orgánicos por pinturas a base de agua, supone un descenso en el uso de los disolventes orgánicos como el tolueno. También cabe mencionar la sustitución de los disolventes para limpieza de piezas, por métodos como: limpieza acuosa automatizada,
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lavado acuoso con potencia, limpieza ultrasónica, flujos bajos en sólidos y soldadura en atmósfera inerte.
2.2 Población objeto y zona de influencia
2.2.1 Ubicación geográfica del área de mercado del proyecto El área del mercado meta para los productos BTX se centrara en la región de Centro América, excluyéndose a los países de Belice y Panamá, ya que presentan mercados complejos, difíciles de estudiar y cuantificar, además de problemas de logística para la comercialización de los productos en estos países. Los productos del BTX serán producidos en Costa Rica y a su vez exportados a los demás países del área centroamericana y también comercializados en el interior del país, por medio de transporte terrestre. Los insumos y materias primas serán importados ya que el país no cuenta con extracción de hidrocarburos fósiles, pero si se cuenta con una planta refinadora para el tratamiento y obtención de las naftas pesadas.
2.2.2 Tamaño y características de la población de referencia del proyecto El tamaño de la población de referencia en el proyecto está referido a las empresas o industrias que utilizan los productos petroquímicos como materias primas para su producción, para cada componente del BTX existe un sector de industrias específico y común en Centro América. En el caso del benceno su uso como solvente y en otros procesos, como se mostrara adelante, ha presentado una baja en su demanda como materia prima. Principalmente debido a las consecuencias perjudiciales que presenta para la salud humana. Por lo que se transformara el benceno obtenido, en otro de los compuestos aromáticos, aumentando así la producción de estos, cuya demanda sea significante para el estudio. Para los xilenos, como mezcla, la población o mercado serán las empresas productoras de agroquímicos, en específico las dedicadas en la formulación de plaguicidas
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(insecticidas o fungicidas). Son utilizados como solventes en el proceso de extracción, esto para la formulación húmeda en donde el xileno se utiliza como vehículo líquido para los componentes activos del producto. Dentro de los plaguicidas líquidos se encuentran: concentrados emulsionables, líquidos miscibles, microencapsulados, fumigantes líquidos y aerosoles. En la región centroamericana las empresas consumidoras del xileno para la fabricación de agroquímicos son: Agroquímica Industrial Rimac S.A., Agroquímicos Daf De C.R. S.A., Elfatochem Agri Costa Rica S.A. (Costa Rica); Quirsa, Agrofon, ECASSA (Guatemala); Agro Industrias Homberger, S.A. de C.V., Agroquímica Internacional S.A. de C.V., Agro Industrias Esco-Barr S.A. de C.V. (El Salvador), DUWEST Nicaragua S.A., Agroquimico Madriz (Nicaragua); AGROFESA, S. de R.L de C.V y Agrícola Comercial (Honduras). En el caso del tolueno su mercado se encuentra centrado en los productores de pinturas y solventes. En la etapa final del proceso de producción de las pinturas el tolueno se utiliza como disolvente, teniendo como función reducir la velocidad de secado de la pintura en la aplicación por su bajo calor de vaporización. Los tipos de pinturas donde el tolueno es empleado son: las alquídicas de secado al horno utilizadas en la industria automotriz y electrodomésticos, las vinílicas que son altamente anticorrosivas y del tipo cloro – caucho utilizadas como pinturas ignífugas y para protección anti herrumbre. Otro uso convencional para tolueno en este mercado es para la preparación de solventes en especifico la preparación de thinner o adelgazador, su función es la de participar como diluyentes capaces de provocar reducción en el contenido de sólidos en la pintura. Compañías con grandes consumos de tolueno en Centroamérica son las siguientes: Celco de Costa Rica S.A., Grupo SUR, LANCO & HARRIS Manufacturing Corporation Sociedad Anónima, Pinturas Comex y Sherwin-Williams.
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2.2.3 Características de la población de referencia del proyecto Los principales aspectos económicos que caracterizan a la población, que en este caso son las empresas centroamericanas consumidoras de BTX como materias primas para sus productos, son: PIB (Producto Interno Bruto) y el IMAE (Índice Mensual de Actividad Económica). Cuadro 2.2. PIB de los países centroamericanos (1999-2010). PIB (millones de dólares, a precios corrientes) Año Costa Rica
El Salvador
Guatemala
Honduras
Nicaragua
1999
15 664
12 857
18 617
5 697
3 782
2000
15 946
13 134
19 288
6 024
3 938
2001
16 118
13 358
19 738
6 181
4 054
2002
16 584
13 671
20 182
6 349
4 085
2003
17 646
13 985
20 613
6 570
4 188
2004
18 377
14 242
21 179
6 900
4 403
2005
19 470
14 634
21 849
7 180
4 579
2006
21 202
15 298
21 016
9 588
4 779
2007
22 845
16 009
22 352
10 233
4 929
2008
23 437
16 417
23 253
-
5 088
2009
24 235
16 627
23 250
11 089
5 195
2010
25 077
16 995
23 702
11 617
5 338
Primeramente se toma el PIB ya que es un indicador directo de la producción de productos y servicios en un país, tomando en cuenta sus exportaciones y exportaciones o contabilidad nacional. Siendo entonces una guía del crecimiento económico de un país o una zona. Con los datos que se muestran en el Cuadro 2.2 se observa como en los países de Centroamérica en los cuales se realiza el estudio de prefactibilidad, existe un evidente crecimiento sostenido. Lo que indica que la actividad productiva de estos países va en aumento y es posible invertir con la producción de estas materias primas, ya que al
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aumentar la producción en la región su motivación por compra de los solventes aromáticos también aumentará. El IMAE es un índice que reporta la actividad económica mensual de cada país, que relaciona todas las variables de la producción que estén relacionadas directa o indirectamente con ella. El IMAE únicamente busca reflejar en el corto plazo la tendencia, ascendente o descendente, ya sea más o menos dinámica, de la actividad económica nacional, lo cual provee una valiosa herramienta en el diseño. Así con los valores para este índice que se muestran en la Figura 2.1 graficados para cada país, se observa que el comportamiento del PIB se confirma con los de este índice, confirmándose el alza en la actividad económica de los países. Solo con una leve baja en la actividad productiva de El Salvador. Así también se refuerza la idea de que el consumo de materias primas irá en crecimiento constante y mantenido. 350 300
Costa Rica Guatemala Honduras
250
IMAE
El Salvador 200
Nicaragüa
150 100 50 0 Años
Figura 2.1. IMAE de los países centroamericanos (1995-2010).
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28
2.3 Análisis de la Demanda
2.3.1 Análisis histórico de la demanda Se realiza un análisis histórico de la demanda de cada producto, en cada país que se ha incluido en el estudio. Por la forma en que se da comercialización, el precio de cada producto, se fija en forma separada. Se toman los datos de las importaciones anuales realizadas de cada producto, con información de los Banco Centrales de cada país y el International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade). Los solventes orgánicos del BTX ingresan en el capítulo 29 (productos químicos orgánicos) de las partidas arancelarias como: compuestos orgánicos de constitución química definida presentados aisladamente, aunque contengan impurezas y las mezclas de isómeros de un mismo compuesto orgánico. Las partidas arancelarias para cada compuesto son las siguientes: -
Benceno:
2902.20.00
-
Tolueno:
2902.30.00
-
Xileno:
2902.4
- Orto xileno: 2902.41.00
- Para xileno: 2902.43.00
- Meta xileno: 2902.42.00
- Mezcla de isómeros de xilenos: 2902.44.00
Iniciando con Honduras se observa en la Figura 2.2 y la Figura 2.3, como la demanda de benceno se ha reducido considerablemente ya que se llegaban a importar hasta 7000 toneladas de producto y en el 2009 se redujo a cero la importación. El tolueno presenta un comportamiento más estables que el benceno, y los xilenos (orto, meta, para y la mezcla) en especial el orto tiene una demanda constante, los demás no tienen una solicitud significativa. El orto-xileno como los otros productos tienen su punto de demanda más bajo en el año 2001.
Estudio de Mercado
29
7,000,000
Importaciones (kg)
6,000,000
Benceno Tolueno
5,000,000 4,000,000 3,000,000 2,000,000 1,000,000 0
Años
Figura 2.2. Importaciones de benceno y tolueno en Honduras (1995-2009). Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade). 160,000
Importaciones (kg)
140,000 120,000
O-xileno M-xileno P-xileno Mezcla de xilenos
100,000 80,000 60,000 40,000 20,000 0
Años
Figura 2.3. Importaciones de xilenos en Honduras (1995-2009). Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade). En el caso de Costa Rica que se muestra en la Figura 2.4, la mayor demanda se da por los productos de tolueno y la mezcla de los isómeros de xilenos. Aunque ha tenido una baja por su demanda, el tolueno es el producto de mayor consumo como materia prima en el país. Para los demás productos su comercialización en el mercado nacional es
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prácticamente nula en los últimos años y algunos en la mayoría de los primeros años de esta serie de datos. Benceno Tolueno O-xileno M-xileno P-xileno Mezcla xilenos
9,000,000
Importaciones (kg)
8,000,000 7,000,000 6,000,000 5,000,000 4,000,000 3,000,000 2,000,000 1,000,000 0
Años
Importaciones (kg)
Figura 2.4. Importaciones de BTX en Costa Rica (1996-2010). Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade).
1,000,000 900,000 800,000 700,000 600,000 500,000 400,000 300,000 200,000 100,000 0
Benceno Toleuno O-xileno M-xileno P-xileno Mezcla xilenos
Años
Figura 2.5. Importaciones de BTX en Nicaragua (1995-2009). Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade).
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Con Nicaragua se observa en la figura 2.5 anterior, la demanda por tolueno y la mezcla de xileno representa el consumo actual de ese país, por el BTX. Aunque por un tiempo los xilenos, en sus diferentes isómeros, fueron importados luego dejaron de serlo. Para el benceno su demanda es escasa, la misma situación que se da con los demás países del área mencionados anteriormente. En El Salvador el mercado de BTX mostrado en la figura 2.6, tuvo un comportamiento similar al de la región, con el tolueno y la mezcla de xilenos como los productos con mayor demanda. En este país en específico el consumo de orto y meta xileno presentan un comportamiento histórico estable. Para el otro isómero y el benceno no existe un mercado de introducción. 6,000,000
Importaciones (kg)
5,000,000 4,000,000
Benceno Tolueno O-xileno M-xileno P-xileno Mezcla xilenos
3,000,000 2,000,000 1,000,000 0 Años
Figura 2.6. Importaciones de BTX en El Salvador (1995-2009). Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade). Por último en Guatemala el comportamiento histórico de la demanda que se muestra en la figura 2.7, nos muestra que el consumo de tolueno, orto-xileno así como para la mezcla de isómeros de xilenos va en incremento y es constante a lo largo del periodo de datos mostrado. Para los demás isómeros y el benceno como es común en todos los países estudiados, el mercado es nulo o de muy poco consumo.
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12,000,000
Importaciones (kg)
10,000,000 8,000,000 Benceno Tolueno O-xileno M-xileno P-xileno Mezcla xilenos
6,000,000 4,000,000 2,000,000 0
Años
Figura 2.7. Importaciones de BTX en Guatemala (1995-2009). Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade). En el cuadro 2.3 se muestra un resumen del análisis realizado, sobre la demanda histórica de los productos aromáticos en los países centroamericanos. Siendo el producto de menos consumo el benceno y el de mayor demanda el tolueno. Cuadro 2.3. Resumen de histórico de demanda para el BTX. País
Mercado En crecimiento o estable En decrecimiento o Nulo Benceno, m-xileno, o-xileno y p-xileno
Costa Rica
Tolueno, mezcla de isómeros de xileno
Honduras
Tolueno, o-xileno
Guatemala
Tolueno, o-xileno y mezcla de isómeros de xilenos
Benceno, p-xileno y m-xileno
El Salvador
Tolueno, o-xileno, m-xileno y mezcla de los isómeros
Benceno, p-xileno y m-xileno
Nicaragua
Tolueno
p-xileno, benceno, m-xileno y la mezcla de xilenos
p-xileno, benceno, m-xileno, oxileno y la mezcla de xilenos
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2.3.2 Factores que determinan el comportamiento de la demanda Uno de los factores que determinan el comportamiento de la demanda de los productos del BTX, es el precio internacional del crudo de petróleo. Siendo la nafta la materia prima para el BTX, y un derivado directo del petróleo, cualquier aumento en su precio se transforma directamente en un aumento del precio de los productos. Eso implica que las empresas consumidoras, al aumentarse el precio reducirán su demanda del BTX, e iniciaran la búsqueda de sustitutos que reduzcan los costos de producción. El costo marginal de utilizar estos solventes en el proceso productivo, determinara su demanda en el mercado. Otro factor determinante es la toxicidad de estos solventes, en especial el caso del benceno. El benceno produce efectos nocivos en la médula de los huesos y puede causar una disminución en el número de glóbulos rojos, lo que conduce a anemia. El benceno también puede producir hemorragias y daño al sistema inmunológico, aumentando así las posibilidades de contraer infecciones. El benceno ha producido intoxicaciones agudas y crónicas en su obtención y en sus múltiples aplicaciones en la industria química. A causa de su elevada toxicidad, se sustituye por bencina y otros solventes menos tóxicos. Esto reduce considerablemente su demanda como se observa en los históricos de la demanda analizados. 2.3.3
Estimación de la demanda actual (análisis del crecimiento histórico y elasticidad) Como ya se mencionó anteriormente, la producción se enfatizará en satisfacer el
mercado del tolueno y la mezcla de isómeros del xileno (constituido por m-Xileno 70%, 20% de Etilbenceno y el resto de o y p-Xilenos). Aunque los isómeros orto y meta xileno presentan una demanda en los países centroamericanos, se mostrara más adelante como su separación conlleva procesos costosos y complejos por lo que no se tomaran en cuenta para la estimación de la demanda ya que no serán comercializados. Evaluando la elasticidad solo en dos casos con las demandas de tolueno en Costa Rica y Nicaragua, existe poca elasticidad entre el precio y la demanda como se muestra en las Figuras 2.8 y 2.9. Su tendencia demuestra que es pequeño el cambio en la demanda con
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respecto a cambios en el precio, este valor no influye en el consumo de tolueno en estos países. Esto puede tener explicación en que el tolueno es una materia prima que es fácil en su manejo en los procesos de producción y eficiente, por lo que tiene ventaja por sobre los demás productos sustitutos. 1.400 1.200
Precio ($)
1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0
200,000
400,000
600,000
800,000
1,000,000
Cantidad (kg)
Figura 2.8. Elasticidad en la demanda de tolueno en Nicaragua. Los otros productos muestran elasticidad en la demanda con respecto al precio, en algunos casos al aumentar el precio aumenta la demanda como sucede con la demanda de tolueno en Guatemala mostrado en la Figura 2.10. En donde el manejo de este producto como materia prima es indispensable y no existen sustitutos para este el mercado, y al incrementarse la producción de thinner y pinturas en ese país la compra de tolueno aumenta aunque se incrementen los precios. Transformándose en un bien santuario o de lujo, siendo su demanda más rápida en crecimiento que la renta para su compra.
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1.40 1.20
Precio ($)
1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0
2,000,000
4,000,000
6,000,000
8,000,000
10,000,000
Cantidad (kg)
Figura 2.9. Elasticidad en la demanda de tolueno en Costa Rica.
1.200 1.000
Precio ($)
0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 4,000,000
6,000,000
8,000,000
10,000,000
Cantidad (kg)
Figura 2.10. Elasticidad en la demanda de tolueno en Guatemala.
12,000,000
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2.4 Pronóstico y proyección de la demanda Para realizar el pronóstico y la proyección de la demanda se elaboraron modelos econométricos, en donde se toman en cuenta variables económicas de cada país que tuvieran algún efecto sobre la demanda de los productos. Las variables que formaron parte del análisis de estos modelos son las siguientes: precio ($/kg), PIB, IMAE, IPC (índice de precios al consumidor) y población. El modelo escogido es del tipo de relación exponencial multivariable, que es de la siguiente forma: (1)
Siendo y la variable dependiente o demanda, x las variables explicativas aplicándole a cada una el logaritmo natural y α,β y
los parámetros especificados por el modelo.
El peso de cada parámetro se determinó de la siguiente manera, primero se les asignaba un valor inicial a cada uno y se obtenía un valor de demanda estimado, de ahí se obtenía la diferencia con el valor real para cada año y luego este valor se elevaba al cuadrado. Por último se obtenía la suma de los cuadrados de las diferencias, y así se variaban los valores de los parámetros por medio de la herramienta del paquete de Excel Solver. El programa determina la combinación que permitiera obtener la menor suma de valores y así se le asignaba el peso a cada variables, por consecuencia los que tuvieran mayor valor estaban principalmente relacionados con la demanda y afectaban su valor proyectado. Los valores obtenidos se muestran en el apéndice del estudio. Con el modelo listo se obtenía los valores futuros de demanda para los próximos 15 años de vida del proyecto, las variables antes mencionadas debían ser también proyectadas para ser aplicadas en el modelo. Para pronosticar estos valores de las variables se utiliza el modelo ARIMA (Modelos Autorregresivos Integrados de Medias Móviles). Se define un modelo como autorregresivo si la variable endógena de un período t es explicada por las observaciones de ella misma correspondientes a períodos anteriores añadiéndose, como en los modelos estructurales, un término de error. Un modelo de medias
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móviles es aquel que explica el valor de una determinada variable en un período t en función de un término independiente y una sucesión de errores correspondientes a períodos precedentes, ponderados convenientemente. Se puede comenzar la proyección de la demanda a partir del año 2012, pero es importante tomar en cuenta que una planta similar al complejo de aromáticos tiene una alta cantidad de equipos, estos pueden tomar hasta 2 años en instalarse, por esta razón se tomaran las proyecciones a partir del 2014 hasta el 2028. Se obtienen así los valores proyectados primero para el tolueno en los diferentes países, como se muestra en el Cuadro 2.4. Teniendo un decrecimiento en la demanda en Honduras y El Salvador. Cuadro 2.4. Demanda proyectada para el tolueno para el periodo 2014-2028. Demanda proyectada (Toneladas/año) Año Costa Rica Guatemala Honduras Nicaragua 2014 5 830 13 926 1 206 1 010 2015 5 955 14 436 1 122 1 104 2016 6 115 14 961 1 049 1 200 2017 6 294 15 495 987,01 1 303 2018 6 478 16 038 931,54 1 412 2019 6 674 16 588 882,29 1 527 2020 6 885 17 146 838,40 1 649 2021 7 109 17 711 799,08 1 778 2022 7 349 18 284 763,69 1 914 2023 7 604 18 864 731,72 2 057 2024 7 875 19 450 702,73 2 208 2025 8 162 20 045 676,36 2 367 2026 8 466 20 646 652,38 2 533 2027 8 786 21 254 630,24 2 708 2028 9 124 21 870 610,02 2 892
El Salvador 3 747 3 707 3 670 3 633 3 598 3 563 3 530 3 498 3 467 3 437 3 408 3 379 3 352 3 326 3 300
Por último se realiza la proyección de la demanda de la mezcla de xilenos, se muestra en el cuadro 2.5. Presentando en Costa Rica un descenso apreciables en la demanda proyectada para el año 2028.
