Para ayudar a los productores de biocombustibles a mejorar la producción de diésel renovable, ExxonMobil implementó la tecnología ExxonMobil Renewable Diesel (EMRD). Usando AVEVA PRO/II Simulation, ExxonMobil desarrolló EMRD, que más tarde incorporaron en la instalación de diésel renovable de Strathcona, la cual produce 20,000 barriles de combustible al día, convirtiendo a Strathcona en la instalación de diésel renovable más grande de Canadá. Se espera que esta nueva instalación ayude al sector del transporte canadiense a reducir sus emisiones de CO2 en 3 millones de toneladas métricas al año.
Desafíos
Producir nuevos combustibles sostenibles para satisfacer las necesidades energéticas del mundo
Los productores de combustible sostenible deben cumplir con especificaciones avanzadas de flujo en frío mientras maximizan el rendimiento
Optimizar diferentes variables en el proceso de diésel renovable, como las temperaturas de operación y las ubicaciones de las etapas de alimentación, requiere herramientas de simulación avanzadas y personalizables
Resultados
El nuevo proceso ExxonMobil Renewable Diesel (EMRD) ofrece un control superior, optimizando la producción a la vez que cumple con las estrictas especificaciones del producto.
20,000
barriles de diésel renovable por día esperados en la planta de diésel de Strathcona utilizando EMRD
3 millones
toneladas métricas de emisiones de CO2 reducidas anualmente en esta instalación
Diesel renovable de ExxonMobil (EMRD)
El sector del transporte produce aproximadamente una cuarta parte de las emisiones mundiales de CO2. Y aunque la necesidad y la urgencia de la acción climática se intensifican, nuestra necesidad de transportarnos a nosotros mismos, bienes y servicios no desaparece. La población mundial seguirá aumentando y, con ella, nuestra necesidad de transporte y nuestra demanda de energía.
Por eso, el líder en petróleo y gas está trazando un nuevo camino con ExxonMobil Renewable Diesel (EMRD), una tecnología de proceso patentada diseñada para ayudar a los productores de biocombustibles a mejorar la producción de diésel renovable cumpliendo las estrictas especificaciones del producto. ExxonMobil confió en AVEVA™ PRO/II Simulation para diseñar y optimizar EMRD.
Nuevos procesos para nuevas fuentes de combustible sostenibles
"El desarrollo de los combustibles sostenibles va a requerir que creemos muchos procesos nuevos", afirma el Dr. Trivedi "Y entonces, la pregunta es: ¿cómo puedo sintetizar ese nuevo proceso?" La respuesta es: con atención cuidadosa al detalle y herramientas avanzadas de simulación. En resumen, así es como se presenta la síntesis de procesos: el primer paso consiste en identificar la química que transformará su materia prima (en este caso, aceite de colza) en el producto deseado (diésel renovable). Y una vez que tenga la química, el siguiente paso es encontrar un catalizador que acelere la reacción para que pueda lograr una producción continua viable desde el punto de vista comercial. Después de eso, es el momento de diseñar los reactores que convertirán esa materia prima en producto.
En esta fase, además de producto, sus reactores producirán subproductos que no necesita, y es probable que también acabe con alguna materia prima no reaccionada, lo que significa que ha llegado el momento de diseñar la fase de síntesis de separación de su proceso.
El subproducto debe eliminarse y la materia prima no reaccionada debe reciclarse en el reactor para evitar la pérdida de rendimiento. Una vez hecho todo esto, ya conocerá los parámetros de funcionamiento de su reactor (presión, temperatura, caudal, etc.) y estará listo para aprovechar toda esa información para diseñar la red de intercambio de calor. A continuación, se diseña el sistema de suministro, que nos indica, a la entrada de la refinería o de la unidad, cuánta energía necesitaremos importar, cuánto combustible, vapor, etcétera. Por último, se convierte todo en DTI, se abandona la simulación y se empieza a construir.
El diseño y la optimización de cada una de estas fases del proceso son increíblemente complejos y requieren una tecnología de simulación sofisticada. Ahí es donde entra en juego AVEVA PRO/II Simulation.
Solución
AVEVA PRO/II Simulation, un simulador estacionario que optimiza el rendimiento de la planta mejorando el diseño de procesos, el análisis operativo y la realización de estudios de ingeniería.
