SINCRONIZACIÓN DE UNA MATRIZ PRODUCTIVA DE QUÍMICOS BÁSICOS

Matriz productiva de químicos básicos y químicos directos

Una matriz productiva de químicos básicos y de químicos de uso directo representa  las producciones sincronizadas de un grupo de instalaciones vinculadas por sus producciones a través de conexiones físicas.

Las conexiones se hacen necesarias para que los químicos básicos de algunas instalaciones puedan usarse como materias primas de otras, sin perjuicio de que también puedan usarse  como químicos directos, sin sufrir transformaciones en su estructura química.

Otra manera de mirar el asunto es denominar “químicos directos” a las sustancias químicas de la matriz productiva que sirvan para sustituir importaciones, y “químicos básicos” a los que se usen como materias primas de otras producciones de la matriz.

Localización física y sincronización de la matriz productiva

“Matriz Productiva Química” es un concepto que ,en términos concretos, implica un conjunto de instalaciones físicas interrelacionadas integradas en un polígono o parque industrial, con cierto grado de interconexión entre ellas..

Un polígono o parque industrial de industria química,  generalmente contiene sólo instalaciones para ese objeto, y debe poseer, en general, instalaciones comunes de servicio a las instalaciones que allí se encuentren localizadas, para poder -por ejemplo- dar tratamiento secundario de residuos líquidos y sólidos, producir utilidades comunes como vapor, energía eléctrica, aire comprimido, luchar contra incendios, proveer seguridad intrínseca, y otras tantas.

Es imprescindible sincronizar la producción de un polígono industrial de industria química constituido por instalaciones de procesos continuos donde unos usan parte de la producción de otros como materias primas.

Esto es necesario porque, además de producir las cantidades necesarias de químicos directos para sustituir las importaciones, la matriz ubicada en el polígono debe producir las cantidades adicionales de químicos básicos que sean necesarias para la producción de otros químicos directos, o  básicos, que son las que circulan dentro del polígono, entre las instalaciones de éste.

El que un químico se considere básico, o directo, depende del uso que se le dé. Debe quedar claro que una misma sustancia química puede usarse como químico básico, y también como químico directo.

Un ejemplo típico de químico dual lo constituye el ácido acético.

Cuando el éste ácido se usa, generalmente en forma diluida, para ajustar el pH en en el agotamiento de colorantes ácidos en la industria textil, se considera un químico de uso directo, porque su estructura molecular no cambia.  En cambio, cuando el ácido acético se usa para producir acetato de sodio, o ácido cloroacético se le considera un químico básico porque se transforma en nuevas sustancias de diferente estructura.

Un ejemplo de una matriz productiva química

Características de una matriz productiva química para un mercado limitado

Como ya comentamos en un artículo anterior (https://simulacionblog.com/2014/08/04/perfil-de-factibilidad-preliminar-para-una-instalacion-para-producir-hidroxido-de-sodio-parte-i-2/) una matriz productiva química para un mercado limitado debe estar constituida por instalaciones de la capacidad necesaria para sustituir las importaciones y para producir -como queda dicho arriba- los químicos adicionales que se especifiquen en la concepción de la matriz.

En relación a ésto último, es necesario recalcar que -por razones ineludibles de capacidad limitada de mercado- no es realista pensar que una matriz productiva para un mercado limitado se constituya a base de las mega instalaciones de podrían adquirirse en los países industrialmente desarrollados.

Estructuración de una matriz productiva química

Una matriz productiva química debería tener por objeto, salvo mejores y más ilustrados criterios, el establecimiento de industrias químicas básicas de adecuada capacidad para sustituir las importaciones más importantes que el país requiera, y para generar empleo y bienestar.

El ejemplo que a continuación se propone no pretende ser exhaustivo, ni único. Sólo pretende ilustrar una posible manera de estructurar y sincronizar una matriz.

Base de la estructuración

Si la base para estructurar una matriz productiva química es el reemplazo de las importaciones, su estructura debe basarse en las importaciones más importantes que el país realice, y en su extrapolación a una fecha futura, para conferirle una cierta flexibilidad.