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Cuadro 2.5. Demanda proyectada para la mezcla de xilenos para el periodo 2014-2028. Demanda proyectada (Toneladas/año) Año Costa Rica Guatemala El Salvador 2014 3 121 1 836 108,70 2015 3 087 2 098 135,88 2016 3 017 2 360 163,78 2017 2 925 2 622 200,29 2018 2 821 2 884 242,54 2019 2 705 3 146 294,38 2020 2 580 3 408 355,84 2021 2 448 3 670 429,68 2022 2 312 3 932 517,33 2023 2 175 4 194 621,46 2024 2 037 4 457 744,44 2025 1 901 4 719 889,28 2026 1 768 4 981 1 059 2027 1 639 5 243 1 257 2028 1 515 5 505 1 455
2.5 Caracterización de la demanda La demanda es satisfecha y no es saturada, esto ya que la población ha logrado acceder al producto y además está satisfecha con él. La demanda no es saturada ya que el mercado va en crecimiento y permite que se produzca mayor cantidad del bien para satisfacer a la población. La demanda del BTX es continua ya que no presenta una condición estacionaria, la producción de pinturas, agroquímicos y detergentes se produce a lo largo del año, por lo que las materias primas para estos productos se adquieren en cualquier momento que se necesite reabastecer el inventario y que no se presenta de una forma estacionaria.
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2.6 Análisis de la oferta actual 2.6.1 Tipo de mercado El tipo de mercado existente en Centroamérica para el BTX es de competencia perfecta, ya que la cantidad de oferentes y consumidores de estos productos es tal que ninguno tiene influencia en la determinación del precio. La interacción entre la oferta y la demanda determina los precios del BTX a escala global. Además existe una homogeneidad de los productos en el mercado, no existe diferencia entre la manera de comerciar los productos ni aditivos que los diferencien de otros. También hay transparencia del mercado, todos los participantes tienen pleno conocimiento de las condiciones generales en que opera el mercado. Los únicos factores capaces de condicionar los precios son la oferta y la demanda, como ya se menciono y el precio del crudo de petróleo. Al ser las naftas, la materia prima del BTX, un derivado del petróleo, el precio de este y su oferta son directamente proporcionales a las capacidades de producir BTX y su precio final.
2.6.2 Estrategias de la oferta, número y tipo de oferentes La oferta de estos productos es variada, algunos ofrecen solo tolueno y otros solo xileno, y así diferentes combinaciones de estos productos. Algunas empresas son importadoras de estos productos y luego los distribuyen entre las diferentes empresas consumidoras, otras compañías importan las materias primas directamente de los productores de BTX. La producción de estos componentes se da en los siguientes países: México y Estados Unidos. Las empresas presentes en este mercado son: Petróleos Mexicanos en el Complejo Petroquímico Cangrejera y Exxon Mobil Corp. con ubicación en Estados Unidos y puntos de distribución en los países centroamericanos. Como se menciono también existen empresas importadoras y distribuidoras en los distintos países, las mismas son las siguientes: RECA QUIMICA S.A., Químicos Holanda
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Costa Rica S.A., TRANSMERQUIM de Costa Rica S.A., Productos Quimicos Incorporados S.A. de Guatemala, BASF The Chemical Company entre otras.
2.7 Características de la oferta En la caracterización de la oferta se realiza un estudio de la situación competitiva de la empresa en el mercado y de las características internas de la misma. Para esto se elabora un análisis FODA, en donde se estudia la situación interna de la empresa que se compone de dos factores controlables como lo son las: fortalezas y debilidades, y la situación externa que se compone de dos factores no controlables: oportunidades y amenazas. Fortalezas
RECOPE como empresa cuenta con más años de prestar servicios de refinería, que cualquiera de las empresas importadoras de petroquímicos. Por lo que tiene más trayectoria y respeto en el mercado.
Se facilita la venta de los productos, por la experiencia en manejos de distribución y despacho, que es una de las más fuertes operaciones dentro del plantel.
Se tiene acceso a la materia prima de manera inmediata y más barata que lo que se podría conseguir en el mercado.
RECOPE es la única industria refinadora en el área centroamericana, que tendría un proyecto para la recuperación de solventes aromáticos. Las demás empresas como Perenco en Guatemala o Cuesta del Plomo en Managua por ejemplo, solo cuentan con equipos de refinería pero para obtención y la venta de: disel, kerosen, jet fuel y gasolina.
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Debilidades
La junta directiva de RECOPE tiene una duración de 4 años en su puesto, y terminado este se da una rotación de sus miembros. Por lo que dificulta la toma de decisiones a largo plazo y mantenencia activa de los proyectos.
Como refinadora RECOPE nunca se ha involucrado en negocios de petroquímica, en donde ellos funjan como vendedores de estos productos y su comercialización.
Se debe invertir en la compra de equipos y la posterior instalación de la planta para la producción de BTX. Además del entrenamiento del personal para que se encuentre capacitado en la operación de la planta.
Oportunidades
Las tendencias de crecimiento en el comportamiento económico y productivo de los países de la región, atrae inversión y uso para los productos del BTX como materia prima.
Al tener RECOPE operaciones y negocios con países del área, se facilitaría la inclusión de estos productos en estos mercados, alivianando las trabas legales y ambientales.
Aunque existe una disminución en el uso de ciertos aromáticos como elementos de formulación, siguen siendo productos de alto valor comercial.
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Amenazas
El recurso de capital está condicionado a la aprobación por parte de la junta y el consejo consultivo.
Los solventes aromáticos son considerados como cancerígenos o dañinos para el ser humano en altas concentraciones. Por lo que pueden incurrirse en problemas de disminución en la demanda de estos productos o problemas legales.
Las carreteras en mal estado en la región, la falta de un ferrocarril que comunique a todos los países y los problemas burocráticos en los muelles nacionales pueden presentar problemas para la comercialización del BTX.
Según los resultados del análisis FODA, se observa que el proyecto cuenta con escenarios que podrían dificultar obtener las ventas proyectadas. El problema más grave está en las características de la administración, de la empresa encargada del proyecto. El cambio de directivas y el tiempo que se toma para la probación de un nuevo proyecto, demoran los tiempos de acción, y puede ser un tiempo en donde se sumen mas oferentes o existan otros factores que afecten la viabilidad del proyecto, como: aumentos de precios de materia prima y el comportamiento de la macro economía. Con respecto a los otros problemas, por los años de funcionamiento que tiene la empresa, no le sería tan complicada la puesta en marcha de un nuevo proyecto, la misma cuenta con la organización necesaria para implementar la idea una vez que se dé el visto bueno. También el mercado centroamericano se muestra en crecimiento y las tendencias, aunque existan nuevos productos, llevan a confirmar que durante la vida del proyecto los aromáticos son productos que seguirán siendo consumidos, por encima de otros productos.
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2.8 Determinación del precio del producto
2.8.1 Mecanismo de formación del precio Para determinar el precio, se hará con respecto al resultado de los análisis de los históricos de precios, y que el mercado ha dictado con respecto a las fuerzas de oferta y demanda de los años anteriores. Esto sería lo mismo que realizarlo a partir del precio fijado por la competencia, facilitándose así la incursión en el mercado. Si el precio del BTX no supera los costos de producción se procederá a cambiar el valor por un 20% por encima de este costo. 2.8.2 Análisis de series históricas de precios Analizando los valores históricos para los precios en los países del estudio, en los bienes que se ofrecerán en el mercado, se observa en la Figura 2.11 que para el tolueno el comportamiento de los precios ha sido de tendencia creciente, pero con una leve baja en el último año registrado, siendo El Salvador el país que presenta el mayor precio para el tolueno. Por último el comportamiento histórico de los precios para la mezcla de xilenos en los países seleccionados para la comercialización, que se muestra en la Figura 2.12, es similar al presentado con los otros solventes con un incremento en el precio en la última década pero una caída en el 2009.
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1.8 1.6
Precio ($/kg)
1.4 1.2 1
44
CR Guat Hond El Salv Nic
0.8 0.6 0.4 0.2 0 Años
Figura 2.11. Histórico de precios para el tolueno en Centroamérica. Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade).
14
Precio ($/kg)
12 10
CR Guatemala El Salvador
8 6 4 2 0
Años
Figura 2.12. Histórico de precios para la mezcla de xilenos en Centroamérica. Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade).
Estudio de Mercado
45
2.8.3 Factores que determinan el precio del producto El principal factor que determina el precio del BTX en el mercado es el precio y la demanda del crudo de petróleo, de donde proviene la nafta materia prima de los bienes. Es posible identificar en los históricos de los precios una caída en el año 2009, esto corresponde con el mismo comportamiento que atravesó el crudo en el año 2008 cerrando el crudo estadounidense en $35,35 dólares, mientras que el crudo Brent, de referencia en Europa, cayó por debajo de los $40 dólares, para cerrar en $36,61 dólares, la cifra más baja desde julio de 2004. Esta caída viene luego de que los precios del crudo llegaran a precios record cercanos a los $110 dólares americanos. El efecto de los precios del crudo no es instantáneo en los mercados, este se producen posteriormente. Por esto la caída en precios del 2008 se manifiestan en los precios del BTX en el año 2009. Confirmando el efecto de este factor tenemos el comportamiento de los precios en Costa Rica en donde luego de la caída, los mismos tiene un repunte concordando con lo sucedido con el precio del petróleo a nivel mundial. En el año 2009 el precio del crudo llego a un máximo de $81,98 dólares y un promedio de $76,89 dólares, recuperándose así de su caída en el 2008. Otro factor que puede afectar el precio de la comercialización del BTX es el pago de impuestos en las aduanas. Si existiera un aumento del pago de impuestos estos serian trasladados al consumidor, y por lo tanto una elevación sustancial de los precios en el mercado. Lo mismo con el costo de fletes y transporte, así como los seguros de la carga. Cualquier cambio en estos valores tendrá un efecto directo en el precio del BTX.
Estudio de Mercado
46
2.9 Estrategias de comercialización del producto
2.9.1 Volúmenes estimados de producción Como se está realizando la introducción en el mercado del BTX en Centroamérica en donde ya existen importadores y consumidores directos, se proyecta acaparar un 15% del mercado existente durante el tiempo de vida del proyecto (2014-2028). Así entonces en el cuadro 2.6 se muestran los volúmenes estimados de producción con la demanda proyectada anteriormente calculada, para cada país combinando la producción de los diferentes compuestos aromáticos. Cuadro 2.6. Volúmenes estimados de producción en Centroamérica (2014-2028). Año
2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028
Costa Rica 1 342 1 356 1 369 1 383 1 395 1 407 1 419 1 433 1 449 1 466 1 486 1 509 1 535 1 563 1 596
Demanda proyectada (Toneladas/año) Guatemala Honduras Nicaragua 2 375 193,88 151,62 2 489 181,50 165,62 2 605 170,90 180,09 2 723 161,72 195,56 2 843 153,66 211,88 2 964 146,52 229,18 3 086 140,20 247,46 3 209 134,56 266,78 3 334 129,51 287,16 3 460 124,97 308,64 3 587 120,89 331,26 3 715 117,19 355,05 3 844 97,84 380,05 3 974 94,53 406,29 4 106 91,50 433,81
El Salvador 578,48 576,44 575,09 575,10 576,12 578,73 582,96 589,21 597,69 608,79 622,88 640,38 661,77 687,58 713,38
Estudio de Mercado
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2.9.2 Descripción de los canales de comercialización Para comercializar el producto se va a utilizar inicialmente un canal de comercialización indirecto en donde varios distribuidores van a comerciar el producto con los diferentes importadores y consumidores directos, esto mediante asociaciones que tiene RECOPE con otras empresas. El punto negativo de este tipo de canal de comercialización es que crea un aumento en los precios del producto debido a los intermediarios y el traslado del producto. Se intentara que en el futuro del proyecto se integre un canal directo de comercialización, con toda la logística adquirida de la experiencia en producción. La comercialización del producto se realizara por vía terrestre en carrotanques o vía marítima con buquetanques, en envases para transportar materiales peligrosos, que deben estar herméticamente cerrados, identificados con los datos de la sustancia, visibles y legibles. Las unidades de transporte deben portar una placa metálica inoxidable visible y deberán tener cuatro carteles que identifiquen al material peligroso que se transporte.
Estudio Técnico
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3. ESTUDIO TÉCNICO En esta sección el objetivo es especificar el tamaño, ubicación y distribución del proyecto y los elementos de tipo tecnológico que gobernaran durante su implementación. Incluye la selección de los equipos, la descripción del proceso mediante un diagrama de flujo, los balances de masa y energía del proceso, el costeo de los equipos principales y la estimación de los costos de construcción, el capital de trabajo y el costo total de la inversión.
3.1 Tamaño del proyecto Con las proyecciones realizadas de la demanda para los productos y el porcentaje del mercado a ocupar, la capacidad aproximada del proyecto debe ser de 345 bbl/diarios de producto combinando la mezcla de xilenos y el tolueno. Esto asegura el uso de la capacidad plena ya que este tipo de proyectos intensivos de capital no aconseja la capacidad ociosa.
3.2 Localización
3.2.1 Micro y macro-localización del proyecto A nivel macro, la localización del proyecto será en las cercanías del puerto de Moín, en la provincia de Limón de Costa Rica, la cual está localizada en la zona este del país. Se encuentra a 157 km de la capital San José, sobre la ruta 32. En la Figura 3.1 se muestra la macro-localización del proyecto, con el punto B señalado como Moín, Limón y más específicamente se señala el camino desde San José (punto A).
Estudio Técnico
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Fuente: Google Earth, 2011.
Figura 3.1 Macro-localización del proyecto. A nivel micro la ubicación del proyecto será dentro de las instalaciones físicas del plantel de la Refinería de Costa Rica, ubicada en Moín, Limón que se muestra Figura 3.2 con una imagen área del sitio. El plantel fue construido en 1967 con la primera refinería de tipo “hydroskimming” con una unidad de destilación atmosférica de 8 000 bbl/día, aumentada luego a 25 000 bbl/día en el 2001, y una unidad de destilación al vacío de 600 bbl/día.
Fuente: RECOPE.
Figura 3.2 Micro-localización: Plantel físico de RECOPE, Moín.
Estudio Técnico
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Para el año 2007 se firma un acuerdo de marco de cooperación entre RECOPE y China National Petroleum Corporation (CNPC), que permitirá la modernización del plantel de Moín. El proyecto esta dimensionado para una capacidad de procesamiento de crudo de 65 000 barriles diarios, el área neta estimada del proyecto de modernización es de 271 194 m2. La planta productora de BTX se construirá adyacente a esta nueva etapa y obtendrá las materias primas de nafta reformada de la nueva unidad de reformado que ocupa 12 000 m 2. (Estudio de Factibilidad para el Proyecto de la Expansión y Modernización de la Refinería en Moín, 2012.)
3.2.2 Características del sitio Con más detalle se evalúan diferentes aspectos importantes correspondientes al terreno que se utilizará para la localización que tendrá la planta -
Vías de Comunicación: El terreno se sitúa adyacente a la carretera número 32, carretera principal que comunica San José con Limón, y cuenta con un poliducto de acceso directo al puerto de Moín donde se puede realizar la descarga de producto terminado para exportación en buques tanques. Se puede también trasladar el producto por tierra hacia el puerto por la ruta 240 que es acezada desde la carretera 32. Ambas carreteras cuentan con dos carriles y se mantienen en buenas condiciones a lo largo del año.
-
Servicios básicos: El plantel de RECOPE está ubicado a 7 km por carretera del centro de la ciudad de Limón, por lo que cuenta con todos los servicios básicos como agua potable, luz, teléfono, internet, servicio de recolección de desechos sólidos, así como servicio de transporte público. El agua utilizada para el enfriamiento de las corrientes de proceso, la producción de vapor y así como en la extracción de aromáticos con el solvente, se tomara del río Bartolo. Aunque este río presenta variación en los niveles de caudal dependiendo de los periodos de lluvia, proporciona una composición química más estable que el río Moín que se ve afectado por mareas y cambia los contenidos de iones como calcio, magnesio, cloro y sulfuro.
Estudio Técnico
-
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Localización con respecto a la oferta de trabajo: La zona en que se ubica el proyecto es bastante poblada, en general la provincia de Limón cuenta con el índice de crecimiento demográfico más alto de Costa Rica y el nivel de educación es variado por lo que conseguir trabajadores no es una tarea complicada.
-
Clima: En la zona costera de la provincia de Limón existen dos periodos relativamente secos, uno que va de febrero a marzo y otro de setiembre a octubre. Los meses más lluviosos, son julio y diciembre. En términos generales, la temperatura promedio a lo largo del año oscila entre los 25° y 27° centígrados en la zona costera, siendo la máxima de 31° centígrados y la mínima de 20° centígrados.
-
Fenómenos naturales: La provincia de Limón se ha visto afectada por terremotos, el más recordado y de mayor incidencia fue el terremoto Telire-Limón ocurrido en abril de 1991. El sito del plantel no es propenso a inundaciones y por estar en la costa del lado del mar Caribe puede ser afectada directamente por huracanes y provocar atrasos en la importación y exportación de materiales.
-
Localización con respecto a las fuentes de materias primas e insumos complementarios: al estar situada la planta dentro del Plantel de RECOPE contara con acceso directo a los insumos necesarios, los equipos para generación de vapor, la nafta reformada, el agua para proceso y la electricidad utilizada en los equipos. También se facilita la importación del solvente para el proceso de extracción por la cercanía del puerto Moín con la planta.
-
Localización con respecto al mercado de consumo: Como se definió en el estudio de mercado, el mercado de consumo será para Centroamérica, por lo que se realizara la exportación de producto a través de buques tanques que saldrán del puerto de Moín adyacente a la planta y para el país se realizara por medio de carros tanques, que distribuirán el producto a las diferentes empresas consumidoras.
