Instituto Nacional , Ecología

Lihros INE

CLASIFICACION

AE 009383

Estudio para la elaboración de lanorma oficial mexicana que regulelos niveles máximos permisibles deemisión a la atmósfera de amoníaco(NH3) en la fabricación del mismo

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1111

LIBRO

TOMO

AE 009383

NO N í3 g 3

SECRETARIA DE DESARROLLO SOCIAL

INSTITUTO NACIONAL DE ECOLOGIA

DIRECCION GENERAL DE NORMATIVIDAD

AMBIENTAL

PROYECTO DE NORMA OFICIAL MEXICANA QUEREGULE LOS NIVELES MÁXIMOS PERMISIBLES DEEMISION A LA ATMOSFERA DE AMONIACO (NH3) EN

LA FABRICACION DEL MISMO.

DICIEMBRE 1994

REALIZADO POR:Laboratorio de Química, del Medio

•

e Industrial, S.A. de C.V .

®.S'

INDICE

4.0 ALCANCE DEL ESTUDIO

4 .1 Recopilación, análisis, sistematización, evaluación y conclusión de la siguiente información:4 .1 .1 . Información bibliográfica actualizada en la materia.4 .1 .2 . Convenios internacionales o regionales o bilaterales firmados por México.4 .1 .3 . Normatividad en países desarrollados.

4 .2 Caracterización General4 .2 .1 . Industrias y su magnitud en México4 .2.2 . Materias primas en el proceso4 .2 .3 . Tipos de procesos de transformación industrial.4 .2 .4 . Volumen del proceso industrial.

4 .3 Caracterización Ambiental.4 .3 .1 . Identificación de las fuentes puntuales de emisión.•4 .3 .2 . Volumen y concentración de las emisiones a la atmósfera.4.3 .4 . Tecnologías de control de emisiones.4 .3 .5 . Toxicidad de los contaminantes y su magnitud4 .3 .6 . Otros contaminantes.

4.4 . Pruebas de laboratorio y reporte de resultados.4 .4 .1 . Criterios para llevar a cabo la selección de fuentes de emisión.4.4 .2 . Resultados del muestreo perimetral.4.4 .3 Determinación de los métodos de pruebas y muestreo o procedimiento de

verificación del cumplimiento de la norma.

4.5 . Definición de criterios para el establecimiento del Límite Máximo Permisible de emisióna la atmósfera de amoniaco (NII 3 ) en el proceso de fabricación del mismo.

4 .6 Formulación del anteproyecto de Norma Oficial Mexicana.

4 .7 Determinación del costo-beneficio en la aplicación de la Norma.

4 .8 Propuesta del Programa de Consulta a los sectores público, privado y social afectadospor la Norma .

4 .0 ALCANCE DEL ESTUDIO

• 4.1 RECOPILACION, ANALISIS, SISTEMATIZACION, EVALUACION Y CONCLUSION DELA INFORMACION.

4 .1 .1 INFORMACION BIBLIOGRAFICA ACTUALIZADA EN LA MATERIA.

Petroleum Products HandbookGuthrie VirgilEd. Mc Graw Hill.

Code of Federal Regulations Protection of Environment40 Partes de la 53 a 60Julio 1988

Chemical Process IndustriesR. Norris ShreveEd. Mc Graw Hill.

Ion Chromatographic Analysis of Environmental PollutantsSawichi/J.D. MulikEd. Ann Arbor Science

•

Manual para el control de la Contaminación IndustrialHerbert F . LundInstituto de Estudios de Administración Local.

Encyclopedia of Chemical TechnologyKirk-Othmer4ta. Edición Volumen 2Ed . John Wiley & Sons, Inc . 1992Páginas 638-691

Hazardous Chemicals Desk ReferenceN. Irving SaxRichard J. Lewis SRVan Nostrand ReinholdUSA 1987

Patty's Industrial Higiene and ToxicologyGeneral PrinciplesG. Clayton/Florence Clayton4ta EdiciónVol,1 Parte A

1

L. AaM/,S'A

•

•

Texas Air Control BoardRegulation IIIControl of Air Pollution from Toxic Materials

Air Pollution, . Their Transformation and Transports3a Edición Vol IArthur C. SternrDe. Academic PressNueva York, E.U.A.

Técnicas de la Defensa del Medio Ambiente Vol. IIFederico de Lora SoriaEd . Labora S .A.Barcelona, España.

PEMEXMemorias de Labores 1993

Synthetic Ammonia ProductionEPA-600/2-77-107mU.S . Environmental Protection AgencyG.D. Rawlings and R.B. ReznikTiangle Park

2

L AaMIA

4 .1 .2 . CONVENIOS INTERNACIONALES O REGIONALES O BILATERALESFIRMADOS POR MÉXICO.

En éste punto hay que hacer notar la localización de las plantas productoras de amoniaco enMéxico, éstas se ubican en el sureste (Cosoleacaque, Ver) y en el norte de la república (Cd.Camargo, Chihuahua), dentro de éstas regiones México no cuenta con ningún convenio enmateria de emisiones de amoniaco ni a nivel regional ni bilateral.

En materia de convenios internacionales contamos con el Plan Integral de Desarrollo Fronterizoque aunque una de las plantas productoras de amoniaco se ubica en el norte no cae dentro de lazona de cien kilometros que indica dicho plan ; sin embargo este plan se encuentra en una primeraetapa de desarrollo 1992/1994, por lo que tal vez en otra etapa y con las implicaciones delTratado de Libre Comercio la región donde se localiza ésta planta pudiera verse incluida, razónpor la cual enumeramos las características y puntos básicos del Plan Integral de DesarrolloFronterizo.

El Plan Integral de Desarrollo Fronterizo se creó para proteger y mejorar el ambiente en la zonafronteriza éste comenzó en 1983 con la adopción del Acuerdo de La Paz . Este acuerdo delineó losprincipales objetivos en materia de cooperación ambiental fronteriza ; estableció un mecanismopara acuerdos adicionales, anexos y acciones técnicas, y previó la realización de reunionesperiódicas de alto nivel y de reuniones técnicas especiales para promover y fomentar aún más lacooperación ambiental entre los dos países.

A partir del Acuerdo, Ambiental Fronterizo de 1983 y sus Anexos fueron establecidos cuatro• grupos de trabajo entre la antes SEDUE y la EPA que desarrollaron procedimientos para enfrentar

los principales problemas ambientales, como son el manejo del agua, el de los residuos peligrosos,la calidad del aire y cooperación binacional ante eventuales urgencias químicas.

El Plan Integral Ambiental Fronterizo se basa en el reconocimiento general de que, actualmente,el crecimiento de la zona fronteriza debe darse de manera ambientalmente sana, con laparticipación de la industria y de todos los elementos de la comunidad de la zona fronteriza.

El propósito del Plan Integral Ambiental Fronterizo es fortalecer la cooperación continua entreMéxico y los Estados Unidos para el mejoramiento del ambiente en la zona fronteriza . Lospresidentes pidieron específicamente que el Plan fuera de amplio alcance, que tuviera la meta deresolver los problemas de contaminación en la zona fronteriza, que fuese revisado periódicamentey que buscase la participación de las autoridades municipales y estatales de los dos gobiernos y delas organizaciones privadas de ambos países, conforme fuera apropiado.

De acuerdo con estos lineamientos, el Plan Integral Ambiental Fronterizo : i) delinea lascaracterísticas ambientales de la zona fronteriza y describe el estado actual de diversos problemassignificativos de carácter ambiental en la frontera ; ii) resume los logros en materia de cooperaciónambiental fronteriza, alcanzados a la fecha por los organismos ambientales bilaterales, nacionales,estatales y locales iii) articula el compromiso de todos los organismos ambientales, mexicanos yestadounidenses, de manera que trabajen cooperando para una mejor compresión de los aspectosambientales de la zona fronteriza, estableciendo prioridades y desarrollando mecanismos para

3

•

•

~.‘41Cl &f '44

instrumentar las soluciones, iv) establece programas que fortalecen la cooperación de ambosgobiernos a todos los niveles e involucran al sector privado en la búsqueda de soluciones a losproblemas ambientales prioritarios de la zona fronteriza y v) establece recomendaciones generales

•

para realizar y ayudar a hacer completamente viable este Plan Integral Ambiental Fronterizo.

4 .1 .3 . NORMATIVIDAD EN PAISES DESARROLLADOS.

En materia de regulación de emisiones de amoniaco Estados Unidos es el que cuenta con unalegislación más amplia tanto en fuentes fijas como en criterios de calidad de aire, en Alemaniaactualmente no hay regulación para el amoniaco, en Canadá la Secretaria del Medio Ambiente deQuébec y de Ontario controla la emisión de amoniaco, Rusia y Checoslovaquia también regulaneste contaminante.

4 .1 .3 .1 Estados Unidos.

En fuentes fijas el Code of Federal Regulation de la Agencia de Protección al Ambiente presenta lasiguiente regulación:

418.20 Aplicabilidad. Descripción de la Subcategoria del Amoniaco.Las consideraciones de estas subpartes son aplicables a descargas resultantes de la manufactura deamoniaco. Las descargas correspondientes a pérdidas de transporte, manejo y desfogues de torresde enfriamiento están excluidas.

418 .21

Definiciones especiales.Para los propósitos de esta subparte.(a) Excepto lo provisto en la definición general, las abreviaturas y métodos de análisis establecidosen el 40CFR parte 401 deberán aplicar a esta subparte.(b) El término producto significa amoniaco anhidro contenido en el compuesto manufacturado.(c) El término pérdidas por transportación y almacenaje significa : descargas resultantes delembarque en carros tanques o pipas ; descargas resultantes de la limpieza de los mismos ; ydescargas de los lavadores diseñados para el control de las emisiones durante la carga o lavado delos carros tanques y pipas.(d) El término agua residual significa cualquier agua, la cual durante el proceso, venga en contactodirecto con él o resulte de la producción o el uso de cualquier materia prima, productointermedio, producto terminado o producto de desecho . El término agua residual no incluye aguade enfriamiento, como se define posteriormente.(e) El término agua de enfriamiento significa cualquier agua usada en un sistema de enfriamientodiseñado de tal forma forma que se mantiene en constante separación el medio de enfriamiento concualquier proceso químico, pero que puede ser causa de corrosión o de cualquier falla o pérdidadel sistema de enfriamiento.

•

4

L.Adi~M/S~

•

418 .22 Guía para la limitación de los efluentes que represente el grado de concordancia con lamejor tecnología disponible.

(a) Para el establecimiento de las limitaciones de la sección 418 .22 del Code of Federal• Regulations, la EPA consideró toda la información disponible respecto a factores como (edad y

tamaño de la planta, materias primas, procesos de manufactura, productos elaborados, tecnologíade tratamiento, requerimientos energéticos y costos) lo cual puede afectar la subcategorización dela industria y los niveles de efluentes establecidos . Sin embargo, no todos los datos que afectabanestas disposiciones estaban disponibles por lo que éstos niveles tienen que ser ajustados paraciertas industrias . Una descarga individual u otra persona puede suministrar evidencia a laadministración regional (o al Estado, si el Estado tiene la autoridad para expedir permisos NPDES)de factores relativos al equipo o instalaciones involucradas, al proceso aplicado, u otros factores decada descarga que son fundamentalmente diferentes a los considerados en los límites establecidosen la guia. Basándose en cada evidencia o en otra información disponible, el AdministradorRegional (o el Estado) hará un escrito donde se especificará si los factores son o nofundamentalmente diferentes para las instalaciones comparados con los especificados en eldesarrollo del documento . Si los factores son fundamentalmente diferentes el AdministradorRegional o el Estado establecerá las limitaciones en la descarga de los efluentes dentro delpermiso NPDES siendo más o menos estrictos.

Cada limitación debe ser aprobada por el Administrador de la Agencia de Protección al Ambiente,el cual puede aprobar o desaprobar cada limitación, especificando otras limitaciones o bieniniciando el proceso de revisión de la regulación.

b) Las limitaciones siguientes establecen la cantidad y calidad de los contaminantes y suspropiedades controlados por esta sección, los cuales pueden ser descargados por un punto de la

•

fuente sujetos a la disposiciones de este apartado después de la aplicación de la mejor tecnologíade control disponible (tabla 1) .

TABLA 1

418.25 Comportamiento estándar de nuevas fuentes.

Los siguientes estándares de conducta establecen la cantidad y calidad de los contaminantes, asícomo sus propiedades controladas por esta sección, los cuales pueden ser descargados de fuentesnuevas (tabla 2) .

5

L464aM/S%A

•

TABLA 2

•

Estándares de Calidad de Aire.

En los Estados Unidos los estándares de calidad de aire o guías han sido recomendados porASHRAE (Tabla 3), en 1981 durante la revisión de estándares de ventilación, los estándaresASHRAE fueron establecidos igual a los NAAQS para algunos contaminantes o fracciones.

Los estándares de calidad de aire aplican al ambiente . Las restricciones incluyen edificios privados,residencias particulares y unidades de muchos edificios en cuyo caso el monitoreo puedecomplicarse .

TABLA 3

6

LA 4:2 MIA

•

•

•

TABLA 4

4 .1 .3 .2 . Checoslovaquia, Canadá y Rusia.

En checoslovaquia las normas acerca de las emisiones de contaminantes se establecen de acuerdocon los tipos de fuentes potencialmente contaminadoras.

TABLA 5

Las concentraciones ambientales de los diversos contaminantes están reguladas de diferente formaen cada país, sin embargo en todas ellas aparece la necesidad de que sea establecido,conjuntamente con el valor de emisión, el tiempo que se considera deseable para él . No es posibleestablecer comparaciones entre las diversas concentraciones autorizadas sin considerar el factor

7

,A~ /~®S~

ConnecticutFlorida-TampaKansas

Conc. aceptable en aire 360 µg/m3 en 8h.0.36 mg/m3 en 8h.42.857 µg/m3 promanual.

Kansas-Kansas City 42.857 µg/m3 promanual.

Massachusetts 24.0 µg/m3 prom.24 horas .

North Carolina 2.70 mg/m3 prom.15 minutos

North Dakota 0.18 mg/m3 prom.8 horas.

North Dakota 0 .27 mg/m3 prom1 hora.

Nevada 0.429mg/m 3 prom.8 horas

New York 360 pg/m 3 prom.un año

South Dakota 360 ¡ug/m3 prom.8 horas.

Virginia 250 µg/m3 prom.24 horas.

Wyoming 429 µg/m3 prom.8 horas .

tiempo que llevan asociado. Esto se comprende fácilmente si se observa que los daños de uncompuesto determinado pueden representarse de una manera sencilla por la fórmula de Haber ; K

• = C.t; la cual indica que los efectos de la contaminación K, son directamente proporcionales a laconcentración C, y al tiempo de exposición, t . Esta fórmula es válida para valores medios de todoslos parámetros, no siendo aplicable en condiciones extremas.

TABLA 6

c) Puede interpretarse como estándar de emisión, puesto que es medido a nivel del suelo, enla dirección del viento predominante y a continuación de la fuente emisora

d) Estos valores son también válidos para otros países que adoptan medidas similares aRusia.

Por otro lado la Secretaria del Medio Ambiente de Quebec es muy clara en este sentido e indicaque no se permite ninguna descarga industrial, todas las industrias están obligadas a implementar

O

sistemas de tratamiento, reciclaje o recuperación para poder obtener un permiso de operación . Elcontrol gubernamental se efectua al momento de evaluar los diferentes proyectos.

•

8

LAQ /1N/MAI

4 .2 CARACTERIZACION GENERAL.

• 4.2 .1 . INDUSTRIAS EXISTENTES EN MEXICO.

En la actualidad únicamente se encuentran en operación la plantas pertenecientes a PEMEX, deéstas plantas las localizadas en Cosoleacaque, Veracruz son las de mayor capacidad de produccióny las que cuentan con el proceso de producción más actual, en la Tabla (7) se indica la ubicación,capacidad de producción e inicio de operaciones de dichas plantas, en el esquema (1) se localizanéstas plantas en un mapa de la República Mexicana.

TABLA 7

Cosoleacaque, Ver.Cosoleacaque, Ver .

445,000445,000

19781981

445,000445,000

19811977

Cosoleacaque, Ver.Cosoleacaque, Ver.Cosoleacaque, Ver.Cosoleacaque, Ver.

300,000 . 1974

•Camargo, Chihuahua

Salamanca, Gto.Salamanca, Gto.

Lázaro Cárdenas, Mich .En construcciónEn construcción

445,000445,000

300,000300,00079,000 1962

19681978

4 .2 .2 . MATERIAS PRIMAS.

Los datos de materias primas obtenidos corresponden a las plantas de Cosoleacaque, Veracruz,por ser las de mayor producción pueden considerarse para la ejecución del Anteproyecto deNorma Oficial Mexicana que establezca los Límites Máximos Permisibles de Emisión deAmoniaco a la Atmósfera en el proceso de producción del mismo.

