Ingeniería Química · 2024
Estudio técnico, económico y de impacto ambiental del proceso de absorción química con carbonatos y piperazinas en pro de la descarbonización de la industria de hidrocarburos
En el presente trabajo se realizó una validación a través de Aspen PLUS V12.1, la cual proporcionó una descripción precisa de plantas piloto, con resultados consistentes para los solventes PZ y PC-PZ. Los errores de validación fueron del 4,33 % y del 4,23 %, respectivamente. Al escalar el proceso a dimensiones industriales, se encontró que el CAPEX total está principalmente representado por el costo capital de las torres, mientras que el OPEX por el gasto energético del rehervidor. Las plantas de captura de carbono se catalogaron por el requerimiento energético, siendo 51,73 MW para PZ y 96,10 MW para PC-PZ; este último es más alto debido a la naturaleza de la mezcla. Los costos de abatimiento obtenidos difieren notoriamente entre los solventes, con valores de $87,13 y $353,04 USD/ton CO2 para PZ y PC- PZ, respectivamente. La PZ sobresale por su eficiencia global, mientras que el PC-PZ, por el contrario, se ve limitado por sus costos operativos elevados y emisiones asociadas a estos. Los análisis de sensibilidad indican mejoras en el rendimiento de ambos solventes al tratar gases con concentraciones más altas de CO2. En comparación con la MEA, la PZ demuestra mejoras económicas y ambientales, mientras que el PC-PZ no muestra tales mejorías. La PZ se destaca como una opción prometedora para la captura de carbono, mientras que se espera que el desempeño del PC-PZ mejore con una integración energética más eficiente y optimización en futuras aplicaciones.
Texto completo 82 páginas con texto
Leer la tesis completa Ficha en el repositorio
Contenido
- Introducciónp. 13
- Objetivosp. 15
- 1.1 Objetivo generalp. 15
- 1.2 Objetivos específicosp. 15
- Marco conceptualp. 15
- Estado del artep. 15
- Metodologíap. 21
- 4.1 Definición de casos basep. 21
- 4.2 Simulación y validación de los casos basep. 22
- 4.3 Escaladop. 21
- 4.4 Estudio económicop. 24
- 4.5 Indicadoresp. 21
- 4.6 Análisis de sensibilidadp. 25
- Resultadosp. 26
- 5.1 Resultados de definición del procesop. 26
- 5.2 Resultados de simulación y validación de casos basep. 27
- 5.3 Resultados de escaladop. 30
- 5.4 Resultados del estudio económico e indicadoresp. 31
- 5.5 Resultados del análisis de sensibilidadp. 35
- Conclusionesp. 41
- Referencias bibliográficasp. 44
- Tabla 1. Medidas de torres empacadas de planta en Bellinghamp. 23
- Tabla 2. Casos para análisis de sensibilidadp. 26
- Tabla 3. Condiciones de operación en las torresp. 27
- Tabla 4. Validación de parámetros principales de caso PZp. 29
- Tabla 5. Validación de parámetros principales de caso PC-PZp. 30
- Tabla 6. Resultados de escaladop. 31
- Tabla 7. Resultados totales de CAPEXp. 32
- Tabla 8 Resultados de los principales indicadores económicos y ambientalesp. 35
- Tabla 10. Resultados análisis de sensibilidad de algunos parámetros para PZp. 37
- Tabla 11. Resultados de análisis de sensibilidad de algunos parámetros para PC-PZp. 37
- para PZp. 41
- para PC-PZp. 41
- Tabla 14. Parámetros requeridos para el modelo ELECNRTLp. 50
- Tabla 15. Especificación de cálculo en torres RadFracp. 52
- Tabla 16. Propiedades de empaquesp. 52
- Tabla 17. Especificaciones de Rate-Based y convergencia en torres de absorciónp. 53
- Tabla 18. Especificaciones de Rate-Based y convergencia en torres de regeneraciónp. 53
- Tabla 19. Parámetros del modelo PZ 5 mp. 54
- Tabla 20. Parámetros del modelo 5 m K+ / 2.5 m PZp. 55
- Tabla 21. Factores cinéticos de ecuaciones para 5 m PZp. 58
- Tabla 22. Factores cinéticos de ecuaciones directas para 5 m K+/ 2.5 m PZp. 58
- Tabla 23. Factores cinéticos de ecuaciones inversas para 5M K+/ 2.5M PZp. 59
- Tabla 24. Condiciones de la corriente FLUEGAS para cada casop. 61
- Tabla 25. Condicione la corriente LEANIN para cada casop. 61
- Tabla 26. Condiciones del fluegas del caso de la planta en Bellinghamp. 62
- Tabla 27. costos de sustancias para cálculo del solvente inicialp. 72
- Tabla 28. Factores de emisiónp. 76
- Figura 1. Especiación y mecanismos de captura de MEA y PZp. 17
- Figura 2. Diagrama de flujo de la metodología empleadap. 21
- Figura 3. Diagrama de flujo de la planta piloto en J.J. Picklep. 22
- Figura 4. Diagrama de flujo de simulaciónp. 27
- Figura 5. Validación de perfil de temperatura de torre de absorción de PZp. 28
- Figura 6. Validación de perfil de temperatura de torre de absorción de PC-PZp. 29
- Figura 7. Distribución de CAPEXp. 33
- Figura 8. Resultados de OPEXp. 33
- Figura 9. Emisiones de CO2 asociadas al rehervidorp. 34
- Figura 10. Emisiones de CO2 asociadas a otros equiposp. 35
- Figura 11. Análisis de sensibilidad en porcentaje de capturap. 36
- Figura 12. Análisis de sensibilidad en parámetro L/Gp. 37
- Figura 13. Análisis de sensibilidad de indicador energéticop. 38
- Figura 14. Análisis de sensibilidad de los CAPEXp. 38
- Figura 15. Análisis de sensibilidad de los OPEXp. 39
- Figura 16. Análisis de sensibilidad para el costo de captura y abatimiento para PZp. 40
- Figura 17. Análisis de sensibilidad para el costo de captura y abatimiento para PC-PZp. 40
- Figura 18. Arbol de decisión de modelo de propiedadesp. 49
- Figura 19. Ejemplo de ingreso de variable controlada en bloque calculadorp. 77
- Figura 20. Ejemplo de ingreso de variable controlada en Design Specsp. 78
- Figura 21. Ejemplo de ingreso de variable manipulada en Design Specsp. 78
- Apéndice A: Modelo de Aspenp. 49
- Apéndice B: Parámetros del modelop. 53
- Apéndice C: Reacciones de la torre de absorciónp. 56
- Apéndice D: Reacciones de la torre de regeneraciónp. 59
- Apéndice E: Condiciones operativas de las corrientesp. 61
- Apéndice F: Estudio económicop. 62
- Apéndice F.1: Cálculo del CAPEX para cada unidad de procesop. 62
- Apéndice F.2: Cálculo de los costos operativos OPEXp. 73
- Apéndice G: Indicadores ambientalesp. 75
- Apéndice H: Bloques calculadores y Design Specs de parámetrosp. 77