-
Localización con respecto a las políticas de zonificación y planes reguladores: Según la Ley de Construcciones del 2 de noviembre de 1949, y la Ley Orgánica, Reglamentos y Procedimientos del Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica, de enero del 2005, en proyectos de instalación de procesos industriales se debe contar con
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los permisos avalados por la municipalidad y la aprobación de los planos y materiales de construcción a utilizar por parte del Colegio de Ingenieros. También califica como una obra mayor por lo que según la Ley Orgánica del Colegio de Ingenieros Químicos y Profesionales Afines, deberá contar para su elaboración el cálculo, diseño, dirección técnica y administración de un profesional responsable y debidamente incorporado.
3.3 Proceso productivo, tecnología y tamaño de la planta 3.3.1 Selección de los equipos Como se muestra en la sección 1.10.1 la selección de los equipos está ligada a las especificaciones que el proceso tenga con respecto a la demanda de productos, y así a partir de lo que se conoce como complejo aromático simple se adecuan las unidades y equipos a utilizar. Como se detalló en el estudio de mercado la planta tendrá como fin la producción en específico de tolueno y la mezcla de xilenos. Existen diferentes tecnologías para la producción de aromáticos en la industria petrolera química. Siendo la intención principal del proyecto la producción de tolueno y xilenos, las unidades a seleccionar serán para el reformado de la nafta y la extracción final de los aromáticos. No existe una licencia de proceso especial o tecnología que se utilice en la purificación de los productos en las etapas intermedias. Para cada una se elaborara una matriz de selección que se utilizará como herramienta de selección. En la matriz de selección se aplican criterios predeterminados que permitirán elegir el equipo y la tecnología que mejor se adapten a las necesidades de la planta, otorgándole un peso a cada criterio correspondiendo a su relevancia en la decisión. Al final sumando todos los valores obtenidos para cada equipo o tecnología individualmente estudiada, se seleccionara el que tenga mayor puntaje final. Los criterios escogidos para el reformado se detallan a continuación: - Porcentaje de aromáticos obtenido del reformado: Dependiendo del porcentaje de aromáticos obtenidos del tipo de tecnología en la corriente del reformado, específicamente en la producción de benceno se obtendrá la
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tecnología optima que permita reducción en el diseño de los equipos así como el aumento de rendimiento de la planta, por lo que este criterio tiene un peso de 40% en la selección. - Vida del catalizador y precio La vida útil del catalizador utilizado en el reformado está directamente relacionado con la regeneración del mismo. Entre más tiempo tenga de vida menores serán los ciclos de regeneración y por ende los costos de operación, así su peso en matriz de selección será de un 20%. - Disponibilidad de la tecnología Cada proveedor de tecnología especifica tendrá un país como base de operación y un equipo especializado que dará soporte durante y después de la instalación del equipo, por lo que dependiendo del proveedor escogido pueden existir diferencia de precios y oferta de servicios. El riesgo de este criterio en la implementación del proyecto le da un peso de 30%. - Menor espacio físico ocupado Al estarse realizando la modernización de la refinadora en RECOPE, el espacio ocupado por los equipos de cada tecnología debe minimizarse para optimizar la utilización del espacio dentro del plantel. Este criterio tiene menor peso ya que el espacio ocupado por los equipos no debe estar por encima de la calidad del producto a obtener, es de 10%. Las tecnologías que existen para el reformado de la nafta y que serán parte de la herramienta de selección son las siguientes: UOP (CCR Platforming), Amoco (Ultraforming), Exxon Research (Power forming),
BP
(Magnaforming),
Axens
(Aromizing). En el Cuadro 3.1 se muestra la matriz de selección del equipo y los resultados. El criterio que se considera más importante a la hora de seleccionar el equipo de desinfección es su eficacia ya que esto representa si este está cumpliendo o no con su
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función. Por otro lado, el costo de capital, el costo de operación y la disponibilidad del equipo, de sus repuestos y de la materia prima son tres características de bastante peso a la hora de elegir el equipo. En el Cuadro 3.1 se muestra la matriz de selección del equipo. Cuadro 3.1. Matriz de selección del equipo de reformado catalítico de la nafta. CCR Ultra Power Magna Consideraciones Ponderación Aromizing Platforming forming forming forming Porcentaje de 40 % 9 6 2 6 8 aromáticos Vida útil del catalizador y precio
20 %
8
6
7
5
8
Disponibilidad
30 %
10
7
8
3
5
10 %
6
8
5
6
6
100 %
8.8
6.5
5.1
4.9
6.9
Menor espacio físico ocupado Total
Se observa entonces en el Cuadro 3.1 que la tecnología que obtuvo un mayor puntaje por sus distintas características es la unidad de Platformado CCR de UOP. Teniendo en cuanta que esta tecnología presenta una mayor conversión de parafinas y naftenos hacia aromáticos, y el porcentaje de benceno es menor. Además de que cuenta con un sistema de continua regeneración del catalítico, su disponibilidad es la más alta al ser una compañía de mayor cercanía geográfica para negociación y en el pasado han existido negociaciones con la empresa que permiten mayor facilidad de implementación. Por último aunque existen tecnologías que ocupan un menor espacio físico con menor cantidad de reactores, al final resulta una menor calidad de producto y menor costo de operación. Para separar durante el proceso, a los componentes aromáticos de los que no lo son, se utilizará una destilación extractiva con un solvente que presente alta selectividad por los aromáticos.
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Los procesos como la destilación, extracción, rectificación o cristalización, son variantes que pueden ser utilizadas para la separación, pero al poseer alta carga energética puede resultar de alto costo en la producción y en el mantenimiento (Katarzynski & StaudBickel, 2005). Con las características anteriores, se encuentra dentro de los procesos a la extracción. Este es el proceso seleccionado, ya que la destilación no es posible, porque los compuestos a separar presentan puntos de ebullición cercanos lo que limita a este procedimiento. La rectificación solo permite separar vestigios de productos más ligeros de otros más pesados, lo que impide la purificación del producto. Por último la cristalización no permite la selectividad necesaria, sobre los componentes aromáticos. Como proceso alternativo existe el uso de membranas para la separación de aromáticos. Empleando un proceso conocido como Pervoparación, en donde se da una transición de fases donde la alimentación líquida es separada y evaporada al pasar por una membrana no porosa (Katarzynski). El anteriormente descrito, es un proceso que involucra poca carga energética y una disminución de equipos a utilizar. Para la década de 1980 se dio una fuerte investigación del proceso y mejoramiento de su funcionamiento y se pensó que podía llegar a sustituir la destilación en industria de la petroquímica. Mediante la experimentación de este proceso, se llegó obtener la separación de aromáticos, de los no aromáticos con factores de 10, pero en la práctica a nivel industrial la tecnología no competía contra la destilación. (Pereira & Klaus-Viktor, 2006) Para el año 2020, se perfila la tecnología como la alternativa que suplantará los procesos actuales. Sin embargo, por ahora no es un proceso viable, ya que todavía deben realizarse mejoras en la selectividad de la membrana, la cual lo convertiría en un proceso económicamente factible. (Pereira & Klaus-Viktor, 2006) Al aplicarse la tecnología en la extracción de solventes, los criterios a estudiar y que serán implementados en la matriz de selección son los siguientes: (Stewart, 2000).
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- Condiciones de operación y equipo de contacto Las condiciones de operación tanto temperatura como presión definen una parte importante del costo de operación del equipo en la planta y la determinación de los equipos auxiliares para la operación y las utilidades necesarias. Además la complejidad del diseño del equipo aumenta el costo de mantenimiento, tendrá por ende un peso de 30%. -Selectividad y Propiedades del solvente La selectividad afectara directamente la cantidad de solvente a utilizar y por ende podría elevar o disminuir los costos de operación, además de que las propiedades del solvente podrían afectar el estado del equipo, por ejemplo que sea corrosivo se deben tomar en cuenta diferentes materiales o disminuir la vida útil del equipo. Este criterio tendrá un peso importante en la selección por lo que el porcentaje será de 40%. - Disponibilidad del solvente y tecnología De igual forma como ocurrió con la selección para la tecnología del reformado de la nafta, con el solvente la disponibilidad también es un criterio a tomar en cuenta ya que se produce una rebaja de costo, los tiempos de instalación y se facilita la comunicación durante el proyecto. En el Cuadro 3.2 se muestra un resumen de las tecnologías existentes y la descripción, forma de operación y características de los mismos. Cuadro 3.2. Tecnologías existentes de el mercado y sus características Compañía/ Temperatura de Equipo de Solvente Proceso Operación (°C) Contacto
Shell Process, UOP
Sulfolane
120
Comentarios
La alta selectividad y Extractor capacidad, lleva a con platos bajos radios de perforados alimentación menor tamaño equipos
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Continuación Cuadro 3.2. Tecnologías existentes de el mercado y sus características. Compañía/ Temperatura de Equipo de Solvente Comentarios Proceso Operación (°C) Contacto Disco Tetraetilenglicol rotatorio de y mezclas con Dietilenglicol contacto, agua incrementan UOP Udex Trietilenglicol 150 con la capacidad y no Tetraetilenglicol diámetro de requiere agente 4 metros anti-espuma
Union Carbide Tetra Process
Institut Français de Petróle
Tetraetilenglicol
Dimetil Sulfóxido (DMSO)
100
Ambiente
El extracto que sale está libre de Extractor de componentes plato alifáticos, y no reciprocado necesita una purificación extra Extractor de hoja rotatoria, de 10 a 12 platos
La baja corrosión permite el uso de acero al carbono, el solvente es no toxico y presenta bajo punto de enfriamiento
La cantidad mezclada de los N-metil-2Lurgi Arosolvan componentes pyrrolidionone 60 Distapex depende del monoetilenglicol contenido de aromáticos. Fuente: (p. 164) Kirk-Othmer. 1999. Encyclopedia of Chemical Technology. Fourth Edition. John Wiley & Sons. 24–30 etapas, hasta 8 metros en diámetro
Con respecto al Cuadro 3.2 se toma la informacion completar la matriz de selección y obtener el puntaje de las diversas tecnologías, la matriz se muestra en el Cuadro 3.3 a continuación.
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Cuadro 3.3. Matriz de selección del solvente y tecnología. Consideraciones Ponderación
Sulfolane
Udex
Tetra DMSO Process
Distapex
Condiciones de operación y equipo de contacto
30 %
7
6
7
9
6
Selectividad y propiedades del solvente
40 %
9
8
8
7
7
Disponibilidad
30 %
10
8
7
5
5
Total
100 %
8.7
7.4
7.4
5.7
6.1
Como se muestra en el cuadro anterior la tecnología que será utilizada es la distribuida por UOP con el solvente Sulfolane, el mismo permite recobrar el 99% de aromáticos alimentados, su bajo consumo de 3:1 con respeto a la alimentación así como sus bajos puntos de ebullición que permiten una mejor remoción del Sulfolane del extracto final, lo ponen por encima de los demás solventes. Entre sus puntos negativos con respectos a los glicoles se puede mencionar que aunque el Sulfolane presente una mayor polaridad y por ende ser mejor solvente, es más difícil de remover que los componentes glicoles que son menos polares del extracto final. Además los glicoles se degradan con oxígeno produciendo ácidos orgánicos más débiles y que son menos corrosivos que los producidos por la degradación del Sulfolane. Se puede realizar el cambio de Sulfolane a solventes de glicoles, si se produjeran problemas por corrosión de una manera fácil. ( Sulfolane Technical Assistance And Evaluation Report) 3.3.2 Descripción del Proceso de Producción La descripción del proceso inicia desde la salida del reformado catalítico, efectuado en el equipo de Platformado CCR de la UOP, que toma el corte de Nafta obtenido de la torre atmosférica y de la torre de vacío para transformar mediante una batería de reactores los componentes orgánicos: naftenos, olefinas y paranínficos en los compuestos
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aromáticos. Los resultados obtenidos para las especificaciones del proceso, así como para los balances de energía y masa, se consiguieron mediante la simulación con el software Hysys de Aspen. La descripción completa de los equipos con materiales de construcción y capacidades se presentará en las siguientes secciones. El corte proviene del crudo conocido como Pennington de Nigeria, que presenta una composición baja en azufre y con base parafínica. Los porcentajes de los compuestos orgánicos presentes en el corte son los siguientes: 39,8% parafinas totales, 43% naftenos y 17,1% aromáticos iníciales. (Estudio de Factibilidad para el Proyecto de la Expansión y Modernización de la Refinería en Moín, 2012.) Cuando se tiene una nafta enriquecida en naftenos, la conversión típica es principalmente de naftenos a aromáticos mediante isomerización, consumiéndose casi en su totalidad, esto se observa más claramente en la Figura 3.3. El porcentaje de parafinas que se convierte es menor, por lo que se mantiene un porcentaje alto de parafinas que deben ser separadas en la siguiente purificación del producto. (Meyers, 2004).
Figura 3.3. Perfil de los componentes en el reformado catalítico. Fuente: (Meyers, 2004) El objetivo de la refinadora de petróleo es maximizar la producción de diesel, jet kerosene y gasolina. Por lo que el producto del reformado se utiliza para aumentar el octanaje de la gasolina, que tiene un porcentaje máximo de 35% de aromáticos presentes en su composición. Es por esto que posteriormente en el estudio técnico y económico, aunque
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se toma la nafta como materia prima para el BTX, se estudiará la factibilidad del proyecto a partir de la ganancia obtenida entre comercializar gasolina o los compuestos aromáticos. El flujo de 52 kgmol/hr obtenido del reformado tendrá una presión de 1500 kPa y 450 °C, por lo que debe ser condicionado para entrar a la primera columna de separación, se coloca un intercambiador de calor para enfriar el flujo y llevarlo a una temperatura de 50 °C mediante agua de enfriamiento. La composición inicial del flujo en porcentaje de peso se muestra en el Cuadro 3.4 a continuación. Cuadro 3.4. Composición flujo de proceso inicial. Componente Benceno Tolueno Xylenos (o-, m-, p-) Etilbenceno Metilciclohexano Metilciclopentano Ciclopentano 3-Metilhexano n-Hexano n-Octano 1-Metil-3-Etilbenceno Di-isopropilbenceno Total
Composición (% p/p) 11,38 19,13 8,66 1,81 12,43 17,16 2,62 7,18 12,96 2,10 2,27 2,27 100 %
Se coloca una primera torre de separación, de 20 platos reales que permite la obtención del 98% del benceno por la parte alta de la columna, así como de los compuestos no aromáticos residuales que son: metilciclopentano, ciclopentano, 3-metilhexano y nhexano. El tolueno y la mezcla de isómeros de xilenos continúan por la parte de los fondos de la columna, en su porcentaje total, acompañados de: etilbenceno, metilciclohexano, noctano, 1-metil-3-etilbenceno y Di-isopropilbenceno. La capacidad de la primera columna será de 967,5 bbl/día, contará con un condensador parcial y un rehervidor.
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Es por esto que se debe instalar una segunda columna que permita separar los xilenos del tolueno y las trazas de benceno, la misma trabajará con un flujo de 27,88 kgmol/hr. Mediante destilación a presión de 120 kPa y temperatura de 117,8 ªC para la alimentación, se obtienen el primer producto siendo la mezcla de xilenos, que se recupera a la salida de los fondos de la columna. La composición final del producto se muestra en el Cuadro 3.5, en donde se consigna que la mezcla de xilenos en grado de solvente que será comercializado cumple con las especificaciones del mercado en sus componentes, con un porcentaje de no aromáticos menor al 4% en peso y densidad especifica mayor a 0,865. Cuadro 3.5. Propiedades de la mezcla de xilenos con grado de solvente. Propiedad Valor (% p/p) Composición por Componente Orto-xileno 15,97 Meta-xileno 29,23 Para-xileno 13,38 Etilbenceno 10,67 n-Octano (no aromático) 3,86 1-Metil-3-Etilbenceno 13,41 Di-isopropilbenceno 13,41 Total 100 % 0.867 Densidad específica de la mezcla 155 ªC Punto de ebullición El producto final se obtendrá a una razón de 211 bbl/día, a una temperatura de 145 ªC y a presión atmosférica. Las corrientes que contienen el tolueno y el benceno en conjunto con los no aromáticos restantes, serán unidas en un tanque que permitirá homogenizar el flujo y facilitar una alimentación consistente a la unidad de extracción siguiente. El tanque de recepción operara a 1 atm de presión y a 80 ºC de temperatura. La extracción y purificación del tolueno se llevará a cabo en un complejo de unidades, que utilizarán el solvente Sulfolane para extraer los aromáticos con tecnología de la UOP. Se dosifica la alimentación a una torre de extracción, que opera mediante
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destilación extractiva en platos perforados. El flujo inicial entrante será de 43,19 kgmol/hora de mezcla de no aromáticos y aromáticos, será introducido en el plato inferior de la torre para actuar en contracorriente con la alimentación de Sulfolane, que tendrá una composición de 96.4% en peso y el restante será agua. El flujo de Sulfolane a utilizar durante la extracción total será de 578,32 kgmol/hora. La columna opera por la parte superior a 600 kPa de presión con una caída máxima de presión de 0.1 psi por etapa, y las temperaturas de operación oscilarán en un rango entre 40-200 ºC. (Choi, Kwon & Yeo, 2000) Por la parte superior del extractor se obtendrán los compuestos no aromáticos casi en su totalidad, por la parte inferior se obtendrá solo trazas de estos componentes siendo el porcentaje más elevado en peso el del metilciclopentano con un 0,7%. También en el flujo de extracción superior se obtiene tolueno y benceno, además del solvente Sulfolane en un porcentaje bajo de 3% en peso. Por lo que es necesario continuar con una columna empacada de lavado con agua, que permitirá separar completamente los componentes no aromáticos, para esto se introduce por la parte inferior el flujo de los no aromáticos y a contracorriente agua, se utiliza un gran flujo de agua de hasta 90,26 m3/hora pero en su totalidad puede ser separada y reutilizada en el proceso lo que reducen los costos de operación. Se obtiene entonces por la parte superior y a una presión de 600 Kpa y una temperatura de 50 ºC, un flujo bajo en los componentes aromático: benceno y tolueno, con un porcentaje en peso de 0,28% y 0,63% respectivamente. Para aumentar la efectividad de la extracción la mitad de esta corriente será realimentada a la columna de extracción por la mitad de la torre, el restante porcentaje será enviado como un subrproducto final conocido como raffinate, ya que puede ser utilizado como un componente más para la gasolina. Su composición final será la que se muestra en el Cuadro 3.6 con un flujo de producción de 461 bbl/día.
