Evaluación técnica y económica de la producción de dimetileter a partir de hidrógeno verde y CO2 proveniente de la captura de gases de una central térmica

Abstract

Se llevó a cabo una evaluación de mercado, técnico económica de la producción de DME en una central térmica a gas natural en Mejillones, en específico la de Atacama. Esto se realizó con el fin de producir DME a través de la integración de tecnologías verdes, tal como la electrólisis y captura de CO2 por aminas, MEA, para lograr dilucidar si es posible que, a través de este proceso, sea el DME producido competitivo con el GLP, para su reemplazo/complemento. Esto se realizó a través de la capacidad instalada de la central térmica de ciclo combinado, para poder brindar la suficiente energía a los 49 electrolizadores, y a través de balances de materia y energía, encontrar el flujo de H2 y O2 que se utilizarán y alimentarán a las distintas etapas correspondientes, siendo importante mencionar la cámara de combustión en la cual, se revalorizará el O2 para brindarle una nueva utilidad técnica-económica reduciendo el CAPEX y OPEX en la captura de CO2 junto con el beneficio económico en forma de ingreso de 7,7 MM USD/año gracias a la reducción de combustible CH4 debido al aumento de temperatura. Esto permite una mayor eficiencia en la captura al reducir los NOx y provocar una mayor de concentración en los gases de combustión de la cámara. Entonces, se llevó a cabo la simulación en ASPEN HYSYS (ya habiendo obtenido el flujo de gases combustión en la cámara de combustión) de las subetapas de captura de CO2, producción de MeOH (método indirecto para la producción de DME) y finalmente DME, obteniendo como costes de producción 3354 USD/ton H2, 194-249,96 USD/ton CO2, 1165 USD/ton MeOH y 1714 USD/ton DME respectivamente para el caso base, logrando con la integración completa (influencia O2 e integración energética) reducir el costo producción de DME a 1545 USD/ton. Además de ello se consideraron finalmente una inversión de 629 MM USD y un gasto operacional de planta anual de 139 MM USD/año para el caso base, y ahorros de 48,68 MM USD/año para la integración completa, junto con una inversión reducida de 607 MM USD, con un precio de venta competitivo de DME de 460 USD/ton DME y una demanda potencial objetivo de 409.540 ton/año para alcanzar la productividad de la central, dentro del mercado mayorista y como objetivos de distribución las regiones I, II, III, IV, V una parte de la región metropolitana a través de empresas nacionales como Gasco, Lipigas, entre otras. A market and techno-economic evaluation of DME production at a natural gas thermal power plant in Mejillones, specifically Atacama, was conducted. This was done to produce DME through the integration of green technologies such as electrolysis and CO2 capture by amines, MEA, to determine if the DME produced through this process could be competitive with LPG for replacement or complement. This was carried out using the installed capacity of the combined cycle thermal power plant to provide sufficient energy to the 49 electrolyzers and through material and energy balances to find the flow of H2 and O2 that would be used and fed to the corresponding stages. It is important to mention the combustion chamber, where O2 will be revalorized to provide a new technical-economic utility, reducing CAPEX and OPEX in CO2 capture, along with the economic benefit in the form of an income of 7.7 MM USD/year due to the reduction of CH4fuel thanks to the temperature increase. This allows for greater efficiency in capture by reducing NOx and causing a higher concentration in the combustion gases of the chamber. Then, simulation was carried out in ASPEN HYSYS (having already obtained the combustion gas flow in the combustion chamber) of the sub-stages of CO2 capture, MeOH production (indirect method for DME production), and finally DME, obtaining production costs of 3354 USD/ton H2, 194-249.96 USD/ton CO2, 1165 USD/ton MeOH, and 1714 USD/ton DME respectively for the base case, achieving with complete integration (O2 influence and energy integration) to reduce the DME production cost to 1545 USD/ton. Additionally, an investment of 629 MM USD and an annual operational plant expenditure of 139 MM USD/year for the base case were finally considered, and savings of 48.68 MM USD/year for full integration, along with a reduced investment of 607 MM USD, with a competitive DME selling price of 460 USD/ton DME and a potential target demand of 409,540 tons/year to reach the plant's productivity, within the wholesale market and as distribution targets the regions I, II, III, IV, V, and part of the metropolitan region through national companies such as Gasco, Lipigas, among others.