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A NGCC power plant with a CO2 post-combustion capture option : optimal economics for different generation/capture goals
(Elsevier, 2013-11-13) Mores, Patricia Liliana; Godoy, Ezequiel; Mussati, Sergio Fabián; Scenna, Nicolás José
Fossil fuel power plants are one of the major sources of electricity generation, although invariably release greenhouse gases. Due to international treaties and countries regulations, CO2emissions reduction is increasingly becoming key in the generators’ economics. NGCC power plants constitute a widely used generation technology, from which CO2capture through a post-combustion and MEA absorption option constitutes a technological challenge due to the low concentration of pollutants in the flue gas and the high energy requirements of the sequestration process. In the present work, a rigorous optimization model is developed to address the design and operation of power plants coupled to capture systems. The equations-oriented modeling strategy here utilized can address greenfield designs in which design and operating variables are simultaneously optimized, in order to ensure that the system will be able to meet process requirements at minimum cost. Then, an analysis of the electricity cost, CO2avoidancecost, energy penalties, as well as the optimal values of decision variables is thoroughly pursued. Different economic tradeoffs are comprised at the optimal solutions for the joint project, as given by the different discrete and continuous decisions that the designer needs to weight in order to achieve the desired generation and capture goals, including the number of parallel capture trains, the inherent efficiency of each recovery unit, and the overall emissions reduction rate. In this context, the joint optimization of the NGCC power plant with the amine-based capture option results in a novel configuration where 731 MW are optimally generated for supplying both the external demand and the capture plant energy requirements, and achieving an overall CO2emissions reduction rate of 82.1% by means of a three capture trains arrangement, where 13.4% of the flue gas stream is bypassed and 94.8% of the CO2gets recovered at each unit. This new generation/capture project features optimal values of its economic performance indicators, with an avoidance cost of 81.7 US$ per tonne of CO2 captured, which can Ministerio de Educación y Deportes Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Rosario Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Rosario Zeballos 1341, Rosario, Santa Fe, Argentina only be secured by simultaneously optimizing the design and operating variables of both systems on a start-of-the-art optimization algorithm.
Análisis de factores críticos que influyen en las consecuencias ocasionadas por explosiones de polvo.
(2021-08) Kraft, Romina Alejandra; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás José
El almacenamiento y procesamiento de sólidos a granel en operaciones tales como molienda, secado, tamizado y transporte, conllevan a la generación de polvo y si éste es combustible (más del 70% de los casos) existe un riesgo de explosión asociado. Para reducir sus efectos, se presentan diversas medidas de mitigación, destacándose los paneles de venteo, cuya finalidad es aliviar la presión en el interior del recipiente para evitar su colapso. Al momento de la ruptura del panel, se libera materia y energía contenida, pudiéndose generar por la suspensión de polvo circundante una explosión secundaria. En este trabajo se analiza la influencia del índice de deflagración del polvo, área de venteo, ubicación de la ignición y distancia, sobre el campo de sobrepresión. En trabajos futuros se pretende, a partir de este análisis, proponer una correlación general que permita predecir la onda expansiva desarrollada por estas explosiones secundarias.
Aplicación del enfoque de ingeniería de reacción (REA) para modelar el secado de orujos por convección.
(2021-10) Bonfigli, Mónica Beatriz; Arias, Ana Marisa; Mores, Patricia Liliana; Benz, Sonia Judith; Scenna, Nicolás José; Masciarelli, Roque
La bioeconomía es una alternativa para afrontar la demanda de alimentos y energía para una población en crecimiento y además mitigar los impactos adversos sobre el medio ambiente y los recursos naturales que originan su producción. Incluye el aprovechamiento de desechos de procesos industriales para la generación de bioproductos con valor agregado, como los que pueden obtenerse a partir de orujo de uva. En los procesos de obtención, la operación de secado es fundamental y un buen modelo es importante para el diseño del secadero y la evaluación de su rendimiento. El objetivo de este trabajo es utilizar el enfoque de ingeniería de reacción (REA), una técnica simple pero precisa, para modelar el secado de orujos por convección. La curva de energía de activación normalizada, obtenida a partir de una experiencia a 100 °C se utilizó para predecir la cinética de secado y los perfiles de temperatura a 60 °C. El REA demostró capturar adecuadamente la física del proceso. El coeficiente de determinación (R2) se determinó en 0,996 y 0,997 (en promedio) para predecir la temperatura y el contenido de humedad, respectivamente. La principal ventaja es que se requiere una única experiencia minuciosa para generar la curva de energía de activación normalizada y luego utilizarla para predecir otros contenidos de humedad y perfiles de temperatura del material. Este modelo puede utilizarse para proyectar la operación en otras condiciones e implementarse fácilmente para diseñar nuevas instalaciones de secado u optimizar las existentes.
