Minimización de residuos

Pedro A. García Encina

Prevención de la contaminación

• Filosofía consistente en hacer hincapié n minimizar el uso de recursos peligrosos o sobreexplotados y eliminar o minimizar la producción de residuos en la fuente.

• Requiere una aproximación holística a la gestión de residuos. Actuar antes de esperar a que se hayan generado los residuos.

Evolución de la gestión de residuos

Evolución de la gestión de residuos (II)

Meta de la minimización

• Vertido ceroLa mayor parte de la generación de residuos en un proceso se elimina mediante cambios en el proceso, la mayor parte posible de los residuos generados se reutilizan, reciclan o valorizan. El residuo final se elimina.

Como no toda la generación de residuos puede prevenirse, debe lograrse que el volumen que se elimina sea lo suficientemente pequeño para que pueda realizarse de forma segura.

Prevención de la contaminaciónDefinición

• El empleo de materiales, procesos o prácticas que reducen o eliminan la generación de contaminantes o residuos en la fuente. Se incluyen las prácticas que reducen el empleo de materiales peligrosos, energía, agua y otros recursos, así como las prácticas que protegen los recursos naturales mediante su conservación o un uso más eficiente.

(Environmental Protection Agency)

Prevención de la contaminación

• Las actividades de prevención de la contaminación incluyen desde cambio en el producto, en el proceso o en los métodos de operación.

• La principal premisa que subyace en la prevención de la contaminación es que tiene más interés para un productor no generar residuos que desarrollar esquemas extensivos de tratamiento para asegurar que el residuos no afecta la calidad del medio ambiente.

• Puede incluirse en la prevención los procesos de reutilización y reciclaje.

Métodos de reducción en origen

Jerarquía de prevención de la contaminación

Reducción en la fuente

Tratamiento

Reciclado

Reutilización

Eliminación

Ética ambiental

• La prevención de la contaminación en algunos casos se basa en aspectos morales.

• La ética ambiental consiste en una recopilación sistemática de las relaciones morales entre el ser humano y el medio ambiente. Asume que las normas morales pueden y deben gobernar el comportamiento hacia la Naturaleza.

• Está relacionada con el conocimiento del medio, de las responsabilidades para con el mismo y la obligación de preservar algunos recursos para el futuro.

Guía para mejorar la gestión ambiental en la industria química

1. Desarrollar, producir, transportar, usar y eliminar de forma segura los productos químicos.

2. Convertir salud, seguridad y medio ambiente en prioridades durante el diseño y producción de productos.

3. Informar de cualquier posible peligro y estar preparado para abordarlo.

4. Informar a los clientes de la forma segura de transporte, almacenamiento y empleo de productos químicos.

5. Operar las plantas de forma segura.

6. Investigar sobre el impacto ambiental de productos, procesos y residuos.

7. Contribuir a la solución de problemas generados en el pasado.

8. Colaborar en el desarrollo de leyes y regulaciones para lograr una industria mas segura y ambientalmente confiable.

9. Compartir sus experiencias e información con otras empresas.

(Asociación de Productores de Productos Químicos)

Procesos de fabricación

• La producción es sólo una etapa del proceso de fabricación. Otras etapas son:– Diseño– Desarrollo del producto– Control de calidad– Gestión

• Las etapas implicadas en el diseño de un nuevo producto pueden dividirse en:– Planificación del producto. Identificación de áreas de interés– Desarrollo del producto. – Diseño del producto.

• Existen muchas áreas en que el diseño del producto puede influir en la generación de residuos

Procesos empleados en la industria

- Reactores Químicos

– Cambiadores de calor– Evaporación/Secado– Cristalización– Destilación– Absorción– Extracción– Adsorción– Otras operaciones

Reactores Químicos

• Corazón proceso productivo• Fuente principal de residuos

– Conversión parcial y reacciones laterales

• Mejora de la eficacia– Mezcla

• Uso de baffles• Agitadores con mayor velocidad• Modificación de paletas

– Mejora de la distribución (en lechos)– Mejora del control del proceso

• Procesos de lavado

Intercambio de calor

• Contacto directo (Torres enfriamiento)

• Contacto indirecto (cambiadores)

• Generación de residuos– Formación de costras. Reducen eficiencia

• Adición productos químicos• Mejora de limpieza

– Formación de precipitados y lodos• Reducción de temperatura vapor o fluido caliente

– Fugas

Evaporación/Secado

• Empleo de energía para eliminar agua de un material.

• Operaciones con consumo intensivo de energía.– Empleo de medios mecánicos (filtración) previo al secado

térmico

• Los gases evaporados deben condensarse y reprocesarse o tratarse como residuo.

