MC-F-33 Industria Quimica

INDUSTRIA
QUÍMICA Y AFÍN
Prof. Dr. D. A. Aznar Jimé
Jiménez
Dpto. C. Materiales e I.Quí
I.Química
UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID
1
EL AGUA EN LA INDUSTRIA
FUNCIÓN DEL AGUA
•Producción de energía: vaporización
•Transporte de calor
•Transporte de materias primas
•Transporte de desechos
•Acción mecánica
•Fabricación de productos
•Transporte de iones
•Aclarado o lavado de piezas
•Extinción de productos incandescentes
•Lavado de gases
•Preparación de baños
•Acondicionamiento de aire
•Mantenimiento de la presión
•.....
2
Dotaciones de agua por sectores industriales
Otras
1%
Refino petróleo
6%
Textil
4%
Ind. Química
30%
Transf. caucho
3%
Mat.Construc.
4%
Curtidos
4%
Alimentación
11%
Papel
28%
3
Entrada
de agua
Efluente (95%)
PROCESO
Producto (5%)
4
Procesos empleados en la
industria
•
•
•
•
•
Reactores químicos
Cambiadores de calor
Evaporación/Secado
Cristalización
Destilación
• Absorción
• Extracción
• Adsorción
• Otras operaciones
5
¾Soluciones paliativas:
CONTAMINAR-DESCONTAMINAR
9Destruir: incineración, biodegradación, ...
9Concentrar: lodos, precipitados, disoluciones, …
9Diluir: emisarios, balsas, …
Agua
Proceso
¿Propiedades?
Si
Vertido
No
Depuración
6
¾Soluciones preventivas:
DESCONTAMINAR≡NO-CONTAMINAR
9No producir efluentes o minimizar su producción.
9Reutilizar el efluente, disminuyendo el consumo de
materias primas, energía e instalaciones.
9Sustituir la materia prima, produciendo menos efluentes.
9Segregar ciertos efluentes para su tratamiento por
separado debido a sus características especiales.
7
CONCEPCIÓN ALTERNATIVA (R3)
Modificar el
proceso
Si
Agua
Proceso1
¿
Reducir?
No
¿
Reciclar?
Si
Si
¿Propiedades?
No
¿
Reutilizar?
No
Si
¿Propiedades?
Si
Proceso2
No
Depuración
Depuración
Residuos
Vertido
No
Depuración
8
META DE LA MINIMIZACIÓN
Vertido cero
•
La mayor parte de la generación de residuos en un proceso
se elimina mediante cambios en el proceso.
• La mayor parte posible de
reutilizan, reciclan o valorizan.
los
residuos generados
se
•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.
9
10
ORGANIZACIÓN
1. Orientación y preparación de
la auditoria
INDUSTRIA
Proceso de fabricación
ENTRADAS
AL PROCESO
4. Determinación
entradas
5. Registro de
aguas y entradas
6. Medición
niveles de
reciclaje
DESCARGAS
LÍQUIDAS
7. Normas
ambientales
8. Medición de
flujos
9. Caracterización
de efluentes
BALACE DE MASAS
10. Estructuración información y
descargas
11. Desarrollo de balance de masas
MONITOREO
DIAGRAMAS DE FLUJO
2. División del proceso en
operaciones unitarias
3. Elaboración de diagramas de
flujo
IDENTIFICACIÓN
MEDIDAS REDUCCIÓN
DE EFLUENTES
12.Identificación opciones de
reducción de efluentes
13.Identificación efluentes
problema
14.Opciones de reducción a largo
plazo
EVALUACIÓN
OPCIONES REDUCCIÓN
DE EFLUENTES
15. Evaluación de opciones
16. Priorización de opciones
•Control y seguimiento del Plan
•Cumplimiento estándares, decretos
y normas
IDENTIFICACIÓN
ALTERNATIVAS DE
TRATAMIENTO
•Pretratamiento en planta
•Descarga a curso de agua
•Descarga a alcantarillado
•Tratamiento fuera de industria
EVALUACIÓN DE
ALTERNATIVAS
•Costes de capital, mantenimiento,
operación y otros
•Análisis de viabilidad
PLAN DE ACCIÓN
17. Diseño y puesta en
marcha de medidas de
prevención y alternativas
de tratamiento
11
JERARQUÍA DE PREVENCIÓN DE LA
CONTAMINACIÓN
Reducción en la fuente
Reciclado
Reutilizar
Tratamiento
Eliminación
Vertido cero
12
¾ Origen de los efluentes.