BLEVE : estimación de distancias seguras basándose en variables de diseño.
(2022-03-11) Kraft, Romina Alejandra; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás José
Entre los eventos accidentales más peligrosos se encuentran las explosiones BLEVE. Las graves consecuencias ocasionadas por la onda expansiva generada hacen indispensable su análisis. Los modelos matemáticos disponibles son complejos en cuanto a la cantidad de datos y esfuerzo computacional requeridos para su resolución. En este trabajo, se presenta un modelo simple y directo para la estimación de distancias seguras entre una fuente de explosión y un receptor caracterizado por el nivel de vulnerabilidad. La obtención del mismo se lleva a cabo mediante la selección de variables de diseño convenientes y el análisis de su influencia en los resultados brindados por un modelo matemático con fundamento teórico (modelo base), la formulación de una única expresión matemática con parámetros a determinar (modelo simple) y la resolución de un problema de optimización en el que se maximiza el R2 que resulta de la comparación entre ambos modelos. Finalmente, se demuestra una muy buena performance del modelo propuesto, permitiendo la obtención confiable de distancias seguras desde las primeras etapas del diseño.
Cost-based comparison between membrane systems and chemical absorption processes for CO2 capture from flue gas.
(2019-05-09) Arias, Ana Marisa; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás José; Caballero, José Antonio; Mussati, Miguel Ceferino; Mussati, Sergio Fabián
An optimization study of membrane-based separation systems for carbon dioxide capture from flue gas of power plants is conducted, considering the possibility of employing up to four stages and using diverse options to create the required driving force. By proposing a superstructure-based model, the number of stages, recycle options, use of feed compression and/or permeate vacuum, driving force distribution along each membrane stage, operating conditions and equipment sizes are simultaneously optimized in order to minimize the total annual cost at high capture ratios and purity targets. Thus, different optimal arrangements are obtained and the total cost is reduced in about 20% compared without employing vacuum. Besides the optimal number of stages diminishes with decreasing purity, but it is independent of the capture ratio. Also, the total cost decreases with the increase of the membrane permeance requiring lower values of operating pressure and membrane areas. Permeance values higher than 2400 GPU lead to lower number of stages and recycles for the same separation target. By contrast, a sensitivity analysis shows that the total cost increases with the increase of the electricity price, capacity factor, and capital recovery factor, which are the more influential parameters in the objective function. Despite new optimal operating and design conditions are obtained when these parameters vary, no modifications in the optimal arrangement are observed.
Estimación de distancias seguras frente a la ocurrencia de una explosión BLEVE en función de variables operativas/ de diseño.
(Universidad Tecnológica Nacional, 2022-06) Kraft, Romina Alejandra; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás José
Considerar el concepto de seguridad operacional se ha vuelto imprescindible en toda actividad industrial. Entre los eventos accidentales más peligrosos se encuentran las explosiones tipo BLEVE, que resultan de la falla de un recipiente que contiene una sustancia a una temperatura muy superior a su temperatura normal de ebullición. Las graves consecuencias ocasionadas por la onda expansiva generada hacen indispensable su estudio detallado. Los modelos matemáticos disponibles son complejos en cuanto a la cantidad de datos y esfuerzo computacional requeridos para su resolución. En este trabajo, se presenta un modelo simple y directo para la estimación de distancias seguras entre una posible fuente de explosión y un receptor caracterizado por el nivel de vulnerabilidad correspondiente. La obtención de este modelo se lleva a cabo mediante la selección de variables operativas/ de diseño convenientes y el análisis de su influencia en los resultados brindados por un modelo matemático con fundamento teórico (modelo base), la formulación de una única expresión matemática con parámetros a determinar (modelo simple) y la resolución de un problema de optimización en el que se maximiza el R2 que resulta de la comparación entre ambos modelos. Finalmente, se demuestra una muy buena performance del modelo propuesto, cumpliendo con los requisitos de simpleza y escasa demanda de datos de fácil acceso, permitiendo la obtención confiable de distancias seguras desde las primeras etapas del diseño.
