[PPT]PowerPoint Presentation - Polytechnique Montréal ... · Web viewSpent Merox caustic solution, waste oil-disulfide mixture. Wastewater treatment Not Applicable API separator

PowerPoint PresentationUniversity
Texas
Durante los últimos años, la percepción hacia los contaminantes ha cambiado, la industria tiene que encontrar maneras de fabricar productos sin crear contaminación o recuperar y reusar los materiales considerados desechos, esta filosofía es llamada prevención de la contaminación.
La integración de Procesos es, además de complementaria, altamente compatible con esta filosofía. Esta disciplina engloba un número de metodologías para diseñar y modificar los procesos industriales, basándose en la unidad de el proceso como un todo.
Este módulo presenta una panorama general de los principales problemas ambientales que enfrentan varias industrias en Norte América.
También presenta la integración de procesos como un método sistemático para resolver problemas ambientales.
Propósito del Módulo 2

TIER 3: Módulo Auxiliado por computadora
Éste módulo está dividido en tres tiers como sigue:
A&M
University
Texas
Este tier proveerá los antecedentes y una descripción general de las principales industrias en América del Norte; se enfocará en los retos ambientales actuales que enfrentan la industria de la pulpa y el papel, y la industria de refinación de petróleo.
TIER 1 : CONCEPTOS BÁSICOS
2.1 Fuerzas impulsoras, obstáculos y potencial.
2.3 Asuntos regulatorios en Norte América.
2.2 Descargas ambientales.
2. Industria del Petróleo
3.2 Descargas ambientales.
CONTENIDO
TIER 1 : CONCEPTOS BÁSICOS
1. PRINCIPALES INDUSTRIAS EN NORTEAMÉRICA
Los sectores industriales más importantes en América del Norte fueron clasificados no de acuerdo a su producción, sino revisando la cantidad de desechos y contaminantes.
Algunas estadísticas están organizadas por país :
CANADA
USA
MEXICO
University
Texas
Canadá es el exportador más grande del mundo de pulpa como materia prima y de productos de papel, haciendo de esta industria uno de los sectores contaminantes más importantes.
C A N A D A
Más estadísticas:
Canadian NPRI
Pulpa, Papel y Plantas de papel cartulina
Generación de electricidad, Transmisión y Distribución
Manufactura de Pesticidas, Fertilizantes y Otros Químicos para Agricultura
Extracción de Gas y Petróleo
Toneladas
39654
30693
8829
10102
9816
USA1
Industry
Metal Mining
Quantities of Releases by Industry
USA2
Chemical
Methanol
2,331,011,667
Toluene
1,787,944,977
Top 10 Chemicals with the Largest Total Releases, 2001
CANADA 1
39654
30693
8829
10102
9816
CANADA 2
22500.8
Methanol
20427.5
Tonnes
Top 5 Pollutants Released On Site in the Largest Quantities, 2001
MEXICO 1
0.14
Sevices
21.00
Top 20 Contaminantes Liberados On Site en grandes cantidades, 2001
C A N A D A
USA1
Industry
Metal Mining
USA2
Chemical
Methanol
2,331,011,667
Toluene
1,787,944,977
CANADA 1
39654
30693
8829
10102
0
0
0
0
0
Industrial Sectors Releasing the Largest Quantities of Pollutants On Site, 2001
CANADA 2
22500.8
Metanol
20427.5
0
0
0
0
0
Tonnes
MEXICO 1
0.14
Sevices
21.00
Metanol
Top 5 Contaminantes Liberados On Site en Grandes Cantidades, 2001
40915
22500.8
20427.5
16595.3
9387.3
USA1
Industry
Metal Mining
USA2
Chemical
Methanol
2,331,011,667
Toluene
1,787,944,977
CANADA 1
39654
30693
8829
10102
0
0
0
0
0
CANADA 2
22500.8
Metanol
20427.5
Tonnes
MEXICO 1
0.14
Sevices
21.00
Incluye refinerías y subproductos de petróleo.
La industria del petróleo de U.S.A es un fuerte contribuidor a la salud económica de los Estados Unidos, su producción representa cerca del 25% de la producción global.
La industria de Pulpa y Papel también es importante ya que U.S.A. es el mayor consumidor de estos productos, tanto en toneladas por año como en términos de consumo per cápita.
Más Estadísticas:
CANTIDADES LIBERADAS POR INDUSTRIA
CANTIDADES LIBERADAS POR INDUSTRIA
Metal Mining
USA2
Químico
Metanol
2,331,011,667
Tolueno
1,787,944,977
CANADA 1
39654
30693
8829
10102
0
0
0
0
0
CANADA 2
22500.8
Methanol
20427.5
0
0
0
0
0
Tonnes
MEXICO 1
0.14
Sevices
21.00
Top 10 Químicos con las Mayores Descargas Totales , 2001
2331011667
1787944977
1504105058
1355504817
1263772355
1256806620
1088001030
970193833
965794108
832570075
USA1
Industry
Metal Mining
USA2
Chemical
Metanol
2,331,011,667
Tolueno
1,787,944,977
CANADA 1
39654
30693
8829
10102
0
0
0
0
0
CANADA 2
22500.8
Methanol
20427.5
0
0
0
0
0
Tonnes
MEXICO 1
0.14
Sevices
21.00
M E X I C O
En México, el desarrollo de la industria del petróleo está fuertemente ligada a la tasa de empleo, la inflación, el crecimiento económico y el capital de inversión.
Contaminantes Peligrosos producidos por Industria
Metales primarios 12%
Las industrias de Petróleo proveen materia prima para las industrias químicas.e.g.
Madera 0%
Otros 0%
Textiles 1%
Alimentos 1%
Papel 1%
Minería 13 %
A&M
Petróleo
Como se mostró en la sección de estadísticas, existen dos industrias muy importantes para la economía y el desarrollo, las cuales también causan serios problemas ambientales, haciendo una conexión entre tres países.
Esta investigación está orientada a mostrar la manera en que la Integración de Procesos puede ser aplicada exitosamente. Para lograrlo, usaremos dos de las principales industrias en América del Norte:
A&M
University
Texas
Ninguna industria de energía hoy en día está más comprometida que la del petróleo en servir al sector agrícola, consumidor, de transportación global y de generación de energía. El petróleo y el gas natural son medios esenciales para el crecimiento económico, lo que implica enormes responsabilidades sociales y ambientales.
A&M
2.4 Asuntos Regulatorios en América del Norte.
2.3 Descargas Ambientales.
2. Industria del Petróleo
2.2.1 Definición
2.2.3 Procesos Industriales en la Industria de Refinación de Petróleo
2.2.4 Diagrama de flujo de Refinación
2.3.1 Fuentes atmosféricas de emisión de una Refinería
2.3.2 Tipos de aguas de desecho producidas en refinerías
2.3.3 Residuos de una Refinería
2.3.4 Descargas ambientales por proceso
2.4.1 Regulación en U.S.
University
Texas
De acuerdo a Abdallah S. Jum’ah, presidente de Arabia Saudita, la energía hoy en día, debe tener tres características que son totalmente interdependientes:
Con la finalidad de asegurar suministros confiables de petróleo y gas natural, debe existir un mecanismo suficientemente justo y estable para mantener entradas de capital de inversión. Por otro lado, la inversión ayudará a la industria a encontrar considerables medidas para proteger el ambiente.
Estas tres características pueden actuar como:
FUERZAS IMPULSORAS
First beak volume 20. 10 October 2002
Las características de la Industria del Petróleo están relacionadas. Con la finalidad de comprenderlas, se muestra el siguiente diagrama.
2.1 FUERZAS IMPULSORAS, OBSTÁCULOS Y POTENCIAL
La habilidad de cualquier nación para mantener el desarrollo doméstico dependerá de una fuente lista de combustibles y materia prima. Ningún otro proveedor hoy en dia es más capaz de asegurar tal continuidad de suministro que la industria del petróleo.
CONFIABILIDAD DE SUMINISTRO
La industria del petróleo es uno de las industrias de más capital intensivo, alto mantenimiento, altamente reguladas y con impuestos excesivamente elevados a nivel mundial.
COSTO RAZONABLE
El ambiente debe ser protegido para lograr el desarrollo sustentable.
PROTECCIÓN AMBIENTAL
A&M
Fuerzas impulsoras
Situaciones económicas y ambientales están involucradas en el desarrollo de la industria del petróleo, pero su reto final debe ser satisfacer las necesidades de la sociedad.
La industria de refinación de Petróleo es un fuerte contribuidor a la salud económica de los Estados Unidos y México.
Para México, esta industria se ha convertido en la parte mas importante de la economía nacional, es la primera fuente de ingresos para el país.
Los Hidrocarburos se mantendrán por mucho tiempo como la opción principal de fuente combustible para el progreso de la economía futura a nivel mundial. Esta es una razón no solo para proteger el aire, agua y recursos terrestres, sino también para continuar sirviendo a la sociedad a través de estos productos.
