Obtención de oxígeno a partir de aire atmosférico para su uso comercial. Estudio de viabilidad técnica y económica

TRABAJO FINAL DE GRADO Departamento de Ingeniería Química y Tecnología Farmacéutica Obtención de oxígeno a partir del aire atmosférico para su uso comercial. Estudio de viabilidad técnica y económica. Autor: Manuel Tudela Gallardo Tutores: Francisco J. García Álvarez, Francisco E. Jarabo Friedrich Manuel Tudela Gallardo Página | 2 Manuel Tudela Gallardo Página | 3 Índice Agradecimientos ........................................................................................................................... 7 Listado de figuras .......................................................................................................................... 9 Listado de tablas.......................................................................................................................... 11 Resumen ...................................................................................................................................... 13 Abstract ....................................................................................................................................... 13 Capítulo I: Introducción ............................................................................................................... 15 1.1. Justificación ................................................................................................................. 15 1.2. Peticionario ...................................................................................................................... 15 1.3. Objeto del TFG .................................................................................................................. 15 1.4. Simplificaciones y suposiciones........................................................................................ 16 Capítulo II: El aire y sus componentes ........................................................................................ 17 2.1. El aire ................................................................................................................................ 17 2.2. El nitrógeno ...................................................................................................................... 18 2.3. El argón ............................................................................................................................. 18 2.4. El oxígeno ......................................................................................................................... 19 2.4.1. Introducción .............................................................................................................. 19 2.4.2. Propiedades físicas .................................................................................................... 19 2.4.3. Seguridad y salud ...................................................................................................... 19 2.4.4. Almacenamiento y transporte .................................................................................. 20 2.4.5. Usos y aplicaciones .................................................................................................... 20 Capítulo III: Estudio de mercado ................................................................................................. 22 3.1. Descripción del sector ..................................................................................................... 22 Capítulo IV: Estudio de viabilidad técnica ................................................................................... 25 4.1. Métodos para la obtención de oxígeno ........................................................................... 25 4.1.1. Adsorción................................................................................................................... 25 4.1.2. Destilación criogénica ............................................................................................... 27 4.1.3. Membranas ............................................................................................................... 28 4.2. Justificación de la tecnología escogida............................................................................. 30 Capítulo V: Descripción del proceso ........................................................................................... 33 5.1. Adsorción ......................................................................................................................... 33 5.1.1. Adsorción por cambio de presión, PSA ..................................................................... 34 5.2. Adsorbente ....................................................................................................................... 36 5.2.1. Las zeolitas ................................................................................................................ 37 Manuel Tudela Gallardo Página | 4 5.3. Descripción del proceso ................................................................................................... 39 5.3.1. Compresor ................................................................................................................. 41 5.3.2. Equipo de estabilización del aire húmedo ................................................................ 42 5.3.3. Purgadores de condensados ..................................................................................... 42 5.3.4. Equipo de separación de agua y aceite ..................................................................... 43 5.3.5. Filtración previa ......................................................................................................... 44 5.3.6. Secador de aire .......................................................................................................... 45 5.3.7. Filtro final .................................................................................................................. 46 5.3.8. Equipo de estabilización de aire seco ....................................................................... 46 5.3.9. Adsorbedores PSA ..................................................................................................... 46 Capítulo VI: Selección de equipos ............................................................................................... 47 6.1. Compresor ........................................................................................................................ 47 6.2. Equipos de estabilización de aire húmedo y seco ............................................................ 49 6.3. Purgadores electrónicos de condensados........................................................................ 50 6.4. Equipo de separación de agua y aceite ............................................................................ 51 6.5. Equipo de filtración previa ............................................................................................... 52 6.6. Secador de aire por adsorción ......................................................................................... 53 6.7. Generador de oxígeno ...................................................................................................... 54 Capítulo VII: Estudio económico ................................................................................................. 55 7.1. Presupuesto ..................................................................................................................... 55 7.2. Estimación de costes ........................................................................................................ 56 7.2.1. Costes de inversión ................................................................................................... 56 7.2.2. Coste total de producción ......................................................................................... 57 7.3. Flujos ordinarios ............................................................................................................... 60 7.3.1. Gastos ordinarios ...................................................................................................... 60 7.3.2. Ingresos ordinarios .................................................................................................... 60 7.4. Flujos extraordinarios ....................................................................................................... 61 7.4.1. Valores residuales ..................................................................................................... 61 7.4.2. Gastos extraordinarios .............................................................................................. 62 7.4.3. Ingresos extraordinarios ........................................................................................... 62 7.4.4. Beneficios brutos ....................................................................................................... 62 Capítulo VIII. Mejoras técnicas y conclusiones ........................................................................... 64 8.1. Mejoras ............................................................................................................................ 64 8.2. Conclusiones..................................................................................................................... 65 Manuel Tudela Gallardo Página | 5 Conclusions ............................................................................................................................. 65 Bibliografía .................................................................................................................................. 66 ANEXO: Cálculos justificativos de la selección de equipos ......................................................... 68 Compresor (UNIDA COMPRESORA) ........................................................................................ 68 Equipo de estabilización de aire húmedo (V-01) .................................................................... 