CONFERENCIA DE ALTA, PERTH, AUSTRALIA

Optimización del rendimiento de las plantas de oxígeno Mejora de la producción y la fiabilidad de las plantas existentes y reducción simultánea de costes

POR: Bruce Dawson, Mohammed Kalbassi, Scott Siegmund, Matthew Thayer Air Products & Chemicals, Inc. Allentown, Pensilvania, Estados Unidos; Hersham, Reino Unido Mayo de 2010

Correo electrónico: Matthew Thayer – [email protected]

Optimización del rendimiento de las plantas de oxígeno Mejora de la producción y la fiabilidad de las plantas existentes y reducción simultánea de costes Resumen Tras los avances logrados en los procesos de extracción metalúrgica debidos al aumento de la complejidad de los yacimientos minerales o al descenso de su calidad, el uso del oxígeno ha aumentado drásticamente con el paso de los años. Los periodos de explotación de las minas han sobrepasado la duración de la vida útil prevista para muchas plantas de oxígeno, lo que ha añadido un nuevo obstáculo a la fórmula para una producción continuada y rentable. Algunas preguntas básicas surgen de inmediato: ¿están las plantas de oxígeno diseñadas para cumplir con los estándares de seguridad actuales? ¿Es posible mejorar la fiabilidad de una planta existente? ¿Se puede reducir el consumo de energía sin mermar la producción (aumentar la rentabilidad del oxígeno)? ¿Es posible modificar la pureza obtenida en una planta existente? Y finalmente, ¿es posible aumentar la producción? En muchos casos se necesita una inversión mínima para obtener resultados significativos y conseguir algunos o incluso la totalidad de estos objetivos. En este estudio se analizarán algunos casos prácticos y opciones que podrían ponerse a disposición del propietario de una mina o de una empresa de ingeniería que deseara mejorar la rentabilidad de una inversión existente. Aunque cada planta presenta particularidades y los operarios desempeñan un papel fundamental en su eficacia, las empresas cuentan ahora con la posibilidad de introducir actualizaciones probadas que les permitan reducir los costes operativos o mejorar la capacidad de esa planta de forma que mejoren sus estadísticas.

Introducción Tras la reducción de los yacimientos minerales de mayor pureza durante los últimos 50 años, el uso de oxígeno ha aumentado de forma constante, ya sea sencillamente por su capacidad de aumentar la tasa de oxidación o por el hecho de que mejora el rendimiento de las aplicaciones pirometalúrgicas en el tratamiento de depósitos que, de otro modo, no podrían procesarse, debido a su bajo contenido mineral. El coste inicial de una planta de oxígeno y el mantenimiento de su fiabilidad han sido siempre dos factores muy tenidos en cuenta, tanto si en un yacimiento de explotación se considera la posibilidad de crearla como si, debido a la situación económica actual, se decide ampliar la planta existente.

El mecanismo de producción de oxígeno en cantidades suficientes para el sector minero puede dividirse en tres métodos que se emplean en la actualidad. En primer lugar están las plantas con tecnología VSA (adsorción por oscilación de vacío), que se encuentran aproximadamente entre las 25 t/d (toneladas diarias) y las 150 t/d. En segundo lugar y como elemento principal de este estudio se encuentra la destilación fraccionada criogénica, ASU (unidad de separación de aire) estándar, que produce volúmenes desde 50 t/d hasta un único tren de más de 4.000 t/d y purezas de entre el 95% y 99,5% de oxígeno puro (o mayor si fuera necesario). En tercer lugar encontramos la tecnología ITM (membranas de transporte de iones), una nueva tecnología actualmente en desarrollo con posibilidades de aplicación en el futuro. La ITM es una tecnología incipiente que no será objeto de estudio en este momento. No obstante, si desea obtener más información, se la podremos facilitar más adelante.