Estudio Técnico
Cuadro 3.6. Composición flujo de Raffinate. Componente Benceno Tolueno Metilciclohexano Metilciclopentano Ciclopentano 3-Metilhexano n-Hexano Agua Total
63
Composición (% p/p) 0,63 0,28 28,22 21,45 3,18 13,77 24,37 8,01 100 %
El flujo obtenido en la parte inferior, que en su mayoría es agua en un 98% en peso conjuntamente con los componentes aromáticos restantes y el Sulfolane, se unirá con una corriente que proviene de una columna Splitter que se utiliza para separar el flujo proveniente de la parte inferior de la columna extractiva. La columna Splitter operara con un rehervidor, que permitirá obtener un flujo de vapor que actuara en contracorriente con la corriente entrante por la parte superior de la columna, que tiene una temperatura de 100 ºC. La columna estará operando a entre 258-327 ºC y 190,5-225 kPa, entre la parte superior e inferior respectivamente. Por la parte inferior del Splitter se obtiene un flujo que es puramente Sulfolane y que corresponde al 60% del flujo alimentado inicialmente en el extractor y que puede ser reciclado para la continuidad del proceso. El flujo obtenido por la parte superior se enfría a 80 ºC, mediante un intercambiador de tubos con agua de enfriamiento, esto para que la corriente esté en su estado líquido y así poder ser introducido en un separador por densidades, en donde el flujo más denso con los hidrocarburos será reciclado hacia la columna extractora para lograr mayor eficiencia sobre los productos. El flujo menos denso será específicamente en su mayoría agua, con el solvente Sulfolane y los componentes orgánicos aromáticos en mayor porcentaje de los compuestos residuales. Esta corriente será la que se unirán con la corriente del lavado como se mencionaba previamente, para ser introducidos en otra columna splitter de 40 platos reales,
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que permite la final obtención del total del solvente Sulfolane, con un 4,3% en peso de agua y que sea nuevamente utilizado en el proceso. Del plato 35 de la columna es extraída una corriente que es agua pura que será reciclada en el proceso. En la parte superior del Splitter se obtiene una corriente con una gran cantidad de agua que debe ser removida, por esto se recicla el 90% de esta corriente y se alimenta conjuntamente al separador por densidades anteriormente descrito. El restante 10% del flujo es enfriado a 50 ºC e introducido a un separador por densidad que permitirá separa el agua de los hidrocarburos, este flujo de agua será introducido directamente a la columna de lavado. El flujo de hidrocarburos ahora si libre de agua y del solvente, es introducido a una columna de separación, alimentado en el plato 15 de una columna de 30 platos reales. El flujo que abandona por el condensador parcial tendrá la composición que se muestra en el Cuadro 3.7, donde se muestra un flujo con mínimas cantidades de tolueno y que se considera como un subproducto, que puede ser purificado mediante otros procesos extractivos para obtener el benceno que puede ser comercializado y los compuestos no aromáticos importantes en el mercado de las gasolinas. Este flujo abandona con una temperatura de 65,46 ºC y a presión atmosférica. Cuadro 3.7. Composición flujo de benceno y orgánicos no aromáticos. Componente Composición (% p/p) Benceno 60,90 Tolueno 0,51 Metilciclohexano 20,26 Metilciclopentano 4,18 Ciclopentano 4,71 3-Metilhexano 1,81 n-Hexano 7,60 100 % Total La corriente que sale por la parte inferior de la torre que viene a unas condiciones de 108,5 ºC y presión atmosférica, son introducidos a una última columna de separación que
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cuenta con 20 platos reales y un condensador parcial. La corriente que escapa por la parte superior de la columna es reciclada en su totalidad para aumentar la eficiencia del proceso, es así como se obtiene en la parte inferior de la columna un producto que tiene una pureza de 98,99% en peso de tolueno, con una producción de 119,3 bbl/diarios. La composición final del producto de comercialización se muestra en el Cuadro 3.8, se obtiene a una temperatura de 110 ºC y a presión atmosférica, por lo que debe ser enfriado a 30 ºC para su posterior distribución. Cuadro 3.8. Composición flujo del tolueno comercial. Componente Tolueno Metilciclopentano 3-Metilhexano Total
Composición (% p/p) 98,99 0,87 0,11 100 %
3.4 Diagrama de flujos del proceso
3.4.1
Diagrama con balance de materia y energía
En las Figuras 3.4, 3.5 y 3.6 se muestra el diagrama de flujo del proceso con sus respectivos balances de masa y energía, los mismos se realizaron con el simulador Hysys de Aspen. El dimensionamiento de los equipos y sus características se presentan en el siguiente apartado.
Figura 3.4. Diagrama de Flujo No 1 del proceso de producción para el BTX.
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Figura 3.5. Continuación Diagrama de Flujo No 2 del proceso de producción para el BTX.
Estudio Técnico
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Figura 3.6. Continuación Diagrama de Flujo No 3 del proceso de producción para el BTX.
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Estudio Técnico
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3.4.2 Descripción y especificación de los equipos a instalar En el Cuadro 3.9 se muestra el resultado final del dimensionamiento de cada uno de los equipos de los diagramas de flujo de las Figuras 3.4, 3.5 y 3.6. En este cuadro se presenta la descripción y especificación de cada uno de los equipos. Cuadro 3.9. Resumen de características de los equipos. Dimensionamiento Equipo Características Intercambiador de carcasa y tubos, material H-101 Área: 12,85 m2 de construcción acero al Enfriador de U: 700 * carbón. alimentación Calor: 1,64x106 kJ/s Emplea 24,30 kg/s de agua a 20ºC.
Costo Unitario ($)
17 000
T-101 Torre de destilación
Torre de destilación de platos perforados en la cual se da la primera separación de aromáticos. Material de construcción acero inoxidable.
Relación de reflujo: 2,91 Número de etapas reales: 20 Diámetro: 1,5 m Altura: 12,19 m Eficiencia de la torre: 85% Plato de alimentación: 10
200 000
C-101 Condensador torre T-101
Condensador de carcasa y tubos 1-2, emplea 11,27 kg/s de agua a 20 ºC la cual fluye por la carcasa. Material de construcción acero inoxidable.
Carga en el condensador: 7,61x105 kJ/s Capacidad: 3 m3/h
8 000
Rehervidor de carcasa y R-101 tubos 1-2, emplea 1 Rehervidor torre 007,78 kg/h de vapor de T-101 agua a 201 ºC como fluido de calentamiento,
Carga en el rehervidor: 9,07x105 kJ/s Capacidad: 4 m3/h
8 000
Estudio Técnico
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Cuadro 3.9. (Cont.) Resumen de características de los equipos. Dimensionamiento Equipo Características que fluye por la carcasa. Material de construcción acero inoxidable.
Costo Unitario ($)
Intercambiador de carcasa y tubos, material de construcción acero al carbón. Emplea 0,15 kg/s de agua a 20ºC.
Área: 0,23 m2 U: 700 * Calor: 9,89x103 kJ/s
800
T-102 Torre de destilación
Torre de destilación de platos perforados en la cual se da la obtención de los xilenos. Material de construcción acero inoxidable.
Relación de reflujo: 3,62 Número de etapas reales: 30 Diámetro: 1,50 m Altura: 18,29 m Eficiencia de la torre: 85% Plato de alimentación: 16
220 000
C-102 Condensador torre T-102
Condensador de carcasa y tubos 1-2, emplea 11,14 kg/s de agua a 20 ºC la cual fluye por la carcasa. Material de construcción acero inoxidable.
Carga en el condensador: 7,52x105 kJ/s Capacidad: 3 m3/h
8 000
Carga en el rehervidor: 7,90x105 kJ/s Capacidad: 4 m3
8 000
I-101 Enfriador de torre T-101
Rehervidor de carcasa y tubos 1-2, emplea 877,78 kg/h de vapor de R-102 agua a 201 ºC como Rehervidor torre fluido de calentamiento, T-102 que fluye por la carcasa. Material de construcción acero inoxidable.
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Cuadro 3.9. (Cont.) Resumen de características de los equipos. Dimensionamiento Equipo Características Intercambiador de carcasa y tubos, material I-102 Área: 1,07 m2 de construcción acero al Enfriador de U: 700 * carbón. torre T-102 Calor: 5,49x104 kJ/s Emplea 0,15 kg/s de agua a 20ºC.
Costo Unitario ($)
1 000
V-101 Tanque de dosificación
Tanque vertical de coraza cilíndrica y techo elipsoidal que almacena la alimentación del proceso de extracción. Debe contar con techo flotante y material de construcción acero al carbono. El tanque cuenta con chaqueta de enfriamiento que utiliza 0,24 kg/s de agua a 20ºC.
Diámetro: 1,67 m Altura: 2,51 m Capacidad: 5,5 m3 Espesor: 8,0 mm
4 400
T-103 Torre de extracción
Torre de destilación extractiva de platos perforados por intercambio líqudio/líquido. Material de construcción acero inoxidable.
Número de etapas reales: 8 Diámetro: 1,0 m Altura: 4,88 m Eficiencia de la torre: 85% Platos de alimentación: 1, 4 y 8
170 000
Torre de lavado empacada con anillos de Balast de 1 pulgadas. Material de construcción acero inoxidable.
Número de etapas reales: 30 Diámetro: 1,5 m Altura: 18,28 m Eficiencia de la torre: 85% Platos de alimentación: 1, 15 y 30
232 811
T-104 Torre de lavado con agua
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Cuadro 3.9. (Cont.) Resumen de características de los equipos. Dimensionamiento Equipo Características Bomba centrífuga de una sola etapa. Transporta el P-101 Eficiencia: 75% agua de alimentación a la Bomba Trabajo: 17,25 kW/h torre de lavado. Material centrífuga Cabeza: 52,73 m de construcción acero al carbono.
Costo Unitario ($)
1 500
X-101 Calentador de torre T-104
Intercambiador de carcasa y tubos. Emplea 687,78 kg/h de vapor de agua a 201 ºC como fluido de calentamiento, que fluye por la carcasa. Material de construcción acero al carbón.
Área: 9,56 m2 U: 700 * Calor: 6,19x105 kJ/s
12 000
Splitter S-101 Columna Splitter
Columna splitter de platos perforados en la cual se da la primera recuperación de Sulfolane. Material de construcción acero inoxidable.
Número de etapas reales: 8 Diámetro: 1,5 m Altura: 4,88 m Eficiencia de la torre: 85% Plato de alimentación: 1
170 000
Rehervidor de carcasa y tubos 1-2, emplea 15 750,0 kg/h de vapor de R-103 agua a 201 ºC como Rehervidor torre fluido de calentamiento, S-101 que fluye por la carcasa. Material de construcción acero inoxidable.
Carga en el rehervidor: 1,42x107 kJ/s Capacidad: 44 m3
18 000
Dos tanques horizontales elipsoidales que realizan la separación por densidad de agua e hidrocarburos. Material de acero inoxidable.
Diámetro: 7,62 m Largo: 11,43 m Capacidad: 540 m3 Espesor: 8,0 mm
40 000
V-102 y V-103 Separador por densidad
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Cuadro 3.9. (Cont.) Resumen de características de los equipos. Dimensionamiento Equipo Características Bomba centrífuga de una P-102 sola etapa. Transporta el Eficiencia: 75% Bomba reciclo al splitter S-102. Trabajo: 43,28 kW/h centrífuga Material de construcción Cabeza: 11,47 m acero al carbono.
Costo Unitario ($) 1 000
Número de etapas reales: 40 Diámetro: 1,5 m Altura: 24,38 m Eficiencia de la torre: 85% Plato de alimentación: 1
250 000
Rehervidor de carcasa y tubos 1-2, emplea 845,7 kg/h de vapor de agua a R-104 201 ºC como fluido de Rehervidor torre calentamiento, que fluye S-102 por la carcasa. Material de construcción acero inoxidable.
Carga en el rehervidor: 2,74x109 kJ/s Capacidad: 44 m3
25 000
Tanque horizontal elipsoidal que realiza la separación por densidad de agua e hidrocarburos. Material de construcción acero inoxidable.
Diámetro: 5 m Largo: 6,85 m Capacidad: 120 m3 Espesor: 8,0 mm
10 000
Torre de destilación de platos perforados en la cual se da la primera separación del tolueno. Material de construcción acero inoxidable.
Relación de reflujo: 1,3 Número de etapas reales: 30 Diámetro: 1,5 m Altura: 18,25 m Eficiencia de la torre: 85% Plato de alim.: 10
225 000
Splitter S-102 Columna Splitter
V-104 Separador por densidad
T-105 Torre de destilación
Columna splitter de platos perforados en la cual se da la segunda y final recuperación del Sulfolane. Material de construcción acero inoxidable.
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Cuadro 3.9. (Cont.) Resumen de características de los equipos. Dimensionamiento Equipo Características Condensador de carcasa y tubos 1-2, emplea 6,68 Carga en el C-103 kg/s de agua a 20 ºC la condensador: Condensador cual fluye por la carcasa. 4,51x105 kJ/s torre T-105 Material de construcción Capacidad: 1 m3/h acero inoxidable.
I-103 Enfriador de torre T-105
Intercambiador de carcasa y tubos, material de construcción acero al carbón. Emplea 0,15 kg/s de agua a 20ºC.
Rehervidor de carcasa y tubos 1-2, emplea 611,8 kg/h de vapor de agua a R-105 201 ºC como fluido de Rehervidor torre calentamiento, que fluye T-105 por la carcasa. Material de construcción acero inoxidable.
T-106 Torre de destilación
C-104 Condensador torre T-106
5 000
Área: 1,07 m2 U: 700 * Calor: 5,49x104 kJ/s
1 000
Carga en el rehervidor: 5,50x105 kJ/s Capacidad: 1 m3
5 000
Relación de reflujo: 1,3 Torre de destilación de Número de etapas platos perforados en la reales: 30 cual se da la última Diámetro: 1,5 m separación del tolueno. Altura: 18,25 m Material de construcción Eficiencia de la torre: acero inoxidable. 85% Plato de alimentación: 10 Condensador de carcasa y tubos 1-2, emplea 120,8 kg/s de agua a 20 ºC la cual fluye por la carcasa. Material de acero inoxidable.
Costo Unitario ($)
Carga en el condensador: 8,15x106 kJ/s Capacidad: 15 m3/h
200 000
8 000
Estudio Técnico
Cuadro 3.9. (Cont.) Resumen de características de los equipos. Dimensionamiento Equipo Características Rehervidor de carcasa y tubos 1-2, emplea 9 058,9 kg/h de vapor de Carga en el R-106 agua a 201 ºC como rehervidor: Rehervidor torre fluido de calentamiento, 8,15x106 kJ/s T-106 que fluye por la carcasa. Capacidad: 1m3 Material de construcción acero inoxidable. * Fuente: (Ulrich & Palligarnai, 2004)
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Costo Unitario ($)
8 000
Los intercambiadores de calor deben cumplir con la norma TEMA R. y configuración BEU, para el caso de los tanques el acero al carbón de construcción debe seguir la Norma ASTM A283 C o ASTM A 516 70. Las bombas centrífugas bajo la norma API 610. En el caso de las torres los materiales de construcción conforme la norma AISI 304 para el acero inoxidable y también la reglamentación de norma ASME VIII.
3.4.3
Distribución de Planta
Para la distribución de planta se toma en cuenta el plan de modernización del plantel en Moín y la ubicación que tendrán los nuevos equipos de la refinería a instalar. Según lo dimensionado para los equipos en la producción de BTX en los puntos anteriores, se muestra en las Figuras 3.7 y 3.8 el espacio que sería reservado para los mismos. En la Figura 3.7 se muestra la extensión que comprenderá la localización de la nueva refinería, mientras que en la Figura 3.8 se detalla el espacio físico que ocuparan los equipos enlistados y dimensionados.
Estudio Técnico
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Figura 3.7. Ubicación de la nueva refinería según el proyecto de modernización de RECOPE. Fuente: Estudio de Factibilidad para el Proyecto de la Expansión y Modernización de la Refinería en Moín, 2012.
Figura 3.8. Localización de los equipos de la planta productora de BTX. Fuente: Estudio de Factibilidad para el Proyecto de la Expansión y Modernización de la Refinería en Moín, 2012.
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A continuación se determino la distribución de los equipos, de la forma que permitiera un uso adecuado del terreno con respecto al flujo de los productos y subproductos, así como la entrada de insumos. Se muestra en la figura 3.4 el layout de la planta de BTX, el área ocupada por los equipos será de 328,85 m2 y agregando espacio para las tuberías y la instalación de los servicios de planta, se tiene un total de 394,62 m2. Las etapas del proceso se separan en: unidad de separación de xilenos (37,05 m2), equipos de extracción de aromáticos (10,21 m2), unidad de recuperación de Sulfolane (197,89 m2) y unidad de separación de benceno y tolueno (83,70 m2), todas están representadas en el diagrama de distribución de equipos. En la Figura 3.9 se muestra la distribución final de los equipos en el área previamente descrita.
Figura 3.9. Distribución de los equipos de la planta productora de BTX.
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3.5 Análisis de Materias Primas Se realiza un análisis de las materias primas a utilizar para el proyecto, la ubicación de los puntos de importación de las materias primas u obtención, las características y especificaciones así como el comportamiento histórico de su oferta. Como se detallo en la descripción del proceso existen dos materias primas para la producción del BTX, estas son: el solvente Sulfolane y las naftas de petróleo. Como lo indica el tema del proyecto el BTX será formado a partir de las naftas de petróleo que se formaran los aromáticos, pero en la refinería existe un costo de oportunidad entre la producción de aromáticos y su comercialización o la utilización del reformado para aumentar el octanaje de la gasolina y venderla. Es por esto que para el análisis se toma la nafta como especificación de materia prima de producción, pero en términos de costos y factores que determinan la producción se toma la gasolina super como referencia.
3.5.1 Ubicación Geográfica de las Materias Primas Para el caso de la Nafta como se describió anteriormente, su obtención será a partir del corte de crudo que se realiza en la torre atmosférica de refinación en RECOPE. Según el estudio de factibilidad existen varios crudos que pueden utilizarse en la modernización de la refinería, como posibilidades existen: Olmeca de México, Escalate de Argentina, Vasconia de Colombia, Oriente de Ecuador, Mesa 30 de Venezuela, Roncador y Tupi de Brasil y el Pennington de Nigeria. Con respecto al solvente Sulfolane este debe ser importado directamente de los Estados Unidos, ya que no existe producción nacional o centroamericana de dicho solvente. El mayor productor de Sulfolane en esa región de Norteamérica es Chevron Phillips Chemicals (Stewart, 2000).
