[en] COGENERATION IN AIR SEPARATION CRIOGENIC PLANTS

• Main Author: WALTER NOVELLO BASTOS
• Other Authors: ALCIR DE FARO ORLANDO
• Language: pt
• Published: MAXWELL 2015
• Subjects: [pt] COGERACAO; [en] COGENERATION; [pt] SEPARACAO DE AR; [en] AIR SEPARATION; [pt] PLANTAS CRIOGENICAS; [en] CRIOGENIC PLANTS
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=25011@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=25011@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.25011

[pt] Diante da crise energética e de mercado a Cogeração se apresenta oportuna tanto para a produção de energias elétrica e térmica quanto para a redução dos custos operacionais de produção de uma empresa. Um sistema de cogeração integrado e adaptado ao processo de uma Planta Criogênica de Separação de Ar, que tem a energia elétrica como insumo básico, pois o ar não tem custo, pode se mostrar viável, com considerável redução nos custos operacionais da planta. Um estudo termoeconômico, englobando uma análise da Primeira e Segunda Lei da Termodinâmica, e uma análise Econômica, foi necessário não apenas para demonstrar esta viabilidade, mas também para propor as modificações no processo Criogênico de Separação de Ar, assim como, para definir o melhor sistema de Cogeração a ser integrado à planta típica T-240 NA MPL3. Os resultados da Análise Termodinâmica das modificações foram bem satisfatórios. As eficiências de Segunda Lei - Exergéticas - dos equipamentos envolvidos nas modificações da planta melhoraram, e o seu consumo de energia elétrica foi reduzido em 12 porcento. Foram propostos para integrar a planta 4 (Quatro) Sistemas de Cogeração a partir dos Ciclos Clássicos: Rankine, Brayton, Combinado e Otto. Estes Sistemas foram analisados inicialmente pelas Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica e finalmente foram analisados economicamente. Termoeconomicamente, o Sistema de Cogeração a partir do Ciclo Combinado foi o que melhor se apresentou para integrar o processo Criogênico de Separação de Ar da planta. Neste Sistema houve um maior equilíbrio entre as demandas térmica e elétrica, acarretando a eficiência de Segunda Lei - Exergética - mais alta. Este Sistema teve, também, a maior Receita Operacional e embora o seu Investimento Adicional tenha sido um pouco maior, este acréscimo compensou, pois apresentou os menores Tempo e Taxa Interna de Retorno. Apesar do Sistema de Cogeração a partir do Ciclo Combinado se apresentar viável, os resultados devem ser considerados, apenas, como preliminares, pois são provenientes da primeira interação Termoeconômica. Outras interações devem ser realizadas visando a melhoria deste Sistema, para viabilizar cada vez mais a Cogeração em Plantas Criogênicas de Separação de Ar. === [en] The energy shortage and the cogeneration market present a unique opportunity for energy cost reduction of an industry by simultaneously making use of electric and thermal energy generated with the same fuel. This thesis analyzes an integrated cogeneration system adapted to an air separation criogenic plant which has electric energy as a basic input, besides the available and costless air from the atmosphere. It has been shown to be feasible with the big savings inthe operational cost of the plant. A thermal and economic study, carried on by using the first and second Law of thermodynamics demonstrated the economic feasibility of the cogeneration system, and proposed modifications to be done in the studied criogenic plant, a typical T240- NA MPL3 plant. The thermodynamic analysis showed that the second law efficiency of the processes could be improved, together with a 12 percent electric energy consumption reduction. Four cogeneration schemes were analyzed with both the first and second laws of thermodynamics and, then, the economic analysis was performed. Rankine, Brayton, OTTO and combined gas-steam basic cycles were used in this analysis. The combined gas-steam cycle was shown to be more economically feasible than others. Thermal and electric loads were well balanced, resulting in a higher second law efficiency. Although the initial investiment for the modification was higher, the savings resulted to be higher, turning into a high rate of return of the investment. This analysis was judged to be preliminary. More precise results require a deepers analysis with more detailed information.