Análisis de prefactibilidad técnico económica de la producción de urea verde en Colombia

Abstract

La presente tesis de trabajo de grado presenta el análisis técnico y económico de un novedoso proceso para la síntesis de urea verde esto con el fin descarbonizar la industria de los fertilizantes específicamente la urea y garantizar tanto la producción de urea en Colombia y aprovechar su potencial para aprovechar la producción de hidrogeno en el país. La planta de síntesis de urea verde propuesta utiliza un proceso de electrólisis PEM impulsado por energía de la red (suministrada a partir de certificado de energía renovable), producción de nitrógeno, argón y oxígeno a partir de la separación criogénica del aire, para producir amoniaco (NH3) y captura de dióxido de carbono proveniente de los gases de combustión de una caldera de biomasa, los cuales se sintetizan para formar carbamato de amonio (NH2COONH4) que finalmente se deshidrata para formar urea y agua creando así un proceso sostenible y respetuoso con el medio ambiente. Mediante balances de masa y energía, este estudio estimo los requerimientos técnicos, (masa y energía) de cada uno de los procesos indicados mediante juicio determinista para posteriormente realizar una evaluación económica y financiera mediante análisis de sensibilidad del proceso propuesto. El presente trabajo propone dos alternativas de producción a evaluar y para una capacidad de 320 kton/año Urea, el consumo total de energía es de 138.5 GW/h (1662 GWh/año), esto es casi la demanda de energía al año de la región Centro del país y la unidad de electrólisis representa cerca del 95% de la demanda total de energía. La inversión total de capital estimada para la planta de urea es de cerca de 600 MMUSD, con un gasto operativo anua, OPEX de 150.27 MMUSD. La unidad de electrolisis y síntesis de urea representaron el 31.4% y 42.2% respectivamente del costo de capital total, mientras que la energía eléctrica requerida represento cerca del 81% de los costos operativos variables. El costo nivelado de la urea (LCOU) se estima en 668.6 USD/ton y 622.8 USD/ton para las alternativas de 320Kton/año y 480 kton/año respectivamente, que es aproximadamente un 212% y 197.7% que el precio de venta de urea a partir del proceso convencional asumido en este trabajo (315 USD/ton). La unidad de electrolizador contribuyó con el 40 % del LCOU total. El análisis de sensibilidad mostró que una disminución del 50 % (0.034 USD/kWh) en el precio de la electricidad con respecto al caso base (0,074 USD/kWh) podría reducir el LCOU en un 56 % (490 USD/ton) y 41% (444 USD/ton) para las alternativas 1 y 2 respectivamente. Al reducir el costo de la energía eléctrica a 0.018 USD/KWh, el precio de venta de la urea podría bajar hasta 450 USD/ton, lo que representa un 42.85% adicional respecto al precio estimado de la urea gris. Esto evidencia que, al implementar plantas a mayor escala, los costos de producción, CAPEX y el precio de venta disminuyen, contribuyendo en la rentabilidad del proyecto.