09 de agosto de 2014
El calor de los gases de efecto invernadero emitidos en Cantarell por las plantas de comprensión de gas natural (empleado como combustible en la industria, el comercio y el hogar) es energía desperdiciada, pero de aprovecharse optimizaría el funcionamiento de las turbinas en las plantas del complejo petrolero mexicano.
Diana María Escolástico Hernández, estudiante de posgrado de la UNAM, desarrolló dos propuestas para mejorar la eficiencia en las plataformas Akal, en cuyas plantas de compresión de gas natural amargo (extraído de pozos de petróleo o de gas natural en mar abierto antes de ser enviado al deshidratado para ser comprimido a alta presión) sólo se aprovecha el 32 por ciento.
Las emanaciones de escape de las turbinas acopladas a los módulos donde se realiza este proceso, por operar en ciclo abierto, son enviadas a la atmósfera a altas temperaturas sin obtener un beneficio de ellas. “Un 70 por ciento se desperdicia (estas pérdidas son llamadas irreversibilidades). Del 32.2 de lo convertido en electricidad, en las turbinas queda un calor residual en los gases de chimenea de 13 mil 35.88 kW”, explicó.
Una de las propuestas de Escolástico Hernández para mejorar la eficiencia del proceso global (turbina-compresión de gas) y el aprovechamiento del combustible es la recuperación de calor en un proceso de ciclo combinado.
Consiste en aprovechar los gases de combustión expulsados a una temperatura de más de 500 grados centígrados para calentar agua, vaporizarla e introducirla a una turbina para generar electricidad.
En la segunda propuesta, además de usar este recurso en un ciclo combinado para generar electricidad, en vez de aire se utilizaría líquido marino para retirar el calor de las corrientes gaseosas en los enfriadores de los módulos de compresión de gas natural.
“Con ambas propuestas se incrementa la eficiencia del proceso, según simulaciones hechas con el software Thermoflex, empleado para conocer las propiedades termodinámicas de las corrientes y hacer una aproximación de la mejora”.
El ciclo de operación de la turbina (quema de combustible y generación de potencia) apenas aprovecha una tercera parte. No obstante, si utilizáramos vapor y mar como agua de enfriamiento, la eficiencia se elevaría a la mitad y con la otra propuesta, basada en un ciclo combinado para generar electricidad, los niveles llegarían al 70 por ciento, aseguró.
Con esta energía se pueden satisfacer necesidades de las plataformas, como el calentamiento de corrientes para llevar a cabo otros procesos del gas natural, como la deshidratación y el endulzamiento (retirar el ácido sulfúrico, principalmente, para que no sea corrosivo).
Mucho del calentamiento de corrientes se hace a fuego directo (quema de gas) o con medios eléctricos, por lo que con este aprovechamiento se generaría, ahorraría y evitaría el desperdicio (de electricidad y térmico) y se reducirían costos en la operación de las plataformas.
De obtener una eficiencia del 70 por ciento disminuirían las emisiones de gases de efecto invernadero de manera importante. Escolástico Hernández aún no tiene números exactos, pero sabe que la emisión por turbina es de mil 191.61 toneladas de CO2 equivalente por mes (se le llama así porque es la cuantificación de gases de metano, óxidos de nitrógeno y el mismo dióxido de carbono dispersados a la atmósfera).
Para determinar la viabilidad de las propuestas, es necesario hacer un análisis económico, porque los proyectos pueden ser favorables, pero lo que determinará si son rentables es establecer cuál de los dos otorga el menor tiempo de retorno de la inversión.
El último concepto resultará clave, porque en Cantarell, donde las plataformas están en aguas abiertas, los costos se elevan por el transporte de equipos y material a kilómetros mar adentro. Por eso, uno de los objetivos de su tesis de maestría es hacer un estudio económico para saber si sus propuestas son rentables.
Actualmente, Escolástico Hernández aplica la metodología Pinch en las plantas de compresión de gas natural para detectar en qué equipos o partes del proceso hay mayores pérdidas para así proponer recuperaciones de calor o aumento de eficiencia.
Una contribución ecológica de este proyecto sería la reducción de la emisión de gases de efecto invernadero en las plataformas de compresión de gas amargo. “Si optimizamos nuestros sistemas y utilizamos menos combustible, el impacto será menor”.
Diana María Escolástico realiza su tesis sobre el análisis Pinch para el uso eficiente de la energía en plantas de compresión de gas natural del activo integral Cantarell. Su tutor es Arturo Palacio Pérez, de la Coordinación de Procesos Industriales y Ambientales del Instituto de Ingeniería (II), entidad de la UNAM que, en vinculación con Petróleos Mexicanos (Pemex) y la Comisión Federal de Electricidad (CFE), realiza proyectos para mejorar el ambiente.
Créditos: UNAM-DGCS-454-2014