TABLA 8

Gas natural con 92 .8% de metano 258,150 ft3/día 7.745 * 10 6 ton/mesVapor de agua (H20) 13,848 .00 ton/día 4.154 * 10 5 ton/mes

Aire (78.08%N2, 1 .0 %Ar y 20.92% 02) 237,636.30 ft 3 /día 7.129 * 10 6ft3 /mes

•

9

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Ciudad Camargo,

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4

y2

•

•

•

TABLA 9

4 .2 .3 PROCESOS DE ELABORACION.

A nivel mundial existen varios procesos, con los años y debido a los requerimientos energéticoséstos procesos han ido modificandose; se describe a continuación el proceso original de obtenciónde amoniaco así como los procesos que actualmente se utilizan y el proceso de sintesis de gas apartir de gas natural que es la tendencia futura en la producción de amoniaco.

Introducción:

FA amoniaco fue producido por primera vez en 1890 como subproducto de la fabricación desulfato de amonio a partir de la combustión de coque con gas, éste también provee laalimentación para el proceso Haber-Bosch, la primera tecnología para la sintesis directa delamoniaco a partir de hidrógeno elemental y nitrógeno . La primera instalacion comercial Haber-Bosch se hizó en 1913 en la cía . BASF en Alemania con una capacidad de diseño de 30 toneladasmétricas/día.

La reformación del gas natural a altas temperaturas resulta en una baja en la compresión requeridaen la corriente de salida . Al inicio de 1960, el alto costo y poca disponibilidad del licor de cobrepara el proceso de remoción final de dióxido de carbono fue reemplazado por la metanización, lacual permite dos etapas de conversión resultando un mínima fuga o perdida de monóxido decarbono. El desarrollo de la segunda etapa a baja temperatura promueve la eficiencia del procesopor incremento del hidrógeno en el gas sintetizado.

El primer cambio en la capacidad de las plantas de tren sencillo ocurre en 1963 con el diseño dela M.W. Kellogg para una planta de 544 ton/día, este fue seguido por una planta de tamañosimilar diseñada por Monsato . La planta Monsato marca el primer tiempo de los compresorescentrifugos usados para el proceso de servicios usando una integración completa con el sistema dela planta . En la decada de los setentas el diseño de plantas bajo éstas condiciones se incrementó.

La sintesis del gas para la producción de amoniaco consiste de hidrógeno y nitrógeno en relaciónmolar 3 a 1, metano residual y argón introducidos con el aire de proceso y trazas de óxidos decarbono . Existen muchos procesos disponibles para la sintesis de gas y cada uno se caracteriza porun combustible de alimentación distintos.

La fuente de nitrógeno es simpre aire . Sin embargo, el hidrógeno puede derivar de una granvariedad de materias primas incluyendo agua, luz e hidrocarguros pesados, resultantes de larefinación de crudo, carbon, gas natural y algunas veces combinaciones de éstos materiales . Entodos los casos, parte del hidrógeno producido deriva del agua.

11

Amoniaco al 99.99%CO2 al 98.00 %

219,210.00 ton/mes277,800.00 ton/mes

LAaM/S'A

La sintesis del gas consiste de tres etapas : (1) conversión del combustible alimentado (2)•

conversión del monóxido de carbono y (3) purificación de gas . La tabla (10) da la variedad deprocesos en función del combustible utilizado.

TABLA 10

Gas natural Reformación de vapora CnH(2n+2) + nHzO

4nCO + (2n + 1)H2

Nafta Reformación de vaporb CnH(2n+2) + nHzO

4 nCO + (2n + 1)Hz

Aceite Oxidación parcial CnH(2n+2) + n/2 Oz 4nCO + (2n + 1)H2Carbón Gasificación de carbón C+ 1/zOz 4 COAgua Electrólisis H20

4 1/z0z + Hz

a) PROCESO HABER-BOSCH

En el proceso original Haber-Bosch, la fuente de hidrógeno fue el coque proveniente del carbón.En este proceso, ilustrado en el (esquema 2) el co.que es primero calentado con aire y el calorliberado por la formación de dióxido de carbono lleva el coque a la incandescencia . Los productosde la combustión dejan el sistema saliendo a la atmósfera, se adiciona vapor para la producción de

• vapor de agua conteniendo dióxido, monóxido de carbono e hidrógeno . El nitrógeno esusualmente quemado por adición de una cantidad suficiente de productos de la combustión desdela etapa de calentamiento hasta la salida de la corriente gaseosa . Las partículas de polvo y vapordescompuesto son de ahí removidas por un lavador de agua . El monóxido de carbono en el gases convertido a hidrógeno y dióxido de carbono reacciona con vapor durante la catálisis y el gasconvertido es almacenado en otro recipiente comprimido, el dióxido de carbono es removido pormedio de un lavador de agua . El gas es comprimido y lavado usando una solución de cuprosoamoniacal para la remoción de monóxido de carbono no convertido.

El resultado, gas relativamente puro, consistente de tres partes de hidrógeno a una parte denitrógeno que es alimentado a la corriente de entrada del gas para la sintesis.

b) PROCESOS DE OXIDACION PARCIAL BASADOS EN HIDROCARBUROSPESADOS

Los dos procesos comercialmente más disponibles en el mercado son, el proceso Shell y elTexaco . Las condiciones de operación en el generador gaseoso varian de 1200°C a 1370°C y de3100kPa a S270kPa, generalmente los combustibles utilizados son aceites pesados ehidrocarburos; sin embargo el proceso puede también ser llevado a cabo con gas natural o aceitesresiduales .

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I- AaM/S~1

Coke

Air

Steam . Watergas

generator

Water

Scrubber. cooler

Gas

Gas

Converter Conditioningholder blower

towerGas

Y

holder-1Y

~--~.• /" \

Water

Compression

Compressor Í

Solution

Ammonia

Ammonia J AmmoniaCO2CO

regenerator

converter

absorber water water

purifier

purifier

Solution

Circulating

cooler

pump

compression

b . l) Proceso Shell

• El esquema 3 muestra el proceso de gasificación Shell, donde los hidrocarburos precalentados y eloxígeno son mezclados con vapor y alimentados a la cámara de combustión del reactor . Unareacción de flama no catalítica produce la sintésis de las materias primas a gas . El efluente calientedel reactor es enfriado por generación de vapor de alta presión en un rehervidor especialmentediseñado para desechos . Despreciado la presencia de carbon libre en el gas, el diseño permiteasegurar la adecuada transferencia de calor a la superficie después de una prolongada operación.El gas sintetizado a partir de la materia prima es de ahí conducido a un sistema removedor decarbón que consiste de una cámara de carbón y un lavador-enfriador de gases, donde el carbónproducido en el reactor es removido con agua. El carbón es transferido al aceite para formarpellets carbón-aceite en el proceso llamado peletizado. Los pellets resultantes son rechazados conaceite libre en un homogenizador y recirculados como lechada disuelta al reactor.El gas sintetizado de la materia prima es primero tratado para eliminar los sulfuros y de ahíenviado a la conversión . El lavador de nitrógeno líquido es la siguiente etapa.

b .2) Proceso Texaco

El esquema 4 muestra el proceso de gasificación texaco, en el cual se alimentan al reactor loshidrocarburos precalentados, el oxígeno y el vapor . El gas caliente procedente de . la sintesis dematerias primas es consumido en la parte baja del reactor usando vapor de agua procedente dellavador. El gas frio es llevado a la temperatura de saturación mediante vaporización lo que permitelas subsecuentes conversiones . La mayor parte del carbón remanente es removido de la operacióny limpiado en el lavador . El carbón de la corriente de agua que deja el reactor es extraído con

• nafta en el separador de naftas . Las naftas ligeras con carbón son mezcladas con los hidrocarburosde alimentación y la mezcla resultante es regenerada en el extractor de naftas . De la cabezasuperior del extractor el nafta es recirculado a la etapa de extracción de carbón . La parte inferiordel extractor de naftas contiene el carbón que es recirculado al reactor . El agua del separador denaftas, después de desgasificada es llevada de regreso al lavador y así esta disponible para otroproceso.La producción de amoniaco por oxidación parcial de hidrocarburos depende en cierto grado de laetapa de gasificación.

c) REFORMACION DE VAPOR.

Es el tipico proceso basado en la alimentación de hidrocarburos ligeros, el combustible alimentadopuede variar de gas natural a nafta, el cual es primero desulfurizado de ahí mezclado con vapor yreformado en el reformador primario . Se requiere suficiente aire con el contenido adecuado denitrógeno para la sintesis el cual es introducido en la etapa de reformación secundaria . El gasreformado es conducido y lavado en el removedor de COz . El dióxido de carbono y monóxido decarbono remanentes son removidos por reacción de hidrógeno para la producción de metano yagua en una etapa de metanización . El gas sintetizado es comprimido y el amoniaco producido.

•

14

L A Q /11~/SA

A

OXIGENO

AVAPOR DE ALTA PRESION > MATERIA PRIMA LIMPIAPARA SINTESIS DEL GAS

CONDENSADO

CONDENSADO

REACTOR

ALIMENTACIONDE AGUA ALREHERVIDOR

LAVADOR-ENFRIADORDE GASES

TRAMPA DE CARBON

DESECHOS

AGUA LIMPIA

P.EHERVID

AGUA RESIDUAL PELETIZADOR

HOMOGENIZADOR

OALIMENTACION

A REHERVIDORES

DE HIDROCARBUROS

ESQUEMA 3 PROCESO DE GASIFICACION SHELL

•

•

•

OXIGENO MATERIA PRIMA LIMPIAAPARA LA SINTESIS DE GASA

VAPOR

LAVADOR

REACTOR

PRECALENTADOR

/ \

SORFC-RCi TI,AC;InN DF NAFTAS

ALIMENTACION DE HIDROCARGUR

>4,

SEPARADOR DE NAFTAS

VENTEO

DESGASIFICADORDE AGUA

AGUA DERECIRCULACION + Ci

ESQUEMA 4 PROCESO DE GASIFICACION TEXACO

EXTRACTORDE NAFTAS

Costos de capital y energía :

El costo del capital y los requerimientos energéticos para laproducción de amoniaco dependen ampliamente del combustible utilizado, en la tabla 11 se

•

presenta los requerimientos de energía para plantas de amoniaco de gran escala usando varioscombustibles .

TABLA 11

d) SINTESIS DEL GAS A PARTIR DE HIDRÓGENO ENRIQUECIDO LIBRE DEGASES:

A partir de la mitad de la decada de los setentas se ha enfatizado el uso de hidrógeno enriquecidolibre de gases para la producción de amoniaco . En la tabla 12 se listan los procesos por los cualesel hidrógeno se enriquece y libera de gases, éstos sistemas usualmente contienen otras impurezasque deberan ser removidas antes de la sintesis de amoniaco.

TABLA 12

Construidasa partir de:

19701980

Reformaciónde gas natural

35 .9029 .00

Reformaciónde naftas.

39 .6032 .00

OxidaciónParcial de

Combustibles40.60

Gasificaciónde

Carbón48.5043.20

Electrólisisde agua.

44.30

80.00.2084.4

1 .9597.0Planta de sosa caústica, gas hidrógeno d

•

Metanol, purga de gas aPlanta de etileno, gas hidrógeno bPlanta de CO, gas hidrógeno

Planta de XilenosHorno de coque

99 .8

60 .096 .6

2.00

2 .6015 .40.4 0.09

0.02 0.244 .0

6 .50

2 .50 6.5022.5

14.0 1 .0

•

a Gas también contiene 0 .4% en volumen de metanol.b Basado en el etano alimentado

Planta de CO basado en la caja de enfriamiento para la conversión de COd Gas también contiene 0 .06% en volumen de oxígeno y 15 ppm de cloro.e Gas también contiene cerca del 1 .5% de hidrocarburos después del pretratamiento y

0.5 % en volumen . de oxígeno.

Las plantas tipicas para la producción de amoniaco usan gas purgado de una plantacomo alimentación .

17

de metanol

L.,Ak

® zaa

Fuentes futuras para la sintesis de gas.

• El alto consumo energético de las plantas de amoniaco y la crisis mundial de la decada de lossetentas permitió la propuesta de un nuevo concepto para la generación del gas que no requierehidrocarburos . Por ejemplo el uso de calor proveniente de las instalaciones nucleares y la energíatérmica del océano han sido propuestas como fuentes de energía alterna . Sin embargo en ladecada de los ochenta los precios del gas natural y del aceite revirtieron ésta tendencia, elconstante descubrimiento de más yacimientos de gas natural hace que el proceso de producción deamoniaco a partir de gas natural tienda a ser el proceso de más amplio uso, razón por la cual sedescribe el procedimiento de obtención de gas para la sintesis de amoniaco a partir de gas natural.

e) REFORMACIÓN DE GAS NATURAL CON VAPOR.

El gas natural es la materia prima más común para la manufactura de amoniaco . Las etapasimportantes del proceso son la purificación del combustible, reformación primaria y secundaria,conversión conducción, remoción de dióxido de carbono, purificación del gas sintetizado, sintesisde amoniaco y reconversión.

Etapas de transformación:

1) Purificación del gas alimentado.

El sistema de purificación del combustible normalmente es necesario debido a que en lareformación catalítica con níquel es problable que se presente el envenenamiento por sulfuros,halógenos y metales pesados contenidos en el gas natural.

El carbón activado, óxido de zinc frio o caliente son generalmente usados para remover loscompuestos de sulfuros, bajas concentraciones de sulfuros pueden ser absorbidas en carbónactivado a temperatura ambiente, el absorbente gastado es regenerado por extracción de vapor ogas caliente.

El óxido de zinc es efectivo en la remoción de sulfuro de hidrógeno, mercaptanos y algunoscompuestos clorados . A temperatura cercana a los 350°C, los mercaptanos se descomponen enhidrocarburos y ácido sulfhídrico los cuales reaccionan después con el óxido de zinc para formarsulfuro de zinc .

ZnO + H2 S ~ ZnS + HzO

El óxido de zinc es consumido y llevado por conversión irreversible a sulfuro de zinc.

Otros compuestos orgánicos no son facilmente removidos por carbón activado o óxido de zinc.Estos compuestos pueden ser hidrogenados usando hidrógeno sobre catalizador de cobalto oníquel-molibdeno . El H2 S resultante puede ser removido por un lecho de óxido de zinc

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18

LA g M LS A

convencional . El catalizador de molibdeno puede ser usado para la remoción de oleofinaspresentes en el gas natural, en todo caso las oleofinas no son envenenadoras de catalizadores en el

• estricto sentido, ellas pueden romperse o polimerizarse a altas temperaturas, bloqueando laactividad del sitio catalítico. El hidrógeno para estas reacciones es también provisto porrecirculación de la sintésis del gas durante la operación normal, o por cracking de amoniaco ometanol durante el arranque, si no hay fuentes externas disponibles.

La desulfuración en lechos fijos es impráctica y poco económica si el gas natural contiene grandescantidades de sulfuros . En este caso, la remoción y recuperación de sulfuro se realiza en unsistema de extracción-absorción de ácido, seguido de un sistema de limpieza residual de lecho fijo.

En algunos gases naturales también se puede encontrar mercurio, el cual es un veneno para elcatalizador cuando se presenta en grandes cantidades. Los lechos de carbón activado impregnadoscon sulfuro pueden ser efectivos para la remoción de dicho metal.

2) Reformación Primaria y Secundaria.

La conversión de gas natural a gas sintético en la operación de reformación se representa con lasiguiente reacción en estado gaseoso:

CH4 + H20 —) CO + 3H2

AH = 206 kJ/mol

La reforma primaria es un proceso esencial en el cual el combustible es quemado con aire para• proveer indirectamente el calor de reacción para la catálisis . Esta área del horno es usualmente

referida corno una sección radiante, quizas porque éste es el primer mecanismo para latransferencia de calor a altas temperaturas (750-850°C) requeridas por el proceso . La presión parala reformación varia en el rango de 3-4 MPa.

La reacción en el reformador primario es del carbón y un producto indeseable:CnH(2n+2) -inC + (n+1) H2

El cracking térmico tiende a depositar carbón sobre la superficie del catalizador el cual puede serremovido por vaporización. La depositación de carbón por este mecanismo tiende a ocurrir a laentrada de los tubos del catalizador antes de que se haya producido suficiente hidrógeno por lareacción de reformación para evitar el desplazamiento de la reacción al lado derecho.

Los promotores como potasa, son usados para evitar el cracking en la alimentación de gas naturalconteniendo hidrocarburos . El carbón también puede ser formado tanto por la desproporcióncomo la reducción de monóxido de carbono.

2CO

-~ C + CO 2

CO + H 2 - C + H2O

E1 carbón producido por éstas reacciones es formado en los poros del catalizador, haciéndolo másdificil de remover, y potencialmente causando rupturas físicas.

La relación de operación carbono-vapor se escoge en el mínimo requerido para la formación de• carbón por estas reacciones termodinamicamente imposibles . El vapor es otra fuente potencial de

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L. AiaMAW

contaminantes. Los químicos del agua de alimentación del rehervidor o del sistema deenfriamiento son envenenados en la reformación del catalizador, tal que la calidad del vapor debeser cuidadosamente monitoreada.