Este estudio se centrará en las oportunidades que ofrece el grupo de metodologías de producción de oxígeno más utilizado en el sector de la minería: la unidad ASU criogénica. Aunque la unidad ASU está formada por miles de componentes,

trataremos de dividirla en segmentos que arrojen luz sobre algunas de las áreas específicas de las plantas de oxígeno que, de actualizarse, pueden aumentar la producción, reducir los costes y mejorar la fiabilidad.  Sistema inicial de TSA y PSA  Maquinaria y expansor  Controles del sistema  Procedimientos de funcionamiento Aunque aquí no se incluyan todos los elementos que deberían revisarse para mejorar una planta, a través de estas áreas generales podremos dar más información e incluso mostrar casos prácticos que prueben las ventajas que se obtienen al trabajar sobre ellas. Sistemas iniciales La purificación del aire de la unidad de separación de aire (ASU) criogénica se realiza mediante los procesos de PSA (adsorción por oscilación de presión) o TSA (adsorción por oscilación térmica), que extraen el agua, el CO2, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos. Las especificaciones iniciales de prepurificación desempeñan un papel fundamental en la estabilidad, la rentabilidad y la seguridad del proceso de creación de oxígeno. Por motivos de seguridad, es necesario que el C2H2, que presenta una baja solubilidad en el oxígeno líquido, se extraiga por completo de las corrientes de aire.

Desde mediados de los años 70, los sistemas de TSA con malla molecular 13X sustituyeron a los intercambiadores de calor de inversión (REVEX). Algunos sistemas no emplean refrigeración inicial, aunque el diseño óptimo de un sistema de

TSA requiere una refrigeración previa que disminuya la carga de agua para minimizar el uso de adsorbentes y el tamaño de los recipientes. El período de funcionamiento de un sistema de estas características está normalmente entre las 2 y las 8 horas. La necesidad de un completo equipo de hardware y de unidades de regeneración de energía repercute de forma negativa en la rentabilidad de los sistemas de TSA. Desde principios de los años 90, Air Products viene desarrollando procesos de PSA para plantas de pequeño y gran tonelaje. El proceso de PSA se basa en ciclos de tiempo más reducidos dentro del intervalo de temperatura de 20 a 50 °C de la entrada de aire. TSA: el aire entra al sistema de TSA (1, 2, 3, 4) como se muestra esquemáticamente en la Figura 1 y se somete a un proceso de subenfriado, ya sea mediante un dispositivo de enfriamiento mecánico o mediante un intercambiador de contacto directo (DCAC), tal como describe Kerry (9). Durante mucho tiempo, la reducción de los gastos relativos de capital y energía de los sistemas de TSA ha sido un objetivo fundamental a la hora de optimizar los costes. En un sistema de TSA con entrada de aire a temperatura ambiente, el aire va directamente al sistema. Por tanto, la carga de agua en la entrada es mayor y es necesario aumentar la energía de regeneración. Elegir entre incorporar un DCAC o alimentar el sistema con aire a temperatura ambiente es una decisión basada en los costes que conlleva y que tiene repercusiones tanto económicas como operativas.

Figura 1: configuración típica del sistema inicial de TSA

MAC After-Cooler Seperator Sub-Cooler Ar O2 Cold Box N2 Heater Silencer TSA Vent

MAC Intercambiador Separador Subenfriador Ar O2 Depósito criogénico N2 Calentador Silenciador TSA Purgador

Los sistemas de PSA (Figura 2) se han consolidado como procesos de adsorción para la purificación en tan solo tres décadas. Los secadores de PSA se llevan utilizando durante años a escala industrial para la deshumidificación del aire comprimido. A finales de los años 50, Skarstrom (6, 7) inventó el primer proceso de adsorción realmente cíclico para secar el aire: el secado sin calor o adsorción por oscilación de presión (PSA). Skarstrom revisó el desarrollo del secado sin calor en 1972 (8). White (10, 11) describió varias metodologías que originaron principios de diseño para la purificación del aire a través de la PSA. La introducción de los

sistemas de PSA en las unidades ASU es un tema de estudio reciente (13). Los sistemas de PSA, al igual que los sistemas de TSA con entrada de aire a temperatura ambiente, funcionan sin intercambiadores DCAC ni preenfriamiento. Para su regeneración no es necesario el calor externo. El funcionamiento de un sistema de PSA consta de las siguientes fases:

1. Despresurización de la primera capa hasta alcanzar la presión atmosférica; 2. Regeneración de la primera capa con gas seco a baja presión; 3. Represurización de la primera capa hasta alcanzar la presión de entrada con gas seco; 4. La primera capa pasa a la entrada.