Estudio Técnico
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3.5.2 Características y Especificaciones de la Materia Prima Todos los crudos antes mencionados comparten las características de tener una densidad aproximada (API) con un rango entre 22,8-39,6 APIº, una cantidad de azufre entre 0,17-1,16 (%S) y un número total de ácidos (TAN) entre 0,05-0,44 (mgKOH/g). Pueden existir variaciones en la producción del BTX dependiendo del crudo utilizado, pero la diferencia en porcentaje de aromáticos producidos por el reformado de las naftas extraídas no varía sustancialmente. Para el caso del Solvente comercialmente se puede adquirir como Sulfolane anhídrido o Sulfolane acuoso. La empresa Chevron lo comercializa en la forma acuosa con un aproximado entre 3 a 5% en peso de agua, esto para asegurar que el químico se mantenga líquido durante su transporte y almacenamiento, ya que el Sulfolane es sólido a 27 ºC (Sulfolane Reporte Final). El Sulfolane permite disolver altas cantidad de aromáticos en pequeñas cantidades de solventes dado a su alta selectividad.
3.5.3
Precio y Comportamiento Histórico de Consumo
Como se especifico anteriormente para el caso de los precios y el comportamiento histórico de consumo de las materias primas, no se tomara en cuenta la información sobre las naftas sino específicamente sobre la gasolina super. Como lo detalla el estudio de factibilidad de modernización de RECOPE, se muestra como la gasolina ha mantenido un aumento en el precio de venta desde el 2005 hasta el 2010 y se proyecta que continúen en aumento como se muestra en el Figura 3.10. Además de que su consumo en la población también lleva un crecimiento similar al mostrado por los precios.
Precio ($/bbl)
Estudio Técnico
80
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
Periodo (años)
Figura 3.10 Comportamiento de precios para la gasolina super en Costa Rica
Fuente: Estudio de Factibilidad para el Proyecto de la Expansión y Modernización de la Refinería en Moín, 2012.
Para el caos del Sulfolane se tiene que es un compuesto caro para la industria ya que presenta precios entre 20-40 $/gal, por lo que en caso de reposición por pérdidas se debe realizar una importante inversión para reponer el solvente. Se estima que cada 5 años que el proceso se tenga en producción se debe hacer una reposición completa del solvente, por lo que es recomendable tener en inventario un 20% por sobre la capacidad de uso para solventar la pérdida de Sulfolane en el proceso. (Stewart, 2000).
3.6 Costos e inversiones Los costos e inversiones del proyecto se estiman utilizando la metodología descrita en el libro Diseño de Planta y su Evaluación Económica para Ingenieros Químicas (Peters & Timmerhaus, 1991), realizando modificaciones que permitan adaptar al tipo de planta a instalar. En el Cuadro 3.10 se resumen los resultados de la estimación para la inversión, utilizando el método de porcentaje del equipo comprado. En donde se toma en costo de los
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equipos como punto de partida para valor las diferentes inversiones y los costos, tomando en cuenta factores establecidos en la literatura aplicable a la industria, el método se describe más detalladamente en la muestra de cálculos. Cuadro 3.10 Estimación de la inversión por el método de porcentaje del equipo comprado. Porcentaje de la Requerimientos de la Inversión Factor Valor ($) inversión de capital Costos Directos Compra del equipo en fabrica 1 856 511 18,44% Flete terrestre + costos de aduana + 0,40 742 604 7,36% transporte al sitio Subtotal de los equipos en sitio 2 599 115 25,77% Costo instalación del equipo 0,47 1 221 584 12,11% Instrumentación y control instalado 0,36 935 682 9,28% Tubería y accesorios instalados 0,68 1 767 398 17,53% Sistema eléctrico instalado 0,11 285 903 2,84% Acondicionamiento terrenos y 0,10 259 912 2,58% urbanización Costo del terreno 0 0,0% Total de costos directos 2,60 7 069 594 70,10% Costos Indirectos Ingeniería y supervisión Gastos de construcción Gastos legales Utilidad del contratista Contingencias Total de costos indirectos
0,33 0,41 0,10 0,22 0,44 1,50
857 708 1 065 637 259 912 571 805 259 911 3 014 974
8,51% 10,57% 2,58% 5,67% 2,58% 29,90%
3.6.1 Inversiones fijas Tomando en cuenta el tamaño del proyecto y el tipo de proceso a utilizar, se especifican las inversiones fijas y sus costos que fueron estimadas mediante el método resumido del Cuadro 3.10.
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-
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Equipos de producción y proceso productivo: El precio total de los equipos en el sitio se fijo en $ 2 599 115,6. El costo de instalación se considera del 47% de su valor, esto debido a la complejidad de los equipos y el tamaño de los mismos. De la misma forma el requerimiento de equipos de control para el proceso es alta, por lo que el costo es de un 36% del total estimado de los equipos. La instalación tuberías también es compleja por sistema de reflujo del proceso de extracción por lo que se toma como un 68% sobre el costo de equipos. En cuanto a instalaciones, no se toman en cuenta los costos para las edificaciones que incluyen los servicios y la instalación de facilidades de servicios para la planta (vapor, agua de servicio, etc.), ya que estos mismos se encuentran presentes en la refinería y no se requiere una instalación física extra. Solamente se tomo en cuenta el costo del sistema eléctrico para los equipos con un 11% sobre el valor de los mismos.
-
Terreno: No se debe realizar la compra del terreno ya que el mismo pertenece a la refinería que utilizara la planta.
-
Adecuación del terreno: Se requiere adecuar el terreno para poder construir la planta de BTX. Se estimó que este proceso cuesta 10 % del costo total de los equipos.
-
Equipos de distribución y venta de productos: Para realizar la distribución y venta de los productos, se utilizarán los camiones que utiliza RECOPE y los buques que se mueven en los puertos, y además se contratara en cada país un distribuidor oficial de los mismos.
-
Infraestructura civil y obras civiles: Entre los gastos de ingeniería y supervisión, gastos de construcción, la utilidad del contratista, los costos legales en Costa Rica y las contingencias se estima gastar $ 3 014 974.
-
Equipo administrativo y equipo de laboratorio: La refinería cuenta con equipo administrativo necesario e instalaciones, además de un laboratorio equipado para la comprobación de la calidad del producto así como de los insumos necesarios.
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3.6.2
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Costos y gastos
3.6.2.1 Costos materias primas Como se estableció anteriormente el costo de las materias primas se dividirá en el costo del disolvente extractor Sulfolane y el de la gasolina super. Esta última se establece en lugar de la nafta ya que se debe evaluarse el costo de oportunidad entre producir los solventes aromáticos o continuar utilizando la nafta como una corriente productora de gasolina. La nafta se obtiene directamente de la refinería y el Sulfolane será importado cada 4 años, que es el tiempo necesario para realizar una regeneración del solvente que se haya perdido en el producto y por fugas en los equipos.
3.6.2.2 Costos de energía eléctrica Según las especificaciones de los equipos descritas en el Cuadro 3.9, se estima que el consumo total de los mismos será de: 60,53 kW por hora. Considerando que estos equipos se van a utilizar las 24 horas del día, durante 350 semanas, el consumo eléctrico anual será de 508 452 kW-h. Según este dato y con el costo reportado por el Instituto Costarricense de Electricidad para las industrias de $ 0,130 por kWh, se tiene que el costo anual por energía eléctrica será de $ 66 098. 3.6.2.3 Costo de servicios Los servicios que son generalmente utilizados en una planta industrial son: aire comprimido para instrumentación, vapor saturado para calentamiento, y agua para enfriamiento o de uso general del proceso. El consumo de aire comprimido para el control automatizado de la planta anualmente será de 602 millones de m3 y a un costo de $ 0,90 por cada 100 m3 de aire, se tiene un costo anual de $ 542 250. El consumo de vapor saturado utilizado en los intercambiadores de calor y en los reboilers de las torres de separación y splitters, como se especifica en el cuadro 3.7, será de
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116 254 toneladas de vapor con un costo unitario de $ 24 por tonelada. Con esto el costo total anual será de $ 2 790 091. Por último el consumo de agua que se utilizará para el enfriamiento y en los condensadores será de 5 272 millones de m3, el costo por metro cubico es de 0,00012 $/m3 por lo que el costo anual será de $ 632 644. En el caso del agua de uso general de proceso se estima el costo para el agua utilizada en la recuperación del Sulfolane, anualmente se utilizaran 758 184 m3 y con un precio de 0,53 $/m3, teniendo entonces un costo anual de $ 401 837.
3.6.2.4 Costo de mano de obra El costo de mano de obra se puede subdividir en tres clases de empleados que estarán presentes en el manejo de la planta. Se cuenta con la mano de obra directa, la mano de obra indirecta, los costos administrativos además de los costos por ventas y distribución. Se describen más detalladamente estas divisiones a continuación. Costo mano de obra directa: Al contar proceso productivo con una amplia cantidad de equipos a operar, se requiere de una alta fuerza laboral directa. Intervienen entonces 22 operarios por turno, con 3 turnos diarios. Estos operarios serán los encargados de velar por el funcionamiento de la planta y su mantenimiento. El costo ponderado por operador incluye cargas sociales es de $ 12/hora, por lo que por año se tendrán que devengar $ 2 312 640 para cubrir con la planilla de los operadores. Costo mano de obra indirecta: Este costo ira asociado a la supervisión operacional de la mano de obra productiva, como un valor típico en la industria se toma que el costo anual será de un 15% sobre el costo de mano de obra directa, el resultado siendo $ 346 896 anuales. Costo salarios en distribución y ventas: Para la distribución de los productos en el territorio nacional y centroamericano se utilizaran carros tanques y buques tanques, que serán directamente contactados por RECOPE, se estima como un 5% sobre la capacidad de la planta, con lo que se tiene un costo anual de $ 2 186 689.
Estudio Técnico
85
Costos salarios administrativos y regalías: Como parte de los costos aplicados a la producción se agrega el costo administrativo de operación, que será llevado a cabo por funcionarios de RECOPE pero que tendrá un costo diferenciado al de la mano de obra directa. Se estima como un 20% sobre costo conjunto de la mano de obra directa y supervisión, además de los costos de mantenimiento. Por lo que se tiene un pago anual de $ 592 414. Las regalías consisten pagos de permisos para utilizar patentes y tecnologías en el proceso, se estima como un 1% de costo total de producción por lo que se costea a $ 437 337 anuales.
3.6.2.5 Costo mantenimiento, suministros operacionales y repuestos Según lo mencionado por Peters y Timmerhaus, una estimación del costo de mantenimiento sería de un 3 % de la inversión de capital, por lo que se tiene un total anual de $ 302 537. Por otra parte pero directamente relacionado con el equipo y el mantenimiento de los mismos, se tiene el costo de los suministros operacionales y los repuestos, que equivaldrían al 15% del costo de mantenimiento. El costo de estos suministros será de $ 45 380. 3.6.2.6 Costos fijos de planta Siendo la refinería una empresa estatal esta no devenga impuestos sobre la propiedad ni la renta como se expone en la ley 7092 de Costa Rica, por lo que este rubro de los costos fijos de la planta es eliminado. También se elimina el costo por seguros, ya que la empresa cuenta con un seguro propio, en donde se asegura el equipo de mayor valor que se encuentra en la refinería y a partir de este se realiza la protección de los demás equipos. Los equipos para producir BTX estarán asegurados con la misma póliza. La depreciación es el costo de tener una inversión en equipos, edificios, vehículos, entre otros, y se basa en la vida útil de estos. El cálculo se realizará mediante el método de la reducción de saldos, en donde se da una depreciación acelerada, por lo que en los primeros años donde el proyecto puede sufrir más ya que se da una menor producción y
Estudio Técnico
86
afectan más los costos, se carga un valor más elevado para aumentar los gastos y disminuir el impacto sobre la utilidades con los impuestos. Para realizar este cálculo se requiere de un valor de salvamento para el total de los equipos. El valor a tomar será de 10% sobre el costo de los equipos, se estima este valor tomando en cuenta que, funcionaran la jornada completa por 350 días al año, durante 15 años. Por lo que influyen factores como desgaste de equipos, corrosión y daño o pérdida total de los mismos durante el proyecto. Los cálculos realizados se detallan en la muestra de cálculo y los valores para la depreciación se observan en el flujo de caja proyectado para el proyecto. 3.6.3 Capital de trabajo El capital de trabajo o capital circulante es el fondo que ocupa una empresa para continuar con el normal desarrollo de sus actividades en el corto plazo, conocido también como activo corriente. Para que una planta industrial pueda operar, generalmente se requiere de recursos para cubrir necesidades de: insumos, materia prima, mano de obra, entre otros. El capital de trabajo mantiene una relación directa con la capacidad de la empresa de genera flujo de caja o efectivo. Este será el que se encargue de mantener o de incrementar el capital de trabajo, por lo que se estimara este valor como un 20% de las ventas anuales de BTX, que es un valor común para la industria química. Este valor debe ser capaz de generar los recursos para operar la empresa, para reponer los activos, para pagar la deuda y para distribuir utilidades a los inversionistas.
3.6.4 Plan de Manejo Integral de Procesos La mayoría de los contaminantes producidos por la planta serán contenidos en el agua de desecho. El agua de desecho del proyecto consiste en agua aceitosa, aguas sulfurosas, agua de desechos salinas, en donde los mayores contaminantes serán los aceites, sulfitos, COD y NH-N. El flujo de agua aceitosa será de 1.5 Ton/h, el de aguas sulfurosas 0.8 Ton/h
Estudio Técnico
87
y el de desechos salinos 0.5 Ton/h. La nueva planta de modernización de RECOPE contara con una planta de tratamiento de desechos con capacidad de 230 m3/h, por lo que los flujos presentes podrán ser tratados en esta planta que se ajustara a las medidas del decreto del MINAE Especificación para el Uso y el Desuso de las Aguas de Desecho (Nº 33601MINAE-S) Los desechos de agua aceitosa provendrán de las unidades de operación, incluyendo el agua de enfriamiento de los compresores y bombas, el mayor contaminante serán los productos aromáticos. El tratamiento de este efluente será remoción de aceites y tratamientos bioquímicos, para después ser desechado en el Rio Moín. Los desechos sulfurosos serán obtenidos de las unidades de tratamiento de la Nafta, el mayor contaminante serán los sulfuros. El tratamiento de estas aguas será primeramente como desulfurizarla y purificarla, para luego ser utilizada como agua desalinizada de proceso, el resto irá con los flujos normales de desecho. Por último los desechos salinos provienen de aguas de desecho de la generación de vapor y así como del reformado catalítico. Los mayores contaminantes son los alcalinos y NaOH. Su tratamiento será un enfriamiento y tratamiento para reducción de aceites y orgánicos. En lo que a la reglamentación nacional el proyecto deberá presentar los formularios D1 y D2 de la Secretaria Técnica Nacional (SETENA), con el fin de obtener el aval de manejo de residuos peligrosos emitidas por el Ministerio de Salud y el Ministerio de Energía y Ambiente.
Estudio Financiero
87
4. ESTUDIO FINANCIERO
4.1 Necesidades de recursos Como se mostro en el estudio técnico, el total necesario de recursos para poner en marcha la planta de producción de aromáticos, se divide en dos puntos: inversiones fijas que se representa como inversión de capital, con un total de $ 10 084 568 conjuntado los equipos a utilizar y los costos asociados a su instalación. Y por otro lado el costo de producción anual total para el primer año que une: el costo de la materia prima, la mano de obra operativa, los servicios de planta y otros gastos administrativos para un total de $ 42 221 562. Se tiene entonces que estos dos valores dan una inversión total para cubrir la necesidad de recurso de $ 50 787 931.
4.2 Aporte de socios financiamiento
e
inversionistas
y
posibles
fuentes
de
El aporte de los inversionistas será de un 30% para la inversión de capital y será contribuido en efectivo. El restante 70% a invertir, será obtenido mediante préstamos de bancos, que se ajusten a un interés sobre el préstamo en base al LIBOR (London InterBank Offered Rate) + 5%, utilizado mundialmente como referencia para instrumentos financieros.
Estudio Financiero
88
4.3 Condiciones de los préstamos solicitados y amortización de los créditos Las condiciones del préstamo serán a un plazo de 15 años, se comenzara con una tasa de interés anual de 5,76% temporalmente referenciando al valor antes mencionado. Este interés puede cambiar a lo largo del tiempo de vida del proyecto, es por esto que posteriormente se realizara un análisis sobre la sensibilidad del proyecto hacia esta variable. El monto a obtener será de $7 059 197. El pago del préstamo se realizara anualmente al finalizar el año fiscal, a partir de estos datos se crea la tabla de amortización del proyecto la cual se muestra en el Cuadro 4.1. Cuadro 4.1 Tabla de amortización del préstamo. Año
Interés
Anualidad
Amortización
0
Deuda después del pago $ 7 059 197
1
$ 406 327
$ 308 963
$ 6 750 234
$ 388 543
$ 715 291 $ 715 291
2
$ 326 747
$ 6 423 486
3
$ 369 735
$ 715 291
$ 345 555
$ 6 077 930
4
$ 349 845
$ 715 291
$ 365 445
$ 5 712 485
5
$ 328 810
$ 715 291
$ 386 480
$ 5 326 004
6
$ 306 564
$ 715 291
$ 408 726
$ 4 917 278
7
$ 283 038
$ 715 291
$ 432 252
$ 4 485 025
8
$ 258 158
$ 715 291
$ 457 133
$ 4 027 892
9
$ 231 845
$ 715 291
$ 483 445
$ 3 544 446
10
$ 204 018
$ 715 291
$ 511 273
$ 3 033 173
11
$ 174 589
$ 715 291
$ 540 701
$ 2 492 471
12
$ 143 466
$ 715 291
$ 571 824
$ 1 920 646
13
$ 110 552
$ 715 291
$ 604 738
$ 1 315 907
14
$75 743
$ 715 291
$ 639 547
$ 676 360
15
$38 931
$ 715 291
$ 676 360
$ 0,0
Estudio Financiero
89
4.4 Punto de Equilibrio El punto de equilibrio permite determinar la cantidad mínima a producir, que permita equilibrar la ganancia con los costos de producción. Para estimar el punto de equilibrio del proyecto se calculan los costos fijos y variables de producción. Los costos fijos de producción incluyen la suma de los costos fijos de producción con cero producción (se incorporan mayoritariamente costos de mantenimiento de equipos y supervisión de mando de obra), los costos fijos de manufactura y la depreciación. Los costos variables son los que se resumen en el Cuadro 4.2, los mismos están resumidos para la producción total. Cuadro 4.2. Gastos variables anuales. Concepto
Costos materia prima Mano de obra operativa Supervisión operacional Servicios de planta Mantenimiento y reparaciones Suministros operacionales y repuestos Regalías Total
2014
$ 31 178 696 $ 2 312 640 $ 346 896 $ 4 432 923 $ 302 537 $ 45 380 $ 437 337 $ 39 056 411
El gasto total variable de producción se divide entre la producción para obtener el costo variable unitario, la misma operación se realiza para el costo unitario fijo. La multiplicación de cada valor por la producción y la suma de ellos nos darán los costos totales de producción, para el caso de los ingresos unitarios se toma individualmente el precio de cada producto y se calcula por separado el ingreso obtenido por cada uno y luego así obtener el total. Tomando en cuenta lo anterior se obtiene la figura 4.1 que se muestra a continuación.
