PLAN DE AHORRO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA 2004-2006 EN ANDALUCÍA Subsector:
INDUSTRIA DE LAS REFINERÍAS DE ACEITE VEGET VEGETAL AL
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Elaborado por:
SODEAN S.A. Sociedad para el Desarrollo Energético de Andalucía, S.A. Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa Junta de Andalucía C/ Isaac Newton, s/n. Isla de la Cartuja 41092 SEVILLA (España) Tlf: (34) 954 46 09 66. Fax: (34) 954 46 06 28 E-mail:
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Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa, Junta de Andalucía
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Índice 1. ANTECED ANTECEDENTES ENTES ........... ..................... .................... ..................... ..................... .................... .................... ..................... ..................... ................ ...... 4 2. CARAC CARACTERIZAC TERIZACIÓN IÓN DEL SECTOR ............................ ...................................... .................... ..................... ..................... .......... 4 2.1. INTRODUCCIÓN .......... ..................... ..................... .................... .................... ..................... ..................... .................... .................... .......... 4 2.2. PROCESO PRODUCTIVO ... .............. ..................... .................... ..................... ..................... .................... .................... .............. 6 2.2.1. Introducción.......... ..................... ..................... .................... .................... ..................... ..................... .................... .................... .......... 6 2.2.2. Descripción del proceso .......... .................... .................... ..................... ..................... .................... .................... .............. 6 3. CONSUMO CONSUMOS S ENERGÉT ENERGÉTICOS ICOS DEL SECTO SECTOR R .................. ............................ ..................... ..................... ............... ..... 12 3.1. CONSUMOS ESPECÍFICOS DEL SECTOR.......... .................... ..................... ..................... ................. ....... 12 3.2. PARQUE DE COGENERACIÓN .......... .................... .................... ..................... ..................... .................... ............... ..... 13 3.3. DISTRIBUCIÓN DEL CONSUMO TÉRMICO ......... ................... ..................... ..................... ................. ....... 15 DE AHORR AHORRO O .................. ............................ .................... .................... ..................... ..................... .................... .................. ........ 15 4. MEDIDAS 4.1. INTRODUCCIÓN .......... ..................... ..................... .................... .................... ..................... ..................... .................... .................. ........ 15 4.2. MEDIDAS DE AHORRO HORIZONT HORIZONTALES ALES .......... ..................... ..................... .................... ................... ......... 16 4.2.1. Reducción del consumo con variadores de frecuencia......... .................... ............... .... 16 4.2.2. Reducción del consumo en iluminación........... ..................... .................... ..................... ................ ..... 17 4.2.3. Recuperación del calor sensible de los humos de la caldera .......... .............. .... 18 4.2.4. Cambio a Gas Natural......... .................... ..................... .................... .................... ..................... ..................... ............. ... 19 4.2.5. Instalación de condensadores evaporativos .......... ..................... ..................... ................... ......... 19 4.2.6. Recuperación del calor de purgas de las calderas .......... ..................... .................... ......... 20 4.2.7. Recuperación de condensados condensados.......... ..................... ..................... .................... .................... ................... ......... 20 4.2.8. Ajuste y control de los parámetros de combustión en calderas .......... ............ 20 4.2.9. Control de pérdidas .......... .................... ..................... ..................... .................... .................... ..................... ................. ...... 21
Instalación de cogeneración .......... .................... .................... ..................... ..................... .................... .......... 21 4.3.4.2.10. MEDIDAS DE AHORRO VERTICALES .......... ..................... ..................... .................... ..................... .............. ... 24 4.3.1. Precalentamiento regenerativo del aceite ......... .................... ..................... .................... .............. .... 24 4.3.2. Sustitución, en la etapa de desodorización, de la caldera de aceite térmico por una caldera de vapor a alta presión .......... .................. ........ 26 4.3.3. Modificaciones en la configuración del proceso de refino refino.... ........ ........ ........ ........ .... 26 4.3.4. Proceso con menos mermas .......... .................... ..................... ..................... .................... .................... .............. 27 4.3.5. Desgomado enzimático........... ..................... .................... ..................... ..................... .................... .................... .......... 27 4.3.6. Desgomado por membrana .......... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ............. ... 27 4.3.7. Refinación alcalina con potasa caústica (KOH) ........... ..................... .................... .............. .... 27 4.3.8. Refinación alcalina con silicato sódico ......... .................... ..................... .................... ................... ......... 27 4.4. AHORRO POTENCIAL DE ENERGÍA EN EL SECTOR.......... .................... .................... ............ 28
5. ASOCIAC ASOCIACIONES IONES ......... ................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... .................... .................... .................. ........ 30
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1. ANTECEDENTES En un contexto de constante aumento del consumo de energía, la planificación energética se vuelve una necesidad de gran importancia en el desarrollo de cualquier región. En el caso de Andalucía es aún más crítico debido a la gran dependencia energética del exterior. En estas circunstancias se establecen los objetivos del Plan Energético de Andalucía 2003-2006 (PLEAN), que servirá como referencia para las actuaciones energéticas a llevar a cabo en la Comunidad Autónoma de Andalucía Andalucía.. El sector industrial es uno de los principales consumidores de energía. En consecuencia, cualquier planificación del sistema energético debería incluir la industria como un capítulo importante del mismo, como así sucede en el PLEAN. La ttabla abla adjunta muestra los objetivos del PLEAN en el cam campo po del ahorro y la eficiencia energética:
Unidad: ktep Cogeneración Sustitución por gas natural Sector Servicios Sector Residencial Sector Transporte Sector Industrial Sector Transformador TOTAL
2006 172,2 7,5 58,6 55,6 202,6 157,3 120,6 774,8
2010 339,2 14,8 82,4 93,4 508,9 239,2 271,7 1.549,6
Tabla 1. Objetivos de Ahorro del PLEAN
El ahorro perseguido en el sector industrial para 2006 es 157,3 ktep (239,2 ktep para 2010).