68 Purgadores de condensados (CD-04 y CD-05) ........................................................................ 69 Filtros de coalescencia (F-05 y F06) ........................................................................................ 69 Separador de agua y aceite (V-03 y V-04) ............................................................................... 70 Secador por adsorción (T-05 y T-06) ....................................................................................... 70 Equipo de filtración final (F-07) ............................................................................................... 70 Equipo de estabilización de aire seco (V-02)........................................................................... 70 Generador de oxígeno (T-09, T-10, T-11 y T-12) ..................................................................... 70 Manuel Tudela Gallardo Página | 6 Manuel Tudela Gallardo Página | 7 Agradecimientos Ahora que acaba una nueva etapa en mi vida, quiero recordar a mis compañeros y profesores de la UGR, donde encontré amigos de verdad en los que apoyarme y con los que construir este camino. Y a mi familia, que siempre estuvo ahí. A mi padre, que allá donde esté sé que estará orgulloso de mi. Y a mi madre, que siempre fue el bastón en el que sostenerme y un ejemplo de lucha y superación. Manuel Tudela Gallardo Página | 8 Manuel Tudela Gallardo Página | 9 Listado de figuras Figura 1. Representación gráfica de la composición del aire. Figura 2. Distribución del Producto Industrial Bruto. Figura 3. Cifra de negocios por Comunidad Autónoma. Figura 4. Etapas típicas del proceso PSA. Figura 5. Esquema del proceso de destilación criogénica. Figura 6. Sistema de membranas ITM. Figura 7. Curva de ruptura de una columna PSA. Figura 8. Unidad mínima de construcción de las zeolitas. Figura 9. Estructura de la sodalita. Figura 10. Diagrama de flujo de un proceso PSA para la obtención de oxígeno. Figura 11. Esquema funcionamiento de un compresor de doble tornillo. Figura 12. Esquema de un purgador de condensados electrónico marca KAESER. Figura 13. Esquema de un separador de agua y aceite AQUAMAT marca KAESER. Figura 14. Esquema de un secador por adsorción marca KAESER Figura 15. Vistas interior y exterior del compresor. Figura 16. Tanque de aire comprimido marca KAESER. Figura 17. Purgador de condensados KAESER ECO-DRAIN 14. Figura 18. Separador de agua y aceite AQUAMAT CF 75. Figura 19. Filtro de coalescencia KAESER. Figura 20. Secador de adsorción regenerado en frío KAESER. Figura 21. Generador de oxígeno PSA serie OGP. Manuel Tudela Gallardo Página | 16 1.4. Simplificaciones y suposiciones Dado que no se han encontrados datos sobre el mercado de los gases industriales en Canarias, se parte del supuesto que no existen empresas en el archipiélago que ofrezcan este tipo de producto. Además, se toma el dato de 3500 Nm3/h como referencia de caudal de aire de entrada a la planta. Este dato se obtiene a partir de referencias bibliográficas de estudios anteriores [16], ya que los datos sobre el sector de los gases industriales en Canarias son escasos y la información aportada por las empresas del sector tras varias consultas ha sido nula, por lo que se toma este dato para tener un punto de partida para desarrollar el proyecto. Puesto que el objetivo del presente proyecto es realizar un estudio de viabilidad técnicoeconómica y debido a que el tiempo para la redacción del TFG se limita a tres meses, no se realizará el diseño de los parámetros de los equipos del proceso ni su dimensionamiento. La selección de estos se hará basándose en referencias bibliográficas y algunos cálculos sencillos, reflejados en el ANEXO, para escoger de forma aproximada el modelo de cada equipo que mejor se ajusta a los parámetros de diseño. Dichos parámetros son el ya citado caudal de entrada de aire a la planta y la pureza del producto final. Este último dato se seleccionará más adelante en función de la tecnología escogida. Manuel Tudela Gallardo Página | 17 Capítulo II: El aire y sus componentes 2.1. El aire El aire es una mezcla de gases de composición heterogénea que se extiende por toda la superficie terrestre formando una capa de varios kilómetros de espesor denominada atmósfera. La composición y concentración del aire es variable a lo largo de toda la atmósfera, aunque los compuestos mayoritarios en todos los casos son el nitrógeno y el oxígeno. Además de estos, existen otros muchos compuestos que forman parte del aire, aunque en unas concentraciones mucho menores. Concentración en volumen de los componentes del aire en base seca: − Nitrógeno (N2): 78,084% − Oxígeno (O2): 20,947% − Argón (Ar): 0,934% − Dióxido de carbono (CO2): 0,035% − Neón (Ne): 0,001818% − Helio (He): 0,000524% − Metano (CH4): 0,00017% − Kriptón (Kr): 0,000114% − Hidrógeno (H2): 0,000053% − Xenón (Xe): 0,0000087% − Gases con composiciones inferiores al 0,000001%: Ozono (O3), Monóxido de carbono (CO), Dióxido de azufre (SO2), Dióxido de nitrógeno (NO2), Amoniaco (NH3). Si representamos todos estos datos en un gráfico podemos observar cómo efectivamente Nitrógeno y Oxígeno son los componentes mayoritarios del aire, ya que el resto de compuestos apenas suma el 1% de la concentración total. Figura 1: Representación gráfica de la composición del aire. Fuente: Elaboración propia Como se puede apreciar, el aire es un producto con una cantidad de materias primas increíble. La mayoría de los gases que lo conforman tienen multitud de usos, ya sea a nivel industrial o a Nitrógeno Oxígeno Argón Manuel Tudela Gallardo Página | 18 nivel social, aunque algunos de ellos no se pueden obtener a partir del aire, ya que su concentración es demasiado baja. Los principales gases que se obtienen del aire son el oxígeno, el nitrógeno y el argón. 2.2. El nitrógeno El nitrógeno es un compuesto gaseoso en condiciones normales (20 ºC y presión atmosférica). Es un gas diatómico, lo que significa que la molécula de nitrógeno gas que se encuentra en el aire está formada por dos átomos de nitrógeno unidos por un enlace triple. Este enlace es muy estable y le proporciona al nitrógeno su característica más importante, el nitrógeno es un gas inerte en la mayoría de los casos. Las aplicaciones más importantes del nitrógeno son [1]: − Aeroespacial y aeronáutica: el nitrógeno es fundamental para este sector, ya que se utiliza en túneles de viento, hornos de tratamiento térmico y aplicaciones de corte láser. − Químico: se utiliza como gas presurizante, para proteger del aire a materiales sensibles al oxígeno y para eliminar compuestos volátiles del flujo de procesos. − Alimentación y bebidas: es un agente criogénico clave para el enfriamiento, refrigeración y congelación de alimentos. Además, también se emplea para crear atmósferas protectoras en el envasado de alimentos. − Transporte y automóvil: como gas de soldadura y como componente de seguridad en los airbags. − Sanidad: el nitrógeno se emplea como agente criogénico para congelar y preservar muestras biológicas. − Siderurgia: como gas de arrastre y purgante en la producción de acero. 2.3. El argón El argón es un compuesto gaseoso en condiciones normales (20 ºC y presión atmosférica). Forma parte de los denominados gases nobles, cuya principal característica es que son muy estables, no reaccionan prácticamente con nada ya que cumplen la regla del octeto, es decir, tienen 8 electrones en su capa de valencia, lo que les confiere su gran estabilidad. Esta propiedad convierte al argón en un gas perfecto para ser empleado como agente de inertización. Las principales aplicaciones del argón son las siguientes [2]: − Iluminación: se emplea como gas de relleno en lámparas incandescentes ya que no reacciona con el material del filamento, aunque estás lámparas están prácticamente en desuso. − Industria: se emplea en la recreación de atmósferas inertes. Manuel Tudela Gallardo Página | 19 − Metalurgia: en la industria del metal, el argón previene la oxidación durante el proceso además de mantener la temperatura y la composición de la atmósfera constantes. − Medicina: tiene aplicaciones en procedimientos de Odontología y Oftalmología como láser de argón. 2.4. El oxígeno 2.4.1. Introducción La mayoría del oxígeno presente en la atmósfera se encuentra como oxígeno gas (O2), aunque también se encuentra formando ozono (O3) en una proporción mucho menor. El O2 comprende el 20,947% en volumen del aire y el aproximadamente el 23,3% en peso de la atmósfera. Fue descubierto en 1.773 por Carl Wilhelm Scheele aunque popularmente se suele adjudicar su descubrimiento a Joseph Priestley en 1.774, ya que publicó su trabajo antes. Su nombre actual fue acuñado por Antoine Lavoisier en 1.777. 2.4.2. Propiedades físicas El oxígeno molecular es un gas en condiciones normales (20ºC y presión atmosférica) incoloro e inodoro. Tiene una masa molecular de 32 g/mol, temperatura de fusión de -219 ºC y punto de ebullición de -183 ºC. Es un compuesto bastante reactivo, ya que tiene facilidad para generar oxidaciones. Según el compuesto al que oxide, puede ocurrir que la oxidación sea muy rápida y exotérmica produciendo lo que se conoce como combustión, por lo que se le califica como un comburente. 2.4.3. Seguridad y salud El oxígeno es un oxidante muy fuerte y por lo tanto es un comburente muy potente. Por ello, se le puede considerar como una sustancia peligrosa y hay que tener en cuenta ciertas directrices para que su transporte, manipulación y almacenamiento sean seguros. En cuanto a su manipulación, sólo personas experimentadas y con la debida formación deben manejar gases de este tipo. La sustancia debe de ser manipulada de acuerdo con los procedimientos de buena higiene industrial y seguridad. La maquinaria debe de estar libre de aceites o grasas, ya que su contacto con el oxígeno podría provocar un incendio. Para esta maquinaria se emplearán lubricantes específicos para oxígeno. Además, se deberán realizar con regularidad inspecciones que aseguren que no existen fugas y permitan un uso seguro. En caso de una fuga, la exposición al oxígeno no suele ser peligrosa, aunque si es prolongada puede causar nauseas, vértigos, dificultades respiratorias y convulsiones. No supone ningún peligro su contacto con la piel o con los ojos, aunque en caso de inhalación se debe evacuar a la víctima hacia una zona no contaminada. Manuel Tudela Gallardo Página | 20 En caso de incendio, la extinción no se debe realizar con agua a presión sino con agua en spray o en nebulizador. Se deben desplazar los envases lejos del área del fuego ya que su exposición al fuego y al calor puede provocar su ruptura. Si es posible, se debe detener la fuga del producto, pero siempre que se pueda hacer de manera segura. 