Los reformadores primarios disponibles difieren del arreglo de los tubos y quemadores, materialdel tubo, distribución de la alimentación del gas y sistema de recolección del gas.

3) Removedor de Dióxido de Carbono.

El efluente gaseoso procedente de la cámara de conversión contiene aproximadamente del 17-19%en volumen de dióxido de carbono el cual es reducido a una cuantas partes por millon en éstaetapa. Los sistemas de remoción comercial de dióxido de carbono pueden ser ampliamenteclasificados por reacción, combinación de reacciones físicas, sistemas de absorción fisica . Elproceso generalmente tiene la forma de absorbedor-extractor.

Proceso alcanoamina . El dióxido de carbono es un gas acidificado que reacciona reversiblementecon soluciones acuosa de alcali para forma carbonato . Este se descompone con la adición debajos niveles de calor facilitando la remoción de CO 2

La solución primaria de alcanoamina requiere un alto calor de regeneración . .También unatemperatura excesiva o un sobrecalentamiento localizado en los rehervidores causa ladescomposición del MEA y la formación de compuestos corrosivos . Un sistema inhibidor como elSistema de Guarda Amina desarrollado por Unión Carbide, es un método efectivo de control de la

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corrosión . Los inhibidores permiten el uso de altas concentraciones de soluciones de MEA, éstopermite bajas tazas de recirculación y subsecuentemente baja regeneración.

La activación de aminas terciarias como la trietanolamina y dietanolamina tienen ampliaaceptación en la remoción de CO2. Estos materiales requieren muy baja energía de regeneraciónpor la débil unión CO2-amina además de no formar carbonatos o otros compuestos corrosivos.

El sistema de remoción hibrido de CO2, como MDEA-sulfolan-agua y DIPA-sulfolano-agua,donde DIPA es diisopropilamina, son soluciones acuosas alcalinas en un solvente no acuoso y sonnormalmente usados con otros sistemas de limpieza residual.

Proceso de Carbonato Activo . El proceso de carbonato activo se basa en la absorción de CO 2 porcarbonato de potasio para dar bicarbonato de potasio : Cuando el bicarbonato es calentado sedesprende CO 2 regenerandose carbonato de potasio . En el proceso de carbonato calientedesarrollado originalmente se encontró que puede ser corrosivo al acero, se han utilizado variosaditivos para implementar la velocidad de transferencia de masa para inhibir la corrosión . Laimplementación de estos aditivos y la optimización del proceso han hecho que éste procesocompita con el MDEA.

Sistemas de absorción : Los solventes generalmente presentan un mejor comportamiento a altaspresiones parciales para la remoción de COz, debido a que la solubilidad de los ácidos seincrementa con el decremento de la temperatura, la mayoria de los sistemas de absorción usan

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•

•

•

•

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refrigeración suplementaria para permitir el descenso de la temperatura . Normalmente cerca del70% de dióxido de carbón es recuperado por reducción de presión.

4) Purificación final.

El oxígeno contenido en compuestos como (CO, CO 2, H2O) envenena el catalizador de la sintesisde amoniaco y debe ser eficazmente removido o convertido a especies inertes antes de entrar a lasintésis. Adicionalmente, la presencia de dióxido de carbono en el gas sintetizado puede permitirla formación de carbamato de amonio el cual puede causar corrosión en el compresor . La mayoriade las plantas usan metanización para convertir el óxido de carbono a metano.

Reacción de Metanización.

CO + 3H2 4 CH4 + H20

OH25°C = -206 .10 KJ/mol

CO2 + 4H2 4 CH4 + 2H2O

OH25°C = -164.90 KJ /mol

La conversión de óxido de carbono a metano se hace utilizando hidrógeno para que laconcentración de éste sea mínima en el gas tratado . La operación tipica de metanización serealiza en el rango de 300-400°C . Esta reacción es extremadamente exotérmica y de ahí que elCO y CO2 a la entrada del metanador tengan que ser cuidadosamente monitoreada.

Dehidratación: Se usa un separador secador en la etapa final del proceso de limpieza de óxidosde carbono y agua permitiendo así reducir la concentración a menos de 1 ppm . Estos se localizanen la interetapa del compresor de gas sintetizado para reducir el volumen requerido.

Remoción del exceso de nitrógeno : . El proceso de purificación se muestra en el esquema 5incorpora un etapa de purificación criogénica, el efluente del metanador es primero secado hastaun bajo punto de rocio, de ahí enfriado y posteriormente expandido en una turbina paralicuefacción de una porción de gas . Después de enfriado, el vapor de la corriente parcialmentelicuada es lavado en una columna de rectificación para remover todo el argón y el metano.

5 .- Sintésis de Amoniaco y Recuperación.

La sintésis del gas purificado consiste de hidrógeno y nitrógeno en una relación de 3 :1 molar,teniendo inertes residuales como (CH4, Ar y algunas veces He).

La sintesis es generalmente de dos tipos . La primera es la recuperación de amoniaco producidodespués de la recirculación del gas . En este caso el gas sintetizado es purificado por la acción delavado de la condensación del amoniaco que tiene sobre la recirculación del gas ; sin embargo, ladesventaja de esta configuración es que requiere de grandes etapas de compresión porque elefluente convertido regresa al ciclo de compresión antes de la condensación del producto . El

segundo método es más moderno y además reduce el consumo de energia en las plantas deamoniaco el cual emplea un separador molecular como secador de las interetapas de lacompresión del gas sintetizado para purificar la recirculación del gas, permitiendo que el gassintetizado pueda ser alimentado directamente al convertidor.

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ENFRIADOR

METANIZADOR

COMPRESOR DE AIRE

CO16IbISE2O1S DE G'V2

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RECI IPERADOR >*,DE CALOR

S NATURAL

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RECUPERADORDE CALOR

CONVERTIDORDE ALTA TEMP. .

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CONDENSADO AL SISTEMADEALIMENTACION DELREHERVIDOR.

DE CALOR

RECUPERADOR>DE ;R >O

ENFRIADORDE GIN.

ENFRIADOR

COMPRESOR DE GAS

ENFRIADOR

EXTRACTORDE CO2

ESQUEMA 5 DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO KELLOGG

HIDRAULICA

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OCONVERTIDORDE CALOR

' • P•CONVERTIDORDE 4ONI:9-

ONVERTIDORE CALOR

INTERCAMBIADORDE REFRIGERACION

> AMONIACO

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En ambos arreglos el gas sintetizado es extremadamente puro por la acción del lavado delamoniaco condensado llevado a la recirculación arrastrando las impurezas, el resultado es unalarga vida del catalizador.

En la mayoria de las planta modernas el amoniaco es reconvertido por condensación y a presión,el amoniaco es usualmente la fuente de refrigeración requerida, para mantener alta la presiónparcial de los reactivos se alimentan inertes con el gas de recirculación y son normalmenteremovidos usando una corriente de purga.

El convertidor de la sintesis es el corazón de la planta de amoniaco . Los primeros diseños sebasaron en un enfriador de tubos . Sin embargo éstos convertidores que ofrecian una buenaoperación termodinamica tenían un mecanismo complejo limitando así los diseño de pequeñacapacidad. Las grandes plantas de amoniaco de la decada de los noventa exclusivamente empleanconvertidores de cama multiple . Estos convertidores difieren en el tipo de flujo (axial, radial o flujocruzado), metodología de control de temperatura y calor de reconversión de la reacción.

En la mayoria de los diseños de reactores, la entrada de gas al enfriador fluye a través de unespacio anular entre la coraza del convertidor y el catalizador . Este flujo mantiene la coraza abajas temperaturas, después de la salida del gas del espacio anular, el flujo se localizainternamente en el intercambiador de calor que precalienta los gases a la entrada . La temperaturadel lecho a la entrada es controlada por un quemador.

f.- PROCESO DE OBTENCION DE AMONIACO, EN MEXICO.

• En México, el proceso que actualmente se utiliza es el de Kellogg Co . implementado en lasplantas de Cosoleacaque, Veracruz, que se describe a continuación, el proceso de la planta deCamargo es similar.

Descripción de líneas de producción, reacción principal y secundaria.

Descripción del proceso de la planta de amoniaco (NH3) con capacidad de diseño de 7,307ton/día en el complejo Petroquímico Cosoleacaque.

Las materias primas para la obtención del amoniaco son: gas natural, vapor de agua y aire, de lareformación del gas natural con el vapor de agua se obtiene el hidrógeno y el aire proporciona elnitrógeno, la relación de hidrógeno a nitrógeno es de 3 :1 para producir amoniaco, la planta constabásicamente de las siguientes secciones:

a) Desulfurización.b) Reformación.c) Purificación.d) Compresión.e) Sintésis y refrigeración

a) Desulfurización . El gas natural que va a ser usado como alimentación a la planta contienehuellas de compuestos de azufre que son nocivas a las operaciones de reformación y mutación y

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•

•

que en el orden de (ppm) llegan a envenenar el catalizador haciendo necesario los cambios endicha planta motivo por el cual deben eliminarse.

Se lleva un control de mantener (1 ppm) o menos de azufre, en las torres de carbón (DA-101-A/B); el carbon tratado con sales de fierro lo hace selectivo al azufre, el fierro impregnado en elcarbón reacciona quiinicamente con el azufre según la siguiente reacción reversible.Fe2O3 + 3H2S 4 Fe2S3 + 3 H2O

Esta operación se realiza en un proceso ciclico y tiene lugar en dos torres, cada una es capaz depermanecer en operación a flujo continuo de 5 a 7 días dependiendo de la cantidad de azufre quecontenga el gas natural.

Se efectúo una modificación a la planta, adicionado dos reactores con catalizador de cobalto-molibdeno y óxido de zinc, donde el azufre que no fue elimado en las torres de carbón, en éstosreactores llamados "Cámara de Guarda" (DA-108-A/B) . La operación es la siguiente.

El gas natural que sale de las torres de carbón es precalentado en un serpentin localizado en lazona de convección del reformador primario y después pasa a las cámaras de guarda ya que lareacción se efectua a una temperatura de 371°C; se anexa el diagrama de la modificación. Lasreacciones que se efectuan son las siguientes:

RSH + H2

4 H2S + R-HH2S + ZnO ~ ZnS + H20

El gas natural ya desulfurizado pasa al reformador primario.

b) Reformación.- El gas natural libre de azufre se mezcla con vapor de media presión (42.3Kg/cm2) en un valor que exceda al del cálculo estequiometrico; una baja relación vapor-gas,ocasiona depósitos de carbón en el catalizador del reformador primario que tiende a envenenarlo.

El gas natural y el vapor pasan al serpentin de precalentamiento en la zona de convección delreformador primario, donde absorbe calor aumentado su temperatura hasta 538°C. A éstatemperatura la mezcla entra a la zona de radiación de este reformador donde están colocados 336tubos verticales llenos de catalizador, siendo este de óxido de níquel, en ésta zona se lleva a cabola reformación primaria.La reacción de reformación es endotérmica y se efectúa a temperaturas de 538°C, el calor sesuministra por medio de 588 quemadores de piso y de pared; el 20% del calor se obtiene de losquemadores de piso, los hidrocarburos más altos se rompen hasta metano y la reacción dereformación con vapor es:

CH4 +H2O 4 3H2 + COCO +H2O 4 CO2 + H2

La fuente primordial para la obtención de nitrógeno necesario en la producción de amoniaco es elaire atmósferico, el oxígeno reacciona con el metano produciendo hidrógeno (H2) y (CO)monóxido de carbono reacción que eleva la temperatura, lo cual da una cantidad de metano muybaja sin reaccionar en el reformador secundario, en un recipiente vertical con una cama de

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•

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catalizador de óxido de níquel; se inyecta el aire a proceso comprimido a 38 Kg/cm 2, a través decuatro boquillas, antes de entrar al reformador secundario se precalienta en la zona de conveccióndel reformador primario desde 190°C hasta 649°C, y se mezcla con el efluente caliente delreformador primario (795°C), esta mezcla de gases calientes entra al lecho catalítico con unatemperatura cercana a los 1260°C, en donde se reforma más y el calor consumido en la reacciónreduce la temperatura a 985°C que es la temperatura de los efluentes, las reacciones dentro delreformador secundario son las siguientes:

H2 + 1/zOz -> H2O

CH4 + H20 —> CO + 3H2

CO + H20 -~ COz + Hz

Inevitablemente se introduce algo de argón con el aire, que se comporta como inerte durante elproceso y que finalmente se purga en la sección de sintesis, estos gases salen a una temperaturade 985°C y se enfrian a 385°C, generando vapor de alta presión (102 Kg/cm2) y precalentando elagua de alimentación a calderas.

Esta corriente lleva un determinado porcentaje de monóxido y bióxido de carbono, que debe serelimado por ser un veneno para el catalizador de sintesis de amoniaco, por lo cual es necesariopurificar la mezcla, separando de ella los compuestos indeseables.

Esto se logra en primer término convirtiendo a bióxido de carbono todo el monóxido de carbonoexistente, mediante reacción catalítica con vapor de agua ; se lleva a cabo en los mutadores de altay baja temperatura en donde se lleva a cabo la siguiente reacción:

CO + H20 3 CO2 + Hz

El equilibrio para ésta reacción con bajas temperaturas, pero la velocidad de reacción aumenta conla temperatura, la corriente gaseosa entra al mutador de alta temperatura, es un recipiente verticalcilindrico, construido con baja aleación de acero, este contiene catalizador de óxido de fierro,donde por sus características efectua el grueso de la conversión, la reacción exotérmica, el efluentedel mutador de alta temperatura se enfrió en dos cambiadores de calor hasta una temperatura de235°C, pasando al mutador de baja temperatura, al igual que el de alta temperatura que es uncilindro vertical construido de acero al carbón.

El catalizador del mutador de baja temperatura es a base de cupro-zinc y es notable por susensibilidad a los compuestos de azufre y a las altas temperaturas para protegerlo del azufre se usaun lecho de óxido de zinc, anterior al del catalizador que es a base de cobre la reacción que seefectua es la misma que en el mutador de alta temperatura.

Después el gas se envia a un cambiador de calor para precalentar el agua de calderas y circula porotros dos cambiadores de calor en los cuales se genera vapor de baja presión (2.5 Kg/cm2 ); dondelos efluentes se enfrian de 249°C hasta 201°C, el exceso de agua es eliminada en un separador(FA-102), antes de pasar a la sección de purificación.

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L. ,A~AIl®

c) Purificación : El primer paso en la purificación del gas es la elimación del bióxido de carbono,esto se lleva a cabo por medio del proceso Benfield modificado, el cual consiste en utilizar unasolución acuosa al 30% de carbonato de potasio, con un aditivo para mejorar el coeficiente delcambio de masas entre el bióxido de carbono y la solución de carbonato, es un procesoregenerativo de absorción que extrae el bióxido de carbono del gas de proceso, las reacciones quese efectuan son:

CO2 + H20 4 H2CO3H2CO3 + K2CO3 4 2KHCO3

Esta reacción se favorece con altas presiones y temperaturas moderadas, estas condiciones seencuentran en la torre absorbedora.La corriente gaseosa del FA-102 entra a los recalentadores regeneradores de solución, aquí ocurremás condensación del agua que llevan los gases, utilizandose el calor latente de condensación paraproducir el vapor de agotamiento del regenerador, de donde pasa a otro enfriador antes de entrara la torre absorbedora a 113°C y 30Kg/cm2 por el fondo.Se usan dos soluciones para la absorción, la concentrada que entra a dos tercios de su altura yquita el grueso del bióxido de carbono, y la diluida que entra por el domo dejando solo trazas debioxido de carbono en el gas, del domo del absorbedor (DA-201), el gas fluye al acumulador FA-202 a 74°C y posteriormente al metanador.

La solución del fondo del absorbedor (DA-201) rica en bióxido de carbono, se extrae por controlde nivel y se pasa a la torre agotadora, como la caída total de presión no esta manejada por laválvula de control para que el CO2 no sea liberado prematuramente de la solución, la mayor partese obtiene por un orificio de restricción en el domo donde la solución se expande liberandoparcialmente el CO2 que lleva.

La solución desciende a través de los platos donde con altas temperaturas y bajas presiones(121°C y 0.700 Kg/cm2), es agotado el bióxido de carbono total de acuerdo a la reacción:

2KHCO3 4 CO2 + K2CO3 + H20

El bióxido de carbono y vapor extraido de la solución residual pasa del domo del agotador a uncondensador donde la mayor cantidad de agua se condensa y el bióxido de carbono comosubproducto es enviado parcialmente a comercialización.

El gas a la salida del absorbedor lleva una concentración de óxidos de carbono siguientes:

CO2 = 0.16% mol

CO = 0.35% mol

Los efluentes del absorbedor pasan al metanador, donde los óxidos residuales de carbono setransforman a metano, el catalizador del metanador está hecho a base de óxido de níquel yalumina que promueve la siguiente reacción:

CO2 + 4H2 4 CH4 + 2H2OCO + 3H2 4 CH4 + H20

•

26

Las dos reacciones son extremadamente exotérmicas al grado de que por cada uno por ciento enmol de monóxido de carbono que pase, el metanador elevará su temperatura en 72°C, por lo cualhay que controlar las altas concentraciones de monóxido y bióxido de carbono.

