Análisis y selección de sistemas de análisis y acondicionamiento de muestras en una planta de biocombustibles de segunda generación

Abstract

Este Trabajo de Fin de Máster se enmarca en el ámbito de la ingeniería de procesos para la transición energética, y se centra en el análisis y selección de sistemas analíticos y de acondicionamiento de muestra aplicados a una planta de biocombustibles de segunda generación. El trabajo se ha desarrollado en el Departamento de Instrumentación y Control de la empresa Técnicas Reunidas, en el marco de unas prácticas extracurriculares del Máster Universitario en Ingeniería Química, y en el contexto de un proyecto industrial real actualmente en fase de ingeniería de detalle. La planta objeto de estudio estará ubicada en el sur de España y contará con capacidad para procesar hasta 300.000 toneladas anuales de residuos agrícolas y aceites usados de cocina. Su diseño contempla el uso exclusivo de hidrógeno y electricidad renovable, y se prevé una reducción de hasta un 75% en las emisiones de CO2 en comparación con instalaciones convencionales, posicionándose como un referente en sostenibilidad industrial. El objetivo principal de este trabajo ha sido establecer los criterios técnicos para la correcta selección e integración de analizadores de proceso y sistemas de acondicionamiento de muestra, fundamentales para garantizar el control de calidad, la eficiencia operativa y el cumplimiento ambiental de la instalación. Para ello, se ha seguido una metodología sistemática basada en la identificación de variables críticas del proceso mediante el análisis de hojas de datos y diagramas de tuberías e instrumentación, la evaluación comparativa de tecnologías de análisis en línea, y la configuración conceptual de los sistemas de acondicionamiento de muestra adecuados para cada corriente del proceso. Los resultados incluyen una propuesta detallada de configuraciones instrumentales para diversas corrientes críticas del proceso (como gases de reciclaje, emisiones de hornos o sistemas de agua), así como el análisis del tiempo de respuesta de los analizadores seleccionados, teniendo en cuenta retardos por transporte, acondicionamiento y procesamiento. Se ha demostrado que una correcta selección y configuración de estos sistemas permite optimizar el control en tiempo real, reducir riesgos operativos, minimizar pérdidas energéticas y asegurar la calidad del producto final. Este Trabajo Fin de Máster proporciona una base técnica sólida para la toma de decisiones en proyectos de ingeniería de instrumentación aplicados a biorrefinerías, y contribuye activamente al desarrollo de soluciones industriales más seguras, eficientes y sostenibles

This Master’s Thesis focuses on the field of process engineering for the energy transition, specifically on the analysis and selection of process analyzers and sample conditioning systems for a second-generation biofuels plant. The project was developed within the Instrumentation and Control Department at the company Técnicas Reunidas, as part of an extracurricular internship within the Master’s Degree in Chemical Engineering, and in the context of a real industrial project currently in the detailed engineering phase. The plant under study will be located in southern Spain and will have the capacity to process up to 300.000 tons per year of agricultural residues and cooking oils. Its design includes the exclusive use of hydrogen and renewable electricity, and it is expected to achieve up to 75% reduction in CO2 emissions compared to conventional facilities, positioning it as a benchmark for industrial sustainability. The main objective of this work has been to establish the technical criteria for the appropriate selection and integration of process analyzers and sample conditioning systems, which are essential to ensure product quality, operational efficiency, and environmental compliance. To this end, a systematic methodology was followed, based on the identification of critical process variables through the analysis of data sheets and piping and instrumentation diagrams (P&IDs), a comparative evaluation of online analytical technologies, and the conceptual configuration of sample conditioning systems adapted to each process stream. The results include a detailed proposal for the instrumentation configurations of various critical process streams (such as recycled gases, furnace emissions and utility water systems), as well as an analysis of response times of the selected analyzers, considering transport, conditioning, and processing delays. It has been demonstrated that a well-designed instrumentation strategy significantly enhances real-time control, reduces operational risks, improves energy efficiency, and ensures product quality. This Master’s Thesis provides a solid technical foundation to support decision-making in instrumentation engineering projects applied to biorefineries and actively contributes to the development of safer, more efficient, and more sustainable industrial solutions