2.4.4. Almacenamiento y transporte Los gases normalmente se transportan como gases comprimidos, aunque también pueden ser transportados como líquidos criogénicos. En cuanto a su distribución, se debe realizar en recipientes aptos para gases a presión, ya sean bombonas individuales o cisternas a granel. En todo caso, la carga debe ir etiquetada según ADR, IMDG e IATA con las etiquetas “2.2: gases no inflamables, no tóxicos” y “5.1: materiales comburentes”. Está permitido su transporte por medio terrestre (carretera y ferrocarril), por mar y en avión. En todo caso, hay que confirmar que el conductor está enterado de los posibles riesgos de la carga y cómo actuar en caso de emergencia y asegurarse de que la ventilación es adecuada y todas las válvulas de seguridad han sido revisadas para evitar posibles fugas. Con respecto a las condiciones de almacenamiento, se trata de gases almacenados a alta presión, por lo que el control de las condiciones de los envases es primordial. Se deben mantener los contenedores a una temperatura inferior a los 50 ºC, en lugares bien ventilados y en condiciones que no favorezcan la corrosión. Los envases deben ser almacenados de manera vertical y alejados de otros gases inflamables o materiales combustibles. 2.4.5. Usos y aplicaciones El oxígeno es un elemento fundamental para la vida, ya que es empleado por los seres vivos en el proceso de la respiración y forma parte del agua, que es la molécula determinante para la vida en nuestro planeta. Pero no solo se emplea oxígeno en procesos biológicos. Es un elemento muy importante también en la industria. Una de sus principales aplicaciones es la industria siderúrgica. Entre el 65% y el 85% del oxígeno producido en todo el mundo se emplea en la producción de acero. Se emplea el oxígeno para acelerar el proceso y para retirar el carbono del acero final, que suele contener en torno al 2% de carbono. También se utiliza para limpiar impurezas de las planchas de acero y para cortar y soldar estas planchas, como por ejemplo en los sopletes de acetileno, capaces de cortar metal con suma rapidez. Otro de los grandes usos del oxígeno radica en la industria química. Se emplea por ejemplo para fabricar óxido de acetileno, material básico para la fabricación de materiales plásticos y textiles. Además, en función de la proporción, temperatura y los catalizadores empleados, se forman distintos compuestos cuando el oxígeno reacciona con algunos combustibles como carbón o gas natural. Controlando las condiciones mencionadas, se puede obtener una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono que se emplea en la producción de gasolina sintética, metanol o amoniaco. Debido a ser un elemento altamente comburente, otro de sus usos es Manuel Tudela Gallardo Página | 21 actuar como catalizador de reacciones de combustión en procesos industriales, como en la producción de acero anteriormente mencionada o en hornos de producción de vidrio, donde se emplea para mejorar la combustión dentro del horno y reducir las emisiones de NOx. Una de las propiedades más interesantes del oxígeno es que es un gran oxidante. Esta propiedad hace que sea un agente muy importante en el tratamiento de aguas residuales en las EDAR. Se emplean oxígeno y luz solar como elementos para destruir bacterias patógenas. Para ello se emplean cascadas, fuentes y otros sistemas aireadores para purificar los suministros de aguas, aumentando la cantidad de oxígeno disuelto y acelerando así el proceso de purificación. Se puede incluso llegar a reemplazar por oxígeno el aire del tanque de aireación con el objetivo de acelerar el proceso, reducir las emisiones de COV, reducir los olores y espumas y minimizar los costes energéticos de las EDAR. Como se explicó anteriormente, el oxígeno es una molécula fundamental para la vida, lo que implica que tenga numerosas aplicaciones médicas. La principal, es su uso en pacientes con insuficiencias respiratorias, ya sea en terapias respiratorias o en la realización de pruebas de función pulmonar. También se suele usar en el ámbito farmacéutico y biotecnológico para aplicaciones de crecimiento celular y desarrollo de tejidos [4]. Otra industria que emplea el oxígeno es la industria aeronáutica y aeroespacial. Se emplea en la propulsión de cohetes, ya que se necesita un calentamiento muy rápido para la propulsión de este, se emplean grandes cantidades de oxígeno para producir este calentamiento. Como se puede observar, el oxígeno es empleado por una gran cantidad de industrias, pero no en todas ellas se emplea de la misma forma. Por ello, existen diferentes tipos de oxígenos según el grado de pureza y las aplicaciones que se le quieran dar. Estos tipos dependen de cada fabricante, aunque en general, se pueden resumir en los siguientes: Tipo Pureza Gas oxígeno comprimido Alta pureza >99,5% Baja pureza>90% Oxígeno líquido refrigerado >99,5% Mezcla de gas oxígeno y argón 0.5 ppm – 99,5% Mezcla de gas oxígeno y helio 0.5 ppm – 99,5% Mezcla de gas oxígeno y nitrógeno 0.5 ppm – 99,5% Tabla 1: Grados de oxígeno comercial. Fuente: www.praxair.com Manuel Tudela Gallardo Página | 22 Capítulo III: Estudio de mercado El estudio de mercado tiene como objetivo definir el estado actual del sector aportando datos económicos sobre beneficios, volumen de negocios, porcentajes sobre el total del PIB, etc. Para ello se consultarán diferentes fuentes de información económica para intentar describir de la mejor forma posible cual es la situación del sector químico en España e intentar aportar algunos datos sobre el sector de los gases industriales. 3.1. Descripción del sector El sector industrial forma parte de los grandes pilares que sustentan la economía española junto al sector servicios, principalmente el turismo, y la agricultura. Dentro de este sector, la industria química y farmacéutica forma parte de los cuatro grandes estandartes del sector, suponiendo un 13,4% del Producto Industrial Bruto y siendo una de las industrias que más ha crecido en los últimos cinco años. Generó un total de 67.652 millones de euros en el año 2.017, suponiendo un total del 5,8% de PIB español. Este dato es realmente sorprendente, ya que una única rama del sector industrial genere esta cantidad de ingresos demuestra que es una de las industrias más potentes del entorno industrial del país. Figura 2: Distribución del Producto Industrial Bruto. Fuente: FEIQUE [5] En total, existen en España 3.118 empresas dentro del sector químico. La gran mayoría, alrededor del 50%, son empresas pequeñas con menos de 10 empleados, aunque existen empresas mucho más grandes en el sector, llegando incluso a tener más de 500 empleados en nómina. La gran mayoría de estas empresas se encuentran localizadas en los tres grandes focos de la industria química, que son Barcelona, Tarragona y Huelva. No obstante, existen otras zonas donde la industria química también es importante como es la zona norte, destacando País Vasco y Asturias, en la zona de Levante, como Valencia y Castellón, y por supuesto en Madrid. Si nos fijamos en las cifras de negocios, se puede comprobar cómo efectivamente estas zonas agrupan el mayor volumen de negocio. Viendo la descomposición Manuel Tudela Gallardo Página | 23 de las cifras de negocios, podemos ver como Canarias es una de las comunidades con menor aporte en este sector, debido a que el sector industrial en el archipiélago no se encuentra especialmente desarrollado, incluyendo esto a la industria química. Aun así, se generaron un total de 96 millones de € en Canarias gracias a la industria química en el año 2.017. Figura 3: Cifra de negocios por Comunidad Autónoma. Fuente: FEIQUE [5] Dentro del sector químico, la industria química supone el 72,8% del valor total del sector y más concretamente, la industria de los gases industriales supone el 2,9% del total, alcanzando una cifra de negocio en 2.017 de 1.804 millones de euros. En el mercado internacional, las cifras de exportaciones siguen una clara tendencia ascendente desde el final de la crisis económica, aumentando en un 9,8% entre 2.016 y 2.017. No obstante, el valor de las importaciones continúa siendo mayor que el de exportaciones en el mercado español, pero esta diferencia va disminuyendo poco a poco. España exporta productos químicos a países de la Unión Europea como Francia y Alemania, a América del Norte y al mercado asiático. De igual modo, el origen de las importaciones se encuentra en estos mismos países, ya que se tratan de los mayores productores del mundo. Las cifras de empleo en el sector también resultan bastante satisfactorias. La industria química supuso un total de 657.900 empleados en 2.017, ya sea por puestos de trabajo directo o indirecto, siendo este dato el 3,5% de la población activa ocupada en España. Además, el 94% de estos puestos de trabajo son con contratos de trabajo indefinido, superando la media de asalariados con contrato fijo en otros sectores como la industria en general (79%) o el sector servicios (75%). Esto indica una gran estabilidad y seguridad en el empleo dentro de la industria química. Manuel Tudela Gallardo Página | 24 Haciendo hincapié en el mercado de los gases del aire, estos se agrupan junto a otros gases como el hidrógeno constituyendo el mercado de los gases industriales, dominado prácticamente en su totalidad por las 6 grandes compañías de este mercado: COMPAÑIA LOCALIZACIÓN The Linde Group Múnich, Alemania Praxair Connecticut, Estados