sábado, 31 de diciembre de 2016

CONTAMINACIÓN INDUSTRIAL


Con el transcurso de los años, la actividad industrial ha permitido el avance y mejora en muchos aspectos a la calidad de vida de los seres vivos, sin embargo, los procesos empleados para el desarrollo tienen un costo, ademas de lo económico provocan efectos nocivos para el ecosistema. Tras esto la preocupación de diferentes comunidades, tanto científica como social se han manifestado, logrando que los gobiernos y multinacionales disminuyan la magnitud de contaminación con respecto a lo que mostraban en los años 80, sin embargo, la contaminación sigue haciéndose presente, y se puede ver en ríos y mares, por vertidos municipales e industriales sin tratamientos, suelos poluidos, vertederos a cielo abierto, emisión industriales sin control, etc.

En lo que es contaminación industrial encontramos liquidos, gases entre otros. Dentro de esta amplia gama de contaminantes  está la emisión de gases y material particulado. Estos corresponden en su mayoria a subproductos, sólidos y/o gases que no se reutilizan, se clasifican como deshechos, y su origen dependerá del tipo de industria. Por ejemplo, la producción de acero produce gran cantidad de monóxido de carbono, la generación de electricidad a partir de combustibles fósiles produce óxidos de nitrógeno (NOx), dióxidos de azufre (SO2), material particulado, metales pesados, dióxido de carbono (CO2) y monóxido de carbono (CO).

viernes, 30 de diciembre de 2016

TERMOELETRICIDAD

Como mencionábamos, la producción de electricidad usando como materia prima los combustibles fósiles genera una gran cantidad de contaminantes, los que serán liberados al entorno. Esto se vuelve un problema al saber que en Chile, el 50% de la electricidad es producida por este medio.





Estas industrias llamadas termoeléctricas funcionan según el combustible utilizado, puede ser: diésel, gas natural, biomasa (como la caldera utilizada en el proceso de la celulosa), carbón, entre otros. En el caso de la combustión de gas natural, se genera principalmente NOx. En el caso de la quema de petróleo y carbones, la producción de NOx es menor, siendo la generación de CO2, SO2 y el material particulado los principales contaminantes.
 

jueves, 29 de diciembre de 2016

FUNCIONAMIENTO TERMOELECTRICA

El funcionamiento de las centrales termoeléctricas convencionales es el mismo independiente del combustible que se utilice. Sin embargo, sí hay diferencias en el tratamiento previo que se hace al combustible y del diseño de los quemadores de las calderas de las centrales:

  • Centrales de carbón: Donde el combustible debe ser triturado previamente.
  • Centrales de fueloil: Donde el combustible se calienta para una utilización más fácil.
  • Centrales de gas natural: Que no precisa almacenaje, llegando así directamente por gaseoductos.
  • Centrales mixtas: Que pueden utilizar diferentes combustibles, siendo necesarios los tratamientos previos anteriormente citados.
Una vez el combustible está en la caldera, se quema generando energía calorífica, que se utilizará para calentar agua y transformandola en vapor a alta presión. El vapor se hace girar una turbina y un alternador para producir electricidad. La electricidad generada pasa por un transformador aumentando su tensión y así transportarla reduciendo las pérdidas por Efecto Joule. El vapor que sale de la turbina se envía a un condensador, para luego retomarlo en la caldera e iniciar nuevamente el proceso.



En el caso de la combustión de gas natural se genera principalmente NOx. En el caso de combustión de petróleo y carbones, la producción de NOx es menor, siendo la generación de CO2, SO2 y el material particulado los principales contaminantes. 

martes, 27 de diciembre de 2016

DIOXIDO DE CARBONO

Como ocurrió hace décadas con el fenómeno de la lluvia ácida, actualmente es el calentamiento global el que acapara el interés de las comunidades científica y sociales. Si bien los efectos de la lluvia ácida eran locales, el calentamiento global afecta de manera global, imponiendo una presión adicional a los países pobres, producto de las hambrunas originadas por las extensas sequías, o el fallecimiento de muchas personas por la ocurrencia de inundaciones o particularmente huracanes. 




¿Qué consecuencias tiene que aumenten las concentraciones de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera?