La ejecución de la estrategia de la sustitución de importaciones es muy simple en principio, y será tan idónea como idóneos sean los datos que se usen, asunto que no siempre es totalmente posible porque -como veremos- las tendencias de los datos cambian abruptamente, y los intervalos de algunas de las series cronológicas son muy cortos, lo que dificulta aún más su extrapolación, que de hecho es un ejercicio en incertidumbre.

Por esta razón algunos consumos estimados de la manera que queda descrita, podrían considerarse como demasiado inciertos, pero -a pesar de eso- se han utilizado,  porque la idea es formular un ejemplo tentativo.

Para estos fines se mostrarán algunos datos de importación, en forma de gráficas, que se usarán como punto de partida para estructurar una matriz parecida a la que se representa en la siguiente figura, en la que hemos eliminado los cloruros de níquel y zinc, y los ácidos cloroacéticos para simplificar el ejemplo.

Figura 1. Una matriz productiva mínima

Figura 1. Una matriz productiva mínima

Una matriz productiva mínima

La Figura 1 muestra una matriz productiva mínima basada en cuatro industrias químicas básicas mundialmente reconocidas como tales, como son las producciones de Cloro-Sosa Cáustica; Metanol; Ácido Acético; y Ácido Clorhídrico.

En este ejemplo el metanol se produce a partir de la carbonilación del metano mediante una serie de reacciones mucho más complejas que las que se muestran más adelante. El ácido acético se produce a partir del metanol.  El cloro y el hidrógeno, que se obtienen en calidad de subproductos de la producción de sosa cáustica, obtienen el ácido clorhídrico, y de la sosa cáustica, que se produce a partir del cloruro de sodio se produce hipoclorito de sodio.

Estos son los químicos que la matriz produce.

A partir de estos químicos básicos se produce, en este ejemplo, el hipoclorito de sodio, el acetato de sodio,  el cloruro de calcio, el acetato de etilo, y el hipoclorito de sodio, y se podría producir muchos más que se dejaron de lado para simplificar el ejemplo.

Los procesos que se mencionan en la figura anterior son, con la excepción de la esterificación de Fischer para obtener acetato de etilo, catalíticos y están cubiertos por patentes. Se los menciona aquí sólo como referencia.

Por esta causa, para implementar esta matriz en la escala limitada en que se propone, sería necesario desarrollar procesos y catalizadores propios.

Consumo de químicos básicos

A continuación se presentan las estimaciones de consumo de químicos básicos en base a los datos de importación que se han obtenido de diferentes fuentes, que se citan.

Consumo estimado de hidróxido de sodio

Figura 2. Consumo estimado de hidróxido de sodio, expresado como NaOH de 100%

Figura 2. Consumo estimado de hidróxido de sodio, expresado como NaOH de 100%

Algunas aclaraciones se hacen imprescindibles respecto del consumo estimado representado en la figura anterior.

La primera se relaciona  con la evolución de los datos, que es peculiar por presentar tres cambios de tendencia en el corto lapso de trece años: El primero en el año 2005, el segundo en el año 2010, y el tercero en el año 2012.

Puede, además, observarse que los cambios en la tendencia obedecen a fenómenos de decrecimiento, y de crecimiento de las importaciones relativamente sostenidos. Los más importante corresponden al decrecimiento que puede observarse en el gráfico entre el año 2000 hasta comienzos del año 2005, y al crecimiento que ocurre entre el año 2005 y el año 2010; los otros corresponden al decrecimiento que se puede observar entre el año 2010 y el año 2012, y al crecimiento que se observa a partir del año 2013.

De la observación del gráfico, podría inferirse que las singularidades mencionadas, no parecen afectar la extrapolación de los datos, que parece razonable.

Por esta causa se utilizaron dos métodos para extrapolar la evolución de los datos, que arrojan resultados coherentes, y lógicos. El primero, que corresponde al trazo rojo de la figura anterior, que corresponde al método de los promedios móviles basándose en nueve datos para estimar cada uno de los puntos de la tendencia, que tiene casi la misma tendencia que el segundo método que se usó, que consistió en una simple regresión polinómica, cuyo coeficiente de regresión es muy pobre desde el punto de vista estadístico, como se puede apreciar, pero que obtiene un estimado más bien conservador, coherente con el primer método, y realista.