Unidos Air Liquide París, Francia Taiyo Nippon Sanso Shangai, Japón Air Products Pensilvania, Estados Unidos Airgas Pensilvania, Estados Unidos Tabla 2: Las 6 grandes compañías de los gases industriales. Fuente: [7] El dominio de estas empresas se basa en su amplia red comercial y en su avanzada tecnología, que además de gases suministra otro tipo de servicios como equipos, soluciones de ingeniería y asistencia técnica para el consumidor. El volumen del mercado mundial es del orden de 25.000 millones de euros, con un reparto aproximado de 35% Estados Unidos y Canadá, 33% Europa y 14% Japón. El oxígeno es el gas más cotizado, con una demanda de 180.000 Tm/día, seguido del nitrógeno y otros gases como el CO2 y el hidrógeno [8]. En España, dentro de los gases industriales, el oxígeno es el más producido, con una cifra de alrededor de 2.000 millones de m3 producidos en 2.017, con un valor total de 181 millones de euros, valores muy superiores a los de otros gases industriales como el nitrógeno o el hidrógeno [6]. Manuel Tudela Gallardo Página | 25 Capítulo IV: Estudio de viabilidad técnica En el estudio de viabilidad técnica se hace un repaso de los métodos más comunes para la obtención de oxígeno a nivel industrial, con el objetivo de tener una idea global sobre estos procesos y tener el criterio suficiente para seleccionar uno basándonos en las necesidades de nuestro proyecto. Dichas necesidades, fijadas en la introducción, son un caudal de entrada de 3.500Nm3/h de aire alimentado y la pureza del producto obtenido, que dependerá de la tecnología escogida. 4.1. Métodos para la obtención de oxígeno Como se comentó con anterioridad, el oxígeno es un producto muy utilizado, tanto en industria como en medicina. En el mercado se puede obtener en una amplia gama de concentraciones y composiciones, así como en estado líquido o gaseoso, dependiendo de la aplicación para la que se requiera. Para obtener dichas concentraciones y formas del oxígeno, existen diferentes procesos de producción, los cuales permiten obtener el oxígeno de forma licuada o gaseosa y con purezas mayores o menores. La mayoría de los procesos de obtención de oxígeno utilizan el aire atmosférico como materia prima. Se encuentra libre y fácilmente disponible en la atmósfera, pero requiere de una gran cantidad de energía para conseguir separar el aire en sus componentes. Los métodos que se describen a continuación son los más empleados comúnmente, aunque existen otros, como la electrólisis del agua, que no emplean el aire como materia prima, aunque su uso se encuentra prácticamente descatalogado. 4.1.1. Adsorción La adsorción es un proceso físico en el que los componentes de una mezcla líquida o gaseosa se adhieren de forma selectiva a la superficie de un sólido, dependiendo de una serie de características del sólido. La principal característica de la que depende la adsorción es la selectividad, que es la afinidad que existe entre la superficie del sólido y distintos adsorbatos (especie que queda adherida al sólido). La diferencia de selectividad entre unos componentes y otros hará que estos se adhieran a la superficie del adsorbente o no. El adsorbente permite eliminar uno de los compuestos de la mezcla, así como eliminar contaminantes de las corrientes de fluido que serían prácticamente imposible de separar por otros medios. Los adsorbentes empleados para separación de mezclas gaseosas suelen venir en forma granular, empaquetados en lechos fijos por los que se hace circular la mezcla. Estos adsorbentes pueden utilizarse una única vez, aunque debido a su elevado precio, lo normal es que una vez agotados se regeneren para volver a ser usados. Esto da lugar a un funcionamiento cíclico de los sistemas de adsorción, en los que se utiliza dos o más unidades de adsorción en paralelo que permiten un funcionamiento continuo. Cuando la capacidad del lecho 1 se agota, se interrumpe el flujo de alimentación y se hace pasar por el lecho 2. Mientras se alimenta el lecho 2, se procede a la regeneración del lecho 1. Manuel Tudela Gallardo Página | 32 Una vez estudiadas las ventajas e inconvenientes de todas las alternativas tecnológicas, y recordando las especificaciones definidas para el proceso en la introducción (caudal de entrada de aire al proceso 3.500 Nm3/h) se pueden obtener varias conclusiones. La primera de ellas es que la tecnología de membranas no es una tecnología lo suficientemente madura como para ser aplicada a este proyecto, además de tener ciertas limitaciones a la hora de cumplir las especificaciones del proceso. Por otro lado, la destilación criogénica sobrepasa ampliamente las condiciones de este proyecto, tanto a nivel de caudal como a nivel de pureza. Además, al tratarse del método más costoso, no es asumible económicamente la inversión necesaria para rentabilizar ese exceso de caudal y pureza obtenidos. Finalmente, la tecnología de adsorción por cambio de presión resulta ser la más apropiada para este proyecto. Proporciona unas condiciones de salida que se asemejan bastante a lo deseado. El único inconveniente existente es que la pureza del oxígeno obtenido no superaría el 95%, aunque se podrían implementar mejoras en el proceso que ayudarían a aumentar este dato y acondicionarlo a las condiciones de mercado. Sin embargo, este oxígeno del 95% tiene aplicación en medicina y en algunas industrias como la del vidrio o la producción del ozono, por lo que es completamente válido como producto. No obstante, más adelante, en el apartado de mejoras, se plantearán algunas alternativas para purificar el producto obtenido. Manuel Tudela Gallardo Página | 33 Capítulo V: Descripción del proceso El objetivo de este capítulo es describir de forma detallada en qué consiste la adsorción y cuáles son las características del adsorbente utilizado para ello. Además, se describirán los equipos que intervienen en el proceso. 5.1. Adsorción La adsorción es un fenómeno físico que tiene lugar en la superficie de una sustancia denominada adsorbente. Durante la adsorción, las moléculas del adsorbato se fijan sobre la superficie del adsorbente debido a las diferentes fuerzas de atracción que se producen entre ambas especies. Este proceso da lugar a la creación de una capa de adsorbato sobre la superficie del adsorbente. Esto es posible debido a la asimetría de las fuerzas que existen en la superficie y la descoordinación de los átomos superficiales, que generan una descompensación de carga [11]. Las fuerzas de atracción generadas pueden ser de distinta naturaleza, aunque generalmente se habla de dos tipos: adsorción física, si las fuerzas son débiles del tipo Van der Waals, o adsorción química, si las fuerzas que se crean implican enlaces químicos. La principal diferencia entre ambas es que, en la adsorción física, tanto el adsorbente como el adsorbato no sufren cambios en su naturaleza química, mientras que en la adsorción química se produce un cambio químico en ambas especies. Existen otra serie de diferencias, por ejemplo, en la adsorción física el adsorbato queda fijado formando capas que se van disponiendo una encima de otra, mientras que en la adsorción química se forma una única capa debido a la naturaleza química del enlace. Además, en la adsorción física, el adsorbato mantiene su identidad y establece un equilibrio de adsorción con la superficie que es reversible, mientras que en la adsorción química este proceso no es reversible, ya que la naturaleza del adsorbato cambia, impidiendo su recuperación [11]. Esta última propiedad permite definir un concepto muy importante en los procesos de adsorción, el equilibrio termodinámico de adsorción. Cuando un fluido que contiene un adsorbato se pone en contacto con un sólido adsorbente, las moléculas de adsorbato se adsorben sobre la superficie del sólido hasta que los potenciales químicos de ambas fases se igualan. Se establece entonces un equilibrio dinámico en el que las velocidades de adsorción y desorción son iguales, alcanzándose así el equilibrio de adsorción [11]. Todos los sólidos adsorben sustancias, ya sean líquidas o gaseosas, pero la adsorción no es apreciable a no ser que el sólido tenga una gran superficie en contacto con la fase fluida. Esto demuestra la importancia de la superficie en el proceso de la adsorción como unos de los factores claves para el éxito de la operación. La superficie puede ser externa o interna. La externa es la que supone el límite físico del sólido, y para que la adsorción dependa de esta superficie tenemos que emplear un sólido en forma de polvo. Por otro lado, la superficie interna corresponde a los poros del material. El sistema de poros puede alcanzar una superficie muy grande, aumentando mucho la capacidad de adsorción de un sólido, como ocurre por ejemplo en las moléculas de carbón activo. Los poros se clasifican en función de su diámetro, pudiendo hablar de macroporos (diámetro > 50nm), Manuel Tudela Gallardo Página | 34 mesoporos (diámetro entre 50 y 2 nm) y microporos (diámetro < 2 nm). Este diámetro de poro es muy importante a la hora de escoger un adsorbente, ya que determina si las moléculas de adsorbato pueden ser adsorbidas o no. 5.1.1. Adsorción por cambio de presión, PSA En los procesos de adsorción se utiliza un lecho fijo, es decir, un sólido adsorbente que rellena el interior de una columna por la que se hace circular una mezcla binaria de la que se desea separar uno de sus componentes. Dentro de la mezcla binaria, uno de los componentes es más adsorbible que el otro. Esta operación se puede realizar mediante el proceso de adsorción por cambio de presión (PSA) o por el proceso de adsorción por cambio de temperatura (TSA). La principal diferencia entre estos dos métodos es la energía que se emplea en la etapa de regeneración. En los sistemas PSA se emplea un trabajo mecánico (cambio de presión), mientras que en los sistemas TSA se emplea calor (variación de la temperatura). Estas diferentes formas de energía afectan directamente a la duración de la etapa de regeneración. Mientras que en los sistemas TSA esta etapa dura horas debido a las