2. CARACTERIZACIÓN DEL SECTOR 2.1. INTRODUCCIÓN
El sector del aceite vegetal en Andalucía engloba un gran número de centros,
repartidos entre almazaras, extractoras y refinerías. Este documento se va a centrar únicamente en las fábricas de refino.
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Aunque el conjunto de plantas que refinan es algo mayor mayor,, son quince (ver Figura 1) las factorías más importantes, y en las que se va a centrar este estudio. Éstas están ubicadas en las provincias de Sevilla, Córdoba y Jaén. Normalmente, en las fábricas donde se refina aceite vegetal se suele realizar más de una actividad. Así, del conjunto de las refinerías, el 32% cuenta a su vez con almazara, el 36% con extractora de semillas, el 16% con extractora de orujo y el 84% tiene envasadora. A su vez, el proceso de refino puede ser, bien de aceite de orujo o de semillas, que provienen de la extractora, o bien de aceite de oliva (el llamado aceite de oliva virgen lampante), de elevada acidez, que llega de la almazara (ver Figura 2). En llaa Tabla 2 se resumen las principales características del sector del refino de aceites vegetales, atendiendo exclusivamente al proceso de refino y para una “campaña tipo”, sin tener en cuenta otras actividades que puedan coexistir con él, tales como la extracción o el envasado de aceite.
CONCEPTO Nº de fábricas Producción (t/año) Cons Co nsum umoo ddee ccom ombu bust stib ible le (t (tep ep PC PCI/ I/añ año) o) Consumo de electricidad ((M MWh/año) Cons Co nsum umoo ddee eene nerg rgíía ppri rim maria aria (t (tep ep PC PCI) I)
15 (1) 786.904 24 24.1 .177 77,5 ,5 40.229 34 34.0 .062 62,3 ,3
(1)
Aunque el parque parque de refinerías de aceite vegetal en Andalucía es mayor mayor,, son quince las plantas más importantes y sobre las que se basa este estudio.
Tabla 2. Principales características del sector del refino de aceite
que estos datos ligados la producción de cada campaña, y que por Decir la tanto pueden variar están muchomuy de un año aa otro. Sevilla 53,3%
Córdoba 33,3%
Jaén 13,3% Figura 1. Distribución de refinerías en Andalucía
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2.2. PROCESO PRODUCTIVO 2.2.1. INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN
El objetivo del proceso de refinación de aceites vegetales (orujo, oliva y semillas) es
eliminar aquellas queen tiene el aceiteque crudo y que le dan características organolépticas que sonsustancias indeseables los aceites se destinan a consumo humano. La materia prima, como ya se ha comentado en el apartado anterior anterior,, es aceite que puede provenir de la extractora, en el caso del aceite de orujo y el de semillas, o bien de la almazara, que es el que recibe el nombre de aceite de oliva virgen lampante (ver Figura 2). En los tres casos se trata de productos intermedios que sin su paso por la refinería no son aptos para el consumo humano.
2.2.2. DESCRIPCI DESCRIPCIÓN ÓN DEL PROCESO
La refinación del aceite crudo puede hacerse según dos procesos distintos: la refinación física y la refinación química. La principal diferencia radica en la forma de realizar la eliminación de los ácidos grasos libres presentes en el aceite: en la refinación química se neutralizan los ácidos grasos empleando una base (hidróxido sódico), mientras que en la refinación física se eliminan mediante destilación al vapor de estos ácidos. En general, la refinación física tiene mejores rendimientos en la producción que la alcalina. Esto es debido fundamentalmente a las pérdidas de aceite neutro
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que se queda retenido en la pasta tras la etapa de neutralización del proceso químico, a la baja eficiencia de la separación centrífuga por la formación de emulsiones, y a la reacción de la sosa con los glicéridos del aceite (saponificación parásita). A continuación se realiza una descripción de las etapas del proceso de refinación, centrándose en el proceso físico (ver Figura 3), ya que es el utilizado en un mayor número de plantas: a) Desfangado: elim a) eliminación inación por centrifugación centrifugación de las materias sólidas presentes en la suspensión. ceite con agua y/o ácid ácidoo fosfórico, b) b) Desgomado (ver Figura 4): tratamiento del aaceite eliminando los fosfolípidos o gomas que se forman. c) c) Decoloración: el aceit aceitee se mezcla con tierras absorbentes (arcillas naturales absorbentes o activadas, o carbón activo) y el conjunto pasa a un filtro, donde se separa el aceite decolorado de la tierra. d) d) Refinación física o desodorización (ver Figura 5): es la etapa que caracteriza y diferencia este proceso del químico. Consiste en, además de retirar sustancias de mal sabor u olor, eliminar los ácidos grasos libres por destilación a vacío con arrastre de vapor (ver Figura 6). Este subproducto se condensa y se destina a la fabricación de jabón, sin necesidad de tratamiento posterior. e) e) Winterización: consiste eenn un enfriamiento rápido del aceite (a unos 5ºC), durante 24 h, para eliminar los glicéridos de alto punto de fusión. Al retirar estos compuestos se evita que, en lugares de ambientes fríos, precipiten, lo que daría un aspecto turbio al aceite. f) Filtración: el aceite pasa por un filtro que retiene los cristales qque ue se han formaf) do durante la etapa de enfriamiento. g) Almacenamiento: el producto terminado se almacena y de ahí ppasa asa a la planta g) envasadora o se vende directamente a granel. Excepto la etapa de refinación física, también llamada de neutralización (ver Figura 7), las demás son comunes al proceso químico (Figura 8). La diferencia radica, como ya se ha comentado, en la forma de eliminar los ácidos grasos libres; en el proceso alcalino, la separación de los ácidos tiene lugar entre el desgomado y la decoloración del aceite, y no lleva implícito la desodorización del producto, que tiene lugar tras la etapa de decoloración, tal y como ocurre en la refinación física. Con esto, la etapa de neutralización en el proceso químico consiste en tratar los ácidos grasos con sosa cáustica. Con este procedimiento se forma una pasta jabonosa quedestinar hay queelseparar del aceite que posteriormente hay que tratar con ácidos para poder subproducto a layfabricación de jabones.
