RAFFINAGEMODEL SERUM IN HOOFDLIJNEN

MAART 1997

ECN-C--96-066

RAFFINAGEMODEL SERUM IN HOOFDLIJNEN Toets en illustratie van de werking I.C. KOK P. KROON

Verantwoording Dit rapport betreft een door ECN-Beleidsstudies verrichte studie in het kader van NEV-instmmentarium, ECN-projectnummer 17037.

Abstract In 1989 on request of the mlnistry of Economic Affairs the unit Policy Studies of the Netherlands Energy Research Foundation (ECN) developed a model on the refining industry in the Netherlands. The LP-model, called SERUM, is used for long term energy scenario’s developed at ECN. It is able to calculate the effect of various changes in crudes, feedstocks, product demand, product specification, energy use and SO2-emission standards. The model contains three different refineries which equally fulfil product demand. Each refinery has its own processing units, energy supply and blending facilities.

This report describes a set of calculations using the model to illustrate ~ts main features. In the model and in practice energy consumption is mainiy influenced by throughput and product mix (percentage of heavy products). According to the model there is an optimal balance in the ratio between diesel and gasoil on one hand and both naphtha and gasoline on the other hand. A product ratio, which differs from the balance va|ue, can cause an increase of 10% in energy consumption or meer wlth production limits. The model contains no separate energy saving measures. Difference between model and practice can be observed in the amount of natural gas firing and the handling of heavy fuel oil. It appears that not all practical restrictions are incorporated in the model. The model is ab[e to calculate the effect of certain changes in product quallty or S0~-emission limits. Cost and energy figures of these changes are comparable with literature values.

2

ECN-C--96-066

INHOUD SAMENVATTING

5

1. INLEIDING

7

2o

ECN-C--96-066

MODELBESCHRIJVING 2.1 Algemeen overzicht 2.2 Exogene variabelen 2.:3 Keuze van het algoritme

9 9 10 14

BEREKENINGEN AAN DE HOOFDLIJNEN 3.1 Productvraag hoger dan destillatiewinning 3.2 Effect draaien in drie configu~aties 3.3 Effect productmix 3.4 Effect kwaliteiten 3.5 Effect crude-pri]sverschillen 3.6 Effect capaciteiten binnen een configuratie 3.7 Energievoorziening versus raffinageproces 3.8 Samenvattend overzicht hoofdlijnen

15 15 17 20 22 24 26 27 30

VERWACHTINGEN EN CONCLUSIES 4.1 Factoren die het b~andatofverbruik aanzienlijk beïnvloeden 4.2 Opmerkingen bij de diverse onderzochte hoofdlijnen 4.3 Samenvattend

33 33 33 36

REFEREN~ES

39

APPENDIX A. Productverdeling over de configuraties

41

APPENDIX B. Detailresultaten berekeningen

43

3

Raf~finagemodel SERUM in hoofdlijnen

4

ECN-C--96-066

SAMENVATTING In de periode 1987-1989 heeft de unit Beleidsstudies van het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) in opdracht van het ministerie van Economische Zaken een model ontwikkeld van de Nederlandse raffinage-industrie. Het LP-model, SERUM, wordt gebruikt in het kader van lange termijn energieverkenningen, zoals door ECN regelmatig worden uitgevoerd. Het model is in staat om effecten te betekenen van wijzigingen crudes, feedstocks, productvraag, productkwaliteiten, energiegebruik en SO2-emissie-eisen. Het model bestaat uit drie separate raffinaderijtypen waarover de productvraag verdeeld wordt. Elke raffinaderij heeft zijn eigen raffinageunits, energievoorziening en blending-faciliteiten. Dit rapport beschrijft een aantal berekeningen die uitgevoerd zijn om de hoofdlijnen van het model te laten zien. Zowel in het model als in de praktiik blijkt het energiegebruik van de sector sterk be’invloed te worden door de doorzet en de samenstelling van de productvraag (het aandeel lichte producten). Uit de modelberekeningen blijkt dat er een optimale verhouding bestaat tussen diesel en gasolie aan de ene kant en benzine en nafta aan de andere kant. Een productleverhouding die hier van afwijkt kan aanleiding geven tot een 10% hoger brandstofgebruik van de sector of zelfs stuiten op productielimieten. Het SERUM-model bevat nog geen separate energiebesparingsmaatregelen. Uit de berekeningen blijkt dat er verschillen bestaan tussen het model en de praktijk op het gebied van aardgasinzet en het omgaan met zware residuale stookolie. Het lijkt er op dat het model niet alle beperkingen bevat die in de praktijk aanwezig zijn. In de berekeningen komen deze, op zich al bekende knelpunten, vrij significant naar voren. Het model is in staat om de effecten te betekenen van wijzigingen in een aantal productkwaliteiten en SO~-emissie-eisen. Wordt gekeken naar het effect van deze wijzigingen op kosten en energiegebruik dan blijk het berekende effect, wat orde van grootte betreft, vergelijkbaar met waarden uit de literatuur.

ECN C--96-006

~

Rat~finagemode~ SERUM in hooídlijnen

1. INLEIDING In opdracht van het ministerie van Economische Zaken (Directo~aat Generaal voor Energie/DGE) voert de unit Beleidsstudies van het Energieonderzoek Centrum Nederland periodiek scenariostudies uit (de zogenaamde Nationale Energie Verkenningen/NEV [1,5]) op het gebied van energie. De studies dienen als ondersteuning voor de energiebeleidsvorming bij DGE. Een module (in de vorm van een model voor de raffinagesector) is daarbij onmisbaar. Het model moet in (toekomst)scenario studies op inzichtelijke en realistische wijze de berekening van de mogelijke bijdrage van de raffinaderijen op het gebied van brandstofinzet, energiegebruik en mifieubelasting met SO2, NO× en Cd2 kunnen invullen. Het gaat hierbij vooral om beantwoording van ’what i~...’ vragen. Bii deze verkennende studies zufien gesignaleerde ontwikkelingen bij de raffinage gevolgd worden door aanvullende (sector)studies ter controle en bevestiging. Vanwege het brede scala aan mogelijke toekomstige ontwikkelingen is het model tamelijk ’breed’ opgezet (ook al worden sommige opties slechts af en toe gebruikt). Het model SERUM van de raffinagesector dat momenteel bij ECN-Beleidsstudies gebruikt wordt is dan ook een redelijk gedetailleerd LP-model. Afhankel¤jk van de vraag naar olieproducten en de prijs van drie soorten ruwe olie wordt het brandstofverbruik van de sector bepaald wordt. Randvoorwaarden hierbij zijn de inzet van drie verschillende raffinage configurat]es, de technische en economische specificaties van de processtappen en de kwaliteitseisen waaraan de eindproducten moeten voldoen. De specificaties van dit model zijn tijdens de modelontwikkeling in 1987 vastgelegd. De modelontwikkeling, dìe plaatsvond ìn opdracht van het Ministerie van Economische Zaken, is destijds ondersteund door een begeleidingscommissie met daarin commissie]eden afkomstig van een drietal ministeries en een drietal raffinaderijen. Inmiddels is duidelijk geworden dat de modelbeschrijving uit 1989 [2] aanvulfing behoeft. In de beschrijving heeft het weergeven van de fysieke en economische gegevens voorop gestaan. De hoofdlijnen van het model zijn hier echter moeilijk uit te halen. Daarnaast is niet duidelijk in hoeverre het model gevoelig is voor bepaalde wijzigingen van invoergegevens. Tijdens de modelontwikkeling en ook de afgelopen jaren is hierna wel onderzoek gedaan, maar dit is niet in een rapport vastge/egd. In overleg met het Ministerie van Economische Zaken is daarom besioten om in dit rapport op de hoofdlijnen en de gevoeligheden van het model ín te gaan. Dit rapport kan tevens dienen als basis voor een toets van de verbanden zoals deze uit het model naar voren komen aan de hand van bevindingen uit de raffinagepraktijk.

Dit rapport vangt aan met een beschrijving van het model. Daarna wordt aangegeven welke hoofdre]aties er in het model aanwezig ziin, gevolgd door het toetsen van deze hoofdrelaties met behulp van voorbeeldberekeningen. Het rapport wordt afgesloten met een set van appendices.

ECN-C--96-066

7

Raffinagemodel SERUM in hoofdlijnen

8

ECN-C--96-066

2. MODELBFì$CHRIJVING 2.1 Algemeen overzicht Een algemeen overzicht van het model is gegeven in figuur 2.1. Het model bestaat uit drie lasse raffinaderijen (3 configuraties: traditioneel, coker en hycon) die gezamenlijk aan een bepaalde vraag naar olieproducten moeten voIdoen. Elke raffinaderij bestaat uit een drieta/ onderdelen te weten: raffinageproeessen, blending van olieproducten en energievoorzieNng. Ruwe olie wordt in de raffinageprocessen omgezet in intermediaire olieproducten. Deze termediaire ofieproducten worden in de blending gemengd tot eindproducten met de gewenste kwaliteitseisen of raffinadedjbrandstoffen. De benodigde energie van de raffinageprocessen wordt geleverd door de energievoorziening. De energievoarziening gebruikt hiervoor raffìnaderijbrandstoffen, in de raffinaderijprocessen vdjkomende stoom en eventueel aardgas af ingekochte elektriciteit.

[

Binnentandse vraag naar olieprodukten CPB/R VM/AVV)

Oliepri s

(cPs)

Export

Bunkering (CPI3/RIVM/ECN)

O~i~produktenwaag ~ per configuratie ECN)

(ECN)

Modelalgoritme; Maak deze hoeveelheJd otieprodukten met zo min mogelijk kosten

[

Pri s aa~dgas & elektriciteit (CPB/ECN)

SERUM-model Resultaat Vraag naar elektriciteit, stoom en hitte Inzet raffinadedjgas en raffinaderiiolie (R ~ttinagecapaciteit en, doo~zet, intermedia re stromen, kostenc fors

Figuur 2.1 BerekeningswijzeSERUM.model

Bij het draaien van het model wordt de productvraag handrnatig over de drie raffinaderijen verdeeld, waarna het model per raffinaderij een keer gedraaid wordt. Als onderdeel van de modelrapportage, samenhangend met het gekozen algoritme, worden per eindproduct schaduwprljzen bere-

ECN-C--96-066

9

Raffinagemode~ SERUM in hoofdlijnen kend. De schaduwprijs kan ongeveer1 opgevat worden als de kosten voor het produceren van de laatste gevraagde eenheid van een bepaald product (gld/ton). Indien een schaduwprijs voor een bepaald product sterk afwijkt van hetgeen bij de andere raffinaderìjberekenìngen gevonden wordt, kan dit duiden op sterk verschillende produetiekosten voor de laatste hoeveelheden van dat eindproduct. In een marktsituatie betekent dit in het algemeen dat de raffinaderij met de te hoge schaduwprijs, de laatste hoeveelheid van het betreffende olieproduct beter kan inkopen dan zelf produceren. De conclusie richting het SERUM-model is dat bij sterk verschillende schaduwprijzen voor hetzelfde product de productvraag opnieuw over de drie raffinaderijen verdeeld moet worden. Ofwel een berekening met het SERUM-raffinaderijmodel bestaat uit verschillende sets van drie berekeningen telkens gevolgd door een handmatige herverdeling van de productvraag. Met de berekeningen wordt gestopt indien de verschillen in schaduwprijzen niet meer abnormaal groot zijn en de herverdeling van producten in de tweede cijfers achter de komma dreigt te komen (<0,1 Mton).

2.2 Exogene variabelen Een onderdeel van het werkterrein van ECN-Beleidsstudies is het uitvoeren van toekomstverkenningen. Aan de hand van denkbare ontwikkelingen (scenario’s) op het gebied van onder andere economie, demografie, energieprijzen en overheidsbeleid wordt een finale Nederlandse energievraag bepaald. Dit is het werkterrein van onder andere het CPB. Uitgaande van deze energievraag kan het energieaanbod en de energiesector (elektri¢iteitsopwekking, gaswinning, raffinaderijen, etc.) ingevuld worden. Vanzelfsprekend vinden hierbij de nodige terugkoppelingen plaats. Voor de bruikbaarheid van de energiescenario’s is het van belang dat het energiebeeld (energievraag en brandstofinzet) van de raffinagesector in een scenario consistent is met de rest van de energievoorziening. , Op het moment dat het raffinagemodel gebruikt gaat worden, heeft er reeds een bepaling van de Nederlandse olievraag en de prijs van ruwe olie plaatsgevonden. Dit zijn de belangrijkste exogene variabelen van het model. Daarnaast zijn er een aantal andere zaken die het energiegebruik van de raffinaderijen beïnvloeden. Voor het model zijn hierbij van belang energiebesparingsrnaätregelen en veranderingen in de gewenste kwaliteit van producten, in bepaalde mìlieu-eisen aan het raffinageproces (SO2-pla[ond), in de eigenschappen van ra[finageprocessen en in de aanwezigheid van processen in de raffinaderij (capaciteiten en configuratie).

Het ’ongeveer’ heeft te maken met rnitsen en maten die vanuit mathematisch en mode]oogpunt bij schaduwp~ïjzen te zetten ziin. De s~hadu~pri]s zelf, in 9~d/ton~ is op [heoregsche gronden geen betrouwbare indicator voor minimum verkoopprijs. De schaduwpri]zen zeggen namelijk niets over gemiddelde productiekosten en absoluut niets over de marktsituatie (marktaandeel, import/export, concurrentieoverwegingen, verkooprnarges etc.). Hier worden de schaduwprijzen alleen gebruikt als informatiebron over de modeloplossing; waar ze primair ook voor bedoeld á]n. Het model leve[t ook schaduwpri]zen op alle bounds/restricties die de modeloplo~sing actief b~invioed hebben. Dus niet alleen op eindproducten maar ook op gestelde grer~zen aan type crude-inname, eapaciteiten en blending-restñcties.