Como comentario para los amigos estudiantes, puede añadirse que la utilización de una regresión polinómica de sexto grado, que no se muestra, obtuvo un coeficiente de regresión aceptable desde el punto de vista estadístico, pero estimaciones totalmente irreales desde el punto de vista práctico.

Consumo estimado de metanol

Figura 3. Consumo estimado de metanol, en TM/Día

Figura 3. Consumo estimado de metanol, en TM/Día,

http://www.quandl.com/UN/COMM_30_METHYLALCOHOL_IMPORT_ECU-Commodity-Imports-Organic-Chemicals-Methyl-alcohol-Ecuador

El consumo estimado de metanol requiere de los mismos comentarios anteriores.  En este caso el coeficiente de regresión de los datos ajustados mediante un modelo exponencial no es satisfactorio, debido al pico que se registra entre el año 1993 y el año 1996. El ajuste es, a pesar de eso, razonable desde el punto de vista de la lógica.

Se debe anotar que en este caso se pueden observar cambios de las tendencias parecidos a los del hidróxido de sodio, aunque más pronunciados, como queda indicado.

Consumo estimado de hipoclorito de calcio

Figura 4. Consumo estimado de Hipoclorito de Calcio , TM/Día

Figura 4. Consumo estimado de Hipoclorito de Calcio , TM/Día

http://www.indexmundi.com/trade/imports/?country=ec&commodity=282810

Se presentan los datos de hipoclorito de calcio, porque no fue posible encontrar datos confiables de importación de hipoclorito de sodio, aunque se considere el consumo de ésta última sustancia en la matriz por razones de coherencia

Respecto de la regresión, se debe reconocer  que el coeficiente respectivo no es estadísticamente satisfactorio, a pesar de que el consumo proyectado para el año 2025 es razonable desde el punto de vista práctico.

Consumo estimado de ácido acético

Figura 5. Estimación del consumo de ácido acético, TM/Dia

Figura 5. Estimación del consumo de ácido acético, TM/Dia

http://www.quandl.com/UN/COMM_30_ACETICACID_IMPORT_ECU-Commodity-Imports-Organic-Chemicals-Acetic-acid-Ecuador

Respecto de los datos correspondiente al ácido acético puede decirse que la regresión es adecuada, pero que la cantidad que arroja la extrapolación es modesta.

Consumo estimado de acetato de etilo

Los datos correspondientes al acetato de etilo presentan cambios en la tendencia, al igual que los de las sustancias anteriores, sin embargo de que el ajuste exponencial es satisfactorio, y la cantidad extrapolada es aceptable.

Figura 6. Consumo estimado de Acetato de Etilo, TM/Día

Figura 6. Consumo estimado de Acetato de Etilo, TM/Día

https://www.quandl.com/UN/COMM_30_ETHYLACETATE_IMPORT_ECU-Commodity-Imports-Organic-Chemicals-Ethyl-acetate-Ecuador

Consumo estimado del ácido clorhídrico

Figura 7. Consumo estimado de ácido clorhídrico

Figura 7. Consumo estimado de ácido clorhídrico

United Nations Datababase

En este caso el consumo estimado es muy modesto, pero la tendencia obtenida por promedios móviles es coherente con los datos, que dan la idea de un consumo decreciente, lo que no deja de sorprender, ni es francamente muy creíble, porque podría usarse para producir tri-cloruro de hierro, para tratamiento de agua, y para otras aplicaciones.

Estructuración de la matriz productiva química en base a los datos estimados de consumos de químicos básicos

Las matrices productivas para los años 2016 hasta el año 2025 se presentan a continuación para cuatro químicos básicos: hidróxido de sodio, metanol, ácido acético, y ácido clorhídrico; y para algunos químicos derivados de éstos de uso directo como el hipoclorito de sodio, el acetato de sodio y el acetato de etilo.

Se ha tomado el intervalo indicado porque se analiza un proyecto de diez años de duración que tarda un año en construirse.

Cada matriz tiene ocho columnas útiles, que corresponden a los químicos básicos y diez y seis filas que corresponden a materias primas y también a químicos. las cifras que encabezan las columnas corresponden a las producciones sincronizadas, que incluyen los flujos entre las instalaciones del polígono. La columna intitulada producción proyectada asincrónica corresponde a la producción que sale del polígono.