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o j u r o y a v i l o e d e t i e c a e d s o p i T . 2 a r u g i F
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Figura 3. Diagrama de bloques del proceso productivo de las refinerías de aceites vegetales (proceso físico)
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Figura 4. Centrífuga de la etapa de desgomado (Fuente: De SMET 2004)
Figura 5. Intercambiadores de vapor de alta presión de la desodorización (Fuente: De SMET 2004)
Figura 6. Eyectores para vacío (Fuente: EQUIREPSA)
Figura 7. Centrífugas de neutralizado de aceite (Fuente: SODEAN)
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Figura 8. Diagrama de bloques del proceso productivo de las refinerías de aceites vegetales (proceso químico)
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3. CONSUMOS ENERGÉTICOS DEL SECT SECTOR OR Comparadas con las industrias de los subsectores de las almazaras y las extractoras, las refinerías tienen un menor consumo específico térmico y eléctrico, y además cuentan con una mejor infraestructura técnica. Como ya se ha comentado, en la mayoría de los casos el refino coexiste con otros procesos, como es la molturación en la almazara, la extracción y el envasado. Normalmente lo que se conocen son los consumos energéticos globales de toda la planta, no de cada proceso individualizado; si a esto añadimos que la producción varía mucho de una campaña a otra y que el tipo de producto es variado (aceite de oliva refinado, aceite de orujo refinado y aceite de semillas refinado), resulta que es difícil dar valores de consumo energético tipo, y por tanto consumos específicos, de este sector. Apoyándose en estudios teóricos y en datos reales de plantas que refinan exclusivamente, o de factorías que realizan varios procesos, pero de las que se conocen los consumos y producción específicos de la refinería, para una producción tipo se han estimado los consumos que aparecen en la T Tabla abla 3. Si se comparan estos valores con los datos a nivel nacional, se deduce la importancia del sector en Andalucía, al aportar más del 60% de la producción y del consumo nacional.
Tipo de energía
Unidades
Combustibles tep PCI/año Electricidad kWh/año E. Final Global tep PCI/año E. Primaria Global tep PCI/año Producción
t
Nivel Andaluz (1) 24.177,5 40.228.706 27.637,2 34.062,3
Nivel Nacional (2) 37.777,4 67.047.843 43.543,5 54.252,0
% (1) / (2) 64,0 60,0 63,5 62,8
786.904
1.261.219
62,4
Tabla 3. Consumos globales de energía en el sector del refino de aceites vegetales
De la producción total en la comunidad andaluza, decir que el 54,5% corresponde a aceite de semillas refinado, el 40,9% a aceite de oliva refinado y 4,6% a aceite de orujo refinado.
3.1. CONSUMOS ESPECÍFICOS DEL SECTOR Aunque, como ya se ha mencionado, es difícil para este sector dar valores de consumo específico que sean representativos, con los datos de la Tabla Tabla 3 se obtienen los
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ratios de la Tabla Tabla 4. Estos valores están influenciados, además de por las variables ya comentadas (coexistencia con otros procesos, tipo de producto...), entre otras cosas, por la calidad final del aceite, la climatología, el tipo de proceso (físico o químico), la modernización tecnológica y la capacidad de la planta, ya que normalmente, cuanto mayor sea, menores suelen ser estos ratios. CONSUMOS ESPECÍFICOS Tipo de energía Unidades Combustibles te PCI/t Electricidad kWh/t E. Final Global te PCI/t E. Primaria Global te PCI/t
Valor 307,2 51,1 351,2 432,9
Tabla 4. Consumos específicos del sector del refino de aceites vegetales
La demanda térmica de este sector es en forma de vapor a diferentes presiones, de agua caliente, de aceite térmico o vapor de alta presión (según la planta), y de agua fría.
3.2. PARQUE DE COGENERACIÓN En el sector ddel el re refino fino de aceites vegetales de Andalucía, hay un ttotal otal de siete instalaciones de cogeneración, aunque actualmente una de ellas está parada. La potencia total instalada asciende a 69,1 MW y el combustible mayoritario, tal y como refleja la Tabla Tabla 5, es gas natural (49,5%), que también concentra la mayor potencia instalada (ver Figura 9).
Com ombu bussti tibl blee Co Cons nsum umo o (t (teep PC PCI) I) % ((Co Cons nsum umo o s/ s/to tota tal) l) Gasoil 4.771,3 17,9 Fuel Oil 8.691,5 32,6 Gas Natural 13.210,9 49,5 Total 26.673,6 100,0
Tabla 5. Consumo de combustibles en las instalaciones de cogeneración del sector del refino de aceites vegetales.
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Gasoil 8,5%
Gas Natural 61,1%
Fuel Oil 30,4%
Figura 9. Potencia en instalaciones de cogeneración en Andalucía, según el combustible empleado.
