Sistemas de Cracking de Bajo Nivel de Emisiones Alineados con las Normas de Carbono para 2025

Comprender la Presión Regulatoria para Sistemas de Cracking de Aceite con Bajas Emisiones

Fenómeno: Aumento de la Presión Regulatoria sobre las Emisiones de Refinerías

Las refinerías de todo el mundo están siendo observadas más de cerca que nunca, ya que los gobiernos continúan endureciendo sus normas sobre emisiones de carbono. Tome por ejemplo el Sistema de Comercio de Emisiones de la UE, que ahora impone penalizaciones a las empresas de más de 110 dólares por tonelada métrica si exceden sus límites de CO2. Y luego están las regulaciones Euro VI, que exigen que las refinerías reduzcan casi un 30% las partículas diminutas en el aire para 2025 en comparación con el nivel de 2020, según investigaciones del ICCT del año pasado. Este tipo de regulaciones no solo se están aplicando en Europa. Aproximadamente una cuarta parte de los estados de EE.UU. han copiado básicamente el programa de California sobre estándares de combustibles de bajo carbono. Mientras tanto, al otro lado del Pacífico, China ha lanzado su propio sistema nacional de mercado de carbono que incluye aproximadamente 2.200 instalaciones industriales diferentes, muchas de las cuales procesan petróleo crudo mediante operaciones de craqueo.

Cómo los Sistemas de Craqueo de Petróleo Influyen en la Huella de Carbono

Las unidades de craqueo catalítico fluido (FCC) son responsables del 40 al 60 por ciento de la huella de carbono de una refinería, ya que estas operaciones requieren mucha energía para sus procesos térmicos, además de todos esos ciclos de regeneración de catalizadores. Según investigaciones recientes del Estudio de Balance de Materiales y Energía publicado en 2024, la modernización de los sistemas antiguos de craqueo podría reducir en realidad las emisiones del Alcance 1 en aproximadamente un 34 por ciento por cada barril procesado a través de ellos. Hay varias áreas en las que las mejoras pueden marcar una diferencia real. Para empezar, ajustar adecuadamente las temperaturas del reactor ayuda a prevenir el excesivo coqueo, lo cual por sí solo ahorra entre 12 y 18 por ciento en el consumo de gas combustible. Otra gran ventaja proviene de la instalación de sistemas de recuperación de calor residual, que reducen significativamente los requerimientos de vapor en aproximadamente un 25 por ciento. Y no debemos olvidar cambiar a materias primas derivadas de materiales de biomasa. Este cambio por sí solo reduce las emisiones del ciclo de vida en casi la mitad, un 52 por ciento, convirtiéndose en una de las estrategias más impactantes disponibles en la actualidad.

Estudio de Caso: Refinerías Europeas Cumpliendo con Euro VI y EU ETS

Un consorcio de refinerías del Rin-Ruhr logró una reducción del 22 % en emisiones en seis unidades de craqueo en 2023 mediante intervenciones progresivas:

La inversión de 740 millones de dólares del proyecto generó ahorros anuales de 210 millones de dólares en costos de carbono evitados y mejoras de productividad, demostrando la viabilidad comercial del cumplimiento.

Integración Estratégica de ESG y Cumplimiento en las Operaciones de Refinación

Los operadores que desean mantenerse a la vanguardia están conectando sus estrategias de control de emisiones con estándares ESG que ponen la intensidad de carbono en primer plano. Según las últimas recomendaciones de 2024 del Energy Institute, las empresas deberían integrar el seguimiento en tiempo real de emisiones directamente en las pantallas de sus operaciones diarias. Algunas empresas incluso han comenzado a vincular alrededor de un tercio de los bonos de la alta dirección a lo bien que alcancen dichas metas de descarbonización. Este enfoque aborda lo que más preocupa actualmente a los inversores en cuanto a informes ambientales, pero también hay otro ángulo. Las empresas que adoptan estas prácticas ahora están mejor posicionadas cuando los precios del carbono siguen subiendo, algo que muchos expertos predicen que sucederá en los próximos años a medida que los gobiernos endurezcan las regulaciones sobre gases de efecto invernadero.

Innovaciones en Procesos de Craqueo de Bajas Emisiones y Tecnología de Catalizadores

Procesos de Craqueo Ecológicos: Avances en Hidrocraqueo y FCC

Hoy en día, la hidrotratamiento funciona aproximadamente un 15 a 20 por ciento más fría que los métodos tradicionales, típicamente entre 300 y 400 grados Celsius. Esta disminución de temperatura significa que se requiere menos energía en general, pero aún así mantiene altos niveles de producción. Las unidades de craqueo catalítico fluido también han experimentado mejoras recientemente, con nuevos diseños de regeneradores que hacen la combustión mucho más eficiente. Estos cambios ayudan a reducir las emisiones de dióxido de carbono en alrededor del 12 al 18 por ciento por cada ciclo de procesamiento. En cuanto a los catalizadores, las versiones de sílice-alúmina también están mostrando un gran potencial. Ellos incrementan las tasas de conversión de hidrocarburos en aproximadamente un 25 por ciento en comparación con lo que era posible antes, según investigaciones publicadas por Mizuno y colegas en 2023. Tales avances facilitan que las refinerías cumplan con los requisitos establecidos por el Sistema de Comercio de Emisiones de la Unión Europea.