A&M
University
Texas
OBSTÁCULOS
La industria del petróleo ha sido impactada dramáticamente durante las pasadas tres décadas por disturbios geopolíticos y por los volátiles precios del petróleo. Actualmente las refinerías deben lidiar con:
Capital creciente y costos operacionales de regulación ambiental.
Precios volátiles del crudo
Calidad variable de crudo
A&M
University
Texas
El impacto ambiental producido por la industria del petróleo cubre los efectos de todos y cada uno de los pasos en el ciclo energético, lo que significa:
explotación
extracción
refinación
transportación
almacenamiento
consumo
descargas
OBSTÁCULOS
University
Texas
POTENCIALES
La fuente natural por si misma y la confiabilidad de suministro deben ser los mayores potenciales para el país que los posee.
La tecnología juega un rol importante en el desarrollo de la industria del petróleo. También, la investigación y el desarrollo influyen al mantener los precios del petróleo en un nivel razonable. En el pasado, nuevas tecnologías han mejorado nuestros métodos de exploración y producción, junto con las eficiencias aguas abajo que llevan a combustibles automotores de combustión limpia y productos de mayor valor de cada barril de petróleo crudo, permitiendo el incremento y la mejora de la industria.
U.S. es el generador más grande y más sofisticado de productos de petróleo refinado en el mundo, representando cerca del 25% de la producción global.
Aspectos sociales y ambientales serán decisivos en las condiciones que enmarcan el futuro de la industria del gas y petróleo. La tecnología es una herramienta que puede ayudar a realizar esta tarea.
A&M
2.2 INDUSTRIA DE REFINACIÓN DE PETRÓLEO
Refinación de Petróleo es la separación física, térmica y química del petróleo crudo en sus principales fracciones (destilados), que posteriormente son procesados a través de una serie de etapas de separación y conversión hasta obtener productos terminados de petróleo.
Las refinerías de Petróleo son sistemas complejos de múltiples operaciones, las cuales dependen de las propiedades del crudo a refinar y de los productos deseados.
2.2.1 DEFINICIÓN
A&M
University
Texas
2.2.2 Los productos primarios de esta industria se dividen en tres categorías:
COMBUSTIBLES
PRODUCTOS TERMINADOS NO COMBUSTIBLES
Solventes, aceites lubricantes, grasas, cera de petróleo, jalea de petróleo, asfalto y coque.
Gasolina de motor, diesel y aceite combustible destilado, combustible de jet, aceite combustible residual, queroseno y coque.
Estos productos son usados como alimentación primaria en un vasto número de productos: fertilizantes, pesticidas, pinturas, ceras, tiners, fluidos solventes limpiadores, detergentes, refrigerantes, resinas, anti-freeze, selladores, aislantes, látex, compuestos de goma, plásticos duros, plástico en hojas y fibras sintéticas.
A&M
2.2.3 PROCESOS INDUSTRIALES EN LA INDUSTRIA DE REFINACIÓN DE PETRÓLEO
El proceso de refinación involucra cinco procesos principales que son brevemente descritos a continuación:
PROCESOS DE SEPARACIÓN
Estos procesos involucran la separación del petróleo crudo en sus diferentes fracciones de compuestos hidrocarbonados basándose en la diferencia de puntos de ebullición. Usualmente estas fracciones requieren procesamiento adicional para fabricar productos terminados que puedan ser vendidos en el mercado.
Destilación atmosférica
OPERACIONES ASOCIADAS
Con el objetivo de comprender de donde provienen las descargas al ambiente, haremos una revisión del proceso de refinación.
ASSOCIATED OPERATIONS:
Atmospheric distillation
Vacuum distillation
A&M
Incluye procesos usados para fragmentar moléculas grandes de cadena larga en otras mas pequeñas por medio de calor usando catalizadores.
Cracking (térmico y catalítico)
2.2.3 PROCESOS INDUSTRIALES EN LA INDUSTRIA DE REFINACIÓN DEL PETRÓLEO
A&M
PROCESOS DE TRATAMIENTO
Los procesos de tratamiento de petróleo son usados para separar los compuestos indeseables y las impurezas como azufre, nitrógeno y metales pesados de los productos.
Hidrodesulfurización
Hidrotratamiento
A&M
PROCESOS DE MEZCLADO/COMBINACIÓN
Éstos son usados para crear mezclas con las diversas fracciones problema para producir un producto final deseado, algunos ejemplos de esto son los aceites lubricantes, asfaltos, o gasolina con diferentes grados de octanaje.
Almacenamiento
Mezclado
Loading
Unloading
2.2.3 PROCESOS INDUSTRIALES EN LA INDUSTRIA DE REFINACIÓN DE PETRÓLEO
A&M
PROCESOS AUXILIARES
Procesos que son vitales para las operaciones al proveer energía, tratamiento de desechos y otros servicios útiles. Los productos de estas unidades usualmente son reciclados y usados en otros procesos dentro de la refinería y son importantes ya que minimizan la contaminación de aire y agua.
Boilers
Producción de hidrógeno
A&M
2.3 DESCARGAS AL AMBIENTE
Ahora que hemos visto los fundamentos del Proceso de Refinación, podemos plantear algunas preguntas:
¿Cuáles son las descargas de esta industria?
¿Cómo son descargadas?
¿De donde vienen?
Para responder a estas preguntas, en esta sección se expondrá:
Fuentes de emisión al aire
Fuentes de aguas de desecho
Residuos
A&M
2.3.1 FUENTES DE EMISIÓN AL AIRE PROCEDENTES DE REFINERÍAS
EMISIONES DE COMBUSTIÓN: asociadas con la quema de combustibles en la refinería, incluyen combustibles usados para la generación de electricidad.
EMISIONES DE FUGAS EN EQUIPOS (emisiones fugitivas): liberadas por válvulas, bombas u otros artefactos de proceso con fisuras, infiltraciones o fugas. Están compuestas primariamente de compuestos volátiles como amoniaco, benceno, tolueno, propileno, xileno y otros.
EMISIONES DE RESPIRADEROS DE PROCESO: típicamente incluye emisiones generadas durante el proceso de refinación en sí mismo. Corrientes gaseosas de todos los procesos de la refinería contienen cantidades variables de gas combustible, sulfuro de hidrógeno y amoniaco.
EMISIONES DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO: liberadas cuando el producto es transferido a y desde tanques de almacenamiento.
EMISIONES DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUA DE DESECHO: de tanques, estanques y drenaje de sistemas de aguas residuales.
A&M
2.3.2 TIPOS DE AGUA DE DESECHO PRODUCIDA EN LAS REFINERÍAS
AGUA RESIDUAL SUPERFICIAL: se genera de manera intermitente y puede contener constituyentes de derrames a la superficie, goteras en equipos y materia de drenaje.
AGUA DE ENFRIAMIENTO la cual normalmente no entra en contacto con las corrientes aceitosas y contiene menos contaminantes que el agua de desecho de proceso. Puede contener aditivos químicos usados para prevenir el crecimiento biológico en las tuberías de los intercambiadores de calor .
AGUA DE DESECHO DE PROCESO que ha sido contaminada por contacto directo con el petróleo, representa una parte significativa del agua de desecho total de la refinería. La mayor parte de estas aguas amargas son también sometidas a tratamiento para remover amoniaco y sulfuro de hidrógeno.
A&M
2.3.3 RESIDUOS DE REFINERÍA
La mayoría de los residuos de las refinerías se encuentran en forma de lodos, sosas gastadas, catalizadores de proceso gastados, lodos de filtración y ceniza de incinerador.
RESIDUOS NO PELIGROSOS son incinerados, enviados a almacenamiento en rellenos o regenerados para proveer productos que puedan ser vendibles o enviados nuevamente a la refinería para su reuso.
DESECHOS PELIGROSOS están regulados por el Acta de Conservación y Recuperación de Recursos (Resource Conservation and Recovery Act, RCRA). Entre los desechos peligrosos listados se encuentran lodos aceitosos, emulsiones aceitosas derramadas, materiales flotadores resultantes de la flotación con aire disuelto, sólidos de corrosión de plomo de los fondos de los tanques y desechos provenientes de la limpieza de intercambiadores de calor.
QUÍMICOS TÓXICOS son usados también en grandes cantidades por las refinerías. Son monitoreados por el Inventario de Descargas Tóxicas (TRI).
Estos residuos pueden ser clasificados como sigue:
A&M
EFLUENTES LÍQUIDOS
Aproximadamente 3.5-5 metros cúbicos de agua de desecho por tonelada de crudo son generadas cuando se recicla el agua de enfriamiento.
Las refinerías generan desechos sólidos y lodos en el rango de 3 a 5 kg por tonelada de crudo procesado, 80% de estos lodos pueden considerarse peligrosos por su contenido de compuestos orgánicos tóxicos y metales pesados.
