• Author / Uploaded
• Ivan Musumeci

Citation preview

CASO PRÁCTICO MA292

DISPERSIÓN Y CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Caso Práctico: “Oxi - combustión”

Cuestionamientos: 1- Describa el funcionamiento de ambos procesos indicando en especial aquellas etapas que suponen un gasto energético externo.

La oxicombustión: La tecnología de oxicombustión se basa en la inyección de oxígeno directamente en los quemadores del horno para lograr un mayor rendimiento, acelerar la combustión y lograr un aumento potencial de hasta el 80% en el uso de combustibles alternativos, con la consiguiente reducción en el consumo de combustibles fósiles y , por lo tanto, reduce considerablemente las emisiones de CO2 a la atmósfera. El Oxy-fuel usa oxígeno puro para quemar el combustible en lugar de usar aire como se ve en el proceso convencional, que solo contiene el 21% del oxígeno y una gran cantidad de nitrógeno. Como resultado, se obtiene un gas mixto que consiste esencialmente en vapor de agua y CO2Para este caso el vapor de agua puede separarse fácilmente del CO2 mediante el enfriamiento y la comprensión del flujo de gas. Sin embargo, al requerir una separación previa de oxígeno y aire, este proceso es bastante complicado. El oxicombustible, debido a sus características, requiere menos combustible para generar altas temperaturas, por lo tanto, obtiene un mayor gasto de energía que la combustión con el aire del medio ambiente.

La combustión tradicional: Se produce cuando reacciona el oxígeno con otros gases y un combustible (21% O2, 78 % N2, 1% AR en volumen) dado a la combustión del aire. De esta combustión se producen otros gases residuales que son altamente contaminantes para el medio y muy nocivos para la salud de los seres vivos, CO2, SO2, NO2, .

2- Desde el punto de vista de las emisiones contaminantes. ¿qué diferencias se observan en ambos procesos? ¿Cuáles serían las consecuencias sobre la salud y el entorno como resultado de dichas emisiones?

Principalmente la diferencia en estos dos procesos de combustión es la cantidad de oxigeno presente en dicha reacción. En la oxicombustión podemos ver una concentración y utilización mayor de oxigeno lo cual permite captar más moléculas de CO2, mientras que en la combustión del aire presente en el medio ambiente (21% de oxígeno) , Sin embargo, la captura de CO2 es menor, también puede producir una mayor concentración de monóxidos de carbono, gases tóxicos en altas concentraciones y exposición, un mayor aumento de óxido nitroso, siendo este un gas muy perjudicial para el ecosistema en general.

Oxi-Combustión. Este proceso genera CO2 Y H2O, provocando una salida de gas con concentraciones muy elevadas de CO2 Y poco S, como resultado de la separación.

Combustión. Como producto de la combustión con el aire, podemos obtener de dicha combustión, los siguientes productos gaseosos: 

CO Monóxido de Carbono.



CO2 Dióxido de Carbono.



SO2 Óxido de Azufre.



NO3 Óxido Nítrico.



NOX Óxido de Nitrógeno.



H2SO4 Ácido Sulfúrico.



HNO3 Ácido Nítrico.

A continuación, se enumera las consecuencias que generan estos gases en el ecosistema en general ya sea para la salud del ser humano como para el medo ambiente: CO Monóxido de Carbono. Este gas representa una gran amenaza para la salud debido a su capacidad de reaccionar con la hemoglobina en la sangre en competencia con el oxígeno (tiene aproximadamente 240 veces más afinidades por la hemoglobina que el O2), formando carboxihemoglobina, lo que reduce la capacidad de la sangre para el transporte de oxígeno. desde los pulmones hasta los tejidos.

Concentracion de CO en el mundo.

El monóxido de carbono es poco soluble en agua. La rápida disminución de la presión del gas a presión genera mezclas explosivas en la superficie del agua. En Alemania, el monóxido de carbono está clasificado entre las sustancias de riesgo 0 para el agua. Su efecto sobre los peces es tóxico. El monóxido de carbono es aproximadamente tan denso como el aire. Entra en la atmósfera con los gases de escape de los vehículos y se oxida rápidamente para formar dióxido de carbono. Esta sustancia constituye una amenaza especial debido a su amplia dispersión y su extrema toxicidad para humanos y animales. Es por eso que se debe prestar especial atención a la concentración de CO en el aire en áreas donde se forma smog. En suelos no saturados con oxígeno, se ha encontrado una mayor concentración de dióxido de carbono, como resultado de la oxidación del monóxido de carbono. El CO acelera la oxidación de NO para formar NO2. Aproximadamente 80 t de CO / km2 son descompuestas por bacterias del suelo cada año

CO2 Dióxido de Carbono.

