Tratamiento de emisiones de COV en la industria química

Este Real Decreto marca para cada una de las actividades afectadas un umbral en el consumo de disolventes, así como unos límites de emisión de COV en los gases que salen por chimenea y en las emisiones difusas. Los sectores de actividad afectados son muy variados y entre ellos podríamos destacar como más comunes, el sector artes gráficas (diferentes tecnologías de impresión), el recubrimiento (pintado y barnizado de diferentes materiales) y la industria químico-farmacéutica. Para la fabricación de productos farmacéuticos se exige que en la emisión de gases residuales, la concentración de carbono orgánico total (COT) sea inferior a 20 mgC/Nm3. El COT es un indicativo de los COV emitidos, que se mide con un detector de ionización de llama (FID).

La primera alternativa que se plantean las industrias para cumplir el Real Decreto, es cambiar los productos utilizados por productos similares que estén exentos de disolventes. Un inconveniente que presenta la sustitución de productos, es que a menudo exige la compra de maquinaria nueva y cambios en el proceso productivo. Además, a veces, y sobre todo en el sector químico-farmacéutico, no es posible hacer estos cambios, pues hay muchos compuestos que son insustituibles en el proceso de producción.

Cuando la alternativa por la que se opta, es reducir la concentración de COV en las emisiones de gases residuales que salen por chimenea, hay diversas tecnologías que se pueden aplicar, y para seleccionar la más adecuada hay que analizar detalladamente en cada caso las características del aire a tratar y la capacidad tecnológica de la industria afectada. Las principales propiedades que hay que tener en cuenta en el aire a tratar son el caudal, la concentración de COV, la temperatura y humedad del aire, los disolventes presentes, el límite de emisión permitido y la posible presencia de polvo y otros contaminantes. En cuanto al análisis tecnológico de la empresa, hay que valorar los recursos disponibles, la distribución temporal de las emisiones contaminantes así como la posibilidad de recuperar los disolventes y la energía térmica. Analizando globalmente todos estos aspectos, se puede determinar cual es la mejor tecnología disponible.

Las tecnologías de tratamiento se pueden dividir en dos grandes grupos: las destructivas y las no destructivas. Los tratamientos destructivos son aquellos en que los COV’s se transforman en otras sustancias mediante un procedimiento adecuado, mientras que los no destructivos consisten en la separación física o química de los COV’s del aire a tratar. Dentro de las destructivas, las principales tecnologías son la oxidación térmica regenerativa, la oxidación térmica recuperativa, la oxidación catalítica y más ocasionalmente, la biofiltración. En cuanto a las no destructivas, las tecnologías más habituales son la adsorción, la condensación criogénica y la absorción.

En la oxidación térmica regenerativa (OTR), al igual que en las otras técnicas oxidativas, los COV’s se oxidan en una cámara de combustión con quemador y se transforman en CO2 y H2O. La OTR se caracteriza por la presencia de unas torres (normalmente 2 ó 3) rellenas de un material cerámico que retiene y cede el calor de combustión al aire tratado durante los sucesivos ciclos del proceso.

Con estas torres se consigue una eficiencia de recuperación térmica superior al 95%. Es por tanto, una tecnología con un reducido consumo de combustible y si la concentración de los disolventes es superior a 1,7 – 2 g/Nm3 puede llegar a ser un proceso autotérmico con un consumo prácticamente nulo. La temperatura de trabajo en la cámara de combustión, se sitúa alrededor de los 750 - 800 °C. A esta temperatura se pueden oxidar todas las sustancias orgánicas.

La oxidación térmica recuperativa es una tecnología más simple, con unos costes de inversión menores, pero unos mayores costes de gestión. Consiste en una cámara de combustión con un quemador y con un intercambiador de calor donde se calienta el aire de entrada y se enfría el aire depurado. Con esta técnica se puede conseguir una eficiencia de recuperación térmica del orden del 65%.