Evaluación de los efectos térmicos ocasionados por una bola de fuego de propano. Obtención de una correlación simple para estimar distancias en planes de evacuación.
(Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional San Francisco, 2020-09) Kraft, Romina Alejandra; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás José
El propano, es una sustancia que frecuentemente se encuentra en el inventario de numerosas industrias por ser el combustible alternativo más utilizado a nivel internacional. A temperatura ambiente, es un gas incoloro e inodoro, fácilmente licuable por lo que en general se almacena/transporta en estado líquido a esta temperatura en recipientes a presión. La explosión tipo BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) seguida de la ocurrencia de una bola de fuego, tiene efectos devastadores sobre las personas (muerte, daños irreversibles) como así también sobre las estructuras y las instalaciones industriales, en función de la distancia del suceso a la que se encuentren dichos receptores. De acuerdo al análisis de accidentes históricos reportado por Hemmatian et al. (2019), el propano es una de las sustancias típicas involucradas en este tipo de eventos. En la mayoría de los casos, los efectos térmicos ocasionados por la bola de fuego tienen consecuencias más severas sobre las personas que aquellos asociados con la onda expansiva generada por la explosión. A causa de esto, es imperante establecer planes de evacuación eficaces, delimitando las zonas de planificación en función de la dosis de radiación recibida, relacionando la intensidad de radiación incidente con tiempos máximos de exposición y contemplando modelos de respuesta de la población ante la génesis de incendios. El objetivo de este trabajo es obtener una correlación simple y eficaz que relacione distancias seguras con variables operativas/ de diseño y niveles de vulnerabilidad de los receptores, basándose en el análisis de un modelo de referencia (MRf): modelo de llama sólida.
Evaluation of solar thermal energy capture and storage alternatives for indirect steam generation: a case study.
(2023-03-26) Zoratti, G.; Mores, Patricia Liliana; Godoy, Ezequiel
This study analyses the integration of a solar thermal plant for indirect steam generation in a typical industrial process with thermal energy requirements. Solar irradiation is computed using a validated predictive model in Santa Fe province, Argentina. Three configurations are proposed, consisting of parabolic trough collectors and thermal storage tanks. Performance indicators, such as generated energy, resulting solar fraction (the fraction of the industrial process' thermal requirements met by solar energy), and necessary solar field area, are evaluated for each configuration. A specific energy map is generated, showing the solar generation potential at each location. For required solar fractions of 20-25%, incorporating a thermal storage system does not provide any benefits as the solar plant does not produce enough energy to contribute to the industrial process during winter months. For required solar fractions of 30-35%, the resulting solar fraction can be increased to 42-45% with additional capture area and thermal storage capacity. For required solar fractions of 37-40%, the thermal storage improves the efficiency of the solar plant, resulting in a solar fraction of 50-60%, allowing the industrial process to receive energy for at least 6 hours a day throughout the year. It is concluded that these configurations are suitable for providing a portion of the industrial process' thermal requirements.
Influencia de la reducción del factor de visión en las consecuencias ocasionadas por una bola de fuego.