El efecto invernadero. El CO2 contribuye a contaminar el aire en su papel en lo que se conoce como efecto invernadero. El CO2 atrapa la radiación a nivel del suelo. Esta capa atmosférica evita la caída nocturna de las temperaturas. El resultado es un calentamiento de las aguas oceánicas. El cambio climático es otro efecto del CO2 sobre la contaminación del aire. La temperatura de la superficie de la Tierra ha aumentado en los últimos 100 años, debido a los estudios realizados por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA). Los

científicos creen que la contaminación del gas en cuestión es el primer culpable de una situación tan grave. El CO2 también contribuye al efecto ambiental que se llama lluvia ácida. Las emisiones que se desprenden de la quema de combustibles fósiles de las centrales eléctricas se combinan con la humedad del aire. La respuesta es una precipitación con un alto contenido de ácido. El resultado de una lluvia tan preocupante no es otro que varios daños físicos a los árboles y otros miembros de la vida vegetal. La precipitación ácida conduce a la contaminación del agua y el suelo. El impacto en la salud humana. Las emisiones de CO2 afectan nuestra salud al desplazar el oxígeno en la atmósfera. La respiración se vuelve difícil a medida que aumentan los niveles de dióxido de carbono. En áreas cerradas, los niveles altos de CO2 pueden conducir a problemas de salud como dolores de cabeza severos.

SO2 Óxido de Azufre.

El CO2 también contribuye al efecto ambiental que se llama lluvia ácida. Las emisiones que se desprenden de la quema de combustibles fósiles de las centrales eléctricas se combinan con la humedad del aire. La respuesta es una precipitación con un alto contenido de ácido. El resultado de una lluvia tan preocupante no es otro que varios daños físicos a los árboles y otros miembros de la vida vegetal. La precipitación ácida conduce a la contaminación del agua y el suelo. Las emisiones de CO2 afectan nuestra salud al desplazar el oxígeno en la atmósfera. La respiración se vuelve difícil a medida que aumentan los niveles de dióxido de carbono. En áreas cerradas, los niveles altos de CO2 pueden conducir a problemas de salud como dolores de cabeza severos.

NO3 Óxido Nítrico.

Efectos secundarios sobre la salud Problemas estomacales: en algunos casos, el uso de estos suplementos aumentará la actividad digestiva, lo que puede provocar hinchazón, calambres, náuseas o un aumento en el número de deposiciones. Electrolitos: ya que el uso de óxido nítrico puede cambiar la composición general de la química del cuerpo, también puede afectar los niveles de electrolitos, lo que podría afectar la función del sistema nervioso y la presión arterial. Presión arterial baja: Tomar suplementos de esta molécula (o los precursores de aminoácidos) puede provocar una caída peligrosa en la presión sanguínea, debido a los efectos vasodilatadores del óxido nítrico una vez que se ha creado dentro del cuerpo. En el medio ambiente es el Principal componente de la lluvia acida. Produce ozono y smog en el aire que respiramos.

H2SO4 Ácido Sulfúrico.

El ácido sulfúrico es un compuesto altamente reactivo y corrosivo que daña las plantas y los animales que entran en contacto con él. Según el Departamento de Sostenibilidad del Gobierno de Australia, es el producto químico industrial de mayor volumen en el mundo. Se utiliza en la fabricación de explosivos, colorantes, pegamentos, fertilizantes de fosfato y baterías automotrices.

El ácido sulfúrico es soluble en agua y alcohol etílico y puede causar incendios si entra en contacto con otros materiales combustibles.

Problemas en el agua El ácido sulfúrico se mezcla con el agua y causa problemas para el medio ambiente, ya que elimina la vida vegetal. Si los organismos silvestres consumen estas aguas ácidas, pueden sufrir enfermedades o incluso morir, en algunos casos. En general, el ácido se mezcla con el agua debido al desecho inadecuado de esta sustancia, pero también puede se transmite por el aire que proviene de las fábricas. Este aire con ácido sulfúrico lo pueden inhalar los animales y los seres humanos, y puede generar el desarrollo de lluvia ácida si lo absorben las nubes de lluvia.

Contacto con la piel La naturaleza corrosiva del ácido sulfúrico causa irritación y quemaduras en la piel. Según la cantidad de ácido al que se exponga la piel, las quemaduras pueden alcanzar el tercer grado de gravedad. La exposición prolongada produce dermatitis o descamación constante e irritación de la piel. Las quemaduras generan otras infecciones, ya que la piel es la primera defensa contra las bacterias y los virus.

Ingesta e inhalación La ingesta de ácido sulfúrico quema el esófago, la boca y el estómago. Grandes cantidades de esta sustancia pueden causar la muerte, ya que el ácido quema el estómago y genera un ambiente peligroso para el resto de tus órganos. La inhalación de ácido sulfúrico tiene un efecto similar en la nariz, la garganta y los pulmones. Puede matar a las células pulmonares y dificultar la respiración y la profusión adecuada del oxígeno por el cuerpo. Si el daño es extenso, es posible que cause la muerte.