De las siete plantas de cogeneración, cinco están en Sevilla y dos en Jaén, aunque es en esta provincia donde se tiene mayor potencia instalada (62%, ver Figura 10). Sevilla 38,0%
Jaén 62,0%
Potencia TOTAL instalada: 69,1 MW
Figura 10. Potencia Potencia en instalaciones de cogeneración del sector del refino de aceites vegetales en Andalucía, según provincia
La Tabla Tabla 6 recoge los datos del balance energético del parque de cogeneración de las refinerías de aceite vegetal de Andalucía. CONCEPTO Producción (MWh/año) EE comprada (MWh/año) EE vendida (MWh/año) EE autoconsumida (MWh/año) EE evitada por absorción (MWh/año) Combustible empleado (tep PCI/año) Q útil aprovechado estimado (tep PCI/año) REeq (%) Tabla 6. Balance de la cogeneración en Andalucía
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131.006 11.820 117.698 13.309 1.605 26.673,6 5.570,1 55
Los valores que aparecen en la Tabla 6 no están referidos exclusivamente al proceso de refino de cada fábrica, si no a todos los procesos que en ella tienen lugar, ya sea molturación, extracción, refino o envasado.
Decir por último que el crecimiento del parque de cogeneración en este sector se ha
ralentizado (la última planta se puso en marcha en el año 2.000), por la coyuntura de varios factores: precios altos de los combustibles, requisitos legales mas estrictos que disminuyen la rentabilidad de la cogeneración, tanto del nuevo RD 436/2004 como del anterior RD 2818/1998, frente a los del RD 2366/1994, y la liberalización del mercado eléctrico, que ha abaratado el precio de compra de la energía eléctrica de las industrias.
3.3. DISTRIBUCIÓN DEL CONSUMO TÉRMICO Para satisfacer la demanda energética de las plantas, pero para el proceso de refino exclusivamente, es necesario consumir 24.177,5 tep PCI, aportados de forma convencional o bien aprovechando calor útil de la cogeneración, tal y como muestra la Tabla 7. En este caso también es el gas natural el combustible que se demanda mas, aunque no equivale a decir lo mismo del número de fábricas que lo consumen, ya que este combustible se centra principalmente en los centros de mayor producción. COMBUSTIBLE
Biomasa Fuel Oil Gas Natural Calor aprovechado de la cogeneración TOTAL
Consumo (tep PCI)
% (Consumo s/total)
3.107,7 6.394,3 9.907,7 4.767,9 24.177,5
12,9 26,4 41,0 19,7 100,0
Tabla 7. Consumos de combustibles en el sector del refino de aceites vegetales
4. MEDIDAS DE AHORRO AHORRO 4.1. INTRODUCCIÓN Para la estimación de los potenciales de ahorro de cada una de las medidas que se van a evaluar, se efectuarán cálculos en base a una serie de industrias auditadas, y se extrapolarán los resultados obtenidos al total de la producción del sector. Para cada medida de ahorro se procederá a calcular el ahorro y la diversificación energética que se consigue con ella, tanto en rango de ahorro por factoría, como para
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todo el sector. Asociado a un menor consumo de energía siempre hay un menor impacto ambiental. Este impacto dependerá del tipo de energía que se consuma y de lo que ahorre y diversifique.
El potencial de ahorro que se puede conseguir con cada medida depende de
las características propias de cada factoría: capacidad de producción (por motivos de escala), factor de carga (mientras más alejado esté del punto de producción nominal se darán menores rendimientos y mayores consumos específicos), combustible empleado, etc. Por ello los valores que se darán no son de inmediata aplicación a cualquier factoría, pero se pueden considerar lo suficientemente representativos. Las diferentes medidas de ahorro se clasifican entre: las que se pueden aplicar de forma genérica en todo tipo de industrias (se denominan “horizontales”) y las que son específicas de cada sector de actividad industrial y que pueden afectar en mayor o menor medida al proceso productivo y a su tecnología (se denominan “verticales”).
4.2. MEDIDAS DE AHORRO HORIZONTALES HORIZONTALES 4.2.1. REDUCCIÓN DEL CONSUMO CON VARIADORES DE FRECUENCIA
El objetivo de incorporar variadores de frecuencia en los motores de elevada utilización o potencia es ajustar, de forma continua y automática, la velocidad de giro del motor a la carga del equipo. En el caso de bombas y soplantes, el par motor es proporcional al cuadrado de esta velocidad, y la potencia lo es al cubo. Por esto, una pequeña reducción de este parámetro puede derivar en un ahorro importante de energía, que puede ser del orden del 25% al 30% del consumo eléctrico, e incluso más, para motores de elevada potencia y uso anual. Con estos ratios, aunque son equipos que requieren una inversión importante, suelen ser muy rentables. Así, en el modo de funcionamiento normal de estos equipos (bombas, ventiladores,...), la regulación de su capacidad se hace me-
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Figura 11. Variador de frecuencia para motores asíncronos
diante una válvula o clapeta situada a la salida del equipo, que estrangula el caudal de agua o aire; de esta forma, el exceso exc eso de electricidad que se consume se pierde en fricción. Al introducir introducir un variador de frecuencia, se puede reducir la pérdida de energía que tiene lugar en esta válvula, y como consecuencia el consumo eléctrico. Por ejemplo, la instalación de un variador de frecuencia en un ventilador de impulsión de aire de 100 CV de potencia, permitiría ahorrar más de 100.000 kWh/año, y la inversión necesaria se amortizaría en poco más de un año.
4.2.2. REDUCCIÓN DEL CONSUMO EN ILUMINACIÓN
Se aconseja llevar a cabo la introducción de balastos de encendido electrónico en las luminarias de fluorescentes con encendido por reactancia mas cebador. Este tipo de equipos consigue un ahorro superior al 25% del consumo de los equipos convencionales, independientemente del grado de utilización horaria, aunque cuanto mayor sea, el ahorro económico será mayor, así como la rentabilidad.
El coste de un balasto electrónico que sustituya a estas luminarias es de unos 40 €.