Los gases de salida del metanador cambian calor con los gases de entrada a éste, los primeros seenfrian de 351°C a 109°C y los segundos se calientan hasta 316°C, el gas efluente del metanadorse enfria hasta 39°C, pasan a la sección de compresión con la relación estequiométrica de 3 :1moles de hidrógeno-nitrógeno.

e) Compresión .- La sección de comprensión de ésta planta consta de tres compresores principales:

1.- Compresor de gas de sintesis, este compresor es centrífugo, de tres secciones y dos cuerpos, elimpulso de ésta máquina proviene de dos turbinas de vapor, una opera con vapor de alta presióny la otra con vapor de media presión (102 Kg/cm 2 y 40 Kg/cm 2 respectivamente).Después de que el gas de sintesis sale del metanador, fluye hacia la sección de compresión, el gases comprimido en el compresor de sintesis (GB-302) de dos etapas, donde es mezclado con lacorriente de gases recirculados provenientes del reactor en la segunda etapa del compresor, elevala presión del gas de sintesis hasta 160Kg/cm 2 , y es enviado al reactor de sintesis.

2.- Compresor de aire . El aire que se suministra a la sección de reformación es por medio de uncompresor centrífugo de cuatro etapas y dos cuerpos, es impulsado por una turbina decondensación utilizando vapor de presión media.El compresor succiona aire de la atmósfera y es comprimido 34 .2 Kg/cm 2 y a una temperatura de190°C, este aire fluye directo a la sección de reformación para precalentarse en la zona deconvección del reformador primario hasta 649°C antes de entrar al reformador secundario.

3. Compresor de refrigeración . Este es un compresor centrífugo de dos etapas y dos cuerpos, querecibe impulso de una turbina de vapor que opera con vapor de media presión (40 .0 Kg/cm 2 ) . Secuenta con tres niveles de enfriamiento para amoniaco, uno a la presión atmósferica y (-33 °C), elsegundo a 1 .06 Kg/cm2 y (-16°C) y el tercero a 5 .3Kg/cm2 y a (13°C).

e) Sintesis y refrigeración. La descarga del compresor de sintesis fluye hacia el reactor . La sintesisdel amoniaco se lleva a cabo haciendo pasar una mezcla de hidrógeno y nitrógeno sobre uncatalizador a presión y temperaturas elevadas, donde se efectua la siguiente reacción:

N2 + 3H2 —> 2NH3

La reacción de sintesis es altamente exotérmica y se favorece a alta presión y temperaturasmoderadas, llevandose a cabo a 500°C y 160 Kg/cm2 de presión, en un reactor tubular, de flujocontinuo, que tiene cinco camas de catalizador de fierro activado, generalmente, el catalizador secarga al reactor en forma de óxido y debe ser reducido antes de su uso . Al catalizador le afectanlas altas temperaturas y es muy sensible a ser envenenado por oxígeno, óxidos de carbono, azufre,cloro, arsénico y fósforo; para evitar este envenenamiento se requiere el gas de sintesis conpurificación intensa.

44

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27

El reactor permite una conversión del 13% de amoniaco, una vez que se ha formado el amoniacoen el reactor se procede a separarlo de los demás gases, separando lo máximo posible, con elobjeto de que los gases recirculados no lleven cantidades apreciables de éste, efectuandose lacondensación del amoniaco en el sistema de refrigeración.

Se circula el gas del reactor a un cambiador con agua de enfriamiento, y luego a enfriarlo pormedio de la refrigeración del tercer nivel, dentro del cual se condensa la mayor parte delamoniaco producido, la mezcla de dos fases pasa al separador primario de amoniaco (FA-402)donde los gases de la parte superior son recirculados y mezclados con la carga fresca.

El amoniaco líquido es enviado al acumulador (FA-403), los gases que son comprimidos en GB-302 (recirculación y carga fresca) se enfrian en un cambiador contra los gases que salen delseparador secundario de amoniaco (FA-401) ; pasando después a enfriarse al segundo nivel derefrigeración para separar el amoniaco líquido en el separador secundario (FA-401), donde unaparte de los gases del domo se dirigen al reactor y la otra parte como apagado de las camas delreactor.

El amoniaco en estado líquido se manda a el tanque recolector (FA-403) y de aquí sale a controlde nivel y por su propia presión hacia las esferas de almacenamiento, el producto abandona launidad a (-2°C) de temperatura.

La eliminación de los inertes se efectua mediante una purga de la corriente que se va a recircularal reactor, se mantiene la concentración de éstos, a niveles adecuados para la reacción de sintesis;esta corriente gaseosa purgada se le denomina gas de purga, al cual se le elimina el amoniaco quelleva, en el tercer nivel de refrigeración pasando el líquido al acumulador (FA-403) y el gas se

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utiliza como gas combustible en el reformador primario.

Los esquemas 6 y 7 muestran el diagrama de flujo de proceso y de bloques respectivamente.

4 .2 .4 . VOLUMEN DE LA PRODUCCION INDUSTRIAL

La producción de amoniaco en México se presenta en la tabla (13) y para una mejorejemplificación los datos se representan en la gráfica (1).

TABLA 13

L~~M®,S

Producción 2515 .00 2555 .00 2632.00 2701 .00 2678 .00 2137 .00Importación 30 .00 0.00 0.00 2.00 1 .00 2 .00Exportación 454.00 304.00 512.00 510.60 770 .60 390 .00C. Aparente 2092 .00 2251 .00 2119 .00 2194.00 1908 .00 1749 .00Incremento

de

lacapadad instalada % 0 .60 7.60 -5.90 3 .50 -13 .00 -8 .30Capacidad Instalada 2818.00 2812.00 2812.00 2812.00 2812 .00 2812.00

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1993

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2500

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1000

FUENTE : ANUARIO ANIQ 1993 GRAFICA No . 1

4 .2 .5 . CONCLUSIONES.

•

El amoniaco es un producto de amplio consumo mundial, cerca del 85 % del amoniaco se destinaa la producción de fertilizantes y el 15 restante a las fibras, alimentos para animales y explosivos,es un producto cuyo' consumo se vió incrementado a partir de la decada de los sesentas, a raíz delo cual los procesos de producción han sufrido una serie de cambios en busca de una mayoreficiencia y un menor consumo energetico, debido al constante descubrimiento de nuevosyacimientos de gas natural ; en la actualidad la producción de amoniaco es a través de lareformación de gas natural tendencia que parece continuar en el futuro.

Los procesos de producción utilizados en México son a partir de gas natural siguiendo las mismasetapas de reformación del gas que la tecnología que mundialmente se emplea, en éste momentosólo se encuentran en operación las plantas de PEMEX, cuyos procesos y capacidades sonsimilares, debido al cierre de las plantas de Fertimex la capacidad instalada ha disminuido, sinembargo el consumo aparente es menor a la producción actual por lo que México satisface sudemanda interna de amoniaco, y exporta una mínima parte de su producción.

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L.AaM®

•

32

4 .3 . CARACTERIZACION AMBIENTAL.

• 4 .3 .1 IDENTIFICACION DE LAS FUENTES PUNTUALES Y NO PUNTUALES DEEMISION.

Durante el proceso de sintésis de amoniaco se emiten contaminantes en las etapas de regeneraciónde la desulfurización, el calentamiento de la reforma primaria, la regeneración de dióxido decarbono de la solución lavadora y la separación de vapor del proceso de condensado.

La mayoria de las plantas usan carbón activado fortificado con óxido metálico para la

desulfurización del combustible. El lecho de desulfurización debe ser regenerado cuando menosuna vez cada 30 días durante un período de 10 horas . El venteo de la regeneración de vaporcontiene óxidos de azufre y/o sulfuro de hidrógeno, dependiendo de la cantidad de oxígeno en elvapor . La regeneración también emite compuestos orgánicos volátiles y monóxido de carbono . Elreformador primario, calentado con gas natural u otro combustible líquido emite como productodel proceso de combustión óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de azufre,compuestos orgánicos volátiles y partículas.

El dióxido de carbono es removido del gas sintetizado mediante lavado con monoetanolamina osolución de carbonato de sodio caliente, ésta regeneración produce emisiones de compuestosorgánicos volátiles, amoniaco, monóxido de carbono, dióxido de carbono y monoetanolamina.

El enfriamiento del gas sintetizado a bajas temperatura permite que abandone la etapa de•

conversión en forma de condensado con pequeñas cantidades de amoniaco, dióxido de carbono ymetanol.

•

33

inAaM®

4 .3 .2 FACTORES DE EMISION TIPICOS EN EL PROCESO DE ELABORACIONDE AMONIACO.

a) PLANTAS SIN SISTEMA DE CONTROL DE EMISIONES.

TABLA 14

Desulfurización .

Unidad de Azufre total (c,d) 0.0096 0.0190Regeneración . CO 6.9000 13 .8000

VOC's 3 .6000 7.2000Reformador primario. Calenta-miento durante la combustión.Gas Natural NO 2.7000 5 .4000

SOx 0.0024 0.0048COx 0.0680 0.1360Partículas 0.0720 0.1440Metano 0.0063 0.0125VOC's 0.0061 0.0125

Aceite destilado NO 2.7000 5 .4000SOx 1 .3000 2.6000CO 0.1200 0 .2400Partículas 0.4500 0 .9000

•Metano 0.0300 0 .0600VOC's 0.1900 0 .3800

Regenerador de CO2 Amoniaco 1 .0000 2,0000CO 1 .0000 2 .0000CO2 1200.0000 2400 .0000VOC (f) 0.5200 1 .0400

Extractor de vapor condensado Amoniaco 1 .0000 2.2000CO2 3 .4000 6.8000VOC (g) 0.6000 1 .2000

Factor de emisión expresado en peso de emisión por unidad de peso de amoniacoproducido.

(b) Fuente intermitente, promedio 10 horas una vez cada 30 días.(c) En el peor de los casos . Todo el azufre que entra es emitido durante la

regeneración.(d) Normalizado factor de emisión para 24 horas.(e) Referencia 2.(f) 0 .05 kg/ton (0 .1 lb/ton) es monoetanolamina.(g) Trazas de metanol.

(a)

•

34

s

i

b) FACTORES DE EMISION PARA LA PRODUCCION DE AMONIACO SINEQUIPO DE CONTROL. RANGO DE FACTOR DE EMISION "B"

TABLA 15

Plantas sin metanizadorGas de Purga ((c )) Mínimo Mínimo 90.0 45 .0 3 .0 1 .5Almacenaje y carga . «» No hay No hay No hay No hay 200.0 200.0Plantas con absorbedor deCO y sistema regenerador.Salida del regenerador (( D )) 200.0 100.0 Mínimo Mínimo 7.0 3.3Purga del gas Mínimo Mínimo 90.0 45 .0 3 .0 1 .5Almacenaje y carga«» No hay No hay No hay No hay 200.0 100.00

«c» Emisiones de metano que pueden reducirse al 90% pasando a través de una torrelavadora de agua de tres etapas . Los hidrocarburos no pueden ser reducidos.

((D)) Una lavadora de agua de 2 etapas y un sistema de incineración pueden reduciréstas emisiones a una cantidad despreciable.

c) EMISIONES A LA ATMOSFERA DURANTE TODO EL PROCESO.

En la planta de Cosoleacaque, Ver . antes de Noviembre de 1994 no se habían realizadoevaluaciones para determinar el volumen de las emisiones de amoniaco, los datos de otroscontaminantes generados durante el proceso fueron proporcionados por la planta, los datos de lasevaluaciones realizadas por LAQMISA se presentan en el punto 4 .4. (tabla 20).

TABLA 16

35

4 .3 .3 . AREA DE INFLUENCIA SEGUN LA DIRECCION Y VELOCIDAD DE LOSVIENTOS DOMINANTES.

• El área de dirección predominante de los vientos en la planta de Cosoleacaque, Veracruz es denoreste a sureste, de acuerdo al plano de la planta el área de influencia es la zona habitacional delas colonias La Bomba, Buenavista Sur, Rosalinda y la planta de Fertimex misma que tambiéncontribuye con emisiones de amoniaco que aunque no se fabrica se utiliza en producción defertilizantes . Sin embargo las emisiones de amoniaco no son conducidas por lo que la mayorparte se queda dentro de la misma planta . Se anexa plano de localización de la planta para unamejor ubicación.

La zona donde se ubican las plantas es de clima calido-humedo con una precipitación pluvialmedia anual de 2000 a 2500 mm, registrandose las lluvias más fuertes de julio a septiembre, y lasde más baja precipitación de febrero a mayo. La temperatura máxima mensual promedio es de35 .4 °C; la media mensual promedio es de 26 .2 °C. Los vientos dominantes son de norte, sinestación seca bien definida y sin estación invernal.

DATOS CLIMATOLOGICOS DE LA REGION:

a) PRECIPITACION PLUVIAL.Máxima horariaMáxima en 24 hMáxima en 30 días

b) VIENTOSVelocidad máximaVientos dominantes: dirección

velocidadVientos reinantes :

direcciónvelocidad

c) HUMEDADRelativa mínima mensual promedioRelativa media mensualRelativa máxima promedio

d) PRESION.Atmósferica

e) TEMPERATURAMáxima extremaMínima extremaPromedio del mes más calientePromedio del mes más frioPromedio bulbo húmedo

•

88 mm277 mm800 mm

200 km/hNO a SE90-129 km/hNE-SO20-30 km/h

50%82%95 %

760 mmHg

43 .0°C19 .8°C38 .0°C22.0°C25 .0°C

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4 .3 .4 . TECNOLOGIAS DE CONTROL DE EMISIONES.

• Se hizo la investigación bibliográfica de las tecnologías de control de emisiones de amoniaco en lafabricación del mismo, sin embargo no fue posible localizar una tecnología utilizada en una plantaen particular, a nivel nacional las plantas que se dedican a la fabricación de amoniaco no cuentancon sistemas de recolección de éstas emisiones o fugas por lo mismo no tienen un sistema decontrol implantado, a nivel internacional se pretende que no existan fugas durante el proceso porlo que tampoco es común el uso de sistemas de control de emisiones de amoniaco durante sufabricación, en caso de ser necesaria la implementación de un sistema de control de emisiones esposible diseñar un sistema absorbedor-lavador que dado las características del amoniaco resultaríael más práctico y menos costoso, el otro -sistema que podría emplearse es la incineración pero éstees un equipo de un alto costo, el sistema de adsorción es otra opción que no ha sido muyestudiada para el caso del amoniaco.

Por lo expuesto anteriormente no es posible desarrollar los incisos a, b y c propuestos porLAQMISA dentro de éste punto, sin embargo se describen en forma genérica los sistemas decontrol de emisiones que en dado caso podrían emplearse.

EQUIPOS DE CONTROL DE EMISIONES.

La selección de los métodos de control se basa generalmente en la necesidad del control de lacalidad del aire ambiente para alcanzar los estandares de la legislación ambiental ó en el caso decontaminantes no regulados proteger la salud humana y vegetal . Hay tres elementos para el

• problema de la contaminación; una fuente, un receptor afectado por el contaminante y untransportador del contaminante de la fuente al receptor . La modificación o elimación de cualquierade éstos tres elementos puede cambiar la naturaleza del problema . Por un instante, la chimeneasaltas las cuales dispersan el efluente modifican el transporte de los contaminantes.

Hay tres clases de contaminantes : gases, partículas (las cuales pueden ser una combinaciónlíquido-sólido), sin embargo los olores son controlados de manera similar a otros contamientes.

Minimización de Costos de Control de Contaminantes:Sin embargo el primer impulso para la reducción de emisiones es frecuentemente la adición de unequipo de control, ésto puede no ser lo mejor económica y ambientalmente . La revisión de losprocesos puede mostrar cambios o alternativas para eliminar o reducir los contaminantes . Lassiguientes son las mejores consideraciones para el control de los contaminantes sin la adición deun tratamiento específico:

Eliminación de la fuente de contaminación.Sellar el sistema para prevenir intercambios entre el sistema y la atmósfera.Usar recipientes a presión.Interconectar venteos en los contenedores de carga y descarga.Cambio de materias primas, combustibles, etc.Cambio en la operación de los procesos para prevenir o reducir la formación decontaminantes.

•

37

L4% M®

Cambiar etapas del proceso.Usar gas reciclado o reciclaje de contaminantes más que usar aire fresco.

Reducir la cantidad de contaminantes en relación a la cantidad de gas llevado a tratamiento.Minimizar la entrada de contaminantes a la corriente gaseosa.Reciclar una porción del gas procesado.Diseñar trampas para minimizar la cantidad de aire necesario para permitir lacaptura de contaminantes.Usar equipos de doble proposito, como un horno de combustión que sirva comoincinerador de contaminantes.