]0

ECN-C--96-066

Modelbeschrijving Hieronder zal nader op de exogene variabelen ingegaan worden. Op de keuze van het algoritme wordt in de volgende paragraaf ingegaan. Nederlandse olievraag Het scenario bevat, vanuit ontwikkelingen in transport en petrochemie, een gespecificeerde binnenlandse vraag naar diverse olieproducten (met name nafta en de wegtransportbrandstoffen). Vanuit economische ontwikkelingen zijn er cijfers over de totale import en export (incL bunkering) van olie(producten). Het scenario levert, als cijfermatige invoer voor het raffinaderijmodel, dus maar een beperkt gedeelte van de totale raffinageproductie. De specificatie naar product van export en bunkering moet voor een raffinaderijberekening handmatig worden ingeschat (handmatig betekent hier: wordt niet expliciet door andere modellen aange|everd). Op basis van ontwikkelingen in de transportsector (vliegverkeer, zeescheepvaart) vindt een schatting van de ontwikkeling in de bunkervraag plaats. De samenstelling van het exportpakket wordt geschat op basis van de huidige situatie, trends en verwachtingen omtrent Europese ontwikkelingen. Uiteindelijk levert dit een gespecificeerde productvraag waaraan het raffinaderijmodel in de berekenin9 moet voldoen. De volgende producten worden onderscheiden: EPG, benzine (evt. meerdere soorten), nafta, kerosine, diesel, andere gasolie, zware stookolie, bunkerolie, asfalt en smeerolie¶ffi-

Prijs van ruwe olie Het scenario levert een prijs voor ruwe olìe, aardgas en via de energiesector uiteindelijk ook elektriciteit. Binnen het raffinaderijmodel wordt echter niet met 1 maar met 3 soorten crude gerekend (Brent Blend (BB), lranian Light (IL) en Arabian Heavy (AH)). Dit laatste gebeurt om ook ontwikkelingen in de samenstelling van het crude pakket mee te kunnen nemen. Gezien het karakter wordt voor IL de prijs van ruwe olie overgenomen. De prijs van de andere cmdes wordt hier handmatig uit afgeleid. Hierbij wordt er van uit gegaan dat BB meestal iets duurder is (5%) en AH meestal iets goedkoper

Energiebesparingsmaatregelen Het model bevat een groot aantal processtappen. Iedere processtap vergt een aan de doorzet gerelateerde hoeveelheid energie (in de vorm van proceswarmte, stoom of elektriciteit). Energiebesparingsmaatregelen zouden in het model ingebouwd kunnen worden door alternatieve processtappen op te nemen met een lagere energie-intensiteit (en met bijvoorbeeld hogere investeringskosten). Dit is niet gebeurd. Uit studies naar de mogeliikheden voor energiebesparing in de raffinagesector (zie ICARUS-database van de Rijksuniversiteit Utrecht [31) met bijbehorende kostengegevens worden rendabele opties geselecteerd. Het totale effect van deze opties wordt in de vorm van een correctiefactor als autonome besparing in de modelberekeningen meegenomen.

ECN-C--96-066

11

RaffinagemedN SERUM in hoofdlijnen

Gewenste kwalíteit van producten in het model zijn voor het samenstellen van de eMdproducten uit de diverse intermediaire oliestromen (blending) kwaliteitseisen opgenomen (zie tabel 2.~). Tabel 2.1 Bl~ndingspecificaties in het model Eindproduct

Specificaties

Benzine Diesel Andere gasolie Zware stookolie

RON, MeN, RVP, El00 Soortelìjke massa, pour point, cetaan getal, zwavelgehalte Soortelijke massa, pour point, zwavelgehalte Soortelijke massa, conradson carbon content, viscositeit, zwavelgehalte Soortelijke massa, conradson carbon content, vÍscositeit, zwavelgehalte

Bunkerolie

S02-plafond De Nederlandse raffinagesector heeft momenteel een SO2-emissie-Ns die gekoppeld is aan de totale brandstofinzet. Op dit moment is dit 1500 mg SO2 per ma rookgas (inclusief procesemissies); in het jaar 2000 wordt het 1000 mg SO2/m~. Daarnaast is er voor het jaar 2000 een tweede eis; namelijk de afspraak met de sector om totaal niet meer dan 36 kton SO~ uit te stoten. Naar verwachting zal deze laatste afspraak leiden tot een extra emissiereductie waardoor de gemiddelde emissie per raffinaderij zo’n 10% (±5%) beneden de 1000 mg/m~ komt te liggen. De Nederlandse overheid werkt hierbij via doelvoorsehriften en niet via middelvoorschriften. Er zijn verscNllende methoden/middelen om de emissie te verlagen: verlaging van de proeesemissie, verlaging van het zwavelgehalte van raffinaderij en andere restgassen, verlaging van het zwavelgehalte van raffinaderij-olie, rookgasreiniging of substitutie van raffinaderii-olie door aardgas. In het model is het mogelijk om verschillende waarden voor het emissieplafond (het doelvoorschrift) door te rekenen, en zo de orde van grootte van energetische en financiële effecten te bepalen/mee te nemen. In tegenstelling tot SO~ veroorzaakt een NO×-plafond vooral maatregelen op installatieniveau (lage NO×-branders; stoominjectie, rookgasreiniging met SCR). Aangezien dit vrijwel geen effect heeft op de energie- en oliestromen in raffinagesector, is het niet nodig om dit integraal in het model mee te nemen.

Eigenschappen van raffinageprocessen De volgende soorten raffinageprocessen zijn in het raffinagemodeI aanwezig: atmosferische destillatie vacuüm destillatie, smeeroliefabriek catcracker, hydrocracker flexicoker, residu hydrocracker (hycon), visbreaker C-reformer, alkylatie, isomerisatie hydrotreaters, gofiner CIausplant, waterstoffabriek.

De raffinageprocessen zijn meestal gespecificeerd per type etude dat verwerkt wordt. Ook zijn er soms meerdere processen naast elkaar geformu12

ECN-C--96-066

Modelbeschrijving leerd om verschillen in bedrijfsvoering (bijvoorbeeld gericht op veel benzine ot: op veel diesel) mee te kunnen nemen. Per raffinageproces zijn gegevens opgenomen over kosten, capaciteitsf~ctor, energievraag, olieproduct dat verwerkt wordt, hulpstoffen (o.a. H2), olieproducten die geproduceerd worden en (indien aanwezig) geproduceerde restgassen en stoom. In het model is op dit moment één ’~et van raffinageprocessen aanwezig voor gebruik in alle zichtjaren. Het is wel mogelijk om voor een toekomstig jaar verbeteringen in raffinageprocessen, als gevolg van bijvoorbeeld betere katalysatoren, mee te nemen. Op dit moment gebeurt dit echter niet. Wel is het mogelijk, zoals hiervoor al beschreven, een algemeen niveau aan energiebesparing in de berekeningen mee te nemen.

Capaciteiten en configuratie Er is gekozen voor het modelleren van de sector in de vorm van drie separare raffinaderijen om een drietal redenen: Er wordt hiermee voorkomen dat in het model onrealistisch veel onderlinge leveringen plaatsvinden. Het kan zijn dat een toekomstig knelpunt, zich maar in één type raffinaderij voordoet. Het is daarom van belang dat de verschillende type raffinaderijen separaat worden bekeken. De keuze van drie modelraffinaderijen, in plaats van zes aanwezige, voorkomt dat er conclusies op bedrijfsniveau getrokken kunnen worden. De keuze van de drie configuraties is primair gebaseerd op de keuze voor opwerking van het vacuüm residu. In de traditionele configuratie is er geen ingrijpende opwerking, alleen wat visbreaking; in de coker-configuratie is er een flexicoker; in de hycon-configuratie een residu-hydrocracker. Coker- en Hycon-configuratie zijn primair bedoeld voor de verwerking van zware crudes; als gevolg hiervan is het gebruik van Brent Blend in deze configuraties uitgesloten. De traditionele configuratie heeft een meer balancing-eigenschap, heeft een grotere doorzet dan de andere twee en bevat ook de smeeroliefabriek. Voor vacuüm gasoil zijn er een tweetal secundaire verwerkingsmogelijkheden, namelijk catcracker en hydrocracker. In de traditionele configuratie zijn beide aanwezig. Tijdens de modelontwikkeling is in eerste instantie de combinatie coker-catcracker en hycon-hydrocracker gekozen. Omdat de coker-configuratie veel waterstof overhield en de hycon-configuratie veel te kort kwam, is in een later stadium besioten om catcracker en hydrocracker om te wisselen. Voor berekeningen aan een historisch jaar, om bijvoorbeeld de berekening van het brandstoíverbmik enigszins te toetsen is het vanzelfsprekend dat de capaciteiten in het model niet groter mogen zijn dan de aanwezige capa¢iteiten. Voor toekomstjaren is een belangrijk uitgangspunt dat de capaciteit van flexicoker en residu-hydrocracker, samenhangend met de forse investeringen en de verwevenheid met de rest van het raffinaderij altijd volledig benut wordt. De doorzet van coker- en hycon-configuratie is ongeveer afgestemd op deze voliedige capaciteitsbenutting.

ECN-C--96-066

13


2.3 Keuze van het algoritme Er zijn verschillende mogelijkheden om een energiescenario voor de raffinagesector te bepalen. Gekozen kan bijvoorbeeld worden voor een black-box benadering, een simulatiemode[ of een optimalisatiemodel. Een bIack-box benadering is het eenvoudigst. De trend uit het verleden wordt aan de hand van de totale doorzet doorgetrokken naar de toekomst met misschien wat handmatige correcties voor energiebesparing of beleidsmaatregelen. Probleem hierbij is dat er uit de statlstieken geen duidelijke lange termijn trend naar voren komt voor bijvoorbeeld het omzettingsrendement. Ook is een black-box benadering onvoldoende te koppelen aan ontwikkelingen in het scenario en levert het geen enkele informatie over de ontwikkelingen binnen de sector (mogelijke knelpunten). Bij een simulatiemodel (bijvoorbeeld in de vorm van een spreadsheet) wordt uitgegaan van opgestelde capaciteit (en aangenomen benuttingsgraad) als ’drijvende kracht’. Er is geen directe koppeling aan een vraag naar olieproducten; ofwel het scenario. Het is wel mogelijk om handmatig capaciteiten te veranderen om hier een soort verband aan te leggen. Het meenemen van bijvoorbeeld economische criteria en kwaliteitseisen aan producten leidt echter snel tot een onoverzichtelijke manìer van werken. Tevens houdt deze aanpak in dat per scenario vooral expliciet gemaakt moet worden hoe de toekomstige raffinagecapaciteiten er uitzien. Ofwel een aanpak die naarmate er meer eisen aan gesteld worden steeds bewerkelijker, slechter toetsbaar en onoverzichtelijker wordt. Voor het SERLIM-raffinaderijmodel is gekozen voor de derde mogelijkheid, de structuur van een LP-optimalisatiemodel in de programmeertaal GAMS (LP=linear programming). Deze keuze is gebaseerd op kennis van energiemodel~en binnen ECN-Beleidsstudies en internationale ervaringen met beleidsonderbouwende raffinaderijmodellen. De drijvende kracht in SERUM is het voldoen aan een bepaalde vraag naar olieproducten tegen zo laag mogelijk totale kosten, ofwel optimalisatie via kostenminimalisatie. Bepaalde randvoorwaarden zoals op het gebied van het milieu, het gebruik van bepaalde soorten crudes of het gebruik van bepaalde (reeds aanwezige) installaties kunnen hierbij meegegeven worden. Het belangrijkste voordeel van deze aanpak is dat alle aspecten (milieu, energiekosten, investeringen, inkoop van grondstoffen, etc.) integraal in de oplossing zijn meegenomen. Deze LP-aanpak heeft twee belangrijke nadelen. Het is door de integrale afweging erg moeilijk om de keuze processen die in het model plaatsvinden duidelijk te maken. Daarnaast heeft de LP-methodologie een ’alles of niets’ karakter. Bij opties die bijna even duur zijn, wordt volledig voor de goedkoopste gekozen (het gekozen softwarepakket geeft hierbij aan hoeveel duurder de andere opties waren). Van belang is het dus om de resultaten op een zo duidelijk mogelijke manier te presenteren en in de berekeningen en resultaten extra aandacht te schenken aan optredende ’alles of niets’ effecten.

]4

ECN-C--96-066

3. BEREKENINGEN AAN DE HOOFDLIJNEN 3.1 Productvraag hoger dan destillatiewinning Om de hoofdlijnen van het model te bestuderen kunnen verschillende benaderingen gekozen worden. In deze paragraaf zal door middel van handmatige berekeningen met gegevens uit eerdere modelberekeningen, uitgevoerd in het kader van een onderzoek naar de optimale brandstofmix voor Nederlandse personen- en bestelauto’s [4], op het effect van diepere conversie worden ingegaan. In de andere paragrafen zal gebruik gemaakt worden van nieuwe modelberekeningen eventueel ondersteund met wat handmatige berekeningen. De destillatie-eenheden bepalen in eerste instantie in hoeverre met eenvoudige scheidingsstappen aan de productvraag ken worden volstaan. Tabel 3.1 geeft het effect van destillatie op de drie verschillende crudes weer. De cijfers zijn inclusief de productie van eigen brandstoffen. Daarnaast is ook aangegeven wat de productverdeling is in 1994 [bron CBS] en welke productverdeling als referentie gekozen is [bron ECN] voor de hier gepresenteerde berekeningen. Deze cijfers zijn exclusief het gebruik van eigen brandstoffen. Ten aanzien van 1994 moet opgemerkt worden dat de CBS-waarden gecorrigeerd zijn voor het gebruik van de lichte feedstocks (tot en met middendestillaten), De productie van benzine is bijvoorbeeld verminderd met het gebruik aan benzine-achtige feedstock. Tevens heeft er een kleine verwaarlozing (1,5%) van niet nader gespeciflceerde overige producten plaatsgevonden. De verdeling tussen diesel en andere gasolìe is gebaseerd op binnenlandse afleveringen. De verdeling tussen zware olie en extra zware olie is gebaseerd op een schatting van de productie van bunkerolie. De CBS-statistieken geven met name over de aanzienlijke hoeveelheid geé~xporteerde olie geen uitsluitsel over de betreffende verhoudingen. Voordat deze hoofdlijn nader uitgewerkt wordt, moeten eerst wat opmerkingen gemaakt worden over de referentie-2015 (ECN-schatting op basis van een CPB scenario uit 1909) en de cijfers uit 1994. Het gekozen scenario voor 2015 heeft een grotere vraag naar benzine en nafta dan 1994, dit komt doordat de vraag naar na~a hoger is (111% i.p.v. 6%). De productie van diesel loopt in het scenario wat terug ten opzichte van 1994. Ten opzichte van 1989 was er echter wel sprake van een kleine groei. Gezien de ontwikkeling tussen 1989 en 1994 zou een hoger dieselaandeeI in 2015 meer realistisch zijn geweest. Tabel 3.1 iIlustreert dat het bij een beperking in hydrocracker-capaciteit (en in mindere mate catcracker-capaciteit) eenvoudiger is om veel diesel te produceren uit een licht crude-pakket (veel BB, zoals in 1994 het geval was) dan uit een zwaar.

