Tratamiento de gases de combustión. Análisis tecno-económico del proceso de captura de CO2 mediante absorción química.

PATRICIA L. MORES; NICOLÁS J. SCENNA; SERGIO F. MUSSATI

Córdoba

Jornada; Segundas Jornadas de Intercambio y Difusión de los Resultados de Investigaciones de los Doctorandos en Ingeniería de la UTN; 2012

Secretaría de Ciencia, Tecnología y Posgrado de la Universidad Tecnológica Nacional

Las plantas de generación de energía a partir de combustibles fósiles son las principales fuentes puntuales de emisión de CO2. El proceso de captura mediante absorción química con aminas es una de las opciones tecnológicas más prometedoras para el tratamiento de la corriente de gases de combustión exhaustos, caracterizada por su elevado caudal y su baja presión parcial de CO2. Estas particularidades implican la utilización de numerosos trenes de absorción para tratar la totalidad del gas y un elevado consumo energético en las etapas de recuperación del solvente, bombeo y compresión, que se traducen en costos operativos y de inversión significativos. El estudio global del proceso de captura considerando tanto las variables operativas y como las de dimensionamiento de equipos es clave en la etapa de diseño preliminar. En este trabajo, se presenta un modelo tecno-económico del proceso de captura de CO2 mediante absorción química con aminas. La metodología propuesta permite optimizar simultáneamente las variables operativas y de diseño con el fin de garantizar que el sistema sea capaz de satisfacer los niveles de captación definidos a un costo mínimo. El caudal, la composición y la temperatura del gas a tratar, la composición del solvente y el nivel de recuperación se consideran como parámetros de entrada del modelo. Las restricciones en el dimensionamiento de los equipos limitan la cantidad de gas a tratar, definiendo de esta manera el número de trenes de absorción para una capacidad de generación definida. El costo anual total (TAC), definido en la ecuación (1), es la función a minimizar. El primer término corresponde al costo anual de inversión; el segundo y tercer término corresponden al costo operativo fijo, que se estima como porcentaje del costo de adquisición de equipos (PC) y el costo de mano de obra operativa (OLC) y, el tercer término corresponde al costo operativo variable (VC), el cual depende del consumo de servicios auxiliares (energía eléctrica, agua de enfriamiento, vapor de calefacción, reposición de agua y amina). Específicamente, el costo de adquisición de equipos se determina en función de las capacidades de diseño de cada unidad en particular (áreas superficiales de los recipientes, áreas de intercambio, volúmenes de empaque, trabajo mecánico, energía térmica, etc.). (1) En la fórmula, i es la tasa de interés anual y n corresponde al ciclo de vida de la planta. Las constantes δi surgen de considerar costos de fabricación, capital de inversión fijo, impuestos, seguros, supervisión y mantenimiento, gastos de laboratorio y administrativos, etc. en el costo anual total. Mediante la optimización simultánea de todas las variables operativas y de diseño es posible obtener un conjunto de soluciones óptimas en las que son sopesadas las relaciones económicas existentes entre equipos de mayor tamaño frente a mayor consumo de servicios auxiliares para un nivel definido de recuperación.