Un referente en la recuperación de calor residual con eficiencia energética

El Grupo Aurubis ha adoptado este mismo enfoque para mejorar la sostenibilidad en una de sus fundiciones. En colaboración con el proveedor de energía alemán Enercity Aktiengesellschaft, Aurubis se ha convertido en la fuerza motriz de una red de calefacción urbana que da servicio al barrio de HafenCity de Hamburgo. La energía para la red proviene del calor residual que Aurubis recupera de su planta de ácido sulfúrico, utilizando la exclusiva tecnología de intercambiadores de calor de placas de Alfa Laval, diseñada para resistir la corrosión y soportar la alta presión y el calor extremo asociados al proceso.

El Grupo Aurubis, uno de los mayores productores y recicladores de cobre del mundo, opera una gran fundición en la isla de Peute, situada en el río Elba, en el corazón de Hamburgo. El gas de dióxido de azufre es un subproducto del proceso pirometalúrgico del cobre utilizado aquí. En la planta de ácido sulfúrico, este gas se convierte primero en trióxido de azufre y posteriormente en ácido sulfúrico líquido. El ácido sulfúrico se diluye continuamente en el proceso. La dilución del ácido es un proceso altamente exotérmico, que libera importantes cantidades de calor. Gracias al GPHE de Alfa Laval, Aurubis puede recuperar este calor para utilizarlo en la calefacción urbana.

La producción de ácido sulfúrico tiene lugar en la planta de contacto de la fundición. En el corazón de la planta se encuentra una torre de absorción intermedia. El calor de dilución de este paso se enfriaba originalmente con agua del río Elba y, por tanto, no se aprovechaba. El objetivo del proyecto de colaboración de Aurubis con enercity era utilizar intercambiadores de calor para recuperar la energía de este proceso y volver a utilizarla de forma sostenible canalizándola a la red de calefacción urbana de HafenCity.

Grandes exigencias en el diseño de los equipos y los materiales.

El reto preliminar de Aurubis era que el agua caliente utilizada en este tipo de calefacción urbana necesita tener una temperatura inicial de al menos 90°C. En consecuencia, tuvieron que empezar por construir una torre de absorción intermedia completamente rediseñada, aumentando la temperatura de proceso del ácido sulfúrico concentrado hasta aproximadamente 120°C, un aumento de temperatura de casi 50°C.

Sin embargo, esta nueva torre de absorción intermedia añadió más complicaciones al ya exigente proyecto de diseñar un sistema de recuperación de calor con una sustancia tan difícil como el ácido sulfúrico. La mayor temperatura del proceso aumentó sustancialmente la corrosividad del medio.

Esto supuso un reto especialmente difícil para los intercambiadores de calor del proyecto, que debían estar construidos con materiales altamente resistentes a la corrosión, además de ser capaces de soportar altas presiones y temperaturas, y ofrecer un rendimiento térmico extremadamente alto para garantizar una transferencia eficaz del calor del proceso de Aurubis a la red de calefacción urbana.

Un intercambiador de calor a la altura del desafío

Aurubis se puso en contacto con Alfa Laval, para diseñar intercambiadores de calor de placas personalizados, totalmente adaptados al exigente entorno del proceso. El sistema final estaba compuesto por ocho intercambiadores de calor con diseños de placas de canal de última generación. Tres de los intercambiadores de calor (los enfriadores de la torre de absorción intermedia) eran unidades semisoldadas, fabricadas en material Hastelloy D-205, una aleación con base de níquel que es especialmente resistente a la corrosión del ácido sulfúrico. El D-205 ha demostrado su eficacia en muchas plantas de ácido sulfúrico de todo el mundo desde la década de 1990. Con más de 300 unidades de D-205 instaladas en todo el mundo, este material de probada eficacia era la elección obvia para garantizar un funcionamiento fiable, seguro y eficiente. Los cinco intercambiadores de calor restantes del sistema son intercambiadores de placas con juntas: tres intercambiadores de calor agua-agua y dos intercambiadores ácido-ácido.

A diferencia de los intercambiadores de calor de placas con juntas tradicionales, el diseño semisoldado de Alfa Laval es capaz de resistir la fatiga mecánica en aplicaciones con altas presiones y temperaturas de diseño. El diseño único de las placas también garantiza una eficiencia térmica muy alta, con una aproximación a la temperatura tan baja como 3°C. Esto significa que el medio de agua utilizado para transferir el calor a la red de calefacción urbana puede salir del intercambiador de calor sólo unos grados más frío que el ácido caliente que entra en la unidad.

Además, los intercambiadores de calor de placas son más compactos, lo que permite una instalación más fácil y rentable en una fracción del espacio.

Mejorar de la sostenibilidad en varios aspectos

Aurubis utiliza aproximadamente una cuarta parte del calor recuperado del proceso de conversión del dióxido de azufre para apoyar otros procesos en la fundición. El resto del calor, que corresponde a unos 160.000 MWh de energía, se alimenta a través de la tubería de calefacción urbana hacia el distrito HafenCity de Hamburgo. Aquí, la eficiencia térmica de la solución de intercambiadores de calor de Alfa Laval cobra especial importancia. Dado que HafenCity se encuentra al otro lado del Elba desde la isla de Peute, la ruta de la calefacción urbana tiene más de tres kilómetros de longitud. Por tanto, cada grado de calor recuperado del proceso es crítico.

Las estimaciones actuales indican que, además de lo que Aurubis utiliza en el emplazamiento de la planta, el calor recuperado abastece hasta 8.000 hogares de cuatro personas, así como oficinas de la zona, hoteles y una universidad. Como el calor recuperado tiene una huella de carbono efectiva de cero, el proyecto reduce las emisiones de CO₂ en 20.000 toneladas al año, la mitad de ellas en la propia Aurubis. Una ventaja adicional es que Aurubis ya no necesita depender del agua de refrigeración extraída del río Elba, lo que beneficia aún más a la ecología local.

La Agencia Alemana de la Energía ha reconocido el proyecto como un "faro de aprovechamiento energético del calor residual". Y todavía hay potencial para hacer aún más. En la actualidad, sólo una de las tres líneas de la planta de contacto de Aurubis suministra calor residual industrial a HafenCity, lo que significa que aún pueden recuperarse 480.000.000 kWh. En el futuro, esto podría suponer una reducción de 140.000 toneladas anuales de emisiones de CO₂.