Figura 2: sistema de PSA

MAC After-Cooler Seperator Ar O2 Cold Box N2 Waste Gas Silencer Vent

MAC Intercambiador Separador Ar O2 Depósito criogénico N2 Gas residual Silenciador Purgador

Es importante tener en cuenta que, a diferencia de los sistemas de TSA, el ciclo operativo de un sistema de PSA es corto, aproximadamente de 20 minutos. Al finalizar el tiempo de entrada o de funcionamiento descritos anteriormente, se despresuriza la primera capa. La despresurización reiterada de los sistemas de PSA conlleva la liberación de aire presurizado a la atmósfera. Este hecho se conoce como "pérdida de carga" y repercute negativamente en el consumo de energía del compresor de aire principal (MAC) de la unidad ASU. Por tanto, es recomendable que el sistema de PSA funcione durante el mayor tiempo posible, lo que puede lograrse con adsorbentes de PSA mejorados (14). Opciones de actualización del proceso de purificación de aire inicial Durante los últimos años, Air Products ha desarrollado y puesto en marcha varias innovaciones tecnológicas patentadas y actualizables que mejoran la productividad, la fiabilidad y la operatividad de las unidades ASU. En total, desde 2001, Air Products ha actualizado más de 100 unidades ASU a nivel mundial utilizando tecnologías iniciales avanzadas.

Se desarrollaron tecnologías patentadas como los sistemas PSA térmicamente mejorados (TEPSA) y los sistemas de adsorción por oscilación de presión térmica (TPSA) (15, 16, 17) para superar los inconvenientes asociados con los sistemas de

TSA y PSA y conseguir significativas mejoras operativas (como el aumento del rendimiento o la reducción del consumo de energía de funcionamiento). El uso en propiedad del adsorbente de la tecnología CaX (18) para extraer el N2O mejora la seguridad y la fiabilidad de las plantas.

Los procesos de los sistemas TPSA y TEPSA son en muchos aspectos similares a los de los sistemas de TSA convencionales, aunque incorporan varias ventajas fundamentales. Ambos procesos utilizan avanzados sistemas de adsorción en combinación con los efectos del sistema de PSA para extraer los componentes adsorbidos con mayor fuerza, principalmente el agua. En un sistema TPSA, este proceso reduce significativamente la energía de regeneración necesaria. Estos nuevos sistemas podrían operar en la mayoría de los casos en un intervalo de temperatura de 0 a 50 °C del aire de entrada, por lo que se evitarían los costosos procesos asociados con el enfriamiento previo de este aire.

Estas tecnologías se pueden incorporar a plantas existentes para solucionar un problema determinado (descongelaciones frecuentes), reducir el consumo de energía de funcionamiento o incluso para mejorar el flujo de la unidad ASU y generar más productos como el oxígeno. Tecnologías de regeneración y adsorción mejoradas El continuo avance de la tecnología adsorbente y de los métodos de regeneración de las capas de adsorbente posibilitan la mejora de los sistemas iniciales de las unidades ASU existentes. Los nuevos adsorbentes mejorados aumentan la capacidad de extracción de impurezas hasta en un 80%; es decir, con el mismo volumen de adsorbente pueden extraerse más impurezas. Estos adsorbentes mejorados permiten la entrada de un caudal de aire mayor a través de sus capas, ayudan a optimizar el

consumo de energía de regeneración y mejoran la adsorción de algunas impurezas específicas. A continuación, se muestran algunos ejemplos de adsorbentes mejorados:  Alúmina tratada con base (19): la alúmina utilizada normalmente en sistemas de PSA se trata con carbonato de potasio (K2CO3), lo que aumenta su capacidad en relación con el CO2.  Desecantes de alta capacidad para H2O: en los sistemas de TSA pueden utilizarse desecantes alternativos con mayor capacidad que la alúmina para el H2O.  NaX de alta capacidad para el CO2 (20): los materiales de NaX empleados en los sistemas de TSA para extraer CO2 pueden crearse con menor cantidad o sin necesidad alguna de aglutinante, e incluso con distintas formulaciones para mejorar la capacidad de los productos de NaX estándar.  Calcio-X (CaX) (18, 21): el CaX presenta una mayor capacidad de adsorción de N2O que el NaX, y puede emplearse en sistemas de TSA.

