Ejemplos de ahorro energético mediante la trigeneración en una industria farmacéutica en España

Se describe un proyecto de trigeneración llevado a cabo recientemente para cubrir las necesidades de

vapor, frío y energía eléctrica de una industria farmacéutica, con el que se consigue además un importante ahorro energético.

Introducción

Fermentaciones y Síntesis Españolas, S.A. (FYSE), empresa dedicada a la producción y comercialización de productos intermediarios y materias primas farmacéuticas, es una compañía filial de Erkimia, cabecera de la División Química del Grupo Ercos. Con sede en la ciudad de Aranjuez, FYSE dispone en la actualidad de una plantilla de 200 personas, que trabajan en las cuatro plantas principales (cada una de ellas dedicada a la producción de una línea diferente de productos), una superficie total de 24 hectáreas.

Actualmente, las ventas están en torno a los 200 millones de EUROS, exportándose aproximadamente el 70%. FYSE se encuentra firmemente establecida en los mercados mundiales, exportando a más de 60 países, incluyendo aquéllos con una industria farmacéutica más avanzada.

La mayor parte de los productos de FYSE se comercializan bajo contratos de suministro o como productos de libre venta.

En antibiótico original fosfomicina ha sido registrado en más de treinta países de Europa, América, Asia y Africa, a los cuales se exporta bajo contratos de suministro con compañías licenciatarias de primera línea. Eritromicina y pamotidina también se exportan directamente a laboratorios o a través de agentes y firmas comerciales.

Las penicilinas semi-sintéticas se venden principalmente en España, bajo acuerdos de suministro.

Descripción de los procesos de fyse y demanda energética de los mismos

2.1. FERMENTACION

Mediante el proceso de fermentación se produce eritromicina base. Actualmente, la producción es de

145 t/año. La planta consta de 5 fermentadores de 120 m3 y de otros 5 de 45 m3. El proceso de fabricación de eritromicina se realiza mediante un proceso aerobio, en el que la bacteria "streptomices" escreta un metabolito secundario que es la eritromicina, de la que existen varios derivados isómeros.

Se consume energía eléctrica en los agitadores y en los compresores de aire de proceso. La agitación se consigue mediante unas turbinas que consumen 2,5 kWh/m3 de caldo de cultivo.

La inyección de aire consume 2 kWh/m3 de caldo de cultivo.

Se utiliza vapor para esterilizar el medio de cultivo y mantener los niveles necesarios en los fermentadores y líneas para impedir la contaminación externa. Este consumo se acerca a 0,5 t de vapor saturado por m3 de caldo fermentado.

El proceso de fermentación es exotérmico como consecuencia del metabolismo de las materias primas realizado por el "streptomices", y por la energía mecánica incorporada, por lo que es preciso disipar esta energía térmica producida para mantener el proceso a una temperatura de 33,5°C a 34,5°C, a la que la actividad bacteriana es óptima. Esta energía se puede evaluar en 5.000 frigorías/ hora por m3 de caldo cosechado.

2.2. SINTESIS QUIMICA

La famotidina, la fosfomicina y las penicilinas semisintéticas se fabrican mediante procesos de síntesis

química. Las reacciones de síntesis se producen en distintos pasos intermedios, cada uno de los cuales presenta características distintas.

Algunos son endotérmicos, necesitándose en algunos casos temperaturas de hasta -30°C. Para ello se

dispone de grupos frigoríficos que producen salmuera a -16°C y salmuera a -40°C.

2.3. RECUPERACION DE DISOLVENTES

Los medios de reacción usados en FYSE suelen ser disolventes orgánicos. Todos los disolventes empleados en las distintas fabricaciones se recuperan en un planta aneja a las fabricaciones de síntesis.

Esta planta consta de sistema de lavado y de torres de destilación calentadas con vapor y con condensadores con agua.

2.4. DEMANDA ENERGETICA DE FYSE

El consumo total anual de energía eléctrica de FYSE es de 31,2 GWh/año, siendo regular y estable,

tanto en consumos horarios como diarios.