DESECHOS SÓLIDOS
Particulate matter
0.0025
VOC
1
Contaminante
BOD
150-250
COD
300-600
Phenoles
20-200
Aceite
100-300
Benceno
1-100
Benzopireno
1-100
PARTE 1
Desechos Residuales Generados
Desalado de petróleo crudo
Gas de chimenea del calentador (CO, SOx, NOx, hidrocarburos y partículas), emisiones fugitivas (hidrocarburos)
Flujo = 2.1 Gal/Bbl petróleo, H2S, NH3, fenol, altos niveles de sólidos suspendidos, sólidos disueltos, alta BOD, temperatura elevada.
Petróleo crudo/lodos desalados (hierro oxidado, arcilla, tierra, agua, aceite y cera emulsificada, metales)
Destilación Atmosférica
Gas de chimenea del calentador (CO, SOx, NOx, hIdrocarburos y partículas), emisiones fugitivas (hydrocarburos)
Flujo = 26 Gal/Bbl petróleo, H2S, NH3 sólidos suspendidos, cloruros, mercaptanos, fenol, pH elevado.
Tipicamente pocos o ningún desecho residual generado.
Destilación al vacío
Emisiones del eyector de vapor (hidrocarburos), Gas de chimenea del calentador (CO, SOx, NOx, hidrocarburos y partículas), respiraderos y emisiones fugitivas (hidrocarburos).
Cracking térmico /Visbreaking
Gas de chimenea del calentador (CO, SOx, NOx, hidrocarburos y partículas), respiraderos y emisiones fugitivas (hidrocarburos)
Flujo = 2.0 Gal/Bbl petróleo, H2S, NH3, fenol, sólidos suspendidos, pH, BOD y elevados.
Tipicamente pocos o ningún desecho residual generado.
Coking
Gas de chimenea del calentador (CO, SOx, NOx, hidrocarburos y partículas), respiraderos y emisiones fugitivas (hidrocarburos) y emisiones de decoking (hidrocarburos y partículas).
Flujo = 1.0 Gal/Bbl. Alto pH, H2S, NH3, sólidos suspendidos, COD.
Polvo de Coke (partículas de carbón e hidrocarburos).
Catalytic Cracking
Heater stack gas (CO, SOx, NOx, hydrocarbons and particulates), fugitive emissions (hydrocarbons) and catalyst regeneration (CO, NOx, SOx, and particulates).
Flow 1.5 Gal/Bbl High levels of oil, suspended solids, phenols cyanides, H2S, NH3, high pH, BOD, COD.
Spent catalysts (metals from crude oil and hydrocarbons), spent catalyst fines from electrostatic precipitators (aluminum silicate and metals).
Catalytic Hydrocracking
Heater stack gas (CO, SOx, NOx, hydrocarbons and particulates), fugitive emissions (hydrocarbons) and catalyst regeneration (CO, NOx, SOx, and catalyst dust).
Flow = 2.0 Gal/Bbl High COD, suspended solids, H2S, relatively low levels of BOD.
Spent catalysts fines (metals from crude oil, and hydrocarbons).
Hydrotreating/Hydroprocessing
Heater stack gas (CO, SOx, NOx, hydrocarbons and particulates), vents and fugitive emissions (hydrocarbons) and catalyst regeneration (CO, NOx, SOx, and catalyst dust).
Flow = 1.0 Gal/Bbl H2S. NH3, High pH, phenols suspended solids, BOD, COD.
Spent catalyst fines (aluminum silicate and metals).
Alkylation
Heater stack gas (CO, SOx, NOx, hydrocarbons and particulates), vents and fugitive emissions (hydrocarbons)
Low pH, suspended solids, dissolved solids, COD, H2S, spent sulfuric acid.
Neutralized alkylation sludge (sulfuric acid or calcium fluoride, hydrocarbons).
Isomerization
Low pH, chloride salts, caustic wash, relatively low H2S and NH3.
Calcium chloride sludge from neutralized HCl gas.
Polymerization
Spent catalyst containing phosphoric acid.
Catalytic Reforming
Heater stack gas (CO, SOx, NOx, hydrocarbons and particulates), HCl potentially in light ends), vents and fugitive emissions (hydrocarbons)
Flow = 6.0 Gal/Bbl High levels oil, suspended solids, COD. Relatively low H2S.
Spent catalyst fines from electrostatic precipitators (alumina silicate and metals).
Solvent Extraction
Fugitive solvents
Oil solvents
Dewaxing
Propane Deasphalting
Heater stack gas (CO, SOx, NOx, hydrocarbons and particulates), fugitive propane.
Oil solvents
Merox treating
Little or no wastewater generated
Spent Merox caustic solution, waste oil-disulfide mixture.
Wastewater treatment
Not Applicable
API separator sludge (phenols, metals and oil), chemical precipitation sludge (chemical coagulants, oil), DAF floats, biological sludges (metals, oil, suspended solids), spent lime.
Gas Treatment and Sulfur Recovery
SOx, NOx, and H2S from vent and tail gas emissions.
H2S, NH3, amines, Stretford solution.
Spent catalyst.
Little of no residual waste generated.
Heat Exchanger cleaning
Storage Tanks
Water drained from tanks contaminated with tank product
Tank bottom sludge (iron rust, clay, sand, water, emulsified oil and wax, metals)
Blowdown and flare
Combustion products (CO, SOx, NOx, and hydrocarbons) from flares, fugitive emissions
Little or no residual waste generated.
Sheet2
Sheet3
PARTE 2
Heater stack gas (CO, SOx, NOx, hydrocarbons and particulates), fugitive emissions (hydrocarbons)
Flow = 2.1 Gal/Bbl Oil, H2S, NH3, phenol, high levels of suspended solids, dissolved solids, high BOD, high temperature
Crude oil/desalted sludge (iron rust, clay, sand, water, emulsified oil and wax, metals)
Flow = 26 Gal/Bbl Oil, H2S, NH3 suspended solids, chlorides, mercaptans, phenol, elevated pH.
Typically, little or no residual waste generated.
Vacuum distillation
Steam ejector emissions (hydrocarbons), heater stack gas (CO, SOx, NOx, hydrocarbons and particulates), vents and fugitive emissions (hydrocarbons).
Thermal Cracking/Visbreaking
Flow = 2.0 Gal/Bbl Oil, H2S, NH3, phenol, suspended solids, high pH, BOD, COD.
Coking
Heater stack gas (CO, SOx, NOx, hydrocarbons and particulates), vents and fugitive emissions (hydrocarbons) and decoking emissions (hydrocarbons and particulates).
Flow = 1.0 Gal/Bbl High pH, H2S, NH3, suspended solids, COD.
Coke dust (carbon particles and hydrocarbons).
Proceso
Desechos Residuales Generados
Gas de chimenea del calentador (CO, SOx, NOx, hidrocarburos y partículas), emisiones fugitivas (hidrocarburos) y regeneración de catalizadores (CO, NOx, SOx, y partículas).
Flujo 1.5 Gal/Bbl. Niveles elevados de aceite, sólidos suspendidos, fenoles, cianuro, H2S, NH3, Alto pH, BOD, COD.
Catalizadores gastados (metales del petróleo crudo e hidrocarburos), catalizadores gastados finos de los precipitadores electrostáticos (silicato de aluminio y metales).
Hidrocracking catalítico
Gas de chimenea del calentador (CO, SOx, NOx, hidrocarburos y partículas), emisiones fugitivas (hidrocarburos) y regeneración de catalizadores (CO, NOx, SOx, y polvo de catalizador)
Flujo = 2.0 Gal/Bbl Alto COD, sólidos suspendidos, H2S, niveles relativamente bajos de BOD.
Catalizadores gastados finos (metales del petróleo crudo e hidrocarburos).
Hidrotratamiento/Hidroprocesamiento
Gas de chimenea del calentador (CO, SOx, NOx, hidrocarburos y partículas), respiraderos y emisiones fugitivas (hidrocarburos) y regeneración de catalizadores (CO, NOx, SOx, y polvo de catalizador),
Flujo = 1.0 Gal/Bbl H2S. NH3, High pH, fenoles, sólidos suspendidos, BOD, COD.
Catalizadores gastados finos (silicado de aluminio y metales).
Alquilación
pH bajo, sólidos suspendidos, sólidos disueltos, COD, H2S, ácido sulfúrico gastado.
Lodos neutralizados de alquilación (ácido sulfúrico o fluoruro de calcio, hidrocarburos).
Isomerización
pH bajo, sales de cloro, lavado cáustico, relativamente bajos H2S and NH3.
Cloruro de calcio, lodo del gas HCl neutralizado.
Polymerization
Catalytic Reforming
Solvent Extraction
Fugitive solvents
Oil solvents
Dewaxing
Oil solvents
Merox treating
Not Applicable
Spent catalyst.
Storage Tanks
Blowdown and flare
Sheet2
Sheet3
PARTE 3
Vacuum distillation
Coking
Process
Alkylation
Isomerization
Proceso
Desechos residuales generados
Catalizadores gastados conteniendo ácido fosfórico.