• La operación inadecuada provocará el desprendimiento de sólidos y su pérdida como residuo en la corriente gaseosa

Cristalización

• Generación de aguas madres sobresaturadas de material cristalino

• Adhesión del material a las paredes de los reactores

Destilación

• Proceso intensivo en energía. Necesidad de sistemas eficientes energéticamente. Se puede mejorar mediante:– Incrementar la relación de reflujo– Incremento de la altura de la columna– Mejora de la distribución de la alimentación– Cambio en el tipo de relleno– Aislamiento o precalentamiento de la alimentación– Reducir la caída de presión en la columna

• Se emplean en recuperación de materiales• Posibilidad de formación de subproductos en la columna• Emisiones de volátiles (venteos, tanques,...)• Las colas a veces son materiales sin valor

Absorción/Stripping

• Si la transferencia no es eficiente se produce un elevado consumo de agua y energía

Adsorción• Se puede emplear para separar y concentrar un

producto, por lo que es necesaria otra etapa posterior• Debe reemplazarse o regenerarse el adsorbente,

generando otro residuo

Extracción

• Se emplea en la eliminación de aceites y grasas de residuos (suelos, aguas o lodos)

• Eliminación de fenoles en efluentes de la industria petrolera (con metil isobutil cetona)

• Recuperación de ácido acético de aguas residuales industriales (con acetato de etilo)

• Extracción con fluidos supercríticos– Industria farmacéutica– Tratamiento de residuos

Otras operaciones

Cada una es una fuente potencial de residuos

Equipos auxiliares

• También deben considerarse otros equipos:– Transporte de fluidos (tuberías, uniones, chimeneas)– Bombas, ventiladores, compresores– Equipos de almacenamiento

• Principales problemas:– Fugas– Derrames

• Emisiones fugitivas

Desarrollo de procesos y diseño

• La minimización de residuos puede minimizarse de forma importante mediante un diseño y operación adecuado del proceso. Esto implica un conocimiento exhaustivo del diseño, operación y mantenimiento de la planta.

• Deben identificarse claramente los procesos con impacto ambiental, los objetivos y restricciones. (Tabla). En algunos casos se producen conflictos entre la producción y las emisiones de residuos.

• La mayor parte de la prevención de la contaminación se realiza en las primeras etapas del diseño

• La aplicación tecnológica puede reducir emisiones, pero las mayores reducciones se consiguen con decisiones económicas que implican el cierre de plantas altamente contaminantes.

Restricciones ambientales en el diseño y objetivos

Restricciones Objetivos

Cumplimiento de las normas ambientales

Minimizar el empleo de productos peligrosos en el proceso

Cumplimiento con los requerimientos para descargas y emisiones

Minimizar el impacto considerando los parámetros financieros

No superar la capacidad de tratamiento existente

Ejecutar las opciones de prevención de la contaminación

Vertido cero de residuos regulados

Maximizar el empleo de materiales reciclados

Potencial de prevención de la contaminación en el diseño

Modificaciones en los procesos

• La mejora de la eficacia de los procesos productivos puede minimizar la generación de residuos.

• Esta modificaciones pueden incluir– Tecnologías más avanzadas– Cambio a reactivos menos contaminantes– Cambio en los procesos de limpieza– Empleo de catalizadores– Segregación de residuos– Mejorar la operación y el mantenimiento

Empleo de las mejores técnicas

• No emplear reactivos en exceso• Evitar la adsorción si el adsorbente no puede

regenerarse• Empleo de columnas a vacío para productos lábiles• Empleo de columnas con relleno de alta eficacia para

reducir caídas de presión• Emplear proceso continuos si el lavado genera grandes

cantidades de residuos • Empleo de rascadores de pared en cambiadores con

productos viscosos

Mejores técnicas

• Mejorar el diseño de reactores– Facilitar la limpieza– Minimizar válvulas y obstrucciones– Recuperar drenajes, venteos,...

• Mejorar el control de reactores– Mejora de la eficacia– Disminución reacciones laterales

• Mejorar los procesos de separación– Emplear separaciones mecánicas si existe más de una fase– Evitar el sobredimensionamiento. Emplear diseños efectivos en

un amplio rango de condiciones – Favorecer la transferencia del componente minoritario– Emplear factores de separación elevados

Mejores técnicas• Mejorar la limpieza/desengrasado

– Limpieza de tanques en contracorriente– Sistemas automáticos de limpieza a presión– Minimizar la pérdida de disolventes– Limpieza con ultrasonidos

• Limpieza de equipos– Reducción de la frecuencia de limpieza

• Reciclado• Recuperación de materiales• Cambios en el producto• Almacenamiento• Gestión interna

Ejemplos de prevención de la contaminación

• Recuperación en el proceso de fabricación de acrilonitrilo

• Diseño del reactor para la producción de anhidrido maleico

Fabricación de acrilinitrilo

• Se obtiene en fase gas en un reactor catalítico a 450ºC y

2 atm

CH3CH=CH2 + NH3 + 1,5 O2 CH2=CHCN + 3 H2O

Se emplea catalizador de óxidos de Bi y MoEl producto de reacción contiene:

5000 kg/h acrilonitrilo5100 kg/h Vapor de agua 500 kg/h O2

50 kg/h amonio, HCN

Acetonitrilo se purifica en un proceso multietapa (Esquema)

Esquema de la recuperación de acrilinitrilo

Condiciones de operación• Salida cambiador E-101, 94ºC• Flujo agua en absorbedor: 600 kg/h

– Recuperación 99,5% acrilonitrilo, 99% amonia, 99% agua

• Cambiador E-102, 98ºC• Columna destilación

– 1,03 atmósferas, Tª condensación 80ºC, Tª ebullidor: 110ºC

• Recuperación en S-112 del 28,7% del acrilonitrilo en S-101• Pérdida de acrilonitrilo en colas de los 2 flash• Acrilonitrilo contiene 3,4% de amonio• Agua residual: 11000 kg/h• Objetivo

– Recuperar al menos el 80% del acrilonitrilo– Producir acrilonitrilo con menos del 1,25% amonio y 0,0025% agua