Selección de equipos de control:

Las recomendaciones de ingenieria para el diseño y selección del equipo de control decontaminantes incluye el conocimiento de las propiedades de los contaminantes ; especiesquímicas, estado físico, tamaño de partícula, concentración, cantidad de gas y efecto de loscontaminantes sobre el ambiente circundantes . El diseño debe considerar requerimientos derecolección futura ventajas como:

1. Eficiencia de colección.2. Fácil uso o disposición del material reconvertido;3. Habilidad del colector para manejar variaciones en el flujo de gases y perdidas en la

eficiencia de colección requerida.•

4. Rehabilitación del equipo y bajos requerimientos de operación y mantenimiento.5. Costos de inversión inicial y operación.6. Posibilidad de reconversión o conversión de contaminantes en productos comerciales

TABLA 17

•

•

*

*

Adsorción:Lechos estacionarios regenerablesLechos móviles regenerablesAdsorción cromatográficaDispersión de aire

* *GASES OLORES

PARTICULASLIQUIDA

SOLIDAS

LAa /!A®

Absorción en:Solución acuosaNo-acuosa

CondensaciónSeparación centrifuga (secado)Reacción química

**

*

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* * Se considera al amoniaco.

Otros factores para ser evaluados son la inversión inicial y costos de operación, reuso del materialo alternativas de desechos económicas, máxima eficiencia bajo cualquier condición de operación.

Control de Emisiones Gaseosas:

Cinco métodos están disponibles para el control de las emisiones gaseosas : absorción, adsorción,condensación, reacción química e incineración . La dispersión atmósferica de chimeneas altasconsiderada como una alternativa en el pasado es ahora una opción menos viable . La absorción esparticularmente atractiva para contaminantes en concentraciones apreciables, es también aplicable

• para la dilución de concentraciones gaseosas con alto contenido de solvente . La adsorción esdeseable para la remoción de contaminantes de extremadamente bajo nivel (menos de 1 ppmv) ypara el manejo de grandes volúmenes que tienen niveles de dilución . La condensación es mejorpara sustancias que tienen alta presión de vapor . Donde la refrigeración es necesitaria para laetapa final, la eliminación de diluentes no condensables es benefica . La incineración es útil paracombustibles, para remover contaminantes orgánicos y pequeñas cantidades de ácido sulfhídrico,monóxido de carbono y amoniaco.

Adsorcion : Es usada sola o en combinación con otros métodos de remoción, es excelente para laremoción de contaminantes gaseosos de concentraciones extremadamente bajas (1 ppmv) Cuandose usa en combinación, es tipicamente en la etapa final . La adsorción, siempre es exotérmica, esincluso más atractiva cuando grandes volúmenes de gases deben ser liberados de contaminantesdebido a que los absorbentes granulares son dificilmente enfriados debido a la pobre transferenciade calor, un gas preenfriado es frecuentemente utilizado para minimizar la capacidad de perdidade absorción en las torres al final del lecho empacado . Un pretratamiento para remover o reducirlas moleculas adsorbibles, como el agua, complementan la adsorción.

Los adsorbentes pueden ser dividos en dos categorias : general y específico . El adsorbente máscomún es el carbón activado, hace un buen trabajo adsorbiendo moléculas orgánicas de todostipos en presencia de moleculas polares como vapor de agua, es uno de los pocos adsorbedoresque pueden trabajar en una corriente humeda . Adsorbentes específicos son tipicamentes óxidos de

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Filtración:BolsasLechos granularesFibras finas

*

Incineración *

Precipitación electrostática:SecaHúmedaPrecipitación térmicaColección húmeda

* ** * *

* *

*

*

•

metal simples o complejos, muestran mayor selectividad que el carbón y preferencialmenteadsorben moléculas extremadamente polares, no son utilizables en presencia de vapor de agua.

• Los contaminantes una vez adsorbidos, pueden ser depositados por descarga del adsorbente oregeneración del mismo . La descarga puede ser atractiva cuando la cantidad de materialadsorbente es pequeña, el costo es significativamente menor al de la regeneración.

En este sentido en el mercado actual existen muchos equipos comercialmente disponibles como elBioCarb que es un línea de productos combinados con la absorción que utilizan en crecimiento demicroorganismos para el control de la contaminación ambiental . El principio básico de labiofiltración es simple; consiste de la ingestión y degradación de contaminantes pormicroorganismos . El ingrediente clave para la operación económica y eficiente de un biofiltro es . elagua, aire contaminado y microorganismo . El biocarbon tiene una mayor capacidad de adsorción,mayor área de superficie lo que permite un mayor contacto entre los microorganismos y el aire,provoca menor caída de presión de ahí menores costos de operación, requiere menor agua delavado disminuyendo costos de mantenimiento.

Condensación : El control o reducción de gases volátiles y vapores por condensación es másfactible para compuestos orgánicos. Compuestos con baja presión de vapor a temperaturaambiente son tratados en un enfriador de agua o de aire, usualmente éste es seguido de larefrigeración. La minimización de los incondensables reduce la necesidad de enfriamiento aextremos por debajo del punto de rocío . La condensación parcial puede utilizarse si el gas esrecirculado a el proceso . La condensación puede ser especialmente útil para una reconversiónprimaria antes de otro método . Los condensadores de contacto directo usualmente atomizan unlíquido enfriador recirculado de baja presión como el agua dentro del gas . El líquido reciclado es

• frecuentemente enfriado en un intercambiador externo . Si la condensación requiere de unacorriente gaseosa de más de 50°C, la velocidad de transferencia de calor puede excederapreciablemente la velocidad de transferencia de masa y el condensado formar espuma.

Reacción química: La reacción de contaminantes gaseosos habre un nuevo camino para lareconversión . La utilización de soluciones lavadoras alcalinas para la colección gases ácidificados esfrecuente . Los óxidos de nitrógeno puede descomponerse en nitrógeno y oxígeno por reacción conhidrógeno y metano. Mucho olores pueden ser controlados por lavadores de compuestosorgánicos con soluciones fuertemente oxidantes como el permanganato de potasio, ácido nítrico,peróxido de hidrógeno, hipoclorito y ozono ; las reacciones sólido-gas . Un caso ampliamenteestudiado de la reacción química es la inyección de bicarbonato de sodio sólido para la remociónde óxidos de azufre y nitrógeno provenientes de combustibles.

Incineración: Los contaminante típicos tratados por éste medio son : hidrocarburos, solventesorgánicos, ácido sulfhídrico, ácido cianhídrico, monóxido de carbono, hidrógeno, amoniaco ymercaptanos . Los gases diluidos en concentraciones menores al 25% de su límite deexplosividad, son quemadas en un incinerador gaseoso el cual opera por oxidación catalitica o porcontacto directo para proveer el precalentamiento y la ignición. Los incineradores de flamadirecta son frecuentemente equipados con un intercambiador de calor para minimizar el consumode combustible.

•

40

Absorción : Todos los equipos de absorción incluyen columnas de platos, puede ser usado paracontaminantes en aire, pero es más común el uso de columnas empacadas, cámaras de espreado ycámaras empacadas.

Las torres lavadoras empacadas a flujo contracorriente son más resistentes y son usadasextensamente como absorbedoras de contaminantes . Los parámetros tipicos de diseño para laabsorción de gases son; el flujo de la corriente gaseosa y líquida.

El agua es el líquido de absorción más común, es usada para la remoción de gases ácidosaltamente solubles, el amoniaco (NH3) puede ser recuperado en agua si el contacto final esacidificado . Los problemas se pueden presentar en las etapas iniciales de la absorción cuandoestán en contacto con altas concentraciones de gases y agentes neutralizantes volátiles.

La absorción de gases es el mecanisco por el cual uno o más constituyentes son removidos desdela corriente gaseosa por disolución de ellos en un solvente selectivo, usualmente utilizado parareducir o eliminar las descargas de contaminantes en el aire, es un método usual en el control deemisiones de amoniaco.

Algunos aspectos importantes que se deben de considerar en la selección del solvente absorbedorson:

1.- Solubilidad del gas, deberá ser relativamente alta tal, que permita el incremento de lavelocidad de absorcióh y el decremento de la cantidad de solventes requerida . Los solventequímicamente similares al soluto generalmente proveen una alta solubilidad.2.- Deben ser de baja volatilidad, para evitar la pérdida del solvente.3.- Si es posible, el solvente no deberá ser corrosivo, para reducir el costo de

construcción de los equipos.4.- El solvente deberá tener bajo costo y disponibilidad en el mercado.5.- Que sea de baja viscosidad tal que incremente la absorción y reduzca la posibilidad

de inundación de la torre.6.- Si es posible, que no sea tóxico, no inflamable, químicamente estable y tener un

bajo punto de congelamiento.

Los equipos de absorción de gases están diseñados para proveer el contacto entre el gas y elsolvente líquido de tal forma que permita la difusión interfacial de los materiales . La velocidad detransferencia de masa entre las dos fases tiene una gran dependencia de la superficie expuesta.Existe otros factores que gobiernan la velocidad de absorción, como la solubilidad del gas en unsolvente particular y el grado de la reacción química.Los absorbedores que dispersan líquidos incluyen las torres empacadas, torres espreadoras,cámaras de espreado y . absorbedores venturi.

Torre Empacada: Una torre empacada es aquella que está rellena de uno de los muchosmateriales de empaque disponibles . El empaque esta diseñado tal que permita una gran superficiede contacto.Cuando esta superficie empacada está humedecida por el solvente, éste presenta una gran área depelícula filmica en contacto con el soluto . Usualmente el flujo en la columna empacada es acontracorriente, con la entrada de líquido en la parte superior descendiendo por la zona de

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•

•

empaque, la corriente gaseosa se introduce en la parte inferior pasando entre la zona empacada.Esto da como resultado, una alta eficiencia, tal que la concentración del soluto en la corriente

•

gaseosa decrece, habiendo siempre solvente disponible para el contacto. Esto da el máximopromedio de fuerza conductora para el proceso de difusión de la columna entera.

En el flujo a contracorriente, donde la corriente gaseosa y el solvente entran en la parte superiorde la columna, inicialmente existe una tasa muy alta de absorción que decrese constantemente,hasta con una torre de altura indefinida, el gas y el líquido deberán salir en equilibrio . El flujo acontracorriente no es muy usual salvo en el caso de torres de altura pequeña construidas en dossecciones.

Materiales de Empaque:

El material de empaque provee una gran área superficial de contacto y para un fluido de buenascaracterísticas, deberá tener tal forma que permita un gran espacio cuando está empacado, serfácilimente manejable e instalable, químicamente inerte y de bajo costo.

Generalmente, los empaques en la práctica consisten de manufacturas de varias formas. Losanillos rasching son el tipo más común, consisten de cilindros huecos que tienen un diámetroexterno iguala su longitud. Los empaques pueden ser colocados en forma manual en órdenortodoxo o en desorden, la primera opción tiene una gran superficie de contacto y una alta caídade presión a través de la cama . El empacado en órden tiene la ventaja de una baja caída depresión y un gran paso de líquido, obviamente el costo de instalación es mucho mayor.

La efectividad de la torre empacada depende de la disponibilidad de una larga película filmica• expuesta, que obviamente un líquido de pobre distribución evita que una parte del empacado sea

irrigada, haciendo una parte de la torre inefectiva . Una distribución pobre puede deberse a unaintroducción inapropiada del líquido en la parte superior de la torre.

Torres de Platos:

En contraste con las torres empacadas, donde el gas y el solvente estan en continuo contacto através del lecho empacado, las torres de platos emplean etapas de contacto.

Cada plato es una etapa de separación y el número de platos es dependiente de la operación detransferencia de masa y el grado de separación deseado. Los tipos más comunes de platos son elde capsula de burbuja y de bandeja . El de capsula de burbuja está equipado con aberturas(vaporizador) montadas con una capsula, el gas entra en la parte superior de la torre y pasa através de las aberturas en los platos y a través de las aberturas de los platos a la periferia de lascapsulas, las cuales estan dentro del liquido . El líquido entra en la parte baja de la torre de formaque la operación sea a contracorriente.

Comparación de torre empacada y torre de platos.

1 . Las torres empacadas son menos caras que las de platos donde los materiales de construccióndeben ser resistentes a la corrosión.

•

42

L44 C I MI5"

2.

Las torres empacadas tienen caídas de presión menores que las de platos y son mássusceptibles de operar a vacio.

•

3 . Las torres empacas son preferidas para líquidos espumosos.4. La retención de líquido es usualmente menor en una torre empacada.5. Las torres de platos son preferidas donde el contacto líquido contiene sólidos de ahí quepuedan ser facilmente removidos.6. Las torres de platos son seleccionadas en tamaños grandes para minimizar cambios yreducciones . Los cambios son corregidos en una torre de gran altura y diámetro por la instalaciónde un redistribuidor a intervalos dados.7. Las torres de platos son más adecuadas en operaciones que involucran variaciones detemperatura apreciables desde la expansión hasta la contracción debida a cambios de temperatura,que pueden provocar la ruptura del empaque en la torre.8. En operaciones donde existe un calor de solución que debe ser removido, las torres de platosson superiores en comportamiento.9.-

En la mayoria de los casos existe igualdad en las consideraciones económicas en torres dehasta 2 pies.

4 .3 .5 . TOXICIDAD DE LAS EMISIONES CONTAMINANTES Y MAGNITUD ENEL RIESGO PARA LA SALUD Y LOS ECOSISTEMAS.

a) Amoniaco.

El gas amoníaco es extremadamente soluble en agua a temperatura ambiente . Esta propiedad es•

de gran importancia en su toxicología, porque favorece la agresividad para los tejidos y lasmucosas.

Desde el punto de vista químico, el amoniaco se comporta como una base fuerte, combinándosecon todos los ácidos y reaccionando sobre los indicadores coloreados . Con el agua formahidróxido de amonio (NH4OH), sustancia que provoca los ardores y la corrosión en los tejidosdonde se forma.

El amoniaco es un gas irritante, con propiedades similares a las de cualquier álcali y, de acuerdo asu clasificación proporcionada por la National Fire Protection Association (NFPA), se clasificacomo de grado 3 por sus efectos en la salud, el No . 3 en tal clasificación equivale a sustancias quecausan daños severos a la salud : Exposiciones por corto tiempo podrían causar serios dañostemporales o residuales, aún cuando se preste atención médica inmediata.

En contacto con los ojos causa daños superiores residuales, a pesar de dar un pronto tratamientomédico, quemaduras en córnea, irritación, ceguera y coagulación total en casos extremos.Causa serios daños residuales al sistema respiratorio, no obstante un rápido tratamiento médico.Origina edema pulmonar.Provoca en la piel daños menores, aunque se preste atención médica oportuna . Sin embargo, enpresencia de humedad, los daños se intensifican por una mayor absorción a través de lasmembranas . Causa irritación intensa y quemaduras.

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Z. 42 ® ..A

•

•

Si se ingiere amoníaco en solución al 25% de 20 a 30 ml puede ser mortal por daños en el tóraxy abdomen y perforación gástrica o esofágica, provocando exacerbación del dolor abdominal,fiebre y rigidez de los musculos de la pared abdominal.

a) Fisiopatología.

Las propiedades caústicas de las bases aunado a ciertas condiciones patológicas del estómago yciertas reacciones exotérmicas que se producen con la ingestión de algunos alimentos son, asímismo, factores que aumentan la gravedad de la corrosión . Cuando los factores anteriores sonsuficientes, los álcalis atraviesan los tejidos a los que corroen, al mismo tiempo que se combinancon las albúminas, formando combinaciones parcialmente solubles en el agua, y, sobre todo,saponifican las grasas . Esta acción corrosiva ha sido denominada Necrósis de Licuefacción yconduce a la formación de incisiones superficiales muy características : Blandas, untuosas ytraslúcidas . Estas perforaciones carecen del efecto protector que tenían las de los ácidos, por loque sus efectos se extienden considerablemente en profundidad, lesionando diferentes capas de losórganos afectados, al mismo tiempo que extienden la trombosis vascular y la necrosis . Aconsecuencia de ello, las secuelas (estenosis cicatrizales) suelen ser de mayor gravedad que losácidos. En la tabla 18 se presenta un resumen de los efectos fisiológicos del amoníaco, cuando laruta de acceso al cuerpo humano es vía inhalación.

EFECTOS SEVEROS DEL AMONIACO VIA INHALACION.TABLA 18

b) Sintomatología.

Se presenta en tres etapas como sigue:1.- Fase inflamatoria aguda (los primeros 3-4 días)2.- Fase granulación latente (4-14 días)3.- Fase de cicatrización (desde varias semanas a años)

44

Primera percepción de su olorPocas personas pueden sufrir ligera irritación de los ojos.Irritación notable de ojos y fosas nasales después de unos pocosminutos de exposición.Irritación severa de la garganta, fosas nasales y sistema respiratoriosuperior.Irritación severa en ojos, no hay efecto permamente si laexposición es menor de media hora.Tos severa, espasmo bronquial, menos de una hora de exposiciónpuede ser fatal.Edema severo, estrangulación, .asfixia, casi siempre fatalinmediatamente.