Estudio Financiero
90
80.0 70.0 Millones de dolares ($)
COSTO FIJO (millones $)
60.0 COSTOS TOTALES (millones $)
50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 Produccion (millones de litros)
Figura 4.1 Punto de equilibrio del proyecto. En la figura anterior se observa que el punto de equilibrio se encuentra cercano a los 22 millones de litros producidos combinando tolueno, la mezcla de xilenos y los no aromáticos C8-C9. Para el año 2014 se producirán 27, 178 millones de litros de producto combinado, que a su vez es la menor producción a lo largo del proyecto, por lo que la operación se encuentra por encima del punto de equilibrio.
4.5 Estados Financieros proyectados 4.5.1 Flujo de Fondos proyectado sin financiamiento Con la información del valor de salvamento de los equipos, el presupuesto de ingresos, el resumen de costos y gastos anuales, el capital de trabajo requerido por año y la necesidad de recursos se construye el flujo de efectivo del proyecto que se presentan en el Cuadro 4.3. En este cuadro se muestra el flujo neto de fondos para el proyecto sin financiamiento. A cada año del proyecto se le debe sumar a la ganancia neta, el valor de las depreciaciones y se le tiene que restar el capital de trabajo en flujo. En el último año se le suma además, el valor de recuperación de los equipos.
Estudio Financiero
91
Cuadro 4.3. Flujo de Fondos del proyecto sin financiamiento (Cantidades en miles) 0 1 2 3 Concepto
AÑO 0
4
5
6
2014
2015
2016
2017
2018
2019
Ventas Tolueno
4 434
4 538
4 654
4 778
4 906
5 040
Precio del tolueno ($/L)*
1,10
1,16
1,21
1,26
1,31
1,35
Ventas Mezcla de Xilenos
5 823
6 116
6 370
6 607
6 837
7 065
Precio del tolueno ($/L)*
3,61
3,62
3,65
3,96
4,07
4,27
Ventas de no aromáticos
16 919
17 573
18 183
18 778
19 369
19 966
Precio del C8-C9 ($/L)*
0,92
0,97
1,02
1,07
1,11
1,16
Ingresos por venas
$ 41 516
$ 44 428
$ 47 398
$ 52 177
$ 55 765
$ 60 199
(-) Costo de producción
$ 42 221
$ 44 898
$ 47 903
$ 50 854
$ 53 926
$ 57 206
(=) Utilidad de operación
$ (705,2)
$ (469,7)
$ (505,3)
$ 1 322
$ 1 840
$ 2 992
$ 264,2
$ 226,6
$ 194,3
$ 166,7
$ 142,9
$ 122,6
$ (441,0)
$ (243,1)
$ (311,0)
$ 1 489
$ 1 983
$ 3 114
$ 8 303
$ 8 885
$ 9 479
$ 10 435
$11 153
$ 12 039
$ 582,5
$ 593,9
$ 955,7
$ 717,7
$ 886,6
$ 955,6
$ 264,2
$ 226,6
$ 194,3
$ 166,7
$ 142,9
$ 122,6
$ (1 023)
$ (837,1)
$ (1 266)
$ 771,8
$ 1 096
$ 2 159
(+) Depreciación (=) Ganancia Neta Capital de Trabajo (20% Ventas) (-) Capital de trabajo en Flujo (-) Depreciación Recuperación de Capital de Trabajo Recuperación de Ventas de equipos (=) FNF
$ (10 084)
Estudio Financiero
92
Cuadro 4.3. (Cont.) Flujo de Fondos del proyecto sin financiamiento (Cantidades en miles) 7 8 9 10 11 12 13
14
15
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
5 181
5 327
5 479
5 637
5 800
5 970
6 146
6 328
6 516
1,40
1,45
1,50
1,55
1,59
1,64
1,69
1,74
1,79
7 293
7 527
7 773
8 036
8 321
8 632
8 976
9 356
9 743
4,51
4,70
4,95
5,19
5,43
5,68
5,94
6,20
6,46
20 573
21 201
21 857
22 551
23 290
24 084
24 941
25 869
26 817
1,21
1,24
1,28
1,32
1,36
1,39
1,45
1,49
1,54
$ 64 976
$ 69 534
$ 74 675
$ 80 123
$ 85 977
$ 92 392
$ 99 845
$ 107 615
$ 115 801
$ 60 472
$ 63 713
$ 66 770
$ 70 199
$ 73 918
$ 77 778
$ 83 020
$ 87 925
$ 93 048
$ 4 504
$ 5 820
$ 7 904
$ 9 923
$ 12 058
$ 14 614
$ 16 825
$ 19 690
$ 22 752
$ 105,2
$ 90,2
$ 77,4
$ 66,4
$ 56,9
$ 48,8
$ 41,9
$ 35,9
$ 30,8
$ 4 609
$ 6 084
$ 7 981
$ 9 989
$ 12 115
$ 14 662
$ 16 866
$ 19 726
$ 22 783
$ 12 995
$ 13 906
$ 14 935
$ 16 024
$ 17 195
$ 18 478
$19 969
$ 21 523
$ 23 160
$ 911,4
$ 1 028
$ 1 089
$ 1 170
$ 1 283
$ 1 490
$ 1 554
$ 1 637
-
$ 105,2
$ 90,2
$ 77,4
$ 66,4
$ 56,9
$ 48,8
$ 41,9
$ 35,9
$ 30,8 $ 23 160 $ 1 825
$ 3 698
$ 5 056
* Precio unitario
$ 6 891
$ 8 818
$ 10 832
$ 13 172
$ 15 312
$ 18 088
$ 47 769
Estudio Financiero
93
En el cuadro anterior se puede observar que al inicio del proyecto se tienen flujos negativos de efectivo, causa del efecto de los costos. A medida que avanza la vida del proyecto este empieza a generar ganancias debido al aumento en la producción, hasta llegar al último año donde se suma el valor de recuperación de los equipos y capital de trabajo.
4.5.2
Flujo de Fondos proyectado con financiamiento
Con la información de la amortización del préstamo (Cuadro 4.1), el valor de recuperación del proyecto, el presupuesto de ingresos, el resumen de costos y gastos anuales, el capital de trabajo requerido por año y la necesidad de recursos se construye el estado de resultados y el flujo de fondos del proyecto que se presentan en el Cuadro 4.4. Al tener financiamiento de los bancos se reduce la inversión de capital en un 30% ya que esto será dinero aportado por los inversionistas directamente. En esta representación de los flujos de caja se agrega el pago por intereses sobre la deuda y la amortización de la misma. Las ventas proyectadas serán las mismas, así como los precios de los productos por lo que en este cuadro se resume la información como ingresos por ventas.
Estudio Financiero
94
Cuadro 4.4. Flujo de Fondos del proyecto con financiamiento. (Cantidades en miles) 0 1 2 3 Concepto
5
6
2014
2015
2016
2017
2018
2019
Ingresos por venas
$ 41 516
$ 44 428
$ 47 398
$ 52 177
$ 55 765
$ 60 199
(-) Costo de producción
$ 42 627
$ 45 287
$ 48 273
$ 51 204
$ 54 254
$ 57 513
(=) Utilidad de operación
$ (1 111)
$ (858,3)
$ (875,1)
$ 973,0
$ 1 511
$ 2 685
(+) Depreciación (-) Amortización de la Deuda (=) Ganancia Neta Capital de Trabajo (20% Ventas) (-) Capital de trabajo en Flujo (-) Depreciación Recuperación de Capital de Trabajo Recuperación de Ventas de equipos (=) FNF
$ 264,2
$ 226,6
$ 194,3
$ 166,7
$ 142,9
$ 122,6
$ 308,9
$ 326,7
$ 345,5
$ 365,4
$ 386,5
$ 408,7
$ (1 156)
$ (958,4)
$ (1 026)
$ 774,3
$ 1 267
$ 2 399
$ 8 303
$ 8 885
$ 9 479
$ 10 435
$11 153
$ 12 039
$ 582,5
$ 593,9
$ 955,7
$ 717,7
$ 886,6
$ 955,6
$ 264,2
$ 226,6
$ 194,3
$ 166,7
$ 142,9
$ 122,6
$ (1 738)
$ (1 552)
$ (1 982)
$ 56,5
$ 381,1
$ 1 443
* Precio unitario
AÑO 0
4
$ (7 059)
Estudio Financiero
95
Cuadro 4.4. (Cont.) Flujo de Fondos del proyecto con financiamiento. (Cantidades en miles) 7 8 9 10 11 12 13
14
15
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
$ 64 976
$ 69 534
$ 74 675
$ 80 123
$ 85 977
$ 92 392
$ 99 845
$ 107 615
$ 115 801
$ 60 755
$ 63 797
$ 67 002
$ 70 403
$ 74 093
$ 77 921
$ 83 130
$ 88 000
$ 93 087
$ 4 221
$ 5 736
$ 7 672
$ 9 719
$ 11 883
$ 14 470
$ 16 714
$ 19 614
$ 22 713
$ 105,2
$ 90,2
$ 77,4
$ 66,4
$ 56,9
$ 48,8
$ 41,9
$ 35,9
$ 30,8
$ 432,2
$ 457,1
$ 483,4
$ 511,2
$ 540,7
$ 48,8
$ 41,9
$ 35,9
$ 30,8
$ 4 609
$ 6 084
$ 7 981
$ 9 989
$ 12 115
$ 571,8
$ 604,7
$ 639,5
$ 676,3
$ 12 995
$ 13 906
$ 14 935
$ 16 024
$ 17 195
$ 18 478
$19 969
$ 21 523
$ 23 160
$ 911,4
$ 1 028
$ 1 089
$ 1 170
$ 1 283
$ 1 490
$ 1 554
$ 1 637
-
$ 105,2
$ 90,2
$ 77,4
$ 66,4
$ 56,9
$ 48,8
$ 41,9
$ 35,9
$ 30,8 $ 23 160 $ 1 825
$ 2 982
$ 4 341
$ 6 176
$ 8 103
$ 10 116
$ 12 457
$ 14 597
$ 17 373
$ 47 054
Estudio Financiero
96
En el cuadro anterior se puede observar que los flujos iniciales de caja son negativos, misma situación que se presenta con el flujo sin financiamiento, debido a que la capacidad de la planta no permite obtener los ingresos necesarios, como si sucede al avanzar la vida del proyecto. Además se puede denotar que la ganancia final del proyecto financiado es menor que si no existe financiamiento, pero esto no será el punto final para evaluar la rentabilidad del proyecto con respecto a esta variable de financiamiento. Para esto ser realiza una evaluación financiera para conocer el verdadero retorno de la inversión.
4.6 Evaluación financiera 4.6.1 Cálculo de la tasa de descuento (K) aplicable al proyecto La tasa de descuento es un valor financiero que permite determinar el valor futuro de una inversión actual, se utiliza en conjunto con un valor nominal esperado y el valor actual de inversión. La tasa de descuento aplicable al proyecto depende de si este es financiado o no. Si el proyecto se realiza sin financiamiento por lo tanto con más riesgo, la tasa de descuento será de un 16%, y si es financiada por los bancos ellos pondrán una tasa del 5,76% y los inversionistas no pondrán un retorno a la inversión ya que es solo un 30% de la inversión total y se reduce considerablemente el riesgo al tener que invertir menos dinero directamente. Las tasas se corrigen por la inflación que se considera del 2 %, ya que el préstamo es en dólares. En el Cuadro 4.5 se resumen las tasas de descuento para los distintos escenarios. Cuadro 4.5 Tasas de descuento. Concepto Tasa de descuento (k)
Sin Financiamiento
Con Financiamiento
Sin inflación
Con inflación
Sin inflación
Con inflación
16 %
18,32 %
4,03 %
6,11 %
Estudio Financiero
97
Valor actual neto (VAN), tasa interna de retorno (TIR) e índice de deseabilidad (ID) para el proyecto sin y con financiamiento El valor actual neto (VAN) nos provee la diferencia entre los flujos de efectivo
4.6.2
traídos a valor presente y la inversión inicial del proyecto. Para traer los flujos de efectivo a valor presente se utiliza la tasa de descuento antes mencionada. La tasa interna de retorno (TIR) es la tasa de descuento que hace que el valor actual de los flujos de efectivo sea igual a la inversión inicial del proyecto. El índice de deseabilidad (ID) expresa la relación entre el beneficio y el costo del proyecto, indica el número de veces que los flujos de efectivo final traídos a valor presente superan la inversión inicial. Analizando las definiciones de estos índices financieros, para que el proyecto sea financieramente rentable se requiere de la siguiente combinación de escenarios: -
TIR > K
-
VAN > 0
-
ID > 1 Cuando el TIR supera a la tasa de descuento, esto quiere decir que las expectativas de
los inversionistas con respecto al retorno de la inversión han sido sobrepasadas, en el caso del proyecto significa que se podrá realizar el pago de los préstamos utilizados como inversión. Si el VAN es positivo, significa que se obtienen ganancia trayendo el flujo de caja final a valores presentes, sobre la inversión inicial. Con el ID, siendo mayor a 1se garantiza cubrir la inversión inicial, el costo de capital y la generación de riqueza. En el Cuadro 4.6 se resume los resultados del cálculo del TIR, el VAN y el ID para los flujos netos de fondos del Cuadro 4.3 (sin financiamiento) y los flujos netos de fondos del Cuadro 4.4 (con financiamiento). Según los resultados obtenidos en el Cuadro 4.9 el proyecto sin financiamiento es financieramente rentable. La tasa de retorno obtenida con la inflación es de 22,61% que es superior a la tasa de descuento estimada. El ID obtenido es mayor a 1 y el VAN calculado es superior a 0 y da una ganancia sustancial.
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98
Cuadro 4.6 Cálculo del TIR, VAN e ID para el proyecto con y sin financiamiento. Sin Financiamiento Con Financiamiento Concepto Sin inflación Con inflación Sin inflación Con inflación Tasa de descuento (k) 16,00 % 18,32 % 4,03 % 6,11 % TIR 22,61% 22,61% 22,62% 22,62% VAN $ 10 076 140 $ 5 671 457 $ 63 816 560 $ 47 396 795 ID 2,0 1,56 10,04 7,71 Por otro lado, el proyecto con financiamiento también es financieramente rentable. Para el caso del TIR se tiene que este es de 22,62 % siendo muy superior a la tasa de descuento. De la misma forma el valor actual neto es mayor a cero y según el valor del ID se devuelve la inversión hasta 10 veces al final del proyecto. En resumen al analizar el TIR, el VAN y el ID del proyecto, este parece ser financieramente rentable ya sea con y sin financiamiento. Aunque se denota que si se toma menos riesgo realizando apalancamiento financiero con los prestamos, se obtiene mayor rentabilidad sobre la inversión. 4.6.3 Análisis de sensibilidad Se realiza un análisis de sensibilidad del proyecto realizando variaciones en variables que puedan afectar directamente al flujo de caja, y se evalúan luego de estos cambios los valores obtenidos de VAN y TIR. Se busca determinar el punto en donde la variación resulta en valores de VAN iguales a 0 y que el TIR se iguale a la tasa de descuento. La sensibilización se realizo con el escenario en donde el proyecto es financiado por el banco y los inversionistas, utilizando la tasa de descuento con inflación, se elige este escenario ya que es mejor en este tipo de proyectos distribuir el riesgo de la inversión en diferentes entidades, ya que no es recomendable asumir todo el riesgo de un proyecto. Para obtener los resultados del Cuadro 4.7, se varía en la hoja de cálculo el valor buscado hasta encontrar cuando el valor actual neto se iguale a 0. En el cuadro se observa cómo influye cada una de las variables en el proyecto. Según los resultados la variable más sensible es el mercado, si se da una caída en las ventas del 7,3% el proyecto deja de ser rentable. También es sensible relacionado con los costos y gastos, ya que si estos aumentan
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99
un 7,49% los mismos, no existirá retorno sobre la inversión. Si se considera que el estudio de mercado realizado tiene un 30 % de error, se puede considerar que el proyecto es sensible al volumen de ventas y a los costos totales de producción. Por otro lado el proyecto no es sensible a cambios en la tasa de interés sujeta al préstamo, o a un incremento en la inversión inicial de equipos. Cuadro 4.7 Sensibilidad del proyecto ante distintos escenarios. Concepto Cambio máximo tolerado por el proyecto Sensibilidad de la Tasa de Interés 17,45 % (285%*) Sensibilidad del Mercado - 7,30 % Sensibilidad Costos y Gastos 8,01 % Sensibilidad Inversión Inicial 246,0 % *Este valor representa el aumento porcentual, el cambio es el aumento en la tasa de corte total de 6,11% a 23,56%.
4.6.4 Análisis de riesgo Se realiza un análisis de riesgo sobre el proyecto utilizando las variables que representan mayor sensibilidad para el mismo, en este caso el volumen de ventas y los costos de producción totales. Para analizar el riesgo de este proyecto se utiliza el método de Montecarlo, el cual consiste en analizar 3 escenarios distintos (pesimista, esperado y optimista) y su probabilidad de ocurrencia. En el escenario pesimista, se le restan o suman las desviaciones estándar estimadas a las variables analizadas para obtener el peor escenario posible, y con los valores proyectados se vuelven a calcular el TIR y el VAN. Se realiza el mismo procedimiento para el escenario optimista, en el caso del escenario esperado se analiza solo la posibilidad de ocurrencia del mismo. Este método se describe más detalladamente en la muestra de cálculos del apéndice. En los cuadros resumen 4.8 y 4.9 se muestran los resultados obtenidos con el método Montecarlo.