  • La temperatura media de la superficie terrestre se ha incrementado a lo largo del siglo XX en 0,6 ºC. En el siglo XXI se prevé que la temperatura global se incremente entre 1 y 5ºC.
  • En el Siglo XXI el nivel del mar subirá entre 9 y 88 cm, dependiendo de los escenarios de emisiones considerados.
  • Incremento de fenómenos de erosión y salinización en áreas costeras.
  • Aumento y propagación de enfermedades infecciosas.

lunes, 26 de diciembre de 2016

MATERIAL PARTICULADO


El Material particulado es una mezcla de partículas suspendidas en el aire de diferentes tamaños y composición química. Generalmente son compuestas de hidrocarburos, sulfuros y cenizas metálicas. Posterior de su emisión, estas reaccionan con el aire, esto daría a su variación en propiedades físicas y químicas.


En el aire encontramos dos tipos de partículas, PM 10, que son las de mayor tamaño, cuyo diámetro teórico es de 10 µm (micrones de metro, es decir, millonésima parte del metro). Estas quedarían retenidas en las vías respiratorias, provocando molestias en el sistema respiratorio. Por otra parte, están las PM 2.5, cuyo tamaño es de 2.5 µm teóricamente, a diferencia de la otra, éstas pueden ingresar al torrente sanguíneo, pudiendo dañar gravemente cualquier órgano o sistema.


Como afecta el material particulado al cuerpo humano


Porcentajes de principales fuentes de emisión de PM10 y PM2.5

domingo, 25 de diciembre de 2016

METALES MENORES

Mercurio

El mercurio es un metal pesado presente de forma natural en el medio ambiente bajo distintas formas o estructuras químicas. Elementalmente es líquido a temperatura ambiente pero tiende a evaporarse lentamente. Las formas más comunes de encontrarlo es mercurio inorgánico y orgánico.

Este metal es tóxico, persistente y tiene un ciclo global. Las emisiones de este son un problema a nivel mundial, porque contribuye a la deposición de otros compuestos, además posee una capacidad de transporte a largo alcance, ocasionando contaminación en regiones alejadas de la actividad industrial.

Depende del estado en que se encuentre el mercurio, las emisiones pueden ser controladas más fácilmente, por ejemplo, el mercurio inorgánico es fácilmente eliminado del aire, mientras que en estado elemental es más difícil de capturar y eliminar.

La inhalación es perjudicial para el sistema nervioso e inmunitario, el aparato digestivo, pulmones y riñones, las sales de mercurio son corrosivas para la piel, los ojos y el tracto intestinal; al ser ingeridas pueden resultar toxicas para las riñones

sábado, 24 de diciembre de 2016

MITIGACIÓN DE OXIDO DE NITROGENO


Oxido de Nitrogeno (NOx)

 Los NOx son causantes de problemas respiratorios y los niños que se vean expuestos pueden tener más probabilidad de contraer enfermedades respiratorias cuando sean adultos. El NO2 es un gas de color amarillento, y junto al NO suele estar muy ligado al O3, reaccionando fotoquímicamentre entre si, lo que formaría el smog fotoquímico, una niebla de pH muy ácido que se forma cuando hay emisiones en un sector donde las condiciones meteorológicas no favorecen la ventilación,

Un importante efecto, que comenzó a ser estudiado en los 80,  es la formación de lluvia ácida, fenómeno de nefastas consecuencias para los suelos, vegetación, infraestructura y salud.

Para todos los efectos mencionados es necesario intentar minimizar su producción, en este caso del oxido de nitrógeno. Esto se puede hacer mediante tres estrategias distintas:

  • Reduciendo la temperatura de operación
  • Reduciendo el tiempo de residencia de los gases, especialmente el nitrógeno, en la zona de combustión donde existen elevadas temperaturas
  • Disminuyendo la relación oxigeno-combustible. al reducir el exceso de oxigeno, se disminuye considerablemente la generación de NO


Absorción mediante reacción química


Consiste en la absorción de los NOX mediante una reacción química en fase líquida. El reactivo mayormente utilizado para su absorción es el ácido sulfúrico. Éste reacciona con los óxidos de nitrógeno para formar la especie HSO4NO (ácido nitrosilsulfúrico), la cual permanece en la fase líquida. En condiciones de elevada presión (2 atm) y baja temperatura (35ºC) los NOX quedan absorbidos en la fase líquida. En cambio, se puede revertir el proceso a elevada temperatura (180ºC) y baja presión (0,5 atm); en estas condiciones, se separa la molécula nitrogenada (ahora ácido nítrico por la presencia del agua) del ácido sulfúrico, el cual se puede reutilizar.


