5. implementaciÓn de medidas...

Análisis de la Problemática de las

Emisiones de Compuestos Orgánicos Volátiles en un Centro de Refino

Proyecto Fin de Carrera 5-1

José Enrique Jiménez Bonilla Ingeniería Química


5. IMPLEMENTACIÓN DE MEDIDAS CORRECTORAS Una vez definidas las potenciales fuentes de emisión y descritos los diferentes métodos de cuantificar las emisiones en centros de refino de petróleo, a continuación se proponen una serie de medidas correctoras encaminadas a minimizar las emisiones a la atmósfera de compuestos orgánicos volátiles. Como se ha podido comprobar a lo largo del presente Proyecto Fin de Carrera, las emisiones de COV´s en refinerías pueden ser originadas por procedimientos de muy diversa índole, es decir, pueden darse emisiones fugitivas, emisiones en el parque de almacenamiento, en el tratamiento de efluentes, en las torres de refrigeración, en los procesos de combustión, etc. Este hecho, unido a que para cada tipología de emisiones de COV´s pueden existir numerosas medidas correctoras que reduzcan las emisiones, implica que el abanico de posibles medidas correctoras a considerar sea tremendamente amplio. En este Capítulo se considerarán principalmente las recomendaciones dirigidas a la minimización de emisiones de COV´s recogidas en los documentos BREF. Debido al extenso campo de aplicación de la documentación de referencia indicada en el párrafo anterior, muchos aspectos relevantes son tratados de forma superficial. Es por ello por lo que se dedicará un apartado específico para explicar con un mayor grado de detalle algunas medidas correctoras en las que los documentos BREF no entran en profundidad. Además de las recomendaciones indicadas en los documentos BREF, se dedicarán apartados independientes a la implantación de un sistema LDAR y a las medidas correctoras en el parque de almacenamiento. Por tanto, la estructura del Capítulo será la siguiente: 5.1 Consideraciones de las Mejores Técnicas disponibles recogidas en los

Documentos BREF. 5.2 Implantación de un sistema LDAR 5.3 Medidas correctoras en tanques de almacenamiento






5.1 CONSIDERACIÓN DE LAS MEJORES TÉCNICAS DISPONIBLES RECOGIDAS EN LOS DOCUMENTOS BREF.

Los documentos BREF (del inglés, best reference) son redactados en el ámbito de la Directiva 96/61/CE, relativa a la prevención y al control integrados de la contaminación. Dichos documentos permiten conocer el estado de las técnicas actuales y cuáles de ellas constituyen la Mejor Técnica Disponible (MTD). Debe señalarse como el propósito de los documentos BREF no consiste en la proposición de valores límite de emisión, pretendiendo tan sólo indicar las emisiones y consumos que pueden servir como punto de referencia en la consideración de las MTD. La determinación de los límites a considerar para una instalación debe tener en cuenta una serie de aspectos que recojan las particularidades propias de la instalación, como sus características técnicas, su localización geográfica, las condiciones locales del medio ambiente y en el caso de que las instalaciones sean existentes, la viabilidad técnica y económica de acometer en ellas las soluciones propuestas. La actividad de refino de petróleo se encuentra afectada por la Ley 16/2002, de prevención y control integrados de la contaminación (IPPC), concretamente en el apartado 1.2 del Anexo I: Refinerías de petróleo y gas. Por tanto, las recomendaciones recogidas en los documentos BREF deben ser tenidas en cuenta en los procedimientos administrativos y concesión de autorizaciones para refinerías derivadas de la aplicación de la citada Ley IPPC (en este caso, la Autorización Ambiental Integrada, AAI). De esta manera queda perfectamente justificada la consideración que se realiza en este apartado de las mejores técnicas disponibles consideradas en los documentos BREF. Hasta la fecha se han aprobado formalmente 26 documentos BREF, y otros 7 están en fase borrador. De estos documentos, serán estudiados en este apartado los que, de forma directa y en algunos casos indirecta, tienen en consideración técnicas relacionadas con la minimización de emisiones de COV´s aplicables a las refinerías. A continuación se citan los documentos a considerar: - BREF de Refino (Reference Document on Best Avaible Techniques for Mineral Oil

and Gas Refineries), formalmente aprobado en febrero de 2003. - BREF de la Industria Química Orgánica de Base (Reference Document on Best

Avaible Techniques for Large Volume Organic Chemicals, LVOC), formalmente aprobado en febrero de 2003.

- BREF de Tratamiento de Corrientes Líquidas y Gaseosas Residuales en el Sector

Químico (Reference Document on Best Available Techniques in Common Waste






Water and Waste Gas Treatment / Management Systems in the Chemical Sector), formalmente aprobado en febrero de 2003.

- BREF de almacenamiento (Reference Document on Best Avaible Techniques for

Emissions from Storage of Bulk or Dangerous Materials), formalmente aprobado en enero de 2005.

- BREF de refrigeración (Reference Document on Best Avaible Techniques for Cooling

Systems), formalmente aprobado en diciembre de 2001. 5.1.1 Consideración del BREF de Refino A continuación se resumen los aspectos referidos a las MTD para la minimización de COV´s reconocidas en el BREF de Refino. MTD para reducir las emisiones de COV al medio atmosférico A continuación se citan literalmente las recomendaciones indicadas en el BREF de Refino para la reducción de emisiones de COV´s: - Cuantificación de las emisiones de COV´s para identificar las principales fuentes

en cada caso específico (mediante técnicas de medida como, por ejemplo, la absorción diferencial láser DIAL).

- Selección y empleo de válvulas de baja fuga (como las de empaquetaduras de

grafito) en líneas con productos de alta presión de vapor. - Minimización de fugas en aquellos equipos de bombeo (sellos dobles, sellos de

gas, sellos mecánicos efectivos, ...) que vehiculan fluidos con una elevada presión de vapor.

- Durante la etapa de diseño, minimizar el número de bridas a instalar, emplear

empaquetaduras o juntas en aquéllas con riesgo de fugas. - Cegar o encapsular finales abiertos y válvulas de drenaje. - Conducir emisiones procedentes de válvulas de alivio con alto riesgo de contenido

en COV´s al sistema de antorchas. - Realimentar venteos procedentes de compresores susceptibles de presentar

elevados contenidos en COV´s al proceso, y en caso de no ser posible, al sistema de antorchas.

- Realizar operaciones de toma de muestra en lazo cerrado.






- Minimizar en la medida de lo posible el caudal a incinerar en antorcha. - En la planta de tratamiento de efluentes líquidos, cubrir aquellas áreas

potencialmente emisoras de COV, siempre y cuando no comprometa la seguridad de la Instalación (generación de atmósferas explosivas).

- Empleo de las técnicas a considerar en el almacenamiento y manipulación de

hidrocarburos, tal y como se mostrará en el apartado correspondiente. - Desarrollos de programas LDAR o equivalentes, con la determinación del tipo de

medidas, frecuencia, componentes a analizar, líneas a considerar, qué fugas deben ser reparadas en primer lugar y con qué celeridad debe llevarse a cabo la acción, etc.

Aparte de estas medidas descritas específicamente para minimizar las emisiones de COV´s, se indican otras medidas, de carácter muy general, destinadas a minimizar las emisiones en antorchas y torres de refrigeración, que de una forma indirecta conllevan una reducción de emisiones de COV´s. Por último, se indican las recomendaciones que en el BREF de Refino se hacen sobre el almacenamiento de hidrocarburos, destinadas fundamentalmente a minimizar las emisiones de COV´s en tanques de almacenamiento. MTD para el almacenamiento y manipulación de hidrocarburos Aunque como ya ha sido explicitado existe un BREF específico para el almacenamiento, el BREF, de Refino también trata el almacenamiento y la manipulación de hidrocarburos, destacando las siguientes MTD: • A) Elección apropiada del tipo de almacenamiento en base a las presiones de vapor

a la temperatura de almacenamiento de la sustancia almacenada. Para valores superiores a 14 kPa(1) deben sustituirse los tanques de techo fijo por otros almacenamientos de más eficiencia.

• B) Empleo de sellos de alta eficiencia en tanques de techo flotante. • C) Montaje de tanques en interiores de cubetos, con cubetos independientes para

líquidos incompatibles. • D) Aplicar técnicas de reducción de emisiones durante la limpieza del tanque.

(1) Este valor es señalado por documentación técnica al respecto: “Reference Document on Best Available

Techniques on Large Volume Organic Chemical Industry” o “Best Available Techniques to reduce emissions from Refineries”, preparado por CONCAWE.






• E) Aplicar conceptos de buenas prácticas y gestión medioambiental: La limpieza de equipos por su propia naturaleza, genera residuos. Mediante la elección del procedimiento y técnica apropiada, estos residuos pueden minimizarse o alterarse su naturaleza para una mejor manipulación del mismo. Recomendaciones de carácter general son:

- Drenar los equipos al máximo - Reciclar el agua clarificada - Emplear agua a presión en lugar de detergentes o productos químicos - Emplear pretratamientos in situ cuando sea posible - Minimización de lodos en tanques antes de limpieza (mediante disolventes o

mezcladores).

- Durante operaciones de limpieza, reconducir venteos a antorcha.

- El agua a presión para limpiar los haces de tubos en los cambiadores genera un efluente con sólidos. Estos sólidos pueden atraer aceite conforme alcancen la planta de tratamiento y pueden producir sólidos más finos o emulsiones más estables difíciles de eliminar. Para evitarlo, se situarán rejillas o filtros en los drenajes para retener los sólidos. También se pueden emplear en los intercambiadores aditivos anti-fouling para minimizar partículas o limpiar con productos químicos reutilizables que también permiten eliminar aceites.

- Definición previa de la zona de limpieza, para así poder controlar el límite de

batería (salida de materiales y aguas contaminadas). - Limpieza de pequeños derrames con adsorbentes. - Minimizar y reciclar el uso de productos químicos en la limpieza. • F) Minimizar el número de tanques y volumen almacenado mediante el mezclado en

línea e integración de Unidades de proceso. • G) Aplicación de técnicas de recuperación de COV en tanques, vehículos, barcos, etc

tanto en situaciones estacionarias como en procesos de carga y descarga. Los niveles de emisión que se pueden alcanzar dependen fuertemente de la técnica empleada (líneas de balance, captación criogénica, adsorbedores,…), pero valores de entre el 95 y 99% para la recuperación pueden considerarse apropiados. En el caso de que no sea posible la aplicabilidad de sistemas de recuperación de vapores, se considera BAT el empleo Unidades de destrucción de vapor.