Las necesidades de vapor ascienden a 5 t/hora de vapor saturado a 8 kg/cm2 de forma continua.

Durante las fases de esterilización de los fermentadores, se producen puntos de consumo de 20 t/hora durante hora y media 270 días al año.

La demanda frigorífica en forma de agua fría es de 2.500.000 frigorías/ h.

Los puntos de consumo, como se ha indicado anteriormente, son:

– Fermentaciones.

– Síntesis química.

– Recuperación de disolventes.

– Almacenamiento de disolventes.

Proyecto UFEFYS

Con todo lo expuesto anteriormente, FYSE se plantea la necesidad de una planta de cogeneración

capaz de satisfacer sus necesidades energéticas y que cediese los excendentes de energía eléctrica

producida a la red. Sin embargo, carece de experiencia en este tipo de proyectos. Por tanto, busca la

colaboración con una empresa experta en sistemas de producción en régimen especial, decidiéndose

por Unión Fenosa Energías Especiales, que además es empresa del grupo de la compañía suministradora de energía eléctrica a FYSE, con lo que se facilita la resolución de los temas legales y productivos.

El 1 de junio de 2011 se crea UFEFYS, S.L. participada actualmente en un 75% por FYSE y un 25% por Unión Fenosa Energías Especiales. El objeto social de esta sociedad es, según se refleja en sus estatutos, la construcción, explotación y mantenimiento de una central de producción de energía eléctrica y vapor.

El estudio de viabilidad se realizó por Unión Fenosa Ingeniería, S.A., que además participa en el proyecto como ingeniería de supervisión en el desarrollo de la ingeniería de detalle eléctrica y de control y en la ingeniería y ejecución de la obra civil.

La planta de cogeneración se ha dimensionado con el criterio de
cubrir la demanda base de vapor de 5 t/hora.

Aunque no es obligatorio en este proyecto el cumplir con los requisitos de R.D. 2366 la planta se diseñó y dimensionó de acuerdo al R.D. citado.

Abengoa es la empresa suministradora de la planta bajo la modalidad de "llave en mano" con financiación del proyecto.

Se decidió la instalación de dos grupos motor-generador con una potencia total instalada de 12.500

KW, que utilizan fuelóleo nº 1 como combustible. Sin embargo, en la elección de los mismos se prestó

especial atención a los motores Diesel Deutz que pueden utilizar gas natural como combustible, introduciendo una serie de modificaciones, que consisten en la instalación de compresores y modificación de los elementos de inyección.

Una de las características diferenciales de esta planta de cogeneración con respecto a otras es la instalación de una máquina de absorción que permite producir agua fría a 10°C, con lo que en conjunto se trata de una planta de trigeneración.

Este agua garantiza la refrigeración del proceso de fermentación en unas condiciones que permiten

un rendimiento óptimo del mismo. Al mismo tiempo, el uso de este agua en la planta de tratamiento

de disolventes y en el almacenamiento de los mismos mejora la eficacia de la recuperación y consecuentemente disminuye la emisión de los mismos en forma gaseosa a la atmósfera.

En definitiva, que con la puesta en funcionamiento de la mencionada planta de trigeneración (Fig. 1),

FYSE se ha garantizado el suministro energético necesario para
sus procesos industriales. Obtiene además un mejor posicionamiento,
tanto desde el punto de vista patrimonial como industrial, mejorando la competitividad
respecto a otras industrias farmacéuticas competidoras que, como FYSE,
tienen grandes consumos energéticos.

La planta comenzó a funcionar en prueba el 10 de febrero de 2012,
y fue inaugurada oficialmente el 9 de julio de 2012.

Equipos principales de la planta

1. Grupos motor generador: se han instalado dos grupos electrógenos de 6.240 KW de potencia efectiva en bornes cada uno.

2. Caldera de recuperación de calor: la caldera de recuperación
de calor de los gases de escape de los motores es un generador
pirotubular con disposición de montaje horizontal.

