Industria químico orgánico

CENTRO MEXICANO PARA LA PRO DUCCIÓ N MÁS LIMPIA
PRO YECTO DE PRO DUCCIÓ N MÁS LIMPIA EN EL S ECTO R QUÍMICO
DE QUÍMICOS ORGÁNICOS INDUSTRIALES
E L CENTRO MEXICANO PARA
MÁS L IMPIA
LA
PRODUCCIÓN
El Centro Mexicano para la Producción Más Limpia
(CMP+L), establecido en diciembre de 1995, forma
parte del Proyecto Mundial de los Centros Nacionales
de Producción más Limpia de la Organización de las
Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial y el
Programa de las Naciones Unidas para el Medio
Ambiente.
El objetivo del CMP+L es facilitar la trans ferenci a de
inform ación técnica y experiencias en tecnologías
más limpias a los sectores industrial y gubernamental
de México, a través de la incorporación de las
técnicas y tecnologías más limpias a los programas
de reducción y prevención de contaminación
ambiental, y la realización de proyectos de
producción limpia en diferentes sectores industriales
del país.
¿Q UÉ ES L A PRODUCCIÓN MÁS L IMPIA?
El enfoque tradicional de las evaluaciones y
programas ambiental es se centra en la búsqueda del
cumplimiento de las normas ambientales vigentes, ya
sea por medio de mecanismos de control o de
sistemas de tratamiento de efluent es industriales.
La Producción Más Limpia (PML) promueve el uso
eficiente de la materi a prima, agua, energía y otros
recursos a través de practicas que reduzcan o
eliminen la generación de contaminantes o a través
de una conservación de los recursos naturales.
Contrariamente a la inversión en sistemas de
tratamiento tradicionales, que represent a un costo
para la empres a, la inversión en Producción Más
Limpia aporta utilidades adicionales para las
empresas al lograr una mayor efi cienci a en los
procesos productivos, reduciendo con ello los costos
de tratamiento o disposición de los desechos
generados y facilitando, al mismo tiempo, el
cumplimiento de las normas ambientales.
ANTECEDENTES DEL PROYEC TO
Actualmente, la industria química de México
confronta serios problemas de contaminación debidos
a la cantidad, variedad y toxicidad de las emisiones,
efluentes y desechos sólidos que genera.
Esta
situación,
presente también en otros sectores
industriales, es más notoria en la industria química
debido a los altos niveles de producción que maneja,
equivalentes a 22 millones de toneladas en 1997.
Los desechos generados requieren de sistemas de
tratamiento especí fi cos (generalmente, con costos de
capital, operación y mantenimiento elevados), por lo
que la industria se benefici ará con iniciativas y
programas propios de PML que reduzcan los costos
de operación a través de un uso más eficiente de la
materia prima y del consumo de energía.
Debido a las razones anteriores, el CMP+L y el
Proyecto para la Prevención de la Contaminación
Ambiental (EP3), -auspiciado por la Agencia de los
Estados Unidos para el Desarrollo Internacional
(USAID)- diseñaron y llevaron a cabo el Proyecto de
Demostración de Producción Más Limpia para la
Industria Química.
El objetivo principal de este proyecto fue demostrar
los resultados que pueden alcanzarse con una PML y
promover la PML como una estrategia que reduce la
contaminación ambiental y al mismo tiempo genera
utilidades adicionales a las empresas.
El caso que se presenta a continuación expone los
resultados obtenidos en una de las empresas
participantes en el Proyecto de Demostración de
Producción Más Limpia para la Industria Química.
ANTECEDENTES DE LA E MPRESA
Química Fina Farmex, S.A. de C.V. es una empresa
mexicana que fue fundada en 1985 y pertenece a un
grupo industrial dedicado a la elaboración de
farmoquímicos.
La empresa nació con el objetivo primordial de
elaborar principios activos para medicamentos de
consumo humano a partir de síntesis orgánica.
Inicialmente se dedicó a la investigación y
fabricación de Rifampicina, Clorhidrato de Propanol,
Cimetina y Naproxen, entre otros. Actualmente su
producción se basa en la síntesis de Ketaconazol, un
antimicótico que se exporta en su mayoría a Europa,
Asia y Sudamérica y la Amikacina (antibiótico) para
consumo nacional.
_______________________________________ CMP+L ____________________________________________
E STUDIO DE CASO EN EL S ECTOR Q UÍMICO INDUSTRIAL
DE MATERIALES PLÁSTICOS Y R ESINAS
Como parte de su crecimiento, la empresa desarrolla
la etapa de investigación para elaborar antimicóticos
de la familia de los Imidazoles y otros medicamentos
de vanguardia a escal a mundial, que incrementarán la
presencia de la empresa en el mercado internacional.