• H) Implementación de programas de inspección y mantenimiento que puedan derivar en la adopción de medidas como tanques de doble fondo, buenas práctica en el drenaje, toma de muestras, ...

• I) Instalación de conexiones selladas para mangueras o implementación de

procedimientos para el drenado de líneas. • J) Instalar barreras para la prevención de accidentes por movimientos de vehículos

en operaciones de carga/descarga. • K) Establecimiento de procedimientos para asegurar que los brazos de carga no son

operados hasta que no están insertados completamente, evitándose así posibles salpicaduras.

• L) Instrumentación para evitar derrames por excesivo llenado. • M) Instalación de alarmas de nivel independientes del sistema de medida del tanque.






5.1.2 Consideración del BREF de LVOC Dentro del Capítulo dedicado a MTD genéricas, se reconocen las siguientes MTD relacionadas con las emisiones de COV´s. MTD para la minimización de las emisiones fugitivas Las BAT para la prevención y control de emisiones fugitivas consisten en una combinación apropiada de las siguientes medidas: • A) Desarrollar e implementar un programa LDAR (Leak Detection and Repair) que

permita determinar aquellos puntos (equipos/tuberías) sobre los que se puede actuar para conseguir una reducción más alta en las emisiones.

• B) Reparación de puntos de fuga en etapas, actuando primero sobre aquellas fugas

de más importancia. El umbral fijado para estas fugas a partir del cual ha de desarrollarse una acción correctora depende del tipo de planta y de la reparación requerida.

• C) Sustitución de equipos con alta tendencia a fugas que no pueden ser controladas

de otro modo. • D) Para nuevos equipos, instalar aquellos que cumplan con especificaciones más

estrictas en lo referente a emisiones fugitivas. • E) Para la sustitución de equipos existentes o instalación de nuevos, las mejores

técnicas disponibles son:

- Válvulas: las válvulas de menores fugas son aquellas que emplean sellos de doble empaquetadura (u otros sistemas de igual eficiencia). Para el trasiego de sustancias peligrosas se debe emplear sellos de resorte (bellow seals) adecuados para sustancias extremadamente corrosivas.

- Bombas: sellos dobles (con sello líquido o gaseoso) o bombas sin sello

(bombas encapsuladas o magnéticas, es decir, aquellas que en las que el sistema de conexión es magnético, por lo que no son necesarios pasos de ejes, ni cierres o empaquetaduras, ya que ello se consigue mediante imanes).

- Compresores y bombas de vacío: sellos dobles (con sello líquido o gaseoso), o

bombas sin sello (encapsuladas o magnéticas), o sellos simples con niveles de emisión equivalentes.

- Bridas: minimizar el número de ellas, emplear juntas eficaces.






- Finales abiertos y puntos de muestra: empleo de discos ciegos y lazos cerrados en la toma de muestras.

- Válvulas de seguridad: Se considerarán medidas de reducción como discos de

ruptura y otros sistemas de control para emisiones al aire.

• F) Adopción de las siguientes recomendaciones generales:

- Aislamiento doble en cualquier punto con alto riesgo de fuga.

- Minimizar apertura de depósitos a través de diseños apropiados o mejoras en los modos de operación.

- Cubrir sistemas de captación de efluentes y tanques empleados para el

tratamiento de aguas residuales.

- Monitorización de agua de refrigeración por contaminación por hidrocarburos.

- En función de la magnitud, vehicular la fuga/purga de compresores a sistemas de baja presión para reciclado o incineración en antorcha.

MTD para operaciones de almacenamiento, manipulación y transferencia

Las recomendaciones para la determinación de las BAT que se reflejan en el BREF de LVOC son un compendio de las recogidas en el BREF de almacenamiento que seguidamente se reproducen: • A) Tanques de techos flotantes externos con sellos secundarios. • B) Tanques de techo fijo con techo flotante interno y sellos de anillo. • C) Almacenamientos presurizados (sustancias odoríferas). • D) Minimizar la temperatura del almacenamiento (con los consiguientes problemas de

solidificación o viscosidad). • E) Instrumentación y procedimientos para prevenir el sobrellenado. • F) Empleo de cubetos impermeables, con una capacidad del 110 % del tanque de

más capacidad. • G) Recuperación de COV por condensación, absorción o adsorción antes de su

reciclado o destrucción. • H) Monitorización en continuo del nivel del líquido (y sus variaciones) almacenado.






• I) Tuberías de llenado por debajo de la superficie del líquido. • J) Carga por fondos para evitar salpicaduras. • K) Líneas de balance para transferir el vapor del recipiente que está siendo llenado al

que está siendo vaciado. • L) Conducir venteos a sistemas apropiados de abatimiento. • M) Sensores en brazos de carga para detectar movimientos indebidos • N) Sellos en conexiones de mangueras. • O) Barreras y dispositivos de seguridad para prevenir daños a los equipos por

accidentes en las maniobras de los vehículos de carga. No obstante, el BREF de LVOC especifica la idoneidad de utilizar sistemas alternativos al tanque de techo fijo cuando la presión de vapor a la temperatura de almacenamiento es superior a 14 kPa, recomendando para tal caso otros sistemas como los tanques de techo flotante. MTD para la minimización de las emisiones al medio atmosférico

En la siguiente Tabla se citan las MTD para la recuperación y/o abatimiento de COV´s en focos de proceso:






TABLA 5.1

BAT PARA RECUPERACIÓN Y ABATIMIENTO DE COV

Técnica Valores asociados a Mejores Técnicas Disponibles (1) Indicaciones

Separación con membranas selectivas

90÷99,9 % de recuperación COV < 20 mg/m3

Rango de aplicación: 1÷10 g COV/m3 La eficiencia del método puede verse afectada por la

presencia de productos corrosivos, altos contenidos en partículas del gas o cercanía de éste a su punto de

rocío.

Condensación

Condensación: 50÷98 % (recuperación +

abatimiento adicional)

Criocondensación: (2)

95÷99,95 % de recuperación

Rango de aplicación: Flujo: 100÷100.000 m3/h

Concentración: 50÷100 g COV/m3

Rango de aplicación (criocondensación): Flujo: 10÷1.000 m3/h

Concentración: 200÷1.000 g COV/m3 Presión: 20 mbar÷6 bar

Adsorción (2) 95÷99,99 % de recuperación

Rango de aplicación para adsorción regenerativa: Flujo: 100÷100.000 m3/h

Concentración: 0,01÷10 g COV/m3 Presión: 1÷20 atm

Rango de aplicación para adsorción no regenerativa: Flujo: 10÷1.000 m3/h

Concentración: 0,01÷1,2 g COV/m3

Lavadores (2)

(absorción) 95÷99,99 % de reducción Rango de aplicación:

Flujo: 10÷50.000 m3/h Concentración: 0,3÷5 g COV/m3

Oxidación térmica

95÷99,9 % de reducción COV < 1÷20 mg/m3

Rango de aplicación: Flujo: 1.000÷100.000 m3/h

Concentración: 0,2÷10 g COV/m3

El rango de 1÷20 mg/m3 está basado en límites de emisión y en valores medidos.

La eficiencia de reducción de los oxidadores térmicos regenerativos o recuperativos puede ser menor del 95÷99 % y alcanzar valores menores a 20 mg/Nm3

Oxidación catalítica

95÷99 % de reducción COV < 1÷20 mg/m3

Rango de aplicación: Flujo: 10÷100.000 m3/h

Concentración: 0,05÷3 g COV/m3

Antorchas Antorchas elevadas > 99 % Antorchas a nivel de suelo > 99,5 %

(1) Concentraciones referidas a medias semihorarias/diarias para las condiciones de referencia de los gases secos a 0 ºC, 101,3 kPa y un contenido de oxígeno del 3 % en volumen (del 11 % en volumen en el caso de la oxidación catalítica/térmica)

(2) La técnica presenta efectos cruzados que requieren ser tenidos en cuenta Además de estos aspectos incluidos en el Capítulo de MTD genéricas, en el Capítulo de técnicas a considerar en la adopción de la BAT se describen detalladamente las técnicas reconocidas en el BREF de LVOC como MTD. Las distintas técnicas que se han identificado como MTD para recuperación y abatimiento de COV en dicho BREF son las siguientes: - Separación con membrana - Condensación






- Adsorción - Absorción - Oxidación térmica - Oxidación catalítica - Combustión en antorcha Separación con membrana La separación con membrana de gases está basada en la permeabilidad selectiva de los vapores orgánicos cuando atraviesan una membrana. Los vapores orgánicos tienen una permeabilidad considerablemente mayor que otros compuestos como el oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno, y el dióxido de carbono (de 10 a 100 veces superior). El gas residual se comprime y pasa a través de la membrana. El permeado enriquecido (tiene una alta concentración en vapores orgánicos), puede ser recuperado con métodos como la condensación o adsorción, o abatidos, por ejemplo, mediante oxidación catalítica. El proceso es más apropiado para altas concentraciones de vapores orgánicos. En la mayoría de los casos, es necesario un tratamiento adicional para reducir la concentración hasta un nivel apto para la descarga.

TABLA 5.2

LÍMITES Y RESTRICCIONES DE LA FILTRACIÓN CON MEMBRANA

PARÁMETROS DE LA CORRIENTE DE ENTRADA LÍMITES/RESTRICCIONES

Caudal de gas residual Depende de la superficie de la membrana, se conocen capacidades de 2.100-3.000 Nm3/h

Temperatura Temperatura ambiente. Depende del material de la membrana

Presión Depende del material de la membrana

Contenido en partículas Muy bajo, porque pueden dañar la superficie de la membrana

Concentración de COV en el gas de entrada Hasta 90 %

TABLA 5.3

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA SEPARACIÓN CON MEMBRANA

Ventajas Inconvenientes · Posibilidad de reutilizar la materia prima· Operación sencilla · No genera residuos

· Necesita sucesivas etapas · Riesgo de explosión






TABLA 5.4

NIVELES DE EMISIÓN / EFICIENCIA DE LA SEPARACIÓN CON MEMBRANA

Parámetro Eficiencia [%] Comentarios

Hidrocarburos 90-99 Proceso de recuperación de hidrocarburos, es necesaria la condensación previa de la corriente

COV Hata 99,9 Recuperación de COV, se necesita unidad de condensación antes y después de la filtración

La separación con membrana es frecuentemente usada como un paso para concentrar corrientes, para facilitar recuperaciones adicionales o tratamientos, por ejemplo: - Enriquecer en COV la fase gas incrementa el punto de condensación de la corriente

de gas residual, por tanto la condensación posterior ocurre más fácilmente, de manera que supone un ahorro de dinero.

