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La orimulsion: propiedades y problemática




Enviado por ramireza



    Indice
    1.
    Introducción

    2. Historia
    3. Composición de la
    orimulsión

    4. La orimulsión y el riesgo
    ambiental

    6. Conclusión
    7. Bibliografía

    1.
    Introducción

    La Orimulsión representa la cumbre de la investigación petrolera en Venezuela, y
    debido a una serie de características favorables, prometía
    ser el combustible del siglo XXI para la producción de electricidad. Sin
    embargo, es sabido que a pesar de las expectativas no ha logrado
    calar en el mercado de los
    combustibles.
    La intención de este trabajo es la de analizar cuales son
    las posibles causas que provocan esta situación. Para
    esto, se
    presentan y analizan diversos aspectos del producto,
    tales como su composición química, propiedades
    físicas, así como se analizan aspectos referidos al
    impacto
    ambiental del combustible en el ambiente.
    Luego se presenta un estudio de lo que se cree son las
    principales causas por las cuales la emulsión no ha tenido
    la aceptación esperada como combustible para la
    generación de energía, para finalmente presentar
    las conclusiones que se pueden alcanzar en este
    contexto.

    2. Historia

    A principios de la
    década de los ochenta, producto de la convulsionada
    situación que se vivía en el medio oriente, los
    precios del
    petróleo
    alcanzaron niveles nunca antes vistos en la historia de la
    producción de crudo. Venezuela, aislada de aquella
    problemática, vio como sus ingresos por
    concepto de
    venta de
    petróleo crecían de manera desbordante. En la misma
    época, se descubren yacimientos de pesados en la faja del
    Orinoco, y se determina que estos son de una magnitud
    extraordinaria, tanto que, aún en la actualidad se
    consideran los depósitos de crudo más grandes de
    todo el mundo. Dentro de aquella bonanza, y pensando en la
    necesidad de expansión ante un muy probable aumento de la
    demanda, se
    ideo un plan de desarrollo de
    gigantescas magnitudes con el fin de crear un complejo refinador
    que utilizaría como materia prima
    el crudo extraído de la faja recién descubierta. El
    hecho de que este petróleo fuese del tipo pesado,
    implicaba un reto tecnológico a la hora de transportar
    este material por sistemas de
    bombeo, algo necesario para la refinación por los métodos
    convencionales conocidos en la época.

    Ante esta situación, El Intevep, en conjunto con
    la Universidad de
    los Andes, comenzaron una serie de estudios sobre posibilidades
    para solventar el problema planteado. Una de las soluciones
    propuestas era la de mezclar el hidrocarburo pesado con livianos,
    a fin de hacerlo mas fluido, sin embargo, se trabajó en la
    posibilidad de emulsificar el pesado y así hacerlo fluir.
    Esta investigación se desarrollo por varios
    años.
    Para mediados de los ochenta, la situación mundial
    había cambiado, los precios del crudo bajaron nuevamente,
    se produjo una crisis de
    presupuesto en el
    país, y los ingresos que sustentaban e impulsaban los
    sueños de expansión se desvanecieron. En este
    punto, los estudios de emulsificación de pesados que se
    encontraban bastante adelantados, se quedaban sin vigencia. Pero,
    partiendo de la idea proporcionada por otro estudio sobre la
    factibilidad
    de utilizar el bitumen natural como combustible, se
    decidió probar quemando la emulsión desarrollada.
    El agua
    presente en la emulsión, proporcionaba
    características muy interesantes al ahora nuevo
    combustible, las cuales serán descritas mas adelante. Es
    así como se presenta la Orimulsión como una nueva
    alternativa de combustible para las plantas de
    generación de energía, sobretodo donde se utiliza
    el fuel oil o el carbón como carburantes.

    A partir de aquí, la investigación tomo
    otro rumbo, se comenzó a trabajar en el perfeccionamiento
    de este nuevo producto, y se desarrollaron patentes a lo largo de
    todo el proceso de
    producción, desde la obtención de la materia prima,
    hasta el transporte del
    producto; todas, incluyendo la del producto mismo, propiedad de
    la única empresa que
    produce la Orimulsión: Bitor, Bitumenes del Orinoco.
    Actualmente se produce Orimulsión-400, que es la ultima
    formulación del combustible, y de la cual se
    presentarán datos más
    precisos mas adelante.