Reformado catalítico
Gas de chimenea del calentador (CO, SOx, NOx, hidrocarburos y partículas), HCl potencialmente en las fracciones ligeras), respiraderos y emisiones fugitivas (hidrocarburos).
Flujo = 6.0 Gal/Bbl. Altos niveles de petróleo, sólidos suspendidos, COD. Relativamente bajo H2S.
Catalizadores finos de los precipitadores electrostáticos (silicato de alúmina y metales).
Extracción con solventes
Remoción de ceras
Solventes fugitivos, calentadores.
Solventes de aceite
Desfaltado de Propano
Gas de chimenea del calentador (CO, SOx, NOx, hidrocarburos y partículas), propano fugitivo.
Solventes de aceite
TratamientoMerox
Solución cáustica Merox gastada, desecho de mezcla aceite-disulfuro.
Tratamiento de aguas de desecho
Emisiones fugitivas (H2S, NH3, e hidrocarburos)
No aplica
Lodos del separador API (fenoles, metales y aceite), lodos de precipitación química (coagulantes químicos, aceite), DAF flotadores, lodos biológicos (metales, aceite, sólidos suspendidos), cal gastada.
Spent catalyst.
Storage Tanks
Blowdown and flare
Sheet2
Sheet3
PARTE 4
Vacuum distillation
Coking
Process
Alkylation
Isomerization
Process
Catalytic Reforming
Solvent Extraction
Fugitive solvents
Oil solvents
Dewaxing
Oil solvents
Merox treating
Not Applicable
Proceso
Desechos residuales generados
Tratamiento de gases y recuperación de azufre
SOx, NOx, y H2S de respiraderos y emisiones gaseosas de cola.
H2S, NH3, aminas, solución Stretford.
Catalizadores gastados.
Pocos desechos residuales generados o ninguno.
Limpieza de Intercambiadores de calor
Emisiones fugitivas periódicas (hidrocarburos)
Lodos de intercambiadores de calor (aceite, metales y sólidos suspendidos)
Tanques de almacenamiento
Emisiones fugitivas (hidrocarburos)
Agua drenada de tanques contaminados con producto.
Lodos de fondo de tanque (hierro oxidado, arcilla, arena, agua, cera y aceite emulsificados, metales)
Blowdown and flare
Productos de combustión (CO, SOx, NOx, e hidrocarburos) de chimeneas, emisiones fugitivas.
Poca o nada de agua de desecho generada.
Pocos desechos residuales generados o ninguno.
Sheet2
Sheet3
2.4 REGULACIÓN EN AMÉRICA DEL NORTE
La industria de Refinación de Petróleo es única en cuanto a que los requerimientos ambientales orientados a la industria son de dos tipos básicos:
Para el propósito de este módulo, nos centraremos en las refinerías, que serán usadas para mostrar algunas técnicas de Integración de Procesos.
Las refinerías de petróleo son plantas complejas, y la combinación y secuencia de procesos es usualmente muy específica de acuerdo a las características de la materia prima y los productos. Por esta razón, las regulación para este sector es muy específica y dispersa, porque una sola unidad de procesamiento tiene regulaciones para descargas al agua, aire y suelo, todas éstas legisladas por diferentes documentos oficiales.
Requerimientos dirigidos a reducir el impacto ambiental de las mismas refinerías.
Requerimientos exigiendo calidades específicas de producto con el propósito de reducir el impacto ambiental asociado con el uso del mismo.
A&M
University
Texas
En el caso de los Estados Unidos, existen numerosas regulaciones federales que afectan la industria de Refinación. La Agencia para la Protección Ambiental (Environmental Protection Agency, EPA) contiene varios documentos dependiendo del tipo de recurso que pretende proteger, (e.g. aire, agua y suelo).
Cada uno de estos documentos presenta requerimientos que aplican para cada sector industrial. Entonces, cuando los requerimientos para cierta industria son necesitados, partes específicas del documento serán usadas. Por ejemplo,
El Acta de enmiendas del Aire Limpio (Clean Air Act Amendments) de 1990 contiene algunos programas para reducir las emisiones al aire por industria dentro de las que se incluye a las refinerías:
New Source Review,
National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants
Al mismo tiempo, en The New Source Performance Standards se encuentran algunas secciones para las refinerías:
Subparte J Standards of Performance for Petroleum Refineries
Subparte KKK Standards of Performance for Volatile Organic Liquid Storage Vessels.
Subparte GG Standard of Performances for Stationary Gas Turbines.
Subparte GGG Standards of Performance for Equipment Leaks of VOC in Petroleum Refineries
University
Texas
Todas las secciones contienen diagramas de flujo, donde, dependiendo del proceso usado, debe aplicarse cierta norma.
Sheet1
Legislación
Clean air Act de 1970 (CAA) y regulaciones
National Ambient Air Quality Standards (NAAQS) establece seis constituyentes; nuevos estandars de NAAQS que requieren el control de partículas sólidas de 2.5 micrones o mas pequeñas; gasolina libre de plomo; combustibles bajos en azufre; gasolina reformulada, contaminantes de aire peligrosos.
Clean Air Act Amendments of 1990 (CAAA) y regulaciones posteriores.
El programa de Combustibles Oxigenados para "áreas no logradas" , bajo nivel de azufre en combustible diesel; Programa de combustibles reformulados; Programa de remoción de gasolina con plomo; Regulaciones de presión de vapor de Reid para reducir VOCs y otros precursores de ozono; Oxygenated Fuels Program for “ nonattainment areas” low sulfur highway diesel fuel; Reformulated fuels Program; Leaded Gasoline Removal Program; Reid Vapor pressure regulations to reduce VOCs and other ozon precursors.
Resource Conservation and Recovery Act (RCRA)
Estandares y regulaciones para el manejo y disposición de desechos sólidos peligrosos.
Clean Water Act (CWA)
Safe Drinking Water Act (SDWA)
Regula el almacenamiento de agua de desecho en pozos de inyección en subsuelo.
Comprehensive Environmental Response, Compensation, and Liability Act (CERCLA)
“super-reserva”, La responsabilidad de CERCLA por sustancias peligrosas puede aplicar a desechos generados durante la refinación, incluye descargas anteriores, están excentos el petróleo y el petróleo crudo; toma medidas contra el daño a los recursos naturales.
Emergency Planning and Community Right-to-Know (EPCRA).
Requiere reportes anuales de las descargas y transferencias de químicos tóxicos listados; reporta la presencia de "sustancias extremadamente peligrosas" en exceso o Requires annual reporting on the releases and transfers of listed toxic chemicals; reporting presence of “extremely hazardous substances’ in excess or threshold planning quantities; reporting certain releases of CERCL hazardous substances and EPCRA extrem
1990 Oil Pollution act and Spill Prevention Control and Countermeasure Plans
Responsabilidad contra instalaciones que descargan aceite en aguas navegables o tratan de hacerlo.
OSHA Health Standards and Process Safety Management Rules
Limites de exposición a benceno y otros químicos en el lugar de trabajo, planes de seguridad requeridos en todas las refinerías.
Toxic Substances Control Act
Colección de datos de compuestos químicos para evaluación de riesgo, mitigación y control; pueden ser químicos que plantean riesgos no medidos.
Energy Policy Act of 1992
Uso de combustibles alternativos para transporte; estándares de eficiencia para nuevos edificios federales, edificios con hipotecas respaldadas federalmente y equipo comercial e industrial; R&D programas por tecnologías; reducirán la demanda por productos de petróleo.
Sheet2
Sheet3
University
Texas
En México, SEMARNAT (Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales) está a cambio de las regulaciones ambientales, pero no cubre todos los aspectos de una refinería porque algunos de ellos son muy específicos, por ejemplo,
El Proyecto NOM-088-ECOL-1994 establece los niveles máximos permisibles de contaminantes en las descargas líquidas que provienen del almacenamiento y distribución del petróleo y sus derivados.
Una clasificación de esta norma puede encontrarse en el sitio web:
University
Texas
Además de todas las complicadas regulaciones, una agencia especializada de las Naciones Unidas, el Banco Mundial (World Bank), ha establecido niveles de emisión para el diseño y operación de las refinerías, aunque la legislación por países debe ser cumplida. Los lineamientos mostrados abajo presentan niveles de emisión normalmente aceptables para el World Bank Group .
Emisiones de la Industria del Petróleo
(miligramos por metro cúbico)
(miligramos por litro)
World Band Group, 1998. Pollution Prevention and Abatement Handbook. World Bank Group. Paginas 377-381.
La generación de lodos debe ser minimizada hasta 0.3 kg por tonelada de crudo procesado, con un máximo de 0.5 kg por tonelada de crudo procesado.
Desechos sólidos
Óxidos de azufre
150 para unidades de recuperación de azufre; 500 para otras unidades
Niquel y vanadio (combinados)
Nickel and vanadium (combined)
Tratamiento primario de agua de desecho
Consiste en la separación de aceite, agua y sólidos en dos etapas.