Catalizadores de Nueva Generación para Reducir CO− en Sistemas de Craqueo de Petróleo

La innovación en catalizadores es fundamental para la descarbonización. Las zeolitas nanoestructuradas dopadas con metales de tierras raras mejoran la eficiencia de craqueo, permitiendo una cinética de reacción 30–40 % más rápida. Los catalizadores selectivos ahora priorizan la producción de olefinas mientras minimizan la formación de coque, una importante fuente de emisiones directas, logrando una selectividad de producto 10–15 % mayor y reduciendo las necesidades de reprocesamiento y el consiguiente desperdicio energético.

Estudio de caso: Catalizadores selectivos logrando una reducción de 18–22 % en las emisiones de CO−

A finales de 2023, una refinería cerca de Hamburgo realizó pruebas con catalizadores FCC modificados con cobalto directamente en su entorno real de producción. Al cabo de aproximadamente medio año, observaron que las emisiones de CO2 disminuyeron entre un 18 y un 22 por ciento en comparación con los resultados obtenidos con catalizadores convencionales. ¡Lo mejor? La producción de diésel se mantuvo exactamente igual durante todo ese tiempo. Lo que ocurrió fue que estos nuevos catalizadores distribuyeron mejor el metal sobre las superficies, lo cual hizo que las reacciones de transferencia de hidrógeno funcionaran más eficientemente. Además, menos gas combustible terminó perdiéndose en forma de humo. En total, esto significó un ahorro anual de alrededor de 2,7 millones de euros solamente por la compra reducida de créditos de carbono de la UE. Así que aquí tenemos la prueba de que ser ecológico no siempre significa gastar más dinero.

Integración de Captura y Almacenamiento de Carbono en Sistemas de Cracking de Petróleo

Tecnologías de CCUS en Refinerías: Aplicación en Unidades de Cracking

Los sistemas CCUS desempeñan un papel fundamental en la reducción de emisiones de CO₂ en refinerías de petróleo, especialmente en lo que respecta a las unidades de craqueo. Básicamente, estos sistemas capturan las emisiones directamente en el lugar donde se generan, las comprimen para convertirlas en una forma transportable y las envían a lugares como formaciones salinas profundas para su almacenamiento a largo plazo. El Comité sobre el Cambio Climático del Reino Unido informó el año pasado que si las industrias se toman en serio la adopción de la tecnología CCUS, podríamos ver cómo alrededor de la mitad de todas las emisiones de las refinerías desaparecieran para 2035. Para poner esto en perspectiva: las unidades de craqueo toman hidrocarburos espesos y pesados y los convierten en combustibles más ligeros que son los que realmente desean comprar los consumidores. Estas partes específicas de las refinerías contribuyen entre el 15% y el 25% de la emisión total de carbono, por lo que no es de extrañar que estén en primer plano cuando las empresas consideran modernizar sus instalaciones con soluciones de captura de carbono.

Soluciones de CCS Específicas para Unidades de Craqueo Catalítico Fluidizado (FCC)

Las unidades de craqueo catalítico fluido (FCC, por sus siglas en inglés) que transforman los aceites gasólicos pesados en gasolina utilizable están comenzando a incorporar tecnología de captura y almacenamiento de carbono (CCS, por sus siglas en inglés) diseñada específicamente para estos procesos de alta temperatura y catalizados. La última generación de disolventes basados en aminas puede capturar alrededor del 90 al 95 por ciento de las emisiones de CO2, sin consumir demasiada energía adicional del sistema. Según una investigación reciente publicada por Inspenet en 2024, cuando CCS se integra en las operaciones FCC, reduce las emisiones totales en aproximadamente 18 a 22 toneladas métricas cada hora. También estamos viendo que los sistemas híbridos ganan popularidad últimamente, combinando métodos de captura post-combustión con técnicas de combustión en atmósfera de oxígeno (oxy fuel). Estos enfoques mixtos suelen funcionar mejor en zonas donde el precio del carbono ha superado los 80 dólares por tonelada, lo que hace que la inversión sea más viable económicamente para los operadores de plantas que buscan reducir su huella ambiental.

