Recuperación de calor planta de ácido Potrerillos División Salvador.

Abstract

El presente trabajo de tesis procura identificar la oportunidad energética que existe al momento de expeler energías residuales contenidas en los procesos químicos de la Planta de Ácido de la Fundición Potrerillos de CODELCO Chile División Salvador. De conformidad a lo anterior, se consigna que las Plantas de Ácido Metalúrgicas o Plantas de Limpieza de Gases, poseen reactores de conversión en los que se libera calor producto de la reacción exotérmica presente. La temperatura alcanzada por este gas de proceso, se encuentra por sobre los 400 °C, ello corresponde a un nivel intermedio. Atendiendo a este aspecto, el presente estudio está enfocado a recuperar la energía de los procesos metalúrgicos y químicos de la Fundición Potrerillos y ha identificado una fuente potencial de recuperación y generación de energía, y posibles usos, que se analizan bajo dos alternativas, como una oportunidad de potenciar su negocio. Las alternativas evaluadas son:  Alternativa N° 1 “Generación de energía eléctrica por medio de un equipo gas – agua.  Alternativa N°2 “Generación de vapor para Refinería y generación de aire caliente para Planta de Secado por medio de fluidos térmicos”

Por otra parte a partir de las fuentes calóricas existentes y del estado termodinámico del aire en la fuente identificada, se ha cuantificado el posible potencial térmico recuperable. Tras establecer las variables de operación, a partir de los parámetros y restricciones de los procesos, se podría entregar un potencial de 50.930 MJ/Hora, flujo de energía suficiente que fundamentó el estudio de las alternativas propuestas de solución. Con respecto a las alternativas estudiadas para uso del calor residual, se recomendó la alternativa N°2, la que presenta las mejores tasas de recuperación y mayores beneficios económicos asociados, correspondiente a suplir 29.33 m3/día de combustible, como consumo promedio diario anual de la Refinería y Planta de Secado. Además como un beneficio adicional, está la disminución de las emisiones de CO2 y SO2, este último normado por la legislación chilena, esto debido a la eliminación del uso de combustible para los procesos antes mencionados. Tras el análisis de la alternativas recomendadas para los emplazamientos y usos de la energía, la evaluación económica de la alternativa recomendada arrojó beneficiosas utilidades, entregando un BAE antes de impuesto a una tasa de 8% de kUS$ 4.335, con un VAN a 20 años de kUS$ 42.560, un IVAN de 3,04 y una Tasa de Recuperación (TIR) de 42%, por lo que la inversión se verá recuperada a los 3 años, para una disponibilidad histórica del funcionamiento de la P.A.S. de un 93%. Es destacable además mencionar, que el estudio de la alternativa N°1, relacionado con la generación eléctrica a partir del aprovechamiento de las energía residuales en la PAS, presenta buenos indicadores económicos, representados por un BAE de kUS$ 704 a tasa de 8% A/I, con una inversión del proyecto total de kUS$ 9.652. Esta alternativa a priori, no debe descartarse para una potencial implementación, toda vez que en la actualidad, en DSAL, se está construyendo una Planta de flotación de escoria, proyecto emblemático para la División, tanto por los montos involucrados (kUS$ 100.000), como por representar la primera planta de ese tipo que se construye en la Corporación, y cuyo requerimiento energético bordeará los 6 MW. En tal sentido, ofrecer energía eléctrica del orden de los 3 MW, de acuerdo a lo indicado por la alternativa N° 1 estudiada, contribuiría indirectamente a potenciar el VAN del proyecto mencionado, permitiendo contribuir económicamente al proyecto más relevante de la División. Por tanto el objetivo final de la presente tesis, no se fundamenta tan sólo en recomendar una alternativa de implementación, que por cierto para este estudio, se recomienda la implementación futura de la alternativa N°2, basado en criterios técnicos, económicos y estratégicos, sino más aún, se focaliza en estudiar dos alternativas de solución, con todas sus bondades e interferencias, de manera tal que el usuario, en este caso, la Gerencia de Operaciones Fundición Refinería, posea la mayor cantidad de información con el objeto que tome la mejor decisión, en función de criterios no tan sólo técnicos y económicos, sino también estratégicos. Finalmente se establece un Plan de Ejecución del proyecto para la alternativa N°2, que contribuya a garantizar la implementación del proyecto desde su génesis, con los estudios complementarios requeridos, hasta su etapa final de puesta en marcha. The current thesis work attempts to identify the energetic opportunity that exists when the residual energies contented in the chemical procedures of the Potrerillos’ Smelting Acid Plant of CODELCO are expelled. In accordance with the aforementioned it is stated that there are convertion reactors in the Metallurgical Acid Plants or Gas Cleaning Plants, where heat is released due to the exothermic reaction happening in them. The temperature reached by this process gas rises up to 400 Cº, this corresponds to an intermediate level. According to this aspect, the current study is focused on retrieving energy from the metallurgical and chemical processes of the Potrerillos’ Smelting Acid Plant also identifying a potential source of energy recovering and of energy generation as well as possible usages analyzed under two alternatives; as an opportunity of promoting your business. Analyzed alternatives are:  Alternative N° 1 “Electric energy generation trough a water-gas equipment”.  Alternativa N° 2 “Steam generation to the Refinery and Warm Air generation for the Thermical Fluid Drying Plant”.

Moreover, from the existing heating sources and from the thermodynamic state of the air in the identified source, the possible recoverable thermic potential has been quantified. Having the operational variables established, from the parameters y processes restrictions, a potential of 50.930 MJ/Hr could be delivered, enough energy flow that substantiated the study of the proposed problem solving alternatives. Regarding the studied alternatives for the use of residual heat, the second alternative is recommended for it presents the best recovery rates and the best associated economic benefits corresponding the replacement of 29.33 m3/day of fuel as the average annual energy use by the Refinery and by the Drying Plant. Furthermore as an additional benefit the CO2 and SO2 emissions are reduced due to the non usage of fuel. After the analysis of the recommended alternatives for the positioning and energy uses, the economic evaluation of the recommended alternative showed beneficial profits, giving a BAE, before taxation, to a rate of 8% of US$4.335 , with a VAN to 20 years of kUS$42.560, an IVAN of 3,04 and a recovery rate (TIR) of 42%, to what the investment will be recovered in the third year, for a P.A.S historical running availability of a 93%. It is worth highlighting that the study of the first alternative, related with the electrical generation from the exploitation of residual energies in the PAS, shows remarkably good economic indicators, represented by a BAE of kUS$ 704 in a rate of 8% A/I with a total investment of kUS$ 9.652. In an a priori argument this alternative must not be dismissed for a potential implementation, given that currently in DSAL a Slag Flotation Plant is in construction, an emblematical project for the Division, especially on the money amounts involved (kUS$ 100.000) and also for representing the first plant of its kind being built on the corporation of which its energetic requirement will approach to 6MW. According to that idea, offering electric energy of 3 MW related to what alternative Nº 1 indicates, would indirecticly contribute enhancing the project VAN, contributing economically to the most relevant Project of the Division too The final objective of this thesis is not just to fundament and recommend an implementation alternative (According to the thesis, alternative number 2) based on economical, technical and strategical but to study two alternatives of solving a problem, so the users (In this case the Funding Refinery Operational Management ) with all the strength and information they have to take a better decision not only in the technical field but also in the economical and strategical. Finally an execution project Plan, for the alternative Nº 2 is being established helping and guarantying the project viability from its genesis, being done from the complementary studies to the final starting point.