- La incineración de una corriente de gas residual enriquecido reduce la necesidad de

fuel adicional. Los COV procedentes de un proceso de separación con membrana son normalmente reciclados no resultando residuos del proceso real de membrana, no obstante, puede causar residuos un tratamiento posterior dependiendo de la técnica usada. Pueden surgir emisiones residuales del enfriamiento con agua o de la corriente de gas residual tratado. Estas corrientes de gas son liberadas a la atmósfera por chimenea o se envían a un tratamiento posterior como adsorción o incineración.

Condensación La condensación es una técnica que elimina vapores de solvente de una corriente gaseosa residual reduciendo su temperatura por debajo de su punto de rocío. Existen diferentes tipos de condensación, que dependen de la temperatura de operación:

- Condensación por enfriamiento (Tª de condensación por debajo de 25 ºC) - Condensación por refrigeración (Tª de condensación por debajo de 2 ºC) - Condensación con salmuera (Tª de condensación por debajo de -10 ºC) - Condensación con salmuera y amoniaco (Tª de condensación por debajo de

-40 ºC (una etapa) ó –60 ºC (dos etapas)) - Condensación criogénica (Tª de condensación por debajo de –120 ºC, aunque en la

práctica se opera entre –40 y –80 ºC)






- Condensación por ciclo cerrado de gas inerte

La condensación tiene lugar por enfriamiento del gas, que puede ser directa (hay contacto entre el refrigerante y el gas) o indirecta (mediante un intercambiador de calor). La condensación indirecta es preferible porque la condensación directa necesita una etapa adicional de separación. Los sistemas de recuperación varían desde simples, mono-condensadores, a más complejos, sistemas multi-condensadores, diseñados para maximizar la recuperación de energía y vapor. La condensación con ciclo cerrado de gas inerte está diseñada para sistemas de ciclo cerrado junto con altas concentraciones de vapores orgánicos. Un volumen fijo de gas inerte (generalmente nitrógeno) está recirculando continuamente por el horno y la unidad de condensación. Una parte de la mezcla nitrógeno/vapor se extrae continuamente al módulo de recuperación, donde una serie de intercambiadores de calor enfrían y condensan los vapores. El diseño y operación de los condensadores es altamente dependiente del medio de refrigeración usado en el proceso. Condensación por enfriamiento (es decir, no criogénica) La condensación mediante enfriador se aplica a corrientes de gas más o menos saturadas (esto es, alto punto de rocío) de compuestos volátiles (orgánicos e inorgánicos) y sustancias olorosas, estas últimas son eliminadas de una corriente de gas saturado con agua, donde el agua condensada actúa como absorbente (a condición de que sean solubles en agua). La aplicación esencial de la condensación por enfriamiento es el pre-tratamiento o post-tratamiento de las corrientes de entrada o salida de las instalaciones de tratamiento de gases residuales. La eliminación de las principales cargas de COV alivia instalaciones de tratamiento como absorbedores, scrubbers, incineradores. Por otra parte, la condensación es un postratamiento adecuado para corrientes de gas enriquecido procedente, por ejemplo, de separación con membrana o stripping de aguas residuales y destilación. Condensación criogénica La condensación criogénica puede rebajar todos los COV y contaminantes inorgánicos volátiles sin distinción de sus presiones de vapor individuales. La aplicación de bajas temperaturas permite muy altas eficiencias de condensación, de tal manera que es adecuado como control final de emisiones de COV. De otro lado, temperaturas inferiores al punto de congelación del agua, requieren esencialmente una alimentación libre de agua. Es posible responder al instante a cambios en el caudal de COV y carga de solvente y puede recuperar virtualmente cualquier especie de COV, incluso bajo condiciones variables. Esta flexibilidad lo hace particularmente apto para el control de COV en multiproductos, plantas multi-propósito, donde se emplean procesos por cargas o continuos.






TABLA 5.5

LIMITACIONES Y RESTRICCIONES DE LA CONDENSACIÓN

LÍMITES/RESTRICCIONES Parámetros de la corriente de entrada Enfriamiento Criogénica

Caudal de gas típico [Nm3/h] 100-100.000 Hasta 5.000 Temperatura del gas de entrada [ºC] 50-80 Hasta 80

Contenido en agua Para condensación por debajo de los 0ºC, el gas no debe tener agua

Alimentación libre de agua

Presión Atmosférica 2-600 kPa Partículas <50 mg/Nm3 (no pegajoso)

Olor 100.000 ou/Nm3

Amoniaco 200-1.000 mg/Nm3

TABLA 5.6

VENTAJAS/DESVENTAJAS

Ventajas Desventajas Condensación por enfriamiento Condensación por enfriamiento

· Tecnología compacta · Proceso manejable. Las emisiones pueden ser

calculadas aproximadamente · Las instalaciones para tratamientos posteriores son

aliviadas de gran cantidad de carga contaminante y pueden operar más económicamente

· La recuperación de solvente logra corrientes de gas que no contiene mezclas de COV difíciles de separar

· Se puede recuperar calor

· La cantidad de agua de refrigeración puede suponer un problema para regiones con escasez de agua

· La eficiencia depende considerablemente del caudal de gas y su composición

· Es necesario un tratamiento complementario

Condensación criogénica Condensación criogénica · Tecnología compacta · Recuperación de solventes orgánicos a condición

de que puedan ser separados de la mezcla de condensados

· Alta eficiencia para la recuperación de COV · Se recicla Nitrógeno gas · Proceso manejable. Las emisiones pueden ser

calculadas aproximadamente

· No válida para gases húmedos porque se puede formar hielo que impide la transferencia de calor

· Necesita un sistema de generación de nitrógeno, o suministro exterior de nitrógeno

· Líquidos de refrigeración por debajo de 0 ºC pueden causar formación de hielo en el intercambiador de calor

La cantidad de agua residual generada por las instalaciones de condensación es directamente proporcional a la cantidad de condensado, que a su vez es directamente proporcional al contenido en humedad y a la temperatura de enfriamiento elegida. Los rangos típicos de contenido en DQO del condensado son, para condensación de COV de 200-1.000 mg/l DQO.






Hay todavía moderadamente altas concentraciones de COV después de los procesos de condensación, que pueden requerir tratamientos adicionales, por ejemplo adsorción o incineración.

TABLA 5.7

POSIBILIDAD DE APLICAR LA CONDENSACIÓN A INSTALACIONES EXISTENTES

Condensación por enfriamiento Condensación criogénica Condensación con ciclo cerrado de gas inerte

Es retroaplicable cuando hay agua para refrigeración disponible

Es retroaplicable. Puede instalarse reemplazando un evaporador de nitrógeno, y debe estar cerca de una fuente de nitrógeno líquido

Es dificil de aplicar en plantas existentes

Adsorción La adsorción es una reacción heterogénea en la que moléculas de gas son retenidas en una superficie sólida (adsorbente) que prefiere determinados compuestos específicos a otros, y de esta manera se eliminan de la corriente de efluentes. Cuando la superficie está cerca de agotar su capacidad de adsorción, el contenido adsorbido es desorbido para regenerar el adsorbente. Los contaminantes desorbidos se encuentran generalmente en alta concentración, permitiendo su recuperación o abatimiento. Los principales tipos de sistemas de adsorción son: -adsorción en lecho fijo -adsorción en lecho fluido -adsorción en lecho móvil continuo -PSA (Pressure-Swing Adsorption: adsorción por cambio de presión) Adsorción en lecho fijo. Es ampliamente utilizada. El gas residual, aire agotado, etc, son acondicionados previamente por enfriamiento, condensación parcial de vapor de agua ó calentamiento, para reducir la humedad relativa para minimizar la co-adsorción de agua. El gas se alimenta alrededor de 40 ºC al adsorbedor, donde se purifica. Para permitir la regeneración, los adsorbedores operan con instalaciones de lechos múltiples (2 o 3), es decir, un lecho se carga y el otro se regenera, y, opcionalmente, un tercer lecho está en stand-by. Adsorción en lecho fluido. Este proceso utiliza la velocidad del gas (principalmente en el rango de 0,8-1,2 m/s) para mantener el adsorbente en un estado fluido. Estos sistemas requieren cuentas de adsorbente resistentes al desgaste. Se opera con continua adsorción/desorción, el adsorbente es regenerado en un intercambiador de calor en el fondo del adsorbedor, y posteriormente retorna neumáticamente al lecho fluidizado. Con el proceso de adsorción en lecho móvil continuo, el adsorbente es continuamente alimentado en la parte superior del adsorbedor, pasando el gas en






contracorriente. El adsorbente saturado en el fondo del recipiente se transfiere continuamente a un regenerador de lecho móvil. PSA (Pressure-swing adsorption): Puede separar gases o vapores en una mezcla de gases y simultáneamente regenerar el adsorbente. Los adsorbentes típicos son: - Carbón activo granulado (GAC), es el más común de los adsorbentes con un amplio

rango de eficiencia y no restringido a compuestos polares o no-polares. - Zeolitas, las propiedades dependen de su fabricación trabajando como meros

tamices moleculares, intercambiadores selectivos de iones o adsorbedores hidrofóbicos de COV.

- Partículas macroporosas de polímeros, las cuales se usan como gránulos o lechos,

no siendo altamente selectivos con respecto a los COV. - Silica gel. - Silicatos sodio-aluminio. Además de los métodos de regeneración del adsorbente en continuo, hay varios métodos para regenerar el adsorbente o los lechos fijos de adsorbentes: - Regeneración por golpe de temperatura - Regeneración a vacío - Regeneración por cambio de presión (PSA) Las aplicaciones de la adsorción abarcan: - Recuperación de COV (materia prima, producto, solvente, fuel de operaciones de

llenado, etc) para reutilizar o recircular, probablemente como un paso de concentración para favorecer la viabilidad de adicionales operaciones de recuperación como la separación por membrana.

- Abatimiento de contaminantes (sustancias peligrosas procedentes de instalaciones

de producción o tratamiento como los COV, olores, gases traza, etc) que no pueden ser recirculados o usados de otro modo.