1a etapa
interceptor corrugado.
2a etapa
Métodos físicos y químicos son utilizados para separar aceites emulsificados del agua de desecho.
www.panamenv.com
Entre los métodos físicos se puede incluir el uso de una serie de estanques de sedimentación con gran tiempo de retención, o el uso de Flotación con aire disuelto (dissolved air flotation, DAF).
Químicos, como hidróxido férrico o hidróxido de aluminio son usados para coagular impurezas.
Más información sobre
A&M
Aceite disuelto y otros contaminantes orgánicos pueden ser consumidos biológicamente.
El tratamiento biológico puede requerir oxígeno por diferentes técnicas:
Unidades de Lodos Activados
Pulido
Algunas refinerías lo emplean como una etapa adicional de tratamiento de agua de desecho para alcanzar los límites de descarga especificados.
Carbón activado
A&M
University
Texas
Para cumplir con los límites de emisión de SOx y recuperar el azufre vendible, las corrientes gaseosas salientes del proceso de refinación deben ser tratadas.
Las corrientes gaseosas salientes del proceso contienen altos niveles de:
Sulfuro de hidrógeno + gases combustibles ligeros.
Esto se logra:
Disolviendo el sulfuro de hidrógeno en solvente químico como dietanolamina (DEA) en una torre de absorción.
Usando adsorbentes como tamices moleculares, carbón activado, esponja de hierro y óxido de zinc.
Estos gases combustibles (metano y etano) deben ser separados antes de que el azufre elemental sea recuperado.
Amina + sulfuro de hidrógeno
Entonces es calentado y procesado por steam stripping para remover el sulfuro de hidrógeno gaseoso.
Dos procesos son típicamente combinados para remover el azufre de las corrientes gaseosas de sulfuro de hidrógeno:
Proceso Claus
Proceso Beaven
Proceso Scot
Proceso Wellman-Land
2.5 TECNOLOGÍAS AMBIENTALES USADAS EN LA INDUSTRIA DEL PETRÓLEO
A&M
University
Texas
Otras fuentes de emisión vienen de la regeneración periódica de catalizadores, estas emisiones pueden contener:
Niveles altos de monóxido de carbono + partículas + VOCs.
CALENTADOR DE MONÓXIDO DE CARBONO
Quema monóxido de carbono y VOCs
PRECIPITADOR ELECTROSTÁTICO O CICLÓN SEPARADOR
Para remover partículas sólidas
Tratamiento de Gases
Tratamiento de desechos sólidos
Tratamiento de lodos usando bioremediación o extracción con solvente, seguido de combustión de residuos o usando asfalto. Los residuos pueden requerir estabilización antes de ser almacenados para reducir la filtración de metales tóxicos.
www.e2t.com/E2T/app_pc05.htm
A&M
Petróleo
Como se mostró en la sección de estadísticas, existen dos industrias muy importantes para la economía y el desarrollo, las cuales también causan serios problemas ambientales, haciendo una conexión entre tres países.
Esta investigación está orientada a mostrar la manera en que la Integración de Procesos puede ser aplicada exitosamente. Para lograrlo, usaremos dos de las principales industrias en América del Norte:
A&M
University
Texas
Los usos y aplicaciones del papel y los productos de papel son ilimitados. Es importante porque nos da una oportunidad de grabar, almacenar y diseminar información. También, es el material más ampliamente usado para envolver y empacar y tiene aplicaciones estructurales.
A&M
3.3 Descargas al ambiente.
3. Industria del Papel
3.2.1 Diferentes métodos
3.4.1 Regulaciones en U.S.
3.4.2 Regulaciones en Canadá
3.1 FUERZAS IMPULSORAS
Los productos derivados del bosque de los Estados Unidos hacen una fuerte contribución a la economía de la nación, produciendo 1.2% del producto interno bruto.
La industria emplea casi 1.3 millones de personas solo en los Estados Unidos.
Productos de papel y madera son usados para muchas aplicaciones diferentes en casa y trabajo.
La industria de la Pulpa y el Papel provee empleo a un vasto número de gente y juega un rol vital en la economía global de Estados Unidos y Canadá.
La industria de Pulpa y papel es el tercer contaminante industrial más grande al aire, agua y suelo tanto en Estados Unidos como en Canadá, y libera más de cien millones de kilogramos de contaminantes tóxicos cada año.
A&M
3.1 OBSTÁCULOS
La industria de Pulpa y Papel en Norte América está amenazada por:
Plantaciones de bosques con especies de árboles de rápido crecimiento están siendo desarrolladas en países como Brasil, Indonesia y Chile.
El estándar de calidad de las vigas se ha vuelto más costoso y difícil de alcanzar.
Nuevos competidores, con menores costos de fibras, han ingresado al mercado (e.g. Rusia, Austria, Chile, Australia, Nueva Zelanda e Indonesia).
A&M
3.1 POTENCIALES
La fortaleza económica de los Estados Unidos a finales de los 90 ha revivido la industria de la pulpa y el papel. Ahora, esta industria cuenta con uno de los mayores ritmos de crecimiento promedio annual.
La industria de Pulpa y Papel tiene algunas ventajas:
Potencial en el mercado de Estados Unidos y Canadá.
Acceso a contribución económica substancial para cosechar vigas para pulpa.
Alta calidad de los derivados de fibra de madera.
Acceso a suministros de energía seguros y de bajo costo.
A&M
University
Texas
La manufactura de pulpa para papel y cartulina emplea diferentes métodos:
MECÁNICO-QUÍMICO Combinación de los procesos previos.
Separa las fibras usando métodos como abrasión de disco y billeting, esta pulpa puede usarse sin blanqueamiento para hacer papeles de impresión para aplicaciones en que bajo brillo es aceptable. Para otras aplicaciones, blanqueadores como los peróxidos e hidrosulfitos deben usarse.
MECÁNICO
Pulpas químicas se fabrican al preparar las materias primas usando los procesos Kraft (sulfato) y sulfito. Los procesos Kraft producen una variedad de pulpas usadas principalmente para empacar, como papel de gran resistencia y cartulina. Oxígeno, peróxido de hidrógeno, ozono, ácido perácetico, hipoclorito de sodio,dióxido de cloro, cloro y otros químicos son usados para transformar el lignin a su forma álcali soluble.
QUÍMICO
A&M
University
Texas
Los pasos principales en la manufactura de pulpa y papel son:
Estas etapas son comunes para los tres procesos, aunque se diferencian en las unidades que usan para cada tarea.
Los impactos más significativos de la manufactura de pulpa y papel resultan de los procesos de obtención de pulpa y blanqueado.
3.2 REVISIÓN DEL PROCESO DE PULPA Y PAPEL
Almacén de
3.2 REVISIÓN DEL PROCESO DE PULPA Y PAPEL
La siguiente tabla presenta el propósito de cada uno de los procesos presentados antes y las tecnologías usadas para alcanzar su objetivo.
PROCESO
PROPÓSITO
OBTENCIÓN DE PULPA
Convertir astillas de madera de papel de desecho en fibras adecuadas para la fabricación de papel.
Químico (Kraft, sulfito)- digestores, refinadores mecánicos, digestores y refinadores semiquímicos.
RECUPERACIÓN QUÍMICA (KRAFT PULPING)
Recuperación de químicos inorgánicos del licor gastado de obtención de pulpa y la combustión de residuos orgánicos para producir energía.
Evaporación, calentador de recuperación de concentración, causterizador, calcinador.
BLANQUEADO
Abrillantamiento de pulpas blanqueadas usando químicos que remueven selectivamente el lignin.
Dióxido de cloro, hipoclorito, oxígeno, peróxido, ozono, de la cloración antes y después de las torres, lavadores a vacío, bombas y mezcladores.
FABRICACIÓN DE PAPEL
Preparar la reserva de la pulpa, hoja, deshidratación, secado y caleder.
Caldera, mesa de fabricación de hojas.
A&M
Los principales desechos sólidos de preocupación incluyen lodos de tratamiento de agua de desecho:: 50-150 kg/t de ADP.
EMISIONES AL AIRE
EFLUENTES LÍQUIDOS
DESECHOS SÓLIDOS
ADP: Pulpa secada al aire (Air dried pulp), definida como 90% fibra de hueso seco y 10% agua.
t:toneladas métricas.
Cenizas flotantes
Fly ash
3.4 ASUNTOS REGULATORIOS
REGULACIÓN EN U.S.
El grupo federal clave responsable por el ambiente es la EPA, que es una agencia regulatoria que establece y refuerza los estándares ambientales.
El propósito de la EPA es conducir investigaciones y sugerir soluciones a los problemas ambientales. Simultáneamente, ha sido su obligación monitorear y analizar el ambiente.
Los componentes de la legislación de más influencia en la industria de la pulpa y el papel son los lineamientos de limitación de efluentes que definen las condiciones mínimas de los efluentes para 1977 y 1983.
REGULACIÓN
Effluent Standards and Water Quality Information Advisory Committee (ES&WQIAC).