A continuación se muestra una tabla con algunas de las nuevas generaciones de adsorbentes y las áreas en las que pueden mejorar el rendimiento inicial. Tabla 1: tecnologías de adsorción mejoradas para la actualización de los sistemas iniciales de unidades ASU existentes

Ciclo de adsorción y componente extraído

PSA

TSA-H2O

Adsorbente estándar

Alúmina

Alúmina

Adsorbente mejorado

Alúmina tratada con K2CO3

Mejora del rendimiento inicial (7%)

Desecantes con mayor

Mejora del rendimiento inicial (10%), reducción del consumo de energía del calentador (30%)

capacidad para H2O

NaX con mayor capacidad para CO2 TSA: extracción de CO2, HC y N2O

Oportunidades de mejora

NaX/CaX

CaX

Mejora del rendimiento inicial (10%) Mayor capacidad de extracción de N2O y C2H4. Reducción de descongelaciones en la planta que redunda en una mayor productividad.

Las tecnologías avanzadas de regeneración de las capas de adsorbente existentes permiten a las unidades ASU consumir menos energía y, en algunos casos, aumentar

el rendimiento inicial. En los sistemas de TSA anteriores, la regeneración se realizaba haciendo pasar un pulso de calor a través de la capa. En muchos sistemas antiguos, la energía suministrada por el calentador era mucho mayor que la que, en teoría, se requería para desorber las impurezas. Esta energía adicional sale de la capa en forma de gas residual a elevadas temperaturas. Para reducir el consumo de energía, el sistema de TSA puede actualizarse a un sistema de adsorción por oscilación de presión térmica (TPSA) [18, 19].

En los sistemas TPSA, el calentador suministra menos energía durante la regeneración y la energía calórica se consume dentro de la capa, por lo que no se eliminan gases residuales a través del purgador. Dado que el grado de regeneración es menor que en un sistema de TSA, el período de funcionamiento del sistema TPSA es menor.

Los sistemas de PSA requieren represurizaciones frecuentes en la purga para suministrar presión. Un sistema de PSA puede convertirse en un sistema PSA térmicamente mejorado (TEPSA). Para ello, se instala un pequeño calentador que emite un corto pulso de calor de aproximadamente 70 °C durante la regeneración. Esta pequeña cantidad de calor aumenta la capacidad de la capa e incrementa de forma notable el periodo de funcionamiento. Aunque el calentador requiere energía adicional, el consumo total de energía de la unidad ASU disminuye, ya que cuanto mayor es el periodo de funcionamiento, menor es el número de represurizaciones necesarias y menor es la pérdida de carga (se reduce en un 2%).

Los sistemas iniciales REVEX pueden sustituirse por cualquier ciclo de regeneración basado en la adsorción. Este cambio reduce la frecuencia de las pérdidas de carga, lo que amplía la vida útil de los intercambiadores y hace posible

un funcionamiento más estable. Todos los ciclos de adsorción extraen el C2H2, lo que elimina el riesgo que este compuesto implica tanto en materia de seguridad como de funcionamiento. Los sistemas de TSA, TPSA y TEPSA requieren un menor caudal residual para la regeneración, con lo que el aire queda disponible para otros propósitos. La tabla 2 resume la forma en que los ciclos de adsorción pueden mejorar el sistema inicial de una unidad ASU.

Tabla 2: ciclos de regeneración mejorados para la actualización de sistemas iniciales de unidades ASU existentes

Ciclo original

PSA

Ciclo mejorado

Sistema PSA térmicamente mejorado (TEPSA)

Oportunidades de mejora Menor consumo de energía de regeneración y menor caudal residual, mejora del rendimiento inicial

TSA

REVEX

Sistema de adsorción por oscilación de presión térmica (TPSA)

Cualquier ciclo de adsorción

Menor consumo de energía de regeneración y menor caudal residual Operatividad más segura y fiable, menor caudal residual con TSA, TPSA o TEPSA