(2022-10) Kraft, Romina Alejandra; Scenna, Nicolás José; Mores, Patricia Liliana
El conocimiento de las consecuencias ocasionadas por los accidentes industriales de las últimas décadas hace imperante la propuesta de nuevas metodologías para minimizar los daños. Uno de los eventos más peligrosos son las explosiones BLEVE (Boiling Liquid Expanded Vapour Explosion) y la inmediata formación de una bola de fuego, dado que el campo de radiación térmica generada es de gran alcance. El cálculo de distancias seguras puede estar combinado con la presencia de sistemas de protección pasiva de forma tal que se reduzcan las consecuencias al mínimo costo de instalación/operación. En este trabajo, se propone una correlación simple que evalúa la influencia de la disminución del factor visión debido a la presencia de una obstrucción (por ejemplo: paredes contra-incendios) en la estimación de distancias seguras o definida una distancia, la disminución del impacto (radiación térmica incidente) dada la ocurrencia de una bola de fuego. Se concluye que la distancia disminuye significativamente con la reducción del factor de visión y que tal correlación puede implementarse incluso en las primeras etapas del diseño para evaluar la factibilidad de colocación de sistemas de protección pasivas.
Membrane superstructure optimization for carbon capture from cement plants. Water content influence on optimal solution.
(2023) Arias, Ana Marisa; Scenna, Nicolás José; Mores, Patricia Liliana
A four-membrane superstructure, embedding different connection alternatives and driving force generation options, was extended to consider a four-component wet flue gas mixture. Three case scenarios were assessed for treating a flue gas stream from a cement plant. By minimizing the specific total annual cost (sTAC), each case converged to a distinct local optimal arrangement, achieving the same separation target (90% CO2 recovery and 95% CO2 purity on the concentrated stream), thus highlighting the versatility of the model. In terms of the same superstructure and cost model, the optimal solution for capturing CO2 from wet flue gases is approximately 1.5 times higher than that of a dry mixture. A commonly published optimal two membrane-stage configuration fails to achieve high separation targets, even with low water content. The most cost-effective approach is to eliminate water at the beginning of the process. The energy consumed for CO2 pumping and compression is offset by energy generated during retentate expansion, resulting in a surplus that reduces the overall energy consumption to drive the process.
Membrane-based processes: optimization of hydrogen separation by minimization of power, membrane area, and cost.
(2018-11-12) Mores, Patricia Liliana; Arias, Ana Marisa; Scenna, Nicolás José; Caballero, José Antonio; Mussati, Sergio Fabián; Mussati, Miguel Ceferino
This work deals with the optimization of two-stage membrane systems for H2 separation from off-gases in hydrocarbons processing plants to simultaneously attain high values of both H2 recovery and H2 product purity. First, for a given H2 recovery level of 90%, optimizations of the total annual cost (TAC) are performed for desired H2 product purity values ranging between 0.90 and 0.95 mole fraction. One of the results showed that the contribution of the operating expenditures is more significant than the contribution of the annualized capital expenditures (approximately 62% and 38%, respectively). In addition, it was found that the optimal trade-offs existing between process variables (such as total membrane area and total electric power) depend on the specified H2 product purity level. Second, the minimization of the total power demand and the minimization of the total membrane area were performed for H2 recovery of 90% and H2 product purity of 0.90. The TAC values obtained in the first and second cases increased by 19.9% and 4.9%, respectively, with respect to that obtained by cost minimization. Finally, by analyzing and comparing the three optimal solutions, a strategy to systematically and rationally provide ‘good’ lower and upper bounds for model variables and initial guess values to solve the cost minimization problem by means of global optimization algorithms is proposed, which can be straightforward applied to other processes.
Metodología para la obtención de modelos reducidos empleados en la estimación de distancias seguras ante eventos accidentales potencialmente catastróficos.
(Universidad Tecnológica Nacional, 2020-10) Kraft, Romina Alejandra; Scenna, Nicolás José; Mores, Patricia Liliana
Un problema ingenieril resiliente es la gran cantidad de accidentes tecnológicos asociados a la manipulación de sustancias peligrosas que se encuentran en el inventario de la mayoría de las industrias. Estos accidentes, de acuerdo a su nivel de gravedad, han ocasionado una gran cantidad de muertos y heridos como así también cuantiosas pérdidas económicas. En los últimos años, la propuesta de una metodología cuya aplicación contribuya a la mitigación de los daños causados ha adquirido gran importancia. En este trabajo, se plantea una metodología para obtener modelos simples que estimen distancias seguras entre los posibles receptores y la fuente de peligro, tomando como referencia modelos rigurosos que describan la fenomenología del evento. Esto garantiza que los modelos reducidos capten la naturaleza del evento, de la manera más simple asegurando a su vez una cierta precisión.