- Como filtro de salvaguardia después de instalaciones de tratamiento final La aplicación como tecnología de abatimiento no se recomienda para gases residuales con muy altas concentraciones de COV, porque los requerimientos para la regeneración del






adsorbente podrían afectar adversamente a la rentabilidad. Hay normalmente técnicas más convenientes. La adsorción es aplicable para controlar, recuperar reciclar o preparar (para tratamientos posteriores) emisiones de COV y de contaminantes atmosféricos orgánicos peligrosos.

TABLA 5.8

LÍMITES Y RESTRICCIONES DE LA ADSORCIÓN

LÍMITES/RESTRICCIONES PARÁMETROS DE LA CORRIENTE DE ENTRADA GAC ZEOLITAS POLIMEROS

Caudal de gas típico [Nm3/h] 100-100.000 <100.000

Temperatura [ºC] 15-80 <250 Presión [MPa ] 0,1-2 Atmosférica

Concentración de COV Máximo 25 % del LEL

Máximo 25 % del LEL

Máximo 25 % del LEL

Humedad relativa Máximo <70 %

(cuanto más baja mejor)

Dioxinas [ng/Nm3 TEQ] 10-100 1 LEL: Límite explosivo inferior

TABLA 5.9

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ADSORCIÓN

Ventajas Inconvenientes · Alta eficiencia para la eliminación y

recuperación de COV · Tecnología simple y robusta · Alto grado de saturación del adsorbente · Instalación simple · Mantenimiento simple

· Las partículas en la corriente de gas pueden causar problemas

· Mezclas pueden causar punto final precoz · No válida para corrientes de gas residual

húmedas · Riesgo de que arda el lecho (GAC y zeolitas,

mientras que polímeros operan a bajas temperaturas)

· Aptitud para la polimerización de compuestos orgánicos insaturados en GAC






TABLA 5.10

NIVELES DE EMISIÓN / EFICACIA DE LA ADSORCIÓN

Parámetro Eficacia [%]

Nivel de emisión [mg/Nm3] Comentarios

COV 80-95 GAC Tolueno 90 GAC Olor 80-95 GAC Mercurio <0,01-0,05 GAC/Zeolita Sulfuro de hidrógeno 80-95 GAC Dioxinas <0,1 ng/Nm3 TEQ GAC

Nota: En BREF LVOC (Febrero 2003) se asocia a la adsorción como técnica para la recuperación y abatimiento de COV una eficiencia de recuperación de 95-99,99 % (ver Tabla 4.1).

El vapor para la regeneración produce aguas residuales con relativamente altas cargas contaminantes que han de ser descargadas a un tratamiento de aguas. Cuando no hay regeneración, el adsorbente ha de ser eliminado, es decir, normalmente incinerado. La regeneración o eliminación del adsorbente puede ser realizado por compañías externas. Absorción La absorción (o scrubbing) es una transferencia de masa entre un gas soluble y un disolvente (normalmente agua) al ponerlos en contacto. El scrubbing físico es preferido para la recuperación de productos químicos, mientras que el scrubbing químico se restringe a eliminar y abatir compuestos gaseosos. El scrubbing físico-químico toma una posición intermedia. El componente gaseoso es disuelto en el líquido absorbedor, y se ve involucrado en una reacción química reversible que permite la recuperación del componente gaseoso. Las aplicaciones más importantes del tratamiento de gas residual mediante scrubbing son: - Eliminar contaminantes gaseosos como haluros de hidrógeno, SO2, amoniaco,

sulfuro de hidrógeno o disolventes orgánicos volátiles. - Eliminación de SO2 o haluros de hidrógeno. - Pero también la eliminación de polvo con ciertos tipos de scrubber. Dependiendo de los contaminantes a abatir, se pueden usar varios líquidos de lavado: - Agua, para abatir solventes y gases como haluros de hidrógeno, amoniaco, con el

principal propósito de recuperar y de reutilizar estos contaminantes.






- Soluciones alcalinas, para eliminar componentes ácidos como haluros de hidrógeno, dióxido de azufre, fenoles, cloro; también se utiliza para una segunda etapa de lavado para eliminar haluros de hidrógeno residuales después de una primera etapa de absorción acuosa; desulfuración de biogas.

- Soluciones alcalinas oxidantes, es decir, soluciones alcalinas con hipoclorito sódico, dióxido de cloro, ozono o peróxido de hidrógeno.

- Solución de hidrogenosulfito sódico, para eliminar olores. - Solución de Na2SO4, para eliminar mercurio del gas residual. - Soluciones ácidas, para abatir amoniaco y aminas. - Soluciones de monoetanolamina y dietanol amina, para la absorción y recuperación

de sulfuro de hidrógeno.

Hay varios tipos de scrubbers, según la forma de poner en contacto líquido y gas:

- De paquete de fibras: utiliza un material fibroso para mezclar líquido y gas. Se usa para eliminar componentes ácidos y compuestos orgánicos e inorgánicos de una corriente de gas

- De lecho móvil: tiene una zona llena de elementos móviles (normalmente esferas de

plástico). Se aplican para eliminar dióxido de azufre, fluoruro de hidrógeno y olores. También puede usarse para tratar gases residuales que contienen polvo y cuando se pueden formar escamas o incrustaciones

- De lecho compacto: emplea un material agujereado. Se usan para absorber dióxido

de azufre, ácido crómico, sulfuro de hidrógeno, amoníaco, cloruros, fluoruros y COV. - De platos: es una torre compuesta de varios platos perforados, y la absorción se

realiza en el espacio entre los platos. La aplicación típica para scrubber de platos es la absorción de ácidos, dióxido de azufre y olores.

- Torre de spray: el líquido es pulverizado en la parte superior de la torre mientras la

corriente gaseosa entra por el fondo. Normalmente el gas sucio sube por la torre en contracorriente con el flujo de líquido. La aplicación típica es eliminar gases ácidos y olores.

Su elección depende de: - Requerimientos de eficiencia - Necesidades de energía - Reactivos

- Propiedades de la corriente de gas residual La absorción es ampliamente usada como técnica de recuperación de materia prima y/o producto, para separación y purificación de corrientes de gas que contienen altas






concentraciones de COV, especialmente compuestos solubles en agua (como alcoholes, acetona o formaldehido). El uso de la absorción como técnica de control primario para vapores orgánicos está sujeto a la disponibilidad de un disolvente adecuado, con una alta solubilidad para el gas, baja presión de vapor y baja viscosidad. Como una técnica de control final para emisiones, el scrubbing de gas es comúnmente empleado para compuestos inorgánicos además de COV. Su conveniencia como método de control de la contaminación depende de: - valor de recuperación del contaminante - coste de evacuar el agua residual - la eficiencia de eliminación requerida - la concentración de contaminante en el gas de entrada - la posibilidad de un disolvente/reactivo químico adecuado. La absorción se incrementa por: - mayor superficie de contacto - mayor ratio líquido/gas - altas concentraciones en la corriente de gas - menor temperatura Para COV peligrosos se requieren concentraciones bajas en el gas de salida que conducen a torres de absorción altas impracticables, largos tiempos de contacto y altos ratios líquido/gas que pueden no ser eficientes en base a costo. Por tanto, los scrubber húmedos son más efectivos para el control de COV peligrosos cuando se usan en combinación con otros dispositivos de control como absorbedores de GAC (carbón activo granulado) o incineradores de gas residual.






TABLA 5.11

LÍMITES Y RESTRICCIONES DE LA ABSORCIÓN

Límites/Restricciones 50-500.000 1.800-170.000 (paquete de fibras) 900-130.000 (lecho compacto) 1.700-130.000 (platos)

Caudal de gas [Nm3/h]

2.500-170.000 (torre de spray) 5-80 (general) <60 (paquete de fibras) 4-38 (lecho compacto, para control de contaminantes gaseosos) 4-38 (platos, para control de contaminantes gaseosos) 4-38 (torre de spray, para control de contaminantes gaseosos) 10-40 (lavado con solución alcalina-oxidante) 30 (desulfurización de biogas)

Temperatura [ºC]

(alta temperatura del gas puede conducir a una significativa pérdida del líquido de lavado por evaporación)

Presión Atmosférica Carga de contaminante [g/Nm3] 0,2-11 (paquete de fibras) Partículas [mg/Nm3] 450 (lecho compacto)






TABLA 5.12

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ABSORCIÓN

Ventajas Desventajas General · Amplio rango de usos · Muy alta eficiencia · Instalación compacta gracias a un ratio favorable entre

capacidad y volumen del equipo · Tecnología simple y robusta · Mantenimiento sencillo · Unicamente unos pocos componentes sensibles al

desgaste · Puede manejar gases y partículas inflamables o

explosivas con bajo riesgo · También puede enfriar corrientes de gases calientes · Puede manejar nieblas · Gases y sustancias corrosivas pueden ser neutralizados

General · Es necesario una alimentación de agua o

compuestos diluidos para reponer las pérdidas por evaporación y las purgas

· El agua residual procedente del scrubber necesita tratamiento

· Agentes acondicionantes (ácidos, bases, oxidantes, emolientes, etc…)son necesarios en muchas aplicaciones

· El polvo retenido como fango debe ser tratado ya sea para reutilización o para eliminación

· Para instalación bajo techo, es necesaria una estructura de soporte

· Para instalación al aire libre, es necesario protegerlo del frío (según el clima)

· El material donde se realiza el contacto es sensible a atascarse por polvo y grasa

· Potencial para la corrosión · Partículas recogidas pueden estar contaminadas y

no ser reciclables · El gas de salida puede requerir recalentamiento

para evitar pluma visible Scrubbers de lecho compacto · Media-baja presión de descarga · Scrubber de plásticos y plásticos reforzados con fibras

de vidrio (FRP) pueden operar en atmósferas muy corrosivas

· Alta eficiencia de transferencia de masa · Buena capacidad para atrapar gases y partículas · Bajo coste de inversión · Necesita poco espacio

Scrubbers de lecho compacto · Tendencia a que se tapone el lecho · Relativamente alto coste de mantenimiento en

comparación con otras técnicas de scrubbing · Cuando se emplea construcción con FRP (fibras de

vidrio), es sensible a la temperatura

Scrubbers de platos · Flexibilidad en las condiciones de operación · Muy versátil para bajos caudales de gases, porque

también puede operar con bajo caudal de líquido · Proporciona absorción de gas y captación de polvo en

la misma unidad · Mejora el contacto entre gas y slurry para eliminar SO2 · Fácil mantenimiento y operación

