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Tratamiento y recuperación de COV’s mediante crio-condensación

La técnica de la crio-condensación consiste en el enfriamiento de emisiones atmosféricas a temperaturas muy bajas mediante la utilización de nitrógeno líquido.

Esta tecnología no es sólo útil para la depuración de emisiones con COV’s, sino que también permite la condensación y recuperación de materias primas costosas y contaminantes que suelen estar presentes en emisiones de procesos donde están implicados disolventes orgánicos.

La crio-condensación es un método limpio y no destructivo, ya que recupera en estado líquido aquellas emisiones de vapor que iban a ser enviadas a la atmósfera. Para ello se lleva a cabo la refrigeración controlada de los vapores de proceso de una sustancia determinada, hasta alcanzar el punto de rocío de la misma, momento en el que se inicia su condensación.

Mediante una columna de condensación, por la que atraviesa la corriente de aire contaminada por COV’s, circula a contracorriente un flujo de nitrógeno líquido, el cual enfría el aire con la sustancia volátil por debajo de la temperatura de condensación (se puede llagar hasta -200ºC). Esto produce la congelación de la humedad del aire y se obtiene el producto líquido que puede volver a ser utilizado en proceso. El nitrógeno empleado puede ser reutilizado mediante una pequeña estación de compresión para usarlo como gas en fabricación o se puede verter a la atmósfera si no hay una utilidad para el mismo.

La gama de equipos disponibles cubre un amplio espectro de disolventes a recuperar, como son: tolueno, acetona, metanol, derivados clorados, hidrocarburos, etc.

La crio-condensación permite tratar diferentes corrientes, caudales, presiones e incluso diseñar sistemas a medida para cada caso. Como ya hemos dicho, existe la posibilidad de rehusar los disolventes condensados así como el nitrógeno que se genera.

Como agente refrigerante se usa el nitrógeno líquido, que gracias a sus propiedades, permite la condensación de todas las sustancias consideradas COV´s, en un rango comprendido entre los -30 y -120 ºC.

La temperatura de condensación, viene determinada por los compuestos a tratar y por las ppm que queramos alcanzar en la corriente de emisión.

Depuración de COV (compuestos orgánicos volátiles)

depuracion de covLa depuración de COV originados en entornos industriales es de vital importancia, ya que los compuestos orgánicos volátiles son unos productos que pueden ser nocivos para la salud y producir importantes perjuicios a los recursos naturales. Con el fin de minimizar estos efectos, se publicó el Real Decreto 117/2003 sobre limitación de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas actividades, el cual aplica desde el 31 de octubre de 2007 a todas las industrias afectadas. Este Real Decreto marca para cada una de las actividades afectadas un umbral en el consumo de disolventes, así como unos límites de emisión de COV’s en los gases que salen por chimenea y en las emisiones difusas.

Para seleccionar la mejor tecnología para la depuración de COV hay que tener en cuenta el caudal, la concentración de COV’s, la temperatura y humedad del aire, los disolventes presentes, el límite de emisión permitido y la posible presencia de polvo y otros contaminantes. Por su parte, la empresa ha de valorar los recursos disponibles, la distribución temporal de las emisiones contaminantes así como la posibilidad de recuperar los disolventes y la energía térmica.

Las tecnologías de tratamiento se pueden dividir en dos grandes grupos: las destructivas y las no destructivas. Los tratamientos destructivos son aquellos en que los COV’s se transforman en otras sustancias mediante un procedimiento adecuado, mientras que los no destructivos consisten en la separación física o química de los COV’s del aire a tratar.

Tecnologías destructivas

En la oxidación térmica regenerativa (OTR),  igual que en las otras técnicas oxidativas, los COV’s se oxidan en una cámara de combustión con quemador y se transforman en CO2 y H2O. La OTR se caracteriza por la presencia de unas torres (normalmente 2 ó 3) rellenas de un material cerámico que retiene y cede el calor de combustión al aire tratado durante los sucesivos ciclos del proceso. Con estas torres se consigue una eficiencia de recuperación térmica superior al 95%. Es por tanto, una tecnología con un reducido consumo de combustible y si la concentración de los disolventes es superior a 1,5 – 2 g/Nm3 puede llegar a ser un proceso autotérmico con un consumo prácticamente nulo. La temperatura de trabajo se sitúa entre los 750 y los 1.250 ºC. A esta temperatura se pueden oxidar todas las sustancias orgánicas.

La oxidación térmica recuperativa es una tecnología más simple, con un coste de inversión menor pero unos mayores costes de gestión. Consiste en una cámara de combustión con un quemador y con un intercambiador de calor donde se calienta el aire de entrada y se enfría el aire depurado. Con esta técnica se puede conseguir una eficiencia de recuperación térmica del orden del 65%.