ECN-C--96-O66

Raffinagemodel SERUM in hoofdlijnen Tabel 3.1 Pmductieverdeling in % uit alleen destillatie en pmductvraag 1994 & 2015 Crude tie of jaar

Brent BIend

Iranian Light

Arabian Heavy

1994

Referen2015

LPG & gas Benzine & nafta Kerosine Diesel Andere gasolie Zwaar olie Extra zware olie

3 24 ]0 10 10 31 12

2 20 11 ]0 9 33 15

2 16 8 9 7 31 27

2 30 10 ±24 ±]0 ±7 ±17

2 33 ]1 22 9 5 ]8

Rond 2015 zal de productie van Noordzee-olie zijn teruggelopen. Dit betekent dat er in de tijd een verschuiving zal zijn, en dit is ook de mondiale verwachting, van lichte naar zwaardere crude. Evenals nu het geval is, zullen de destillatie-eenheden in 2015 niet kunnen voorzien in de vraag naar lichte producten. Ruwweg 40% van benzine & nafta, 10% van kerosine en meer dan 50% van de diesel zal via diepere conversie geproduceerd moeten worden uit met name zware olie (vacuüm gasoil). Een globale indicatie voor het energieverbruik per processtap is weergegeven in tabel 3.2. Dit zijn (netto) verbruikscijfers die uit eerdere modelberekeningen zijn geleid [4]. Hieruit kan geconcludeerd worden dat het energieverbruik sterk afhankelijk is van de hoeveelheid diepere conversie die plaatsvindt. Een toename van de productie via diepere conversie van 1% van de doorzet leidt ruwweg tot 0,12% extra mutatieverschil (direct en indirect gebruik van oheproducten voor de eigen energievoorziening). Wordt uitgegaan van een eigen verbruik zonder diepere conversie van 4,5% van de doorzet, dan levert een eerste orde schatting van de situatie in 2015 een eigen verbruik van 7 à 7,5% op. Ofwel de eerste hoofdlijn in het model is dat de omvang van de vraag naar lichte producten, voor zover hoger dan wat direct uit de destillatiestappen gewonnen kan worden, tot aanzienlijk meerverbruik leidt. De orde van grootte loopt van eneïgieverbruik van 4,5% van de doorzet bij geen hogere vraag tot meer dan 10% bij volledige conversie van alle zware en zeer zware producten. Omdat deze hoofdlijn een open deur karakter heeft, en enigszins atrijdig met het karakter van de gekozen configuraties zijn hier ge.en nadere berekeningen aan uitgevoerd. Tabel 3.2 Globaal energìeverbruik in % van de dooFzet voor diverse processtappen bepaald uit eerdere modelberekeningen [4] Processtap

GIobaal energieverbruik

Atmosfedsche destillatie Vacuüm destillatie Diepere conversie Ontzwaveling (incI. toename energie-inhoud product) lngrijpende opwerking (bijv. C-reformer)

]6

2 1,5 3,5 2 tot 4 !0

ECN-C- -96-0Ô6

Berekeningen aan de hoofdlijnen Een probleem dat regelmatig in verkennende berekeningen met het model optreedt is dat er meer van een bepaald product gemaakt wordt dan gevraagd. Het gaat hierbij meestal om de productie van meer asfalt dan gevraagd. In modeltermen betekent dit dat er een overschot is aan atmosferisch en/of vacuüm residu, dat door het model gewoon wordt weggegooid. Een historisch voorbeeld uit de praktijk betreft de asfaItstortplaatsen bij de raffinaderij in Cura~ao. Bij overproductie wordt in het model de schaduwprijs (zie ook de voetnoot bij paragraaf 2.2) van het betreffende product nul; het meer produceren dan gevraagd levert het model bij het gekozen algorìtme geen extra inkomsten op. Er worden dan meer tonnen crude ingekocht dan op grond van de productvraag (en eigen verbruik) noodzakelijk lijkt. Er wordt gekozen om geen extra conversie te plegen maar om meer crude te verwerken. Hierdoor kan meer product gehaaId worden uit de destillatie-eenheden (lager energiegebruik). De belangrijkste oorzaak hiervan is, dat het model kennelijk op fysieke grenzen in de opwerking gestuit is. De opties ontbreken om het teveel aan een bepaald product op economische manier in andere producten om te zetten. Indien het niet mogelijk is om de overproductie door bijstellingen (bijvoorbeeld in conversiecapaciteit, crude-prijzen of crude-pakket) op te heffen, wordt aangegeven dat er een onrealistische oplossing (maar ook een potentieel raffinage knelpunt) gevonden is.

3.2 Effect draaien in drie configuraties Een belangrijke hoofdlijn in het model zou de keuze van de doorzet door een bepaalde configuratie kunnen zijn. Bijvoorbeeld of in 2015 gerekend wordt met een flexicoker en een hycon met de huidige capaciteiten of met de dubbele. Om dit te onderzoeken zijn een drietal modelberekeningen uitgevoerd. Hierbij is gerekend met de huidige capaciteit, met een 50% hogere capaciteit (deze is gekozen als referentie voor de andere gevoeligheidsanalyses) en met de dubbele capaciteit. De bijbehorende productvraagverde[ingen over de drie configuraties zijn in Mton 40/1~0/10, 30/15/15 respectievelijk 20/20/20. De beIangrijkste resultaten van deze berekening staan in tabel 3.3. In meer detail zijn de resultaten opgenomen in de appendix B (tabellen B.1, B.2, B.â en B.4). Het gaat hierbij primair om te kijken of de keuze in doorzet per configuratie erg bepalend is voor de uitkomsten. Aangezien het model geen directe concurrentie tussen de configuraties kent, is hier een zekere keuzevrijheid voor de gebmiker. Hiertoe worden berekeningen uitgevoerd met hetzelfde totale productpakket. Natuurlijk zullen in de praktijk verschuivingen in configuraties altijd samengaan met wijzigingen in het productpakket.

ECN-C--96-066

]7

Raffinagemodel SERL1M in hoofdlijnen Tabel 3.3 Het effect van een verschil in doo~et door de drie configuraties Doorzet configuratie [Mton] - traditioneel - coker & hycon [mld gld]t Kosten Ruwe olie-inname [Mton] Totale energie-inname [PJI - verschil met referentie l%] Brandstofinzet [PJ] - verschil met referentie [%] Stoomwinning [PJ]

40 10 & 10 35,97 64,5 2764 -0,1 170,5 +0,6 15,2

Referentie 2015 30 20 15 & 15 20 & 20 36,01 ó5,5 2768 n.v.t. 169,5 n.v.t. 19, ~

36,14 65,8 2781 +0,5 169,1 -0,2 20,0

1 Een nadere onderverde]ing staat in de appendix B, t~bellen B.1 t/rn B.4; de gehanteerde ruwe oliepriJs voor 2015 is met 525 gld/ton is bij de huidige verwachtingen erg hoog.

Het blijkt dat bij gelìjke totale productvraag het verschil in totale kosten minimaal is. Een iets gunstiger prijs voor AH in verhouding tot IL en BB had de berekeningen met meer flexìcoker- en hycon-capaciteìt goedkoper doen uitval[en. Hoewel er wel een verschil in totale ruwe olie inname is, is het verschil in brandstofverbruik minimaal. Dat het juist tegengesteld is aan het verschil in totale energie-inname komt doordat de raffinaderijen met diepere conversie een hoger mutatieverschil hebben (er is meer energieverlies in de olie die de raffinageprocessen passeert). Hierbij moet wel vermeld worden dat het absolute niveau van de energie-inname en de onderlinge verschillen bij grote verschillen in soort crude inname, atSanke]ijk is van de verbrandingswaarden die voor de crudes gehanteerd worden. Het model rekent namelijk in Mton die hier via de verbrandingswaarden in PJ zijn omgerekend. Het hogere mutatieverschil is onder andere zichtbaar in de hoeveelheid stoomwinning (uit overschotten aan proceswarmte). Ten aanzien van de brandstofinzet kan opgemerkt worden dat in de traditionele configuratie bij een doorzet van 40 Mton, 41 PJ aardgas ingezet werd. In de twee andere berekeningen, is de aardgas op deze plek verdwenen. Er kan geconcludeerd worden dat bij gelijkblijvende productvraag de keuze van doorzet door de configuraties niet veel uitmaakt, maar dat de aardgasinzet in de energievoorziening duidelijk wel zeer gevoelig is. Dat wil zeggen dat de inzet van aardgas niet een echt harde modeluitkomst is. Aangezien er ook andere mogelijkheden zijn om aan SO~-eisen te voldoen, die wat kosten betreft in dezelfde range liggen, kunnen kleine verschuivingen ’grote’ effecten hebben. De ’voorspellende waarde’ van het model voor wat betrePt ’aardgasinzet’ is dus beperkt. Een ander manier om naar de drie configuraties te kijken, is om ze niet apart te draaien maar tegelijk (als één grote raffinaderij). Dit levert op een snelle manier een eerste schatting op van de te verwachten modelresultaten en nuttige informatie voor het draaien met drie configuraties (bijvoorbeeld orde grootte te verwachten schaduwprijzen). Zoals reeds eerder aangegeven wordt hierbij verwacht dat er meer onderlinge leveringen plaatsvinden. Dit blijkt inderdaad het geval (zie ook de appendix B tabel B.5; en de eerste twee kolommen van tabel 3.4). A]lereerst neemt de aardgasinzet in de energievoorziening toe van ó naar 66 P J, en is er een aflname tot nul

18

ECN-C--96-066

Berekeningen aan de hoo~l~nen van raffìnaderij-olie en een terugloop van raffinaderijgas. Ook is het ineens niet meer nodig om MTBE of andere componenten in te kopen voor de benzine productie. Daarnaast neemt de doorzet door de vacuüm destillatie met bijna 20% af. Per saldo resulteert een daling in het brandstofgebruik van 1,3% (vooral samenhangend met het lagere gebruik van de vacuüm destillatie). Om een zo goed mogelijk beeld te krijgen zijn de capaciteiten van flexicoker en hycon en de etude intake van BB en AH voor deze run gelijk gehouden aan de referentie. Tabel 3.4 Het effect van alle installaties in één raffinaderij, met daarna wat bounds losgelaten versus separate berekening met drie confìguraties (referentie) Crude intake Hycon-flexícoker capaciteit Kosten [mld gld] Crude intake - BB - IL - AH Ruwe olie-inname [Mton] Totale energie-inname [PJ] - verschil met referentie [%] Brandstofinzet [PJ] - verschil met referentie [%] Stoomwinning [Pd]

Referentie 2015

Vast vast

Los vast

Vast los

Los los

36,0

35,7

35,5

35,7

35,4

15 28 22 65,5 2768 n.v.t. 169,5 n.v.t. 19,1

15 30 15 22 27 2 27 2 22 32 22 41 64,1 64,4 64,5 65,7 2773 2770 2775 2792 +0,2 +0,1 +0,3 +0,9 167,3 171,4 165,1 178,1 -1,3 +1,1 -2,6 +5,1 17,2 18,1 18,5 25,5

Omdat het mogelijk is om met het ’tot~almodeI’ in korte tijd een berekening te maken, is ook gekeken wat het effect zou zijn geweest indien er in het ’totaalmodel’ meer ruimte was geweest aan de crude-inname kant. Er blijkt een voorkeur te zijn, samenhangend met het alles oí niets karakter van het model, voor meer AH en BB en minimalisatie van IL. Energetisch is dit een ongunstige verschuiving. Indien de raffinaderij vrij mag kiezen tussen flexicoker en hycon verdient (in deze berekeningen!) de flexicoker de voorkeur. Indien de crude intake op het oorspronkelijke niveau gehouden wordt, heeft deze verschuiving niet erg veel gevolg. Dit is wel het geval indien de etude intake vrij gelaten wordt. Diepe conversie wordt dan gemaximaliseerd. Gelijktijdig neemt ook de gemiddelde zwaarte van het etude pakket toe. Dit leidt tot een toename van het brandstofverbruik vergeleken met de referentie met 5%. Het zal duidelijk zijn dat bij deze verschuiving de prijs van de diverae crudes erg belangrijk is. Zoals te verwachten is, leidt de berekening met de meeste vrijheid (minste bounds) tot de laagste kosten. Belangrijk om hierbij nog eens te verwijzen naar de andere redenen voor de wenselijkheid van het doorrekenen van de sector met behuip van drie separare raffinaderijen. Geconcludeerd kan worden dat het doorrekenen uan de sector met I totaalmodel in plaats van drie separate raffinaderijen weinig verschil in brandstofinzet opleoert. Pas als er extra ruimte gemaakt wordt voor andere crude-pakketten, kunnen er grotere energetische effecten optre-

ECN-C--96 066

19

Raffinagemodel SERUM in hoofdlijnen den. Voorts heeft het totaalmodel meer verschuivingsmogelijkheden waardoor bepaalde ’knelpunten’ niet of minder gesignaleerd worden.