Scrubbers de platos · Acumulación de suciedad alrededor de válvulas y

platos · Mayor coste que otros scrubbers húmedos

Torres de spray · Baja presión de descarga · Construcciones de FRP pueden trabajar en atmósferas

muy corrosivas · Bajo consumo de energía · Baja inversión inicial · Realtivamente libre de atascos · Necesita relativamente poco espacio · Apto para recoger tanto gases como partículas

Torres de spray · Baja eficiencia de transferencia de masa · Baja eficiencia para eliminar partículas finas · Cuando se usa FRP, es sensible a la temperatura · Alto coste de operación






TABLA 5.13

NIVELES DE EMISIÓN Y EFICIENCIA DE LA ABSORCIÓN

Parámetro Eficiencia a

[%] Nivel de emisión

[mg/Nm3] b Comentarios

Alcoholes Hasta 95 Hasta 100 Agua >99 <50 Agua Fluoruro de hidrógeno

<1 Base >99 <50 Agua Cloruro de hidrógeno

<10 Base Ácido crómico <0,1-1 Agua Amoniaco >99,9 c <1 Ácido Aminas >99 <1 Ácido Dióxido de azufre 80-99 d <40 Base Fenoles >90 Base

90-95 Base Sulfuro de hidrógeno 80->99 h Base

Compuestos inorgánicos 95-99 d, f, h 50-95 d, e COV 70->99 f, g

a Alta concentración en la alimentación b Baja concentración en la alimentación c Concentración de amoniaco en la alimentación de 25 g/Nm3 , concentración del efluente <10 mg/Nm3

d Torre de spray, varios reactivos e Puede alcanzar > 99% f Scrubber de lecho compacto g Scrubber de fibras h Scrubber de platos

Nota: En BREF LVOC (Febrero 2003), el valor de eficiencia de reducción de COV asociado a la absorción es 95-99,99 % (ver Tabla 4.1)

El scrubbing genera aguas residuales que necesitan tratamiento, si el líquido de lavado con su contenido no se usa para otra aplicación. Un tratamiento adecuado es la desorción del contenido del gas residual, el cual se lleva a cabo en cualquier caso cuando la recuperación del gas es el objetivo del scrubbing. La desorción puede causar emisiones al aire. Su necesidad de energía debe tenerse en cuenta. Oxidación térmica La oxidación térmica es el proceso de oxidación de gases combustibles y olorosos presentes en una corriente de gas residual, calentando la mezcla de contaminantes con aire u oxígeno por encima de su punto de autoignición en un horno y manteniéndolos a alta temperatura durante suficiente tiempo para completar la combustión a dióxido de carbono y agua. Tiempo, temperatura (alrededor de 200-400 º C por encima del punto de autoignición), turbulencia (para la mezcla) y la disponibilidad de oxígeno afectan a la tasa de eficiencia del proceso de combustión. Estos factores proporcionan los parámetros básicos de diseño para los sistemas de oxidación de COV. Cuando están presentes COV halogenados pueden necesitarse






condiciones especiales para eliminar la generación de dioxinas, sin embargo normalmente hay una formación despreciable de dioxinas con la combustión de corrientes de gas residual. Existen varios tipos de oxidadores térmicos: - Oxidador térmico directo: Tan sólo comprende una cámara de combustión y no hay recuperación de calor de

los gases de salida

- Oxidador térmico regenerativo: El gas entra en la cámara regenerativa donde es precalentado por los gases de

salida de la combustión mediante un intercambiador de calor de matriz cerámica, que incrementa la temperatura del gas cerca de la temperatura de oxidación. Luego el gas entra en la cámara de combustión donde es calentado por la combustión de un combustible auxiliar a la temperatura de oxidación y mantenido a esta temperatura para alcanzar una destrucción máxima del COV. Los gases salen de esta cámara y son dirigidos hacia un segundo intercambiador de calor de matriz cerámica, transfiriendo su energía térmica para ser reutilizada para el precalentamiento del siguiente ciclo.

Debido a la relativamente alta temperatura de combustión, el exceso de aire, y pequeña influencia de la llama, se forman únicamente pequeñas cantidades de CO y NOX.

Este sistema es particularmente adecuado para gases de caudales comparativamente altos (hasta 200 Nm3). Se puede alcanzar una recuperación de calor del 90-97 %.

- Oxidador térmico recuperativo:

Está compuesto por la cámara de combustión, el precalentador del gas de desecho y, si fuese apropiado, un intercambiador de calor por recuperación de energía secundaria. Este sistema es particularmente apropiado para corrientes de gas de desecho de comparativamente bajos caudales (<14 Nm3/s). Se puede alcanzar una recuperación de calor del 50-80 %.

- Motores de gas y calderas de vapor

El gas residual es quemado en el motor o la caldera, con una recuperación de energía del 57-67 %. Si es necesario, se emplea gas natural como combustible adicional.

Los oxidadores térmicos se usan para reducir emisiones de casi todas las fuentes de COV, incluyendo venteos de reactores, venteos de destilación, operaciones con disolventes y operaciones realizadas en hornos y secadores.






TABLA 5.14

LÍMITES Y RESTRICCIONES A LA APLICACIÓN DE LA OXIDACIÓN TÉRMICA

Parámetros de la corriente

de entrada Límites/Restricciones

Caudal de gas típico [Nm3/h]

900-86.000 (Directo y regenerativo) 90-86.000 (Recuperativo)

Temperatura [ºC] 750-1.000 980-1.200 (con compuestos peligrosos)

Concentración de COV en el gas residual <25% LEL

Tiempo de residencia [s] 0,5-2 (depende de la temperatura)

Sustancias Con los motores de gas y las turbinas de vapor no pueden emplearse sustancias que generen compuestos corrosivos

1 LEL: Límite explosivo inferior

TABLA 5.15

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA OXIDACIÓN TÉRMICA

Ventajas Inconvenientes · Rendimiento alto y constante · Principio simple · Operación fiable · Las oxidaciones térmicas recuperativa y

regenerativa tienen una alta eficiencia térmica, y en consecuencia un bajo consumo de combustible y por tanto baja emisión de CO2.

· Se puede integrar el proceso para aprovechamiento del calor residual.

· Emisión de monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno.

· Riesgo de formación de dioxinas cuando se queman compuestos clorados.

· Es necesario un tratamiento complementario para COV que contengan azufre o haluros.

· Necesidad de combustible adicional, al menos para comenzar la operación y en corrientes con contenido de COV por debajo del punto de autoignición






TABLA 5.16

LÍMITES DE EMISIÓN / EFICACIA DE LA OXIDACIÓN TÉRMICA

Rendimiento [%] Parámetro Directo Regenerativo Recuperativo

Comentarios

COV 98->99,9 95-99 98-100 (a)

25-99,9 25-99,9 Productos del petróleo y el

carbón PM10

50-99,9 50-99,9 Productos químicos y asociados

Nivel de emisión [mg/Nm3] Parámetro Directo Regenerativo Recuperativo

Comentarios

COV <1-20 (b) Contenido en Oxígeno 3 v-%

(a) >99,999 % (b) Niveles inferiores para sustancias peligrosas y superiores para no peligrosas

Nota: En BREF LVOC (Febrero 2003) se asocia a la oxidación térmica, como técnica disponible para la recuperación y abatimiento de COV, un valor de emisión de COV < 1-20 mg/m3 y una eficiencia de 95-99,99 % (ver Tabla 4.1)

Se pueden usar hornos y calderas para la oxidación térmica de COV si la temperatura y tiempo de residencia están en el rango adecuado. Esto puede ser una opción atractiva cuando el horno o caldera está ya en el emplazamiento. Oxidación catalítica La oxidación catalítica opera de manera muy similar a como lo hace la oxidación térmica, con la principal diferencia de que el gas, tras pasar a través de la zona de llama, atraviesa un lecho catalítico. Este catalizador tiene el efecto de incrementar el rango de la reacción de oxidación, permitiendo la conversión a temperatura sensiblemente menor que en las unidades de oxidación térmica. El gas residual se pre-calienta mediante quemadores auxiliares hasta aproximadamente 300-500ºC antes de entrar en el lecho del catalizador. La temperatura de diseño máxima de salida del catalizador es típicamente 500-700ºC. El método de contacto de la corriente de gas con el catalizador sirve para distinguir los sistemas de oxidación catalítica. Se usan tanto los de lecho fijo como los de lecho fluido. Los catalizadores típicos para la oxidación de COV son normalmente metales preciosos como platino, paladio y rodio, sustentados en cerámica o metal, o bases metálicas soportadas en gránulos cerámicos, óxidos metálicos solos o combinados como óxido de cobre, cromo, manganeso, níquel, cobalto, etc.






La presencia de venenos del catalizador o agentes causantes del blinding (deposición sobre el catalizador) en el gas residual, como por ejemplo partículas o reactivos químicos, pueden tener un impacto significativo sobre la vida activa del catalizador. El envenenamiento por deposición puede ser reversible, como por ejemplo el ensuciamiento de la superficie del catalizador por aceites, que reduce su eficiencia si bien puede ser eliminado mediante un aumento de la temperatura. Sin embargo, la presencia de ciertos agentes químicos puede ocasionar un envenenamiento irreversible del catalizador. Al igual que los oxidadores témicos, los oxidadores catalíticos presentan varios tipos:

- Directo - Regenerativo - Recuperativo

Según el tipo de corriente, puede ser necesario algún pretratamiento, como la condensación del vapor de agua en gases húmedos o la eliminación de inhibidores catalíticos. La oxidación catalítica se usa para reducir emisiones de variedad de fuentes estacionarias. La principal fuente de emisión son COV de evaporación de disolventes, y la oxidación catalítica es ampliamente usada por numerosos sectores industriales de esta categoría. La oxidación catalítica es más adecuada para sistemas con bajos caudales de humos, cuando hay pequeñas variaciones en el tipo y concentración de COV y donde no están presentes venenos del catalizador u otros contaminantes incrustantes. Otros compuestos a abatir, además de COV son el CO y, hasta cierto grado, partículas, estas últimas requieren dispositivos especiales de operación.