Este proceso presenta la desventaja de que se deben manipular reactivos químicos corrosivos y peligrosos a la vez que se requiere espacio físico para albergar el proceso. Las eficacias conseguidas no son elevadas, por lo que la técnica es recomendable para bajas cargas de NOX.


Reducción mediante reacción selectiva no catalítica (SNCR)

Esta técnica permite la reducción de emisiones de NOx mediante su conversión en nitrógeno gaseoso a través de una reacción química no catalítica, esto es posible gracias al aumento de temperatura entre 850-1100°C. Es importante destacar que la temperatura de operación depende directamente del agente reductor que se utilice, que puede ser amoniaco, urea, entre otros.

Esta técnica se suele utilizar en pequeñas calderas industriales, ya que en instalaciones de mayor tamaño trabajar en este rango de temperaturas es muy costoso. El equipo de SNCR no requiere un gran espacio, además de ser fácil de instalar y operar. No obstante, la eficiencia de reducción que se alcanza es moderada, por lo que esta técnica es válida para aquellos casos en que las emisiones de óxidos de nitrógeno son bajas. 


Reducción mediante reacción química catalítica selectiva (SCR)


Proceso catalítico en el que se reducen de forma selectiva los óxidos de nitrógeno en presencia de un catalizador mientras que el agente reductor (disolución acuosa de amoniaco, de urea o bien amoniaco licuado) se oxida a nitrógeno gas. El hecho de que la reacción se lleve a cabo sobre la superficie del catalizador hace posible que la temperatura necesaria esté comprendida en el rango 250-450 ºC.

A nivel de operación, cuanto mayor sea la relación NH3/NOX alimentada, mayor será la eficiencia conseguida. No obstante, también aumentará la cantidad de amoníaco que no ha reaccionado. Esta pérdida de amoníaco debe ser minimizada, ya que éste reacciona en presencia de agua con el SO3, para producir bisulfato de amonio (NH4HSO4), el cual es corrosivo y produce ensuciamiento en  instalaciones.
La elección del catalizador influye en parámetros claves como son la temperatura de operación y la extensión de la reacción, así como también condiciona directamente los costos de operación.
Existen cuatro materiales diferentes utilizados como catalizadores:

  • ·         Óxidos metálicos (de vanadio, tungsteno, molibdeno o cromo) sobre base de dióxido de titanio (TiO2
  • ·         Zeolitas
  • ·         Óxidos de hierro envueltos por una fina capa de fosfato de hierro
  • ·         Carbono activo



Las principales ventajas de la tecnología SCR se basan en el rendimiento de eliminación de NOX, además de transformar los NOX en nitrógeno gas sin producir ningún subproducto ni residuo.


Así, la emisión de óxidos de nitrógeno debe ser controlada al estar estrictamente regulada por la normativa vigente. El primer paso es minimizar la producción de estos gases. La producción que no se pueda prevenir, deberá ser tratada antes de liberar el resto de gases a la atmósfera. Para la eliminación de los NOX la técnica más eficiente es la reducción mediante reacción química catalítica selectiva (SCR).

viernes, 23 de diciembre de 2016

MITIGACION OXIDO DE AZUFRE



Dióxido de Azufre (SO2)

El dióxido de azufre es un gas incoloro que resulta irritante a concentraciones elevadas. En ciertos lugares, la concentración de este gas suele ser las alta, esto se debe a la combustión de elementos ricos en azufre que se mezclan con el oxígeno del aire.

Para disminuir la cantidad de SO2 contenido en los gases de escape, la manera más simple de lograrlo es cambiar la calidad del combustible, utilizando uno que contenga un bajo contenido de azufre. Si esto no es posible, existen sistemas de post combustión para estos efectos. La alternativa de incorporar estos sistemas que utilizan  reactivos secos o mojados, regenerables o no, es utilizarla como técnica para capturar estos gases.