Metodología simple para estimar la onda expansiva generada durante una explosión BLEVE.
(Fernández Luco, Luis, 2021-10) Kraft, Romina Alejandra; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás José
Tanto en el sector industrial como en el sector transporte, uno de los eventos accidentales más peligrosos que puede acontecer es la explosión BLEVE. La misma puede originarse debido a la influencia de factores externos no favorables (incendios cercanos) o como consecuencia del deterioro del recipiente (falla por corrosión), o a causa de un error humano, entre otros. Existen fórmulas sencillas para predecir el escenario de explosión de acuerdo al origen, es decir establecer las condiciones de presión y temperatura a las que se encuentra la sustancia justo antes de que ocurra el accidente. Contando con esta ventaja, se propone en este trabajo una metodología simple para el cálculo rápido y confiable de la onda expansiva generada por este tipo de explosiones en el ámbito del análisis de riesgos. El aporte más significativo radica en la obtención de un modelo reducido que vincula las variables: volumen del recipiente y presión de falla con la energía mecánica liberada, para las sustancias típicas involucradas en estos accidentes. La obtención se basa en el análisis preliminar de la influencia de estas variables en los resultados arrojados por un modelo matemático con fundamento termodinámico ampliamente aceptado en la bibliografía y la posterior propuesta de una correlación simple con parámetros de ajuste (variables de optimización). La metodología aquí propuesta ha sido validada empleando datos experimentales reportados en trabajos anteriores, arrojando muy buenos resultados.
Obtención de correlaciones convexas para el análisis de los efectos causados por xxplosiones Tipo BLEVE : estimación de distancias de seguridad en función de niveles de vulnerabilidad especificados.
(2020-12-01) Kraft, Romina Alejandra; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás José
En los últimos años, debido al gran número de accidentes catastróficos en el sector industrial, la obtención de una metodología cuya aplicación contribuya a la mitigación de los daños causados ha adquirido gran importancia. En este trabajo, se obtienen dos correlaciones que describen el comportamiento de un evento específico (explosión tipo BLEVE) por medio de una combinación lineal de funciones convexas simples entre las principales variables: energía interna total del sistema al momento de la explosión, distancia y nivel de daño/tipo de receptor. La primera permite estimar la distancia de seguridad frente a una explosión de cualquier sustancia peligrosa y la segunda, el nivel de daño (expresado en términos de sobrepresión) ocasionado a un receptor ubicado a una cierta distancia del evento catastrófico. En trabajos futuros, se pretende emplear las mismas en la optimización de diseño inherentemente seguro de layout.
Optimal design of a two-stage membrane system for hydrogen separation in refining processes.
(2018-10-31) Arias, Ana Marisa; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás José; Caballero, José Antonio; Mussati, Sergio Fabián; Mussati, Miguel Ceferino
This paper fits into the process system engineering field by addressing the optimization of a two-stage membrane system for H2 separation in refinery processes. To this end, a nonlinear mathematical programming (NLP) model is developed to simultaneously optimize the size of each membrane stage (membrane area, heat transfer area, and installed power for compressors and vacuum pumps) and operating conditions (flow rates, pressures, temperatures, and compositions) to achieve desired target levels of H2 product purity and H2 recovery at a minimum total annual cost. Optimal configuration and process design are obtained from a model which embeds different operating modes and process configurations. For instance, the following candidate ways to create the driving force across the membrane are embedded: (a) compression of both feed and/or permeate streams, or (b) vacuum application in permeate streams, or (c) a combination of (a) and (b). In addition, the potential selection of an expansion turbine to recover energy from the retentate stream (energy recovery system) is also embedded. For a H2 product purity of 0.90 and H2 recovery of 90%, a minimum total annual cost of 1.764 M$·year−1 was obtained for treating 100 kmol·h−1 with 0.18, 0.16, 0.62, and 0.04 mole fraction of H2, CO, N2, CO2, respectively. The optimal solution selected a combination of compression and vacuum to create the driving force and removed the expansion turbine. Afterwards, this optimal solution was compared in terms of costs, process-unit sizes, and operating conditions to the following two suboptimal solutions: (i) no vacuum in permeate stream is applied, and (ii) the expansion turbine is included into the process. The comparison showed that the latter (ii) has the highest total annual cost (TAC) value, which is around 7% higher than the former (i) and 24% higher than the found optimal solution. Finally, a sensitivity analysis to investigate the influence of the desired H2 product purity and H2 recovery is presented. Opposite cost-based trade-offs between total membrane area and total electric power were observed with the variations of these two model parameters. This paper contributes a valuable decision support tool in the process system engineering field for designing, simulating, and optimizing membranebased systems for H2 separation in a particular industrial case; and the presented optimization resultsprovide useful guidelines to assist in selecting the optimal configuration and operating mode.