Caso práctico 1: Actualización de una planta de producción de oxígeno gaseoso (GOX) con un volumen de 2.000 t/d en Oriente Medio Para este trabajo en particular, un cliente que había experimentado problemas operativos y que además deseaba mejorar el rendimiento de la planta se puso en contacto con Air Products. Una evaluación exhaustiva de la planta llevada a cabo por el personal de Air Products detectó graves fallos mecánicos en el interior del recipiente del adsorbente. Se recomendó la sustitución del interior del recipiente por un diseño más resistente y la utilización de un adsorbente de alto rendimiento patentado que permitiera aumentar de forma notable la productividad de la planta de GOX. En febrero de 2010 finalizaron las modificaciones necesarias y la planta

volvió a ponerse en marcha; la producción de GOX se incrementó en 150 t/d y la inversión se rentabilizó en un período muy breve, menos de seis meses. Caso práctico 2: Actualización del sistema inicial de una unidad ASU de PSA a TEPSA en una planta de producción de oxígeno gaseoso (GOX) con un volumen de 160 t/d en Polonia. Las evaluaciones de Air Products detectaron la degradación del adsorbente y fugas internas en el sistema inicial de PSA. Como consecuencia, la unidad ASU funcionaba de forma ineficaz y con cobertura parcial. También se detectó que el sistema de PSA era incapaz de extraer el N2O, lo que generaba fallos en el intercambiador que exigían descongelaciones frecuentes. En abril de 2009, se reparó el interior del recipiente y se actualizó la planta con la tecnología TEPSA patentada. En agosto de 2009, los resultados de la planta mostraron una extracción de N2O del 99%, una reducción del 2% en el consumo de energía específica de la planta y un incremento de la producción de GOX de 17 t/d. Las imágenes que aparecen a continuación muestran la planta antes y después de la actualización.

Imagen 1: antes de la modificación

Imagen 2: después de la modificación

Maquinaria Las unidades ASU fabricadas hasta hace 20 años o más y las actuales tienen algo en común: aproximadamente el 90% de la energía empleada en la separación del aire se consume en el sistema de compresión. La refrigeración producida por los expansores consume gran parte del gas presurizado que se genera en los sistemas de compresión.

El aumento de la eficacia de la maquinaria reduce el consumo de energía de la planta. Los compresores de hace 20 años pueden ver reducida su eficacia entre un 5 y 8% en relación con una máquina de vanguardia, lo que conlleva un aumento proporcional del consumo de energía. El gráfico de la tabla 3 muestra los costes asociados al deterioro de un expansor o de un compresor-expansor con el paso del tiempo. Estos deterioros son el resultado de repetidos inicios y cierres del sistema, errores de los operarios, el desgaste natural y picos de tensión. Muchas instalaciones solo se plantean la sustitución de los expansores o de los compresores-expansores cuando se produce un accidente de gran magnitud. El ahorro de energía derivado del aumento de la eficacia de la maquinaria también puede justificar la sustitución de una pieza antigua.

Hoy día, el promedio de tiempo transcurrido entre errores de los expansores/compresores-expansores con tecnología de fabricación actual supera los diez años si se utilizan de manera adecuada.

Las últimas tecnologías pueden adaptarse a maquinaria antigua para incrementar su eficacia y fiabilidad, ahorrar gastos y aumentar la productividad de la planta.

La eficacia de los expansores está directamente relacionada con la productividad de las plantas. El aumento de la eficacia de los expansores puede dar como resultado la recuperación de oxígeno en mayores cantidades y, por tanto, el aumento de los niveles de producción. Reducción de los costes operativos a través del mantenimiento y la actualización de los equipos de expansión criogénica El consumo de energía es un uno de los factores clave a la hora de evaluar los costes operativos de una planta de separación de aire. Aunque hay muchas áreas en estas plantas que pueden repercutir significativamente en el consumo de energía, el aumento (o disminución) del rendimiento de los expansores criogénicos puede llegar a incidir en el total de consumo de energía con una relación de 5:1 en función de cómo se configuren y se optimicen los ciclos. Esto significa que por cada kW que aumente la refrigeración del expansor, una planta puede llegar a ahorrar cinco kW de electricidad. En la tabla 3 se muestra una planta de gas con un volumen de producción de 1.000 t/d utilizada en una aplicación minera con un aprovechamiento del ciclo de aproximadamente 3:1 y una tarifa de consumo eléctrico de 0,14 USD/kW/h. En esta aplicación, cada mejora porcentual de la eficacia isoentrópica reduce los costes operativos en 39.000 USD al año. Cuando los propietarios/operarios amplían la vida de las plantas 20, 30 e incluso 40 años, es frecuente ver aumentar el rendimiento potencial del expansor en 5 puntos o más, lo que, en este ejemplo, se traduce en un ahorro en costes operativos de 200.000 USD anuales. Las mejoras de rendimiento potencial de los expansores pueden introducirse en los siguientes campos:  Los revestimientos abrasibles de cubiertas y sellados pueden desgastarse con el tiempo, lo que aumenta el espacio entre los mismos y el impulsor y los