También se aconseja sustituir lámparas de vapor de mercurio (VM) por lámparas de vapor de sodio de alta presión (VSAP). La sustitución de una lámpara de VM de 250 W por otra de VSAP de 150W que funcione más de 4.000 h/año, se amortiza en menos de 1,5 años para un coste eléctrico de 8,42 c€/kWh (ver Tabla 8).
Sobrecons. LM
0%
Sobrecons. VSAP
20%
Sobrecons. VM
20%
Coste Elec. (Cent. €/kWh)
8,42
Tipo
Potencia (W)
Vapor Mercurio
250
50% H. Valle
Días/Año
312
Utiliz. (h/d)
Utiliz. Media (h/año)
Cons. Act.
Ahorro Eléc. Ah. Económ. Inv. Unit. c/IVA Pay Back
(kWh/año)
(kWh/año)
(€/año)
(€/ud.)
(años)
1,4
500
150
60
4,14
48,06
11,61
2,7
1.000
300
120
8,28
48,06
5,81
4,1
1.500
450
180
12,41
48,06
3,87
5,5
2.000
600
240
16,55
48,06
2,9
6,8
2.500
750
300
20,69
48,06
2,32
8,2
3.000
900
360
24,83
48,06
1,94
9,6
3.500
1.50
420
28,97
48,06
1,66
11
4.000
1.200
480
33,1
48,06
1,45
12,3
4.500
1.350
540
37,24
48,06
1,29
13,7
5.000
1.500
600
41,38
48,06
1,16
Tabla 8.8. - Sustitución Sust itución de VM de 250W por VSAP de 150 W. W.
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4.2.3. RECUPERACIÓN DEL CALOR SENSIBLE DE LOS HUMOS DE LA CALDERA
Los humos, producto de la combustión de una caldera, contienen una considerable energía, ya que al generar vapor se alcanza un nivel de temperatura muy elevado. Si se aprovecha esta energía, o al menos, parte de ella, aumentará la eficiencia energética del proceso, ya que con estos equipos se ahorra de un 2 – 5% de combustible. Ahora bien, no todo el calor es recuperable, ya que dependerá, entre otras cosas, de la temperatura de salida de los humos, de su contenido de azufre y de la carga de la caldera. Este calor residual se puede destinar a varios usos, como precalentamiento de la carga, producción de vapor o aire caliente, calentamiento del combustible o precalentamiento del aire de combustión. Existen varios tipos de equipos destinados a la recuperación del calor de los humos. Los más habituales son los economizadores (ver Figura 12), recuperadores, regeneradores y las calderas de recuperación. Por ej ejemplo, emplo, si para una caldera de gas nnatural atural de 220.000 0.000 kg/h de vapor se iinstala nstala un economizador de 350.000 kcal/h de potencia nominal, el ahorro de combustible que se obtendría sería de un 3,3%. Con una inversión de, aproximadamente, 81.000 €, el periodo de retorno sería de unos tres años.
Figura 12. Caldera y economizador (Fuente: SODEAN)
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4.2.4. CAMBIO A GAS NATURAL
El gas natural es un combustible limpio, de ffácil ácil control y regulación. Su uuso, so, en lugar de combustibles convencionales, implica: • Ahorro y diversificación energé energética, tica, y por lo tanto, mejora de la eficiencia eenernergética del proceso. • Ahorro económico, debido aademás, demás, al elevado precio que están alcanzando los combustibles derivados del petróleo en los últimos años. • Mejora de lo loss ratios de producción y calidad del producto. • Disminución de la dependencia energética del petróleo. • Reducción del im impacto pacto ambiental. Por tanto se mejora la competitividad y se contribuye a la modernización tecnológica de la empresa.
4.2.5. INSTALACIÓN DE CONDENSADORES EVAPORATIVOS
Los compresores frigoríficos tienen un elevado consumo eléctrico. Tal y como se refleja de la definición del rendimiento teórico de un ciclo termodinámico de refrigeración
donde: Te = Temperatura de evaporación (K) Tc = Temperatura Temperatura de condensación (K)
este consumo será tanto menor cuanto mayor sea la temperatura de evaporación del fluido refrigerante y mas baja la de condensación. Esta temperatu temperatura ra de condensación depende del equipo de condensado empleado. Así, para los condensadores evaporativos, esta temperatura puede ser hasta tres grados inferior que para el conjunto condensador tubular + torre de refrigeración. refrigeració n. Esta reducción implicaría una disminución del consumo eléctrico de 6-8%, o lo que es lo mismo, la disminución de un grado en la temperatura de condensación conlleva una reducción media del consumo eléctrico del compresor del 2,5%.
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4.2.6. RECUPERACIÓN DEL CALOR DE PURGAS DE LAS CALDERAS
Consiste principalmente en expansionar el agua de purgas para producir vapor flash y calentar el agua de alimentación a la caldera, bien directamente, o a través de un intercambiador. También se puede emplear para precalentar, de forma indirecta, aire de combustión. Si solo tiene lugar una expansión se le llama al proceso “Flash simple” y si tiene varias, para conseguir vapor a distintas presiones, “Flash múltiple”. Por ejemplo, una purga de una caldera de 2.735 kg/h a 8 kg/cm 2, que se expande en un tanque flash a 3 kg/cm 2, genera un revaporizado (vapor saturado, 3 kg/cm2, 275 kg/h) y una corriente líquida (líquido saturado, 3 kg/cm 2, 3.460 kg/h) en equilibrio a dicha presión. Si se aprovechan estos calores residuales en el proceso, se podría ahorrar un 3,8% de combustible. Con una inversión del equipo de unos 6.700 €, el periodo de retorno sería de algo menos de un año.