grandes capacidades térmicas de los lechos de adsorción, en los sistemas PSA la etapa de despresurización se lleva a cabo en minutos. En la mayoría de los casos, las especies más fuertemente adsorbibles se separan de las menos adsorbibles. Estas separaciones se rigen por el equilibrio termodinámico de adsorción que posee cada adsorbato para un determinado adsorbente. Normalmente, las mezclas fuertemente adsorbibles presentan mayor dificultad de regeneración, por lo que suelen emplearse sistemas TSA para su separación. Los sistemas PSA son más adecuados para producir componentes de gran pureza poco adsorbibles. En un proceso de adsorción, la concentración de adsorbato en la fase gas y en la fase sólida varía con el tiempo y la posición del lecho, generándose así perfiles de concentración que delimitan la transferencia de materia. Al comenzar la adsorción, el fluido circula a través de la columna, saliendo de esta con una concentración prácticamente nula del gas adsorbido. A medida que aumenta el volumen que circula a través de la columna, el adsorbente se va agotando, es decir, se satura completamente hasta alcanzar el punto de ruptura. Cuando se alcanza este punto, el gas contenido en la mezcla no puede seguir siendo adsorbido. Este punto permite calcular el tiempo de ruptura de la columna. Con los datos de concentración de gas adsorbido y tiempo, se construye el perfil de avance o curva de ruptura de la columna, que permite obtener el punto de ruptura de la columna [11]. Manuel Tudela Gallardo Página | 35 Figura 7: Curva de ruptura de una columna PSA. Fuente: [11] La figura 7 representa una curva de ruptura típica, donde podemos ver la representación de la concentración del gas en la columna frente al tiempo. Como se puede apreciar, a medida que pasa el tiempo se crea un frente donde la saturación del lecho ya es completa. Este frente se denomina MTZ o zona de adsorción de transferencia de masa. La MTZ avanza a lo largo del lecho hasta que se alcanza el punto de ruptura. Una vez la MTZ supera la longitud total de la columna, el lecho se encuentra agotado y es necesaria su regeneración. Los procesos PSA se llevan a cabo en 4 etapas. En la primera de ellas, la mezcla de gas a tratar, en este caso el aire atmosférico, se alimenta a la columna a una presión relativamente alta, produciéndose así la presurización de la columna. A medida que se produce la adsorción, la zona de adsorción de transferencia de masa avanza a lo largo del lecho hasta alcanzar el punto de ruptura. Durante esta etapa, el nitrógeno queda retenido en el adsorbedor, mientras que el oxígeno sale como corriente de producto a una presión ligeramente menor a la de entrada debido a una pequeña pérdida de carga a lo largo del lecho. Durante la primera etapa, una parte de la corriente de oxígeno se extrae lateralmente y se usa en la etapa de regeneración del segundo lecho. La siguiente etapa comienza cuando el lecho se encuentra agotado. Cuando comienza a aparecer el componente más adsorbible en la salida del producto, se cierra el flujo de entrada a la columna y la salida de producto y se conecta la salida con la segunda columna para disminuir la presión total en el sentido de la corriente. Esto se hace para reducir la presión de la primera columna y aprovechar para presurizar la segunda columna. Durante la despresurización se reduce la presión parcial de los adsorbatos para que puedan ser desorbidos. Se abre la entrada a la columna y se cierra la salida para que las impurezas que se acumulan mayoritariamente en la entrada sean desorbidas y eliminadas a la atmósfera. Mientras, la segunda columna se termina de presurizar a contracorriente con parte del producto que se encuentra en el tanque de almacenamiento. Manuel Tudela Gallardo Página | 36 A continuación, se hace circular a contracorriente la corriente de purga de la segunda columna que se encuentra en funcionamiento (la corriente de oxígeno extraída lateralmente que se menciona anteriormente) para empujar todo el material adsorbido. Una vez el lecho queda limpio, se cierra la entrada y se mantiene la salida conectada a la segunda columna para que comience a presurizarse. La presurización se termina con el gas que proviene del tanque de almacenamiento de producto. Cuando el segundo adsorbedor alcanza el punto de ruptura, el ciclo de regeneración se repite. Resumiendo todo este proceso, las etapas del ciclo de adsorción funcionan de forma coordinada entre los dos adsorbedores siguiendo el siguiente esquema: COLUMNA 1 COLUMNA 2 Presurización Despresurización Adsorción Desorción Despresurización Presurización Desorción Adsorción Tabla 3: Etapas del sistema de adsorción PSA de 2 columnas. Fuente: Elaboración propia. 5.2. Adsorbente Los adsorbentes son una parte fundamental dentro del proceso de adsorción, por lo que escoger el adsorbente adecuado en función de sus características y de las características de la especie a separar será fundamental para el funcionamiento del proceso. Los adsorbentes se clasifican en función de su estructura (amorfa o cristalina), su composición química o por el tamaño de los poros (microporo, mesoporo, macroporo). Para evaluar si un adsorbente es adecuado o no para la separación se estudian distintos criterios: − Selectividad: capacidad de adsorción en relación con los distintos adsorbatos. A mayor selectividad, mejor será la separación. − Área: superficie de la que dispone el adsorbente para realizar la adsorción. A mayor área, mayor capacidad de adsorción. De esta propiedad deriva la importancia de emplear sólidos porosos. − Tamaño de poro: determina si la molécula puede ser adsorbida o no sobre el adsorbente. − Regenerabilidad: determina la facilidad con la que se regenera el adsorbente. Para los procesos que trabajan en continuo es de suma importancia. − Cinética: determina la velocidad de adsorción. Para aumentar los beneficios, se busca que los ciclos de adsorción sean cada vez más rápidos, aumentando así la producción. De estas propiedades, el tamaño de poro es la más importante inicialmente, ya que determina que molécula será adsorbida y cual no. Si la molécula que se desea eliminar es de un tamaño mayor al del poro, no será adsorbida, y el adsorbente escogido no sería válido. Además, el área del sólido está directamente relacionada con el tamaño de poro, ya que cuanto menores sean los poros, mayor será la superficie del sólido, por lo que sólo los materiales que contengan microporos o pequeños mesoporos serán útiles para aplicaciones de adsorción con gases. Manuel Tudela Gallardo Página | 37 Otra característica importante es la selectividad, que está fuertemente relacionada con el equilibrio termodinámico de adsorción (apartado 5.1.). Cuando el fluido se pone en contacto con el sólido adsorbente, fluye a través del lecho, formando el adsorbato una capa sobre el adsorbente, que queda saturado. La cantidad de adsorbente que puede ser captado depende de las condiciones de presión y temperatura, es decir, la selectividad o capacidad del lecho depende de las condiciones de presión y temperatura. En este caso, cuando el lecho se encuentra presurizado, las moléculas de nitrógeno son adsorbidas, mientras que el oxígeno es liberado como producto. Cuando se despresuriza el lecho, los enlaces del adsorbente se rompen ya que son enlaces débiles de tipo Van der Waals y el nitrógeno se libera. Los adsorbentes, sean del tipo que sean, suelen ser materiales delicados y son susceptibles de ser desactivados, es decir, de perder parte de capacidad, por diferentes tipos de impurezas que se encuentran en la corriente de alimentación. Estas impurezas pueden ser de tipo sólido, como pequeñas motas de polvo, o impurezas líquidas, como agua o aceites lubricantes de la etapa de compresión. Las impurezas producen un daño irreversible al adsorbente, por lo que, para evitar todo este tipo de impurezas y alargar la vida útil del adsorbente, es importante instalar una serie de pretratamientos que purifiquen la corriente de aire atmosférico que se emplea como materia prima. Atendiendo a todas estas características, los principales adsorbentes empleados en aplicaciones con gases son algunos tipos de zeolitas, tamices moleculares y carbón activado. En el caso de la producción de oxígeno mediante un proceso de adsorción PSA, el adsorbente más común son las zeolitas. 5.2.1. Las zeolitas Las zeolitas fueron descritas por primera vez como una familia de minerales por el mineralogista sueco Axel Cronstedt en 1.756 gracias al descubrimiento de la stilbita. Se definen como una clase de aluminosilicatos cristalinos basados en una estructura aniónica rígida, con canales y cavidades bien definidos y de tamaños cercanos a las dimensiones de muchas moléculas [11]. Su nombre proviene de las palabras griegas zeo, hervir, y lithos, piedra. Esto se debe a que su descubridor observó que, al calentarlas con un soplete, las piedras burbujeaban, por lo que las denominó “piedras que hierven”. En realidad, el fenómeno que observó Cronstedt fue la capacidad de las zeolitas para perder el agua contenida en su interior cuando se calientan. La fórmula general de las zeolitas es Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y].mH2O, donde M es un catión metálico (catión de compensación de carga) que no forma parte de la estructura cristalina; x e y son el número de tetraedros de aluminio y silicio presentes en la estructura respectivamente y m el número de moléculas de agua de hidratación presente en la estructura cristalina [11]. La estructura básica de las zeolitas consiste en tetraedros que contienen un átomo de silicio o de aluminio en su centro y comparten los vértices a través de átomos de oxígeno, de tal forma que cada oxígeno pertenece a dos tetraedros distintos (Figura 8). Manuel Tudela Gallardo Página | 38 Figura 8: Unidad mínima de construcción de las zeolitas. Fuente: [11]. Estos tetraedros de aluminio o silicio se unen formando pequeñas agrupaciones con las que se pueden obtener la estructura de todas las zeolitas conocidas. El ordenamiento de estas estructuras determina la estructura