Viabilidad de una planta de cogeneración a gas en una refinaría

Abstract

El presente estudio de viabilidad de una planta de cogeneración a Gas Natural en una refinería ha sido realizado en el departamento de Lima, habiendo participado el suscrito en todo el desarrollo del estudio como personal de CENERGÍA, principalmente en los trabajos de gabinete, con el apoyo del instituto de diversificación de ahorro de energía (IDAE). El objetivo principal consiste en aprovechar la llegada de Gas Natural proveniente de Camisea e instalar una nueva planta de cogeneración de ciclo simple con Turbina de Gas o Motor de Gas y sustituir el consumo de combustible petróleo residual 4 por Gas Natural Seco. De esta manera fomentamos la autogeneración eléctrica y térmica, incrementando el ahorro de energía. El estudio está dividido en seis capítulos, con el propósito de cubrir con amplitud y didáctica cada uno de los puntos tratados. En el primer capítulo Introducción, se da una descripción general del funcionamiento de la refinería, el consumo actual y futuro de energía, las instalaciones existentes en planta como son las calderas, instalaciones eléctricas y futuro consumo de gas natural proveniente de Camisea a mediados del 2004. Así mismo las fases a seguir para la formulación de las diferentes alternativas de cogeneración viables. En el segundo capítulo Evolución de los sistemas de cogeneración, se da a conocer dos fuerzas tecnológicas para el presente y futuro, es decir la turbina de gas (en grandes tamaños) y los motores de gas (en pequeños tamaños). También una comparación de la evolución entre el Gas Natural y el Petróleo, por ser ambos de similar origen. Por último, referencia del sistema a Gas Natural, con tecnología actual que consigue emisiones mínimas de C0 y N0x y casi nulas de S0x causante de la lluvia ácida. En el tercer capítulo Alternativas de la planta de cogeneración, se formula las diferentes opciones de selección en la refinería, en base del calor útil del proceso consumido. Se inicia con la instalación actual como opción base prevista de calderas existentes consumiendo gas natural seco y generando 20000 lb/h de vapor, que sirve de referencia para plantear las siguientes alternativas en porcentajes de producción de vapor: Primera alternativa de calderas actuales con 23% de participación y turbina de gas TG1 (1.1 MW) con 76.9% participación y generando un total' de 19011 lb/h de vapor saturado. Segunda alternativa de calderas actuales con 0% de participación y turbina de gas TG4 (4.01 MW) con 100% de participación y generando un total de 18665 Ib/h de vapor saturado. Tercera alternativa de calderas actuales con 11.25% de participación y motor dual Md1 (1.04 MW) con 88.75% de parücipación y generando un total de 20178 lb/h de vapor saturado. Cuarta alternativa de calderas actuales con 0% de participación y sistema de cuatro motores de gas TG12 (11.64 MW) con 100% de participación y generando un total de 20178 lb/h de vapor. En el cuarto capítulo Componentes de la planta de cogeneración, se muestra una descripción. detallada del funcionamiento y componentes de las turbinas de gas (TG 1 y TG 4) y los motores alternativos (Md 1 y MG 12). Se describe a la caldera de recuperación de calor presente en las cuatro alternativas del tercer capítulo. En el quinto capítulo Balances de energía, se da a conocer los días de operación anual, el consumo anual de combustible y producción de vapor en las calderas actuales, durante el último año 2001. Se expone de forma general las opciones que tienen las cuatro alternativas de cogeneración: Opción 1 Planta Industrial y Opción 2 Planta Térmica. Finalmente se muestra dos cuadros comparativos de balance de calor y consumo de combustible entre la producción actual y las cuatro alternativas de cogeneración, así como dos balances eléctricos como planta industrial y planta térmica. En el sexto capítulo Evaluación económica, se evalúa los costes actuales y futuros de explotación de la fábrica y nuevas instalaciones con opciones de planta industrial y planta térmica. Se presentan los costes de producción de electricidad auto generada tanto como planta industrial y planta térmica; luego se realiza un balance económico a través de un flujo de caja con 15 años de vida útil del estudio de viabilidad, para las alternativas TG1, TG4, Md1 y MG12, obteniéndose los indicadores financieros TIR, VAN y retorno en años de la inversión. Dentro del estudio previo del Impacto ambiental de la planta de cogeneración, se analizan las repercusiones sobre el clima, suelo, ruido, efluentes líquidos y residuos sólidos. Finalmente se alcanzan un resumen, conclusiones y recomendaciones del estudio realizado de acuerdo a los resultados obtenidos. Es necesario indicar, que las calderas existentes en planta, de marcas APIN y FOSTERWHEELER, sus registros de datos y características de operación se dan de la siguiente manera: potencia BHP, presión de trabajo psi, producción de vapor lb/h, capacidad de la caldera en BTU/s, temperatura de los humos en °F y consumo de combustible en BTU/s; para efecto de mantener su uso, en comparaciones debido al estudio de viabilidad se ha mantenido sus unidades características.