4.2.7. RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS
En el sector del refino de aceites vegetales se puede recuperar hasta el 50 – 60% del caudal de vapor generado, con el consiguiente ahorro de energía. Un posible destino es precalentar el agua de alimentación a las calderas. Para evitar que se contamine este agua con aceite, se puede recuperar el calor de los condensados con un intercambiador de calor (intercambio indirecto) (ver figura 13).
4.2.8. AJUSTE Y CONTROL DE LOS PARÁMETROS DE COMBUSTIÓN EN CALDERAS
Para disminuir las pérdidas de calor sensible con los gases de la combustión, es conveniente optimizar el exceso de aire que se introduce en el equipo, para así disminuir el caudal de humos que sale de la caldera. A su vez, al reducir este caudal, aumenta la temperatura del hogar, por lo que el porcentaje de inquemados gaseosos disminuye. Así, el exceso de aire para calderas de combustibles sólidos debería estar entre un 80 - 100%, para calderas de fuel oil del 30 – 40% y para las de gas natural, del 15 – 20%. Con esta medida se podría ahorrar, de acuerdo con los análisis efect efectuados, uados, un 10% de combustible para las calderas de combustibles sólidos y 2,5 – 5% para las de fuel oil o gas natural.
20
Figura 13. Recuperación de condensados de vapor
4.2.9. CONTROL DE PÉRDIDAS
Las pé pérdidas rdidas eenn lo loss órgan órganos os de control de los circuitos de agua y ai aire re pue pueden den alcanzar hasta el 25 – 30% de la potencia consumida en bombas y ventiladores. Para reducirlas se puede realizar revisiones periódicas, instalar motores de velocidad variable 30%consumo consumoeléctrico). eléctrico) e implantar deflectores a la entrada del equipo(ahorro (ahorrode1025– –15% El aislamiento de tuberías de vapor y de aire caliente permite reducir la transmisión de calor entre la tubería y el aire, con lo que se reducen las pérdidas. El ahorro potencial oscila del 1 al 3% del consumo de combustible en generación de calor.
4.2.10. INSTALAC INSTALACIÓN IÓN DE COGENERACIÓN
Se define la cogeneración como la producción simultánea de energía eléctrica y térmica. De la electricidad que se genera, parte se vierte a la red y parte es consumida en la planta (autoconsumo), lo que se traduce en un ahorro económico al disminuir la fac-
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tura eléctrica (siempre y cuando el coste de generación sea menor que el de compra a la red), y el calor residual que se produce se puede aprovechar en el proceso industrial (ver Figura 14).
Figura 14. Esquema de cogeneración
Tal y como reproduce la Figura 15, el grupo de cogeneración aprovecha con mejor rendimiento global el combustible que se consume respecto al consumo equivalente que tiene una central térmica convencional, de iguales características, que produjera la misma electricidad. Esto se traduce en un ahorro energético a nivel nacional que lleva asociado una disminución de las emisiones globales de contaminantes.
Figura 15. Comparación de la generación convencional con la cogeneración
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En España, y en llaa m mayor ayor pparte arte de los pa países íses eeuropeos, uropeos, se ha ddesarrollado esarrollado una legislación que establece beneficios técnicos, económicos y fiscales a instalaciones de producción en “Régimen Especial”, entre las que están incluidas las plantas de cogeneración. Para que una instalación esté incluida dentro de este grupo es necesario que cumplan una serie de requisitos, principalmente de Eficiencia Energética, y que están recogidos en el RD 436/2004, de 12 marzo 2004. Actualmente, dados los elevados precios de los combustibles derivados del petróleo, las plantas de cogeneración que resultan mas rentables son las que consumen gas natural. En el caso de las refinerías de aceites vegetales, las necesidades de energía térmica en forma de vapor son continuas y uniformes a lo largo del año, el consumo eléctrico es elevado, sobre todo si cuentan con líneas de envasado y fabricación de botellas de plástico, y la demanda frigorífica para el proceso también es considerable. Por esto, este sector cuenta con unas condiciones óptimas para aprovechar los efluentes de una planta de cogeneración y cumplir los requisitos que establece la ley. Los equipos de recuperación y transformación de calor y electricidad de la planta de cogeneración deberán conectarse en paralelo con los sistemas convencionales, tanto para hacer frente a un posible corte del suministro desde la cogeneración, como para completar la demanda no satisfecha por ésta. La F Figura igura 16 muestra un pposible osible esquema de uuna na pplanta lanta de cogeneración de una refinería de aceite vegetal. En este caso, se instala un motor de gas natural
Figura 16. Esquema general de la distribución de la planta de cogeneración adaptada a las necesidades de una planta de refino.
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de 470 kWe; los gases de escape del motor pasan a una caldera de recuperación donde se genera vapor que va al proceso (400 kg/h), y el calor residual del circuito de refrigeración del motor se emplea para calentar el aceite en distintas etapas del proceso. La inversión necesaria sería de unos 460.000 € y el periodo de retorno de 5,7 años. Como ya se ha comentado en este documento, este sector dispone ya de 7 plantas de cogeneración, con 69,1 MWe de potencia instalada, si bien en la actualidad, una está parada. Aunque son muchas las fábricas que ya cuentan con este tipo de instalaciones, se estima que el potencial de cogeneración adicional de este sector es de unos 14 MWe.
4.3. MEDIDAS DE AHORRO VERTICALES Aquí se engloban, por un lado, medidas que supondrían ahorrar energía, y ppor or otro, medidas que afectan al esquema del proceso y que buscan disminuir las pérdidas de producto u obtener subproductos a los que se les pueda dar un uso industrial y de menor impacto ambiental.