2040

100

400

700

1700

5000

La primera fase corresponde a los efectos corrosivos del álcali sobre las mucosas digestivas con lasque se pone en contacto . Inmediatamente después de la ingestión, el paciente experimenta agudos

• dolores y sensación de quemadura. Los labios y lengua están blanquesinos y edematosos y laorofaringe aparece fuertemente eritematosa y en su superficie se distinguen ulceraciones más omenos extensas . Siguen casi en seguida los vómitos, cuyo contenido es fuertemente alcalino, decolor pardo amarillento por la presencia de sangre, en la que la hemoglobina se ha transformadoen hematina alcalina, a menudo estos vómitos arrrastran fragmentos de mucosa esofágica ogástrica. La deglución se hace difícil y dolorosa, lo que viene aún agravado por la abundantesalivación que tiene el enfermo y que se ve obligado a dejar fluir por la boca.

En esta fase suele producirse la muerte si la cantidad y concentración del cáustico son .elevadas.En unas ocasiones interviene el edema de glotis, por haber alcanzado el álcali la laringe . Másfrecuentemente es que se instaure un estado de shock con sudores fríos, descenso progresivo de latemperatura, pulso débil e irregular, mal estado general y postración, que conduce al colapsocirculario.

Si el enfermo sobrevive, aparecen los síntomas propios de la segunda fase . Esta se caracteriza porla evolución de las perforaciones cáusticas, en la que amenazan dos peligros : La perforación conlas consiguientes complicaciones de vencidad (mediastinitis y peritonitis) y las infecciones, primerolocales y después generalizadas.Se observan diárreas, a menudo sanguinolentas y hemorragias gastrointestinales.

Puede observarse también la obstrucción de las vías respiratorias superiores cuando ha habidoaspiración del álcali.

La tercera fase de la intoxicación corresponde al período cicatrizal, con la producción deestrecheces, que, como se ha señalado, son más intensas y extensas que las debidas a lacaracterización por ácidos, debido a la mayor capacidad de difusión de los álcalis . Puede afirmarseque toda persona que ha ingerido un cáustico en solución bastante concentrada para producirvivos dolores, fatalmente sufrirá estrechez de esófago y, posiblemente de estómago . Estas atresiasson muy precoces y, de ordinario tan densas y completas que ocasionan la muerte por inanición.

c) Anatomía patológica. Las lesiones que se encuentran en los cadáveres de las personas que hansufrido intoxicación cáustica por álcalis son similares a las debidas a los ácidos, con ciertasdiferencias muy significativas . Pero el aspecto de tales lesiones difiere según el momento en que sehaya producido la muerte . Si ocurrió durante la primera fase, predominan, con todos suscaracteres específicos, las lesiones corrosivas de las mucosas digestivas; en la segunda fase seobservan lesiones consecutivas a la perforación de las incisiones y complicaciones infecciosas(tanto en el caso de los ácidos como en el de los álcalis se han encontrado focosbronconeumónicos debido a reagitación y aspiración del líquido gástrico cáustico), en los casostardíos, el cadaver aparece enflaquecido como resultado de la inanición, y se demuestran en laautopsia las lesiones atrésicas.

d) Acción fisiológica del amoníaco . La toxicidad del amoníaco se debe en gran parte a supenetración en los tejidos, por la formación de hidróxido de amonio con la humedad y, engeneral, a nivel interno actúa practicamente como una base, como la sosa o potasa . Se consideracomo un veneno fatal cuando es inhalado o absorbido a través de la piel.

45•

~.,AQMI

En contacto con él, puede causar quemaduras a la piel y ojos . Los vapores de amoniaco son de un•

alto riesgo cuando actúan a alta presión sobre piel y mucosas, como los que proceden de fugas eninstalaciones frigoríficas.

e) Efectos cardiovasculares . Una continua exposición a altas concentraciones de amoniaco puedecausar elevación de la presión sanguínea y en consecuencia llevar a un ataque cardiaco.

En concentraciones cercanas o mayores a 5000 ppm la hipertención y la arritmia cardiacapermiten llegar a un colapso cardiovascular .

La relación entre la dosis del producto químico y el número y clases de efectos inducidos en lasalud en unas pruebas es determinada trazando los datos (dosis administrada contra efectosdemostrados) y obteniendo una curva de dosis-reacción.

El Instituto Nacional para la Seguridad y la Salud Ocupacional (NIOSH) de Estados Unidos,define un número de términos generales de dósis-reacción, los correspondientes al amoniaco sereportan a continuación:Concentración Tóxica Baja (TCLo) de una sustancia, es la concentración en el aire a la cual hansido expuestos humanos o animales por un período de tiempo dado y que no ha producido algúnefecto tóxico en humanos o bien efectos carcinogénicos, mutagénicos o teratogénicos en animaleso humanos. El valor reportado para el amoníaco es de 20 partes por millon.

Dósis Letal Baja (LDLo) es la dósis más baja de una sustancia introducida por cualquier ruta, a• excepción de inhalación, durante algún período de tiempo dado en una o más porciones divididas

y que han reportado haber causado muerte en animales y humanos . El valor reportado en casosde seres humanos es de 132 mg/Kg.

Concentración Letal Baja (LCLo) . Es la más baja concentración de una sustancia en el aire, la cualha sido reportada como causante de muerte en animales o humanos.Las concentraciones reportadas pueden ser administradas por períodos de exposición menores de24 horas (aguda) o mayores de 24 horas (subaguda y crónica).

En el caso del amoniaco, para un ser humano adulto, se encuentra que el valor de LCL50 es de5000 ppm/5 horas.

Dosis Letal Cincuenta (LDso) . La Dósis Letal Cincuenta describe el nivel de dósis química que hademostrado ser causante de la muerte del 50% de una población animal experimental definida . LaLDso es determinada de la exposición a la sustancia química por cualquier ruta que sea diferentede la inhalación, es un número significativo de la población . Aunque el término Dósis LetalCincuenta es el más usado, también se emplean en menor grado los de LD25 o LDioo . Estostérminos representan el 25% y 100% de los animales respectivos . El valor LDso para amoniacoadministrado a ratas es de 35 mg/kg.

•

46

Concentración Letal Cincuenta . Es una concentración del material tóxico en el aire, exposición ala cual por un tiempo específico se espera que cause la muerte del 50% de una población

•

experimental definida . No existe un valor reportado para seres humanos para el amoniaco.No hay una división correcta entre lo que es una concentración letal y no letal . Sin embargo, conel fin de adecuar el control de sustancias, con alguna concentración se debe identificar, bajo lacual, la exposición debe ser segura.Este nivel de exposición segura, ha sido llamado Valor Límite de Umbral (TLV), y es la máximaconcentración a la cual debe exponerse un trabajador durante un día entero de trabajo con jornadade ocho horas, sin recibir daño significante.El uso de valores usuales de TLV se aplican a sustancias tóxicas que entran al cuerpo a través deinhalación al sistema respiratorio.

4 .3 .6 . OTROS CONTAMINANTES.

Durante el proceso de elaboración de amoniaco se emiten en las diversas etapas otroscontaminantes como se indica en la siguiente tabla 19.

TABLA 19

Desulfurización .

Unidad de Azufre total (c,d) 0.0096 0.0190Regeneración . CO 6.9000 13 .8000

VOC's 3 .6000 7.2000Reformador primario . Calenta-miento durante la combustión.

• Gas Natural NO 2.7000 5 .4000SOx 0.00r24 0.0048COx 0.0680 0.1360Partículas 0.0720 0.1440Metano 0.0063 0.0125VOC's 0.0061 0.0125

Aceite destilado NO 2.7000 5 .4000SOx 1 .3000 2.6000CO 0.1200 0.2400Partículas 0.4500 0.9000Metano 0.0300 0.0600VOC's 0.1900 0.3800

Regenerador de CO2 CO 1 .0000 2.0000CO2 1200.0000 2400.0000VOC (f) 0.5200 1 .0400

Extractor de vapor condensado CO2 3.4000 6.8000VOC (g) 0.6000 1 .2000

(a) Factor de emisión expresado en peso de emisión por unidad de peso de amoniacoproducido.

(b) Fuente intermitente, promedio 10 horas una vez cada 30 días.

47•

(c) En el peor de los casos. Todo el azufre que entra es emitido durante laregeneración.

•

(d) Normalizado factor de emisión para 24 horas.(e) Referencia 2.(f) 0 .05 kg/ton (0 .1 lb/ton) es monoetanolamina.(g) Trazas de metanol.

4 .3 .7 . CONCLUSIONES.

El gas de amoniaco es un gas irritante, la toxicidad se debe en gran parte a su penetración en lostejido, por la formación de hidróxido de amonico con la humedad actuando a nivel interno comouna base. Los organos más efectados son el sistema respiratorio, la piel y ojos, los estudiosdemuestran que en concentraciones menores a 20 ppm no es perceptible y no causa efectos en lasalud humana.

A nivel internacional por los daños que causa a la salud humana este contaminante se encuentraregulado por diversos organismos en E .U.A. la EPA regula las emisiones a la atmósfera, contandotambién con límites de calidad de aire, en Rusia y Canadá la restricción es para calidad de aire,después de revisar la información bibliográfica disponible observamos que la legislación másdesarrollada es la de los Estados Unidos.

• Además del amoniaco durante el proceso se producen emisiones de monóxido de carbono, óxidosde nitrógeno, voc's y partículas, éstas emisiones a pesar de que son mínimas es importantecontrolarlas y reducirlas .

1-

• 4848

4 .4 . PRUEBAS DE LABORATORIO Y REPORTE DE RESULTADOS.

• Las evaluaciones se realizaron en la planta de Cosoleacaque, Veracruz, debido a que las emisionesno son conducidas únicamente se realizo el estudio perimetral en un período de 3 días continuosdurante 8 horas, en la tabla (20) se presentan los resultados mismos que se ilustran en la gráfica(2) .

TABLA 20

1 2 3 5171194 27.00 100.00 480.00 89 .00 197.00 178.60181194 18.90 87.50 456.90 98 .60 200.00 172.32191194 20.80 98 .60 545 .80 152 .70 393 .70 242.28PROM . 22.23 95 .36 494.23 113 .43 263 .56 197.73

VELVIENTOS 1 .8 m/s 2 .5 m/s 3 .5 m/s 2.7 m/s 2.4 m/s

4 .4 .1 . CRITERIOS PARA LLEVAR A CABO LA SELECCION DE FUENTES DEEMISION.

Considerando que en la República Mexicana no existe muchas plantas dedicadas a la producciónde amoniaco y las que existe son de la misma capacidad y utilizan el mismo proceso defabricación, se decidio en conjunto con las autoridades del Instituto Nacional de Ecología que lasevaluaciones se realizaran en las instalaciones de PEMEX ubicadas en Cosoleacaque, Veracruz, yaque aquí se localizan cinco plantas productoras y son las de mayor capacidad. Por otro lado éstascolindan con zonas habitacionales por lo que las emisiones de amoniaco pueden tener un efectodirecto en la población.

4 .4 .2 . PROCEDIMIENTO DE MUESTREO PERIMETRAL DE AMONIACO.

Las emisiones de amoniaco en la planta seleccionada no son conducidas, por lo que se decidióhacer la evaluación perimetral, el método de referencia seleccionado fue el de la Texas Air ControlBoard. La técnica básica consiste en hacer pasar aire ambiente en un burbujeador conteniendoácido fosfórico a un flujo de 1 .5 1/min la solución es después analizada en laboratorio porcolorimetria.

Con el objeto de tener datos representativos, el muestreo se efectuo durante 8 horas en unperíodo de evaluación de 3 días continuos, al no existir Norma Mexicana para el muestreoperimetral de este contaminante, el tiempo de muestreo se decidió en conjunto con personal delInstituto Nacional de Ecología.

•

49

•

L~1~I~1®Se~

• •

600

500

4000

300

200

MUESTREO PERIMETRAL DE AMONIACOPLANTA COSOLEACAQUE, VER.

µg /m3 de NH3

-e- PTO 1 -+-- PTO 2 -n-- PTO 3

PTO 4

— PTO 5

181194

FECHA DE MUESTREO

191194

4 .4 .3 . DETERMINACION DE LOS METODOS DE PRUEBA Y MUESTREO.

• Métodos de Evaluación:

a) Método de Fenol-Nitroprusiato.Modificado el 26 de julio de 1979División de LaboratorioTexas Air Control Board.

General.

El amoniaco es colectado en una solución ácida muy diluida . El amoniaco atrapado reacciona confenol-nitroprusiato y solución de hipoclorito alcalino para producir un complejo azul que esmedido colorimetricamente . La intensidad del color azul es proporcional a la cantidad deamoniaco absorbido.

b) Aplicabilidad.

Para el muestreo de aire ambiente a un flujo de 0 .2 litros/minuto, el límite de detección más bajoes 4 .4 pg/m3 ; incrementando la velocidad de flujo a 0 .6 litros/minuto baja el límite de detección a1 .4 µg/m3 . La adición de un catalizador de nitroprusiato incrementa grandemente la sensitividaddel método.

El método depende en mucho de el tiempo y la temperatura para el desarrollo del color, éstareacción es función también del pH y la concentración del ion hipoclorito . Si el pH de la muestraes menor a 11, el desarrollo del color se reducirá drasticamente . También, si el hipoclorito estaalterado, el color no se desarrollará apropiadamente.

Se ha encontrado que la urea interfiere positivamente como lo hace la monoalquilamina . Elformaldehído interfiere negativamente cuanto se presenta en cantidades iguales al 20% delamoniaco.

c) Aparatos.

Equipo de muestreo:2 matraces volumétricos de 1000 ml2 matraces volumétricos de 500 ml8 matraces volumétricos de 100 ml8 pipetas volumétricas de 10 ml3 pipetas volumétricas de 5 ml1 pipeta volumétrica de 3 ml1 pipeta volumétrica de 2 ml1 pipeta volumétrica de 1 ml1 pipeta volumétrica de 0 .5 ml

•

•51

LAa /V1/5A

2 pipetas graduadas de 5 ml1 pipeta graduada de 1 ml

•

Suficientes botellas para almacenaje.Suficientes tubos para pruebas de 1 pulgada.Celdas de 10mmEspectrofotometro capaz de operar a 626nmBaño de agua o estufa con capacidad a 37°C.

d) Reactivos.

(1) Solución absorbedora.Adicionar 1 ml de ácido fórmico (88%) a 2 litros de agua desionizada.

(2) Solución de fenol-nitroprusiato.Disolver 5 gramos de 50ml de agua desionizado . Adicionar 0.025 gramos de nitroprusiato desodio (nitroferricianuro de sodio) . Transferir a un matraz volumétrico de 500 ml llenar hasta lamarca con agua desionizada.Nota: Esta solución puede ser mantenida durante 1 mes si es refrigerada en una botella

ambar. Sin embargo si la solución se turbia amarilla deberá ser descartada.

(3) Hipoclorito alcalino.Transferir 4.2 ml de hipoclorito preparado comercialmente (tipo clorox) y 6 .225ml de sosa ION(o 2.5 gramos de escamas de sosa) a 500 ml en un matraz volumétrico . Diluir con aguadesionizada hasta llegar al volumen.

•

(4) Estándar de solución de amoniaco.

Disolver 3 .88 gramos de sulfato de amonio en un litro de agua desionizada . Esta solución contiene1000 µg de NH3/ml.

(5) Solución estándar de amoniaco para trabajo.(a) Disolver 10 ml de la solución estándar de amoniaco en 100 ml de la solución absorbedora.Esta solución tiene 100 µg/ml de NH3.

(b) Diluir 10 ml de la solución anterior en 100 ml de solución absorbedora . Esta solución tiene10 µg/ml y será usada para preparar los estándares para la curva estándar.

e) Colección de muestra.

La muestra es colectada usando un volumen conocido de solución ácida en un impactor . Cuandolos impactores medianos son usados con las líneas de muestreo adecuadas, el aire tiene que serburbujeado a una velocidad de 1 .5-2.0 litros por minuto . Se pueden utilizar lineas de muestreo deplástico, las de galvanizado, cobre o bronce deben ser evitadas.

•

52

LAaM/SA

f) Procedimiento de muestreo.

(1) Preparación de la curva estándar.• Usando el segundo estándar de trabajo (ver sección d).(5)(b)), pipetear 0 .5, 1,2,3,4, y 10ml en

una serie de matraces volumétricos de 100 ml . Llenar hasta el volumen con solución absorbente.Esta solución contiene 0 .05, 0 .1, 0.2, 0.3, 0.5, y 1 .0 p.g/ml respectivamente.

Pipetear 10 ml de cada una de las soluciones estándares en unos tubos de pruebas. A cada unoadicionar 5m1 de solución de fenol-nitroprusiato, mezclar y de ahí adicionar 5 ml de hipocloritoalcalino y mezclar perfectamente.