microporosa de la zeolita, en la que el tamaño de poro es uniforme. Estas agrupaciones se unen formando estructuras más complejas que se encuentran presentes en la estructura de las zeolitas, pero que no necesariamente tienen que conformar toda la red cristalina. Estas estructuras complejas permiten diferenciar las zeolitas y ordenarlas. Un ejemplo de estas estructuras es la unidad de sodalita (Figura 9). La unión de varias de estas unidades da lugar a la zeolita sodalita, que es altamente estable y simétrica. Figura 9: Estructura de la sodalita. Fuente: [11] Aunque las zeolitas se definan como una familia de minerales, la mayor parte de las zeolitas empleadas en los procesos industriales son de origen sintético. Obtener las zeolitas de forma sintética permite controlar su composición y el tamaño de poro, además de tener un coste bastante bajo. El procedimiento más común para su síntesis es el método hidrotermal. Es un método complejo basado en las velocidades de cristalización y en el que hay que controlar diversos factores para asegurarse de la composición y la estructura final de la zeolita son las deseadas. Entre estos factores se encuentran el pH, la temperatura o la naturaleza de los reactivos iniciales. La alta capacidad de adsorción de las zeolitas se debe a su elevada superficie específica. Esta elevada superficie es consecuencia de los canales y cavidades interiores formados durante la síntesis de la zeolita. Esta capacidad permite usar las zeolitas como tamices moleculares, ya que el proceso de adsorción es selectivo al tamaño y forma del adsorbato [11]. Además, la composición química de la zeolita también determina otras características del material como, por ejemplo, el carácter hidrófilo o hidrofóbico, que depende de la relación Manuel Tudela Gallardo Página | 39 entre los átomos de silicio y aluminio. Controlar la composición química también permite realizar una adsorción selectiva. Por ejemplo, las zeolitas con un bajo contenido en sílice poseen una alta selectividad a la adsorción de moléculas hidrófilas y viceversa, lo que permite una adsorción más selectiva de este tipo de moléculas [17]. Las zeolitas son materiales muy estables tanto física como químicamente, lo que, añadido a su gran superficie específica derivada su alto contenido en microporos, las convierte en unos materiales muy interesantes a la hora de ser empleados como adsorbentes a nivel industrial. Las zeolitas más utilizadas son las sintéticas del tipo LTA (A) y FAU (X), que tienen un alto contenido en aluminio, por lo que tienen una mayor concentración de cationes de compensación y una mayor energía de adsorción. Las zeolitas empleadas en la producción de oxígeno a partir de aire en los procesos PSA son la zeolita 5A y la 13X, siendo esta última empleada también en la producción de nitrógeno [11]. 5.3. Descripción del proceso El oxígeno gas se obtiene a partir de aire atmosférico mediante un proceso de adsorción por cambio de presión (PSA) donde el nitrógeno presente en el aire es adsorbido por un relleno de zeolitas. La materia prima de este proceso es el aire atmosférico, cuya composición en volumen es 78,084% de Nitrógeno, 20,947% de Oxígeno, 0,934% de Argón y un 0,036% de otros componentes entre los que se encuentran el dióxido de carbono y el vapor de agua. De estos componentes, el nitrógeno, el oxígeno y el argón son considerados permanentes, ya que su concentración es prácticamente constante a lo largo de toda la atmósfera y en el tiempo. Sin embargo, el dióxido de carbono y el vapor de agua son gases de composición variable en la atmósfera, ya que dependen de factores como la localización geográfica, las condiciones climatológicas o la humedad relativa. Es por esto por lo que a partir de ahora se empleará a efectos de cálculo una composición para el aire de entrada del 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y 1% de argón. El caudal de aire de entrada empleado en los cálculos necesarios para la selección de equipos es de 3.500 Nm3/h. Transformando este caudal a condiciones ambiente de 1 atm y 20 ºC resulta un caudal de 3.756,27 m3/h. En la Figura 10 se muestra el diagrama de flujo del proceso seleccionado: Manuel Tudela Gallardo Página | 40 Figura 10: Diagrama de flujo de un proceso PSA para la obtención de oxígeno OXÍGENO 95% Manuel Tudela Gallardo Página | 41 5.3.1. Compresor El proceso comienza por la entrada de aire atmosférico al sistema para ser comprimido. Se va a emplear un sistema de compresores de tornillo formados por dos unidades compresoras que permiten trabajar de manera independiente en caso de que una de las unidades falle manteniendo hasta un 50% del caudal. El esquema de funcionamiento del compresor es el siguiente: Figura 11: Esquema funcionamiento de un compresor de doble tornillo. Fuente: [12] A continuación, se describirá el proceso de compresión del aire, relacionando cada etapa con el diagrama de flujo de la Figura 10. El compresor presenta dos circuitos de compresión de aire independientes, ambos formados por un compresor de tornillo (C-01 y C-02) impulsados por dos motores eléctricos de 360 kW de potencia. Este tipo de compresor permite comprimir un máximo de 3.984 m3/h hasta una presión de servicio de 750 kPa. Ambos sistemas de compresión cuentan con un filtro de aire a la entrada (F-01 y F-02) para eliminar polvo e impurezas antes de la etapa de compresión, impidiendo así fallos por mantenimiento y alargando la vida útil del compresor. Una vez filtrado, el aire entra al bloque de compresión, donde gracias al giro del rotor y a la hermeticidad de la cámara se va aumentando la presión del gas gradualmente. Manuel Tudela Gallardo Página | 48 Marca: KAESER Modelo: HSD 662 Presión de trabajo: 7,5 bar Caudal a la presión de trabajo: 66,4 m3/min Presión máxima de operación: 8,5 bar Potencia nominal del motor: 360 kW Dimensiones: 3570x2145x2350 1 mm Peso: 8100 Kg Incluye filtros de aire de admisión (F-01 y F-02), separadores de agua y aceite (T-01 y T-02), intercambiadores de placas (E-01, E-02, E-03 y E-04), separadores centrífugos (T-03 y T-04) y filtros de salida (F-03 y F-04). 1 Es.kaeser.com. (2018). Catálogo de compresores KAESER. [online] Available at: https://es.kaeser.com/download.ashx?id=tcm:38-5937 [Accessed 23 Jun. 2019]. Manuel Tudela Gallardo Página | 49 6.2. Equipos de estabilización de aire húmedo y seco Figura 16: Tanque de aire comprimido marca KAESER 2 Marca: KAESER Capacidad: 8000 L Presión de trabajo: 11 bar Altura: 4400 mm Diámetro: 1600 mm Peso: 1850 Kg Conexiones: 4xDN 200 2 Es.kaeser.com. (2018). Catálogo de tanques de aire comprimido KAESER. [online] Available at: https://es.kaeser.com/download.ashx?id=tcm:38-5975 [Accessed 23 Jun. 2019]. Manuel Tudela Gallardo Página | 50 6.3. Purgadores electrónicos de condensados Figura 17: Purgador de condensados KAESER ECO-DRAIN 14 3 Marca: KAESER Modelo: ECO-DRAIN 14 Presiones máxima/mínima de trabajo: 0,8/16 bar Caudal máximo de condensado: 260 m3/min Dimensiones: 252x120x180 mm Peso: 2,9 Kg 3 Es.kaeser.com. (2018). Catálogo de purgadores de condensados KAESER. [online] Available at: https://es.kaeser.com/download.ashx?id=tcm:38-5990 [Accessed 23 Jun. 2019]. Manuel Tudela Gallardo Página | 51 6.4. Equipo de separación de agua y aceite Figura 18: Separador de agua y aceite AQUAMAT CF 75 4 Marca: KAESER Modelo: AQUAMAT CF 75 Caudal máximo de aceite separado:45 m3/min Dimensiones: 659x939x1160 mm Peso: 53 Kg Conexión agua: DN 40 Conexión aceite: DN 40 Volumen del tanque: 228,4 L Contenedores de aceite: 2x20L 4 Es.kaeser.com. (2018). Catálogo de separadores de agua y aceite KAESER. [online] Available at: https://es.kaeser.com/download.ashx?id=tcm:38-5991 [Accessed 23 Jun. 2019]. Manuel Tudela Gallardo Página | 52 6.5. Equipo de filtración previa Figura 19: Filtro de coalescencia KAESER 5 Marca: KAESER Modelo: F 880 Caudal: 88,50 m3/min Presión de trabajo: de 2 a 16 bar Temperatura ambiente: +3 a +50 ºC Temperatura de entrada del aire comprimido: +6 a +66 ºC Peso máximo: 107 Kg Conexión de aire: DN 150 Volumen: 75 L Altura: 1233 mm Diámetro: 320 mm 5 Es.kaeser.com. (2018). Catálogo de filtros KAESER. [online] Available at: https://es.kaeser.com/download.ashx?id=tcm:38-52570 [Accessed 23 Jun. 2019]. Manuel Tudela Gallardo Página | 53 6.6. Secador de aire por adsorción Figura 20: Secador de adsorción regenerado en frío KAESER 6 Marca: KAESER Modelo: DC 859 Caudal: 85,85 m3/min Temperatura ambiente: +2 a +45 ºC Temperatura de entrada de aire comprimido: +2 a +50 ºC Dimensiones: 2400x2140x2456 mm Peso: 4105 Kg Conexión aire comprimido: DN 150 6 Es.kaeser.com. (2018). Catálogo de secadores por adsorción KAESER. [online] Available at: https://es.kaeser.com/download.ashx?id=tcm:38-5997 [Accessed 23 Jun. 2019]. Manuel Tudela Gallardo Página | 54 6.7. Generador de oxígeno Figura 21: Generador de oxígeno PSA serie OGP 7 Marca: Atlas Copco Modelo: OGP 200 Caudal oxígeno producido: 102,9 scfm, al 95% de pureza Presión salida del oxígeno: 5 bar Calidad necesaria del aire de entrada: 1.4.1 según la norma ISO 8573-1:2010 Temperatura de operación: +5 a +45 ºC Presión máxima de trabajo: 10 bar Dimensiones: 4000x4000x3300 mm 7 Rycamsl.com. Catálogo de generadores de nitrógeno y oxígeno Atlas Copco. [online] Available at: http://www.rycamsl.com/wp-content/uploads/2016/12/GENEADORES-DE-NITROGENO-Y-OXIG.pdf [Accessed 27 Jun. 2019]. Manuel Tudela Gallardo Página | 55 Capítulo VII: Estudio económico El objetivo de este capítulo es realizar un pequeño estudio económico sobre la instalación proyectada. Para ello, se realizará un presupuesto y se calcularán una serie de costes con el objetivo de estimar cual será la inversión inicial necesaria. Además, se calculará el precio del producto en el mercado y el tiempo necesario para recuperar esta inversión. Hay que tener en cuenta que estos cálculos están basados en métodos aproximados para estimar los costes y datos bibliográficos [3] y, por lo tanto, tendrán un amplio margen de error y supondrán una cifra orientativa sobre los costes más que una cifra real. Además, se realizarán otra serie de simplificaciones que se irán indicando a lo largo del capítulo. El cálculo de los costes se expresará en valor absoluto, es decir, gasto total en un año de producción (€/año) y con relación a la producción total (€/m3). 