Flue Gas Desulfuration (FGD)

Los sistemas de desulfurización de gas pueden ser clasificados según como el absorbente es tratado luego de la absorción de SO2 y se encuentran dos sistemas: Los regenerables y no regenerables que pueden ser clasificados a su vez como secos o húmedos. En procesos de depuradores húmedos, la mezcla de residuos húmedos y el gas de combustión a la salida del absorbedor, están saturados de humedad. En los procesos en seco, el material de desecho seco es producido y el gas que sale del absorbedor no está saturado con humedad. Dependiendo del tipo de reactante, o la posibilidad o no de regenerar estos reactantes, se tienen las clasificaciones siguientes:





FGD no regenerables

En los sistemas no generables el SO2 es permanentemente sometido a los absorbentes, los cuales deben eliminarse como desecho o pueden ser utilizados como un producto (por ejemplo en la industria cementera). Los procesos no regenerables son los más utilizados hoy en día, dado que el material reactante puede ser recuperado y el SO2 absorbido puede ser fácilmente procesado para convertirse en ácido sulfúrico y ser comercializado.


De depuradores húmedos

Funcionan de forma confiable en un modo de oxidación natural bajo ciertas condiciones favorables, es por esto que es necesario controlar dicho grado de oxidación, con el fin de ir mejorando la seguridad operativa del sistema.

El proceso en FGD en el cual a la piedra caliza se le obliga a sufrir un proceso de oxidación mediante el soplado de aire a la mezcla en la mezcla de absorbente (LSFO) se ha convertido en el preferido de todo el mundo la tecnología de desulfuración. Las configuraciones más usadas son el soplar aire dentro del tanque de reacción o bien en un tanque adicional de mantenimiento. Para poder funcionar LSFO requiere compresores/sopladores y tubería adicional.

Una variación de FGD de depuradores húmedos corresponde al proceso de oxidación de la piedra caliza inhibida (LSIO), proceso diseñado para controlar la oxidación en el absorbedor, funcionando particularmente bien cuando el carbón de alimentación de la planta tiene un alto contenido de azufre. 
Una última alternativa corresponde a la utilización de agua de mar, cuya natural alcalinidad neutraliza el SO2. La química de este proceso es similar a la de LSFO, salvo que la cal está completamente disuelta en agua de mar, por lo que no se necesita la disolución o precipitación de sólidos.


De depuradores secos

En esta tecnología los gases de escape tienen contacto con un absorbente alcalino (generalmente cal). Como resultado un residuo seco es producido con propiedades de manejo similares a la ceniza. El absorbente puede ser adherido a los gases de escape en una solución acuosa o como un polvo o directamente al horno o circulando en un lecho fluidizado.


FGD Regenerable

En los sistemas de regeneración el SO2 es removido del absorbente durante el paso de regeneración y este SO2 puede ser procesado para producir ácido sulfúrico, azufre elemental, o SO2 líquido. Este proceso es caracterizado por su producto, un concentrado de SO2. Esta tecnología solo es aplicada de manera marginal en el mundo, dado que es más costoso que los sistemas FGD no regenerables dado que demandan mayor cantidad de recursos de operación y mantenimiento. A continuación se presentan los tipos de sistemas de este tipo que existen.


Tecnología húmeda

En estos procesos se ve involucrado el óxido de magnesio, carbonato de sodio y las aminas, entre otros. El trabajo con carbonato de sodio consiste en que el SO2 es puesto en contacto con una solución de carbonato de sodio repartida por aspersión. El producto de la reacción es sulfito de sodio y sulfato de sodio, los cuales se reducen a sulfuro de sodio. Después de una reacción del sulfuro de sodio con dióxido de carbono y agua, el carbonato de sodio se regenera y el sulfuro de sodio es convertido en azufre. Las aminas cumplen un rol de gran importancia, ya que el SO2  es absorbido por una amina acuosa. Las aminas son regeneradas termalmente para liberar un concentrado de agua saturada con SO2, el cual puede ser tratado con tecnologías convencionales para producir ácido sulfúrico.