The Council of Environmental Quality.
National Commission on Water Quality
GW: groundwood NI: no-integrada
Cerca de 1970, los estándares de calidad de las corrientes en los Estados Unidos fueron en su mayor parte, responsabilidad de los estados individuales. El gobierno federal fue dominante hasta 1970, cuando la Agencia de Protección Ambiental (Environmental Protection Agency, EPA) fue establecida.
En 1972, El Acta Federal de Control de Contaminación del Agua estipuló un programa gradual para satisfacer los criterios de descarga convencionales, el primer nivel objetivo para 1977 era equivalente a "Mejor tecnología práctica" (best practical technology”, BPT), y el segundo nivel para 1983 fue "mejor tecnología disponible económicamente factible" (best available technology economically achievable, BATEA).
A principios de 1980, estas regulaciones incluyeron sustancias tóxicas o sub-tóxicas a través del National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES). Entre estas se encontraba un gran número de productos secundarios del proceso de blanqueamiento clorado. Después, la EPA incrementó la lista de contaminantes prioritarios.
Las regulaciones federales de los E.U. que tratan la protección al ambiente cambian cada cuatro años. Es un reto constante para esta industria mantenerse actualizada.
ANTECEDENTES
PARÁMETROS
PARÁMETROS
PARÁMETROS
INFORMACIÓN GENERAL
Hablando sobre la industria de la Pulpa y el Papel, el objetivo de las regulaciones del aire es la eliminación de contaminantes del aire peligrosos como metanol, gases azufrosos reducidos totales y cloro. La Tecnología de Control Máxima Alcanzable (MACT) es el nivel de control del 12% de las mejores plantas en promedio de la base de datos de la EPA en esa categoría.
Las reglas de MACT tienen tres etapas clasificadas por tipo de planta.
MACT I es para plantas químicas de pulpa, incluyendo kraft, semiquímicas y de sulfito.
MACT II es para kraft, soda, semiquímica y fuentes de combustión de sulfito incluyendo unidades de recuperación, tanques de fundido disuelto, y hornos de cal.
MACT III es para máquinas de papel, fabricación mecánica de pulpa, fibras secundarias y fibras que no sean de madera.
PARÁMETROS

Las enmiendas del Acta del Aire Limpio de 1970, cubrían 3 áreas primarias:
Logro y mantenimiento de los Estándares Nacionales Ambientales de Calidad del Aire (NAAQS).
Establecimiento de regulaciones cubriendo la emisión de ciertos contaminantes de recursos móviles y estacionarios.
Establecimiento de Estándares de Rendimiento de Nuevas Fuentes (NSPS).
EPA estableció estándares para varios contaminantes: dióxido de azufre, partículas suspendidas totales, monóxido de carbono, óxido de nitrógeno, oxidantes fotoquímicos, hidrocarburos, y plomo. NAAQS debía efectuar revisiones cada cinco años.
La CAA de 1990 es la legislación de contaminación del aire más dramáticamente impactante de todos los tiempos que se ha convertido en ley. Posiblemente más importante para la industria de la pulpa y el papel fue el nuevo programa de control de compuestos tóxicos del aire. La ley de 1990 dependió de la tecnología para controlar las emisiones de 189 contaminantes peligrosos del aire.
PM HAP: Material peligroso en partículas sólidas (particulate matter hazardous material).
TGO HAP: Material orgánico gaseoso peligroso total (total gaseous organic hazardous
material.)
REGULACIONES CANADIENSES
En 1992, el gobierno federal canadiense decretó nuevas Regulaciones para los Efluentes de la industria de la Pulpa y el Papel (PPER) en el Acta de Pesca (Fisheries Act).
Las PPER establecen límites de BOD5, TSS, y toxicidad aguda y además contiene numerosos reportes de requerimientos. Las regulaciones que limitan la descarga de dioxinas clorinadas y furanos también entraron en vigor en 1992 bajo el Acta Canadiense de Protección Ambiental (Canadian Environmental Protection Act, CEPA).
Las regulaciones de CEPA y PPER resultaron en inversiones masivas para cambiar los procesos de blanqueado e instalar unidades de tratamiento secundario para finales de 1996 en muchas plantas canadienses.
El primer grupo de regulaciones para la industria de la pulpa y el papel, que entró en vigor en 1971, no limitaba la cantidad total de contaminación, sino que más bien permitía la descarga de contaminantes en proporción a la producción de la planta.
En 1991, el gobierno federal respondió a la presión pública introduciendo un esquema regulatorio que requería plantas para implementar sistemas de tratamiento secundario y se soportaba en límites para controlar la descarga de ciertos contaminantes dañinos, incluyendo dioxinas y furanos.
En 1992, las Regulaciones de efluentes de Pulpa y Papel (Pulp and Paper Effluent Regulations) establecieron los estándares mínimos.
ANTECEDENTES
PARÁMETROS
ANTECEDENTES
ANTECEDENTES
PARÁMETROS
NIVELES MÁXIMOS DE BOD Y CANTIDADES MÁXIMAS DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS AUTORIZADOS POR PLANTA.
REGULACIÓN DEL AGUA
REGULACIÓN DEL AIRE
NO HAY VINCULACIÓN LEGAL FEDERAL CANADIENSE O REGULACIONES POR PROVINCIA PARA EMISIONES AL AIRE DE PLANTAS DE PULPA DE PAPEL PARA LA CALIDAD DEL AIRE.
A&M
University
Texas
Exceptuando donde una autorización o autorización transitoria es expedida autorizando el depósito de BOD o sólidos suspendidos, la máxima BOD o toda la materia de BOD y la cantidad máxima de sólidos suspendidos que pueden depositarse en caso de una empresa está determinada por:
Con respecto a periodos de 24 horas, la fórmula:
Para un mes, la fórmula es:
Donde :
F = es igual a un factor de 5 para BOD y 7.5 para sólidos suspendidos, expresados en kilogramos por tonelada de producto terminado.
R = es la velocidad de producción de referencia.
D = número de días del mes.
A&M
3.4.3 REGULACIONES GENERALES
Niveles de emisión para diseño y operación de cada proyecto deben ser establecidos por el proceso de asesoramiento ambiental en base a la legislación del país y el Manual de Prevención de la Contaminación, el cual establece lo siguiente.
Emisiones al aire
Efluentes Líquidos
Source: Pollution Prevention and Abatement Handbook 1998. World Bank Group. P 395-399
Sheet1
Parámetro
Sulfuro de Hidrógeno
Azufre total emitido
Plantas de sulfito
1.5 kg/t ADP
Kraft y otros
1.0 kg/t ADP
Óxidos de nitrógeno
2 kg/t ADP
pH
6--9
COD
300 mg/l and 15 kg/t for kraft and CTMP pulp mills; 700 mg/l and 40kg/t of sulfite pulp mills; 10 mg/l and 5kg/t of mechanical and recycled fiber pulp; 250 mg/l for paper mills
AOX
40 mg/l and 2 kg/t (aim for 8 mg/l and 0.4 kg/t and retrofits and for 4 mg/l and 0.2 kg/t for new mills) and 4 mg/l for paper mills
Total phosphorus
0.05 kg/t
Total nitrogen
0.4 kg/t
pH
6--9
COD
300 mg/l y 15 kg/t para kraft y CTMP plantas de pulpa; 700 mg/l y 40kg/t para plantas de sulfito de pulpa; 10 mg/l y 5kg/t de pulpa de fibra mecánica y reciclada; 250 mg/l para plantas de papel
AOX
40 mg/l y 2 kg/t (para 8 mg/l y 0.4 kg/t y actualizaciones y para 4 mg/l y 0.2 kg/t para nuevas plantas) y 4 mg/l para plantas de papel.
Fósforos totales
0.05 kg/t
Nitrógeno total
0.4 kg/t
3.5 TECNOLOGÍAS AMBIENTALES INDUSTRIA DE PULPA Y PAPEL
En el proceso kraft de obtención de pulpa, altas emisiones de compuestos reducidos en azufre, medidas como azufre total reducido (TRS), sulfuro de hidrógeno, metil mercaptano, sulfuro de dimetil y dimetil disulfuro son emitidos.
Emisiones de Óxido de azufre son lavadas (usando scrubbers) con soluciones ligeramente alcalinas.
Los compuestos gaseosos reducidos de azufre son colectados usando cabezales, domos y equipo de ventilación.
Condensados del digestor y la evaporación de licor negro son procesadas por stripping para eliminar los compuestos de azufre reducidos.
La corriente superior procedente del stripper y los no condensables son incinerados en un horno de cal o una unidad de combustión.
Tratamiento de gases
Tratamiento de agua de desecho
Para remover sólidos suspendidos:
Lodos activados
Lagunas aereadas
Fermentación anaeróbica
Tratamiento de desechos sólidos
Entre los pasos del tratamiento de desechos sólidos se incluyen la deshidratación de lodos y combustión en un incinerador, o calentador de combustión de combustible fósil.