TABLA 5.17

LÍMITES Y RESTRICCIONES A LA APLICACIÓN DE LA OXIDACIÓN CATALÍTICA

Parámetro de la corriente

de entrada LÍMITES/RESTRICCIONES

1.200-86.000 (Oxidadores catalíticos directo y regenerativo) Caudal de gas típico [Nm3/h] 90-86.000 (Oxidador catalítico recuperativo)

Temperatura [ºC] 300-500 antes del catalizador 500-700 después del catalizador

Concentración de COV en el gas <25 % LEL (a)

Tiempo de residencia [s] 0,3-0,5 (a) LEL: Límite explosivo inferior






TABLA 5.18

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA OXIDACIÓN CATALÍTICA

Ventajas Inconvenientes · Más compactos que los oxidadores térmicos · Requiere menor temperatura y menos

combustible adicional que el oxidador térmico · Baja o nula formación de NOx producida por

fijación atmosférica (alrededor del 20-30% de la cantidad formada or oxidación térmica)

· El CO también es abatido · Se puede alcanzar un rendimiento fiable, alto y constante · Las oxidaciones recuperativa y regenerativa

tienen una alta eficiencia, con un bajo consumo adicional de combustible y una baja producción de CO2

· Es posible la integración en el proceso del calor residual o la generación de vapor

· Baja o nula necesidad de aislamiento · Menor peligro del fuego en comparación con

el oxidador térmico

· Menor eficiencia en la eliminación de COV que la oxidación térmica

· Sistema sensible a los cambios en el calentamiento del gas

· Riesgo de formación de dioxinas, cuando se incineran compuestos clorados

· Todos los catalizadores son susceptibles al ataque de venenos y supresores de actividad

· Normalmente primero deben ser eliminadas las partículas

· Los catalizadores gastados que no pueden ser regenerados necesitan eliminarse






TABLA 5.19

LÍMITES DE EMISIÓN / ESTIMACIONES DEL RENDIMIENTO DE LA OXIDACIÓN CATALÍTICA

Rendimiento [%] Parámetro

Directo Regenerativo Recuperativo Comentarios

95 90-99 COV 98-99 (a)

25-99,9 Productos del petróleo y el

carbón PM10

50-99,9 Productos químicos

CO >98 (b) Olores 80-95

Nivel de emisión [mg/Nm3] Parámetro Directo Regenerativo Recuperativo

Comentarios

COV <1-20 (C) (a) Requiere grandes volúmenes de catalizador o altas temperaturas (b) Se necesita catalizador basado en metales preciosos (c) Niveles inferiores para sustancias peligrosas y superiores para no peligrosas

Nota: En BREF LVOC (febrero 2003) asocia a la oxidación térmica como técnica disponible para la recuperación y abatimiento de COV, un valor de COV < 1-20 mg/m3 y una eficiencia de 95-99,99 %

Las emisiones al ambiente incluyen trazas de CO y un bajo contenido en NOX, debido a la relativamente baja temperatura comparando con la oxidación térmica. Se pueden alcanzar niveles de emisión de 15 mg/Nm3. El catalizador tiene un tiempo de vida de dos años, y probablemente más. Entonces tiene que ser regenerado o eliminado como una sustancia química o incluso como un residuo peligroso. Cuando los COV oxidados contienen azufre y/o halógenos, pueden producirse emisiones adicionales de SO2 y/o haluros de hidrógeno y tienen que ser abatidas con técnicas adecuadas. Combustión en antorcha La combustión en antorcha es un proceso de oxidación a alta temperatura, empleado para quemar componentes combustibles de gases residuales de diferentes operaciones industriales. Puede resultar humo de la combustión dependiendo de los componentes del gas residual y la cantidad y distribución del aire de combustión. Los gases residuales que contienen






metano, hidrógeno, monóxido de carbono y amoníaco normalmente se queman sin humo. Los gases residuales que contienen hidrocarburos pesados como parafinas por encima del contenido en metano, olefinas y aromáticos causan humos. La industria usualmente requiere una capacidad de ausencia de humos del 100 % para antorchas de superficie y del 10-15% para antorchas elevadas. Los gases a incinerar deben tener un contenido calorífico de al menos 11 MJ/Nm3 para la combustión completa, de otra manera habrá de añadirse fuel auxiliar. En algunos casos incluso quemando gases residuales que tiene suficiente contenido calorífico requieren también aporte adicional de calor. Existen dos tipos fundamentales de antorchas:

- Antorchas elevadas - Antorchas de superficie

Antorchas elevadas: Son las más comunes, y tienen mayor capacidad que las de superficie. En estas antorchas, la combustión se realiza en la cabeza de una chimenea de entre 10 y 100 m de alto. La llama está expuesta a los fenómenos atmosféricos. Antorchas de superficie: La combustión se realiza a ras de suelo. Esta antorcha es más compleja y puede tener varios quemadores. La combustión puede ser abierta o cerrada. Esta antorcha se usa con caudales bajos. Dentro de las antorchas de superficie, existe un nuevo tipo, “premixed surface combustion system”; donde se realiza una mezcla de gas y aire previamente a la combustión. La mezcla de gas se introduce con un difusor en una cámara de pre-mezcla y fluye a través de un medio permeable, donde se prende con un mechero. La combustión en una zona cerrada previene las descargas de calor y luz. En estas antorchas, se puede recuperar calor mediante un intercambiador de calor. Las antorchas se usan ampliamente en la industria de aceites, gas y petroquímica como dispositivo de seguridad de gases y vapores combustibles sobrantes, cuando no hay oportunidad de usarlos o reciclarlos. Algunos complejos industriales emplean un sistema integrado de antorchas, combinando antorchas superficiales para el funcionamiento normal y elevadas para procesos irregulares y emergencias.






TABLA 5.20

LÍMITES Y RESTRICCIONES A LA APLICACIÓN DE LA COMBUSTIÓN EN ANTORCHA

Límites/Restricciones

Caudal de gas típico

0-1.800.000 Nm3/h (límite superior para antorchas elevadas) 600-210.000 [Nm3/d] (rango de Indice de Wobbe 15-52 MJ/Nm3) (antorchas de superficie de premixed surface combustion system)

Temperatura de combustión[ºC] >800 900-1.260 (antorchas de superficie de “premixed surface combustion system”)

Concentración de COV en el gas 0-100% LEL con ingeniería de seguridad 1

0-50% LEL sin ingeniería de seguridad 1 Tiempo de residencia [s] 1-2

Rango de presiones [kPa] 0-0,73 (antorchas de superficie de “premixed surface combustion system”)

Contenido en oxígeno después de la incineración >5 %

Velocidad de la llama [m/s] 0-20 (para prevenir backflash) 1 LEL: Límite explosivo inferior






TABLA 5.21

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA COMBUSTIÓN EN ANTORCHA

Ventajas Inconvenientes General · Sistema eficiente de abatimiento · Puede usarse para corrientes de gases

fluctuantes o intermitentes

General · No se produce una reducción de

contaminantes (SOx, NOx, monóxido de carbono, haluros de hidrógeno) más allá de la zona de llama · Precisan de supresores de humo · Calor de combustión no aprovechable · Costes elevados en el caso de retrofitting

Antorchas elevadas · Trata grandes cantidades de gases de forma

rápida y segura · Sirve como equipo para emergencias

Antorchas elevadas · Problemas, en muchos casos, de emisión

lumínica · Molestias por ruido · Problemas para mantener flujos bajos · La formación de coque puede bloquear la boquilla

Antorchas de superficie · Ignición más segura (no afectada por el viento) · Flexible; puede tratar variaciones de flujo en

rango bajo

Antorchas de superficie · Capacidad limitada · No pueden tratar grandes variaciones de flujo,

requiriendo una combinación con antorchas elevadas

· Alto riesgo para la seguridad y la salud en caso de mal funcionamiento

· Eficiencia potencial baja debido a la pobre calidad del combustible

· Problema de olores Antorchas de superficie con sistema de premezcla Combustión completa · Sistema modular de rápida instalación y fácil

transporte · Amplio ratio de reducción (1:30 con Indice de

Wobbe 15-52 MJ/Nm3) · Puede empezar a funcionar directamente al total de capacidad sin periodo de inicio · Baja emisión de NOx · Se puede recuperar energía · Bajas emisiones de luz y calor

Antorchas de superficie con sistema de premezcla · Nueva tecnología, todavía no muy conocida · Altos costes en comparación con las

antorchas convencionales






5.1.3 BREF de tratamiento de efluentes líquidos y gaseosos en el sector químico El BREF de tratamiento de efluentes líquidos y gases en el sector químico reconoce las siguientes MTD para la reducción de emisiones de COV´s al medio atmosférico:

• A) Eliminación de COV de corrientes gaseosas mediante técnicas como lavados húmedos, adsorción, condensación, separación en membranas, tratamiento biológico, oxidación térmica y oxidación catalítica.

• B) Empleo de técnicas que permitan la recuperación, como la condensación, la

separación en membranas o la adsorción, cuando se persiga la reutilización de materias primas o solventes.

• C) En técnicas húmedas, consideración de las necesidades de agua (tanto derivadas

del proceso como de las debidas a la refrigeración)

• D) Empleo de técnicas de abatimiento sólo cuando no es posible la recuperación.

• E) Para bajas concentraciones de COV, son preferibles los sistemas de tratamiento biológico a técnicas como la incineración.

• F) Las técnicas de combustión deben utilizarse especialmente cuando es posible la

operación autotérmica, cuando deben eliminarse sustancias peligrosas o cuando no son eficientes otras técnicas.

• G) La oxidación catalítica es preferible a la oxidación térmica, debido a sus menores

emisiones de NOx, la menor temperatura de operación y los menores requerimientos energéticos. No obstante se recurrirá a la oxidación térmica si el gas puede constituir un veneno catalítico o se requiere una elevada eficiencia.

• H) Si es posible, incorporar sistemas de recuperación de energía a las técnicas de

abatimiento basadas en la combustión.

• I) Implementar tratamientos para los gases de combustión tras procesos de incineración en aquellos casos en los que la emisión de contaminantes sea significativa.

• J) Reducir el empleo de antorchas a situaciones particulares como en el caso de

incidentes paradas o mantenimiento. Restringir el uso de antorchas de suelo a situaciones en las que las condiciones de seguridad lo permita.