sellados. Además, puede que el equipamiento de las plantas antiguas no contara con los últimos avances en tecnologías de revestimiento. Volver a aplicar o añadir revestimientos abrasibles puede mejorar la eficacia de los expansores y reducir el consumo de gas de sellado.  Algunas partes que están en contacto con fluidos del proceso, como los álabes de las toberas y los impulsores, pueden erosionarse con el paso del tiempo y sufrir modificaciones que repercuten negativamente en el rendimiento. Además, la eficacia mecánica de las partes erosionadas presentan un problema de fiabilidad que puede reducir la calidad del funcionamiento.  En las plantas en las que se ha llevado a cabo una actualización para aumentar la productividad puede haber un desajuste entre los puntos del diseño del expansor y los puntos de operatividad actuales. Volver a calibrar el equipo con las fases adecuadas puede mejorar el rendimiento del expansor o aumentar la producción de la planta.  Los avances en las técnicas de diseño permiten a los fabricantes crear fases más eficaces que las de los equipos diseñados hace tan solo 5 ó 10 años. Entre ellas se encuentran los álabes de las toberas diseñados conforme a la dinámica de fluidos computacional, que pueden aumentar tanto el rendimiento como la fiabilidad de la fase.  Las mejoras en la tecnología de cojinetes y engranajes pueden reducir las pérdidas parásitas.

Tabla 3

Power Penalty for Expander Inefficiency 1000 MT/D 41 barg GOX,99.6 % O2 Incremental Power (KW) Expander Efficiency

Penalización de energía por ineficacia del expansor GOX 1.000 tm/d 41 barg, 99,6 % O2 Energía incremental (kW) Eficacia del expansor

Caso práctico 3: Actualización de un expansor de principios de los años 80 y conversión a la tecnología actual en una planta canadiense de producción de líquidos con un volumen de 250 t/d. Air Products realizó la inspección de una planta de producción de líquidos de principios de los años 80 para determinar el modo más rentable de aumentar la producción y mejorar la refrigeración de la planta, además de reducir los costes de producción. Las instalaciones producían más de 250 t/d con un consumo de energía de 900 kW/t. Se determinó que el área de interés para la actualización eran los

expansores. Los nuevos expansores recomendados incorporaban las últimas innovaciones de diseño, incluidos el aumento del tamaño de la unidad, el uso de impulsores cerrados, álabes de bajo impacto y un sistema de cojinetes mejorado. La instalación de las unidades se llevó a cabo en julio de 2007. Durante el primer mes de funcionamiento, las unidades produjeron 300 t/d y consiguieron reducir el consumo de energía en más del 10%. Durante el año siguiente se realizaron otras modificaciones en la planta que permitieron incrementar la productividad hasta alcanzar las 330 t/d. La inversión en las modificaciones necesarias se rentabilizó en menos de un año.

