Recuperación del vapor de extrema baja presión y su sistema de

Fuente:JASE-W Productos y Tecnologías Japonesas de Punta para el Ahorro Inteligente de Energía
http://www.jase-w.eccj.or.jp/technologies-s/index.html
F-81
Palabras clave
Y3
equipo o facilidad
Z4
electricidad
S5
Energía renovable
L
Servicios Técnicos
Chiyoda Corporation
Recuperación del vapor de extrema baja presión y su sistema de utilización
Características
En muchas de las refinerías de petróleo y de las plantas petroquímicas, el calor de los gases en el tope de las torres de
destilación cuya temperatura oscilan entre 110 ºC y 130 ºC, están siendo descargados a la atmósfera después de ser
tratados en el intercambiador térmico por aire frío.
Como los ejemplos de la recuperación de estos gases en las refinerías del Japón se mencionan: (1) generación del
vapor de extrema baja presión, aunque su demanda es reducida; (2) generación del vapor de extrema baja presión para
accionar el generador de turbina de condensación; y (3) ciclo Kalina aplicada en la turbina de amonio para la generación
eléctrica.
El sistema que se propone aquí sirve para generar el vapor de extrema baja presión desde una fuente de calor de
temperatura moderada y comprimirlos para producir el vapor de mediana presión que tiene mayor valor para el uso en
cualquier planta de procesamiento. El sistema de compresión del vapor permite utilizar el vapor con mayor eficiencia
que la generación por turbina de condensación, en términos del ahorro energético y reducción de CO2. Además, el
sistema es menos costoso que la generación por turbina de vapor, lo que se traduce en un período de retorno de las
inversiones más corto.
El vapor de extrema baja presión generado en varios proceso puede ser recolectado en un colector común y comprimido por el (los) compresor(es) centralizados para obtener el vapor de mediana presión y redistribuirlo en toda la planta.
Descripción o principios
La figura de abajo muestra un sistema representativo. Los gases en el tope de la torre de destilación son enfriados
con enfriador de aire (AFC1), para ser descargados a la atmósfera. El nuevo tipo de intercambiador térmico tipo kettle
es instalado para desviar AFC1 para generar el vapor saturado de extrema baja presión. Es posible recuperar el valor
de otras fuentes de calor como los hornos, si se disponen.
Recuperación del calor del fluido del proceso
Fluido del proceso #1
Conector de vapor de mediana presión
1-1,5 MPa
Conector de vapor de
extrema baja presión
Ej. 0,24 MPa, 126 ºC)
Usuarios del vapor
de mediana presión
Compresor de vapor
Torre de destilación
Recuperación del calor de las antorchas del horno
Tambor separador
Usuarios de vapor de extrema baja presión
Fluido del proceso #2
El vapor de extrema baja presión generado en varios procesos es colectado en un colector y conducido al compresor(es) centralizado(s), donde el (los) compresor(es) de etapas múltiples presuriza el vapor de extrema baja presión
hasta alcanzar la mediana presión de aproximadamente entre 1 MPa y 1,5 MPa.
Durante la compresión, para el enfriamiento intermedio se utiliza el "desuperheater" tipo inyección de agua en lugar
de los intercambiadores térmicos. El "desuperheater" requiere una determinada cantidad de agua para la caldera. De
esta manera el flujo de masa a la descarga del compresor aumenta un 10 % que el vapor de extrema baja presión.
Si es necesario, una parte del vapor puede ser extraída para los usuarios del vapor de sub-mediana presión.
El consumo de energía del compresor de vapor es mucho menor que la turbina de condensación, permitiendo
contribuir en la reducción de CO2.
Efectos del ahorro de energía y notas especiales
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Las siguientes figuras muestran dos sistemas diferentes para producir el vapor de mediana presión caliente (1,15
MPa) a partir del vapor de extrema baja presión. A la izquierda es la combinación del generador de turbina de
condensación + caldera, y a la derecha es el compresor de vapor.