Convertir la química en un proceso
"La química del diésel renovable es bien conocida y comprendida", afirma el Dr. Trivedi Sin embargo, comprender la química no es lo mismo que ponerla en práctica para producir 20,000 barriles de diésel renovable al día. Usando AVEVA PRO/II Simulation, ExxonMobil desarrolló su tecnología avanzada de procesamiento, EMRD. A diferencia de otros procesos de producción de diésel renovable en el mercado, que suelen ser procesos de una sola etapa, el EMRD se lleva a cabo en dos etapas. El hidrotratamiento y el desparafinado se controlan por separado, lo que proporciona a los productores de biocombustibles el control superior que necesitan para cumplir con las propiedades avanzadas de flujo en frío mientras maximizan su rendimiento. Con la refracción añadida, el EMRD también puede producir combustible sostenible para aviones como producto secundario.
El componente predominante de la materia prima biológica —aceite vegetal o aceite de cocina usado— es el triglicérido, una molécula compuesta por tres glicéridos conectados en un extremo. "Este es el mismo triglicérido que se encuentra en su sangre", señala el Dr. Trivedi. ExxonMobil utiliza EMRD para convertir estos triglicéridos e hidrógeno en n-parafinas, así como en propano, agua, monóxido de carbono y dióxido de carbono. Las n-parafinas, o parafinas normales, tienen un punto de ebullición similar al del diésel y los combustibles para aviones, pero hay un problema: a medida que la temperatura baja, estas parafinas comienzan a solidificarse. "Mejor no verse en esta situación a 30,000 pies de altura", dice el Dr. Trivedi.
Utilizando la simulación AVEVA PRO/II, el equipo puede asegurarse de que el combustible renovable que está produciendo tenga las mismas propiedades que el combustible convencional. Una posible solución es descomponer estas largas y pesadas moléculas de carbono para mejorar las deficientes propiedades de flujo en frío de las n-parafinas. Sin embargo, esta estrategia reduce el rendimiento. Con AVEVA PRO/II Simulation, ExxonMobil diseñó un proceso para convertir parafinas en iso-parafinas, lo que preserva el rendimiento a la vez que mejora el punto de enturbiamiento del diésel resultante, que es la temperatura más baja a la que se puede observar la formación de cristales en el biodiésel como una suspensión turbia.
"Disponer de múltiples formas de predecir las cosas en el simulador ayuda a identificar rápidamente los límites y a llegar a un diseño robusto".
—Dr. Kirtan Trivedi, Proyectos Globales, ExxonMobil
Herramientas esenciales para el diseño optimizado de procesos
Desde el diseño de los reactores y el sistema de enfriamiento hasta la optimización de la red de intercambiadores de calor a través del llamado análisis "pinch", el proceso para producir diésel renovable es increíblemente intrincado y complejo. Con AVEVA PRO/II Simulation, ExxonMobil disponía de las herramientas de simulación avanzadas que necesitaba para simplificar este proceso. Como resultado, el equipo ha reducido el tiempo de construcción del modelo y de cálculo y ha mejorado su comprensión fundamental de cómo funciona el modelo y cómo interactúan sus componentes.
Otra ventaja de AVEVA PRO/II Simulation es la posibilidad de integrar en la simulación las propiedades de los componentes a partir de sus propios datos de planta. Con AVEVA PRO/II Simulation, dice el Dr. Trivedi, ExxonMobil puede encontrar los "sujetalibros" del modelo de diseño incorporando diferentes métodos de cálculo del punto de inflamabilidad en la simulación, lo que garantiza que el equipo cree un diseño de alta calidad. Según el Dr. Trivedi, esto es fundamental para garantizar que el sistema hidráulico pueda soportar los productos que fabrica ExxonMobil. "Una vez creadas las bases", comenta el Dr. Trivedi, "no querrá que ninguna de estas cosas le limite a la hora de maximizar beneficios".
Conclusión
Ahora que ExxonMobil ha sintetizado y optimizado su tecnología de proceso EMRD con AVEVA PRO/II Simulation, es hora de dejar el simulador y, como dice el Dr. Trivedi, "ponerse manos a la obra". Como parte del plan de la compañía de invertir aproximadamente 17 000 millones de dólares en iniciativas de combustibles de bajas emisiones para 2027, ExxonMobil incorporará su tecnología EMRD en la unidad de diésel renovable Strathcona de Imperial. La refinería utilizará aceite de canolaa de origen autóctono como materia prima para producir unos 20 000 barriles de combustible al día, lo que convertirá a Strathcona en la mayor planta de gasóleo renovable de Canadá. Una vez en funcionamiento, se estima que esta nueva planta podría ayudar al sector del transporte canadiense a reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero en aproximadamente 3 millones de toneladas métricas al año.
Aspectos destacados del producto
Simulación AVEVA PRO/II: el simulador de procesos en estado estacionario de confianza
Anteriormente conocido como PRO/II Process Engineering
Un simulador que optimiza el rendimiento de la planta mejora el diseño de sus procesos y el análisis operativo mediante la realización de estudios de ingeniería.