Estudio Financiero
Cuadro 4.8 Análisis de riesgo por el método de Montecarlo. Concepto Probabilidad Escenario Pesimista Probabilidad Escenario Esperado Probabilidad Escenario Optimista Tasa de descuento TIR Pesimista TIR Esperado TIR Optimista VAN Pesimista VAN Esperado VAN Optimista Desviación estándar TIR Desviación estándar VAN
100
Valor 22,07 % 52,98 % 24,95 % 6,11 % 12,62% 27,61 % 16,86 % $ 13 308 509 $ 43 593 624 $ 26 610 893 7,73 % $15 179 782
Cuadro 4.9 Estimación del TIR y VAN para el proyecto según el método Montecarlo. Concepto Valor TIR Estimado 21,62 % VAN Estimado $ 32 672 066 Con la combinación de los tres escenarios y su probabilidad de ocurrencia se observa en el Cuadro 4.9, como el proyecto seguiría siendo financieramente rentable ya que el TIR sobrepasa en gran medida la tasa de descuento y el VAN obtenido proyecta un retorno muy amplio sobre la inversión, casi 3 veces el valor de la misma. Se denota que el riesgo de invertir en el proyecto es bajo ya que hasta en el caso del escenario pesimista es proyecto sigue siendo beneficioso.
Conclusiones y Recomendaciones
101
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Los productos a comerciar en el proyecto serán el tolueno y la mezcla de xilenos como solventes aromáticos, dejando de lado al benceno por su baja demanda.
La producción de la planta será de 345 bbl/diarios, combinando la producción de tolueno y la mezcla de xilenos.
La operación unitaria de reformado catalítico para obtener la materia prima, la nafta reformada será mediante el uso del CCR Platforming, y la tecnología para la purificación del tolueno será con el solvente Sulfolane.
La inversión inicial del proyecto se estimó en $ 50 787 931; de los cuales $ 10 084 568 son para las inversiones fijas y $ 40 703 362 de capital de trabajo.
Para el proyecto con financiamiento e inflación se tiene que el Valor Actual Neto es de $ 47 396 795; la Tasa Interna de Retorno de 22,62 % y el Índice de Deseabilidad de 7,71. Mientras que para el proyecto sin financiamiento e inflación el VAN es de $ 5 671 457,6; el TIR de 22,61 % y el ID de 1,56. El proyecto con financiamiento es mejor para los inversionistas, ya que se obtiene un mayor retorno a partir de una menor inversión.
El proyecto es sensible ante los cambios en el mercado, además sensible ante los cambios en los costos y gastos de producción, pero el proyecto no es sensible a aumentos en la tasa de interés del financiamiento o al costo de la inversión inicial de los inversionistas.
El proyecto presenta un bajo nivel de riesgo, según los valores obtenidos en los distintos escenarios, inclusive en el escenario pesimista los valores de TIR, VAN e ID son valores que indican que es un proyecto rentable.
La empresa cuenta con una fortaleza que es su amplia experiencia en los procesos petroquímicos, por lo que facilitaría la entrada del nuevo proyecto por experiencia de personal y un espacio adecuado.
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102
El nombre de la empresa le da respaldo a los productos, por lo que le daría una ventaja sobre los demás oferentes y su estrategia de inmersión al mercado.
Se recomienda del el análisis FODA, revisar según los procesos administrativos de la empresa, cual es el mejor camino que permita agilizar la aceptación del proyecto, con respecto a toda la normativa y documentación pertinente.
Se recomienda realizar un estudio de las tecnologías futuras para la producción de aromáticos, que permitan reducir el número de equipos y así los costos de energía para su funcionamiento.
Se recomienda investigar sobre los mercados fuera del centroamericano, con el fin de aumentar la capacidad productora de la planta y también la exportación de otros derivados de la Nafta y que no son aprovechados.
Se recomienda realizar un estudio más a fondo de la oferta, para afianzar un plan de marketing y comercialización, el cual no se realizó en este estudio y que es necesario para la inserción de los productos al mercado.
Se recomienda refinar el método para la estimación del capital de trabajo, con el fin de reducir la incertidumbre para un estudio futuro de factibilidad del proyecto, y realizar un cálculo más personalizado del proyecto.
Se buscar un mercado para exportar el Benceno que quedara como remanente del proceso de producción, con el fin de aumentar las ventas y la rentabilidad del proyecto.
6. BIBLIOGRAFÍA -
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-
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Complex.
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http://www.uop.com/aromatics/3050.html.
12
de
noviembre
del
7. NOMENCLATURA Símbolo PIB IMAE IPC x y m b P V C PU CapT
Significado Producto interno Bruto Índice Mensual de Actividad Económica Indice de precios al consumidor Coeficiente para la estimación de la demanda Coeficiente para la estimación de la demanda Coeficiente para la estimación de la demanda Coeficiente para la estimación de la demanda Variable independiente Variable dependiente Pendiente de la curva Intersección de la recta con el eje y. Precio Ventas Costo Precio unitario Capital de Trabajo
Unidades Millones de dolares/año Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Adimensional Varias Varias Varias Varias $ Cantidad/año $ $ $/año
Símbolo i n Cv CVTot Cf FNF d TIR VAN ID
Significado Tasa de interés anual del préstamo Número de cuotas para pagar el préstamo Costo Variable Costos Variables Totales Costos Fijos Flujo neto de Fondos Tasa de descuento del proyecto Tasa Interna de Retorno Valor Actual Neto Índice de Deseabilidad
Unidades Adimensional Adimensional $/garrafón $/año $/año $/año Adimensional Adimensional $ Adimensional
Subíndices est $ Ton 0 Tot
Estimada Dólares Toneladas Producción en 0 Total
Nomenclatura
106
APÉNDICE
Apéndice
108
A. Resultados Intermedios Cuadro A.1 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de tolueno para 1995 al 2009. Precio PIB** (en Población Demanda Año promedio millones de (miles de Toneladas* * ($/kg) dolares) personas)*** 1995 7 918 0,200 1996 5 138 0,326 10 236 1997 5 563 0,366 10 471 1998 6 786 0,313 10 713 1999 7 084 0,289 18 617 10 963 2000 6 318 0,412 19 288 11 225 2001 6 557 0,438 19 738 11 501 2002 9 635 0,412 20 182 11 778 2003 9 479 0,520 20 613 12 084 2004 10 451 0,750 21 179 12 389 2005 7 854 0,813 21 849 12 700 2006 9 643 0,957 21 016 13 048 2007 10 405 0,919 22 352 13 336 2008 7 850 1,086 23 253 13 668 2009 10 214 0,786 14 010
Guatemala del año
IMAE
IPC
82,0 84,0 86,0 88,8 93,19 99,11 100,00 103,38 104,64 108,85 111,98 116,97 123,51 126,37 -
75,2 85,5 95,40 106,0 116,2 125,1 134,7 145,7 158,5 167,4 179,0 199,4 210,3
: Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade). : PIB del sector Comercio *** : Instituto Nacional de Estadística de Guatemala, 2011.
*
**
Cuadro A.2 Resumen cálculos para estimación de , demanda de tolueno en Guatemala.
y del modelo econométrico de la (
15,7734 15,6590 15,6961 16,0809
9,8318 9,8673 9,8903 9,9126
9,3023 9,3259 9,3502 9,3740
-1,2406 -0,8875 -0,8254 -0,8879
4,5347 4,5962 4,6052 4,6385
4,5581 4,6634 4,7553 4,8291
15,7345 15,7906 15,8455 15,8966
) 1,508E-03 1,731E-02 2,234E-02 3,397E-02
Apéndice
109
Continuación Cuadro A.2 Resumen cálculos para estimación de econométrico de la demanda de tolueno en Guatemala.
,
y del modelo (
16,0647 9,9337 16,1623 9,9608 15,8765 9,9919 16,0818 9,9531 16,1578 10,0147 15,8761 10,0542 = - 0,011
9,3996 9,4246 9,4494 9,4764 9,4982 9,5228
-0,6535 -0,2882 -0,2067 -0,0435 -0,0843 0,0831
4,6505 4,6900 4,7183 4,7619 4,8163 4,8393
4,9031 4,9815 5,0658 5,1204 5,1874 5,2953
= 1,618
15,9507 16,0043 16,0586 16,1123 16,1585 15,7345 Mínimo Total
) 1,299E-02 2,495E-02 3,318E-02 9,310E-04 5,279E-07 1,508E-03 0,147
Cuadro A.3 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la mezcla de xilenos para Guatemala del año 1999 al 2008. Precio PIB** (en Población Demanda Año promedio millones de (miles de IMAE IPC Toneladas* * *** ($/kg) dolares) personas) 1999 10 963 38 4,526 18 617 93,19 95,4 2000 11 225 203 1,980 19 288 99,11 106,0 2001 11 501 0 1,544 19 738 100,00 116,2 2002 11 778 5.187 1,641 20 182 103,38 125,1 2003 12 084 2.329 1,648 20 613 104,64 134,7 2004 12 389 3.437 1,622 21 179 108,85 145,7 2005 12 700 37.000 0,913 21 849 111,98 158,5 2006 13 048 526.086 1,127 21 016 116,97 167,4 2007 13 336 525.020 1,139 22 352 123,51 179,0 2008 607.066 14 010 1,285 23 253 126,37 199,4 : Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade). : PIB del sector Comercio *** : Instituto Nacional de Estadística de Guatemala, 2011.
*
**
Apéndice
110
Cuadro A.4 Resumen cálculos para estimación de , y del modelo econométrico de la demanda de la mezcla de xilenos en Guatemala. ( ) 3,6376 9,8318 9,3023 1,5099 4,5347 4,5581 -0,1277 1,630E-02 5,3132 9,8673 9,3259 0,6832 4,5962 4,6634 -1,5215 2,315E+00 9,8903 9,3502 0,4347 4,6052 4,7553 4,2583 1,813E+01 8,5539 9,9126 9,3740 0,4951 4,6385 4,8291 -2,3482 5,514E+00 7,7532 9,9337 9,3996 0,4998 4,6505 4,9031 -0,4305 1,854E-01 8,1424 9,9608 9,4246 0,4839 4,6900 4,9815 1,0533 1,109E+00 10,5187 9,9919 9,4494 -0,0908 4,7183 5,0658 -1,5611 2,437E+00 13,1732 9,9531 9,4764 0,1196 4,7619 5,1204 -0,4038 1,630E-01 13,1712 10,0147 9,4982 0,1303 4,8163 5,1874 1,0773 1,161E+00 Mínimo 31,03 = 3,139 = 32,17 = 16,06 Total Cuadro A.5 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la tolueno para Costa Rica del año 2001 al 2008. Precio PIB** (en Población Demanda Año promedio millones de (miles de IMAE IPC Toneladas* ($/kg)* dolares) personas)*** 2001 4 124 0,512 16 118 4 008 152,8 58,2 2002 5 566 0,425 16 584 4 089 157,6 63,5 2003 3 915 0,502 17 646 4 167 177,9 69,5 2004 6 680 0,550 18 377 4 245 185,0 78,1 2005 5 122 0,711 19 470 4 322 196,6 88,9 2006 8 388 0,832 21 202 4 399 214,1 99,1 2007 5 929 0,935 22 845 4 462 230,2 108,3 2008 4 379 1,261 23 437 4 536 234,8 122,9 : Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade). : PIB del sector Comercio *** : Instituto Nacional de Estadística y Censos de Costa Rica, 2011.
*
**
Apéndice
111
Cuadro A.6 Resumen cálculos para estimación de , demanda de tolueno en Costa Rica.
y del modelo econométrico de la (
15,5322 9,6877 15,1804 9,7162 15,7147 9,7783 15,4492 9,8189 15,9424 9,8766 15,5955 9,9619 15,2924 10,0365 15,0976 10,0621 = -10,86
8,2960 8,3161 8,3350 8,3535 8,3715 8,3891 8,4034 8,4198
-0,8562 -0,6899 -0,5970 -0,3409 -0,1843 -0,0674 0,2317 0,0273
5,0294 5,0601 5,1812 5,2202 5,2809 5,3663 5,4390 5,4587
4,0637 4,1514 4,2417 4,3578 4,4871 4,5957 4,6851 4,8111
= -1,26 = 10,09
Cuadro A.7 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC Rica del año 2001 al 2008. Precio PIB** (en Demanda Año promedio millones de Toneladas* * ($/kg) dolares) 2001 1 910 0,461 16 118 2002 2 102 0,441 16 584 2003 1 555 0,514 17 646 2004 449,26 0,709 18 377 2005 1 916 0,897 19 470 2006 2 940 1,027 21 202 2007 2 414 1,206 22 845 2008 2 720 2,229 23 437 **
0,283
de la mezcla de xilenos para Costa Población (miles de personas)*** 4 008 4 089 4 167 4 245 4 322 4 399 4 462 4 536
: Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade). : PIB del sector Comercio *** : Instituto Nacional de Estadística y Censos de Costa Rica, 2011.
*
-0,1277 -1,5215 4,2583 -2,3482 -0,4305 1,0533 -1,5611 -0,4038 Mínimo Total
) 4,780E-02 3,293E-02 4,765E-03 7,659E-02 9,513E-02 1,570E-02 6,079E-04 9,966E-03
IMAE
IPC
152,8 157,6 177,9 185,0 196,6 214,1 230,2 234,8
58,2 63,5 69,5 78,1 88,9 99,1 108,3 122,9
Apéndice
112
Cuadro A.8 Resumen cálculos para estimación de , y del modelo econométrico de la demanda de la mezcla de xilenos en Costa Rica. ( ) 14,5587 9,6877 8,2960 -0,8562 5,0294 4,0637 -0,1277 4,780E-02 14,2575 9,7162 8,3161 -0,6899 5,0601 4,1514 -1,5215 3,293E-02 13,0154 9,7783 8,3350 -0,5970 5,1812 4,2417 4,2583 4,765E-03 14,4662 9,8189 8,3535 -0,3409 5,2202 4,3578 -2,3482 7,659E-02 14,8940 9,8766 8,3715 -0,1843 5,2809 4,4871 -0,4305 9,513E-02 14,6970 9,9619 8,3891 -0,0674 5,3663 4,5957 1,0533 1,570E-02 14,8165 10,0365 8,4034 0,2317 5,4390 4,6851 -1,5611 6,079E-04 14,8188 10,0621 8,4198 0,0273 5,4587 4,8111 -0,4038 9,966E-03 Mínimo 0,283 = -10,86 = -1,26 = 10,09 Total Cuadro A.9 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la tolueno para 2001 al 2007. Precio PIB** (en Población Demanda Año promedio millones de (miles de Toneladas* ($/kg)* dolares) personas)*** 2001 160,5 1,067 6 181 6 356 2002 3 762 0,498 6 349 6 485 2003 3 602 0,707 6 570 6 617 2004 3 327 0,747 6 900 6 753 2005 3 145 1,019 7 180 6 893 2006 3 628 1,307 9 588 7 029 2007 2 786 1,358 10 233 7 169 : Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade). : PIB del sector Comercio *** : Instituto Nacional de Estadística de Honduras, 2011.
*
**
Honduras del año
IMAE
IPC
204,21 213,48 218,57 227,97 233,79 255,19 270,71
116,2 125,1 134,7 145,6 158,5 167,3 178,9
Apéndice
113
Cuadro A.10 Resumen cálculos para estimación de , la demanda de tolueno en Honduras.
y del modelo econométrico de (
11,9864 15,1405 15,0971 15,0178 14,9616 15,1042 14,8403 = 0,618
8,7293 8,7567 8,7903 8,8393 8,9113 9,1683 9,2333
8,7572 8,7772 8,7974 8,8177 8,8383 8,8578 8,8775
-0,8562 -0,6899 -0,5970 -0,3409 -0,1843 -0,0674 0,0273
5,3192 5,3635 5,3871 5,4292 5,4544 5,5420 5,6010
4,7553 4,8295 4,9034 4,9814 5,0659 5,1201 5,1872
= -3,32 = 3,60
0,0072 -0,0322 0,0551 -0,0179 0,0233 -0,0761 0,0597 Mínimo Total
) 5,120E-05 1,038E-03 3,040E-03 3,205E-04 5,449E-04 5,789E-03 3,561E-03 0,014
Cuadro A.11 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de tolueno para El Salvador del año 1999 al 2007. Precio PIB** (en Población Demanda Año promedio millones de (miles de IMAE IPC Toneladas* ($/kg)* dolares) personas)*** 1999 3 681 0,605 12 857 6 154 170,3 153,9 2000 3 501 0,526 13 134 6 276 173,9 157,4 2001 3 822 0,602 13 358 6 397 175,9 163,4 2002 4 830 0,645 13 671 6 518 178,8 166,4 2003 5 244 0,753 13 985 6 638 180,6 169,9 2004 4 964 0,981 14 242 6 757 183,2 177,5 2005 3 839 1,133 14 634 6 875 187,5 185,8 2006 4 054 1,503 15 298 6 991 196,7 193,3 2007 3 481 1,554 16 009 7 093 207,1 202,1 : Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade). : PIB del sector Comercio *** : Dirección General de Estadística y Censo de El Salvador, 2011.
*
**
Apéndice
114 y del modelo econométrico de
Cuadro A.12 Resumen cálculos para estimación de , la demanda de tolueno en El Salvador.
( 15,1188 15,0688 15,1564 15,3905 15,4727 15,4178 15,1608 15,2154 15,0629 = 0,137
9,4617 9,4830 9,4999 9,5231 9,5458 9,5640 9,5911 9,6355 9,6810
8,7249 8,7445 8,7636 8,7823 8,8006 8,8183 8,8356 8,8524 8,8669
-0,5021 -0,6426 -0,5069 -0,4380 -0,2843 -0,0189 0,1248 0,4072 0,4409
5,1374 5,1586 5,1699 5,1863 5,1960 5,2108 5,2335 5,2819 5,3330
= -4,188 = -0,261
5,0364 5,0589 5,0962 5,1142 5,1351 5,1787 5,2245 5,2641 5,3089 = 4,355
15,2228 15,1923 15,2335 15,2507 15,3044 15,3414 15,3248 15,2227 15,0613 Mínimo Total
) 7,095E-03 1,120E-02 4,002E-03 2,347E-02 3,263E-02 7,183E-03 2,575E-02 2,722E-05 1,244E-07
Cuadro A.13 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la mezcla de xilenos Salvador del año 1999 al 2007. Precio PIB** (en Población Demanda Año promedio millones de (miles de IMAE Toneladas* * *** ($/kg) dolares) personas) 1999 10 963 2.375 8,955 18 617 93,19 2000 11 225 0 6,596 19 288 99,11 2001 11 501 0 6,596 19 738 100,00 2002 11 778 0 6,596 20 182 103,38 2003 12 084 0 6,596 20 613 104,64 2004 12 389 0 6,596 21 179 108,85 2005 12 700 56 10,643 21 849 111,98 2006 13 048 226 11,473 21 016 116,97 2007 14 010 692 9,711 23 253 126,37 : Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade). : PIB del sector Comercio *** : Dirección General de Estadística y Censo de El Salvador, 2011.