En la oxidación catalítica, la principal diferencia es que se consigue la combustión a temperaturas más bajas (200-400ºC) debido a la presencia de un catalizador en la cámara de combustión. Estos equipos son compactos, ocupan menos espacio y al trabajar a menor temperatura consumen menos combustible que la oxidación térmica recuperativa. Para aplicar esta tecnología hay que tener bien caracterizados todos los disolventes, pues puede haber algunos productos que envenenen el catalizador y obliguen a su sustitución.

Para todas las técnicas oxidativas hay que tener en cuenta, que en presencia de compuestos clorados y demás halogenados, éstos se transforman en productos del tipo HCl que no pueden ser emitidos a la atmósfera. Así, en presencia de halogenados es necesario poner a continuación, un scrubber para tratar las emisiones ácidas generadas.

En el caso de tener caudales de aire muy elevados (> 10.000 Nm3/h) con una concentración de COV’s muy baja (< 1g/Nm3), el combustible consumido con estas tecnologías es bastante elevado y con el fin de reducirlo es preciso poner como paso previo un rotoconcentrador, que consiste en una ‘rueda’ rellena de zeolitas, las cuales adsorben los COV’s del aire de entrada, teniendo en la salida un aire que ya está depurado. Una pequeña porción del aire depurado (entre una décima y una quinceava parte) se calienta a 200 ºC y se pasa a contracorriente para desadsorber los COV’s retenidos en las zeolitas. De esta forma, se obtiene un caudal de aire 10-15 veces inferior al inicial con una concentración 10-15 veces superior a la inicial. Este aire es el que se envía luego a la unidad de oxidación para ser depurado.

Para unos casos más puntuales, en los que se trabaja con concentraciones bajas y uniformes en el tiempo de disolventes biodegradables y solubles en agua, hay la posibilidad de usar la biofiltración en la que unos microorganismos se encargan de degradar la materia orgánica. La biofiltración, aunque se caracteriza por tener unos costes de gestión bajos, presenta también algunos inconvenientes debido a que los microorganismos necesitan unas condiciones estables de humedad, temperatura y alimentación, y en caso de que estas condiciones se vean repentinamente modificadas, supondrían un riesgo para el sustrato.

Tecnologías no destructivas

La tecnología más habitual en este grupo es la adsorción en carbón activo. En esta tecnología, se hace pasar el aire a tratar a través de un lecho con carbón activo que retiene los COV’s. El carbón activo se va cargando de COV’s y llega un momento en que se satura y pierde la capacidad adsorbente.

En este punto podemos desechar este carbón, gestionarlo como residuo y sustituirlo por uno nuevo, o bien regenerar el carbón con vapor o con un gas inerte (nitrógeno), lo cual permite recuperar los disolventes y reutilizarlos en el proceso productivo.

La condensación criogénica es un proceso que se basa en el enfriamiento a temperaturas extremadamente bajas del aire a tratar, mediante nitrógeno líquido u otro fluido criogénico. El aire contaminado se enfría progresivamente en los condensadores, por debajo de su punto de rocío, produciéndose la condensación de los COV’s y su separación de la fase gas.

La absorción física/química consiste en la retención de los contaminantes en una solución acuosa que fluye a contracorriente en el interior de unas torres de lavado.  A la solución acuosa de tratamiento se le puede añadir algún reactivo que reaccione con el contaminante para así favorecer su eliminación. Las torres de lavado deben ir acompañadas de un sistema para el tratamiento del agua que ha absorbido los contaminantes. En el caso de los COV’s, esta tecnología es aplicable en aquellos casos en que los productos sean solubles en agua (acetona, alcoholes, etc.).

Tratamiento de emisiones, aguas y efluentes en centrales termosolares

termosolares1Tratamiento de aguas y efluentes

La centrales termosolares consumen una elevada cantidad de agua, normalmente proveniente de ríos y pozos, destinada a la generación de vapor.

Este vapor es generado en unas turbinas, que necesitan agua ultrapura para obtener vapor de calidad. Por este motivo el agua que llega a la central ha de ser tratada en una Planta de Tratamiento de Aguas (PTA) antes de poder ser utilizada.

Estas plantas de tratamiento acostumbran a contar con un primer tratamiento mediante osmosis inversa y una segunda fase o post tratamiento con resinas o CEDI.

Una vez se ha obtenido el agua ultrapura, esta se envía en su mayor parte a la turbina de generación de vapor, reservando una pequeña cantidad para la limpieza de los paneles solares.