Preparar un blanco usando 10 ml de solución y 5 ml de cada reactivo preparado.Calentar el estándar y el blanco a 37°C durante 30 minutos . Enfriar en un cuarto a temperatura.Medir la absorbancia a 626nm contra el blanco . Graficar la absorbancia contra µg NH3/ml . Laabsorbancia es estable durante varias horas.

(2) Determinación de la muestra.Corregir por cualquier pérdida de evaporación durante el muestreo llevando la muestra colectadaal volumen original con agua desionizada . Colocar una alícuota de 10ml de muestra dentro de untubo de prueba; adicionar 5 ml de fenol-nitroprusiato y mezclar . Adicionar 5 ml de solución dehipoclorito alcalina . Mezclar vigorozamente después de la adición de cada reactivo . Calentar lasmuestras y el blanco a 37°C durante 30 minutos . Enfriar a temperatura ambiente y leer laabsorbancia a 626 nm contra el blanco. Calcular p.g NH3/ml a partir de la curva estándar.

En algunas muestras los campos de colores pueden contribuir a la exactitud de la lectura . Si laabsorbancia es cercana a 0.8, tomar una alícuota de la muestra y diluir con una parte del blancodesarrollado . Leer la muestra diluida contra el blanco remanente . Calcular µg/ml para la muestradiluida a partir de la curva estándar.

Nota: Para que los resultados sean reproducibles, debe tenerse en cuenta que tanto la temperaturacomo el tiempo de calentamiento son críticos . Esto es considerado una buena práctica parapreparar un nuevo set de estándares al tiempo que la muestra es corrida . El estándar, muestra y elcontrol de calidad de las muestras son de ahí todas calentadas simultáneamente ; una estufa con unventilador interno para circular aire o un un baño de agua puede ser utilizada.

(µg NH3 /ml) * (ml totales de absorbedor usado)*--------------------------------------------------------

----------------------

m 3 aire muestreado

ml alícuota

Si las diluciones no son requeridas, el último factor es eliminado.h) Control de Calidad .

53

g) Cálculos.

µg NH3/m3 =(20 ml)

L~QMIZA

Los duplicados deberán correrse en 7% de las rhúestras o al menos un duplicado por lote de 15 omenos . Esto deberá probar la precisión del procedimiento . La desviación relativa deberá ser menoral 5% si la lectura de la absorbancia es mayor que 0.100.

d

d= (V1-V2)Desviación relativa (R .D.)

= ---

donde :

v= (Vl+V2)/2v

V~ y V2 son medidos individualmente.

Una primer muestra clave debe ser corrida para el control de la exactitud del análisis . Lasmuestras son preparadas por adición de una cantidad conocida de estándar para una alícuota demuestra . El porcentaje recuperado puede ser calculado a partir de la concentración de la muestraclave, la muestra y el estándar.

La muestra clave deberá ser preparada como sigue : Colocar 4m1 del estándar de 1 .0 µg/ml en untubo de prueba. Adicionar 6 ml de muestra al tubo de muestra . Adicionar 5m1 de solución defenol-nitroprusiato, mezclar de ahí adicionar 5ml de hipoclorito alcalino y mezclar perfectamente.Calentar a 37 °C durante 30 minutos . Enfriar a temperatura ambiente . Medir la absorbancia a626 nm contra el blanco .

conc. (m.clave + muestra) - conc (muestra) * 100Porcentaje recuperado =

conc. (m.clave)

•

Por ejemplo,

Una muestra tiene una concentración de 0 .3000 gg/ml de NH3/ml . La muestra clave de la mismamuestra tiene una concentración medida de 0 .575 µg/ml. La muestra clave preparada como seindica. La concentración calculada fue:

(0 .575 µg/ml - (0 .300 µg/ml)( 6m1/lOml) * 100Porcentaje recuperado = = 99.00 %

0.400 µg/ml

La muestra clave debe ser corrida para cada set de muestras . El porcentaje recuperado deberá serentre 90-110 %. Si no, todas las etapas de análisis deberan ser examinadas cuidadosamente y/o elanálisis repetido.La curva estándar debe ser corrida con cada set de muestras.

b) NOM-AA-97-1986,México.

Determinación de amoniaco en los gases que fluyen por un conducto.

•

54

•

LAA Ca /1N/S®4

4 .5 . DEFINICION DE CRITERIOS PARA EL ESTABLECIMIENTO DEL LIMITE MAXIMOPERMISIBLE DE EMISION A LA ATMOSFERA DE AMONIACO (NH3) EN EL PROCESO DEFABRICACION DE AMONIACO.

Para la definición del límite máximo permisible se realizó primeramente el análisis de los procesosde fabricación de amoniaco utilizados a nivel mundial y los empleados en México después de larevisión vemos que basicamente son iguales, parten de gas natural como materia prima y elproceso de reformación sigue la misma ruta.

Por otro lado se vió la ubicación de la planta industrial en México y se consideró el áreacircundante, siendo ésta en su mayoría zona habitacional, y en el caso de Cosoleacaque cuentaademás con una planta de Fertimex que maneja amoniaco, por lo que puede contribuir en laconcentración de NH3 en el ambiente, siendo las emisiones de amoniaco altamente solubles enagua y como la zona de ubicación de las plantas es humeda es muy importante mantener almínimo la concentración de dicho contaminante para evitar daños en la salud de la población.

Los datos del muestreo perimetral realizado en la planta de Cosoleacaque presentanconcentraciones bajas de amoniaco, emisiones por fuente fija no fue posible evaluar debido a quesus emisiones no son conducidas.

• Con base en los procesos industriales, la ubicación de las plantas, la toxicidad del amoniaco y suriesgo para la salud humana y la legislación internacional en la materia se establecieron loslímites permisibles, para el caso de calidad de aire también se consideraron los resultadosobtenidos en las evaluaciones y la modelación de dichos datos, para la emisión por fuente fija sedecidió implementar elffíemi~~,• fijlalecido por la EPA.

•

55

•

I- AaMIMA

4 .6 FORMULACION DEL ANTEPROYECTO DE NORMA OFICIAL MEXICANA.

•

•

•

56

L®4aMIMA

SECRETARIA DE DESARROLLO SOCIAL

NORMA OFICIAL MEXICANA

NOM-CCAT-/94

CONTAMINACION ATMOSFERICA-FUENTES FIJAS-NIVELES MAXIMOSPERMISIBLES DE EMISION A LA ATMOSFERA DE AMONIACO,

PROVENIENTE DE LA FABRICACION DEL MISMO.

57

LAra /NiS,A

LIC. CARLOS ROJAS GUTIERREZ, Secretáric5 de Desarrollo Social con fundamento en losartículos 32 fracciones I y XXV de la Ley Orgánica de la Administración Pública Federal; 5°fracción VIII, 8°, fracción VII 9° . Apartado 'A"fracción II, 36, 37, 111 fracción Y, 171 y 173 de

• la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente en Materia de Prevención yControl de la Contaminación de la Atmósfera; 38 y 40 fracción Y de la Ley Federal sobreMetrología y Normalización; y

CONSIDERANDO

Que el Plan de Desarrollo 1989-1994 establece que la contaminación atmosférica ha sidoproducto del proceso de la industrialización, así como de las grandes concentraciones urbanas,primordialmente por la emisión de humos, polvos y gases provenientes de fuentes móviles y fijas.Para prevenir, reestablecer y mantener la calidad del aire, se realizarán acciones para reducir laemisión de contaminantes.

Que el Programa Nacional para la Protección del Medio Ambiente 1990-1994 establece que enmateria de protección al ambiente se cuente con los conocimientos científicos y técnicos quepermitan incorporar en los procesos productivos, tecnologías que reduzcan al mínimo el impactosobre el medio ambiente, así como definir e incluir criterios ecológicos para regular y optimizar lasactividades productivas.

Que la ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente y su Reglamento enMateria de Prevención y Control de la Contaminación de la Atmósfera, preveen que paracontrolar, reducir o evitar la contaminación de la atmósfera, todas las emisiones deberán sujetarsea las normas a fin de asegurar una clidad del aire satisfactoria para el bienestar de la población ypara conservar el equilibrio ecológico-

Que los procesos industriales dedicados a la fabricación de amoniaco producen dentro de losmismos emisiones de amoniaco a la atmósfera y que debido a las características fisicoquímicas deeste compuesto, representan un alto riesgo para los ecosistemas potencialmente expuestos.

Que las emisiones de amoniaco han demostrado que afectan sensiblemente a la poblaciónhumana y tomando en cuenta que las plantas productivas se encuentran rodeadas de zonashabitacionales, es necesario el control de éstas emisiones.

M®~~LAa

•

58

Que la emisión de amoniaco deteriora la calidad del aire, por lo que es necesario su control, através del establecimiento de niveles máximos permisibles de emisión, que aseguren lapreservación del equilibrio ecológico y la protección al ambiente.

Que de conformidad con la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, se elaboró la presenteNorma Oficial Mexicana NOM-ECOL

/94-

Que en la elaboración de esta Norma Oficial Mexicana participó la Secretaría de Salud, en loreferente a la salud, por lo que he tenido a bien expedir la siguiente

NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-ECOL

/94.

CONTAMINACION ATMOSFERICA-FUENTES-FIJAS-NIVELES MAXIMOS PERMISIBLES DEEMISION A LA ATMOSFERA DE AMONIACO EN LA FABRICACION DEL MISMO,

1.- OBJETIVO.

Esta Norma Oficial Mexicana establece los Niveles Máximos Permisibles de Emisión a laAtmósfera de Amoniaco en la fabricación del mismo.No se aplica a procesos de producción de fertilizantes.

2.- CAMPO DE APLICACION.

Esta Norma es de observacia para los propietarios dedicados a la elaboración de amoniaco en elpaís .

3.- REFERENCIAS.

NOM-AA-97-1986 .

Evaluación de amoniaco.

Terminología NMX-AA-35

Método de Fenol-NitroprusiatoDivisión de LaboratorioTexas Air Control BoardModificado el 26 de julio de 1979.

•

59

•

~

L. Aa M®Z%olli

4.- DEFINICIONES.

PROCESO DE ELABORACION DE AMONIACO.Es un proceso de transformación donde se utiliza como materia prima, gas natural, aire y vapor deagua teniendo como subproducto monóxido de carbono y el producto es amoniaco de 99% depureza.

MUESTREO PERIMETRAL.Procedimiento por medio del cual se determina la concentración neta de contaminantes enestudio. Dicha concentración registrada viento abajo.

PLANTA EXISTENTE.Aquella instalación industrial productora de amoniaco que haya operado hasta antes de lapublicación de la presente norma.

NUEVOS PROYECTOS.Aquellas instalaciones industriales productoras de amoniaco que operen posterior a la publicaciónde la presente norma.

INFORMACION METEOROLGICA.Es aquella relativa a la velocidad, dirección de vientos, humedad relativa, temperatura, presiónbarométrica y estabilidad atmósferica de los períodos de medición perimetral.

5.- ESPECIFICACIONES.

PARAMETRO PERMISIBLE DE EMISION.

5 .1 La emisión máxima permisible de amoniaco por chimenea de gases residuales del proceso,expresado como (NH3) por tonelada de producto base 99 .9% de pureza.

Plantas existentes

Máximo por día

0.1875 Kg/ton producto.Promedio 30 díasde evaluación .

0 .0625 Kg/ton producto.

Plantas nuevas

Máximo por día

0 .1100 Kg/ton producto.Promedio 30 díasde evaluación .

0 .0550 Kg/ton producto.

5 .2 Los nuevos proyectos deberán contemplar la mejor tecnología disponible en el mundo, tantode proceso como de control de emisiones.

/~/~~

•

•

LAa

•

60

5.3 Las emisiones deberán ser conducidas y descargadas a través de una chimenea.

5 .4 El límite máximo permisible de emisión de amoniaco fuera del límite del predio de laempresa no deberá ser superior a 350 .00 µg/m3 promedio 8 horas; a nivel de piso, la cualaplicará al día siguiente de la publicación de la presente norma.

Las concentraciones referidas anteriormente son la diferencial del muestreo perimetral de aire,realizado viento abajo y viento arriba de la fuente emisora y referida a 25°C y 760 mmHg.

5 .5 El límite de calidad de aire, incluye aquellas emisiones provenientes de carga y descarga deamoniaco, transporte y almacenamiento.

5 .6 Todas las plantas productoras de amoniaco deberán contar con sistemas de control deemisiones fugitivas extraordinarias, debidas a cualquier causa que las motive, que garanticen elmáximo control del posible evento.

5 .6 El muestreo perimetral entorno al límite de propiedad para determinar las concentraciones anivel de piso deberán realizarse dos veces por añó con intervalo de cuatro meses o cuando laautoridad lo requiera. El período mínimo de evaluación deberá ser de siete días cada vezincluyendo en el reporte condiciones de operación, así como la información meteorológica

•

correspondiente al período de muestreo.

6.- VIGILANCIA

La Secretaria de Desarrollo Social por conducto de la Procuraduria Federal de Protección alAmbiente, es la dependencia encargada de la vigilancia del cumplimiento de la presente NormaOficial Mexicana.

7.- SANCIONES

El incumplimiento a las disposiciones contenidas en la presente Norma Oficial Mexicana, serásancionado conforme lo dispuesto por la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección alAmbiente, su Reglamento en Materia de Prevención y Control de la Contaminación de laAtmósfera y los demás ordenamientos jurídicos que resulten aplicables.

•

61

•

L►A~M/S'A

4 .7 DETERMINACION DEL COSTO BENEFICIO DEL PROYECTO DE NORMA OFICIALMEXICANA NOM-ECOL- /1994 QUE ESTABLEZCA LOS NIVELES MAXIMOS

•

PERMISIBLES DE EMISION A LA ATMOSFERA DE AMONIACO EN EL PROCESO DELMISMO.

1 Datos del Comité Consultivo Nacional de Normalización.

1 .1

Denominación.

Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Protección al Ambiente.

1 .2

Dependencia que preside el Comité.

Secretaría de Desarrollo Social.

1 .3

Institución promotora del anteproyecto de norma.

( ) Comité

(X) Dependencia

( ) Organización privada( ) Otro (describir)

Denominación de la institución.

Secretaría de Desarrollo Social/Instituto Nacional de Ecología.

•2 Descripción del proyecto de Norma Oficial Mexicana.

2.1

Título.

Norma Oficial Mexicana NOM

ECOL-1994 que limita las emisiones máximas permisiblesde emisión a la atmósfera de amoníaco provenientes de la fabricación del mismo.

2.2

Finalidad del anteproyecto.

El anteproyecto de norma se orienta a reglamentar aspectos en las siguientes áreas:

(X) El ambiente en general.

2.3

Objetivo específico.

Contar con una Norma Oficial Mexicana que limite las emisiones de amoníaco a la atmósferaasí como los procedimientos y equipos de medición de este tipo de contaminantes paraaplicarlos directamente a los responsables de operar plantas productoras de amoníaco en el país

2.4

Razón científica, técnica y/o de protección al consumidor que justifica la expedición dela norma.

•

62

IL A Q M®Z'A

Dentro de las fuentes principales de emisiones de amoníaco al medio ambiente se pueden citara los procesos industriales ubicados en el país principalmente en las zonas urbanas y zonascríticas por contaminación atmosférica.

De acuerdo con la Ley Federal de Protección al Ambiente, corresponde a las autoridadesFederales y locales en el ámbito de sus respectivas competencias verificar que las emisionesprovenientes de los procesos productivos de amoníaco en el país cumplan con los límites deemisión contemplados en la presente Norma Oficial Mexicana.

Dichas empresas deberán ajustarse a la Norma Oficial Mexicana que expida la Secretaría deDesarrollo Social.

Por ello la presente norma establece los parámetros permisibles de emisión, los procedimientosde medición de contaminantes y algunas alternativas de control de emisiones de amoníaco, estocon base a la experiencia internacional de los países más desarrollados industrialmente comoson los Estados Unidos, Canadá, Checoslovaquia y Rusia entre otros.

2 .5

Elementos esenciales de la norma, incluyendo su campo de aplicación.

Esta Norma Oficial Mexicana es de observancia obligatoria para los responsables de lasindustrias que tengan procesos de elaboración de amoníaco en el país.

2 .6

Especificar de que manera contribuye la norma propuesta al logro del objetivoespecífico, para corregir la situación existente.

La presente Norma Oficial Mexicana establece los límites máximos de emisión decontaminantes de amoníaco así como el procedimiento y equipos utilizados para medir dichocontaminante, lo que permitirá garantizar que dichos procesos industriales se mantengan en loslímites que se señalan en esta norma y con ello asegurar a la población potencialmenteexpuesta, especies animales, vegetales y monumentos y edificios que no sufrirán daños, o queestos estarán dentro de lo tolerable.

3 Beneficios

3 .1

Beneficios cuantificables que se deriven de la aplicación de la Norma Oficial Mexicana,por años y por sectores público, privado o sociales.