3.3 Effect productmix Productmix mutaties worden ge’illustreerd aan de hand van berekeningen met een hoger dieselaandeel (en lager benzine-aandeel) en een hoger benzine-aandeel (en lager dieselaandeel). Hierbij is gerekend met een maximaal mogelijk dieselaandeel dan wel benzine-aandeel in de traditionele configuratie. In tabel 3.5 worden de belangrijkste resultaten gegeven. De keuze voor alleen de traditionele configuratie is gedaan op praktische gronden. Het doorrekenen van 1 configuratie is minder werk en voorkomt dat onderlinge verschuivingen in de productvraag de inzichtelijkheid vermindeten. Op grond van flexibiliteit en grootste doorzet is de traditionele configuratie van de drie de beste keus. Uit de berekeningen blijkt dat in de referentie het dieselaandeel voor deze configuratie al bijna (fysiek)maximaal is. Om deze reden worden dan ook de resultaten van een tussenliggende situatie alleen bij maximalisering van het benzine-aandeel in deze tabel gepresenteerd. In meer detail zijn de resultaten in tabel B.6 opgenomen in de appendix B. Tabel 3.5 Het effect ~an een verschil in benzine en diesel aandeel voor de traditionele configuratie met een doorzet van 30 Mton/jaar Verschil in aandeel [Mton] - Benzine - Diesel [mld gldl Kosten Ruwe olie-inname [Mton] - BB~ - lL - AHz Totale energie-inname [PJ] - verschil met referentie [%] Brandstofinzet [PJ] - verschil met referentie [%] Stoomwinning [PJ] Schaduwprijs asfalt [gld/ton]

-0,5 0,5 18,0 32,3 10 20 2 1365 +0,6 80,1 +5,3 6,3 125

(Referentie) 0,0 3,0 0,0 -3,0 17,9 32,1 15 14 3 1357 n.v.t. 76,1 n.v.t. 4,8 227

10,1 32,2 15 13 4 1362 ÷0,4 82,8 +8,8 2,5 263

5,0 -5,0 18,4 32,4 15 14 3 1367 +0,7 89,4 +17,5 2,1 245

1 De rninämale hoeveelheid BB die het model in deze berekeningen in moet nemen is 9, de maxima[e hoeveelheid is 15 Mton. 2 De minimale hoeveelheid AH die het model in deze berekeningen in moet nemen is 2, de maximale hoeveelheid is 10 Mton.

Een verschil in diesel- en benzine-aandeel laat een wijziging in het crude-pakket zien. Naarmate de productmix een hoger benzine aandeel heeft, wordt er meer Brent Blend ingekocht. Tevens neemt de intake van Arabian Heavy toe tot een stijging van het benzine aandeel van circa 4 Mton. Vervolgens zakt de vraag naar AH. Eenzelfde effect is ook te zien bij BB. Echter nog niet direct aan de hoeveelheid maar wel aan de schaduw-

20

ECN-C--gÔ-066

Berekeningen aan de hoofdlijnen prijs voor BB als deze op z!jn maximaal toegestane hoeveelheid zit. Bij de bovengrens van 15 M.ton voor BB geeft de schaduwprijs aan hoeveel de productiekosten zouden dalen indien extra BB-crude beschikbaar was. Hieruit blijkt dat tot het benzine aandeel van circa 4 Mton meer BB-crude steeds aantrekkelijker wordt. Bij grotere hoeveelheid neemt de aantrekkelijkheid weer af. Bij een hoog dieselaandee] is de IL route het gunstigst, omdat uit deze crude via de hydrocracker een maximale diese]opbrengst bereikt kan worden. Uitgaande van het gebruik van BB of AH is de maximale diese]opbrengst in deze configuratie 4% respectievelijk 8% lager. Ofwel bij de maximale dieselopbrengst nadert het model de fysieke beperking om meer diesel te produceren, zonder andere producten over te houden (dat wil zeggen meer dan aan het model gevraagd wordt). Bij een nog hoger dieselaandeel vindt er overproductie van asfalt plaats; iets wat al ’aangekondigd’ wordt door de lage schaduwprijs van asfalt (zie ook laatste stuk van paragraaf 3.], en de voetnoot bij paragraaf 2.2). Bij een maximum benzine-aandeel werken de fysieke restricties anders in het model door. Bij een nog hoger benzine aandee[ dan hier geschetst wordt op te grote schaal MTBE ingekocht (Methyl Tertiair Butyl Ether). Dit product is, evenals methanol/TBA, als extra b]ending-component in het mode] opgenomen om het octaangetal van benzine te verbeteren. Een te hoge import van MTBE geeft aan dat de raffinaderij in feite benzine ’inkoopt’. Het benzine-aandeel bereikt hier dus een eerste modeltechnische grens. Deze grens wordt bereikt voordat volledige substitutie plaatsvindt naar de crude waaruit de meeste benzine geproduceerd kan worden (IL). De reden van dit ’uitstel’ is dat het gebruik van BB, mede omdat 25% van de voeding van de catcracker in het model uit atmosferisch BB-residu mag bestaan (en 75% vacuüm gasoil), relatief weinig zware residuale olie oplevert. Wordt nog meer benzine gevraagd, dan neemt het gebruik van BB af en van IL toe en vindt er overproductie van asfalt plaats. Er ontstaat dan een situatie die wat typering betreft vergelijkbaar is met een te hoge dieselvraag (het model ]evert dan een extreme/onrealistische oplossing). Het energieverbruik neemt in beide richtingen vanaf de referentie toe, doordat er een verschuiving naar meer secundaire conversie plaatsvindt. Het aandeel catcrackers neemt toe naarmate meer benzine wordt geproduceerd, terwijl het aandeel hydrocrackers lichtelijk afneemt. Bij maximaal dieselaandeel neemt de hydrocracker-capaciteit iets toe, terwijl de catcracker-capaciteit nog gelijk blijft. De totale capaciteit van de secundaire conversie neemt in beide richtingen van productmix wijzigingen toe. De capaciteit van de vacuüm destillatie neemt echter van minimaal naar maximaal benzine aandeel af met 8% ten opzichte van minimaal benzine-aandeel. Dit wordt veroorzaakt doordat de vereiste hoeveelheid vacuüm gasoil afneemt door een capaciteitsdaling van de hydrocracker en capacfteitsstijging van de catcracker, waarbij de voeding deels wordt voorzien door atmosferisch residu (BB). De stoomwinning neemt van minimaal naar maximaal benzine aandeel af. Dit wordt hoofdzakelijk veroorzaakt doordat de capaciteit van de hydrocracker (waterstof verbruiker) terugloopt en de capaciteit van de C-refor-

ECN-C--96~066

~]

Raffinagemodel SERUM in hoofdlijnen met (waterstof producent) toeneemt. Hierdoor is er minder waterstof uit de waterstoffabriek (omzetting van aardgas in waterstof en stoom) vereist. Daarentegen is de stoomwinning uit ontzwaveling llchtelijk toegenomen. Geconcludeerd kan worden dat de verhouding tussen de vraag naar diesel en benzine van wezenlijk belang is voor het energiegebruik. In geval van extreme situaties geeft het model door overproductie van met name asfalt aan, dat de kostenoptirnalisatie in een situatie met fysieke restricties is aangeland. Er kan niet meer van een product gemaakt worden, zonder van andere producten over te houden. In de praktijk wordt in een dergelijke situatie gezocht naar mogelijkheden om het ’te veel’ gevraagde product te importeren of naar afzetmarkten en verbruiksmogelijkheden voor de ’overproductie’. Voor zware residuen kan het interne verbruik verhoogd worden via vergassing of als voeding voor hycon of flexicoker. De hycon en flexicoker zijn in de andere configuraties aanwezig. Hier is echter alleen het aspect van flexibiliteit binnen één configuratie onderzocht.

3.4 Effect kwaliteiten Voor de illustratie van het effect kwaliteiten is gekozen om het zwavelgehalte van zware stookolie enerzijds te verhogen van 1 naar 2% en anderzijds te verlagen van 1 naar 0,5%, het zwavelgehalte van diesel te verhogen van 0,05 naar 0,2% en het RON/MOiN-getal te verbeteren door de kwaliteit van eurosuper gelijk te stellen aan superplus. De invloed van kwaliteiten voor de traditionele route worden weergegeven in tabel 3.6 (zie ook appendix B tabel B.7). Het betreft telkens slechts 1 berekening in 1 specifieke situatie (ofleprijzen, productvraag etc.) met 1 configuratie..Met een ’steekproef’ van 1 kan niet gesproken worden van een representatief beeld. Daarnaast moet nog vermeld worden dat de kostencijfers in het model al een aantal jaren oud zijn, en niet gecorrigeerd zijn voor de laatste ontwikkelingen. Ook rekent het model met een technisch geori~nteerde afschrijvíngstermijn van 15 jaar en 4% reële rente (de annuïteitsfactor is 0,0899). De laatste 2 zaken kunnen er toe leiden dat de hier berekende extra kosten lager uit kunnen vallen dan anderen berekend hebben. Zo rekent CONCAWE met jaarlijkse kapitaalslasten die 25% van de investering bedragen [6] (de kapitaalslasten zijn dan 2,5 maal zo hoog).

22

ECN-C-~96-066

Berekeningen aan de hoofdlijnen Tabel 3.6 Het effect van een verschi! in kwaliteiten voor de traditionele configuratie met een doorzet van 30 Mton/jaar Zwavelgehalte [%] - Zware stookolie - Diesel Eurosuper = superplus

(Referentie) 1,00 2,00 0,05 0,05 nee nee

0,50 0,05 nee

1,00 0,20 nee

1,00 0,05 ja

Kosten [mld gld] 17,935 17,926 17,940 17,903 18,043 Ruwe olie-inname 32,1 [Mton] 32,1 32,1 32,0 32,0 Totale energie-inname [PJ] 1357 1355 1358 1354 1350 - Verschil met referentie [%] n.v.t. -0,1 +0,0 -0,2 -0,5 Brandstofinzet [PJ] 76,1 75,6 76,4 74,8 76,8 n.v.t. -0,7 +0,4 - VerscNl met referentie -1,7 +0,9 Stoomwinning [PJ] 4,6 4,7 4,8 5,1 4,3 De verschillen in capaciteit, kosten en etude-pakket zijn zoals te verwachten relatief ten opzichte van het totaal gezien klein. Bedacht moet worden dat het geen volumewijziging betreft maar ’alleen’ een kwaliteitswijziging die via hogere verkoopprijzen van hetzelfde product moet worden terugverdiend. Absoluut gezien is de omvang van de verschillende verschuivingen substantieel te noemen. Wat de financiële effecten betreft, is de grootste stijging bij de verhoging van RON/MON-getal te constateren vanwege de hogere MTBE importkosten. De 108 min gld leveren omgerekend naar liter benzine 2,2 cent/l extra kosten op (voor RON van 98 i.p.v. 95). Bij dit cijfer moet bedacht worden dat het maar 1 berekening in 1 specifieke situatie met 1 configuratie betreft. Het extra brandstol[:gebruik voor het hoger RON getai is hier omgerekend 0,5% van de energie-inhoud van de benzine Wijzigingen in het zwavelgehalte van zware stookolie laat zien dat naarmate de eis scherper is, de intake van AH, een crude met een hoog zwavelgehalte, lager uitvalt. Als voorbeeld van secundaire effecten hiervan kan de lichte toename in het gebruik van de C-reformer genoemd worden. Het blijkt dat de verschuiving in crude pakket een verlaging ìn de gemiddelde RON van de benzine componenten oplevert, die in het model gecompenseerd wordt door extra inzet van de C-reformer. De reductie bij zware stookolie van 2% naar 1% zwavel kost volgens de berekening in deze specifieke situatie 22 gld/ton (1100 gld/ton $02-uitstoot vermeden) en vergt een extra energie-inzet van 3% van de energie-inhoud van de betreffende stookolie. Voor 1% naar 0,5% zijn de cijfers 12 gld/ton (1250 gld/ton SO~-uitstoot vermeden) en 2% extra-energie-inzet. Hierbij moet opgemerkt worden dat de productie van zware stookolie hier slechts 1,3% van de totale productie betreft. Dit is niet zo’n representatieve situatie. Versoepeling van de eis voor het zwavelgehalte van diesel laat een verschuiving van AH en BB naar 4% meer IL zien. Aangezien de productvraag gelijk blijft, is het logisch dat een verschuiving van BB naar 1L (meer residuen) gecompenseerd wordt door een verschuiving van AH naar IL (minder residuen). Deze verschuivingen komen voort uit het bruikbaar worden van niet ontzwaveide gasoliestromen. Straight-run light gasoil van IL, heeft, hierbij door het lagere zwavelgehalte duidelijk voordelen boven AH. Zoals te verwachten is, is er hiermee samenhangend een significante daling van de

ECN-C--96-0ÔÓ

23

Raffinagemodel SERUM in hoofdlijnen benodigde hydro-treating capaciteit van ~[,ô Mton. Tevens is het iets minder noodzakelijk om diepere ontzwaveling bijvoorbeeld via de hydrocracker aan te wenden. Uit het verschil tussen beide modelberekeningen kunnen gegevens omtrent de ontzwavelingskosten bepaald worden. De daling van het zwavelgehalte van dieseIolie van 0,2% naar 0,05% kost in de hier bekeken specifieke situatie ’slechts’ 4 gld/ton, ofwel 0,3 cent/1 (1333 gld/ton SO2-uitstoot vermeden). Dit is vergeleken met andere publikaties erg weinig (te goedkoop!). Dit wordt waarschönlijk veroorzaakt door de toevallig optredende situatie. De extra energie-lnzet voor het lagere zwavelgehalte is 0,4% gerelateerd aan de energie-inhoud van de betreffende dieselolie. Oeconc~udeerd kan worden dat wijzig~ngen in pmduc2kwaliteit gerelateerd aan het totaal slechts beperkte invloed hebben op het energie~erbruik. De kosten van een andere productkwaliteit z~]n echter in absolute zin wel s~bstantieel maar ook sterk situatie-a[hankeI~jk. Vooral indien een wijziging gedeeltelijk doorgevoerd kan worden door een ander crude.pakket, kunnen de kosten in een toevallige modelberekening aanzienlijk lager uituallen. Voor het maken van een kostenschatting (bandbreedte) met het SERUM-model voor de wijziging van een bepaalde productkwaliteit zijn berekeningen aan alle configuraties nodig en onder meer verschillende omstandigheden (diverse productpakketten, verschillende olieprijzen). Daarnaast moet opgemerkt worden dat het een zodanig detailn~veau betreft dat bepaalde relevante zaken wel eens niet opgemerkt kunnen worden. Het gaat hierbij om samenhangende productkwaliteiten of laroductletechnische beperkingen die door de mod~lmatige aanpak ~n het SERUM-model zijn verwaarloosd of sterk zijn vereenvoudigd. SERUM kan op een eenvoudige manier nuttige informatie op dit terrein Ieveren, maar is niet geschikt om als enige bron gebruikt te worden.