Tecnología seca

Este proceso involucra carbón activado y consiste en absorber el SO2 en un lecho en movimiento de carbón activado granulado. Este carbón activado es térmicamente regenerado para producir un concentrado de SO2, el cual puede ser tratado con tecnologías tradicionales para producir ácido sulfúrico.

jueves, 22 de diciembre de 2016

CONTROL DE EMISIONES DE MATERIAL PARTICULADO (MP)

Básicamente existen 5 mecanismos para el control de las emisiones de material particulado de distinta efectividad, los cuales varían en su precio de implementación, costos de operación y eficiencia de abatimiento de las emisiones.
Se debe tener en consideración que los dispositivos no destruyen el material particulado  sólo lo capturan, por esto es necesario disponer el material recolectado de una forma adecuada. Las partículas sólidas son recolectadas frecuentemente en un relleno, las aguas deben ser enviadas a una planta de tratamiento. Cuando sea posible el material particulado se recicla y vuelve a usar.

            Los mecanismos para capturar material particulado pueden ser a través de:

Precipitador Electrostático 


Este equipo presenta elevada captación (cercana al 99%) para todo tamaño de partículas de material particulado. Pero presenta como desventaja la sensibilidad a variables eléctricas.

 Captura las partículas sólidas en un flujo de gas por medio de electricidad, carga a las partículas sólidas de  electricidad para luego atraerlas a placas metálicas con cargas opuestas ubicadas en el precipitador. Las partículas se retiran de las placas mediante "golpes secos" y se recolectan en una tolva ubicada en la parte inferior de la unidad.




Filtro de tela 

El filtro de tela, trabaja bajo el mismo principio que una aspiradora doméstica. El flujo de gas pasa por el material del filtro que retira las partículas. Este equipo es eficiente para retener partículas finas y muchas veces puede sobrepasar 99% de remoción. Una desventaja del filtro de tela es que los gases a altas temperaturas frecuentemente deben ser enfriados antes de entrar en contacto con el medio filtrante.

Cuando la tela se ha saturado de partículas un flujo de aire en contracorriente es aplicado a éste con el fin de desprender las partículas de la tela.

Cámara de sedimentación 



Las cámaras de sedimentación son efectivas sólo para la remoción de partículas de mayor tamaño, por lo cual muchas veces se usan junto con un dispositivo más eficiente de control. Emplean la fuerza de gravedad para así remover partículas sólidas. El flujo de gas ingresa a una cámara donde disminuye la velocidad del gas. Las partículas más grandes caen del flujo de gas en una tolva.


Lavadores Venturi 


Los lavadores Venturi usan un flujo líquido para remover partículas sólidas y pueden alcanzar un 99% de eficiencia en la remoción de partículas pequeñas. Sin embargo, una desventaja es la producción de aguas residuales.

En estos sistemas, el gas resultante de la combustión, cargado con material particulado pasa por un tubo corto con extremos anchos y una sección estrecha. Esto provoca la aceleración del flujo de gas cuando aumenta la presión. El flujo de gas recibe un rocío de agua antes o durante la constricción en el tubo. La diferencia de velocidad y presión hace que las partículas y el agua se mezclen y combinen. La reducción de la velocidad en la sección expandida del cuello permite que las gotas de agua con partículas caigan del flujo de gas. 



El Ciclón




Es adecuado para capturar el material particulado de tamaño superior a 5 μm. En un ciclón los gases resultantes de la combustión son forzados a seguir un movimiento circular que ejerce una fuerza centrífuga sobre las partículas y las dirige a las paredes exteriores del ciclón. Las paredes de este equipo se tornan angostas en la parte inferior, lo que permite que éstas sean recolectadas en una tolva. Los gases filtrados son expulsados por la parte superior de la cámara, pasando por un espiral de flujo ascendente o vórtice formado por una espiral que se mueve hacia abajo.
El ciclón presenta eficiencias mayores que las cámaras de sedimentación gravitacional, pero menores que los filtros de manga o los precipitadores electrostáticos.

miércoles, 21 de diciembre de 2016

PROYECTO

Una de las misiones del ingeniero químico es modificar los procesos existentes y hacerlos más eficientes económicamente y amigables con el medio ambiente. Por esto proponemos el siguiente proceso de tratamiento de efluentes contaminantes: Obtención de CO2, N2, y captura de SO2 y MP, a partir de emisiones contaminantes de termoeléctricas a carbón.