Más información:
TIER 2 : CASO DE ESTUDIO
Este tier demostrará la relevancia de la Integración de Procesos para ejemplos específicos de procesos clave en la industria de la Pulpa y el papel así como en las Refinerías.
A&M
PROCESO KRAFT DE OBTENCIÓN DE PULPA
Como vimos en el Tier 1, el proceso de obtención de pulpa puede conseguirse por medios químicos, semiquímicos o mecánicos. Cerca del 80% de la pulpa de madera en los Estados Unidos es producida empleando el proceso químico Kraft.
Un problema ambiental asociado con el proceso kraft es la emisión atmosférica de cantidades considerables de sulfuro de hidrógeno. Los serios problemas ambientales y de salud resultado de descargas de sulfuro de hidrógeno a la atmósfera claman por procesos efectivos de reducción de desechos azufrados en las plantas de pulpa y papel.
El propósito de este caso de estudio es emplear la metodología de redes de intercambio de masa para desarrollar un diseño óptimo de redes de reuso/reciclaje para reducir la emisión de sulfuro de hidrógeno para plantas de pulpa y papel.
(Dunn y El-Halwagi, 1993)
cal
Astillas de madera, conteniendo lignin, celulosa y hemicelulosa son adicionados al licor blanco (NaOH, Na2S, Na2CO3). Las astillas son preparadas para solubilizar el lignin.
Condensado
contaminado
cal
El lignin solubilizado sale como licor negro, dejando atrás la celulosa y hemicelulosa que son constituyentes de la pulpa.
Condensado
Contaminado
Licor blanco
Es enviado a blanqueamiento en el proceso de fabricación de papel, dependiendo del producto final deseado.
Lavadores
Evaporadores
cal
PULPA
Los constituyentes principales del licor negro son: NaOH, Na2S, Na2CO3, Na2SO4, Na2S2O3, NaCl, agua.
Lavadores
Evaporadores
cal
cal
El licor negro diluido es procesado a través de una serie de evaporadores para incrementar el contenido de sólidos de 15% a 70% aproximadamente.
A&M
cal
PULPA
El licor negro concentrado es incinerado para suministrar energía para el proceso de obtención de pulpa y de fundido inorgánico.
ASTILLAS
Lavadores
Evaporadores
cal
PULPA
El fundido es disuelto en agua para formar el licor verde.
ASTILLAS
Lavadores
Evaporadores
ASTILLAS
Lavadores
Evaporadores
cal
PULPA
La cal (CaO) es transformada en CaOH2 en presencia de agua.
ASTILLAS
Lavadores
Evaporadores
cal
PULPA
El CaOH2 reacciona con Na2CO3 para formar NaOH y CaCO3 como precipitado.
ASTILLAS
Lavadores
Evaporadores
cal
PULPA
El CaCO3 es calentado para regenerar el CaO y liberar CO2.
ASTILLAS
Lavadores
Evaporadores
ASTILLAS
Lavadores
Evaporadores
Lavadores
Evaporadores
de la mayoría de las emisiones de H2S.
ASTILLAS
Muchas operaciones de Intercambio de masa como absorción o adsorción
pueden ser empleadas para reducir las emisiones de H2S.
Tres corrientes líquidas preexistentes en la planta
(proceso de agentes de separación de masa, MSAs) pueden usarse.
Digestor
Lavadores
Evaporadores
University
Texas
Tres agentes externos de separación de masa (external MSAs) serán considerados como candidatos potenciales para la recuperación de H2S:
S4, Dietanolamina (DEA)
S5, Carbón activado
S6, Solución caliente de carbonato de potasio al 30 % en peso.
AGENTES EXTERNOS DE SEPARACIÓN DE MASA
A&M
Emissiones del evaporador, R2
Licor blanco, S1
Licor verde, S2
Licor negro, S3
S1
S2
S3
S4
S5
S6
Emisiones del Evaporador, R2
R1
R2
R3
DATOS DE LAS CORRIENTES DE DESECHO
DATOS PARA LOS AGENTES DE SEPARACIÓN
Sheet1
Corriente
Gi m3/s
yis kmol/m3
yit kmol/m3
xjs kmol/m3
xjt kmol/m3
ALGEBRÁICO
GRÁFICO
METODOLOGÍA DE DISEÑO
Buscamos los potenciales de la reducción de desechos en el Proceso Kraft estableciendo un equilibrio entre los objetivos económicos y ambientales con el objetivo de obtener la configuración óptima para un sistema de reducción de desechos.
A&M
INTERPRETAR
LOS
RESULTADOS
Estos son los principales pasos que seguiremos para encontrar el diseño óptimo de redes de reuso/reciclaje para reducir las emisiones de sulfuro de hidrógeno de una planta de pulpa y papel usando un ENFOQUE GRÁFICO.
GRÁFICAR LA
CORRIENTE RICA
OBTENER EL
PUNTO PINCH
GRAFICAR LA
de desecho que tenga la composición objetivo más baja.
El primer paso es graficar la masa intercambiada o cada corriente rica contra su composición.
Cada corriente está representada como una flecha cuya cola corresponde a su composición inicial y la cabeza a su composición objetivo.
La pendiente de las flechas será igual a la velocidad de flujo y la distancia vertical entre la cola y la cabeza de cada flecha representa la masa de contaminante que se pierde con cada corriente rica:
MRi=Gi(yis – yit), i=1,2,…,NR.
Chart1
0.00000021
0.0000119
0.00000021
0.0000308
0.00000021
0.000082
y
CORRIENTE RICA COMPUESTA
The rich composite stream is obtained by applying superposition to the rich streams.
La corriente rica compuesta representa la masa acumulada de contaminantes perdidos por todas las corrientes.
Chart1
0.00000021
0.0000119
0.00000021
0.0000308
0.00000021
0.000082
y
ENFOQUE GRÁFICO
El segundo paso es generar la correspondencia uno a uno entre las composiciones de las tres corrientes de desecho y las seis corrientes de MSAs.
Consideremos una corriente de desecho i, y un MSA, j, para los que el equilibrio está dado por:
yi*= fi(xj*)
Para que cualquier operación de intercambio de masa se termodinámicamente factible se deben satisfacer algunas condiciones:
xj<xj*
y/o yi>yi*
Para generar la correspondencia uno a uno se usa la siguiente ecuación:
y=f(xj+εj)
Donde εj es la diferencia de composición mínima permisible, lo cual significa que adicionamos una fuerza impulsora que permita la transferencia de masa.
La explicación completa de estos conceptos es proporcionada en el Módulo 3.
CORRESPONDENCIA UNO A UNO
ENFOQUE GRÁFICO
Algunos ejemplos de la generación de la correspondencia uno a uno son los siguientes:
La ecuación de equilibrio para el MSA3 (Licor negro) es:
y3=352.8 x30.71512
Correspondencia de suministro
Correspondencia objetivo
A&M
ENFOQUE GRÁFICO
La masa de contaminante que puede ganarse en cada proceso de MSA es graficada contra la escala de composición del MSA.
La masa de contaminante que puede ganarse con cada MSA puede calcularse como sigue:
MSj= Ljc (xjt – xjs) j=1,2,…,NSP
También en este caso, las flechas representan cada uno de los procesos MSA, siendo la cola la composición de suministro y la cabeza la composición objetivo.
Nuevamente usamos la regla diagonal de
Superposición para obtener la masa
acumulada de Contaminante ganado por
todos los MSAs.
CORRIENTE POBRE COMPUESTA
Intercambiada
El próximo paso es graficar ambas corrientes compuestas en el mismo diagrama.
Para garantizar la factibilidad termodinámica, la corriente pobre compuesta debe estar arriba y a la izquierda de la corriente compuesta de desecho.
La corriente pobre compuesta puede deslizarse hasta que toque la corriente compuesta de desecho. El punto donde las dos corrientes compuestas se tocan es llamado "punto pinch de intercambio de masa".
La superposición vertical entre las dos corrientes compuestas es la cantidad máxima del contaminante que puede ser transferida de las corrientes de agua de desecho a los MSA del proceso.
La distancia vertical referida como Exceso de masa Intercambiada corresponde a la capacidad de los MSA del proceso de remover los contaminantes que no pueden ser usados por la infactibilidad termodinámica.
Chart1
0.00000021
0.0000119
0.00000021
0.0000308
0.00000021
0.000082
y
CREAR
CORRESPONDENCIA
DIAGRAMA DE COMPOSICIÓN-INTERVALO (COMPOSITION-INTERVAL DIAGRAM, CID)
El CID es una herramienta útil para visualizar el intercambio de masa asegurando la factibilidad termodinámica.
A&M
INTERVALOS
La escala de composición para la corriente de desecho está establecida.
2. Se crean escalas de composición correspondientes para el proceso MSAs.
Chart1
0.00000021
0.0000119
0.00000021
0.0000308
0.00000021
0.000082
y
DIAGRAMA DE COMPOSICIÓN-INTERVALO (CID)
3. Cada corriente de proceso está representada con una flecha vertical.
La cola de cada flecha representa su composición de suministro y la cabeza representa la composición objetivo.