9
Volumen
9
Caudal a tratar (promedio, mínimo máximo)
9
Características del efluente
¾ Posibilidad de reutilización del agua tratada así como de los demás
subproductos (lodos, biogás, etc.)
¾ Superficie
disponible
para
la
ubicación
de
la
depuradora,
y
diferencia de cota entre el colector de entrada y el desagüe.
¾ Situación de la depuradora con respecto a zonas urbanas, acuíferos,
etc.
¾ Problemas sanitarios que pueda crear.
¾ Coste estimado de la depuradora y de su mantenimiento.
¾ Necesidades energéticas.
¾ Disponibilidad de agua, precio y posibilidad de reutilización.
¾ Limites de vertido del efluente.
13
REDUCIR EN LA FUENTE
INDUSTRIA LACTEA
PROCESO ORIGINAL
1ª ETAPA
1200 l/lav
11 lav/día, 50 ºC
P = 460 kWh/día
800 l/lav
ACLARADO
AGUA 80 ºC
350 l/lav
400 l/lav
Recuperación
Materias grasas
DBO5 = 2000 mg/l
Q1 = 12,65 m3/día
PROCESO MODIFICADO
1ª ETAPA
P = 24,4 kWh/día
50 l/lav
11 lav/día, 40 ºC
P = 24,4 kWh/día
ACLARADO
AGUA 80 ºC
DBO5 = 200 mg/l
Q1 ≈ 0,55 m3/día
Si
Recuperación
Materias grasas
<1,8 mS
No
14
RECICLAR
Mezcla de arcillas
4t/día
Estearato Na
150 kg/día
Agua
10 m3/día
Efluente (7,3 m3/´día)
estearato Na 12,3 g/L
SS 10 g/L (Øpartícula = 0,1-1 μm)
20% SS
60% SS
Espesador
Procesado
del verde
Mezcladora/
amasadora
Cocción
(1.100 ºC)
agua vapor
(2,6 m3/día)
15
Mezcla de arcillas
4t/día
Estearato Na
150 kg/día
Agua
Agua
0,1
10 m
m33/día
/día
2,7
Efluente (7,3 m3/´día)
estearato Na 12,3 g/L
SS 10 g/L (Øpartícula = 0,1-1 μm)
20% SS
60% SS
Espesador
Procesado
del verde
Mezcladora/
amasadora
Intercambiador
de calor
Cocción
(1.100 ºC)
Lavado
de gases
agua vapor
(2,6 m3/día)
16
REUTILIZAR
⎯
⎯
⎯
⎯
⎯
⎯
⎯
⎯
⎯
⎯ ⎯ ⎯
+ + ⎯ ⎯ ⎯ ⎯⎯ +
+ +
+ +⎯+ + + +⎯
+
+ ⎯+ +
+
+
⎯ ⎯ ⎯ ⎯
+
+ + +
+ +
Tanque de
electrorrecubrimiento
Lavado 1º
Lavado 2º
Lavado 3ero
Retenido
Permeado
Ultrafiltración
17
SEGREGAR
Efluente biodegradable 400 m3/h DQO 1200 / DBO5 700
40 m3/h DQO 1800
/ DBO5 200
COMPLEJO
QUÍ
QUÍMICO
20 m3/h DQO30000 /
DBO5 1000
Precipitación/
Floculación
Oxidación
Húmeda
recuperación
10 m3/h
> 5% Disolventes
Flotación
5 m3/h DQO > 100000
> 10% sales
475 m3/h DQO 3700
/ DBO5 690
DQO 450 / DBO5 200
475 m3/h DQO 1450
/ DBO5 840
30 m3/h DQO 6000 /
DBO5 3500
DQO8000 /
DBO5 2000
4 m3/h DQO 3000 /
DBO5 1200
Evaporación
Incineración 0,8 m3/h
60-70 % sales
18
TRATAR
DECAPADO DE ACEROS
[HNO3] = 6-10%
[HF ] = 2-3,5%
acero
H2o
H2O
60 - 320 m3 /día
[Me ] ≈ 50/60 g/l
Limpieza 500 ton/día
mecánica
HF/HNO3
H2O
CaO
H2O
HF/HNO3
H2O
HF/HNO3
Ca(NO3)2 (aq)
ALCANTARILLADO
VERTEDERO CONTROLADO
CaF2, Fe(OH)3, Ni(OH)2, Cr(OH)3, As(OH)3
19
[HNO3] = 6-10%
[HF ] = 2-3,5%
acero
H2o
H2O
HF/HNO3
H2O
HF/HNO3
H2O
HF/HNO3
1,8N KOH/ 0,5N KF
ÁNODO
…
…
60 - 320 m3 /día
[Me ] ≈ 50/60 g/l
Limpieza 500 ton/día
mecánica
K
KF/KNO3
+
K
KOH
pH = 9-11
Filtración
Microfiltración
H+
H2O
OH-
MB
HF/HNO3
SALIDA DEL
SALIDA DEL CONCENTRADO
DILUIDO
A
ÁNODO
K
A
K+
K
F-
K
KF/KNO3
K
K+
K+
CÁTODO
F-
NO3NO3-
A
K+
K+
F-
F-/NO3-
CÁTODO
A
K+
K+