3. Equipo de absorción: se ha instalado una máquina de absorción de efecto simple con ciclo de refrigeración basado en bromuro de litio/agua, con alimentación de agua a 90°C procedente del sistema de refrigeración de los motores.

En la Tabla I se recogen las características técnicas de estos equipos.

Balance energético y rendimientos

La demanda energética anual de FYSE en sus procesos es la siguiente:

Energía eléctrica: 31,2 GWh.

Energía térmica: 33,6 Mte.

Energía frigorífica: 21.900 Mfrg.

La producción de la planta de trigeneración es:

Energía eléctrica: 96 GWh.

Energía térmica: 26 Mte.

Energía frigorífica: 17.000 Mfrg.

De acuerdo con lo establecido en el RD 2366 para acogerse al régimen especial de autogenerador, el rendimiento eléctrico equivalente mínimo debe ser del 56% para motores que utilicen combustibles

líquidos en motores térmicos.

El rendimiento de la cogeneración, según el procedimiento establecido en la presente ley, es de:

Q = consumo de energía primaria (referido a PCI): 195 Mte.

V = unidades térmicas de calor útil demandas por la industria para sus procesos: 43 Mte.

E = energía eléctrica generada medida en bornes del alternador y expresada como Energía térmica:

85 Mte

Rendimiento eléctrico equivalente:

En la Tabla II se resumen los datos del balance energético, de los diferentes rendimientos y del ahorro

energético logrado con esta planta.

Influencia del protocolo eléctrico en UFEFYS

6.1. PREPARACION ANTE LA SITUACION PLANTEADA

El consumo de combustible representa actualmente un 39,24% del precio de venta del KWh. Si le sumamos los aditivos de preparación del combustible y los lubricantes, alcanzamos el 44,46 % y sumándole los costes de mantenimiento, el 51,11%.

Con la aprobación del Protocolo Eléctrico:

– El término de potencia pasa de 1.786 a 1.732 Centavos de Euro.

– El término de energía pasa de 8,08 a 7,84 Centavos de Euro.

– El término para discriminación horaria pasa de 9,93 a 9,48 Centavos de Euro.

Con estas variaciones a la baja, la incidencia del combustible en el precio de venta pasa al 40,43%. Si

le sumamos los aditivos de preparación del combustible y los lubricantes, pasamos al 45,81% y sumándole los costes de operación y mantenimiento, pasamos al 52,65%.

6.2. ESTUDIO DE OPTIMIZACION DEL CONSUMO DE COMBUSTIBLE

Para optimizar el precio de coste, hemos de actuar sobre el
consumo de combustible, ya que él solo representan algo
más del 40% del precio de venta. Para ello, debemos ejercer especial
vigilancia sobre:

– El combustible: un aumento del contenido en agua o en azufre, hace que aumente el consumo en el mismo porcentaje.

– Inyectores: trabajar con toberas desgastadas o en malas condiciones nos puede llevar a consumir un 2-3% más de combustible.

– Bombas de inyección: bombas con émbolos de inyección desgastados pueden aumentar el consumo de combustible entre un 2-3%.

– Filtros de aire de admisión: trabajar con filtros de aire sucios o depresión en la sala de motores, puede aumentar el consumo de combustible en 1%.

– Enfriadores de aire: los enfriadores de aire sucios puede provocar consumos de combustibles que superen el 1%.

– Circuito de baja: un aumento de temperatura en el agua del circuito de baja, provoca aumentos en el consumo que superan el 1%.

– Turbocompresores: turbocompresores con anillos de toberas sucios pueden llegar a provocar aumentos en el consumo que superen el 2%.

– Escapes: tuberías de escape sucias crean contrapresiones que provocan aumentos de consumos en más del 1%

Autor:

MSc. Javier Fernández Rey

Especialista del Departamento de Energía

Centro de Inmunología Molecular

Ciudad Habana, Cuba