La columna cuyo título es “Déficit o Superávit” corresponde a la diferencia entre lo proyectado y lo sincronizado, y debe ser tan cercana a cero como sea posible.

Los flujos negativos de la columna “Productos/Materias Primas” corresponden a las materias primas que ingresan al polígono. Los flujos positivos de esa columna corresponden a productos que salen del polígono. El último número de esa columna corresponde al cierre del balance de masa del polígono, que debería ser cero, pero que en realidad es cercano a ese valor y porcentualmente despreciable.

Las cifras señaladas en cada una de las matrices se reportan en TM/día.

Figura 8. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2016

Figura 8. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2016

Figura 9. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2017

Figura 9. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2017

Figura 10. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2018

Figura 10. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2018

Figura 11. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2019

Figura 11. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2019

Figura 12. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2020

Figura 12. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2020

Figura 13. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2021

Figura 13. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2021

Figura 14. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2022

Figura 14. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2022

Figura 15. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2023

Figura 15. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2023

Figura 16. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2016

Figura 16. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2024

Figura 17. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2025

Figura 17. Matriz Productiva Sincronizada, Año 2025

Diagrama de bloques de las instalaciones de la matriz

A continuación se muestra un diagrama de bloques de las instalaciones de la matriz, configurado en base a las figuras anteriores, y basado en las estoiquiometrías básicas, porque  carecerse de las cinéticas, que -como se sabe- están basadas en el mecanismo de la reacción y en la superficie específica y sitios activos de los respectivos catalizadores.

En el diagrama se señalan los flujos de materias primas que ingresan al polígono, los flujos de productos que salen de él y los que circulan dentro de él.

 

Figura 18. Diagrama de las Instalaciones del Polígono de la Matriz Productiva

Figura 18. Diagrama de las Instalaciones del Polígono de la Matriz Productiva

 

Análisis financiero del proyecto

A continuación se realiza un análisis financiero del proyecto en base a las producciones sincronizadas, a los precios reportados por Alibaba.com.

Los ingresos del Flujo de caja se basan en las ventas de productos e los precios ya señalados incrementados en un 20%, que correspondería al transporte desde China. Los egresos corresponden a las adquisiciones de materia prima prima a los precios señalados anteriormente.

Se ha añadido un 15% del sub-total de egresos que representa otros costos de producción como dividendos de amortización de edificios y maquinaria, seguros, etc.

Las inversiones se han estimado considerando diseño nacional de los procesos y de los catalizadores, así como construcción local.

Figura 19. Producción y Consumos Diarios, TM/Día

Figura 19. Producción y Consumos Diarios, TM/Día

Figura 20. Producción y Consumos Proyectados en TM/Año

Figura 20. Producción y Consumos Proyectados en TM/Año

Figura 21 Precios de venta de Producto y Precios de Costo de Materia Primas

Figura 21 Precios de venta de Productos y Precios de Costo de Materia Primas

Figura 22. Ingresos por Productos y Egresos por Materias Primas

Figura 22. Ingresos por Productos y Egresos por Materias Primas

Figura 23. Estimación del Flujo de Caja del Proyecto

Figura 23. Estimación del Flujo de Caja del Proyecto

Conclusiones

El proyecto es financieramente viable. Tecnológicamente requiere de Ingenieros Químicos diseñadores de equipos, reactores y plantas, y  desarrolladores de catalizadores.

Acerca de

Professor of modeling and simulation, and process design at Escuela Politécnica Nacional, in Quito, Ecuador. . In the past I was a P4, P5, and D1 at the Organization for the Prohibition of Chemical Weapons, located in the Kingdom pf the Netherlands

Tagged with: ,
Publicado en Sin categoría

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s

Enter your email address to follow this blog and receive notifications of new posts by email.

Únete a otros 1.771 seguidores

Categorías
Artículos y comentarios sobre modelado y simulación de plantas, y equipos de la industria química, con ejemplos
PREGUNTAS O INQUIETUDES
PUEDEN ENVIAR SUS PREGUNTAS/INQUIETUDES RESPECTO DE ARTÍCULOS DEL BLOG, O TEMAS AFINES A gasteaux@hotmail.com ASUNTO: BLOG DE INGENIERÍA QUÍMICA
A %d blogueros les gusta esto: