Tratamiento de emisiones de COVS en la industria química farmacéutica mediante oxidación térmica regenerativa

Abstract

En la industria química fina orgánica, para llevar a cabo sus procesos, es necesario la utilización de disolventes orgánicos como medio de reacción. Estos disolventes son los denominados compuestos orgánicos volátiles (COVs) cuyas emisiones deben ser tratadas de forma adecuada ya que los más habituales presentan diversos riesgos, tanto medioambientales como para la salud, quedando los valores límite de emisión (VLE) de estos fijados a través del Real Decreto 117/2003. Entre las mejores tecnologías disponibles para el abatimiento de COVs se encuentra la oxidación térmica regenerativa. El proceso se basa en calentar una mezcla del gas en presencia de aire por encima del punto de ignición y mantenerla a una temperatura elevada el tiempo suficiente para completar la combustión a CO2 y H2O. El tiempo de residencia (tr), la temperatura media de la cámara de combustión (TMC) y la concentración de oxígeno en la mezcla son factores que afectan a la eficiencia del proceso. Como subproductos de la oxidación, en presencia de una fuente de cloro, se forman dioxinas o policloro-dibenzo-para-dioxinas (PCDD) y furanos o policloro-dibenzo-furanos (PCDF). Estos hidrocarburos tricíclicos aromáticos son sustancias muy estables, liposolubles y bioacumulativas con propiedades extremadamente tóxicas en la mayoría de sus congéneres. En este estudio, se ha llevado a cabo una exhaustiva revisión bibliográfica y se ha realizado un estudio detallado de dos unidades de oxidación térmica regenerativa (RTO). Para ello, inicialmente se fijaron las estrategias respecto al muestreo y análisis con el fin de obtener la composición de la corriente residual que alimenta al RTO, de los contaminantes emitidos, así como de los residuos generados en la cámara de postcombustión. Posteriormente, se ensayaron distintas condiciones de operación (TMC y tr) con el objetivo de relacionar las emisiones de contaminantes con la composición de la alimentación y las condiciones de operación, intentando establecer los mecanismos generales de formación de las PCDD/F, así como la zona y las condiciones de generación de las mismas, verificando al mismo tiempo el cumplimiento de los VLE con el fin de determinar las condiciones de operación más adecuadas para el tratamiento de COVs. La eficiencia de destrucción de COVs, para las condiciones de ensayo, aumenta con la TMC, ligada a valores elevados de tr, turbulencia y concentración de oxígeno en los gases de combustión. La concentración de carbono orgánico total (COT) y de COVs individuales a la salida de la cámara de oxidación están relacionados con la concentración de estos a la entrada, la TMC y el tr. Aunque se cumplen las prescripciones ambientales y las recomendaciones respecto al diseño del RTO para el tratamiento de COVs clorados, en la cámara del relleno cerámico, ubicada en la zona de post combustión, tiene lugar la formación de PCDD/F. Esto es debido a que se dan las condiciones óptimas para que se produzca la formación de estos compuestos tanto por la ruta de novo, como por la ruta de precursores o por síntesis homogénea, como son la temperatura (desde 950-1100 ºC hasta 200 ºC), tr (60-120 s por ciclo), presencia de catalizadores activos, soporte poroso para fijación de los mismos, productos de combustión incompleta, COVs no destruidos y una fuente de cloro. Por lo que, en función de la naturaleza del catalizador y de posición relativa del mismo dentro del relleno cerámico se darán las condiciones óptimas para la formación de PCDD/F por una ruta u otra, debido al gradiente de temperatura que se establece en el mismo. Con unas condiciones de TMC > 950 ºC y tr > 2 s se produce un aumento tanto en la concentración de PCDD/F y CO como del caudal másico de emisiones CO2 por lo que un aumento de TMC y tr no genera mejora en las emisiones en las condiciones de ensayo. Por lo tanto, en el caso de TMC = 950 ºC y tr = 2 s se consiguen los resultados impuestos por la Autorización Ambiental Integrada con unos márgenes de seguridad amplios.