Hornode
fundición
A
…
…
Fe(OH)3, Ni(OH)3,
Cr(OH)3
F-
NO3-
20
Vapor-agua
Vacío-energía
Frío-salmuera/hielo
Agua refrigeración
Nitrógeno
FARMACOQUÍMICA: PROCESOS
Energía
Agua
Matérias prímas
Energía
Energía
Agua
Disolvente
RECEPCIÓN DE
CARGA DEL
PROCESO DE
DECANTACIÓN/
MATERIAS PRIMAS
REACTOR
REACCIÓN
EXTRACCIÓN
Pallets
Plásticos
Papel
Bidones
Bidones
Botellas
Energía
PRODUCTO
TERMINADO
Vapor-agua
Vacío-energía
Nitrógeno
SECADO
Agua de proceso
Emisión de gases
Agua refrigeración
Vapor-agua
Salmuera
Agua de proceso Aceite compresor
Emisión de gases Aceite bomba
Colas destilación
Coadyuvantes filtración
Papel filtro
Energía
Disolventes recuperados Agua de proceso
Aceite compresor
Emisión de gases
Aceite bomba
Nitrógeno
Energía
CENTRIFUGADO/
FILTRADO
Vapor-agua
Vacío-energía
Frío-salmuera/hielo
Agua refrigeración
Nitrógeno
SEPARACIÓN
Agua de proceso
Emisión de gases
Aceite compresor
Agua de proceso Aceite compresor
Aceite bomba
Emisión de gases
Aceite bomba
Aguas residuales
Vapor-agua
DE FASES
Aceite bomba
Agua refrigeración
Aguas ácidas
Vapor-agua
Fase acuosa
Salmuera
Aceite compresor
21
FARMACOQUÍMICA: TRATAMIENTOS
Emisión de gases
Nitrógeno líquido
Aguas ácidas
Emisión de gases
Aguas básicas
LAVADO
SISTEMA
DEPOSITO DE
DE GASES
CRIOGÉNICO
NEUTRALIZACIÓN
Aguas de neutralización
Aguas de
Aguas ácidas
lavado de gases Aguas básicas
Disolventes
Colas de destilación
Cabezas de destilación
Aceite compresor
Aceite bomba
Disolvente
Lodos
Coagulante
Floculante
Fosfatos
Urea
Agua
Agua de
de proceso
neutralización
EDARI
Agua tratada
Lodos
Nitrógeno
Vapor-agua
Vacío-energía
Disolventes recuperados Fase acuosa Agua refrigeración Aguas residuales
TORRES DE
DESTILACIÓN
RTP’s
Gestor autorizado
Colas de destilación
Cabeza de destilación
Agua refrigeración
Vapor-agua
Disolventes
Aguas de proceso
22
Prevención de la contaminación
Definición
• El empleo de materiales, procesos o prácticas que
reduzcan
o
eliminen
la
generación
de
contaminantes o residuos en la fuente.
• Prácticas que reduzcan el empleo de materiales
peligrosos, energía, agua y otros recursos.
• Prácticas que protejan los recursos naturales
mediante su conservación o un uso más eficiente.
(Environmental Protection Agency)
23
COSTE DE INVERSIÓN
24
ACCIÓN MEDIOAMBIENTAL
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
25
Prevención de la contaminación en el diseño
Max
Información sobre el proceso
Prevención de la contaminación potencial
Max
Min
I+D básica
Información
sobre el proceso
Prevención de la
contaminación
potencial a corto
plazo
Prevención de la
contaminación
potencial a largo
plazo
Min
Definición
Diseño
conceptual
Diseño
preliminar
Diseño de
detalle
Construcción
y puesta en
marcha
26
Modificaciones en los procesos
• La mejora de la eficacia de los procesos
productivos minimiza 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
27
¾Enfoque integrado
9CONSIDERAR
todas y cada una de las fases del
proceso productivo.