*
**
0,113 para El
IPC 95,4 106,0 116,2 125,1 134,7 145,7 158,5 167,4 199,4
Apéndice
115
y del modelo econométrico de Cuadro A.14 Resumen cálculos para estimación de , la demanda de la mezcla de xilenos en El Salvador. ( ) 7,7728 9,8318 9,3023 2,1922 4,5347 4,5581 -1,7391 4,097E+01 9,8673 9,3259 1,8864 4,5962 4,6634 6,8369 3,779E+00 9,8903 9,3502 1,8864 4,6052 4,7553 7,2524 2,346E+00 9,9126 9,3740 1,8864 4,6385 4,8291 7,3251 3,701E+00 9,9337 9,3996 1,8864 4,6505 4,9031 7,3033 2,329E+00 9,9608 9,4246 1,8864 4,6900 4,9815 7,7517 1,907E+00 4,0254 9,9919 9,4494 2,3649 4,7183 5,0658 3,1797 2,959E+00 5,4205 9,9531 9,4764 2,4400 4,7619 5,1204 1,6011 3,391E-04 6,5396 10,0147 9,4982 2,2733 4,8163 5,1874 0,6863 3,865E+00 Mínimo 67,55 = 0,927 = 111,27 = -19,50 = -26,48 Total Cuadro A.15 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la tolueno para Nicaragua del año 2001 al 2008. Precio PIB** (en Población Demanda Año promedio millones de (miles de IMAE IPC Toneladas* ($/kg)* dolares) personas)*** 2001 42,749 0,809 4 054 5 171 147,8 113,0 2002 166,998 0,645 4 085 5 239 148,0 116,9 2003 124,997 0,564 4 188 5 309 153,4 123,3 2004 438,550 0,620 4 403 5 382 163,0 133,8 2005 702,250 0,790 4 579 5 457 171,6 147,0 2006 782,706 0,952 4 779 5 526 178,2 158,8 2007 678,012 1,015 4 929 5 597 186,4 177,4 2008 705,344 1,181 5 088 5 670 190,2 213,1 : Fuente: International Merchandise Trade Statistics (UN Comtrade). : PIB del sector Comercio *** : Instituto Nacional de Información de Desarrollo de Nicaragua, 2011.
*
**
Apéndice
116 y del modelo econométrico de
Cuadro A.16 Resumen cálculos para estimación de , la demanda de tolueno en Nicaragua.
( 10,6631 12,0257 11,7360 12,9912 13,4620 13,5705 13,4269 13,4664 = -1,030
8,3076 8,3151 8,3400 8,3902 8,4292 8,4720 8,5030 8,5348
8,5508 8,5639 8,5772 8,5908 8,6047 8,6172 8,6300 8,6429
-0,2118 -0,4377 -0,5724 -0,4788 -0,2353 -0,0491 0,0150 0,1670
= -3,349
4,9959 4,9972 5,0330 5,0938 5,1452 5,1829 5,2280 5,2480 = 5,944
4,7274 4,7613 4,8146 4,8963 4,9904 5,0676 5,1784 5,3618 = -17,65
2,0679 0,5174 0,7856 -0,2435 -0,3966 -0,2679 0,0261 0,1178 Mínimo Total
) 8,550E-01 6,371E-05 3,810E-01 2,041E-01 6,183E-01 5,686E-01 2,860E-02 4,329E-01 3,089
Cuadro A.17 Inversión de capital. Inversión de capital $ 50 787 931,1 Cuadro A.18 Resumen de costos fijos de producción. Costo Fijos ($/año) Costo producción en 0 ($/año) 385 204 35 127 852
Costo Fijos Totales ($/año) 35 513 056
Cuadro A.19 Resumen de costos variables de producción. Costos Gastos Generales Gastos Generales de Variables Variables de Planta Administración ($/año) ($/año) ($/año) 39 056 411 1 777 244 2 779 103
Cuadro A.20 Datos para el cálculo y punto de equilibrio. Costo Variable unitario Precio ($/total Costo Fijo ($/total producido) producido) ($/año) 0,416 5,63 35 513 056
Costos Variables Totales ($/año) 8 484 905
Punto de Equilibrio (total producido/año) 22 000 000
Apéndice
117
Cuadro A.21 Resumen de los valores obtenidos del análisis de Sensibilidad variando el valor de la tasa de retorno. Tasa interna de retorno TIR VAN ID (%) (%) ($) 10 20,03 23 789 456 3,36 15 20,26 8 748 951 1,87 20 20,43 526 526 1,05 25 20,55 4 138 418 0,59 30 20,63 6 879 799 0,32 Cuadro A.22 Resumen de los valores obtenidos del análisis de Sensibilidad variando las ventas realizadas. Cambio en las ventas TIR VAN ID (%) (%) ($) 2 15,65 31 370 232 4,11 4 11,65 18 403 689 2,82 6 7,74 5 437 147 1,54 8 3,86 -7 529 396 0,25 Cuadro A.23 Resumen de los valores obtenidos del análisis de Sensibilidad variando los costos y gastos totales. Cambio en los costos TIR VAN y gastos totales ID (%) ($) (%) 2 15,86 32 504 077 4,22 4 12,16 20 671 380 3,05 6 8,65 8 838 684 1,88 8 5,27 -2 994 013 0,70
Apéndice
118
Cuadro A.24 Resumen de los valores obtenidos del análisis de Sensibilidad variando el capital de inversión. Cambio en el capital TIR VAN de inversión ID (%) ($) (%) 10 18,76 42 538 532 4,83 50 15,34 35 345 565 3,34 100 12,17 26 354 356 2,31 150 9,72 17 363 146 1,69 200 7,71 8 371 937 1,28 250 6,00 -2 994 013 0,98 Cuadro A.25 Resumen de los fondos obtenidos del método Monte Carlo del proyecto con financiamiento. Año 0 1 2 3 4 5 Escenario 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Pesimista - $7 059 - $2 397 - $ 2 377 - $ 2 822 - $ 1 460 - $ 1 320 Esperado - $7 059 $ 30,27 $ 113,64 - $ 283,35 $1 262 $ 1 489 Optimista - $7 059 - $ 2 444 - $ 2 647 - $ 2 647 - $ 917,14 - $ 602,43 *Cantidades en miles de dólares Cuadro A.26 Continuación Resumen de los fondos obtenidos del método Monte Carlo del proyecto con financiamiento. Año 6 7 8 9 10 11 Escenario 2020 2021 2022 2023 2024 2025 Pesimista - $622,43 $ 358,62 $ 1 231 $ 2 437 $ 3 698 $ 5 001 Esperado $ 2 277 $ 3 443 $ 4 429 $ 5 767 $ 7 159 $ 8 593 Optimista $ 314,66 $ 1 625 $ 2 725 $ 4 195 $ 5 717 $ 7 282 *Cantidades en miles de dólares
Apéndice
119
Cuadro A.27 Continuación Resumen de los fondos obtenidos del método Monte Carlo del proyecto con financiamiento. Año 12 13 14 15 Escenario 2020 2021 2022 2023 Pesimista $ 6 480 $ 7 840 $ 9 588 $ 35 700 Esperado $ 10 202 $ 11 723 $ 13 615 $ 41 119 Optimista $ 9 022 $ 10 704 $ 12 740 $ 41 636 *Cantidades en miles de dólares
Apéndice
120
B. Muestra de cálculo
B.1 Método de mínimos cuadrados para determinar Para determinar
y
y
del modelo econométrico
en el modelo econométrico se utiliza el método de mínimos
cuadrados con la ayuda de la función Solver de Excel®. El método consiste minimizar la diferencia entre demanda real y la demanda estimada con la población, el precio, el IMAE, el IPC y el PIB. Se supuso que el modelo econométrico que estima la demanda es de la forma: (B.1.1)
Por lo que con los datos históricos de demanda, PIB, IMAE, IPC, precio y población se realiza con la ayuda del Solver lo siguiente: (∑(
Variando ,
(
) )
(B.1.2)
y , hasta encontrar el mínimo de la suma del error al cuadrado.
Como ejemplo en el Cuadro A.2 se muestra el resumen de los cálculos realizados, utilizando los factores encontrados con la ayuda de la herramienta Solver del Excel®. Para esto cálculos se utilizaron las columnas 1 a la 6 del Cuadro A.1. B.2 Volúmenes estimados de producción par el total de producto en Centroamérica Se determino que el mercado a abarcar fuera del 15% de la demanda total existente durante la vida del proyecto. Así: (
(B.2)
)
Sumando los datos del Cuadro 2.4 y 2.5, las columnas 2, filas 2 se obtiene: (
)
(
)
El cual es el resultado del Cuadro 2.6 columna 2, fila 2. El resto de los resultados se obtuvieron de la misma forma, para este cuadro.
Apéndice
121
B.3 Pronóstico de la demanda estimada de los productos Como ejemplo se determino el siguiente modelo econométrico que describe la demanda de tolueno para Guatemala: O
(B.3)
De tal forma, utilizando los valores del Cuadro A.3 fila 2, columnas 2 y 4, se obtiene:
Tal valor está tabulado en el Cuadro A.2 fila 2, columna 7. Este cálculo se repite para los demás valores. B.4 Cálculo del valor del equipo en sitio Al valor del equipo en sitio, se le suma al valor del equipo en la fábrica un 40 % por flete terrestre, los costos de aduana y el transporte al sitio. Se tiene entonces: (B.4)
Con el dato del Cuadro 3.10, columna 3, fila 3, se tiene: Tal resultado se halla tabulado en el Cuadro 3.10, columna 3, fila 5. B.5 Cálculo de la inversión del proyecto mediante el método de estimación de costos por el método de porcentaje del equipo comprado Para calcular cada uno de los rubros de la inversión se realiza la siguiente operación: (B.5)
Tomando los datos del Cuadro 3.10, columna 3, fila 5 y columna 2, fila 6 se obtiene: El cual es el resultado tabulado en el Cuadro 3.10, columna 3, fila 6. Los demás costos se calculan de la misma forma que este.
Apéndice
122
B.6 Cálculo del Capital de trabajo Para calcular el capital de trabajo se utiliza la siguiente fórmula: (B.6)
Así con el dato del Cuadro 4.3, columna 3 y fila 2 se tiene lo siguiente:
Este resultado se encuentra en el Cuadro 4.3 columna 2, fila 13. Este mismo procedimiento se realiza para calcular los demás capitales de trabajo de este cuadro. B.7 Cálculo anualidad del préstamos Para calcular el pago anual del préstamo se utiliza la siguiente fórmula: (
(
)
)
(B.7)
Así, sabiendo que la tasa de interés del banco es 5,756 %, que préstamo se pagará en 15 años y que el monto es el presentado en el Cuadro 4.1, columna 5, fila 2, se tiene: (
(
)
)
Dato que se encuentra tabulado en el Cuadro 4.1, columna 3, fila 2. B.8 Cálculo del interés El interés acumulado durante un año del préstamo se calcula de la siguiente forma: (B.8)
Así, con el monto de la deuda presentado en el Cuadro 4.1, columna 5, fila 2, se tiene: Dato que se encuentra tabulado en el Cuadro 4.1, columna 2, fila 3. Los demás datos de esta columna se obtienen de la misma forma.
Apéndice
123
B.9 Cálculo de la amortización La amortización se calcula por medio de la igualdad: (B.9)
Haciendo uso de los valores del Cuadro 4.1, fila 3, columnas 2 y 3: Dato que se encuentra tabulado en el Cuadro 4.1, columna 4, fila 3. Los demás datos de esta columna se obtienen de manera similar. B.10 Cálculo de la deuda anual La deuda después del pago anual se calcula con la ecuación: (B.10)
Utilizando los valores del Cuadro 4.1, columna 5, fila 2 y columna 4 fila 3. Dato que se encuentra tabulado en el Cuadro 4.1, columna 5, fila 3. Este cálculo se realiza con los demás datos de esa columna.
B.11 Cálculo del ingreso para el proyecto El ingreso por ventas se calcula usando la ecuación: (B.11)
Para los datos del Cuadro 4.4, columna 3 filas 2, 3, 4, 5, 6 y 7 se tiene: (
)
Resultado que se muestra en el Cuadro 4.4 columna 3, fila 8. Los demás ingresos se calculan de manera similar. B.12 Cálculo del costo variable para la determinación del punto de equilibrio El costo variable total se calcula de la siguiente forma:
Apéndice
124 (B.12)
Utilizando los datos del Cuadro A.18, fila 2, columnas 3 y Cuadro A.19 fila 2 y columnas 1, 2 y 3. Dato que se tabula en el Cuadro A.19, columna 4, fila 2. B.13 Costo Variable por total de producción El costo variable por el total de producción, se calcula con la ecuación: (B.13)
Para los datos del Cuadro A.19, columna 4 fila 1, y se utilizan volúmenes de producción aleatorios para este caso 2 millones de unidades, se tiene entonces:
Resultado que se muestra en el Cuadro A.10, columna 1, fila 2. B.14 Cálculo del costo por depreciación El costo por depreciación se calcula utilizando el método de la reducción de saldos,
(
( ⁄
(
)
)
)
(B.14)
Para los datos del Cuadro 3.10 en la fila 3, columna 3 y con un valor de salvamento del 10% para los 15 años del proyecto, se tiene: ( ⁄
(
(
)
)
)
Resultado que se muestra en el Cuadro 4.3, columna 2, fila 15.
Apéndice
125
B.15 Cálculo del TIR Con la ecuación: (
)
∑
(
)
(
(B.15)
)
Resolviendo el valor TIR de la ecuación se obtiene la Tasa Interna de Retorno. Si esta tasa menor a la tasa de descuento, el proyecto no es rentable. B.16 Cálculo del VAN Para calcular el Valor Actual Neto (VAN) se utiliza la siguiente fórmula: (
)
∑
( (
) )
(B.16)
Con los datos del Cuadro 4.3, fila 19, se tiene: (
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
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)
Dato tabulado en el Cuadro 4.6, columna 3, fila 5. Los demás valores de este cuadro, así como los demás VAN del proyecto, se obtienen de esta forma. B.17 Cálculo de las aéreas para los intercambiadores de calor Para calcular las aéreas de los intercambiadores de calor se tiene la siguiente fórmula:
Apéndice
126 (B.17)
Con los datos del Cuadro 3.9, columna 3 y fila 3, se tiene que:
Dato tabulado en el Cuadro 3.9, columna 3, fila 3. Las demás áreas se calculan igual. B.18 Cálculo del ID Para calcular el Índice de Deseabilidad se realiza lo siguiente: (
)
(B.18)
Con el dato del Cuadro 4.3, columna 2, fila 19 y el dato del Cuadro 4.6, columna 3, fila 5, se obtiene:
Dato tabulado en el Cuadro 4.6, columna 3, fila 6. Los demás Índices de Deseabilidad se calculan igual.
B.19 Cálculo de la sensibilidad del proyecto Para determinar la sensibilidad del proyecto con respecto a la tasa de interés, al mercado o precio de venta, a los costos y los gastos y a la inversión inicial, se utiliza la Solver de Excel®. El método consiste lograr alguna de las siguientes igualdades: Para esto se introduce en el cálculo de los flujos netos de fondos un parámetro que haga varíe alguno de los factores deseados, y con la ayuda de Solver, se encuentra el valor de este parámetro que haga que se cumpla cualquiera de los dos igualdades.
Apéndice
127
B.20 Cálculo riesgo por el método de Montecarlo El método Montecarlo consiste en crear una distribución normal de los datos que se están analizando para así poder calcular la probabilidad que se den distintos escenarios. Para logra esto se siguen una serie de pasa descritos a continuación. Cálculo del promedio y desviación estándar de la variables Con los datos históricos de las variables buscadas, y los datos proyectados, se calcula el promedio de la variable y la desviación estándar de la muestra. Las variables buscadas en este análisis de riesgo son: el volumen de ventas y costos de producción. Creación de datos aleatorios El segundo paso de método es generar 10 mil datos aleatorios con media de 0,5 y una desviación estándar de 0,15. Estos datos se ordenan de menor a mayor. Elaboración de la distribución normal de las variables Con la ayuda de la función de distribución normal inversa de Excel® y con la media, la desviación estándar de cada una de las variables y los datos aleatorios obtenidos (que se utilizan como probabilidad de ocurrencia), se crea una distribución normal de cada una de la variables utilizadas. Creación de escenarios Con los datos proyectados y la desviación estándar calculada inicialmente, se crean distintos escenarios, a los cuales se les va a medir la probabilidad de ocurrencia. -
Escenario pesimista: a la demanda y al costo de producción se les resta su
respectiva desviación estándar. -
Escenario optimista: se realiza lo contrario que para el escenario pesimista,
la demanda y al costo de producción se les suma su respectiva desviación estándar.
Apéndice -
128 Escenario esperado: se utilizan los datos proyectados, sin sumarles o
restarles la desviación estándar. Probabilidad de ocurrencia Con la ayuda de la función “buscarv” de Excel ® se buscar el dato de cada escenario en la distribución normal creada para cada una de las variables y se encuentra la probabilidad de que este ocurra. Esto se realiza para todos los años del proyecto. Los resultados de cada uno de los años se promedian para así obtener la probabilidad promedio de que se tenga ese valor de la variable en el escenario. A cada una de las probabilidades se les aplica un peso relativo, que es este caso es de 55 % para el volumen de ventas, 45 % costos de producción y así se suman las probabilidades con su respectivo peso para obtener la probabilidad de ocurrencia del escenario. Si la suma de ocurrencia de los 3 escenarios no da 100 %, se tiene que sacar el porcentaje relativo de cada uno de los escenarios para obtener así el 100 %. Cálculos del TIR y VAN para cada uno de los escenarios Con ayuda de las desviaciones estándar encontradas inicialmente, se varía el flujo neto de fondos con financiamiento del proyecto, según lo indicado en la parte de creación de escenarios, y se procede a calcular el TIR y el VAN para cada uno de los escenarios. Cálculos del TIR y VAN estimado Con las probabilidades encontradas, y los TIR y VAN encontrados para los distintos escenarios se calcula el TIR y VAN estimado, realizando la suma de cada uno multiplicado por la probabilidad de ocurrencia. Estos TIR y VAN estimados, muestran la rentabilidad del proyecto considerando el riesgo. Si el TIR estimado es mayor que la tasa de descuento y el VAN estimado mayor a 0, significa que el proyecto es rentable y con poco riesgo.