5.1.4 BREF de almacenamiento A continuación se reproducen las MTD relacionadas con las emisiones de COV´s en el parque de almacenamiento recogidas en el BREF de almacenamiento: Diseño del tanque Durante la fase de diseño de un tanque de almacenamiento se considera BAT el análisis de los siguientes aspectos: • A) Propiedades físico-químicas de las sustancias almacenadas. • B) Cómo se operará el tanque y qué nivel de instrumentación se necesitará, cuántos

operarios se requerirán y cuál será su carga de trabajo. • C) Cómo se informará a los operarios de situaciones de emergencia. • D) Cómo se protegerá el almacenamiento contra desviaciones de las condiciones

normales de proceso. • E) Qué equipos deben instalarse (materiales a emplear, exigencia de calidad en

accesorios, ...). • F) Planes de inspección y mantenimiento. • G) Cómo actuar en situaciones de emergencia (distancias a otros tanques, accesos a

servicios de emergencia, protección contra incendios,...). Color de los tanques El color del tanque influye en la radiación térmica o lumínica absorbida por los tanques y, por tanto, en la temperatura del líquido y vapor contenidos dentro. Estas medidas son de aplicación a todo tipo de tanques no enterrados. El impacto del color del tanque es limitado si el tanque es de techo flotante.

La Tabla 5.22 muestra el porcentaje de calor radiante reflejado de tanques de distintos colores.






TABLA 5.22

PORCENTAJE DE CALOR RADIANTE REFLEJADO EN FUNCIÓN DEL COLOR DEL TANQUE

Color % del calor radiante reflejado

Negro 3 Gris máquina 10

Marrón 12 Gris ratón 13

Verde 14 Azul 19

Gris plata 27 Gris pebbly 38

Rojo 43 Gris luz 51

Color marfil 57 Aluminio-plata 72 Blanco crema 72

Blanco 84 Se considera BAT usar tanques no enterrados con colores que, al menos, reflejen el 70% de la radiación solar incidente. Monitorización de COV

En sitios donde se pueden producir emisiones significativas de COV (por ejemplo en

refinerías y plantas petroquímicas), se considera BAT el cálculo de emisiones regularmente. El modelo de cálculo debe ser validado por métodos de medida. Las emisiones deberían ser monitorizadas ocasionalmente para validar y ajustar los métodos de cálculo. Esto se puede llevar a cabo mediantes técnicas DIAL (Differential Infrared Absortion Laser). La necesidad y frecuencia de la monitorización de emisiones debe ser estudiada caso a caso. Emisiones en tanques de techo fijo Los tanques de techo fijo constituyen un modo de almacenamiento apropiado para una gran variedad de sustancias, como los productos derivados del petróleo. Sin embargo, en lo referente a emisiones al aire, se admite como BAT: • A) Instalar sistemas de tratamiento de vapores (recuperación/eliminación). • B) Instalar techos flotantes internos. Las condiciones mínimas para la aplicabilidad de las medidas anteriores no están generalizadas. Así se tiene que:






- En Holanda, se requiere una presión de vapor de 1 kPa (a 20º C) y un volumen mínimo de 50 m3.

- En Alemania, se considera una presión de vapor de 1,3 kPa (a 20º C) y un volumen

mínimo de 300 m3. Nota: Respecto al valor concreto de Pv, debe hacerse mención a que tanto el BREF de LVOC

y el de Refino, como otra documentación técnica al uso (Best Available Techniques to reduce emissions from Refineries, CONCAWE) señalan un valor límite de 14 kPa para la presión de vapor de la sustancia almacenada, de modo que para sustancias con presiones de vapor superiores no debe recurrirse al almacenamiento en tanques de techo fijo con venteos abiertos. Ante la disparidad de criterios se seguirá como directriz general el contenido del BREF vertical que aplica a las instalaciones analizadas, esto es, el de LVOC, por lo que se considerará como límite para la aplicabilidad de tanques de techo fijo un valor máximo para la presión de vapor de 14 kPa.

Para tanques menores de 50 m3 se considera BAT el uso de válvulas de alivio taradas a la mayor presión consistente con el diseño del tanque. La selección del sistema de tratamiento de vapor a instalar debe basarse en el coste, la toxicidad de la sustancia almacenada y la eficiencia del abatimiento. El sistema en concreto a emplear dependerá de las características propias del almacenamiento, estableciéndose el empleo de BAT si se consigue una reducción del 98 % respecto de la situación de partida (tanque de techo fijo sin medidas correctoras). En cuanto a la instalación de un techo flotante interno, el nivel de reducción de emisiones se fija en el intervalo 62,9-97,6 %. En concreto, para grandes tanques se puede llegar al 97 % mediante el empleo de sellos primarios montados sobre el líquido, sellos secundarios de calza mecánica y un gran ajuste entre el techo y la carcasa del tanque (3,2 mm en el 95 % de la circunferencia). En el caso de líquidos con una elevada concentración de partículas, se considera BAT el mezclado (agitadores por ejemplo) de la sustancia almacenada para prevenir la deposición de fangos y las subsiguientes operaciones de limpieza. Emisiones en tanques de techo flotante Para controlar las emisiones al aire del almacenamiento a gran escala de productos petrolíferos se recurre a este tipo de tanques como BAT. En concreto, la mejor tecnología asociada a la reducción de emisiones al aire para estos tanques es una reducción de al menos el 97% de las emisiones en comparación con las emisiones que tendría un tanque de techo fijo. Estos valores se pueden alcanzar, al igual que en caso anterior, cuando el 95% del espacio anular entre la carcasa y el techo tiene una separación






de 3,2 mm. La instalación de sellos primarios montados en líquido y sellos secundarios montados en anillo pueden llevar a reducciones del 99,5% de las emisiones. En cuanto a la elección del tipo de techo, las menores emisiones se dan con los de contacto directo (doble cubierta) en lugar de los de tipo pontón.






5.1.5 BREF de refrigeración A continuación se indican las técnicas consideradas MTD en el BREF de refrigeración que pueden estar relacionadas con una minimización de COV´s en el sistema de refrigeración (entendiendo como tal tanto a las torres de refrigeración como a los intercambiadores de calor del circuito de refrigeración). La mayoría de las MTD indicadas, todas de carácter muy general, están encaminadas a evitar la contaminación por hidrocarburos del agua de refrigeración. Como es sabido, las emisiones de COV´s en torres de refrigeración son originadas por la evaporación de hidrocarburos que han contaminado el agua de refrigeración, por lo que en este apartado se señalarán, fundamentalmente, las MTD dirigidas a evitar que los hidrocarburos entren en contacto con el agua de refrigeración: Reducción de emisiones al agua mediante diseño de equipos y mantenimiento del sistema Para los sistemas húmedos se admite como MTD: • A) Diseño evitando zonas de estancamiento para reducir la corrosión y

ensuciamientos. • B) Análisis de la corrosividad y empleo de materiales poco sensibles a la misma. • C) En lo referente a los cambiadores de carcasa y tubos y con la finalidad de facilitar

las operaciones de limpieza, se recomienda que el agua fluya por tubos y el fluido a enfriar por carcasa (supuesto éste con una capacidad de ensuciamiento superior a la del agua).

• D) En condensadores y cambiadores de calor en general se recomienda como BAT

en fase de diseño: - Velocidad de circulación de agua superior a 1,8 m/s para nuevos equipos y de 1,5

m/s para modificación de los existentes para reducir la deposición y ensuciamiento.

- Velocidad de circulación de agua superior a 0,8 m/s para reducir la deposición y

ensuciamiento en cambiadores de calor. - Para evitar obturaciones, utilizar filtros donde haya riesgo de taponamiento. Reducción del riesgo de fugas Para prevenir el riesgo de fugas en el sistema de refrigeración existen una serie de técnicas que pueden considerarse como MTD (no de aplicación a condensadores).






• A) Evitar en los cambiadores saltos térmicos superiores a 50 ºC para prevenir pequeñas roturas.

• B) Para los cambiadores de carcasa y tubo, monitorizar las condiciones del proceso

para no operar fuera de los límites de diseño y emplear sólo soldaduras. • C) Para reducir la corrosión, mantener la temperatura de la superficie metálica en el

lado del agua a menos de 60 ºC. • D) Monitorización continua de las purgas en la refrigeración de sustancias peligrosas.






5.2 IMPLANTACIÓN DE UN SISTEMA LDAR Como se ha puesto de manifiesto en el apartado anterior, tanto el BREF de Refino como el de LVOC reconocen como MTD la implantación de un programa LDAR. En el presente apartado se procede a definir una metodología de implantación de un programa LDAR. También se pretende describir con mayor detalle que en los documentos BREF mencionados los programas SMART LDAR, no reconocido actualmente como MTD sino como Tecnología Emergente. 5.2.1 Sistemas LDAR (convencionales) El programa LDAR está destinado a la detección y progresiva reducción de las emisiones gaseosas (COV´s) de carácter difuso que tienen su origen en las pérdidas que se producen en los diferentes elementos que componen las unidades de proceso (bombas, válvulas, compresores, bridas, etc.). La importancia de este programa radica por un lado en la reducción en la emisión de COV´s procedentes de los diferentes equipos de las unidades de proceso y por otro lado, en los beneficios económicos derivados de la reducción de pérdidas de producto y de la mejora en el rendimiento general de los procesos productivos. Además, el Programa LDAR contribuye a reducir los olores y la exposición de los trabajadores a COVs, mejora las condiciones de mantenimiento y seguridad, y evalúa la idoneidad de los materiales utilizados en función de los fluidos que se trasiegan. La Figura 5.1 siguiente explica de forma gráfica el fundamento en el que se basa la implantación de un sistema LDAR, en la que se representa, para cada rango de valores monitorizados en las cercanías de los componentes, las emisiones y el número de componentes a los que se atribuye esas emisiones.






FIGURA 5.1

RELACIÓN EMISIONES/NÚMERO DE COMPONENTES QUE FUGAN

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30

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50000-100000ppm

>100000 ppm

% Componentes % Emisiones

Fuente: Taback et al., 1997, API Publ 310, “Analysis of Refinery Screening Data” Como se puede apreciar en la primera columna de la gráfica, la gran mayoría de los componentes de una refinería no presentan fuga. En las columnas correspondientes a valores monitorizados en el entorno de los componentes mayores que 100.000 ppm se observa que sólo un 13% de los componentes suponen un 84 % de las emisiones fugitivas. Por tanto, la clave de un sistema LDAR está en poder detectar estos componentes que suponen un alto porcentaje de las emisiones, de forma que se puedan reducir sensiblemente las emisiones fugitivas mediante la reparación o sustitución de un pequeño número de componentes. Es decir, un programa LDAR no es más que una eficaz identificación y reparación del relativamente pequeño número de elementos que fugan dentro de una gran población de equipos de proceso. La siguiente metodología recoge los requerimientos mínimos que debe reunir un programa de detección y reparación de fugas para que sea aceptable, según se recoge en el documento Leak Detection and Repair (LDAR) Program Guidelines, elaborado por la U.S. EPA en 1994. Por tanto, la metodología empleada se basa en los estándares de la US EPA, y consta de los siguientes pasos:






- Se identifican en la instalación los equipos que fugan utilizando para ello el Método 21 de la EPA (establece no sólo el método a emplear para llevar a cabo las mediciones en campo sino que define las características de los elementos a emplear y el método de calibración de los mismos), ampliamente detallado en el Capítulo 1 del presente Proyecto Fin de Carrera.

