Planta de producción de hidrógeno azul

Abstract

En el presente proyecto final de carrera se llevó a cabo el diseño de una planta de producción de Hidrógeno Azul mediante el proceso de reformado de metano utilizando vapor de agua. La planta se diseñó para producir 90 kilogramos de hidrógeno por hora a una pureza del 99,99%. El producto será vendido a una refinería de la ciudad quien lo utilizará para el refinado de sus naftas. En cuanto al emplazamiento, se decidió que la planta este ubicada en el Parque Industrial de Bahía Blanca. Esta posición se consideró estratégica teniendo en cuenta la cercanía con el cliente y el sencillo abastecimiento de materias primas. El lote elegido tiene 7600 m2 y se encuentra sobre la calle Chubut, entre José Sisco y Juan Bautista Cabral, a continuación de la planta Bio Bahía S.A. Para la obtención de Hidrógeno, se utilizó un reactor reformador operado con catalizador de base níquel a 20 Kg/cm2 de presión y 850°C de temperatura, donde es llevado a cabo el proceso de reformado y crackeo de la molécula de metano. Posteriormente, se utilizó un sistema de adsorción por aminas para separar el Dióxido de Carbono del Hidrógeno, enviando este subproducto a un cliente en las inmediaciones de la planta quien lo utiliza en sus procesos productivos. En última instancia se optó por la instalación de un sistema PSA (Pressure Swing Adsorption), encargado de purificar la corriente de Hidrógeno y elevar su pureza al 99,99%, condición indispensable para que el cliente acepte el producto. El proyecto fue analizado desde cinco perspectivas: comercial, legal, técnica, organizacional y financiera, para verificar la viabilidad y rentabilidad de la inversión. En términos comerciales, resultó de gran conveniencia vender el producto a la compañía encargada de refinar combustibles, ya que su futura expansión representa una inminente demanda a satisfacer, permitiendo consolidar una relación socio-comercial estrecha y sólida de mutuo beneficio. Sin embargo, el objetivo que se planteó a largo plazo es poder ofrecer nuestro Hidrógeno para su utilización como fuente de energía limpia y como pilar fundamental para acompañar la transición a una matriz energética verde y sustentable. Acorde al estudio legal realizado, la planta no infringe ninguna normativa legal ni patente preexistente, por lo que no se encontraron impedimentos de esta índole para su realización. La misma se encuadró bajo un Nivel de Complejidad ambiental (NCA) tipo 2 (mediana complejidad ambiental) por lo que se deberá contratar un seguro ambiental obligatorio, además de poseer los certificados de aptitud ambiental y de habilitación especial junto al correspondiente plan de gestión ambiental. Organizacionalmente, la empresa fue denominada bajo el nombre “H2 Bahía” y será inscripta como una sociedad anónima (SA) debido al nivel de magnitud y complejidad del emprendimiento. Desde el punto de vista financiero, se concluye que el proyecto no es rentable bajo las condiciones macroeconómicas planteadas durante noviembre del 2023. Sin embargo, al reevaluar el proyecto bajo un escenario económico más estable, ajustando la variable riesgo país, se observó que, en estas nuevas condiciones, el proyecto genera ganancias superiores a 2 millones de dólares. Por otra parte, se desarrolló la ingeniería básica y en detalle del intercambiador de calor E-101 mediante la utilización del código ASME VIII (normativa para cálculo y diseño de recipientes a presión) y las normativas TEMA (conjunto de normas y estándares empleados por diseñadores, fabricantes y usuarios para la fabricación y el diseño de intercambiadores de calor) obteniéndose las medidas, espesores, materiales de construcción y condiciones de fabricación de los componentes del equipo. Además, se realizaron simulaciones en SolidWorks Flow Simulation y HTRI Xchanger Suite (Software para la clasificación, simulación y/o diseño de una amplia variedad de equipos de transferencia de calor) para verificar que el equipo cumpla con las condiciones planteadas. A su vez, se desarrolló el piping de las distintas áreas de las plantas, especificando, entre otras cosas, diámetros, espesores y materiales de los caños, válvulas y accesorios que se tendrán en la planta de producción de Hidrógeno. Para ello, se utilizaron las normativas ASME B31.6, B36.10, B36.19 (normativas para diseño de tuberías a presión) y se aplicaron las fórmulas de Darcy -Weisbach para líquidos y Renouard para gases con el objetivo de calcular y verificar las pérdidas de cargas a lo largo de los distintos tramos de cañería. Por último, se realizó la ingeniería básica del horno reformador, calculando el volumen necesario de catalizador para la reacción, junto a los diámetros y espesores requeridos por los caños de reformado utilizando la norma API STANDARD 530 (normativa para el cálculo de espesores mínimos requeridos por tubos calentadores en refinerías petroleras).