Conector de vapor sobrecalentado de mediana presión
1,15 MPa, 234 ºC
1kg/s
BFW
Usuarios del vapor de mediana presión
Usuarios del vapor de mediana presión
Conector de vapor de extrema
baja presión
0,24 MPa, 126 ºC
Compresor de vapor
10kg/s
Generador de turbina de
vapor de condensación
Caldera
A continuación se presenta la comparación entre los dos sistemas que consumen la misma cantidad de vapor de
extrema baja presión y produciendo la misma cantidad de vapor de mediana presión. Se asume utilizar 10 kg/s el
vapor de extrema baja presión (0,24 MPa saturado) para producir aproximadamente 11 kg/s de vapor de mediana
presión (1,15 MPa, 234 ºC). La energía consumida se presenta en la siguiente Tabla.
Caso
Productos
Materia prima
Energía eléctrica
(Energía comprada 1kWth = 0,4 kWe)
Combinado (energía comprada + generada internamente)
Generación con turbina de vapor de condensación
Vapor de mediana presión (11 kg/s), kWth
Vapor de extrema baja presión (10 kg/s), kWth
.
.
Condensación + suministro de agua, kWth
Combustible para caldera (eficiencia 92 %) kWth
.
Energía consumida por el compresor de vapor
Generación de turbina de condensación de vapor de extrema baja presión, kWe
Incremento de la energía comprada
Variación del consumo de combustible de la energía comprada
Consumo total de combustible, kWth
.
.
.
.
Compresor de vapor
.
.
.
.
.
.
El uso del compresor de vapor incrementará la demanda de energía eléctrica y reduce la tasa de operación de las
calderas existentes, afectando fuertemente el balance del vapor y electricidad en la planta. Sin embargo, el consumo
de energía generada internamente y comprada se reduce casi a la mitad que el generador convencional de turbina
de condensación. También es efectiva para reducir las emisiones de CO2.
Esto sucede porque el sistema de turbina de condensación desecha gran cantidad de calor latente en el agua (o aire)
de enfriamiento y consume gran cantidad de combustible en la caldera para producir el vapor de mediana presión
calentando nuevamente el agua condensada.
La eficiencia térmica de la electricidad comprada de una empresa eléctrica es más alta en comparación con la eficiencia de los generadores de turbina para calderas de la planta.
Por lo tanto, en el caso de adoptar este sistema compresión, es necesario analizar cuidadosamente en qué medida
éste va a afectar al balance entre el consumo eléctrico y el vapor dentro de la planta en el presente y en el futuro.
Si el vapor de baja presión no está siendo recuperado porque su demanda es reducida, este sistema permite comprimir el exceso generado de vapor para producir el vapor de mediana presión caliente que tiene mayor utilidad.
Actualmente se está tramitando la obtención del patente en Japón y en el exterior para algunos sistemas que utilizan
los compresores de vapor.
Installation in yPractice
or Schedule
Antecedentes
programa
de introducción
Japón
Numerosos compresores de vapor están siendo utilizados en las pequeñas plantas de
procesamiento de alimentos, destilación y otras plantas industriales.
Se espera que la demanda de la compresión de vapor crecerá también en las industrias
petroleras y petroquímicas, al igual que en Corea del Sur.
Exterior
Se implementaron los compresores de vapor de varios miles de kW a 10.000 kW en los
últimos años en las industrias petroleras y petroquímicas en Corea del Sur.
Se espera que la demanda de la compresión de vapor crecerá también en las industrias
petroleras y petroquímicas en los países de Sudeste de Asia.
Contacto: Chiyoda Corporation, Energy and Infrastructure Planning Unit
Minato Mirai Grand Central Tower
4-6-2, Minatomirai, Nishi-ku,
Yokohama 220-8765, Japan
Tel: +81-45-225-4864 http://www.chiyoda-corp.com/