- Se procede a la medición en los equipos identificada mediante el uso de TVA-1000

que combina las funciones FID y PID(1). - En los equipos que emiten más de 10.000 ppm se intenta corregir la fuga. - Se establecen los plazos para llevar a cabo el ajuste, reparación o sustitución del

elemento con fuga. Los plazos se fijan en función de las características del elemento o equipo, de la magnitud de la fuga y de la reparación real ya que debe realizarse sin afectar el funcionamiento normal de la instalación. Con estos parámetros se fija un programa de reinserción de los elementos o equipos reparados, así como un calendario de seguimiento de aquellos equipos que por sus características se definan como más susceptibles de producir fugas.

- Se procede al cálculo de las emisiones aplicando factores de emisión atendiendo a si

los equipos fugan o no fugan, al tipo de fuente (válvulas, bombas, bridas…) y al servicio de las mismas (líquido ligero, líquido pesado, gas/vapor…).

El desarrollo del programa LDAR necesita el uso de una herramienta informática que permite el conocimiento sobre el estado de cada equipo los valores tras la reparación y reinserción realizadas. Un ejemplo de programa informático comercial empleado para el desarrollo de un programa LDAR es el LDAR-GEST. El esquema utilizado en la metodología del programa LDAR propuesto se muestra en la Figura 5.2 donde se recogen las fases anteriormente descritas.

(1) Son detectores de ionización, el FID de ionización de llama y el PID de fotoionización






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Sobre los aspectos económicos de los programas LDAR, a continuación se recoge de forma tabulada lo señalado a este respecto en el BREF de Refino:

TABLA 5.23

ASPECTOS ECONÓMICOS DE LOS PROGRAMAS LDAR. BREF DE REFINO

Fuente de emisión Unidades de proceso y equipos de una refinería Tecnología de control Programas de detección y reparación de fugas (LDAR) Eficiencia 50-90 % Costes de inversión Moderados

Costes de operación

0,1-0,15 M€ para refinerías de 15 Mt/año 0,06 M€ para refinerías de 5 Mt/año 0,04-0,08 M€/año para programas de 10.000 ppm, y 0,8 M€/año para programas de 100-500 ppm.

Otros impactos Costes de reparación no incluidos Fuente: BREF de Refino 5.2.2 Programas SMART LDAR Recientemente, está incrementándose considerablemente el empleo de sistemas SMART LDAR en refinerías, aún no reconocido como MTD en ningún BREF pero reconocido como Técnica Emergente en el BREF de Refino. Este aparato es capaz de detectar (usando tecnología láser) escapes incontrolados de hidrocarburos creando en tiempo real una imagen de vídeo del equipo bajo vigilancia. La tecnología está bajo desarrollo y un número de problemas técnicos necesitan ser resueltos antes de estar disponible para uso como una herramienta de rutina. El método podría mejorar considerablemente la relación coste/beneficio de un programa LDAR convencional identificando rápidamente las mayores fugas. No obstante estos desarrollos sobre programas convencionales de LDAR probablemente se harán comerciales en un futuro cercano por lo que deben seguirse los progresos para ver cuando pueden ser aceptados como MTD. Mientras que los sistemas LDAR convencionales se llevan a cabo mediante monitorización de procesos individuales mediante detectores portátiles, los sistemas SMART LDAR se basan en escanear mediante instrumentos ópticos las unidades de proceso, a una cierta distancia para apreciar la nube de COV´s fugados. La Figura 5.3 muestra gráficamente las diferencias entre los métodos de detección de fugas de ambos sistemas:






FIGURA 5.3

DETECCIÓN DE FUGAS DENTRO DEL SISTEMA LDAR

FIGURA 5.4

DETECCÍÓN DE FUGAS DENTRO DE UN SISTEMA SMART LDAR






Los equipos empleados para detección de fugas en los programas SMART LDAR emplean rayos láser , distinguiéndose entre equipos activos (inciden radiación sobre las unidades de proceso y se observa la absorción de ésta por parte de los COV´s fugados) y equipos pasivos (miden la irradiación IR de los COV´s fugados). En la figura 5.5 se puede observar las diferencias entre ambos métodos:

FIGURA 5.5

TIPOS DE DETECTORES EMPLEADOS EN LOS PROGRAMAS SMART LDAR La gran ventaja de estos sistemas de detección es que se pueden hacer chequeos de fugas con mayor frecuencia. No obstante, el coste de estos equipos es mucho mayor que en el caso de los detectores portátiles empleados en los sistemas LDAR.






5.3 MEDIDAS CORRECTORAS EN TANQUES DE ALMACENAMIENTO Aunque ya se han descrito de forma superficial los taques de almacenamiento empleados en refinería, en este apartado se hará una descripción más detallada de los tanques de techo flotante, ya que el empleo de estos puede ser considerado como una medida correctora. Efectivamente, en los documentos BREF se identifican como MTD el empleo de tanques de techo flotante (ya sea externo o interno). Por tanto, la sustitución de un tanque de techo fijo por uno de techo flotante o la modificación de un tanque de techo fijo para convertirlo en tanque de techo flotante interno puede considerarse como una medida correctora para reducir las emisiones de COV´s a la atmósfera. Recordar que los tanques de techo fijo son considerados como el equipamiento mínimo para evitar pérdidas a la atmósfera de COV´s. Como ha quedado patente en el apartado 4.1, las emisiones en tanques de techo fijo son muy superiores a las que se dan en tanques de techo flotante (en general, se tienen emisiones un orden de magnitud superiores, mientras que las emisiones en tanques de techo flotante externo son 3 ó 4 veces superiores a las emisiones de los tanques de techo flotante interno). En la Figura 5.6 se presenta un tanque de techo fijo típico.

FIGURA 5.6

TANQUE DE TECHO FIJO

Los cambios de nivel de líquido y de temperatura del líquido y vapor originan unos cambios en la presión del vapor confinado entre la superficie del líquido y el techo del tanque. Por motivos de seguridad, esta presión debe estar dentro de un rango de valores, por lo que para






mantenerla aproximadamente constante saltan las válvulas de presión/vacío, produciendo emisiones a la atmósfera de los vapores de la sustancia almacenada. En cambio, los tanques de techo flotante no necesitan este mecanismo de venteo de presión/vació, ya que el techo flotante sube o baja de forma que la presión del vapor confinado entre la superficie del líquido y el techo flotante es aproximadamente constante. Las figuras 5.7 y 5.8 representan los componentes típicos de los tanques de techo flotante externo e interno, respectivamente.






FIGURA 5.7

TANQUE DE TECHO FLOTANTE EXTERNO TIPO PONTÓN






FIGURA 5.8

TANQUE DE TECHO FLOTANTE INTERNO

Sin embargo, los tanques de techo flotante requieren un mecanismo de sellado entre la pared del tanque y el perímetro de la cubierta flotante, pudiendo ser este sello1 simple (un solo sello) o doble (sistema formado por dos sellos, uno inferior llamado sello primario y otro superior llamado sello secundario). Básicamente, se emplean tres tipos de sellos: montado sobre vapor, montado sobre líquido y calzas mecánicas. Las Figuras 5.9 a 5.12 muestran estos tres tipos de sellos: 1 Cuando se habla de sello, a secas, se refiere al sello entre la pared del tanque y el perímetro de la cubierta flotante. En la literatura inglesa se conoce como rim seal, mientras que en la literatura española también se nombra como anillo o sello de la corona.






FIGURA 5.9

SELLOS PRIMARIOS MONTADOS SOBRE EL VAPOR






FIGURA 5.10

SELLO PRIMARIO MONTADO SOBRE EL LÍQUIDO






FIGURA 5.11

SELLO PRIMARIO TIPO CALZA MECÁNICA

Los sellos montados sobre el vapor se denominan así porque no entran en contacto con la superficie del líquido almacenado, sino con los vapores de éste. Pueden ser rígidos, flexibles o semiflexibles, de forma que los sellos rígidos suelen estar cubierto de una superficie con propiedades elastómeras para adaptarse a las imperfecciones de la pared del tanque. Según el análisis de sensibilidad realizado con el software TANKS en el Capítulo 4, los tanques que presentan este tipo de sello son los que más emisiones presenta. En cambio, los sellos montados sobre el líquido están en contacto con la superficie del líquido. Estos sellos suelen ser rígidos, cubiertos de una superficie con propiedades elastómeras para adaptarse a las imperfecciones de la pared del tanque. Como se vio en el Capítulo 4, los sellos montados sobre el líquido presentan 5 veces menos emisiones que los montados sobre el vapor, siendo la modalidad de sellos primarios que menores emisiones presentan.






Los sellos tipo calza mecánica, también conocidos como calza metálica, se compone de una lámina o chapa metálica (calza) que es empujada mediante un mecanismo de resorte contra la pared del tanque. Estas calzas suelen construirse con una altura de entre 75 y 130 cm. Una estructura flexible (sello) se suspende de la calza a la cubierta flotante, de forma que se crea una barrera al vapor en el espacio anular entre la cubierta y el sello. Los sellos secundarios de tanques de techo flotante consisten en un sellado continuo montado sobre el espacio anular del techo flotante que se extienden hasta la pared del tanque, cubriendo completamente el sello primario. Los sellos secundarios normalmente se construyen en materiales poliméricos flexibles. La figura 5.12 muestra varios tipos de sellos primarios y secundarios. Un sello secundario montado sobre el sello primario proporciona una nueva barrera para las emisiones de COV´s que escapan del pequeño espacio de vapor entre el sello primario y la pared del tanque y a través de aperturas o cortes en el sello tipo calza mecánica.






FIGURA 5.12

SELLOS SECUNDARIOS

5. implementaciÓn de medidas...

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