3.5 Effect crude-prijsverschillen Het effect van andere prijsverschillen tussen de crudes wordt geÏllustreerd met behulp van berekeningen aan het maximale en het minimale verschil in de etude-prijzen vergeleken met de referentieberekening. De resultaten van deze berekeningen zijn opgenomen in tabel 3.7 (zie ook de appendix B tabeI B.8). Gekozen is voor berekeningen aan de traditionele configuratie. Doordat de ’coker’- en ’hycon’-configuraties slechts 2 crudes kennen (AH en iL) en er uitgegaan wordt van een minÍmale hoeveelheid AH, zijn de te verwachten effecten in deze configuraties kleiner.

24

ECN-C--96-066

Berekeningen aan de hoofdlijnen Tabel 3.7 Het effect van een verschil in crude prijzen voor de traditionele configuratie met een productvraag van 30 Mton/jaar Prijzen [gld/ton] - Brent Blend - lranian Light - Arabian Heavy Kosten - waarvan etude Ruwe olie-inname - BB - IL - AH Totale energie-inname

[mld gid] [%] [Mtan]

[PJ]

- Verschil met referentie [%] Brandstofinzet [PJ] - Verschil met referentie [%] Stoomwinning [PJ]

Minder verschil 540 525 500

Re~rentie

17,85 95,1 32,1 15 ]5 2 1357 0,0 76,1 0,0 4,4

17,94 95,] 32,1 15 14 3 1357 n.v.t. 76,1 n.v.t. 4,8

550 525 470

Meer verschil 580 525 430

18,12 94,6 32,3 9 19 4 1369 +0,9 83,7 +10,0 6,1

Andere prijsverschillen veroorzaken wijzigingen in het crude-pakket. Gedeeltelijk wordt het effect beperkt door de begrenzingen (bounds) die exogeen aan het gebruik van de crudes gesteld zijn (het gebruik van BB moet tussen de 9 en de 15 Mton liggen; het gebruik van AH tussen de 2 en de 10 Mton). Hierdoor is de invloed van prijsverschillen slechts beperkt. Zo wordt het crude-gebruik bij het minimale prijsverschil bepaald door de bovenste bound op Brent Blend en de onderste bound op Arabian Heavy (lagere prijsverschillen hebben geen effect!). Daarentegen wordt de maximale verhoging van het prijsverschil enerzijds bepaald door de onderste bound van Brent Blend en anderzijds door overproductie van asfalt als teveel Arabian Heavy wordt geïmporteerd. Het zwaarste gedeelte van AH niet nuttig gebruiken (zie ook paragraaf 3.1) wordt dan goedkoper dan het inkopen van een lichtere en duurdere crude. Overproductie van asfalt kenmerkt hier een onrealistische oplossing (in de praktijk zal gezocht worden naar ’nieuwe’ afzetmarkten voor het residu, geïnvesteerd worden in diepere conversie of zal het prijsverschil snel weer kleiner worden). Verder blijkt uit de berekeningen dat kleinere prijsverschiilen een geringe invloed hebben op capaciteit, kosten en brandstofverbruik. Bij het maximale prijsverschil zonder overproductie van asfalt is er wel een significant verschil. De totale secundaire conversie capaciteit neemt toe, waardoor het energieverbruik stijgt. De enigszins hogere kosten zijn het gevolg van met name de toegenomen capaciteiten en de hogere importkosten. De prijsstijging bij BB wordt niet gecompenseerd door de daling bij AH; ook wordt meer aardgas ìngekocht. Bìnnen de gestelde grenzen aan crude-intake is het verschil in energiegebruik in de traditionele configuratie 10%. Worden ook de twee andere configuraties meegenomen, waar de verschuivingsmogelijkheden veel minder zijn, dan daalt het effect tot ongeveer 6%.

ECN-C--96-066

2~

Raffinagemodel SERUM in hoofdlijnen De toename van de stoomwinning naarmate het prijsversehil groter wordt, is het gevolg van meer waterstofproductie door ver]aging van de C-reformar capaciteit, verhoging van de hydrocracker capaciteit en meer ontzwaveling door toename van zware crude. Uit het bovenstaande kan geconcludaerd worden dat een verschuiving van lichte naar zware etude, als gevolg van grotere onderl~nge prijsversch~llen, een behoorlij’ke invloed op het energieverbruik kan hebben (zie ook paragraaf 3.1). De invloed wordt enigszins beperkt door het opleggen van bounds aan de crude-import en het onrealistlsch verklaren van berekeningen met overproductie van bij’voorbeeld asfalt. Het is hierbij van belang te vermelden dat zowel de prijsverschi[]en als de bounds op de etude inname voor de gebruiker van het model ’vrij te kiezen’ exogene variabelen zijn.

3.6 Effect capaciteiten binnen een configuratie De bedoeling was om het effect in de traditionele configuratie te bepalen van een 50% gereduceerde hydrocracker capaciteit. Berekeningen in die richting geven met de hier gekozen productvraag echter vrijwel direct overproductie van een groot aantal verschillende producten (benzine, stookolie, bunkerolie, asfalt, LPG); geen overproductie van diesel! Bij de berekeningen bleek de inname van BB gelijk aan de bovenste bound (model zou er mee~ van willen verwerken) en AH gdijk aan de onderste bound (model wil er eigenlijk minder van). De schaduwprijzen voor BB en AH geven aan dat de druk op beide bounds groter wordt naarmate de maximum capaciteit van de hydrocracker lager is. Daarnaast neemt de capaciteit van de catcracker ten opzichte van de referentie berekening aanzienlijk toe (van 0,6 naar 6,4 Mton bij halvering van de hydrocracker-capaciteit). Gezien de overproductie zijn van deze berekeningen verder geen cijfers opgenomen. Naast de exercitie om de capaciteit van de hydrocracker te verlagen zijn ook berekeningen uitgevoerd met een strengere SO2-eis voor de raffinagesector. Hiervoor is met een eis gerekend die ongeveer de helft is van die voor het jaar 2000. In het model is dit vertaald in een verlaging van de maxima]e SO~-uitstoot (incl. procesemissies) in g per GJ brandstofverbruik van ongeveer 2502 naar !25. De resultaten hiervan worden weergegeven in tabel 3.8 (zie ook de appendix B tabel B.9).

Voor het jaar 2000 heeft de sector een dubbele SOz-normstel]]ng, IEr is zowel een maxïmum van I000 mg/m~ als een plafond van 36 kton. Voor de refer~n~ieberekenlng is veronderstdd dat de dubbele norm leidt tot een effect~eve uitstoot van bijna 90% van de 1000 mg/ma. Dit is omgerekend en afgerond 250 g SO2/GJ brandstofverbruik.

26

ECN-C--90-066

Berekeningen aan de hoofdlijnen Tabel 3.8 Het effect van verlaging van het zwavelplafond voor de traditionele oonfiguratie met een productvraag van 30 Mton/jaar Zwavelplafond [ton SO2/PJ] Kosten [mld gldI Ruwe olie-inname [Mton] Totale energie-inname [PJ] - verschil met referentie [%] Brandstofinzet [pj] - verschil met referentie [%1 Stoomwinning [PJ] 4,8

(Referentie) 250 17,935 32,1 1357 n.v.t. 76,1 n.v.t 4,7

125 17,948 32,1 1359 +0,1 76,7 ÷0,8

Onder invloed van de strengere SO2-eis neemt de doorzet van de Clausplants in geringe mate toe. De capaciteiten van de catcracker en C-reformet stijgen en de capaciteit van de hydrocracker daalt enigszins. Verder vindt er een kleine verschuiving van AH naar IL in het crude-pakket pIaats. Door de hogere import- en capaciteitskosten stljgen de kosten van de raffinaderij. Ondanks de toegenomen ontzwaveling neemt de stoomwinning af: als gevolg van met name de capaciteitsverhoging van de C-reformer (en de daarmee samenhangende verlaging van de waterstofproductie). Het totale brandstofverbruik neemt toe. In deze configuratie daalt de SO2-uitstoot onder invloed van de strengere norm van 19 (het betreft slechts één configuratie en niet de gehele sector) tot ruim 9,5 kton. Het bijbehorende prijs~ kaartje in de hier gehanteerde situatie, zonder zichtbare fysieke beperkingen, bedraagt ]2 mln gld/jaar (1300 gld/ton SO2-uitstoot vermeden). Het zwavelgehaIte van de raffinaderij-oIie daalt van circa 1,4 naar 0,6%. Omdat er geen residu-ontzwaveling in het model is toegestaan, betekent dit direct dat de samenstelling verandert. Er wordt nu meer zware gasolie gestookt en minder residu (alleen nog atmosferisch residu van BB). Hier wijkt het model, door de grote keuze vrijheid in raffinaderijbrandstof, toch wel af van de werkelijkheid. Bij de hoge vraag naar diesel bleek het niet mogelijk om met een lagere hydrocracker-~apaciteit, binnen de gebruikte randvoorwaarden, tot een voldoende realistische oplossing te komen. Het verlagen van het SOz-plafond leverde een mix van kleine verschuivingen in het raffinageproces op. Een kettingreactie met als voornaamste oo~zaak de verlaging van de productie van hoogzwavelig AH-residu (minder AH-inname). Daarnaast veranderde het model de samenstelling van de raffinaderij-olie, iets wat in de raffinaderij-praktijk toch wat gecompliceerder ligt.

3.7 Energievoorziening versus raffinageproces De eigen energievoorziening vergt zo’n 6 à 7% van de doorzet. De vraag doet zich voor in hoeverre er interactie is tussen de eigen energievoorziening en het raffinageproces. Om hier inzicht in te krijgen zijn berekeningen uitgevoerd met zowel lagere als hogere besparingspercentages dan in de referentie gehanteerd worden en een lagere aardgasprijs. Voor zowel de lagere als de hogere besparingspercentages is uitgegaan van een verschil

ECN-C--96-066

27

Raffinagemodel SERUM in hoofdlijnen met de referentie van 15% voor stoom/proceswarmte en 10% voor elektriciteit. De aardgasprijs is met 3 gld/GJ en 7 gld/GJ verlaagd. [n tabel 3.9 worden de uitkomsten van de berekeningen weergageven (zie ook de appendix B tabel B.10). Tabel 3.9 Relatie energievoorziening versus raffinageprocs voor de traditionele configuratie met een doorzet van 30 Mton/jaar Energiebesparing [%]

Referentie

- Stoom - Proceswarmte - Elektriciteit Aardgasprijs

[gid/GJ]

Kosten [mld gld] 15 - BB 13 - 1L - AH 4 Ruwe olie-inname [Mton] Totale energie-inname [PJ] - verschil met referentie [%] Brandstofinzet [PJ] - verschil met referentie [%] Stoomwinning [PJ]

0 0 0

15 15 10

30 30 20

11

11

11

18,1 17,9 17,8 15 15 9 14 21 14 3 2 2 32,2 32,1 32,0 1374 1357 1350 +1,3 n.v.t. -0,5 91,7 76,1 66,8 +20,5 n.v.t. -12,2 4,8 6,1 4,5

Lagere aardgasprijzen 15 15 15 15 I0 10 8

4

17,9 17,8 9 20 2 32,0 32,0 1354 1364 -0,2 +0,5 75,4 81,9 -0,9 +7,6 6,1 5,0

De energÌebesparìng die via een losstaande efficiency-verbetering (zonder bepaalde extra kosten) in het model is aangebracht, brengt vanzelfsprekend in het model een kostendaling met zich mee. Deze daling wordt hoofdzakelijk bepaald door de dalende import van ruwe olie. In het crude-pakket vinden er dan ook verschuivingen plaats. Naarmate de energiebesparing groter is, neemt IL toe en nemen BB en AH af. Wordt gekeken naar het brandstofpakket dan blijkt dat bij energiebesparing, eerst de aardgasinzet wordt verminderd. Daarna wordt vooral de inzet van raffinaderij-olie verminderd, terwijl de inzet van raffinaderijgas enigszins op peíl blijft. Omdat rafflnaderijgas sterk procesgerelateerd is, was dit wel te verwachten. Alleen bij C3- en C4-componenten kan het model ’raffinaderijgas’ uitwisselen met LPQ.

Bij een lagere energiebesparing is er (gesteld dat er alleen een norm zou zijn gerelateerd aan het brandstofverbruik) meer ruimte om via de raffinaderij-o[ie residuale olie te verstoken. Bij een gelijkblijvende productvraag van zware producten, kan hierdoor toch meer zware crude íngekocht worden. Bij hogere besparingspercentages neemt deze ruknte juist af, het model moet kritischer naar de zware residuen gaan kijken. De optie om hier nog wat aan te verbeteren, de visbreaker, stijgt opvallend in capaciteit tot 2,9 Mton (vooral IL-vacuüm residu). Verder neemt de capaciteit van de vacuüm destillatie en C-reformer af bij grotere besparingspercentages. De capaciteitsdaling van de vacuüm destillatie is het gevolg van de verwerking van in verhouding meer lichtere oliesoorten (BB, IL) waardoor een groter omzettingsrendement naar vacuüm gasoil wordt bereikt. Daarnaast nemen

28

ECN-C--96-066

Berekeningen aan de hoofdlijnen

de capaciteiten van de hydrocracker, catcracker en ontzwavelingsinstallatie weer toe.