Etapa de Síntesis de CTD en el Proceso de
Producción de Ketoconazol
carga de DAF y
otros reactivos
Reacción de
formación de
CTD
temperatura. Si el bromo se añade demasiado rápido,
el sistema de reflujo no es capaz de eliminar a la
misma velocidad el agua producida y se generan
impurezas. La adición de bromo debe detenerse
entonces para eliminar el agua. Además, el bromo se
desperdici a formando subproductos y el tiempo de
reacción aumenta incrementando el consumo de
servicios. Si el control de la temperatura no es
adecuado, el sistema no es capaz de eliminar el agua,
aún cuando la adición de bromo sea correcta.
Recomendación
Adición de
bromo
eliminación de
agua
2
operación
continua
Transferencia
a proceso BZD
OPORTUNIDADES DE PRODUCCIÓN MÁS L IMPIA
La evaluación permitió detectar oportunidades de
PML que incluyen: reducción de emisiones de
VOC’s, reducción de la generación de residuos
sólidos tóxicos y uso más eficiente de la energía. A
continuación, se presenta en detalle una de las
oportunidades de mejora identifi cadas.
Instalación de un sistema de control de adición de
bromo
Situación Actual
La síntesis del Ketaconazol se lleva a cabo en cinco
etapas. Una de estas etapas es la síntesis de CTD (cis2-(bromometil)-2-(2,4-diclorofenil)-1,3-dioxolano-4metanol) a partir de DAF (2,4-dicloroacetofenona)
por medio de la adición de bromo a DAF en nbutanol, glicerol y tolueno. La reacción se lleva a
cabo a 102 – 106oC y la adición de bromo es manual.
La reacción da lugar a la producción de CTD y
subproductos incluyendo agua de reacción.
El rendimiento de la reacción depende de la mayor o
menor aparición de subproductos, los cuales son
función de la tasa de adición de bromo y de la
Se recomendó instalar un sistema de control de flujo
de bromo. Este consiste en un medidor de flujo
másico, el cual mide la cantidad de bromo que se
introduce al sistema y envía una señal al controlador
inteligente. Una válvula de control de flujo controla
el flujo de bromo al reactor. El punto de ajuste del
flujo de bromo se basa en una función de tiempo en
el controlador.
También se recomendó instalar un lazo de control de
temperatura en el reactor, mismo que incluye la
instalación de un termopar doble en el bafle del
reactor. El termopar envía una señal que es recibida
por un controlador inteligente, el cual regula la
temperatura del reactor durante la reacción mediante
la apertura o cierre de una válvula de control en la
línea de vapor de la chaqueta del reactor. Un control
preciso de la temperatura permite optimizar la
temperatura de reacción y minimizar, de esta manera,
la form ación de productos de desecho.
Beneficios Ambientales y de Proceso
El rendimiento más alto que se ha obtenido
históricamente en la reacción de CTD con el control
manual de que se dispone es de 90%, que equivale a
la producción de 4,980 kg de CTD/lote. Sobre la
base de una evaluación de 24 lotes (véase tabla
siguiente), el proceso actual tiene un rendimiento
promedio de 77%, que equivale a la producción de
4,260 kg de CTD/lote. La diferencia de 720 kg
corresponde a los subproductos o desechos generados
en la reacción.
El objetivo de este proyecto es lograr un rendimiento
constante de 90%, que equivale a una reducción en la
generación de desechos de 25,920 kg/año en la
reacción de CTD, basándose en la producción de tres
lotes al mes de Ketoconazol. Sin embargo, en etapas
subsiguientes, 75% de esta cantidad será convertida
en producto (relación Ketaconazol/CTD = 0.25) por
lo que la reducción neta al año de desechos
equivaldrá a 6,480 kg.
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E STUDIO DE CASO EN EL S ECTOR Q UÍMICO INDUSTRIAL
DE MATERIALES PLÁSTICOS Y R ESINAS
3
Rendimientos Promedio en la Formación de CTD
Utilidades
Porcentaje de
rendimiento,
Lote
%
1
71.9
13
2
80.1
14
3
80.7
15
4
80.3
16
5
79.1
17
6
84.4
18
7
78.5
19
8
80.2
20
9
80.7
21
10
83.7
22
11
85.0
23
12
75.7
24
Promedio de rendimiento del
proceso de CTD por lote
Promedio de desechos
generados por lote
La aplicación de esta recomendación de PML
requiere una inversión en equipos e instalación que
asciende a un total aproximado de USD 71,000.
Lote
Porcentaje de
rendimiento,
%
75.7
75.6
75.6
69.9
69.9
69.9
71.7
71.7
71.7
78.1
78.1
78.1
(76.9%)
(23.1%)
En resumen, la aplicación de esta recomendación de
PML generará beneficios ambientales, de proceso y
de calidad significativos que incluyen:
ü
ü
ü
ü
Reducción de generación de 6.5 ton/año de
residuos sólidos tóxicos, los cuales no tendrán
que ser enviados a confinamiento,
Reducción del consumo de materia prima
(bromo),
Reducción del consumo de servicios (por
ejemplo: vapor, electricidad),
Incremento del rendimiento de la reacción en un
13%.