PRECALENTAMIENTO ENTO REGENERA REGENERATIVO TIVO DEL ACEITE 4.3.1. PRECALENTAMI
Analizando el proceso de refino del aceite se llega a la conclusión que se pueden introducir varias etapas de precalentamiento regenerativo, con el consiguiente ahorro de energía. De hecho, la mayoría de las plantas del sector ya tienen incorporado al proceso la llamada segunda etapa de precalentamiento (ver figura 17). Este nombre viene dado porque el intercambio se hace a temperaturas altas, mayores que otros intercambios que se van a plantear a continuación. c ontinuación. En concreto, esta segunda etapa de regeneración consiste en enfriar el aceite que sale del equipo de desodorizado con el aceite sin desodorizar y que va a comenzar a tratarse. Con esta medida se ahorra, por un lado, vapor, para calentar el aceite que entra en este equipo, y por otro, agua fría, para enfriar el aceite que sale ya tratado.
Además de est estaa et etapa, apa, se puede introducir en eell proceso lo que en la figura 17 se
llama primera etapa de regeneración, nombre que recibe porque tiene lugar a temperaturas menores que la etapa antes descrita.
24
Precalentamiento o regenerativo con primera y segunda etapa Figura 17. Precalentamient
25
Aunque en este esquema se plantean dos opciones, la más común es la que consiste en calentar el aceite a neutralizar desde 20ºC a 65-70ºC con el aceite desodorizado, que previamente ha cedido parte de su calor en la segunda etapa de regeneración (Opción I). Esta medida permite ahorrar de 24.750 – 27.500 kcal/t aceite refinado, que equivale a dejar de producir entre 55 – 61 kg vapor/t aceite refinado y por tanto, a ahorrar 29.500 – 32.500 kcal combustible/t aceite refinado (3 – 4 kg fuel oil/t aceite refinado o 3,1 – 3,5 Nm3 gas natural/t aceite refinado). Además, el nivel de inversiones a realizar sería moderado, ya que consistiría en ampliar el intercambiador de placas que tuviera el proceso, o bien instalar uno nuevo, si no se dispusiera de un intercambiador de este tipo. Así, la inversión que habría que realizar oscilaría entre 8.000 y 15.000 E, y se amortizaría en menos de un año.
4.3.2. SUSTITUCIÓN, ENUNA DE DE DESODORIZACIÓN, DE LA CALDERA DE ACEITE TÉRMICO POR ULA NA ETAPA CALDERA VAPOR A ALTA VAPOR ALTA PRESIÓN
Tradicionalm Tradicionalmente, ente, en este sector se venía usando en el proceso calderas de aceite térmico, aunque ahora se están introduciendo las de vapor sobrecalentado. Aunque los dos tipos de calderas aplicadas a este sector tienen rendimientos ba jos, es conveniente conveniente usar las ddee vapor para eevitar vitar el posible contacto de aceit aceitee térmico con el aceite que se está refinando, ya que si se contamina, dejaría de ser apto para el consumo humano. Por ot otro ro lado, al ser normalmente las calderas de aceite térmico antiguas, si se sustituyen por otros más modernas, con equipos de control mas sofisticados, se me jora el rendimiento de las mismas y la eficiencia energética. Así, las calderas tradicionales de aceite térmico tienen un rendimiento que oscila entre 69 – 72%, mientras que las de vapor de alta presión pueden tener un rendimiento mayor del 75%.
4.3.3. MODIFICACIONES EN LA CONFIGURACIÓN DEL PROCESO DE REFINO
El proceso de refino se caracteriza por las etapas de enfriamiento intermedio y su posterior calentamiento, con el consiguiente consumo de energía. Estudiando el proceso, se puede conseguir eliminar o reducir estos enfriamientos introduciendo más etapas de calentamiento regenerativo entre corrientes. Con esta medida se puede llegar a ahorrar hasta un 25 - 30% de energía.
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4.3.4. PROCESO CON MENOS MERMAS
El objetivo de esta medida es, con un tratamiento similar, obtener la mayor cantidad de producto final para la misma cantidad de materia prima. En esto están trabajando los responsables de proceso de la industria aceitera y los genetistas especializados en semillas, para conseguir un aceite con unas especificaciones adecuadas y con menos mermas. 4.3.5. DESGOMADO ENZIMÁTICO
El proceso de desgomado (eliminación de fosfolípidos) que se sigue actualmente consta de dos etapas: en la primera el aceite crudo se pone en contacto con agua y en la segunda con ácido, generalmente fosfórico. El desgomado ácido origina un subproducto del que no se puede aprovechar nada y que es un problema para las refinerías. refiner ías. Sin embargo, el desgomado enzimático actúa directamente sobre los fosfolípidos, y los desdobla en sus componentes, sin necesidad de utilizar ningún ácido para el proceso, por lo que el efluente ya no es problemático. El mayor inconveniente que tiene esta opción es el gran volumen que se necesita para la reacción enzimática.
4.3.6. DESGOMADO POR MEMBRANA
Esta tecnología reciente, aún en desarrollo, se basa en un proceso físico para la recuperación de lecitinas, sin utilizar reactivos. El mayor desafío es conseguir un material para las membranas que sea resistente a los solventes durante un tiempo tal que permita trabajar con costos razonables.
4.3.7. REFINACIÓN ALCALINA CON POTASA CÁUSTICA (KOH)
Para la etapa de neutralizac neutralización ión del proceso de refino alcalino se viene utilizando sosa cáustica (NaOH). Existe una propuesta que consiste en neutralizar neutralizar con potasa cáustica (KOH). Con esta medida, el subproducto de esta etapa (borras de neutralización) es más denso y compacto, por tanto, ocluye menos aceite, y con esto se reducen las mermas. Por otro lado, si a las aguas residuales con potasio se les añade magnesio, se tiene abono líquido.