Opvallend is niet dat het verschil in brandstofinzet aanzienlijk is, maar wel dat dit niet lineair is. Verwacht mocht worden een verhouding in brandstofinzet van 90/76/62 terwijl gevonden wordt een verhouding van 92/76/67. In de situatie met minder besparing wordt voor een zwaarder etude pakket met meer AH gekozen en daardoor ook voor extra verbmik; in de situatie met meer besparing wordt ook voor een zwaarder etude pakket maar nu met meer IL gekozen. Het lijkt erop dat de daling van het energiegebruik positief doorwerkt in de kosten van secundaire conversie, en die aldus goedkoper maakt (met name de visbreaker) terwijl er gelijktijdig behoef~.e bestaat aan voldoende voeding (vacuüm gasoil) voor de secundaire conve~sie~ Nadere analyse maakt echter duidelijk dat het model tegen fysieke grenzen aangelopen is: maak het gevraagde produetpakket zonder residuale olie over te houden. Vergelijkingen met andere berekeningen duiden er op dat de fysieke grenzen vooral door de hoge dieselproduetie veroorzaakt worden. Het goedkoper maken van aardgas heeft, in de hier beschouwde situatie, niet zoveel effect op het raffinageproces. De wijzigingen bij 8 gld/GJ in etude-pakket, kosten, capaciteit en brandstofverbruik zijn gering. De eapaciteren van vacuüm destillatie, catcracker en C-reformer nemen af, terwijl de capaciteit van de hydrocracker enigszins stijgt. In tegenstelling tot de referentie wordt er nu 2,4 PJ aardgas ingezet ter vervanging van raffinadedj-olie en -gas. De extra stoomwinning is het gevolg van een toename in de waterstofproductie. Bij 4 gId/GJ neemt het aardgasverbrulk met 12 PJ toe. Er is een forse verschuiving in etude-mix die uiteindelijk een sterk vergelijkbare situatie oplevert als hierboven besehreven met de hoge besparings¢ijfers. Het zeer goedkope aardgas blijkt min of meer toevallig hetzelfde resultaat op te leveren. De inzet van raffinaderij-olie komt vooral voort uit fysieke grenzen in het model. Een verdere verlaging van de aardgasprijs levert geen verdere verschuivingen op. Geconcludeerd kan worden dat er, in de hier bekeken situatie, toch een onverwacht grote interactie is tussen de energiehuishouding, met name de hoeveelheid zware residu die ~erstookt kan worden, en de etude inname. Energiebesparing heeft hierdoor geen lineair effect op het brandstofverbruik. Het energetische effect van extreem lage aardgasprijzen dat hier naar voren komt varieert van 2% minder verbruik tot maximaal 0% meer verbruik (maar wel lagere kosten) in een situatie met fysieke begrenzingen. Zoals al eerder vermeld betreft het hier berekeningen aan slechts één configuratie onder één set van specifieke omstandigheden. Dit is natuurlijk te weinig om algemeen geldige uitspraken te doen.

ECN-C--96-066

29


3.8 Samenvattend overzicht hoofdlijnen Een overzicht van de berekeningsresultaten is weergegeven in de tabellen 3.10 en 3.11. De eerst tabel heeft betrekking op berekeningen aan de gehele sector; de tweede tabel heeft aIleen betrekking op de traditionele configuratie. Tabel 3.10 Overzicht gevoeligheidsanalyse gebaseerd op drie configuraties Hoofdlijn

Invloed op Invloed op brandstofverbruik ’energieverlies’ [basis 170 PJ] [basis 2800 PJ]

Productvraag mutaties - bij geen diepere conversie (ongeveer) - bij maximaal diepere conversie Doorzet door de configuraties - 1/3 minder door coker en hycon - ~-/3 meer door coker en hycon Draaien als 1 totaal model - simulatie drie deelmodellen - met loslaten beperkingen

-40,0% >40,0%

p.m. p.m.

+0,6% -0,2%

-0,1% 0,5%

-1,3 -2,6 tot +5,1%

+0,2 +0,1 tot +0,9%

Uit de berekeningen met het complete model blijkt dat, na de doorzet, de samenstefiing van de productvraag de belangrijkste factor i~ voor het energieverbruik. Het gaat hierbij met name om de vraag in hoeverre eenvoudige destillatiestappen in de productvraag kunnen voorzien en in hoeverre diepere conversie noodzakelijk is. Indien er geen belangrijke fysieke restricties zijn, blijkt het zelfs weinig uit te maken, of bij de diepere conversie veel of weinig gebruik van de hycon en flexicoker gemaakt wordt. Berekeningen aan een geïntegreerde raffinaderij, die de eigenschappen van al de drie configuraties bevat, levert snel een redelijke schatting voor het verbruik op. Door de vele onderlinge leveringen worden bepaalde knelpunten en ontwikkelingen niet gesignaleerd.

30

ECN-C--96-066

Berekeningen aan de hoofdlijnen Tabel 3.11 Overzicht gevoeligheidsanalyse gebaseerd op de traditionele configuratie Hoofdlijn

Invloed op Invloed op brandstofverbruik ’energieverlies’ [basis 76 PJ] [basis ]370 PJI

Productmix mutafies - ]/2 Mton meer diesel, minder benzine - 3-5 Mton meer benzine, minder diesel

5,3% 8,8-17,5%

0,6% 0,4-0,7%

Kwaliteitseisen - halvering zwavelgehalte (zware stookolie) - verdubbeling zwavelgehalte (zware stookolie) - 2 maal verdubbeling zwavelgehalte (diesel) - verhoging RON/MON-geta~ (eurosuper = superplus)

0,4% -0,7% -1,7% 0,9%

0,0% -0,1% -0,2% -0,5%

Prijsverschillen crudes - maximale verlaging - maximale verhoging

0% 10,0%

0% 0,9%

0,8%

0,1%

-12,2%

-0,5%

20,5% -0,9% +7,6%

1,3% -0,2% +0,5%

Configuratie - halvering SO2-emissle Energievoorziening versus raffinageproces - verhoging energiebesparingspercentages (15% stoom/proceswarmte, 10% elektriciteit) - verlaging energiebesparingspercentages ( 15% stoom/proc eswarmte, 10% elektriciteit) - goedkoper (8 gld/GJ) aardgas - goedkoper (4 gld/GJ) aardgas

Uit de berekeningen aan alleen de traditionele configuratie blijkt dat een verschuiving zowel richting benzine als richting diesel tot een stijging van het verbruik leidt (uitgaande van de hier gekozen referentie). In de beschouwde situatie blijft de stijging van het branòstofverbruik beperkt tot 5% in een gebied met ]0% hoger benzine-aendee] in de doorzet (en gelijktUdig minder diese]). De referentieberekening b]Ökt al dicht tegen het maximum diese]punt aan te liggen (zie voor de productverdeling de tabel A.] in appendix A en tabel B.6 in appendix B). In de referentieberekening heeft de inname van Brent Blend al het (exogeen) toegestane maximum bereikt. Een verschuiving naar zware crude levert, binnen de aan het model gegeven ruimte, een verhoging van het brandstofverbruik van 10% op.

ECN-C- -96-066

31


32

ECN_C_I96_066

4. VERWACHTINGEN EN CONCLUSIES 4.1 Factoren die het brandstofverbruik aanzienlijk beÏnvloeden Primair doel van het model is het betekenen van het toekomstige energieverbruik van de raffinagesector in het kader van lange termijn energieverkenningen. De berekeningen aan de hoofdlijnen geven aan dat het energieverbruik aanzienlijk b4~nvloed wordt door de volgende ontwikkelingen buiten de raffinagesector: a. Het aandeel zware producten in het productpakket kan leiden van 40% minder tot 40% meer brandstofverbruik. b. Onevenwicht[gheid in de productieverhouding van lichte producten kan leiden tot ± 10go extra brandstofverbruik. c. Een zwaarder crude-pakket kan leiden tot ± 10% extra brandstofverbruik. Het betreft hier relevante variabelen: Ada Historisch gezien is er bij de afnemers een ontwikkeling om steeds minder zware producten (met name zware stookolie) te stoken. - Adb Er is een ontwikkeling in de transportsector richting een groter aandeel diesel. Omdat dieselpersonenauto’s zuiniger met hun brandstof omspringen dan benzinevoêrtuigen is er daarnaast een discussie om deze ontwikkeling extra te stimuleren. Adc Er wordt verwacht dat de wereldvoorraden lichte erude sne[ler terug zullen lopen dan de voorraden zware erude, wat op termijn tot een zwaarder crude-pakket kan leiden. Los hiervan is er een ontwikkeling op het gebied van energiebesparing in de sector. Het zal duidelijk zijn dat de omvang van de sector binnen de Nederlandse energiehuishouding en de geschetste substantiële effecten het noodzakelijk maken om in het kader van lange termijn energieverkenningen meer in detail naar ontwikkelingen binnen de sector te kijken.

4.2 Opmerkingen bij de diverse onderzochte hoofdlijnen Het is een open deur dat niet elk raffinaderijproduct evenveel energie vergt. Zware stookolie kan bij wijze van spreken direct bij de atmosferische destillatie worden afgetapt, terwijl benzine in verband met de klopvastheid eerst nog opgewerkt moet worden. Verschuivingen in het productpakket brengen verschuivingen in brandstofverbruik met zich mee en vergen soms extra conversie-installaties (andere configuraties dan de traditionele hydroskimming). Het spreekt voor zich dat het SERUM-model met wijzigingen in productpakketten en daarmee samenhangende wijzigingen in capacitelten

ECN-C--96-066

33

Raffinagemodel SERUM in hoofdlijnen en configuraties om kan gaan. In dit verband is het opmerkeIijk dat in ketenanalyses (bijvoorbeeld levenscyc~usanalyses/LCA of energie-analyses) voor o~ieproducten vaak nog steeds gerekend wordt met totaal verbruik van de raffinaderijen (of totale emissie) gedeeld door totale productie van de raffinaderijen. Het SERUM-model biedt een basis om in ieder geval de onnauwkeurigheid van deze aanname (soms 50% te hoog, soms 100% te laag) aan te geven. De verdeling van de totale doorzet over de diverse configuraties is een keuze die door de gebruiker van het model gedaan wordt. Het model voert hier geen optimalisatie over uit (de productverdeling wordt via het systeem met schaduwprijzen wel geoptimaliseerd). De doorzetverdeling zou een belangrijke factor voor het brandstofverbruik kunnen zijn. Bij de ene keuze kunnen er immers wel veel mogelijkheden om vacuüm residu (door middel van hycon en flexicoker) op te werken aanwezig zijn, bij een andere keuze weinig. Zoals bekend kost de opwerking van vacuüm residu relatief veel energie, dus worden van de doorzetkeuze toch wat energetische effecten verwacht. De berekeningen aan deze hoofdlijn leveren echter geen significante energieverschillen op. Hoewel dit natuurlijk een toevaI~ige uitkomst kan zijn, betekent het wel dat het model op dit punt waarschijnlijk minder gevoelig is dan verwacht. In de praktijk zal een configuratie met meer diepere conversie meer energie vragen. Deze hoofdlijn geeft aan dat dit niet primair komt door het gebruiken van andere installaties maar doordat de sector een andere productpakket (uit misschien andere crudes) maakt. Indien alle installaties in één raffinaderij geplaatst worden, die aan de totale vraag moet voldoen, ontstaat, zoals verwacht, een andere oplossing dan wanneer met drie configuratieì gerekend wordt. Het betreft h~er niet zo zeer het totale brandstofverbruik, maar wel de conversiecapaciteiten en de verdeling over verschillende soorten crudes en rafl:inaderijbrandstoffen. Het rekenen met drie configurafies is dus een factor die de invulling van een oplossing bdinvloedt. De berekeningen geven aan dat de aardgasinzet voor energetische doeleinden niet echt een harde modeluitkomst is. Een kleine wijziging kan tot substantiële verschillen leiden. Het model heeft ook andere mogelijkheden om binnen ge~telde emissiegrenzen te blijven. Hoewe! hier in eerdere studies al rekening mee is gehouden, is de gevoeligheid toch groter dan verwacht. Niet elk willekeurig productpakket kan met een gegeven configuratie van raffinage-units geproduceerd worden. Het model geeft bepaalde grenzen aan en ook dat er bepaalde koppelingen zijn. Secundaire conversie om meer diesel te maken levert bijvoorbeeld ook benzinecomponenten en (meer) vacuüm residu. Het betreft hier een vrij complex geheel van samenhangende zaken en keuzen, dat moeilijk inzichtelijk te maken is. De samenhang is echter relevant voor toekomstige situaties met andere productpakketten. Vanuit de praktijk zijn hier twee opmerkingen te maken. Het model heeft minder verschuivingsmogelijkheden (is relatief staf) en minder crudes dan in de praktijk. De grenzen zullen in de praktijk dan ook verschoven liggen ten opzichte van wat het model uitrekent. Daarnaast houdt

34

ECN-C--g6-066

Verwachtingen en conclusies het model, door zijn sturin9 vanuit de pmductvraag, geen rekening met structurele import- en (extra) exportmogelijkheden. Hier zijn vanuit de doelstelling van het model twee redenen voor aan te geven. Allereerst worden hierdoor Nederlandse ’knelpunten’ niet onzichtbaar door buitenlandse ’oplossingen’ weggewerkt Daarnaast is het transport van crude goedkoper dan van olieproducten, waardoor het per saldo (op lange termijn gezien) het goedkoopste is als de regionale afzetmarkt aansluit bij de regionale ra ffinaderijproductie. Het SERUM-model is gevoelig voor wijzigingen in productkwaliteiten en SOz-emissie-eisen. Er worden effecten berekend die wat orde grootte betreft realistisch overkomen. Op zich betekent dit dat het meenemen van deze restricties in het lange termijn model nuttig en uit modeloogpunt hier en daar zelfs noodzakelijk is. Verder is duidelijk dat het effect van een wijziging, indien dit separaat gevraagd wordt, niet met één berekening in één specifieke situatie op een goede en verantwoorde manier te bepalen is. Daarbij betreft het een wijziging op detailniveau, die soms door een groot aantal kleine verschuivingen opgelost/weggewerkt wordt. Dit levert voor de sector niet altijd een overtuigend beeld op. Bij een separate vraagsteiling zouden misschien een aantal verschuivingsmogelijkheden gebIokkeerd moeten worden (bijvoorbeeld de inkoop van een ander crude pakket; dit is bij deze hoofdlijnen nog niet gedaan). Met name gaat het dan om zaken die de keuzevrijheid van de raffinaderij beperken. Het model is gevoelig voor crude-prijsverschillen. Op zich is dit niet zo verwonderlijk. Wel betekent dit dat aan de keuze van de prijsverschiIlen, los van het absolute niveau van de olieprijs, de nodige aandacht gegeven moet worden. Daarnaast is er een relatie met bepaalde bounds die meegegeven worden om een bepaald aandeeI van licht of zware crude in de sector te garanderen. Voor beide zaken geldt dat de gebruiker van het model hierin de nodige keuzevrijheid heeft. Een extra complicatie hierbij is dat er op wereldschaal een soort dynamisch evenwicht bestaat (of logisch gezien zou moeten bestaan) tussen de prijsverschil|en van de crudes en de mondiale productvraag in combinatie met de beschikbaarheid van raffünagecapacitelt. Regionale verschillen in productvraag en productiecapaciteit, transportkosten en economìsche of politìeke factoren kunnen dit evenwicht beínvloeden, of lokaal doen verschillen. De keuze van de crude-inzet dient dan ook regionaal optimaal te zijn ten opzichte van het mondiale evenwicht. De crude-prijsverschillen verschuiven hierbij van oorzaak naar gevolg. Het is dan ook zinnig om voor een crude-pakket te kijken naar lokale crudes (gemiddeld goedkoper door de lagere transportkosten) en naar het productpakket t.o.v, wat op wereldschaal verwacht wordt. Geconcludeerd moet worden dat het uitvoeren van een lange termijn optimalisatie op basis van vlak daarvoor geschatte crude-prijsverschil[en, methodologisch niet correct is (de invoergegevens zijn afhankelijk van de resultaten). Dit geldt niet voor de korte termijn! Het gebruik van minimum en maximum bounds op een aantal crudes om regionale voordelen of een mondiale ontwikkeling aan te geven is methodologisch beter. Het teveel vastleggen is echter ook weer onjuist omdat de strategische kennis hiervoor niet toereikend is. Vandaar dat uiteindelijk in het model gekozen is voor het compromis van een aantal bounds, met daartussen een bepaalde vrije ruimte die mede door de prijsverschillen tussen de crudes bdinvloed wordt.

