Análisis energético de una planta de separación de aire y caracterización del proceso de separación

Abstract

proceso productivo de muchas industrias. Las Plantas de Separación de Aire (ASU, Air Separation Unit) separación requiere habitualmente del uso de procesos criogénicos que consumen una cantidad importante de energía eléctrica que siempre tiende a encarecer la operación de estas plantas y disminuir su viabilidad en países con costes energéticos elevados. A continuación se presenta un análisis energético global y detallado básico de una planta de separación de aire para identificar y caracterizar el consumo energético necesario para el funcionamiento del proceso. Se estudiará inicialmente un proceso ideal de destilación dentro de la Cold Box (“caja fría” que contiene todos los equipos criogénicos y en la que tiene lugar la separación del aire en sus componentes); posteriormente se analizaran los factores que afectan al proceso tales como pérdidas de calor, eficiencia de los intercambiadores principales de entrada al sistema de destilación, eficiencia de la turbina (que ayuda a mantener en balance al sistema), producción de argón y oxígeno líquido, etc. Con los resultados obtenidos se establece una correspondencia entre las principales operaciones de la ASU y su afectación con el balance energético, con lo que se pueden analizar posibles mejoras para conseguir un ahorro energético en la operación de la planta. Para llevar a cabo todos estos análisis se ha empleado un simulador de procesos y el programa de modelado EES (Engineering Equation Solver). Para las condiciones en que opera actualmente la planta unos 60000 Nm3/h de aire a tratar, el consumo del compresor principal se sitúa sobre los 4380 kW. Por lo tanto, el coste del consumo eléctrico es el principal criterio que se sigue para establecer la estrategia de operación de la planta de manera que su operación está estrechamente ligada a las variaciones del coste de la electricidad en cada periodo. El calor generado por el sistema de refrigeración del compresor principal se encuentra alrededor de los 60ºC y podría utilizarse en una bomba de calor para obtener importantes cantidades de calor a utilizar en la propia planta, por ejemplo, para regenerar el material adsorbente del Molsieve o externamente, para el suministro de calor a una red de calefacción de distrito. Los resultados obtenidos serán útiles para el diseño de futuras estrategias de ahorro energético, optimización de la operación de la planta y, en consecuencia, sus prestaciones técnicas y económicas con miras a un estudio de integración con otros procesos con la finalidad de diseñar sistemas de poligeneración de energía y productos finales.