    3. Composición de
    la orimulsión

    Como se ha dicho antes, la Orimulsión no es
    más que una emulsión de crudo pesado en agua. A
    grandes rasgos, su composición porcentual es de
    aproximadamente un 30% de agua, 70% de bitumen natural, y un
    agregado menor al 0,2 que representa la fracción de
    surfractante y estabilizante de emulsión. El surfractante
    es un tipo de alcohol
    etoxilato, y el estabilizante es monoetanolamina. El bitumen y el
    agua presentan diferencias de polaridad muy grandes, y como el
    agua y el aceite, no se mezclan naturalmente. Los etoxilatos y
    las aminas son moléculas polares, estas se adhieren a las
    partículas de crudo, rodeándolas completamente. La
    polaridad de las moléculas las hace solubles en el agua,
    solubilidad que logra la estabilización de las
    partículas de bitumen en el agua, evitando la
    precipitación.

     

    Las características químicas de la
    Orimulsión-400 fueron evaluadas por Environment Canada y se
    presentan en la siguiente tabla:

     

     

    Parámetro

     

    Composición

    Análisis Elemental (%p)

    Carbón

    Hidrogeno

    Oxigeno

    Nitrógeno

    Azufre

    Grupos de hidrocarburos(%p)

    Saturados

    Aromáticos

    Resinas

    Asfaltos

    Compuestos volátiles (ppm)

    Benzeno

    Tolueno

    Etilbenceno

    Xileno

    Hidrocarburos alcanos poliaromaticos

    C0–C4

    (m
    g/g bitumen)

    Naftalenos

    Antracenos

    Otros

    Metales (ppm)

    Níquel

    Vanadio

    Sodio

     

     

     

    61,8

    10,8

    26,9

    0,5

    2,85

     

     

    14

    47

    22

    17

     

     

    0

    4

    19

    13

     

     

     

     

    0,774

    1,140

    1,126

     

    70-80

    320

    <30

    Fuente: Environment Canada
    1998.

    Se observa aquí que la emulsión se compone
    principalmente de resinas y aromáticos, los cuales
    representan en conjunto más del 60% de su
    composición. También es importante notar que las
    concentraciones de compuestos volátiles y de
    poliaromaticos son relativamente bajas, cuando se compara con
    otros combustibles derivados de petróleo. Como ejemplo, se
    tiene que el fuel oil, presenta en análisis similares concentraciones de
    volátiles de mas de 450ppm, una concentración mas
    de 10 veces mayor a la que se observa para la Orimulsión.
    Lo transcendental de esto, es que estos compuestos son de muy
    alta toxicidad, teniendo estos un gran potencial cancerígeno. La relativamente alta
    concentración de metales se debe a
    que esta es una característica de los crudos pesados de la
    faja del Orinoco.

    Propiedades físicas
    Una de las más importantes propiedades de la
    Orimulsión tiene que ver con su contenido de agua. Y es
    que este previene la ignición espontanea del combustible.
    Mas aún, como se ha visto, la cantidad de volátiles
    presentes es muy baja, por lo que prácticamente todos los
    vapores provenientes del combustible son de agua, los cuales no
    son inflamables. Esto se evidencia en su alto punto de flash, alrededor
    de 90ºC. La densidad de la
    Orimulsión se encuentra entre la del agua de mar y el agua
    pura, con una viscosidad
    más de 20 veces menor que el bitumen original.

    Propiedades físicas de la
    Orimulsión-400

    Contenido de agua(%p)

    Tamaño medio de
    partículas(m m)

    Densidad(g/ml)

    Punto flash(ºC)

    Tensión superficial(mN/m)

     

    30

    19

    1,0095

    >95

    35

    Fuente: Environment Canada
    1998.

    4. La orimulsión y el
    riesgo
    ambiental

    Emisiones al ambiente
    Durante la producción de energía a partir de
    combustibles fósiles, se pueden producir emisiones de
    trazas de elementos debido a la presencia de pequeñas
    cantidades de impurezas en el combustible. Estas impurezas son
    resultado del origen del combustible. Durante la combustión, estas impurezas pueden ser
    emitidas al ambiente como partículas o compuestos
    gaseosos. Aparte de esto, se pueden desprender compuestos
    orgánicos producidos por la combustión
    incompleta de los combustibles, así como reacciones que se
    llevan a cabo en la combustión. A continuación se
    muestra una
    tabla comparativa de las emisiones para combustibles de extendido
    uso y la Orimulsión:

     

    Emisión de trazas de elementos
    (10-6 lb/mmBtu)

     

    Contaminante

     

    Orimulsión

    Fuel Oil

    Carbón

    Arsénico

    Berilio

    Cromo

    Plomo

    Mercurio

    Níquel

    Selenio

    Vanadio

    Flúor

    Cloruro de hidrogeno

     

    2,9

    0,3

    0,16

    0,9

    <0,2

    3,5

    0,12

    18,000

    0,150

    1,975

    2,6 – 12

    0,1 – 0,6

    3 – 9

    3 – 14

    0,2 – 1

    0,460 – 1,140

    0,7 – 6

    0,100 – 5,5

    245

    1,9 – 3,1

     

    78 – 850

    54 – 96

    99 – 210

    161 – 362

    5,2 – 15,9

    61 – 121

    30 – 400

    0,121 – 0,275

    5,00 – 9,800

    10,00 – 200,00

    Fuente: EPA.

     

     

    Emisiones de algunos compuestos orgánicos
    (10-6 lb/mmBtu)

     

    Contaminante

     

    Orimulsión

    Fuel Oil

    Carbón

    Gas Natural

    Formaldehído

    Tolueno

    Volátiles

     

    4,7

    21

    2,000

    7,5 – 56

    4,8 – 20

    5,000

    1,5 – 6

    0,7 – 3

    2,500

    7 –150

    10

    5,500

    Fuente: EPA.

    Se observa en estos datos que la concentración
    para las emisiones es bastante similar con respecto a otros
    combustibles, con la particularidad de que las emisiones de plomo
    y mercurio son menores en la Orimulsión que en el Fuel Oil
    y en el Carbón, siendo estos dos metales dos de los
    más peligrosos para la salud y el medio
    ambiente. Estos valores se
    basan en mediciones de emisiones no controladas. Utilizando
    métodos de control es
    posible reducir mucho más los contaminantes producidos en
    la combustión. Donde la Orimulsión presenta
    desventaja es en la emisión del Vanadio, pero esta se
    puede controlar por los métodos antes
    mencionados.

    Otro contaminante asociado a la quema de combustibles
    fósiles son las partículas finas, que son aquellas
    con un diámetro de 10 micrones o menos. La
    producción de partículas finas depende de la
    composición del combustible, siendo por lo general
    más propensos a producir partículas aquellos mas
    pesados. Según la EPA, la Orimulsión produce una
    porción mayor de partículas finas que el Fuel Oil,
    cuando la combustión no es controlada. Usando un método de
    control de emisiones, es posible reducir las emisiones muy por
    debajo de los niveles del Fuel Oil, lo que le da ventaja a la
    Orimulsión en este aspecto, ya que este tipo de control no
    se utiliza en los sistemas que operan con Fuel Oil.
    Otra de las ventajas del uso de la Orimulsión esta
    relacionada con las emisiones de óxidos de
    nitrógeno. El agua presente en la emulsión, sirve
    de reguladora de la producción de estos gases,
    presentando una menor cantidad de compuestos de nitrógeno
    en los gases de combustión, comparando con otros
    combustibles.

    Comportamiento en el Agua
    El medio de transporte de la Orimulsión a las plantas de
    energía es tradicionalmente la vía marítima,
    por lo que es importante considerar las consecuencias de un
    derrame en el ambiente marino.
    Al mezclarse con agua pura, la emulsión se rompe,
    separándose el bitumen del agua de la emulsión. La
    disolución de hidrocarburos en el agua es muy poca. Debido
    a que la densidad del bitumen es algo mayor a la del agua pura,
    este tiende a precipitar cuando no existen corrientes en el agua.
    Debido al tamaño de las partículas, cualquier
    mínima energía mantiene las partículas
    suspendidas en el agua. El comportamiento
    en agua salada es básicamente el mismo, con la
    particularidad de que, dependiendo de la concentración de
    sal y las condiciones de temperatura,
    las partículas tienden a elevarse a la superficie, debido
    a la diferencia de densidades. La Orimulsión, a diferencia
    de otros hidrocarburos, no tiende a formar las
    características "manchas" que se observan en los derrames
    de combustibles derivados de petróleo, sino más
    bien se dispersa formando especies de columnas dentro del agua.
    Esto representa un problema real, ya que no son aplicables los
    métodos de limpieza conocidos y en la actualidad no
    existen métodos especializados para este fin. El
    surfractante tiende a disolverse en el agua, pero este puede ser
    descompuesto por bacteria hasta desaparecer.