ECN-C--96-066

35

Raffinagemodel SERUM in hoofdiijnen Er blijkt meer interactie te zijn tussen de energievoorziening en het rafl:inageproces dan verwacht. De interactie die berekend wordt tussen energiebesparing (en de daarmee samenhangende brandstofinzet) en de inname van bepaalde soorten crudes lijkt ver van de praktijk af te staan. Met name speelt hierbij de manier waarop in het model met zware residuale stookolie wordt omgegaan. De indruk bestaat dat het model op dit punt, een aantal voor de sector relevante zaken, buiten beschouwing laat. Het model rekent bijvoorbeeld met jaargemiddelden, heeft geen last van storingen, onderhoud en voorraadproblemen, heeft geen voorraadkosten en probeert alleen tegen de laagste kosten aan een vastgelegde productvraag te voldoen (geen optimalisatie richting verkoopprijzen). Ook zou het kunnen zijn dat de problematiek van de prijsverschillen tussen de crudes hierbij een rol speelt Het is niet duidelijk hoe groot het werkelijke verschil tussen model en praktijk is, en hoe dit het beste opgelost zou kunnen worden.

4.3 Samenvattend In tabel 4.1 is een samenvattend overzicht gegeven, zoals het model beoordeeld kan worden. Het model is bruikbaar voor berekeningen aan het brandstofverbruik met een sterk verkennend karakter. Daarnaast bevat het model mechanismen die ook in de complexe raffinagewerkelijkheid voorkomen. Het model levert hiermee grenzen en knelpunten op die ook in de sector op zouden treden. Het model blijkt door zijn huidige opzet en de noodzakelijke vereenvoudigingen echter niet alle afwegingsprocessen binnen een raffinaderij op een juiste manier weer te geven. Op een aantal plekken is de oplossingsrichting die het model aangeeft ’te simpel’. Het draaien met drie configuraties in plaats van één geeft op dit terrein echter wel verbeteringen. Omdat het model gebruik maakt van openbare gegevens omtrent kosten, procestechnische gegevens en eigenschappen van olieproducten is het betekenen van exacte productietechnische grenzen, kosten en productprijzen niet de sterkste kant van het model. In dit verband kan opgemerkt worden dat de huidige gegevens in het model, aan de hand van meer recente bronnen nog eens langs gelopen zouden moeten worden.

36

ECN-C--96-066

Verwachtingen en conclusies Tabel 4.1 Samenvattendove~zicht Hoofdlijn

Effect op het brandstofverbruik

Gevoeligheid SERUM-model

Doorzet Productpakket. Sturing vanuit productvraag Verhouding tussen producten Crude pakket (grenzen) Crude pakket (keuze vrijheid model) Energiebespa ringsma atregelen Cijfers in model up to date Verdeling over configuraties Capaciteiten per configuratie Kwaliteitseisen aan producten Omgaan met zware residuen Aardgasinzet SO2-emissie-eisen sector

groot groot. ja ja ja ja ja beperkt beperkt

goed goed anders dan praktijk geeft bestaan van knelpunten aan eigen inschatting lijkt niet op praktijk invoergegeven aanpassing nodig eigen inschatting gebruiker eigen inschatting gebruiker geschikt als second opinion mist praktijk aspecten model te gevoelig geschikt als second opinion

ECN-C--96-066

beperkt beperkt beperkt zeer beperkt

37


ECN-C--96-066

REFERENTIES []] P.G.M. Boonekamp, et al.: Nationale Energie Verkenningen 1990-2015. ECN-C--92-0 ] 7, ECN/ESC, Petten, juni ] 992. 12] F. van Oostvoorn, P. Kroon, A.V.M. de Lange: SERUM, een model van de Nederlandse raffinage industrie. ESC-49, ECN/ESC, Petten, oktober 1989. [31 J.G. de Beer et al.: ICARUS 3 The potential of Energg E~cieng lmprovement in the Netherlands up to 2000 and 201.5 (concept). Vakgroep Natuurwetenschap en Samenleving, Rijk~universiteit Utrecht. [4] R.C. Rijkeboer et al.: Wijziging brandstofmix: een studie naar de gevolgen voor ~nergiegebruik en emissie van een drast[sche w~jziging van de verdeling benzine-diesel-LPG bij personen- en bestelwagens. TNO-rapport 92.OR.VM.001.0/RR, IW-TNO, Delft, oktober 1992. [5] R. Albers et al.: Energie en emissies van COz, NOx en SO2 in de seenario’s van de derde Nationale Milieuverkenning (MV3). Achtergronddocument bij" de 3e Nationale Milieuverkenning 1990-2015. Rapport nr. 2.51701011, RIVM, Bflthoven, jun~ 1993. [6] C.W.C. van Paassen et al.: Cost to reduce the sulphur content of diesel fuel. Report no. 10/897 CONCAWE, The Hague, November 1989.

ECN-C--96-066

39


40

ECN-C--96-066

APPENDIX A. PRODUCTVERDELING OVER DE CONFIGURATIES Tabel A.1 Totale productvraag in Mton en verdeling over de configuraties in de referentieOerekening 2015

Configuratie LPG

0,1

0

0,6

4

1,0 3,5 4,2

3 12 14

0,7 2,6 1,2

Kerosine

4,3

14

1,5

Gasolie - autodiesel - ov, gasolie

8,0 1,1

27 4

Zware destillatie - stookolie - bunkerolie

0,4 5,3

Overige - asfalt - smeerm. + was

] ,0 1,1

Lichte destillatie - superplus - (euro)super - naphta + a.

Totaal

ECN-C--96-066

Traditioneel Coker Hycon Totaal [MtonI [%] [Mton] l%] [Mton] l%] IMtonl I%] 3

1,2

2

5 17 8

1,0 7 4,2 28 7 1,1

2,7 10,3 6,5

5 17 11

10

1,0

7

6,8

11

3,7 25 3,5 23

1,6 1,0

11 7

1 1B

0,3 0,9

2 6

1,3 3,3

9 22

2,0 9,5

3 !6

3 4

0,0 0,0

0 0

0,0 0,0

0 0

1,0 1,1

2 2

30,0 100

15,0 100

0,5

15,0 100

13,3 22 9 5,6

60,0 100

4]


42

ECN-C--96-066

APPENDIX B. DETAILRESULTATEN BEREKENINGEN Tabel B.] Referentieberekening 2015; resultaten per configuratie Configuratie Verdeling productvraag Intake Brant l~lend Iranian L~ght Arabian Heavy Aardgas (H~) MTBE Methanol/TBA Totaal

Hycon 10,0

Totaal 60,0

15,0 24,6 2,0 0,3 0,0 0,0 41,9

0,0 3,3 8,0 0,2 0,0 0,0 11,6

0,0 4,1 6,7 0,0 0,1 0,0 11,0

15,0 32,0 16,7 0,ô 0,1 0,0 64,5

Totale energie-intake [PJ]

1815

487

462

2764

Brandstofinzet Raffinaderij-olie Raffinaderijgas Flex~cokergas FCC-gas Aardgas Totaal

[PJ] [PJ] [PJ] [PJ] [PJ] [PJ]

13,2 47,3 0,0 1,7 40,7 102,9

0,0 18,6 20,3 0,0 0,0 38,9

0,0 21,8 0,0 3,7 3,1 28,7

13,2 87,7 2.0,3 5,4 43,8 170,5

Energievraag Stoom Proceswarmte Elektriciteit Totaal

[PJ] [PJ] [PJ] [PJ]

19,6 71,2 5,5 96,3

6,2 24,3 2,8 33,3

5,1 17,4 1,5 23,9

30,9 112,9 9,7 153,5

Stoomwinning

[PJ]

5,1

8,8

1,4

15,2

883 239 94 22692 23907

336 87 32 5630 6084

356 94 84 5446 5980

1575 419 210 33768 35972

94,3

89,7

93,3

92,4

[Mton] [,Mton] [MtonI [Mton] [Mton] [MtonI [Mton]

Kosten Kapitaals}asten [min gld] Vaste kosten [min gld] Variabel kosten [min gld] Groncl- en hulpstoffenImln gld] Totaal [min gld] Rendement

ECN-C--96-066

Traditioneel Coker 40,0 10,0

[%]

43

Raffinagemodel SERUM in hoofdlijnen Tabel B.2 Andere doorzetten per con~guraties; resultaten meer door traditioneel Configuratie Verdeling productvraag Intake Brent Blend lranian Light Arabian Heavy Aardgas (H2) MTBE Methanol/TBA Totaal

[Mton] [Mton] [Mton] [Mton] IMton] IMton] [Mton]

Traditioneel Coker Hy¢on 30,0 15,0 15,0

Totaal 60,0

15,0 14,2 2,5 0,3 0,1 0,0 32,1

0,0 6,6 10,2 0,4 0,1 0,0 17,2

0,0 7,1 9,0 0,0 0,2 0,1 16,3

15,0 27,9 21,6 0,7 0,3 0,1 65,6

Totale energie-intake IPJ]

1357

721

óg0

2768

Brandstofinzet Raffinaderij-olie Raffinaderijgas Flexicokergas FCC-gas Aardgas Totaal


22,2 53,6 0,0 0,3 0,0 76,1

0,0 24,6 27,9 0,0 0,0 52,4

0,0 29,5 0,0 5,6 5,9 41,0

22,2 107,7 27,9 5,9 5,9 169,5

Energ~evraag Stoom Proceswarmte Elektriciteit Totaal

[PJ] [PJ] [PJ] [PJ]

14,4 53,3 4, I 7],9

9,0 35,8 4,0 48,9

7,6 25,7 2,1 35,4

31,0 1 ] 4,8 10,3 156,1

Stoomwinning

[PJ]

4,8

12,4

1,9

19,1

633 171 68 17064 17935

483 125 46 8454 9108

517 137 119 8191 8964

1633 433 234 33708 36007

94,6

90,2

93,4

92,7

Kosten Kapitaalslasten [min gld] Vaste kosten [min gld] Variabel kosten [min gldl Grond- en hulpstoffen[min gld] [min gldl Totaal Rendement

44

[%]

ECN-C--96-066

Detailresultaten berekeningen Tabel B.3 Andere doorzetten per configuraties; resultaten minder door traditioneel Configuratie Verdeling productvraag

Intake Brent Blend Iranian Light Arabían Heavy Aardgas (Hz) MTBE Methanol/TBA Totaal

[Mtonl [Mton] [Mton} IMton] lMton] [Mtonl [/4ton]

Totale energie-intake IPJ]

Traditioneel Coker 20,0 20,0

Hyoon 20,0

Totaal 60,0

11,8 5,1 4,2 0,2 0,0 0,0 21,4

0,0 15,4 7,0 0,4 0,1 0,0 22,9

0,0 10,3 10,9 0,1 0,2 0,1 21,6

11,8 30,8 22,1 0,7 0,3 0,1 65,8

903

9(53

915

2781

Brandstofinzet Raffinaderij-olie Raffinaderijgas Flexieokergas FCC-gas Aardgas Totaal

[PJ] IPJ] [PJ] [PJ] [PJ] [PJ]

14,2 36,0 0,0 0,0 0,0 50,3

0,0 47,4 21,0 0,0 0,0 68,3

0,0 33,0 0,0 6,8 10,7 50,5

14,2 116,4 21,0 6,9 10,7 169,1


[PJ] [PJ] [PJ] [PJ]

10,6 34,6 2,6 47,9

11,6 47,5 5,1 64,2

9,5 32,5 2,? 44,7

31,7 114,6 10,5 156,8

Stoomwinning

[PJ]

3,5

14,1

2,4

20,0

614 649 158 170 61 149 11588 10898 12421 11867

1686 444 254 33753 36137

Kosten Kapitaalslasten [mln gld] Vaste kosten [min gld] Variabel kosten [min gld] Grond- en hulpstoffen[min gld] Totaal [min gld] Rendement

[%]

423 1 lô 43 11267 11849 94,5

90,1

93,6

92,7

Raffinagemodel SER~IM in hoofdlijnen Tabel B.4 Andere doorzetten per configuratíes; vergelijking totalen met referentie Configuratie Verdeling produetvraag Intake Brent Blend lranian Light Arabian Heavy Aardgas (H2) MTBE Methanol/TBA Totaal

] 5,0 32,0 16,7 0,6 0,1 0,0 64,5

] 5,0 27,9 21,6 0,7 0,3 0,1 65,6

] ] ,8 30,8 22,1 0,7 0,3 0,1 65,8


2764

2768

2781

Brandstofinzet Ra ffinaderij-olie Ra ffin~derijgas Flexicokergas FCC-gas Aardgas Totaal


13,2 87,7 20,3 5,4 43,8 170,5

22,2 107,7 27,9 5,9 5,9 169,5

14,2 116,4 21,0 6,9 10,7 169,1

[PJ] [P J] [P J]

30,9 112,9 9, 7 153,5

31,0 114,8 10,3 156,1

31,7 114,6 10,5 156,8

[PJ]

15,2

19,1

20,0

Kosten Kapitaalslasten [min gld] 1575 Vaste kosten [min gld] 419 Variabel kosten [min gld] 210 Grond- en hulpstoffen [rnln gld] 33768 [mln gld] 35972 Totaal