Optimización de Plantas de Generación de Energía Eléctrica incluyendo Sistemas de Captura de CO2.
(2015-03-20) Mores, Patricia Liliana; Mussati, Sergio Fabián; Scenna, Nicolás José
La demanda de energía eléctrica se encuentra en constante crecimiento en el mundo actual, lo que exige la concreción de nuevas opciones de generación que resulten competitivas, en vista del amplio abanico de tecnologías que se encuentran disponibles para tal fin. Por otra parte, la reducción de emisiones de sustancias contaminantes (material particulado, gases con efecto invernadero) constituye un aspecto clave en la aprobación de nuevos proyectos, debido a la sanción de tratados internacionales y regulaciones ambientales progresivamente más restrictivas. Debido a la necesidad de satisfacer tanto la creciente demanda de energía como la reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera, se están realizando enormes esfuerzos para mejorar la performance de los sistemas de captura y compresión de CO2 acoplados a sistemas de generación de energía eléctrica. Específicamente, la integración de estos procesos es objeto de estudio en diferentes áreas de investigación. El presente trabajo de tesis propone modelar y optimizar procesos de captura de CO2 para el tratamiento de gases de combustión generados en plantas de producción de energía alimentadas por combustibles fósiles. Mediante el empleo de técnicas basadas en programación matemática, se pretende realizar el estudio del proceso global, considerando en la etapa de diseño preliminar tanto las variables operativas como las de dimensionamiento de cada uno de los equipos presentes. En función de lo expresado, se plantean los siguientes objetivos: Objetivo General: Contribuir en la búsqueda de soluciones tecnológicas conducentes a la disminución de emisiones gaseosas generadas en plantas de producción de vapor y electricidad, teniendo como meta principal una producción de energía eléctrica más limpia, de manera tal de no alterar el medioambiente. Objetivos Específicos: Generar un modelo matemático de optimización que permita abordar la síntesis y el diseño de plantas nuevas de cogeneración de vapor y electricidad incluyendo el tratamiento de sus emisiones gaseosas. Proponer una estrategia de solución para el modelo resultante, que garantice la obtención de soluciones óptimas al variar los principales parámetros del proceso. Se pondrá especial énfasis en la convergencia del modelo, evitando en lo posible soluciones óptimas locales, definiendo un procedimiento eficiente de inicialización de las variables. Estudiar y comparar, desde un punto de vista energético, económico y ambiental, la integración de la planta de producción de energía eléctrica con la planta de captura de CO2. El consumo de servicios auxiliares de ambos procesos es significativo, lo que implica elevados costos de operación. En consecuencia, es indispensable proponer un proceso integrado eficiente con el fin de disminuir el costo total anual, teniendo en cuenta los niveles umbrales permitidos de emisión de gases de efecto invernadero. Finalmente, a partir del planteo de diferentes casos de estudio y distintas funciones objetivo, se evaluará la performance del sistema captura de CO2 y del sistema “captura de CO2+generación” desde un punto de vista termodinámico y también económico.
Optimización de rutas de transporte de gas licuado de petróleo por carretera.
(Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria, 2022-04) Orellano, Santiago; Kraft, Romina Alejandra; Rodríguez, Néstor Hugo; Mores, Patricia Liliana; Scenna, Nicolás José
La explosión BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion) seguida de una bola de fuego, tiene consecuencias devastadoras. Los efectos térmicos sobre las personas ocasionados por el segundo fenómeno son los más severos. El GLP (Gas Licuado de Petróleo) frecuentemente se involucra a este tipo de accidentes. Efectuando un análisis en la base de datos Facts sobre el origen de los accidentes que involucraron al GLP, se observa que el 14% de ellos ocurrieron en el transporte en carretera. Considerando esto, resulta indispensable el diseño y la planificación de rutas óptimas tendientes a la minimización del número de personas expuestas a ciertos niveles de vulnerabilidad especificados. En este trabajo, se utiliza un método sistemático para la definición de éstas mediante el empleo de sistemas de información geográficos. La metodología utilizada para encontrar la ruta óptima consistió, en primer lugar, en la estimación de distancias de seguridad ante una bola de fuego debida a explosiones BLEVE mediante un modelo simple propuesto desarrollado en el CAIMI. Luego, se identificaron potenciales rutas para el transporte de GLP entre dos puntos fijos mediante la extensión “Online Routing Mapper” del software QGIS. Asociado a estas se incluyeron en el análisis otras posibles alternativas considerando el entorno. Una vez definido el conjunto de potenciales rutas, se evaluó el impacto sobre las personas ante una posible colisión y el posterior desencadenamiento de una explosión BLEVE seguida de una bola de fuego. Operativamente, esto se realizó en QGIS mediante un análisis vectorial, que implicó la utilización de herramientas de geoprocesamiento para determinar las zonas de evacuación de acuerdo con las distancias calculadas anteriormente partiendo de las potenciales rutas analizadas (creación de buffers). A partir de la información suministrada por la Provincia de Santa Fe, de acuerdo con el último censo realizado en 2010, se incorporaron capas vectoriales representativas de las funciones de densidad de población de las ciudades de la región involucradas. Luego, empleando la herramienta de intersección de capas, se estimó el número de personas potencialmente expuestas a las zonas de riesgos en el caso que aconteciese un accidente de estas características. Finalmente, empleando como criterio la minimización de personas afectadas, se determinó la ruta óptima. El método desarrollado fue probado exitosamente en casos de estudio particulares, involucrando el transporte de GLP desde una refinería ubicada en la ciudad de San Lorenzo hacia distintos puntos de envasado en garrafas en el oeste de la ciudad de Rosario.
Optimization of revalorization process from wine industry residual biomass.
(Asociación Argentina de Ingenieros Químicos/ Oscar Pagola, 2023-06) Bonfigli, Mónica Beatriz; Orellano, Santiago; Arias, Ana Marisa; Scenna, Nicolás José; Mores, Patricia Liliana
The large quantities of residual biomass generated by agro-industries represent important resources for new value chains with strong industrial potential. The circular vision of bioeconomy promotes the revalorization of these wastes by obtaining biofuels and bioproducts with high added value. Despite the significant evolution observed in the last decades, and an increasing volume of related patents, circular bioeconomy research is not yet significantly mirroredby the market, showing that its full potential is still far from being reached. Grapes are one of the most widely grown fruits throughout the world. A significant amount of solid waste is generated mainly composed of grape pomace, whichcan represent more than 20% of the biomass harvested and processed. Grape pomace is a low-value by-product that contains a significant quantity of useful components that could be employed as food ingredients, chemicals, and biofuels. The successful recovery of these compounds would not only reduce the generated pollutants, but would also contribute to the sustainable development and economic competitiveness of the wine industry. In this context, the objective of this work is to analyze the recovery process of bio-active compounds from by-products of the wine industry and to optimize two variables of interest a) total extraction yield and b) the required fresh solvent flow, from the definition of different objective functions through mathematical modelling. The effect of the quantity of raw material to process, its moisture content and the extraction temperature on the mentioned variables was studied. The implemented non-linear program (NLP) was not oriented to explore optimal structural alternatives (process synthesis), but to optimize the different operating variables against different optimization scenarios, fulfilling the proposed restrictions. The proposed process configuration is based on a standard structure for this type of extractive plants. It consists of a tunnel dryer, a crusher, extractors, intermediate storage tanks, a film evaporator, a heat exchanger and pumps. The optimization model was solved for different alternatives in order to explain the effect of a range of operating conditions and volume of each leaching tank to achieve at least given percentage of anthocyanin extraction with a minimum solvent requirement. The solutions of the analyzed alternatives adequately represent the trade-offs between the total extraction yield and required solvent. As a result, an increase in solvent consumption with the increase in extraction yield is observed. The energy consumed in the evaporator is proportional to the quantity and quality of the product, as well as to the quantity of recovered solvent, which reduces the consumption of fresh solvent for a given feed value. These results are promising, and set the base for future studies such as the design and selection of operation mode, exploring different configuration alternatives.