9DETERMINAR
una adecuada relación entre la
cuantía de las emisiones contaminantes producidas y las
características del medio ambiente receptor.
9TENER EN CUENTA
la posible transferencia de la
contaminación desde un medio receptor de la polución a
otro.
28
IPPC
MTD
AAI
VLE
29
9Instalación: ubicación, tipo y alcance
de sus actividades.
9Sustancias y energía empleadas o
generadas.
9Fuentes de emisión. Medios
receptores y efectos previsibles.
9Tecnologías previstas para evitar o,
en su defecto, reducir emisiones.
9Prevención y valorización de
residuos.
9Resumen comprensible para el
profano con todas las indicaciones
especificadas en los puntos anteriores.
¿Que contiene?
¿Que es?
¿Que se aporta?
Proyecto Básico
Aplicación practica de un
mecanismo de permiso
único e integrado
9Informe urbanístico
9Proyecto básico
9Documentación licencia de
actividad
9Datos confidenciales
9Documentación de vertidos
a cuenca o costas
9Memoria resumen
9Estudio impacto ambiental y
accidentes graves
30
¿En que se apoyan?
IM
PO
ND
RÁ
¿Que son?
SE
¿Cómo se determinan?
NO
LA
9Mejores:
más eficaces medioambientalmente
UT
IL
9Técnicas:
Tecnología, diseño y uso
IZ
AC
9Disponibles:
viables técnica y económicamente
IÓ
9Generación de pocos residuos.
N BREF (Documentos de referencia sobre
D
9Uso de sustancias menos peligrosas.
MTD’s)
E
9Desarrollo de técnicas de recuperación y
UN
9Introducción
sobre la industria y/o actividades
reciclado.
A
de referencia
TÉ
9Procesos, instalaciones o métodos probados
9Explicación del
C proceso
positivamente a escala industrial.
9PrescripcionesN
consideradas
para determinar
IC
9Incorporar avances técnicos y científicos.
las MTD’s para la industria
o actividad de
A
9Carácter, efectos y volumen de las emisiones.
ES
referencia.
9Fecha de entrada en funcionamiento de las
PEpueden considerar
9Técnicas existentes que se
instalaciones.
C
como MTD y valores de emisión Íasociados
a las
FI
9Plazo que requiere la instalación de una MTD.
mismas (BATAEV).
C
9Reducción del consumo de materias primas.
A
9Técnicas que se encuentran actualmente en
9Aumento de la eficacia del consumo energético.
9Prevenir o reducir el impacto de las emisiones.
9Reducción de riesgo de accidentes.
9Información publicada por la UE u organismos
internacionales.
proceso de desarrollo y que podrían llegar a MTD
9Autocrítica del documento
9Plazo recomendable para la revisión del
documento
31
¿QUÉ ES UN BREF?
•Documentos de referencia para cada uno de los
sectores representativos del contexto técnico
europeo
•Redactados
en
función
de
la
información
disponible. Vigencia temporal limitada.
•Información de referencia
específico a nivel local
para
un
debate
¿QUÉ NO ES UN BREF?
•Interpretación de la Directiva
•Definición de las obligaciones legales
•Consideraciones locales de implantación
•Indicación de los VLE
32
33
9Para cada actividad productiva afectada.
9Basados en las MTD’s para dicha actividad.
9Variables en el tiempo, reduciéndose a
medida que mejoren las técnicas.
9Además de las MTD´s se considerarán:
ƒLas características técnicas de la
instalación.
ƒLa implantación geográfica.
ƒLas condiciones locales del medio
ambiente
¿En que se apoyan?
¿Que son?
¿Cómo se determinan?
Valores Limite exigibles basados en
consideraciones tecnológicas productivas de
cada sector
9Información sobre MTD’s y guias del
MIMAM
9Características técnicas de la instalación
9Implantación geográfica
9Condiciones locales
9Naturaleza de las emisiones y potencial
transferencia
9Planes nacionales: Kyoto, política
REACH, …
9Incidencia en la salud
9Valores límite de la legislación vigente.
34
35
ACTIVIDADES INDUSTRIALES AFECTADAS
1. Instalaciones de combustión
2. Producción y transformación de metales
3. Industrias minerales
4. Industria química
5. Gestión de residuos
6. Pasta y papel
7. Fibras textiles
8. Curtidos
9. Industria agroalimentaria
10.Consumo de disolventes orgánicos
11.Industria del carbono
36