    Uno de los mayores contaminantes asociados con los
    hidrocarburos son los poliaromaticos. Estos son particularmente
    dañinos en ambientes acuáticos. Como ya se ha
    visto, la concentración de estos en la Orimulsión
    es relativamente pequeña, comparando con otros
    combustibles como el Fuel Oil.

    5. La problemática de la
    Orimulsión

    Como ya se ha visto, la Orimulsión presenta
    ciertos beneficios en su uso, sobretodo desde el punto de vista
    ambiental, cuando se compara con otras alternativas de
    combustible fósil. Sin embargo, desde el comienzo de su
    producción a escala comercial,
    ha presentado grandes dificultades para colocarse en el mercado,
    al punto que Bitor, la única productora del combustible se
    encuentra en dificultades económicas. La Orimulsión
    se utiliza en varios países del mundo como combustible
    para la producción de energía, pero su uso no ha
    sido tan difundido como esperaban sus productores, y esto se
    puede atribuir principalmente ha dos factores que son:
    dificultades técnicas,
    y problemas de
    imagen.

     

    País

    Planta

    Fecha de arranque

    Producción
    (MW)

    Toneladas/año.

    Japón

    Kashima-Kita

    1991

    220 + vapor

    750,000

    Japón

    Kansai Electric- Osaka#4

    1994

    156

    200,00

    Japón

    Hokkaido Electric Power-Shiriuchi#2

    1997

    350

    120,000

    Italia

    Enel-Brindisi

    1998

    2X660

    1,400,000

    Italia

    Enel – Fiume Santo

    1999

    2×320

    1,200,000

    Dinamarca

    S.K Power Asnaes

    1995

    640/700

    1,400,000

    Canadá

    NB Power Dalhousie

    1994

    315

    800,000

    Plantas que utilizan Orimulsión en el
    mundo(Fuente: Bitor).

     

    Dificultades Técnicas
    Para la utilización de la Orimulsión como
    combustible, es necesario la utilización de ciertos
    aditamentos para obtener un mejor desempeño de esta. Uno de estos aditamentos
    viene a ser un suplidor de hidróxido de magnesio, que
    sirve como inhibidor de la corrosión. En formulaciones previas del
    combustible se había agregado este aditivo en forma de
    nitrato de magnesio, pero, la practica llevo a determinar que era
    más efectivo el agregar el magnesio de manera directa. Las
    características de este suplidor dependen de las
    caracteristicas y configuración de la planta y requiere un
    estudio especifico para cada caso.

    Otros componentes de importancia son los relativos al
    control de emisiones. Las plantas que utilizan Orimulsión
    están equipadas con sistemas de desulfuracion de gases(FGD
    por sus siglas en ingles) además de sistemas de
    precipitadores electrostáticos(ESP). Los FGD permiten
    reducir las emisiones de trazas de elementos, mientras que el ESP
    permite reducir la emisión de partículas finas
    hasta niveles muy bajos. El ESP es indispensable para el trabajo con
    Orimulsión, mientras que el FGD es importante para la
    reducción de la emisión de Vanadio y níquel.
    Estos equipos son exigidos por Bitor a sus clientes para la
    utilización del combustible.

    La gran mayoría de las plantas de energía,
    no utilizan estos dispositivos de control o se utilizan de manera
    ineficiente, particularmente en aquellas donde se trabaja con
    Fuel Oil. Todo este equipamiento adicional, implica un costo adicional a
    la hora de invertir en un sistema de
    generación de energía, lo que llevaría a
    inversionistas a preferir sistemas convencionales, que cubran sus
    necesidades además de las regulaciones ambientales. Solo
    en caso de que las regulaciones ambientales se vuelvan más
    severas, es que tendría mas peso como opción la
    utilización de sistemas basados en
    Orimulsión.

    Problemas de imagen. El caso Florida.
    A mediados de los noventa, la empresa
    Florida Power & Light comienza a desarrollar un proyecto para
    utilizar la Orimulsión en una de sus plantas ubicada en
    Parrish, Florida. Esta sería la primera
    implementación del combustible en territorio
    norteamericano, e implicaba una cuantiosa inversión, así como la
    aprobación del gobierno del
    estado de
    Florida. Al salir a la luz este
    proyecto, comenzó una enorme campaña de
    oposición y desprestigio en contra de la
    utilización del nuevo combustible. Frentes ambientalistas
    y grupos de
    consumidores, entre otros, iniciaron campañas de oposicion
    evidentemente aupados por competidores en el área de los
    combustibles. De hecho, uno de los primeros grupos en oponerse a
    la utilización del combustible fue la Asociación
    Americana del Carbón, que se vería seriamente
    afectada por la introducción de este nuevo
    combustible.