Optimization of the design, operating conditions, and coupling configuration of combined cycle power plants and CO2 capture processes by minimizing the mitigation cost.
(2017-10-04) Mores, Patricia Liliana; Manassaldi, Juan Ignacio; Scenna, Nicolás José; Caballero, José Antonio; Mussati, Miguel Ceferino; Mussati, Sergio Fabián
This paper deals with the optimization of the coupling between a natural gas combined cycle (NGCC plant and a post-combustion CO2 capture process by minimizing the mitigation cost – defined as the ratio between the cost of electric power generation and the amount of CO2 emitted per unit of total net electric power generated – while satisfying the design specifications: electric power generation capacity and CO2 capture level. Three candidate coupling configurations, which differ in the place where the steam is extracted from, are optimized using detailed and rigorous models for both the NGCC and the CO2 capture plants. By comparing the mitigation cost of each configuration, the optimal integration configuration and the corresponding optimal sizes and operating conditions of all process units (steam turbines, gas turbines, heat recovery steam generators HRSGs, absorption and regeneration columns, reboilers and condensers, and pumps) are provided. In the computed optimal solution, the steam required by the CO2 capture plant is extracted from both the steam turbine and the HRSG (evaporator operating at low pressure), and the mitigation cost is 90.88 $/t CO2. The optimal solution is compared with suboptimal solutions corresponding to the other two candidate coupling schemes. These solutions are compared in detail regarding capital investment.
Risk-based approach for safety distance estimation in the process industry.
(Asociación Argentina de Ingenieros Químicos/ Oscar Pagola, 2023-06) Kraft, Romina Alejandra; Orellano, Santiago; Mores, Patricia Liliana; Rodríguez, Néstor Hugo; Scenna, Nicolás José
Different approaches have been proposed for safety distance estimation from hazardous facilities. The most widespread method is mainly based on the evaluation of the consequences of potential accidental events and the limitation of the physical vector on people, or on atmospheric and pressure process units, seeking to prevent the domino effect [1]. In this methodology, the stochastic variables involved in the phenomena (fire, explosion, or toxic dispersion) are fixed by defining a conservative scenario. This is particularly appropriate for accidents where the influence of environmental variables is relatively small (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosions -BLEVEs-, mechanical explosions). However, the consequences of the worst-case scenario for events involving toxic or flammable gas dispersion, for example, could be much greater than the rest and not be representative of the site. This approach does not consider the occurrence frequency of the event and therefore, a remote accidental event would demand the same effort as a frequent one in the case of layout design. In addition, some accidental events such Vapor Cloud Explosions (VCE) or projectile ejection from BLEVEs can reach distances of more than 1000 meters and therefore, this approach results impracticable in some cases of plant layout design. Bearing this in mind, this article proposes a risk-based methodology to estimate safety distances to overcome the mentioned limitations of the impact threshold method. Here the quantitative risk is evaluated for different receptors, including the impact on people and on process equipment by using probit equations corresponding to the probability of escalation by domino effect. Methodologically, the contribution to risk at different points located in eight directions is quantified by evaluating several scenarios generated by Monte Carlo simulation and composing the consequences and frequencies of each one. An iterative algorithm is developed to determine the distance that satisfies the risk threshold in each direction. This approach is applied to LPG storage tanks (spheres and cylinders) of different sizes and considering the historical information of wind speed and direction of Rosario city. The estimated safety distances are compared to those recommended by international standards such as NFPA 58 [2], and those obtained by evaluating the consequences to given impact thresholds. Finally, risk thresholds are assessed and recommended in order to define a general algorithm to estimate safety distances. Future works will intend to generalize the proposed approach to automatically determining separation distances matrixes for layout optimization.

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