4.3.8. REFINACIÓN ALCALINA CON SILICATO SÓDICO
Esta tecnología, que proviene de la fabricación de aceite de arroz, podría aplicarse al aceite de girasol. Este modo de proceder disminuiría las mermas en la neutralización.
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4.4. AHORRO POTENCIAL DE ENERGÍA EN EL SECTOR Teniendo en cuenta las medidas horizontales y las verticales, el ahorro potencial global de energía primaria en el sector es de 3.766,6 3.766 ,6 tep (sin considerar el ahorro asociado al potencial de cogeneración); cogene ración); es decir decir,, un 1 11,1% 1,1% del consu consumo mo global de ene energía rgía primaria del sector. se ctor. Ahorro combustible
Diversificación combustible
Ahorro eléctrico
(tep)
(tep)
(kWh)
REDUCCIÓN DEL CONSUMO CON VARIADORES DE FRECUENCIA
0
0
7 4 3 .6 2 4
1 8 2 ,7
REDUCCIÓN DEL CONSUMO EN ILUMINACIÓN
0
0
7 .2 4 1
1 ,8
RECUPERACIÓN DEL CALOR SENSIBLE DE LOS HUMOS DE LA CALDERA
3 6 2 ,7
0
0
3 6 2 ,7
CAMBIO A GAS NATURAL
8 7 0 ,4
4 . 93 2 , 2
0
8 7 0 ,4
CONDENSADORES EVAPORATIVOS
0
0
4 1 6 .4 3 0
1 0 2 ,3
R E C U P E R A C IÓ N D E L C A L O R D E P U R G A S D E L A C A L D E R A
5 ,8
0
0
5 ,8
1 4 ,5 3 3 8 ,5
0 0
0 0
1 4 ,5 3 3 8 ,5
0
0
1 6 8 .0 0 0
4 1 ,3
INSTALACIÓN DE COGENERACIÓN
5 . 2 1 4, 5
0 ,0
0
5.214,5
(1) TOTAL MEDIDAS HORIZONTALES
6 . 8 0 6, 3
4 . 93 2 , 2
1 . 3 3 5 . 2 95
7.134,4
2 1 9 ,5
0 ,0
0
2 1 9 ,5
SUSTITUCIÓN DE LA CALDERA DE ACEITE TÉRMICO POR UNA CALDERA DE VAPOR A ALTA PRESIÓN
-
-
-
-
MODIFICACIONES EN LA CONFIGURACIÓN DEL PROCESO DE REFINO
1.511,1
0 ,0
0
1.511,1
-
-
-
-
D E S G O M A D O E N Z IM Á TIC O
5 8 ,0
0 ,0
0
5 8 ,0
D ESG O M AD O P O R M EM BR A N A
5 8 ,0
0 ,0
0
5 8 ,0
REFINACIÓN ALCALINA CON POTASA CÁUSTICA (KOH)
-
-
-
-
REFINACIÓN ALCALINA CON SILICATO SÓDICO
-
-
-
-
(2) TOTAL MEDIDAS VERTICALES
1 . 8 4 6, 7
0 ,0
0
1.846,7
Potencial global de Ahorro (1) + (2), sin incluir Cogeneración
3 . 4 3 8, 5
4 . 93 2 , 2
1 . 3 3 5 . 2 95
3.766,6
MEDIDAS DE AHORRO HORIZONTALES EN EL SECTOR DEL REFINO DE ACEITES VEGETALES
R E C U P E R A C IÓ N D E C O N D E N S A D O S AJUSTE Y CONTROL DE LOS PARÁMETROS DE COMBUSTIÓN EN CALDERAS C ON TR O L D E P É R D ID A S
MEDIDAS DE AHORRO VERTICALES EN EL SECTOR DEL REFINO DE ACEITES VEGETALES
PRECALENTAMIENTO REGENERATIVO DEL ACEITE
P R O C ES O C O N M EN O S ME R M AS
Ah. EP total (tep PCI)
11,1% respecto al consumo de EP del sector Potencial global de Ahorro (1) + (2), incluyendo Cogeneración
8 . 6 5 3, 0
4 . 93 2 , 2
1 . 3 3 5 . 2 95
8.981,1
26,4% respecto al consumo de EP del sector
Tabla 9. Ahorros potenciales en el sector de las refinerías de aceite vegetal
28
29
5. ASOCIACIONES
1)
2)
3)
4)
30
ANIERAC Asociación Nacional de Industriales Envasadores y Refinadores de aceites comestibles
José Abascal, 40 28003 Madrid Tlf.: 91 446 88 12 Fax: 91 593 19 18 www.anierac.com
Fundac Fun dación ión par paraa la Prom Promoció oción n y el Desa Desarrol rrollo lo del del Oliv Olivar ar y el Ace Aceite ite de Oliv Olivaa
Paseo de la Estación, 25, 6º 23008 Jaén Tlf.: 953 274 976 www.oliva.net
AAOLIVA Agencia para el Aceite de Oliva
Don Pedro, 10 28005 Madrid Tlf.: 91 347 84 01 http.://oracle2.mapya.es/pls/aaoliva/inicio
ASEMESA Asociación de Exportadores e Industriales de Aceituna de Mesa
Mesón del Moro, 1 41004 Sevilla Tlf.: 95 422 94 83
Fax: 95 422 32 61 www.asemesa.es
5)
6)
ATPIOLIVAR Asociación Técnica de Producción Integrada del Olivar
Avda. Padre Villoslada, 100 14.850 Baena (Córdoba) www.atpiolivar.org
ASOLIVA Asociación Española de la Industria y el Comercio Exportador del Aceite de Oliva
Juan Abascal, 40 28003 Madrid Tlf.: 91 446 88 12 Fax: 91 593 19 18 www.asoliva.es
31
32