3 .1 .1

Beneficios Sociales (susceptibles de cuantificarse, pero consideradoscualitativamente)

•

63

•

~~ ~ /01/Srek

GARANTIZAR LA CALIDAD DEL AIRE . EN FORMA PERMANENTE.

MENORES RIESGOS DE ENFERMEDADESRESPIRATORIAS.

ABATIR EL INDICE DE MORTALIDAD PORENFERMEDADES RESPIRATORIAS.

PERMITIR EL DESARROLLO DEACTIVIDADES FISICAS, DEPORTIVAS YSOCIALES .

EN FORMA PERMANENTE.

EN FORMA PERMANENTE.

EN FORMA PERMANENTE.

•

•

64

a /S

•

•

3.2

Beneficios no cuantificables que se deriven de la aplicación de la NormaOficial Mexicana.

Como beneficios no cuantificables se pueden considerar los siguientes efectos delcontaminante (amoníaco).

INTRODUCCION (Amoníaco).

El gas amoníaco es extremadamente soluble en agua a temperatura ambiente . Estapropiedad es de gran importancia en su toxicología porque favorece la agresividadpara los tejidos y las mucosas.

Desde el punto de vista químico, el amoníaco se comporta como una base fuerte,combinándose con todos los ácidos y reaccionando sobre los indicadores coloreados.Con el agua forma hidróxido de amonio (NH4OH), sustancia que provoca losardores y la corrosión en los tejidos donde se forma.

El amoníaco es un gas irritante, con propiedades similares a las de cualquier álcaliy, de acuerdo a su clasificación proporcionada por la National Fire ProtectionAssociation (NFTA), se clasifica como de grado 3 por sus efectos en la salud, el No.3 en tal clasificación equivale a sustancias que causan daños severos a la salud:Exposiciones por corto tiempo podrían causar serios daños temporales o residuales,aún cuando se preste atención médica inmediata.

En contacto con los ojos causa daños superiores residuales, a pesar de dar unpronto tratamiento médico : Quemaduras en córnea, irritación, ceguera ycoagulación total en casos extremos.

Causa serios daños residuales al sistema respiratorio, no obstante un rápidotratamiento médico . Origina edema pulmonar.

Provoca en la piel daños menores, aunque se preste atención médica oportuna . Sinembargo, en presencia de humedad, los daños se intensifican por una mayorabsorción a través de las membranas. Causa irritación intensa y quemaduras.Si se ingiere amoníaco en solución al 25% de 20 a 30 ml pueden ser mortal pordaños en el tórax y abdomen y perforación gástrica o esofágica, provocandoexacerbación del dolor abdominal, fiebre y rigidez de los musculos de la paredabdominal .

65 I-44aM/SAoi

•

•

•

EFECTOS SEVEROS DEL AMONIACO

FA Instituto Nacional para la Seguridad y la Salud Ocupacional (NIOSH) de EstadosUnidos, define un número de términos generales de dósis-reacción, loscorrespondientes al amoníaco se reportan a continuación:

Concentración Tóxica Baja (TCLo) de una sustancia, es la concentración en el aire ala cual han sido expuestos humanos o animales por un período de tiempo dado yque no ha producido algún efecto tóxico en humanos o bien afectadoscarcinogénicos, mutagénicos o teratogénicos en animales o humanos. El valorreportado para el amoníaco es de 20 partes por millón.

Dósis Letal Baja (LDLo) es la dosis más baja de una sustancia introducida porcualquier ruta, a excepción de inhalación, durante algún período de tiempo dado enuna o más porciones divididas ya que han reportado haber causado muerte enanimales y humanos . El valor reportado en casos de seres humanos es de 132mg/Kg.

Concentración Letal Baja (LCLo) . Es la más baja concentración de una sustancia enel aire, la cual ha sido reportada como causante de muerte en animales o humanos.

Las concentraciones reportadas pueden ser administradas por períodos deexposición menores de 24 horas (aguda) o mayores de 24 horas (subaguda ycrónica).

En el caso del amoníaco, para un ser humano adulto, se encuentra que el valor deLCLso es de 5000 ppm/5 horas.

Dósis Letal Cincuenta (LDso) . La Dósis Letal Cincuenta describe el nivel de dósisquímica que se ha demostrado ser causante de la muerte del 50% de una poblaciónanimal experimental definida . La LDso es determinada de la exposición a lasustancia química por cualquier ruta que sea diferente de la inhalación, es unnúmero significativo de la población . Aunque el término Dósis Letal Cincuenta esel más usado, también se emplean en un menor grado los de LD25 o LDioo. Estos

LAaM15A

Primera percepción de su olor.Pocas personas pueden sufrir ligera irritación de los ojos.Irritación notable de ojos y fosas nasales después de unos pocosminutos de exposición.

400

Irritación severa de la garganta, fosas nasales y sistema respiratorio

700

superior.Irritación severa en ojos, no hay efecto permanente si la exposición es

1,700

menor de media hora.Tos severa, espasmo bronquial, menos de una hora de exposición

5,000

puede ser fatal.Edema severo, estrangulamiento, asfixia, casi siempre fatalinmediatamente.

2040

100

66

términos representan el 25% y 100% de los animales respectivos . El valor LDsopara amoníaco administrado a ratas es de 35 mg/kg.

Concentración Letal Cincuenta . Es una concentración del material tóxico en el aire,exposición a la cual por un tiempo específico se espera que cause la muerte del50% de una población experimental definida . No existe un valor reportado delamoniaco para seres humanos.

No hay una división correcta entre lo que es una concentración letal y no letal . Sinembargo, con el fin de adecuar el control de sustancias, con alguna concentración sedeben identificar, abajo de la cual, la exposición es segura.

Este nivel de exposición segura, ha sido llamado Valor Límite de Umbral (TLV), yes la máxima concentración a la cual debe exponerse un trabajador durante un díaentero de trabajo con jornada de ocho horas, sin recibir daño significante.

El uso de valores usuales TLV se aplican a sustancias tóxicas que entran al cuerpo através de inhalación al sistema respiratorio.

3 .3 Supuestos y bases utilizados para el cálculo de beneficios (cuantificables y nocuantificables) que se deriven de la aplicación de la norma, por sectoresbeneficiados.

Para el análisis y cálculo de los beneficios cuantificables y no cuantificables seanalizó la información disponible a nivel internacional sobre las normas de emisiónde contaminantes del amoníaco así como de los estudios realizados por agenciasinternacionales como Estados Unidos (EPA), Checoslovaquia, Rusia y Canadá enrelación a los efectos del amoníaco a los ecosistemas y a la salud humana.

3 .4

Enunciar personas o grupos que se benefician.

Con la aplicación estricta de la presente Norma Oficial Mexicana los principalesgrupos beneficiados serán los habitantes que se encuentran establecidos alrededorde las empresas industriales que cuentan con procesos de elaboración de amoníaco,así como los ecosistemas más sensibles a dichos contaminantes.

4 Costos.

4 .1

Costos cuantificables que deriven de la aplicación de la Norma OficialMexicana, por años, por sectores afectados.

4 .1 .1 Costos públicos y/o privados (miles N$)

EQUIPO DE CONTROL DE EMISIONES DE AmoníacoSISTEMA DE LAVADO CON SOLUCION DE ACIDO FOSFORICO(H3PO4) DILUIDO 3-5%.

67 L~aMIZA

•

•

PARTIDA ESTIMACIONES RELACION DE COSTO

TOTAL DE LOS COSTOS DE CAPITAL (TCC)

Sistemaintegral delavado consolución de(H3PO4)diluido (3-5%)

Para una planta típica con proceso

degasificación

con

tecnología

Shell

sedescribe

acontinuación

con

datosaproximados de 1993:

Información

consultada

de

la

API"American Petroleum Institute de USA".- Condensador tipo serpentín.- Reactor.- Rehervidor de desechos.- Lavador-enfriador de gases.- Peletizador.- Homogenizador.- Alimentador de hidrocarburos .

Costos = $40,000 X gas(60)

Donde:

gas = pies 3 /min standard(flujo)

Estos costos:Suponen de un 3-5% de

H3PO4 para lavado de gases.

Costo en DólaresAmericanos a 1993.

Operación de la planta 360días/año.

Equipos auxiliares.

- Condensadores secundarios.- Rehervidores.- Compresores de vapor.- Trampas de carbón.- Líneas de conducción.- Válvulas de alta presión.- Otros.

COSTOS DE OPERACION DIRECTOS (COD)

Materias - Se tomó en cuenta una relación directa Costoz = 3.88 X gasprimas : entre

la

cantidad

de

materias

primasalimentadas y el flujo de gases.

- Empleando datos para un sistema de50,000 scfm

-

50 tons/h

para

una

planta

típica

deCosoleacaque, Veracruz que es de 445,000Ton/año.

Servicios : -

Relación

directa

entre

los

serviciosrequeridos y la tasa de flujo de gas.Donde se determinó de 50,000 scfm.

- 172 gal/min/50,000 scfm

68 L.AaM/ZA

•

•

PARTIDA ESTIMACIONES RELACION DE COSTO

- Agua

Electrici-dad

Combusti-ble- Mano deobra directa

Materiales ymanteni-miento

Supervi-Sión

Materiales

- $ 1 .62/1,000 galones

- 750 Kw/50,000 scfm.- $ 0.055/Kwh

- 290 gal/h/50,000 scfm- $0.35/gal

- 5 hombres/turno- 3 turnos/día- $ 3/hr

- 5% del TCC

- 15% del costo del mantenimiento

- 15% Costos de mantenimiento

Costo3 = 1 .66 X gas

Costo4 = 3 .23 X gas

Costos = 8 .70 X gas

Costoó = $ 155,520

Costo? = 0 .05 X Costos

Costos = 0.15 X Costo6

Costo9 = 0.15 X Costo?

COSTOS DE OPERACION INDIRECTOS (COI)

Gastosgenerales deplanta

Nómina

ImpuestosySeguros

Adminis-tración

- 50% del costo total de todos los trabajosy materiales.

- 20% de la mano de obra directa y de lasupervisión- 2% del TCC

- 2% del TCC

Costo<< = 0 .5 X (Costo6 +Costo? + Costos)

Costo l2 = 0.2 X (Costo6 +Costos)Costol3 = 0.02 X TCC

Costo 14 = 0.02 X TCC

TOTAL DE LOS COSTOS DE OPERACION (TCO) TCO = 18.56 X gas + 1 .56X mano de obra directa +0.11 X TCC

INDICADORES DE COSTO

Costoanualizado

-

Factor de

depreciación del

equipo

=i(1+i)n/[(1+i)n-1]

- Supone una tasa de interés del 10% (i)

- 10 años de vida del equipo (n)

Anualizado = 0 .16 X TCC +TCO

Costo de -

El

lavador

con

H3PO4,

si

produce % = Anualizado/$380 (cap .

69 LAaMIMA

•

•

PARTIDA ESTIMACIONES RELACION DE COSTO

controlcomoporciento deingreso

directamente un producto comercial que esel fosfato de amonio con un costo de $114.38/Ton.

- $ 265 .72 por tonelada de amoníacoproducida .

planta) X 100

4.1 .2 Costos Totales (miles N$)

El costo total de la planta es de $ 35,000, solo para la planta que integra elequipo de control consistente en lavador de gases de amoníaco y tomandoen consideración la cotización en dólares Estadounidenses.

4.2

Costos no cuantificables en términos monetarios derivados de la aplicaciónde la norma.

Tasa de flujo Volumétrica de gas (scfm)

Capacidad de la planta(Toneladas de NH3/año)

CALCULO:PARTIDA

50,000

45,000

COSTO $890

Costo de Capital Instalado (1883)

40,000

COSTO TOTAL DE LA PLANTA(1993$)

35,000

Materia Prima

Mano de Obra Directa

Electricidad

Combustible

Agua

Costo de Operación Anual(1993$)

3,580

COSTOS DE OPERACION ANUALIZADOS

7,800(1993)

% de Ingreso($control/$ingreso)

3 .51%

400

175

450

800

200

70 L~4QMISA

•

•

Como costos importantes no cuantificables en términos económicos se puede decirque la presente Norma Oficial Mexicana requerirá a las empresas productoras deamoníaco en el país a cumplir con los límites máximos permisibles de emisiones ala atmósfera medida, que obligará a los responsables de producir el amoníaco ainstalar sistemas de depuración de emisiones y por lo tanto el impacto en lacontaminación se verá sensiblemente disminuido y por lo tanto mejorarásustancialmente la calidad del aire, sobre todo en el entorno de dichas instalaciones.

COSTO TOTAL DE LA PLANTA DE NH3 Y EQUIPO DE CONTROL:CT = Costo de capital + Costo de la Planta de tratamiento de emisionesCT = $ 40,000 + $35,000 = $ 75,000

4.3 Supuestos y bases utilizados para el cálculo de costos (cuantificables y nocuantificables) que se deriven de la aplicación de la norma, por sectoresafectados.

Los cálculos sobre el equipo de control de emisiones de amoníaco se basó en labibliografía internacional existente, así mismo se tomaron en consideración datosreales de las plantas productoras de amoníaco en México y en algunos casos seanalizaron tecnologías de punta, pero cabe la pena mencionar que la información esmuy escasa ya que se tuvieron que suponer algunas condiciones específicas para lossistemas de control.

En este estudio se consideraron dos tipos de tecnología . El primero para el caso delavado de gases solo utilizando agua y para el segundo caso utilizando una soluciónácida de ácido fosfórico . Esta última fue la más costeable desde el punto de vistatécnico-económico ya que como se menciona en el presente documento se obtieneun subproducto en el lavado de gases que es el fosfato de amonio, el cual tiene unvalor económico en el mercado nacional e internacional, el que de bajo costo siredunda en una ganancia para la recuperación de capital aunque sea en un medianoplazo. Sin embargo la medida más importante es el impacto sobre la comunidadque redundará directamente en la salud de los habitantes potencialmente expuestosa este tipo de contaminantes que como ya se mencionó en puntos anteriores es unproducto altamente tóxico y peligroso.

4 .4

Enunciar personas o grupos que asumirán la carga de los costos de laaplicación de la norma.

Las personas directas que asumirán los costos de la aplicación de la Norma OficialMexicana, serán sin duda los industriales y responsable de operar procesos deelaboración de amoníaco en el país ; así mismo se puede hacer mención que comosecundarios se pueden citar a los consumidores de los productos que de algunamanera contienen el amoníaco, pudiéndose citar productos petroquímicos, laindustria de la refrigeración, entre otros; dichos costos se verán reflejados en lacompra de los artículos .

71

5 Beneficios netos potenciales (beneficios menos costos).

En la tabla resumen se puede visualizar que los beneficios netos son mínimos en relación alos costos que involucra el control de las emisiones de amoníaco que tal como se haexpuesto en el punto anterior aunque el subproducto de lavado de gases tiene un costo estepuede amortizar los costos iniciales a través del tiempo el cual no puede ser menor decinco años.

6 Justificación de la emisión de una Norma Mexicana como la mejor alternativa.

6.1

Otras alternativas consideradas.

Para el caso del análisis de alternativas se desecho la primera la cual utiliza aguacomo lavado en los gases de desecho de amoníaco se conseguía alterar la calidaddel agua original, ocasionando con esto_que se tendría la necesidad de tratar lacalidad del agua para ser dispuesta al drenaje, lo que ocasionaba costos máselevados y sin ningún beneficio económico para la empresa, ya que al sumar loscostos normales del sistema de lavado se tendrían que adicionar los inherentes alcosto de una planta de tratamiento primario o secundario que desde luegoaumentaría sensiblemente los costos del equipo de control.

6 .2

Justificación de la norma propuesta como la alternativa más efectiva.

La justificación más clara y contundente de la publicación de la Norma OficialMexicana que aplicará a los procesos de producción de amoníaco en el país es lade contar con un instrumento jurídico que permita obligar a los responsables dedichas empresas a controlar sus emisiones y mantener en condiciones satisfactoriasla calidad del aire de las regiones donde se ubican tales procesos . Por otro ladoesta norma también forzará a la industria nacional instalada a la modernización yoptimización de procesos, lo cual permitirá enfrentar el tratado de libre comercioentre México Estados Unidos y Canadá a competir en igualdad de circunstanciastecnológicas, económicas y sociales .

72 I- Q MM

•

•

. 4.8 PROPUESTA DEL PROGRAMA DE CONSULTA

ACTIVIDAD

FECHA

lra. Reunión de trabajo para

Lunes 9 de enero de 1995.análisis de la información decampo.INE/LAQMISA/PEMEX

2da. Reunión para discusión

Lunes 6 de febrero de 1995y aprobación de los métodosde prueba y de los resultadosobtenidos.INE/LAQMISA/PEMEX

1ra. Reunión de presentación

Lunes 7 de marzo de 1995Comité Nacional de Normali -zación.

Ira. Reunión con el subcomité

Lunes 3 de abril de 1995.de fuentes fijas.

Ira. Reunión del grupo de trabajo

Miércoles 3 de mayo de 1995.

2da. Reunión del grupo de trabajo

Miércoles 31 de mayo de 1995.

73 L►~QANIMA