Visión general
Un productor de etanol del Medio Oeste se asoció con RCM Thermal Kinetics (RCM-TK) para llevar a cabo una renovación de gran impacto y basada en datos de su sistema de destilación, deshidratación y evaporación (DD&E).
Diseñada originalmente para 40 millones de galones al año (MMGPY), la planta había ido aumentando gradualmente su capacidad hasta alcanzar los 85 MMGPY gracias a modificaciones incrementales y ajustes operativos. Sin embargo, para seguir siendo competitivo, el cliente necesitaba un cambio radical, uno que aportara grandes beneficios sin necesidad de realizar una importante inversión de capital.
Utilizando laplataforma de ingeniería NEXT™, RCM-TK llevó a cabo una renovación estratégica que elevó el sistema DD&E a 105 MMGPY, completando una transformación de más del 250 % con respecto al diseño original, al tiempo que mejoró la eficiencia, el rendimiento de separación y la calidad del producto.
Este proyecto demuestra lo que se puede lograr cuando el diseño avanzado de procesos se adapta a las limitaciones del mundo real. Abre la puerta a que las plantas existentes aumenten drásticamente su producción, reduzcan el costo por galón y fortalezcan su posición competitiva en el mercado de los combustibles renovables.
Roy Viteri, ingeniero químico
El desafío
A pesar de las actualizaciones previas, el sistema DD&E había alcanzado su límite operativo.
A 85 MMGPY, el sistema mostró:
- Pérdidas excesivas de presión en la torre
- Bombas, válvulas y equipos de transferencia de calor de tamaño insuficiente.
- Traslado desde la columna de cerveza al rectificador
- Restricciones hidráulicas en los circuitos de líquido y vapor
Los objetivos generales eran:
- Renovar un sistema original de 40 MMGPY para producir de forma fiable 105 MMGPY.
- Reducir el arrastre y mejorar la calidad del etanol.
- Minimizar el CapEx mediante la optimización estratégica de los activos existentes.
Enfoque de la plataforma de ingeniería NEXT™
1. Establecimiento de una base de referencia real
RCM-TK puso en marcha el proyecto con una campaña exhaustiva de recopilación de datos sobre el terreno utilizando la plataforma NEXT™ para descubrir las verdaderas limitaciones operativas, entre las que se incluyen:
- Inspecciones detalladas para validar tuberías, equipos, válvulas, bombas y motores.
- Un estudio exhaustivo de presión y temperatura que abarca torres, evaporadores y sistemas de vacío.
- Captura de datos del sistema de control para verificar el flujo, el nivel y las tendencias de rendimiento.
Este modelo operativo preciso «tal cual» permitió:
- Identificación de cuellos de botella ocultos
- Validación de simulaciones de procesos
- Selección segura y basada en datos de estrategias de renovación.
2. Simulación y modelización del rendimiento
Utilizando datos de campo validados, los ingenieros crearon un modelo de proceso digital preciso para evaluar múltiples escenarios de renovación. Las conclusiones principales fueron las siguientes:
- Caída significativa de presión en columnas de destilación y circuitos de vapor.
- Vaporizador de tamaño insuficiente y capacidad de precalentamiento de la alimentación.
- Limitaciones de la bomba, el motor y la válvula que restringen el rendimiento hidráulico.
3. Ingeniería y optimización
Utilizando NEXT™, RCM-TK diseñó actualizaciones específicas destinadas a maximizar el rendimiento con una inversión de capital mínima:
- Bandejas de destilación y tubos descendentes personalizados de alta capacidad.
- Empaquetadura avanzada para aumentar la eficiencia de separación del rectificador y la resistencia al etanol.
- Área de transferencia de calor ampliada para una mejor utilización de la energía.
- Un nuevo vaporizador para aumentar la capacidad de deshidratación.
- Impulsores y/o motores más grandes para aliviar las restricciones hidráulicas.
- Dispositivo de alimentación de vapor-líquido de alto impulso para reducir el arrastre a velocidades elevadas.
Ejecución
El escaneo láser 3D de las instalaciones, integrado directamente en los modelos de diseño NEXT™, garantizó un ajuste preciso, eliminó la necesidad de volver a trabajar y redujo el riesgo de puesta en marcha.
Antes del cierre (5 meses)
- Ingeniería detallada mediante NEXT™
- Adquisición de elementos internos de columnas, vaporizadores, equipos de condensación, bombas, motores, válvulas e instrumentos.
- Sustitución del conducto de vapor superior de la columna de cerveza.
- Coordinación de múltiples proveedores y gestión de proyectos
Cierre (5 días)
- Mejoras en bandejas, empaquetaduras y elementos internos de torres en columnas de cerveza y rectificadores (sin necesidad de soldadura en las torres).
- Mejoras en el intercambiador de calor y la capacidad de la bomba
- Modificaciones en las tuberías y válvulas de control
Resultados
La renovación impulsada por NEXT™ proporcionó una transformación de alto valor y bajo CapEx:
- La capacidad aumentó de 40 MMGPY a 105 MMGPY (más del 250 %).
- Mejora de la prueba de etanol mediante una mayor eficiencia de separación del rectificador.
- Reducción significativa del remanente
- Aprovechamiento máximo de los activos de DD&E
- No se requiere ningún reemplazo importante de equipos.
Lecciones aprendidas
- Los datos precisos sobre el terreno son la base de toda renovación exitosa.
- La alineación previa al apagado elimina sorpresas costosas.
- Una planificación rigurosa de la ejecución minimiza el tiempo de inactividad y acelera el retorno de la inversión.
Conclusión
Este proyecto demuestra cómo la plataforma de ingeniería NEXT™ transforma un sistema DD&E obsoleto de 40 MMGPY en una operación moderna, optimizada y de alto rendimiento que produce 105 MMGPY.
Al combinar la inteligencia de campo con una metodología de grado de refinación de petróleo, simulación validada e ingeniería específica, RCM Thermal Kinetics ayudó al cliente a lograr ganancias excepcionales en el rendimiento, mejorar la calidad del producto y reducir el riesgo operativo, todo ello con una inversión de capital mínima.