Equilibrio entre Costo y Sostenibilidad en la Adopción de CCS

CCS definitivamente tiene ventajas ambientales, pero su adopción generalizada depende de reducir esos costos y contar con políticas de apoyo. Actualmente, la implementación de CCS agrega alrededor de 12 a 18 dólares por cada barril de petróleo refinado, y la mayor parte de este gasto proviene de la construcción de instalaciones de almacenamiento y redes de transporte. La buena noticia es que estamos viendo algunos desarrollos prometedores. Los sistemas modulares de captura y las redes compartidas de tuberías para CO2 ya están reduciendo los requisitos iniciales de inversión en un 30 a 40 por ciento en muchos casos. Analizando lo que el gobierno del Reino Unido presentó en su estrategia de CCS de 2024, señalan que combinar incentivos financieros como el crédito fiscal de 85 dólares por tonelada con esfuerzos de producción a gran escala de hidrógeno podría convertir los proyectos de CCS en refinerías en una inversión financieramente rentable ya en 2027.

Digitalización e inteligencia artificial para la optimización de emisiones en operaciones de craqueo

Optimización de procesos mediante inteligencia artificial en sistemas de craqueo de petróleo

Los sistemas modernos de aprendizaje automático analizan todo tipo de datos provenientes de las operaciones de craqueo petrolero en la actualidad. Monitorean aspectos como el tipo de materia prima que se está utilizando, cómo cambian las temperaturas con el tiempo y qué tan eficientemente están actuando los catalizadores antes de realizar ajustes en tiempo real. Algunos algoritmos bastante avanzados pueden predecir en realidad cuáles serán los mejores momentos para los procesos de craqueo, generalmente entre uno y dos días antes. Esto ayuda a reducir el desperdicio de energía cuando hay un cambio de un proceso a otro. Según hallazgos recientes de la Agencia Internacional de Energía, las plantas que han implementado inteligencia artificial para sus unidades de craqueo suelen ahorrar alrededor del 12 e incluso hasta el 18 por ciento en costos energéticos en comparación con los métodos anteriores en los que todo debía controlarse manualmente. Esa es una diferencia considerable si se tiene en cuenta lo costosa que se ha vuelto la energía últimamente.

Automatización y monitoreo en tiempo real para la eficiencia energética

Las unidades de craqueo catalítico fluido ahora vienen equipadas con sensores IoT que monitorean los niveles de dióxido de carbono, los patrones de distribución del calor y el desempeño de los catalizadores. Estos sistemas inteligentes ajustan automáticamente parámetros como la mezcla de aire y combustible, el momento en que se inyecta vapor y la temperatura a la que operan los reactores durante las actividades en tiempo real. Investigaciones del año pasado sobre el control de emisiones mediante sensores revelaron algo bastante impresionante: en realidad, estos pequeños ajustes pueden reducir en aproximadamente un veinte por ciento los gases de efecto invernadero generados durante el proceso de refinación. Para las refinerías que buscan cumplir con las normas ambientales sin sacrificar la producción, este tipo de monitoreo en tiempo real marca toda la diferencia.

Estudio de Caso: Unidades FCC Optimizadas con IA Reduciendo el Consumo de Energía en un 15%

Una refinería europea recientemente implementó controles predictivos basados en inteligencia artificial para su unidad de craqueo catalítico fluidizado (FCC), centrándose específicamente en esos ciclos de regeneración que consumen mucha energía. Los sistemas de aprendizaje automático determinaron los mejores ajustes para los quemadores y la velocidad a la que deberían circular los catalizadores, todo ello en función del tipo de materia prima que entraba en cada momento. Tras aproximadamente 18 meses de funcionamiento con esta configuración, observaron una reducción bastante significativa en el consumo de gas natural, alrededor del 15 %, lo que equivale a unos 3,2 MMBtu por barril procesado. Lo aún mejor es que lograron mantener la eficiencia del craqueo en un impresionante 99,2 %. Esta historia de éxito demuestra que enfoques similares pueden funcionar bien a gran escala, especialmente en instalaciones más grandes que procesan más de 200 000 barriles cada día, sin comprometer los estándares de rendimiento.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son los principales factores que impulsan la regulación hacia sistemas de craqueo petrolero de bajas emisiones?

Regulaciones estrictas sobre carbono y emisiones, como el Sistema de Comercio de Derechos de Emisión de la UE y Euro VI, están obligando a las refinerías a adoptar sistemas de bajas emisiones para evitar sanciones y garantizar el cumplimiento.

¿Cómo afectan los sistemas de craqueo de petróleo a la huella de carbono de una refinería?

Los sistemas de craqueo, especialmente las unidades de craqueo catalítico fluido (FCC), contribuyen significativamente a la huella de carbono de una refinería debido a sus altas demandas energéticas y ciclos de regeneración de catalizadores.

¿Qué tecnologías pueden implementar las refinerías para reducir emisiones?

Las refinerías pueden implementar sistemas de recuperación de calor residual, cambiar a materias primas derivadas de biomasa y adoptar CCUS y optimizaciones basadas en inteligencia artificial para reducir eficazmente las emisiones.

¿Cómo pueden los refineros equilibrar costos y sostenibilidad al adoptar tecnologías de CCS?

Incentivos financieros, sistemas modulares de captura y redes compartidas de oleoductos de CO2 pueden ayudar a las refinerías a equilibrar costos con sostenibilidad, haciendo más factible la adopción de CCS.