Diseño de una planta para la producción integrada de amoniaco y electricidad mediante hidrógeno verde

Abstract

La transición energética actual conlleva el desarrollo de vectores energéticos que permitan amortiguar la inestabilidad asociada a la producción eléctrica mediante fuentes renovables. Este trabajo estudia un proceso para la producción de amoniaco verde, uno de los vectores energéticos más prometedores, incorporando una turbina de hidrógeno. El gas de salida de la turbina, rico en nitrógeno, es directamente alimentado al proceso Haber-Bosch. Las moléculas NOx generadas en la combustión son convertidas en amoniaco en un reactor de hidrogenación. Añadiendo una turbina de vapor, el proceso genera el 64% de la potencia eléctrica consumida en la planta. La integración energética diseñada para este proceso reduce su impacto medioambiental, con unas emisiones de GHG de 0.424 kg 𝐶𝑂2𝑒𝑞/kg amoniaco, y un gasto energético de 2.65 MJ/kg amoniaco. Por último, el TIR obtenido para 10 años de operación, es de un 9% considerando el precio actual de venta del amoniaco verde (705€/ton).

The current energy transition involves the development of energy vectors to mitigate the instability associated with electricity production from renewable sources. This study examines a process for the production of green ammonia, one of the most promising energy vectors, incorporating a hydrogen turbine. The exhaust gas from the turbine, rich in nitrogen, is directly fed into the Haber-Bosch process. The NOx molecules generated in combustion are converted into ammonia in a hydrogenation reactor. By adding a steam turbine, the process generates 64% of the electrical power consumed in the plant. The energy integration designed for this process reduces its environmental impact, with GHG emissions of 0.424 kg CO2 eq/kg of ammonia and an energy expenditure of 2.65 MJ/kg of ammonia. Finally, the Internal Rate of Return (IRR) obtained for 10 years of operation is 9%, considering the current selling price of green ammonia (€705/ton).