    Entre los grupos que se oponían a la
    Orimulsión se encontraban grupos ambientalistas como
    Sierra Club y el FCAN, dos de sus más duros objetores. A
    continuación se presenta parte de un articulo del FCAN
    titulado "Orimulsion: Protecting FP&L While You
    Become Guinea Pigs" (Orimulsión: Protegiendo a FP&L
    mientras ustedes se convierten en conejillos de indias)
    que se puede encontrar en su pagina web
    (www.fcan.org) y que da una idea de la visión que se
    había creado para el combustible:
    "La Orimulsión es una barata y abundante brea venezolana,
    la cual el más grande inversionista de nuestro estado,
    Florida Power & Light, quiere quemar en su planta cercana a
    Parrish, FL. Su promotor, Bitor Inc. (con base en South Florida)
    ha negociado un dulce acuerdo entre FP&L y el gobierno
    venezolano, para asegurar una fuente de combustible más
    barata para sus plantas de poder"
    En este articulo el presidente de la asociación esgrime
    sus argumentos en contra de la Orimulsión, entre las
    cuales se encuentra la preocupación ante un posible
    derrame, el supuesto aumento de las emisiones de CO2 y
    NOx, la toxicidad del surfractante, emisión de
    partículas, entre otras. Estas ideas son las mismas que
    exponían todos los demás grupos que se
    oponían a la utilización del combustible. Partiendo
    de lo explicado en secciones anteriores, se puede concluir que
    muchos de estos argumentos no eran del todo validos. Al final, el
    gobierno de Florida votó en contra de la aprobación
    del proyecto de FP&L. Este revés produjo un grave
    daño a la imagen del producto, poniendo en duda las
    ventajas que aseguraba tener.

    Estos problemas Provocaron que las expectativas de
    utilidades de la empresa Bitor no fuesen alcanzadas, poniendo en
    duda la estabilidad financiera de la compañía, al
    punto que PDVSA piensa venderla, más aun cuando las
    investigaciones de la corporación
    venezolana en el campo de los pesados se dirigen a la
    obtención de crudos ligeros y medianos partiendo de los
    pesados, o lo que se ha llamado crudo sintético, y ya no a
    la utilización de los bitumenes de manera directa. Esto
    representa un factor de riesgo que es evaluado por inversionistas
    que buscan una fuente de combustible estable y confiable, factor
    agravado aun más por la situación política que
    atraviesa actualmente Venezuela. Una de las banderas que hondeaba
    con mas fuerza Bitor a
    la hora de promocionar su producto, es que Venezuela había
    sido el productor de crudo más confiable del mundo,
    ó por lo menos lo fue, hasta los sucesos de este
    año.

    6.
    Conclusión

    La Orimulsión, cuando es utilizada con la
    tecnología
    adecuada, representa una fuente de energía alternativa muy
    atractiva, sobretodo desde el punto de vista ambiental. Sin
    embargo, las fuentes de
    energía alternativas atractivas nunca son bien recibidas
    en el mundo del mercado energético. La Orimulsión
    no fue la excepción a esto. Mas que verdaderos
    obstáculos técnicos, la Orimulsión a tenido
    que enfrentarse a poderosos intereses económicos y
    políticos, que no están dispuestos a compartir su
    posición con nadie. Esta historia se ha repetido muchas
    veces con otras nuevas
    tecnologías en el área energética, y por
    lo general lleva mucho tiempo y esfuerzo
    lograr un lugar dentro de este tan competitivo campo.
    Pero no se puede decir que la insignia de la innovación tecnológica venezolana
    tenga un futuro promisorio, ya que los cambios políticos
    que se suceden actualmente dentro de Petróleos de
    Venezuela, no dejan una visión muy clara de cual
    será el destino del combustible.

    7.
    Bibliografía

    Wade, Quimica Organica.
    Bitor. www.orimulsionfuel.com
    Sierra club. www.sierraclub.org
    Revista
    PRODUCTO.

     

     

     

     

    Autor:

    Alexis Ramirez

    Bárbula, 10 de Marzo de 2003.

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