1633 433 234 33708 36007

1686 444 254 33753 36137

92,7

92,7

Energievraag Stoom Proceswarmte Elektriciteit Totaal Stoomwinning

Rendement

46

[Mton] [Mton] [/~ton] [Mton~ [Mtonl [Mton] [Mton]

Tra/Cok/Hyc Referentie Tra/Cok/Hyc 40/310/10 30/15/15 20/20/20

[P J]

[%]

92,4

ECN-C--96-066

DetailresuItaten berekeningen Tabel B.5 Effect geen configuraties maar één model; inclusief varianten op crude inname en fleMcoker/hycon capaciteit Configuratie

Referentie

Overall

Overall

Overall

Overall

Vast

Los

Vast

Los

~:3,4 ~:2,6

3,4-3,5 2,6-2,7

3,4-3,5 2,6-2,7

1,3-4,7 1,1-4,0

1,3-4,7 1,l-4,0

15,0 27,9 21,6 0,7 0,3 0, ] 65,6

15,0 26,5 22,0 0,6 0,0 0,0 64,1

30,1 1,6 32,2 0,6 0,0 0,0 64,4

15,0 27,0 22,0 0,5 0,0 0,0 64,5

22,4 1,6 40,8 0,9 0,0 0,0 65,7


2768

2773

2770

2775

2792

Brandstofinzet Raffinaderij-olie Raffinaderìjgas Flexicokergas FCC-gas Aardgas Totaal


22,2 107,7 27,9 5,9 5,9 ]69,5

0,0 67,0 28,6 5,4 66,3 167,3

0,0 90,5 28,6 2,7 49,6 171,4

0,0 71,6 38,5 5,2 49,9 ]65,]

0,0 115,6 38,5 ] ,8 22,2 178,1


[PJI [P J] [P J] [P J]

31,0 114,8 10,3 156, ]

30,9 l ]2,2 ] 0,0 ] 53,0

31,2 ] 15,7 10,5 ] 57,4

31,9 110,4 l 0,0 152,3

32,4 125,7 12,2 ] 70,3

Stoomwinning

[PJ]

19,1

17,2

1B,1

18,5

25,2

Kosten Kapitaalslasten Vaste kosten Variabel kosten Grond- en hulpstoffen Totaal

[min gld] [mln gld] [mln gld] [mln gld] [mln gld]

1633 433 234 33708 36007

1604 424 ]91 33490 35709

]ól I 430 187 33296 35524

1573 416 172 33536 35698

1774 473 210 32964 35422

Rendement

[%1

92,7

92,8

93,0

92,8

92,1

Capaciteit Vacuum destillatie Catcracker Hydrocracker Flexicoker Hy¢on

[Mton] [Mton] [Mton] [Mton] [Mton]

32,2 7,5 9,5 3,5 2,6

26,5 8, I 8,2 3,5 2,7

28,0 5,2 9,9 3,5 2,7

26,3 7,9 8,0 4,7 1,5

29,4 3,4 12,0 4,7 4,0

Crude intake Capaciteits (marge) Flexicoker Hycon

Intake Brent Blend Iranian Light Arabian Heavy Aardgas (H2) MTBE Methanol/TBA Totaal

ECN-C--96-066

[Mton] [Mton] [Mton] [Mton] [Mton] [Mton] [Mton]

47

Raffinagemodel SERUM in hoofdlijnen Tabel B.6 De invloed van een ander benzine- en dieselaandeel in de trad~tionele configuratie Meer diesel Referentie Extra benzine Nog meer benzine minder diesel en minder diesel minder benzine Verschil in IMtonl Benzine Diesel

-0,5 0,5

0,0 0,0

3,0 -3,0

5,0 -5,0

Intake Brent Blend lranian Light Arabian Heavy Aardgas (Hz) MTBE Methanol/TBA Totaal

IMton] IMton] [Mton] [Mton] [Mton] IMton] [MtonI

9,5 20,3 2,0 0,4 0,0 0,0 32,3

15,0 ~4,2 2,5 0,3 0,1 0,0 32,1

15,0 13, I 3,7 0,1 0,2 0,0 32,2

15,0 14,0 3,0 0,1 0,3 0,0 32,4

Totale energie-intake

[PJ]

1365

1357

1362

1367

Brandstofinzet Raffinadedj-olie Raffinaderijgas Flexieokergas FCC-gas Aardgas Totaal

[PJ] [PJ] [PJI [PJ] [PJ] [PJ!

24,4 55,7 0,0 0,0 0,0 80,1

22,2 53,6 0,0 0,3 0,0 76,1

26,7 48,2 0,0 2,6 5,4 82,8

27,1 58,9 0,0 3,5 0,0 89,4


[PJ] [PJ] [PJ] [PJ]

15,4 57,0 4,5 76,9

14,4 53,3 4,1 71,9

16,6 55,0 4,0 75,6

17,3 59,4 4,3 81,0

Stoomwinning

[PJ]

6,3

4,8

2,5

2,1

Kosten Kapitaalslasten Vaste kosten Variabel kosten Grond- en hulpstoffen Totaal

[min gld] [min gld] [mln gld] [mln gld] [m]n gld]

670 183 7] 17029 17953

633 17] 68 17064 17935

725 193 75 17139 18132

784 205 80 ]7294 ]8362

Rendement

[%]

93,9

94,6

94,7

94,7

Capaciteit Vacuum destillatie Catcracker Hydrocracker

[Mton] [Mton] [Mton]

13,4 0,0 6,0

13,2 0,6 5,3

12,3 4,8 3,8

12,3 5,7 4,5

48

ECN-C--96-066

Detailreaultaten berekeningen Tabel B.7 De invloed van andere pmductkwaliteiten voor zware stookolie, benzine en diesel in de traditionele configuratie Referentie Meer S Minder S Meer S Hogere RON in stookolie in stooko[ie in diesel benzinerrd× Zwavelgehalte [%] - Zware stookolie - Diesel Euro8uper = superplus

1,00 0,05 nee

2,00 0,05 nee

0,50 0,05 nee

1,00 0,20 nee

1,00 0,05 ja

15,0 14,2 2,5 0,3 O, 1 0,0 32,1

15,0 13,8 2,8 0,3 O, 1 0,0 32,1

15,0 14,6 2,2 0,3 0,0 0,0 32,1

14,2 15,5 2,0 0,3 O, 1 0,0 32,0

15,0 13,8 2,7 0,3 0,3 0,0 32,1

Totale energie-intake [PJ}

1357

1355

1358

1354

1350

Brandstofinzet Raflìnaderij-olie Raffinaderijgas F]exicokergas FCC-gas Aardgas Totaal


22,2 53,6 0,0 0,3 0,0 7ô, 1

22,5 52,8 0,0 0,2 0,0 75,6

21,9 54,1 0,0 0,4 0,0 7ó,4

20,3 54,3 0,0 0,2 0,0 74,8

17,6 59,0 0,0 0,2 0,0 76,8

Knergievraag Stoom Proceswarmte Elektriciteit Totaal

[PJ] [PJ] [P J] [PJ}

14,4 53,3 4, l 71,9

14,3 53,3 4,1 71,7

14,5 53,3 4,1 71,9

14,0 52,7 4,1 70,8

14,6 53,3 4,1 72,1

Stoomwinning

[PJ]

4,8

5,1

4,6

4,7

4,3

Intake Brent Blend lranian Light Arabian Heavy Aard9as (H2)

MTBE Methanol/TBA Totaal

[Mton] [Mton] [Mton] [Mton] [Mton] [Mton] [Mton]

Kosten Kapitaalslasten [min gld] [min gld] Vaste kosten Varìabel kosten [min gld] Grond- en hulpstoffen[min gld] [mln gld] Totaal

633 17I 68 17064 17935

628 170 67 17062 17926

636 172 68 17064 17940

622 167 66 17048 17903

635 172 67 17169 18043

Rendement

[%1

94,6

94,7

94,5

94,7

95,3



13,2 0,6 5,3

13,2 0,5 5,3

13,1 0,7 5,3

13,2 0,5 5,4

13,1 0,3 5,4

ECN-C--96-066

49

Rafl:inagemodel SERUM in hoofdlijnen Tabe~ B.8 De invloed van de prijsverschillen tussen de crudes in de traditionale configuratie Kleinere Referentie Grotere prijsverschillen prijsverschillen Prijzen [gld/ton] Brend Blend lranian Light Arabian Heavy

540 525 500

550 525 470

580 525 430

15,0 14,8 2,0 0,3 0,0 0,0 32,1

15,0 14,2 2,5 0,3 O, 1 0,0 32,1

9,0 18,9 3,8 0,4 O, 1 0,0 32,3


1357

1357

1369

Brandstofinzet Raffinaderij-olie Raffinaderijgas Flexicokergas FCC-gas Aardgas Totaal

[PJ] [PJ] [PJ] [PJ] [PJ] [PJI

21,0 54,7 0,0 0,4 0,0 76, I

22,2 53,6 0,0 0,3 0,0 76, I

22,2 53,0 0,0 0,4 8,1 83,7


[PJl [PJ] [PJ] [PJ]

14,5 52,9 4,1 71,5

14,4 53,3 4,1 71,9

16,6 58,9 4,5 80,0

Stoomwinning

[PJ]

4,4

4,8

6,1

633 171 68 16977 17849

633 171 68 17064 17935

711 192 74 17149 18127

Intake Brent Blend lranian Light Arabian Heavy Aardgas (H2) MTBE Methanol/TBA Totaal

[Mton] [Mton] [Mton] IMton] [Mton] [Mton] [Mton]

Kosten Kapitaalslasten [min gld] Vaste kosten Imln gld] Variabel kosten [min gld] Grond- en hulpstoffen [min gldl Totaal [mln gld]

Rendement

[%1

94,6

94,6

93,9


[Mtonl

13,1 0,7 5,3

13,2 0,6 5,3

13,0 0,8 5,6

50

[Mton] [Mton]

ECN-C--96-0ö6

Detailresultaten berekeningen Tabel B.9 De invloed een strenger S02-emissie-eis in de traditlonele configuratie Referentie 250

Eis twee maal zo streng 125

15,0 14,2 2,5 0,3 0,1 0,0 32,1

15,0 14,5 2,3 0,3 0,0 0,0 32, I

Totale energie-intake [PJl

1357

1359

Brandstofinzet Raffinaderij -olie Raffìnaderijgas Flexicokergas FCC-gas Aardgas Totaa!

[PJ] [PJ] [PJ] [PJI [PJ] [PJ]

22,2 53,6 0,0 0,3 0,0 76, 1

22,2 54,1 0,0 0,4 0,0 76,7

’[PJ] [PJ] [PJ] [PJ]

14,4 53,3 4,1 71,9

14,6 53,5 4,1 72,3

[PJ]

4,8

4,7

633 171 68 17064 17935

638 173 68 17068 17948

Emissie-eis [ton SOz/PJ]

Intake Brent Blend lranian Light Arabian Heavy aardgas (Hz) MTBE Methanol/TBA Totaal

Energievraag Stoom Proceswarmte Elektriciteit Totaal Stoomwinning

[Mtonl [Mton] [Mtonl [Mtonl IMtonl IMton] [Mton]

Kosten Kapitaalslasten !min gldl Vaste kosten [min gld} Variabel kosten [min gld] Grond- en hu!pstoffen [min gId] Totaal !min gld]

-96 -066

Rendement

[%1

94,6

94,5

Capacite!t Vacuum destillatie Catcracker Hydrocracker


13,2 0,6 5,3

13,1 0,7 5,3

51

Raffinagemodel SERUM in hoofdlijnen Tabel B. 10 De relatie tussen energievoorziening en raffinageproces onderzocht via de mate Uan energiebesparing en een lagere aardgasprijs in de traditionele route Minder Referentie Meer Aardgas Aardgas besparing besparing goedkoper zeer goedkoop

Energiebesparing[%] Stoom Elektriciteit Heat

0 0 0

15 10 15

30 20 30

15 10 15

15 10 15

Aardgasprijs [gld/GJl

11

11

11

8

4

Intake

Brent Blend lranian Light

[Mton] [Mton]

15,0 13,4

15,0 14,2

9,0 20,5

15,0 14,2

9,0 20,5

Arabian Heavy

[Mton]

3,7

2,5

2,0

2,3

2,0

aardgas (H2)

[Mton]

0,3

0,3

0,4

0,3

0,4

MTBE

[Mton]

0,0

0,1

0,1

0,1

0,1

Methanol/TBA

[Mtonl

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

Totaal

[Mton]

32,3

32,1

32,0

32,0

32,0

Totale energie-intake

[PJ]

1374

1357

1349

1354

1364

Brandstofinzet Raffinaderij-olie Ral?finaderi]gas Flexicokergas FCC-gas Aardgas Totaal

[PJ] [PJ] [PJI [PJ] [P J] [PJ}

30,2 56,0 0,0 0,4 5,2 91,7

22,2 53,6 0,0 0,3 0,0 76,1

14,0 52,4 0,0 0,4 0,0 66,8

20,0 52,8 0,0 0,2 2,4 75,4

14,6 52,4 0,0 0,4 14,5 81,9

Energievra a g Stoom Proceswarmte Elektriciteit Totaal

[PJ] [PJ] [PJ] {P J]

17,5 63,2 4,7 85,4

14,4 53,3 4,1 71,9

13,1 48,0 4,0 65,0

14,3 53,2 4,1 71,6

15,8 58,2 4,4 78,5

Stoomwinning

IPJ]

4,5

4,8

6,1

5,0

6,1

Kosten Kapitaalslasten [mln gld] 653 [min gld] Vaste kosten 178 Variabel kosten [mln gld] 73 Grond- en hulpstoffen [min gld] 17178 [min gldl 18082 Totaal

633 171 68 17064 17935

687 186 68 16897 17837

626 169 67 17033 17895

691 185 71 16849 17796

Rendement

[%]

93,6

94,6

94,9

94,7

94,0

Capaciteit Vacuüm destillatie Catcracker Hydrocracker


13,4 0,8 5,3

13,2 0,6 5,3

13,0 0,7 5,6

13,1 0,5 5,3

13,0 0,7 5,6

52

ECN-C--96-066

RAFFINAGEMODEL SERUM IN HOOFDLIJNEN

Recommend Documents