Sin embargo, las utilidades resultantes podrán
apreciars e fundamentalmente por el increm ento en
ventas de Ketoconazol que se logrará al aumentar de
manera constant e el rendimiento de la reacción de
formación de CTD al 90%.
El incremento del rendimiento de la reacción de 77 a
90% significa una producción adicional de 180 kg de
Ketoconazol/lote. A un precio de 250 USD/kg y una
producción de tres lotes/mes, el incremento en ventas
será de 1,620,000 USD/año y la utilidad neta
adicional descontando impuestos sumará 903,585
USD/año.
Otras utilidades que se obtendrán serán la reducción
de los costos de confinamiento de los subproductos
generados en la reacción de formación de CTD y la
reducción de costos de operación de la planta debido
al aumento de la efici encia térmica en el proceso de
producción y a la reducción del consumo de bromo.
La tasa interna de retorno resultant e de la aplicación
del sistema de control de bromo es de 1282% y el
período de retorno de 0.08 años.
La siguiente figura y la tabla posterior presentan un
resumen de la evaluación de todas las oportunidades
de PML identificadas en los procesos de manufactura
y el uso de energía en Química Fina Farmex, S.A. de
C.V.
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E STUDIO DE CASO EN EL S ECTOR Q UÍMICO INDUSTRIAL
DE MATERIALES PLÁSTICOS Y R ESINAS
4
Evaluación Financie ra Global de las Oportunidade s de PML
US
12,0 00,00 0
10,0 00,00 0
8,0 00,00 0
6,0 00,00 0
4,0 00,00 0
* flujo de caja total
2,0 00,00 0
generado sobre p eriodo
de vida útil
0
*
-2 , 0 0 0 , 0 0 0
0
1
2
3
4
I n v e rs ió n , U S D
5
6
7
8
9
10
11
12
año
U tilid a d e s n e ta s a d ic io n a le s d e s p u é s d e im p u e s t o
Resumen de O portunidades de PML
Oportunidades de
PML
Beneficios Ambientales
Instalación de sistema ü
de control de adición de
bromo
Cambio de
procedimiento de
operación e instalación
de un condensador
secundario en R-40
ü
ü
ü
Instalación de
condensador
secundario en R-42 o
cambio de fluido de
enfriamiento.
ü
Reducción del exceso
ü
Reducción de la
generación de
desechos sólidos
tóxicos: 6.5 Ton/año
equivalente a 16% al
año
Reducción de 59.7
ton/año de emisiones
de tolueno
equivalente a 34% de
reducción del
consumo anual de
tolueno
Reducción de agua
de enfriamiento de
385 m 3/año
Ahorro de 38.5
ton/año de vapor
Reducción de 6.7
ton/año de emisiones
de tolueno
equivalente a 3.8%
de reducción del
consumo anual de
tolueno
Ahorro de 44,400
Inversión,
$ (USD)
Utilidades
netas
adicionales
Descontando
impuestos,
$/año
(USD/año)
Período de
Tasa
recuperación interna de
de la
retorno,
inversión,
%
años
1282
710,000
9,035,850
0.08
231,300
95,000
2.0
2,000
11,800
0.2
NA
38,300
NA
50
601
NA
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E STUDIO DE CASO EN EL S ECTOR Q UÍMICO INDUSTRIAL
DE MATERIALES PLÁSTICOS Y R ESINAS
Oportunidades de
PML
de aire de la caldera
Beneficios Ambientales
Inversión,
$ (USD)
l/año de combustóleo
equivalente a 7.6%
de reducción de
emisiones de CO2
ü Ahorro de 15,500
l/año de combustóleo
Utilidades
netas
adicionales
Descontando
impuestos,
$/año
(USD/año)
54,000
6,800
4.6
18
Ahorro de 3,200 l/año
de combustóleo
2,300
1,540
1.3
76
39,000
9,300
3.0
31
29,800
6,000
3.4
27
43,400
9,100
3.3
28
8,800
10,700
0.8
131
1,120,700
(112,070)
9,207,800
(920,780)
0.12
831
Reemplazo de
eyectores por bomba
de vacío
Aislamiento de tanques ü
y tuberías de
condensado
Instalación de un banco
de capacitores
Reemplazo de motores ü
estándar por motores
de alta eficiencia
ü
Reemplazo del equipo
de iluminación actual
ü
ü
Aislamiento de la
tubería de salmuera
Total
5
ü
Reducción de
consumo de energía
eléctrica de
33,600 kWh/año
Reducción de
potencia demandada
de 4.2 kW
Reducción de
consumo de energía
eléctrica de
36,600 kWh/año.
Reducción de
potencia demandada
de 8.9 kW.
Reducción de
consumo de energía
eléctrica de
57,300 kWh/año
Período de
Tasa
recuperación interna de
de la
retorno,
inversión,
%
años
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