Imagen 3: unidad de expansor

Control avanzado Las técnicas de control avanzado permiten optimizar el funcionamiento de la planta. Por ejemplo, sería deseable maximizar la producción o minimizar el consumo de energía. Las capacidades de un compresor de aire varían en función de las condiciones ambientales y la temperatura del agua de enfriamiento. Al supervisar ciertas limitaciones de la maquinaria, como la posición del álabe guía de entrada (IGV), el tipo de corriente del motor o la distancia al punto de contrapresión, el caudal de entrada de aire a una unidad ASU puede aumentarse o disminuirse según las necesidades económicas de la planta. Del mismo modo que la entrada de aire varía en función de las condiciones de la corriente, el caudal del producto también puede ajustarse para maximizar la producción sin modificar la pureza y la presión especificadas. Caso práctico 4: Actualización de una unidad ASU para incorporar controles de procesos mejorados. Air Products revisó una unidad ASU de producción de nitrógeno de alta pureza para el sector de la electrónica. Este caso ilustra cómo el uso de controles avanzados puede mejorar la rentabilidad de una planta. La unidad ASU revisada producía con dos presiones diferentes. Por tanto, una corriente se comprimía con una presión mayor. Se empleó el control predictivo basado en modelos (MPC) para maximizar la producción del producto de alta presión, así como para aumentar la recuperación total del producto. De esta forma, se reducían los costes operativos al mismo tiempo que se aumentaba la producción. Para alcanzar la productividad máxima, el caudal del compresor de aire principal (MAC) debía maximizarse. La gráfica que se muestra a continuación (tabla 4) indica la media real del caudal del MAC en horas, en relación con las fechas anteriores y posteriores a la implementación del MPC.

Tabla 4

MAC Air (NM3/hr) 18-May 7-Jun 27-Jun 17-Jul 6-Aug 26-Aug 15-Sep 5-Oct

Aire del MAC (NM3/h) 18 may. 7 jun. 27 jun. 17 jul. 6 ago. 26 ago. 15 sep. 5 oct.

Para minimizar el consumo de energía de compresión del producto, se recomienda maximizar la producción de la corriente del producto de mayor presión. La recuperación total del producto queda compensada por la fracción del producto que se produce a mayor presión. Las gráficas que se muestran a continuación (tablas 5 y 6) indican cómo aumenta el caudal del producto sometido a mayor presión (HP) mientras que la corriente de producto de menor presión (LP) disminuye ligeramente.

Tabla 5

HP Product (NM3/hr) 18-May 7-Jun 27-Jun 17-Jul 6-Aug 26-Aug 15-Sep 5-Oct

Producto HP (NM3/h) 18 may. 7 jun. 27 jun. 17 jul. 6 ago. 26 ago. 15 sep. 5 oct.

Tabla 6

LP Product (NM3/hr) 18-May 7-Jun 27-Jun 17-Jul 6-Aug 26-Aug 15-Sep 5-Oct

Producto LP (NM3/h) 18 may. 7 jun. 27 jun. 17 jul. 6 ago. 26 ago. 15 sep. 5 oct.

La última gráfica (tabla 7) muestra el aumento de la recuperación total del producto tras la implementación del MPC.

Tabla 7

Total Product Recovery 57.00% 56.50% 56.00% 55.50% 55.00% 54.50% 54.00% 18-May 7-Jun 27-Jun 17-Jul 6-Aug 26-Aug 15-Sep 5-Oct

Recuperación total del producto 57% 56,5% 56% 55,5% 55% 54,5% 54% 18 may. 7 jun. 27 jun. 17 jul. 6 ago. 26 ago. 15 sep. 5 oct.

Los cambios conseguidos en los caudales y en la recuperación tras la implementación del MPC se resumen en la tabla que se muestra a continuación.

Caudal del MAC Aumento tras la implementación del MPC (%)

0,92%

Caudal del producto HP

Caudal del producto LP

4,46%

-7,06%

Producto total

2,16%

Recuperación total del producto

1,39%

Tabla 8

El aumento de la producción en más de un 2% y la minimización del consumo de energía de compresión supuso una significativa ventaja económica.

Conclusión El hecho de que una empresa haya contado con una planta de oxígeno en sus instalaciones durante años no implica que dicha planta no pueda mejorarse. Como este estudio ha demostrado, con la mejora de algunas áreas de una planta existente la mayoría de estas instalaciones pueden mejorar sus resultados en un 25% o más. Los estudios de bajo coste aplicados a estas plantas incorporan modelos de vanguardia a los sistemas existentes y ayudan a identificar las áreas de mejora potencial tanto en términos económicos como de fiabilidad e incluso de productividad.

En resumen, a medida que aumentan la necesidad de oxígeno adicional y los costes del consumo de energía de las plantas, estas rentables evaluaciones pueden ayudar a ampliar la vida útil de la planta y maximizar los beneficios potenciales de un activo actual.

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