Evaluación técnico-financiera para la implementación de un sistema de eyectores en la recuperación de gases quemados en teas de refinería | Technical and financial assessment for the implementation of an ejector system in the recovery of flared gases in Refinery

La incineración rutinaria de gases de tea, presente en todas las etapas de producción, transporte y refinación de hidrocarburos, permite garantizar la seguridad del proceso y mitigar el impacto ambiental en las emisiones producidas, sin embargo, este practica libera gases de efecto invernadero a la atmósfera como resultado de la combustión. El interés creciente en la recuperación de gas de tea como alternativa sostenible, ha impulsado al desarrollo de tecnologías relacionadas con el aprovechamiento de este vector energético, ya sea por su conversión a nuevos productos sintéticos o en la generación de energía. Los eyectores de gas son dispositivos eficientes que permiten abordar este desafío. Estos no solo permiten una captación de los gases dirigidos, también ofrecen oportunidades para el redireccionamiento y aprovechamiento en diversos usos. En consecuencia, la presente investigación plantea una solución innovadora abordada en una refinería en Colombia. El objetivo principal es reducir significativamente el volumen de gas enviado a la combustión en teas, redireccionando parte de este gas, a un sistema-red de gas combustible, sin impactar significativamente el poder calorífico de la red que importaría este gas. Inicialmente, se desarrolló una macro en Excel a partir de un algoritmo de caracterización geométrica de los eyectores, obtenido de (Huang et al., 1999). Luego, se evaluaron los sistemas en serie y en paralelo para identificar la configuración con el máximo potencial de recuperación de gas y toneladas de dióxido de carbono equivalente reducido. Finalmente, se realizó un análisis económico detallado para seleccionar el arreglo de eyectores con mayor viabilidad. Los resultados reflejan rendimientos de recuperación viables técnicamente, basados en un algoritmo iterativo y simulaciones termodinámicas, relacionados con el análisis técnico y financiero que respaldan la elección del arreglo #6. Este arreglo alcanzó un radio de arrastre de 0.0133, una reducción de 178 TonCO2e/año, un VAN de $3,408,757.1, una TIR del 85.87% y un PBP de 1.18 años.

1. INTRODUCCIÓN 13 2. MARCO CONCEPTUAL 15 2.1. GENERALIDADES DEL PROCESO DE QUEMA DE GASES 15 2.2. GENERALIDADES DE LOS EYECTORES DE GAS SUPERSÓNICOS 19 2.3. GENERALIDADES DEL ANÁLISIS ECONÓMICO 25 3. ESTADO DEL ARTE 31 4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA, ALCANCE Y LIMITACIONES 40 5. MARCO LEGAL 42 6. OBJETIVOS 44 6.1. OBJETIVO GENERAL 44 6.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 44 7. METODOLOGÍA 45 FASE 1: ALGORITMO PARA LA CARACTERIZACIÓN GEOMÉTRICA DE LOS EYECTORES DE GAS 45 FASE 2: ANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE LOS SISTEMAS DE EYECTORES 49 FASE 3: EVALUACIÓN DEL POTENCIAL OPERATIVO Y ANÁLISIS DE HUELLA DE CARBONO 50 FASE 4: ANÁLISIS FINANCIERO Y SELECCIÓN DEL SISTEMA DE EYECTORES 51 8. RESULTADOS 53 8.1. ALGORITMO PARA LA CARACTERIZACIÓN GEOMÉTRICA DE LOS EYECTORES DE GAS 53 8.2. ANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE LOS SISTEMAS DE EYECTORES 56 8.3. EVALUACIÓN DEL POTENCIAL OPERATIVO Y AMBIENTAL 63 8.4. ANÁLISIS FINANCIERO Y SELECCIÓN DEL SISTEMA DE EYECTORES 67 8.4.1. ESTIMACIÓN DE LOS COSTOS DE INVERSIÓN 67 8.4.2. ESTIMACIÓN DE LOS COSTOS OPERATIVOS 68 8.4.2.1. CÁLCULO DE COSTOS DE MANO DE OBRA OPERATIVA 69 8.4.2.2. CÁLCULO DE COSTOS POR MATERIA PRIMA 70 8.4.2.3. CÁLCULO DE COSTOS TOTALES OPERATIVOS 71 8.4.3. INDICADORES ECONÓMICOS 71 8.4.4. SELECCIÓN DEL ARREGLO TÉCNICO-ECONOMICAMENTE MAS VIABLE 75 9. CONCLUSIONES 78 BIBLIOGRAFIA 80 ANEXOS 87

Maestría

The routine incineration of flare gas, present in all stages of production, transportation and refining of hydrocarbons, guarantees the safety of the process and mitigates the environmental impact of the emissions produced; however, this practice releases greenhouse gases into the atmosphere because of combustion. The growing interest in the recovery of fire gas as a sustainable alternative has driven the development of technologies related to the use of this energy vector, either for its conversion to new synthetic products or in the generation of energy. Gas ejectors are efficient devices that address this challenge. They not only allow the capture of targeted gases, but also offer opportunities for redirection and utilization in various uses. Consequently, this research proposes an innovative solution addressed in a refinery located in Colombia. The main objective is to significantly reduce the volume of gas sent to the combustion in the teapots, redirecting part of this gas to a fuel gas grid-system, without significantly impacting the calorific value of the grid that would import this gas. Initially, an iterative macro was developed in Microsoft Excel to geometrically characterize the ejectors., as referenced by (Huang et al., 1999). Subsequently, series and parallel systems were evaluated to identify the configuration with the greatest potential for gas recovery and reduction of carbon dioxide equivalent emissions. Finally, a detailed economic analysis was conducted to select the most feasible ejector arrangement. The results reflect technically feasible recovery yields, based on an iterative algorithm and thermodynamic simulations, related to the technical and financial analysis that support the choice of array #6. This array achieved an entrainment ratio of 0.0133, a reduction of 178 TonCO2e/yr, an NPV of $3,408,757.1, an IRR of 85.87% and a PBP of 1.18 years.

Modalidad Presencial