Las líneas horizontales están dibujadas a las cabezas y colas de las flechas para definir los intervalos de composición.
Estos intervalos están enumerados
De arriba a abajo.
TABLA DE CARGAS INTERCAMBIABLES (TABLE OF EXCHANGEABLE LOADS, TEL)
Al construir el TEL, queremos determinar las cargas de intercambio de masa de los procesos en cada intervalo de composición.
Las cargas intercambiables de cada corriente de desecho que pase a través de cada intervalo es definida como:
Wi,kR = Gi(yk-1 – yk)
k
El Balance de Materia para contaminante clave debe hacerse para cada intervalo.
TABLA DE CARGAS INTERCAMBIABLES (TEL)
Masa residual del
TABLA DE CARGAS INTERCAMBIABLES (TEL)
Una δk negativa indica que la capaicdad de las corrientes pobres de proceso a ese nivel es mayor que la carga de las corrientes de desecho.
La δk mas negativa es la capacidad en exceso de los MSAs del proceso al remover el contaminante.
Chart1
0.00000021
0.0000119
0.00000021
0.0000308
0.00000021
0.000082
y
PUNTO PINCH
En el diagrama de cascada revisado, la localización a la cual la masa residual era la más negativa, debe ser cero. Esta corresponde al punto pinch.
La capacidad en exceso del MSA de proceso debe ser reducida disminuyendo el flujo.
El nuevo flujo es calculado como sigue:
m3/s
Otra TEL debe ser construida después de remover la capacidad en exceso del MSA.
Chart1
0.00000021
0.0000119
0.00000021
0.0000308
0.00000021
0.000082
y
University
Texas
Con el enfoque gráfico observamos que el contaminante puede ser removido usando solo un MSA, así que no hay necesidad de una red. Este problema tiene diferentes soluciones que pueden considerarse dependiendo de cuanto se desea gastar. La siguiente figura representa una de las soluciones, en la cual se debe realizar un balance de materia para obtener el flujo correcto para cada absorbedor.
Absorbedor
1
Absorbedor
2
Absorbedor
3
R1
R2
R3
University
Texas
Absorbedor
Otra manera de realizar esta tarea es la siguiente, en la cual las corrientes ricas están destinadas a desecho y pueden ser mezcladas y tratadas como una corriente, también, su arreglo es más deseable en términos de costos porque solo se requiere una unidad.
R1
R2
R3
DESECHOS DE REFINERÍAS DE PETRÓLEO
Una de las principales preocupaciones en las refinerías es la liberación de fenoles, aunque descritos como tales, la categoría puede incluir una variedad de compuestos químicos similares entre los cuales se encuentran polifenoles, clorofenoles y fenoxiácidos. La importancia de estos compuestos se debe a su toxicidad a la vida acuática y a la gran demanda de oxígeno de la que provocan en las aguas que los reciben. Los fenoles son tóxicos para los peces y también pueden causar sabor y olor cuando están presentes en el agua potable.
A&M
University
Texas
El siguiente caso de estudio aplica algunas habilidades de Integración de Procesos para mostrar la metodología nuevamente y hacerla más comprensible. Este problema fue tomado de El-Halwagi, M. “Pollution Prevention through Process Integration”, 1997.
“El proceso genera dos fuentes principales de agua de desecho fenólica; una de la unidad de cracking catalítico y otra del sistema de visbreaking. Dos tecnologías pueden ser usadas para remover fenol de R1 y R2: extracción con solventes usando gas oil ligero, S1 (un proceso MSA) y adsorción usando carbón activado, S2 (un MSA externo). Una diferencia de composición mínima permisible, εj, de 0.01 puede usarse para los dos MSAs.
Encuentra el costo mínimo de los MSAs necesitados para remover el fenol de R1 y R2 construyendo un diagrama pinch para el problema.¿Cómo caracterizarías el punto al cual ambas corrientes compuestas se tocan? ¿Es un verdadero punto pinch?"
DATOS
Destilados medios
Gas Oil
Compuestos de
Base lubricante
El primer paso en una refinería de petróleo es precalentar el crudo, entonces es lavado con agua para remover varias sales.
Tratamiento y Mezclado
Gas Combustible refinado
Aceite Combustible Refinado
Agua de desecho, R1
El gas oil y los compuestos pesados son alimentados a una unidad de cracking catalítico para ser convertidos en fracciones de menor peso molecular. La principal corriente de desecho de este proceso es el condensado del stripping en las columnas de fraccionamiento. Este condensado, que comunmente contiene amoniaco, fenoles y sulfuros como contaminantes, tiene que pasar por un stripper para remover el amoniaco y los sulfuros. El producto de fondo del stripper debe ser tratado para eliminar los fenoles.
El gas oil ligero que sale del fraccionador puede servir como solvente (lean-oil) en un proceso de extracción de fenol, siendo ésta una transferencia de masa beneficiaria porque además de purificar el agua, los fenoles pueden actuar como inhibidores de la oxidación y como estabilizantes de color.
Los objetivos principales del visbreaking son reducir la viscosidad y los puntos de fluencia de los fondos en la destilación al vacío e incrementar la alimentación a las unidades de cracking catalítico. La fuente de agua de desecho es el acumulador de cabezas del fraccionador, donde el agua es separada del vapor de hidrocarburos. Esta agua contiene fenoles, amoniaco y sulfuros.
A&M
RICH
0.01
0.08
0.01
0.1
R1
R2
RICH
0.01
0.08
0.01
0.1
R1
R2
y = m(x+ε) + b
y1s = 2(0.01+0.01) = 0.04
y1t = 2(0.02+0.01) = 0.06
y2s = 0.02(0.00+0.01) = 0.0002
y2t = 0.02(0.11+0.01) = 0.0024
Para generar la correspondencia uno a uno, usamos la siguiente ecuación:
y=f(xj+εj)
Donde εj es la diferencia de composición mínima permisible. εj=0.01
En este caso la ecuación de equilibrio es lineal:
A&M
x1s
x1t
RICH
0.01
0.08
0.01
0.1
R1
R2
4. OBTENER EL PUNTO PINCH
La Corriente 1 no sería útil, ya que se deben usar MSAs antes y después de usar esta corriente. Lo que significa que éste no es un verdadero punto pinch.
RICH
0.01
0.08
0.01
0.1
R1
R2
Unidad 1
Unidad 2
Unidad 3
La corriente pobre puede recorrerse para remover el contaminante en otro rango de composiciones, pero aún se necesitarían tres unidades.
RICH
0.01
0.08
0.01
0.1
R1
R2
Unidad 1
Unidad 2
Si la corriente pobre remueve el contaminante debido a su composición más alta, solo se requieren 2 unidades.
RICH
0.01
0.08
0.01
0.1
R1
R2
University
Texas
Alan P. Rossiter. Waste Minimization through Process Design. pp 43-49. McGraw Hill. 1995.
Nicholas P. Cheremisinoff, Handbook of Pollution Prevention Practices. pp 269-313, 353-358. Marcel Dekker Inc. 2001.
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El-Halwagi, M. M. Pollution Prevention through Process Integration. Academic Press. 1997.
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Instituto Nacional de Estadistica, Geografia e Informatica (Mexico)
Contaminante
Metanol20427.5
CANTIDADES DE CONTAMINANTES OFF-SIDE
-
(Libras)
Top 5 Contaminantes Liberados On Site en Grandes Cantidades, 2001
0.0
5000.0
10000.0
15000.0
20000.0
25000.0
30000.0
35000.0
40000.0
45000.0
Asbestos2,4-Dimetilfenol
Dinitrotolueno
BencenoDifenilhidracina
Bencidina
Endrin
Cobre y compuestos
CianurosMercurio y compuestos
NaftalenoPlata y compuestos
Niquel y compuestos
Sulfuro de Hidrógeno15 (para hornos de cal)
Azufre total emitido
Tipo de plantaPunto de emisiónPM HAPTGO HAP
Kraft y soda
oxígeno
Ninguno
Sulfito
Unidadesde
oxígeno
electricidad
Proceso
desecho generada
Pocos desechos
(CO, SO
desecho generada.
Pocos desechos
proceso
calentador (CO, SOx,
desecho residual
desecho residual
desecho residual
(fenoles, metales y
aceite), lodos de
Clean air Act de 1970 (CAA) y regulacionesNationalAmbientAirQualityStandards(NAAQS)estableceseisconstituyentes;nuevos
estandarsdeNAAQSquerequierenelcontroldepartículassólidasde2.5micronesomas
pequeñas;gasolinalibredeplomo;combustiblesbajosenazufre;gaso

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[PPT]PowerPoint Presentation - Polytechnique Montréal ... · Web viewSpent Merox caustic solution, waste oil-disulfide mixture. Wastewater treatment Not Applicable API separator