Por otra parte, también obtenemos un efluente que contiene todos los rechazos de la PTA (tierra y arena, bacterias y distintos tipos de sales), y que ha de ser tratado para poder ser vertido en lo que se conoce como Planta de Tratamiento de Efluentes (PTE).

En una PTE encontramos diferentes tecnologías a través de las cuales se trata el efluente hasta cristalizar las sales. Los principales procesos a los que se somete el efluente son el pretratamiento químico, las membranas, la evaporación al vacío y la cristalización.

Podéis encontrar más información sobre estos procesos en este post que publicamos hace unas semanas.

Tratamiento de emisiones

El calor captado por los colectores solares de una central termosolar es conducido hasta el bloque de potencia utilizando un fluido caloportador orgánico. Este fluido contiene moléculas derivadas del benceno, y sufre degradaciones que pueden tener un fuerte impacto en términos de seguridad, ya que algunos de los subproductos de esta degradación son potencialmente peligrosos.

Los mecanismos de degradación del fluido térmico son la contaminación, con restos de residuos de tuberías y con agua proveniente del ciclo agua-vapor, la oxidación, por reacción del aceite con el oxígeno ambiental, y el cracking, que se produce en los tubos absorbedores y en la caldera auxiliar al elevarse puntualmente la temperatura del fluido térmico.

Los productos obtenidos tras esta degradación son tres:

1. Sólidos, principalmente ácidos carboxílicos, carbón y carbonillas. Productos altamente inflamables y que también provocan corrosión debido a sus características ácidas.

2. Hidrocarburos de cadena corta provenientes de la ruptura de las moléculas de bifenilo y óxido de difenilo. Estos hidrocarburos de cadena corta tienen puntos de ebullición bajos. Modifican la viscosidad y el punto de inflamación.

3. Hidrocarburos de cadena larga, provenientes de la unión de muchos restos de cadena corta. Estos hidrocarburos modifican la viscosidad y las propiedades térmicas.

Para eliminarlos, las centrales solares están equipadas con tres tecnologías: el filtro principal, el sistema ullage y el sistema reclamation.

Llegados a este punto cabe destacar que los vapores emitidos en el sistema ullage contienen benceno, que ha de ser eliminado ya que es cancerigeno y sus límites de emisión son muy estrictos.

La tecnología adecuada para reducir estas emisiones de benceno son los filtros de carbón activo, que contienen material inerte que retienen los compuestos orgánicos volátiles y expulsan el aire depurado.

Tratamiento de emisiones de COV’s en la Industria Química y Farmacéutica

aire1

El Real Decreto 117/2003 sobre limitación de emisiones de compuestos orgánicos volátiles debidas al uso de disolventes en determinadas actividades es la normativa más directamente relacionada con las emisiones de COV’S.

Este Real Decreto, que es la transposición de la Directiva Europea 1999/13/CE, señala las actividades industriales que quedan afectadas, y para cada una de ellas marca un umbral en el consumo de disolventes, así como unos límites de emisión de COV’s en los gases que salen por chimenea y en las emisiones difusas. Los sectores de actividad afectados son muy variados y entre ellos, dos de los que destaca más por su amplio rango de afectación, son las actividades relacionadas con la industria química y farmacéutica, dos sectores que deben prestar atención especial a la depuración de emisiones con COV.

En los procesos de fabricación de los productos vinculados a estos sectores es muy habitual el uso de disolventes, entre los cuales podemos destacar los hidrocarburos alifáticos derivados del petróleo, xileno, tolueno, alcohol isopropílico, metanol, etanol, cetonas, benceno y diclorometano.

En el Anexo II del R.D. 117/2003 se marcan los límites de emisión de gases residuales para las distintas actividades afectadas. Estos límites son muy distintos según el tipo de industria y los disolventes consumidos.

Para el cumplimiento del Real Decreto, una de las primeras alternativas que se plantean las industrias es la substitución de los productos utilizados por productos similares que estén exentos de disolventes. Un inconveniente que presenta la sustitución de productos, es que a menudo exige la compra de maquinaria nueva y cambios en el proceso productivo. Además, a veces, y sobretodo en el sector químico-farmacéutico, no es posible hacer estos cambios, pues hay muchos compuestos que son insustituibles en el proceso de producción.

Cuando la alternativa por la que se opta, es reducir  la concentración de COV’s en las emisiones de gases residuales que salen por chimenea, hay diversas tecnologías para el tratamiento de aire que se pueden aplicar:

Oxidación térmica regenerativa
Oxidación térmica recuperativa
Oxidación catalítica
Adsorción en carbón activo
Rotoconcentración con zeolitas

Para seleccionar la más adecuada hay que analizar detalladamente en cada caso las características del aire a tratar y la capacidad tecnológica de la industria afectada.

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