7.1. Presupuesto El presupuesto analiza uno de los mayores costes iniciales, los equipos. Para realizar esta evaluación se ha consultado el precio de los dispositivos a diferentes fabricantes. En la mayoría de los casos se ha obtenido respuesta y el precio reflejado será el real. Para los equipos de los que no se ha obtenido información, el precio reflejado estará basado en equipos de funcionamiento y características similares. A continuación, se desarrolla el presupuesto de los equipos elegidos para la instalación proyectada: Equipo Cantidad Descripción Precio unitario (€/unidad) Precio total (€) Compresor (UNIDAD COMPRESORA) 1 Compresor de tornillo formado por dos unidades compresoras. Incluye filtro de admisión, separador de agua y aceite e intercambiadores de placas para refrigerar la unidad, marca KAESER, modelo HSD 662, caudal total 3756,27 Nm3/h, potencia nominal 360 kW, presión de trabajo 7,5 bar. 231.665 231.665 Depósito aire comprimido 8.000 L (V-01 y V-02) 2 Recipiente vertical para aire comprimido, marca KAESER, capacidad nominal 8 m3. 14.768 29.536 Purgador de condensados (CD-04 y CD-05) 2 Purgador electrónico de condensados, marca KAESER, modelo ECODRAIN 14, capacidad máxima 15.600 m3/h. 780 1.560 Manuel Tudela Gallardo Página | 56 Separador agua y aceite (V-03 y V-04) 1 Separador de agua y aceite, marca KAESER, modelo AQUAMAT CF 75, capacidad máxima 2.700 m3/h. 2.406 2.406 Filtro coalescencia (F-05 y F-06) 2 Filtros coalescentes de alta eficiencia, rangos PD+ y PDp+, marca KAESER, modelo F 880, capacidad máxima 5.310 m3/h. 7.700 15.400 Secador por adsorción (T-05 y T-06) 1 Secador de aire comprimido por adsorción, incluye filtro de polvo, marca KAESER, modelo DC 859, capacidad máxima 5.151 m3/h. 83.530 83.530 Generador de oxígeno PSA (T-09, T-10, T-11 y T-12) 4 Generador de oxígeno por adsorción PSA, marca Atlas Copco, modelo OGP. 135.000 540.000 TOTAL 904.097 Tabla 4: Presupuesto General de equipos El presupuesto total de los equipos asciende a 904.097€. 7.2. Estimación de costes En este apartado se calcularán los capitales fijo y circulante, así como el coste total de producción. 7.2.1. Costes de inversión El coste o capital de inversión corresponde a aquellos costes necesarios para la adquisición de los activos necesarios para poner en funcionamiento un proyecto. Es la suma de los capitales fijo y circulante. 7.2.1.1. Capital Fijo o Inmovilizado El capital inmovilizado hace referencia al conjunto de vienes de la empresa que están destinados al funcionamiento normal de esta y no a la venta. Para hacer el cálculo del capital fijo se va a emplear el método de Peter & Timmerhaus [3], basado en aplicar una serie de parámetros y porcentajes sobre el coste de entrega del equipo (DEL). Este se calcula a partir del coste de compra FOB (Free On Board) de los equipos, es decir, el presupuesto realizado en el apartado anterior. Según este método, el DEL representa entre 1,1 y 1,25 veces el coste del FOB. Para realizar el cálculo se toma el valor intermedio, obteniendo el siguiente resultado: 𝐷𝐸𝐿 = 1,175∗𝐹𝑂𝐵 = 1,175∗904.097 = 1.062.313,98€ Manuel Tudela Gallardo Página | 57 A partir de este valor, se calculan los costes según los parámetros de Peter & Timmerhaus [3, página 251]: Planta de fluidos CONCEPTO % del valor del equipo Coste (€) COSTES DIRECTOS Valor del equipo DEL 100 1.062.313,98 Instalación del equipo 47 499.287,57 Instrumentación (instalada) 36 382.433,03 Tubería (instalada) 68 722.373,51 Electricidad (instalada) 11 116.854,54 Edificios (incluidos servicios) 18 191.216,52 Mejoras en el terreno 10 106.231,40 Servicios instalados 70 743.619,79 360 3.824.330,33 COSTES INDIRECTOS Ingeniería y supervisión 33 350.563,61 Gastos de construcción 41 435.548,73 Gastos legales 4 42.492,5592 Honorarios contratistas 22 233.709,0756 Contingencias 44 467.418,1512 144 1.529.732,13 TOTAL costes directos e indirectos 420 5.354.062,46 Tabla 5: Cálculo del capital total según Peter & Timmerhaus 7.2.1.2. Capital circulante El capital circulante es el necesario para asumir los costes de producción de un año completo. La suma de capital fijo y capital circulante nos da el valor de la Inversión Total que hay realizar. Siguiendo los parámetros del método de Peter & Timmerhaus [3, página 251], el capital circulante se calcula como un 89% del coste de entrega del equipo (DEL). Así, se obtiene un valor de capital circulante de = 89% * 1.062.313,98 = 945.459,44 €. La inversión total será la suma del recién calculado capital circulante más el capital fijo. Inversión Total = 945.459,44 + 5.534.062,46 = 6.299.521,90 € 7.2.2. Coste total de producción El coste total de producción engloba y hace referencia a los costes en materias primas, los costes de servicios y los costes de mano de obra. En este caso, el coste de materias primas es nulo, ya que la materia prima empleada es aire que se encuentra libre en la atmósfera. No requiere transporte ni conlleva impuestos en su consumo. Manuel Tudela Gallardo Página | 64 Capítulo VIII. Mejoras técnicas y conclusiones 8.1. Mejoras En este apartado se intentará ofrecer algunas mejoras a nivel técnico detectadas tras la redacción del proyecto y que no tienen cabida dentro del mismo. El producto final obtenido en la planta es oxígeno del 95% de pureza. Esta sustancia tiene un elevado valor comercial, ya que es muy útil en el tratamiento de aguas residuales, en aplicaciones médicas y en industrias como la del vidrio o la producción de ozono. No obstante, se puede aumentar la pureza de este producto, incrementando también su precio de mercado, aunque los gastos de producción y la inversión serían más elevados. Una idea sería añadir una etapa de destilación al final del proceso. Como se explicó en el apartado 4.1.2., en la destilación criogénica se emplea una segunda columna, denominada columna de argón bruto, para separar el argón de la corriente de oxígeno, aumentando así la pureza del oxígeno y permitiendo obtener argón como un subproducto de la planta. La idea sería emplear una columna de este tipo para destilar la corriente de salida de oxígeno, consiguiendo así aumentar su pureza hasta aproximadamente el 99% y además obtener un subproducto con una alta pureza y un buen valor de mercado. Otra de las mejoras disponibles se centra en el nitrógeno adsorbido. En la etapa de regeneración, este nitrógeno es desadsorbido a presión atmosférica y venteado a la atmósfera. El nitrógeno no deja de ser un producto con un elevado valor comercial, además de ser la corriente de mayor volumen una vez separados los compuestos del aire, por lo que resulta absurdo no aprovecharlo. Una posible forma de aprovechar el nitrógeno sería implantar un segundo proceso de adsorción PSA. Existe ya un proyecto anterior del departamento de Ingeniería Química y Tecnología Farmacéutica de la ULL en el que se desarrolla esta idea [16]. Básicamente, la corriente de salida de la etapa de regeneración se introduciría en un compresor, pasaría las correspondientes etapas de acondicionamiento y filtración y se introduciría en un generador de nitrógeno PSA formado por un tamiz molecular de carbón activado, de donde se obtendría una corriente de nitrógeno de, al menos, un 99,5% de pureza, lista para su venta [22]. Además, en este capítulo me gustaría hablar sobre la ubicación de la planta en una posible implantación, ya que no se ha hecho durante el desarrollo del proyecto. Puesto que en la introducción se parte del supuesto de que no existen empresas que proporcionen este servicio en la isla de Tenerife, se buscará una zona para la implantación de la planta en dicha isla. Un buen lugar sería una parcela en el polígono industrial de Granadilla, en el municipio de Granadilla de Abona (Santa Cruz de Tenerife). Este polígono cuenta con todos los servicios necesarios para el desarrollo de la actividad industrial. Presenta grandes ventajas de movilidad para el transporte del producto, ya que se encuentra en un lugar estratégico entre el aeropuerto Sur (TFS) y el puerto industrial de Granadilla, lo que permite la distribución del producto a todo el archipiélago canario y norte de África. También se encuentra comunicado directamente con la Autopista del Sur (TF-1), lo que permite la distribución del producto por carretera a toda la isla de Tenerife. Además, la multitud de empresas de ámbito industrial en este polígono supone una aglomeración de potenciales clientes, lo que supone una gran ventaja a nivel comercial. Manuel Tudela Gallardo Página | 65 8.2. Conclusiones Finalmente se comentarán algunas de las conclusiones a las que se ha llegado tras la realización de este proyecto. En primer lugar, se concluye que la instalación descrita es viable desde un punto de vista técnico. Todos los equipos de las etapas de pretratamiento se ajustan fácilmente a las características impuestas para el diseño de la planta. El único equipo que presenta mayor dificultad de operación es el generador de oxígeno, ya que no existe un equipo en el mercado que se ajuste al caudal de entrada propuesto, por lo que es necesario utilizar 4 adsorbedores para satisfacer este caudal. Por otro lado, el oxígeno obtenido es perfecto para aplicaciones médicas y para el tratamiento de aguas residuales, por lo que tiene salida en el mercado en las Islas Canarias. Además, la implantación de una instalación de este tipo en el archipiélago abarataría los costes derivados del transporte de este producto desde península. Desde el punto de vista financiero, en el estudio económico queda reflejada la viabilidad del proyecto. Como se puede apreciar, la inversión inicial requerida es elevada, pero los beneficios permiten recuperar esta inversión en un plazo corto de tiempo. Conclusions Finally, some of the conclusions reached after the completion of this project will be discussed. At first, it’s concluded that the describe installation is fiseable from a technical point of view. All the equipment of the pre-treatment stages are easily adjusted to the characteristics imposed for the plant design. The only equipment that presents the greatest difficulty of operation is the oxygen generator, since there is no equipment in the market that fits the proposed input flow, so is necessary to use four adsorbers to satisfy this flow. On the other hand, the oxygen produced is perfect for medical applications and for the treatment of wastewater, so it has and outlet on the market in the Canary Island. In addition, the implementation of a plant of this type in the Canary Islands would reduce the cost derived from the transport of this product from Spain. From the economic point of view, the viability of the project is reflected in the economic study. As you can see, the initial investment required is high, but the benefits allow this investment to be amortized in a short period of time. Manuel Tudela Gallardo Página | 66 Bibliografía [1] Nippongases.com. (2019). Usos y aplicaciones del nitrógeno gas y del nitrógeno líquido por sector. [online] Available at: https://nippongases.com/es/gases/nitrogen/?tab=sectores [Accessed 17 Apr. 2019]. [2] Ecured.cu. (2019). Argón - EcuRed. [online] Available at: https://www.ecured.cu/Arg%C3%B3n#Aplicaciones [Accessed 17 Apr. 2019]. [3] Peters, M., Timmerhaus, K. and West, R. (2006). Plant design and economics for chemical engineers. 