En la oxidación catalítica, la principal diferencia es que se consigue la combustión a temperaturas más bajas (200-400°C) debido a la presencia de un catalizador en la cámara de combustión. Estos equipos son compactos, ocupan menos espacio y al trabajar a menor temperatura consumen menos combustible que la oxidación térmica recuperativa. Para aplicar esta tecnología hay que tener bien caracterizados todos los disolventes, pues puede haber algunos productos que envenenen el catalizador y obliguen a su sustitución.

En el sector químico-farmacéutico, a menudo se trabaja con compuestos halogenados como el cloruro de metilo o el diclorometano. Para lograr la combustión total de estos contaminantes y evitar la formación de dioxinas, es preciso aumentar la temperatura de trabajo habitual y prolongar el tiempo de residencia de los gases en la cámara de combustión. La combustión de compuestos halogenados genera emisiones de gases ácidos (HCl) que no pueden ser descargados a la atmósfera y que obligan a la instalación de una posterior unidad de lavado de gases.

Para evitar fenómenos de corrosión debidos a la condensación de los gases ácidos, es necesario que la temperatura del aire que sale de la unidad de combustión se mantenga a valores elevados. Este aire caliente se envía a continuación a una torre de quenching donde se enfría y se satura mediante un sistema de vaporización de contacto directo.

A continuación, este aire se envía a una columna de relleno (scrubber) equipada con anillos Pall de alta eficiencia. El aire entra por la parte inferior de la columna y en su trayectoria ascendente atraviesa el material de relleno, mientras que una solución alcalina de tratamiento atraviesa el scrubber en el sentido opuesto. En la superficie del relleno es donde tiene lugar la absorción química/física del ácido clorhídrico generado en la combustión de los COV clorados. El aire depurado sale por lo alto del scrubber y se descarga a la atmósfera a través de la chimenea.

La solución alcalina de abatimiento se distribuye homogéneamente desde la zona superior del material de relleno. Al llegar al final de su trayecto, esta solución se deposita en la parte baja del scrubber y mediante unas bombas centrífugas se hace recircular hasta la zona alta de la columna.

Tanto el quenching como el scrubber y la chimenea están fabricados con materiales resistentes a la corrosión.

La tecnología más habitual en este grupo es la adsorción en carbón activo. En esta tecnología, se hace pasar el aire a tratar a través de un lecho con carbón activo que retiene los COV. El carbón activo se va cargando de COV y llega un momento en que se satura y pierde la capacidad adsorbente.

En este punto tenemos dos posibilidades: a) desechar este carbón, gestionarlo como residuo y sustituirlo por uno nuevo. b) Regenerar el carbón con vapor o con un gas inerte (nitrógeno). Con la regeneración se pueden recuperar los disolventes y reutilizarlos en el proceso productivo.

La condensación criogénica es un proceso que se basa en el enfriamiento a temperaturas extremadamente bajas del aire a tratar, mediante nitrógeno líquido u otro fluido criogénico. El aire contaminado se enfría progresivamente en los condensadores, por debajo de su punto de rocío, produciéndose la condensación de los COV y su separación de la fase gas.

La absorción física/química consiste en la retención de los contaminantes en una solución acuosa que fluye a contracorriente en el interior de unas torres de lavado. A la solución acuosa de tratamiento se le puede añadir algún reactivo que reaccione con el contaminante para así favorecer su eliminación. Las torres de lavado deben ir acompañadas de un sistema para el tratamiento del agua que ha absorbido los contaminantes.

En el caso de los COV, esta tecnología es aplicable en aquellos casos en que los productos sean solubles en agua (acetona, alcoholes, etc.).

Conociendo las distintas tecnologías aplicables, hará falta un análisis detallado de las condiciones de entrada del aire, de las condiciones de salida que se pretende conseguir, de los costes de inversión y gestión, así como de los servicios disponibles, para determinar la tecnología más adecuada en cada caso.