Una corriente que contiene CO2 (420 kg/h), NO (254,17 kg/h), SO2 (258,3 kg/h) y MP10 (8,3 kg/h), entra a un proceso de tratamiento de efluentes. Primero pasa por un filtro de manga o de tela que alcanza un 99% de remoción de MP. Luego, un intercambiador de calor aumenta la temperatura a 250°C a la entrada de un reactor de reducción de NO mediante reacción química catalítica selectiva (SCR), al cual se une una corriente de NH3, cuyo rendimiento de reacción es de un 100%. La corriente pasa por un separador liquido-vapor que separa de manera excelente el N2 formado. Después, otro intercambiador disminuye la temperatura a la entrada de otro reactor de tratamiento de SO2 con cal mojada de magnesio para su fijación y posterior reutilización en otros procesos. Se separa con un equipo que remueve todo el (MgOH) 2SO3 formado (rendimiento de reacción 100%). Finalmente el agua y el CO2 inocuo son aislados mediante un separador L-V muy eficiente, el agua se envía a tratamiento y el CO2 se almacena para su reutilización.



ANÁLISIS GRADOS DE LIBERTAD:

Análisis de Grados de Libertad del Proceso

Reactor 1
Reactor 2
N° Variables Independientes
8
5
N° balance materia Independiente
4
4
N° flujos Conocidos
3
1
N° Composiciones Conocidas
0
0
N° relaciones conocidas
1
1

8-8=0
5-6= -1

BALANCE DE MATERIA:
·         FILTRO DE MANGA
Flujo másico:   m1 = 8,3 kg/h
-La eficiencia del filtro es de aprox. 100%:
m3=m1






















-



Nuestro proceso trabaja desde la idealidad y se obtienen resultados aceptables y coherentes. El CO2 puede reutilizarse, por ejemplo, en gasificación de bebidas y aunque las condiciones de salida no son óptimas el proceso es mejorable. También puede ser utilizado en la generación de energía geotérmica, que a grandes rasgos, consiste en utilizar el CO2 a alta presión para extraer el calor subterráneo. Esto permite prescindir del agua como elemento transportador y facilitar así la operación, ya que el CO2 se infiltra de forma más eficiente que el líquido entre las rocas porosas. Así, esta nueva técnica permite además ampliar el número de yacimientos geotermales dado que el CO2 llega a sitios donde el agua no podría acceder o en su defecto sería más costoso, tanto técnica como económicamente. El SO2 puede tratarse para obtener otros compuestos de interés económico como H2SO4 que se utiliza en la minería.

Se estima que los costos de este proceso serían:

  • Separador: $500000 dolares por cada separador, es decir, $1000000 en total
  • Reactores: $1200000 dolares por cada reactor, es decir, $2400000 en total
  • Filtro Manga: $19000 dolares por el filtro.
  • Válvula:  $70000 dolares
  • Cañerías: $500000 dolares
El valor estimado del proyecto es de $3989000, es decir, $3989 miles de dolares. El proceso está sujeto a cambios, ya que en cada planta al momento de construir no se comporta de la misma manera que cuando está en estudio. Cabe destacar que los valores corresponden netamente a los equipos, no se considera mano de obra.



jueves, 8 de diciembre de 2016

BIBLIOGRAFÍA

REFERENCIAS

Silva Castro, I. (s.f.). Tecnologías de mitigación de emisiones en centrales termoeléctricas a carbón. NOX y SO2, efectos y mecanismos de mitigación. Pontificia Universidad de Chile. Santiago, Chile. Recuperado de: http://hrudnick.sitios.ing.uc.cl/alumno10/mitigacion/SO2.html

Reducción de NOx. (s.f.). Tratamiento de los gases de combustión mediante reducción catalítica selectiva para el control de NOx. Madrid, España. Recuperado de: http://www.yara.es/reduccion-de-nox/para-plantas-industriales/sistemas/scr-technology/

Olego A & Johnson R. (s.f.). Central Barrancones.  Estado de centrales en Chile. Santiago, Chile. Recuperado de: http://hrudnick.sitios.ing.uc.cl/alumno10/mitigacion/SO2.html

Eliminación de NOx. (Noviembre, 2015).Barcelona, España. Recuperado de: http://blog.condorchem.com/eliminacion-de-nox/


Comisión Nacional del Medio Ambiente (Julio, 2009). Plan Nacional para la Gestión de los Riesgos del Mercurio. Santiago, Chile. Recuperado de: http://www.sinia.cl/1292/articles-45524_Plan_actualizado_Junio2009.pdf