5th ed. Boston: McGraw-Hill. [4] Nippongases.com. (2019). 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Además, como se indicó en la introducción, se toma un valor de caudal de entrada de aire de 3.500 Nm3/h, valor obtenido a partir de estudios anteriores [16]. El primer cálculo que se realizará será la conversión de este caudal de aire a unidades de caudal en condiciones ambientales. Para ello se empleará la ley de los gases ideales (1), que simplificada queda como: 𝑃1∗𝑉1 𝑇1 =𝑃2∗𝑉2 𝑇2 (1) A partir de esta expresión, se transformamos el caudal de condiciones estándar (273,15 K y 1atm=101,3 kPa) a las condiciones ambiente (293,25 K y 101,3 kPa). 101,3∗3500 273,15 =101,3∗𝑉2 293,15 Se obtiene un caudal en condiciones ambientales de V2 = 3756,27 m3/h = 62,60 m3/min. Compresor (UNIDA COMPRESORA) El compresor se selecciona en función del caudal de aire necesario. Partiendo de un caudal de 62,60 m3/min se escoge el modelo que ofrece el mismo caudal. Al no ser posible, se escoge el siguiente modelo de caudal mayor. Se selecciona así el compresor de la marca KAESER, modelo HSD 662 [12, página 22], que trabaja con un caudal de 66,4 m3/h a 7,5 bar. Se transforma este valor mediante la ecuación (1) para obtener también el caudal en Nm3/h, ya que es un valor necesario en la selección de equipos posteriores, obteniéndose un valor de 458,07 Nm3/h. Equipo de estabilización de aire húmedo (V-01) Para escoger los tanques de estabilización del aire comprimido es necesario calcular su volumen en función del caudal de salida del compresor y la presión de trabajo de este. El dimensionamiento de este tipo de equipos normalmente se realiza fijando la capacidad del depósito y dimensionando el equipo en función de su radio o su altura, según el espacio disponible en planta. En este caso, al querer calcularse precisamente ese volumen necesario del equipo, el cálculo no se puede realizar por este método, por lo que se acude a fuentes bibliográficas para el dimensionamiento de equipos de aire comprimido [21]. Mediante la ecuación (2), se puede calcular el volumen necesario: Manuel Tudela Gallardo Página | 69 𝑉 = 𝑄 ∗𝑃𝑎 𝑃1+𝑃𝑎 (2) Donde V es el tamaño del tanque en pies cúbicos (ft3), Q el caudal de salida del compresor, expresado en pies cúbicos por minuto (ft3/min) y Pa y P1 las presiones atmosférica y de trabajo del compresor respectivamente, expresadas en psia. En primer lugar, se realizará el cambio de unidades: 𝑄 = 66,4 m3 𝑚𝑖𝑛∗35.315 𝑓𝑡3 𝑚3 =2344,92 𝑓𝑡3 𝑚𝑖𝑛 𝑃𝑎 = 1 𝑎𝑡𝑚 = 14,7 𝑝𝑠𝑖𝑎 𝑃1 = 750 𝑘𝑃𝑎∗ 17.4 𝑝𝑠𝑖𝑎 101.3 𝑘𝑃𝑎 =108,835 𝑝𝑠𝑖𝑎 Con las unidades transformadas, se calcula el volumen de tanque necesario. 𝑉 = 2344,92∗14,7 108,835+14,7 =279,033 𝑓𝑡3∗ 1 𝑚3 35,315 𝑓𝑡3= 7,9 𝑚3 Se obtiene un volumen de 7,9 m3, o lo que es lo mismo, 7.900 litros. Atendiendo a este volumen, se selecciona un tanque de capacidad similar, en este caso, un tanque vertical de la marca KAESER de 8.000 litros de capacidad. Además, por medidas de seguridad se sobredimensiona la presión del tanque, que debe ser mayor que la máxima presión posible del compresor. Mediante la expresión P > 1,1 *Pmax calculamos la presión del recipiente. 𝑃 > 1,1∗𝑃𝑚𝑎𝑥 = 1∗1∗8,5 = 9,35 𝑏𝑎𝑟 Se selecciona dentro del catálogo de KAESER [15, página 46] el tanque que mejor cumple esta presión. Finalmente, la presión del depósito es de 11 bar. Purgadores de condensados (CD-04 y CD-05) Los purgadores de condensados se escogen según el caudal de salida del compresor (66,4 m3/min) y la zona climática en la que se vayan a usar. Es este caso, las Islas Canarias corresponden a una zona climática 2 (moderada: centro y sur de Europa, algunas zonas de Sudamérica y norte de África) [13]. En base a estos dos valores se selecciona el modelo ECO DRAIN 14, de la marca KAESER [13]. Filtros de coalescencia (F-05 y F06) Los filtros de coalescencia se seleccionan en función del caudal de fluido que va a circular a través de ellos. Los filtros del catálogo están diseñados para una presión de funcionamiento de 7 bar, por lo que antes de seleccionar uno habrá que aplicar un factor de corrección en función de la presión de trabajo. Antes de continuar, hay que aclarar que la presión de trabajo en este Manuel Tudela Gallardo Página | 70 punto es de 11 bar, ya que es la presión del tanque de estabilización de aire húmedo y siguiendo la línea, todos los equipos posteriores a dicho tanque tendrán esa misma presión. Además, al no disponer de datos, no se calcula la caída de presión en los diferentes equipos, por lo que se asume que la presión en toda la línea es de 11 bar, aunque este dato no sea real. El factor de corrección para una presión de 11 bar es Kp=1,22. Aplicando este factor se obtiene un caudal de referencia de Q=66,4*1,22= 81 m3/h. En base a este valor se seleccionan los filtros modelo F880, de la marca KAESER [24, página 15]. Separador de agua y aceite (V-03 y V-04) Los separadores de agua y aceite se seleccionan en función del caudal de circulación 66,4 m3/min. Se escoge un separador marca KAESER, modelo AQUAMAT CF 75 [15, página 56]. Secador por adsorción (T-05 y T-06) Al igual que en el caso de los filtros, el secador por adsorción se selecciona en función del caudal que circula a través de él (66,4 m3/min), pero depende de las condiciones de operación. El equipo está diseñado para trabajar a 20 ºC y 7 bar, por lo que habrá que aplicar factores de corrección para obtener el caudal de referencia para seleccionar el equipo. Para una presión de 11 bar, el factor de corrección, Kp, es de 1,22 y para la temperatura de 20 ºC no se aplica factor de corrección, ya que es la temperatura de diseño del equipo. 𝑄𝑟𝑒𝑓 = 66.4 𝑚3 𝑚𝑖𝑛∗1,22 =81,008 𝑚3 𝑚𝑖𝑛 En función a este valor, se selecciona el adsorbedor modelo DC 859, de la marca KAESER, que admite un volumen máximo de 85,85 m3/min [15, página44]. Equipo de filtración final (F-07) Como se indicó el apartado 5.3.7. el filtro final viene incluido en el cuerpo del secador, por lo que no hay que añadir ningún filtro accesorio. Equipo de estabilización de aire seco (V-02) Se escoge un tanque de las mismas características que el tanque de estabilización de aire húmedo, ya que las condiciones de ambos son las mismas y los caudales de entrada también. Generador de oxígeno (T-09, T-10, T-11 y T-12) La mayoría de los generadores de oxígeno disponibles en el mercado se seleccionan en función de la demanda de oxígeno, ya que se usan mucho en centros médicos. En este caso, no se cuenta con el dato de demanda de oxígeno, ya que tras el estudio de mercado el dato que se Manuel Tudela Gallardo Página | 71 tiene es el de caudal de aire de alimentación, por lo que habrá que hacer una estimación del oxígeno que se producirá a partir del valor de aire de entrada para poder seleccionar un equipo. Para ello, se tomará el caudal de aire comprimido seco y se le aplicará un 21%, que es la concentración en volumen de oxígeno en el aire, y un rendimiento del 80% 8 del proceso de adsorción PSA dentro del equipo. Con este cálculo se obtiene una estimación del oxígeno que se va a producir a partir de la corriente de aire comprimido. Con este valor, podemos seleccionar un equipo de los catálogos. 𝑂2 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 = 𝑄 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑖𝑑𝑜 ∗ 21%∗𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑂2 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 = 66,4∗0,21∗0,8 = 11,152 𝑚3 𝑚𝑖𝑛 =669,12𝑚3 ℎ Con este valor ya podemos comparar con los valores del catálogo de generadores de nitrógeno y oxígeno de Atlas Copco [20]. En dicho catálogo los valores vienen expresados en unidades del sistema inglés, por lo que habrá que convertir estas unidades para poder seleccionar el equipo. 1 𝑠𝑐𝑓𝑚 = 1 𝑓𝑡3 𝑚𝑖𝑛 1 𝑓𝑡3 𝑚𝑖𝑛 ∗1 𝑚3 35,153 𝑓𝑡3∗60 𝑚𝑖𝑛 1 ℎ = 1,69𝑚3 ℎ Se obtiene así un factor de conversión para las unidades del catálogo. El modelo de mayor tamaño tiene una producción de oxígeno de 102,9 scfm, que transformado resultan 173,901 m3/h. Se puede apreciar que el oxígeno producido por un único adsorbedor no es suficiente para abastecer la producción deseada, por lo que habrá que instalar varios equipos. 𝑂2 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑂2 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜 =669,12 173,901 = 3,84 Para cumplir con la producción deseada se deberán usar 4 equipos de la marca Atlas Copco, modelo OGP 200, con los que se tendrá una producción máxima de 695,604 m3/h a una presión de 5 bar [20]. 8 Brea Prieto, P. (2018). Recuperación de hidrógeno de mezclas gaseosas mediante un proceso PSA. Universidad Complutense de Madrid. Facultad de Ciencias Químicas. Página 28.