TAZ-PFC-2013-068


Evaluación de sistemas de captura de CO2 en una planta de extracción de bitumen in situ

Checa García, Andrea Ariadna
Bolea Agüero, Irene (dir.)

Romeo Giménez, Luis Miguel (ponente)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2013
Ingeniería Mecánica department, Máquinas y Motores Térmicos area

Ingeniero Industrial

Abstract: Las arenas bituminosas son una combinación de arcilla, arena, agua y bitumen (una sustancia parecida a la brea) que se encuentra en grandes cantidades en diversas partes del mundo, sobre todo en Canadá, aunque también en Venezuela, Estados Unidos o Rusia. De estas arenas se extrae el bitumen, un hidrocarburo altamente viscoso del que se puede obtener petróleo crudo sintético tras su procesamiento y refinado. Recientemente se ha incrementado su explotación ya que pueden resultar unas grandes competidoras frente al petróleo, pues sólo las reservas de Canadá constituyen la tercera reserva probada de petróleo del mundo. El 80% de las arenas bituminosas debe extraerse empleando los llamados métodos de extracción in situ. La técnica de extracción in situ más extendida es la Segregación Gravitacional Asistida por Vapor, o proceso SAGD. Partiendo de la base teórica que explica el funcionamiento del proceso SAGD, se ha elaborado un modelo con el que poder analizar la operación de las plantas que emplean esta técnica. El proceso SAGD requiere para la extracción de un barril de bitumen 3,4 kWh de electricidad y 3 barriles de vapor de agua. Durante la simulación, el ritmo de extracción de bitumen de 100.000 bbl/d fija los requerimientos energéticos relativos al bitumen de la planta. El modelo se compone de una instalación de cogeneración, un generador de vapor y los pozos de extracción. Sus equipos se alimentan de gas natural, lo que implica emitir CO2 a la atmósfera. Debido a que éste es un gas de efecto invernadero, se estudia la implantación de dos sistemas de captura para mitigar sus emisiones. En primer lugar se ha determinado la operación de la planta sin captura de CO2, que se toma como referencia para comparar los efectos de la implantación de los sistemas de captura. Los resultados obtenidos de la simulación del modelo de referencia con EES, indican que tiene un consumo eléctrico de 14.354 kW, y de vapor, medido por la potencia térmica, de 60.800 kWt. Para satisfacer las demandas energéticas se queman 2,28 m3N/s de gas natural, emitiendo 4,49 kg/s de CO2. La primera posibilidad ha sido incluir en el modelo un sistema de captura basado en la absorción química con aminas. Para ello, es necesario implantar una unidad de absorción química y una unidad de compresión de CO2. De la primera se deriva un aumento de la potencia térmica, demandando 20.963 kWt extra. La segunda precisa 1.887 kW eléctricos. Satisfacer estas nuevas necesidades implica aumentar el consumo de combustible en la planta un 30,26%, creciendo también el CO2 generado. El 90% del CO2 que se genera, se captura, logrando evitar la emisión de 3,91 kg/s de CO2 respecto a la planta de referencia. Esto corresponde a emitir un 87,08% menos CO2 que en el caso de referencia. Como segunda opción para reducir las emisiones de CO2, se estudia la posibilidad de operar la planta SAGD en oxicombustión. Se requiere una unidad para separar el oxígeno del aire, que consume 5.114 kW de electricidad. Además, se deben aportar 1.557 kW al tren de compresores de CO2. El consumo de gas natural aumenta un 7,5% respecto a la planta de referencia, pero se consiguen evitar 4,01 kg/s de CO2, es decir, las emisiones son un 89,3% menores que en la configuración inicial. Respecto al CO2 evitado, no se puede concluir que una tecnología sea más apropiada que otra, ya que las diferencias no son los suficientemente grandes. Pero, dado que en términos energéticos la oxicombustión tiene repercusiones más leves sobre la planta que la unidad de absorción química, se concluye que ésta sería la tecnología más apropiada para su implantación en una planta SAGD. No obstante la captura con aminas también resulta una opción eficiente y viable a priori.

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera

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