Exposición prolongada La exposición prolongada al ácido sulfúrico aumenta el riesgo de sufrir cáncer. Dado que los niveles bajos de ácido sulfúrico no se consideran peligrosos y no causan ardor o irritación de la piel, es posible que no sepas que estás expuesto a esa sustancia. Cuando trabajes con fertilizantes con fosfato u otros materiales que contienen ácido sulfúrico, debes utilizar protección adecuada, como una mascarilla y guantes de látex.

3- El funcionamiento de una planta de oxicombustión supone que su rendimiento sea de tan solo el 21 % en comparación con el de una central térmica convencional, que maneja rendimientos del 35 %. ¿A qué cree que pueda deberse este hecho? ¿Cree que sería complicado acoplar este sistema a instalaciones ya existentes?

LA DEMANDA ENERGETICA ronda en un 15% del total de la egregia que produce una industria para completar el proceso de separación del oxígeno y el nitrógeno, lo mismo ocurre en porcentajes similares para lograr comprimir el CO2 resultante, para ser aprovechado a posteriori. Ambos procesos pueden llegar a demandar gasta un 30% de la energía total de operaciones de una planta. Para compatibilizar las centrales térmicas necesarias para el proceso, tenemos que hacer algunas remodelaciones ya que las temperaturas de trabajo rondan en los 3000° C, en las cámaras de combustión, España es pionera en esta tecnología experimental, seguida de Alemania y Australia, esperando que en un futuro se logre optimizar esta tecnología y se haga una realidad la capturar del dióxido de carbono para nuestro beneficio y del medio ambiente en general.

En el proceso se genera agua y nitrógeno, ambos compuestos se reutilizan para usos diversos como lo es el riego, enfriamiento, etc

4- Existen otras dos propuestas principalmente para la captura del CO2, como la poscombustión y la pre-combustión. Haga una breve descripción de cada una de ellas y señale las diferencias con la oxi-combustion. ¿Qué aplicaciones podría tener el CO2 comprimido?

Existen otras tecnologías además de la oxicombustión, para la captura de CO2. dentro de las más importantes podemos mencionar La pre-combustión y la post-combustión Existen varias opciones tecnológicas para capturar CO2. En uno de ellos, el carbón se puede quemar como carbón pulverizado de la manera convencional y luego el CO2 se extrae mediante tecnologías de absorción (es la llamada captura posterior a la combustión). Además, el CO2 previo a la combustión puede capturarse generando hidrógeno después del proceso de gasificación, pero antes de la combustión. Una tercera posibilidad es obtenerlo ya concentrado, utilizando oxígeno puro en lugar de aire en la combustión, con lo cual el flujo de gas tiene una concentración de CO2 superior al 95 por ciento (es el proceso llamado oxicombustible). En la captura posterior a la combustión, se usa un disolvente químico (se destacan las aminas y el amoníaco), que se pone en contacto con la corriente de gases de escape de la combustión. Este líquido absorbente reacciona con el CO2 y lo separa de la corriente. La reacción inversa ocurre en otro reactor, es decir, el CO2 ya concentrado se libera, de modo que el absorbente está nuevamente disponible para reaccionar nuevamente con el CO2. Los principales inconvenientes de este método se derivan de las condiciones de la corriente de gases de escape, ya que tener un gran volumen, baja presión y la presencia de impurezas y contaminantes, requiere una gran inversión económica en grandes

equipos. Por otro lado, la baja concentración de CO2 en estos gases hace que el uso de sistemas de separación altamente eficientes sea esencial, por lo que el requerimiento de energía es alto.

La captura previa a la combustión consiste en convertir el combustible, a través de la gasificación, en monóxido de carbono e hidrógeno, y luego llevar a cabo la reacción gasagua (o reacción de cambio) para transformar el CO en CO2, que puede separarse mediante diversas tecnologías disponibles, antes de la producción de electricidad. Este método de captura permite la producción de combustible libre de carbono (hidrógeno) para su uso en calderas, turbinas, celdas de combustible, etc. Además, a priori, este método tiene varias ventajas sobre la postcombustión, como la separación del CO2 de un volumen menor. corriente de gas, a mayor presión y con mayor concentración de CO2. En contraste, la etapa de procesamiento de combustible es su mayor inconveniente. Estas dos tecnologías difieren del oxicombustible en la captura de CO2 de la siguiente manera: en la postcombustión y en la precombustión, la captura es equivalente al 80 al 90%, mientras que en el oxicombustible es alrededor del 90%

El uso industrial del CO2 está representado en la producción de urea para la producción de fertilizantes, además de otros usos como en horticultura, refrigeración, envasado de alimentos, soldadura, bebidas y dispositivos de extinción.

5- A pesar de estos bajos rendimientos. ¿Cree que esta tecnología podría tener futuro con el actual coste de producción de CO2? ¿Qué medidas podría adoptarse a nivel gubernamental, técnico, etc. Para incentivar esta tecnología.?

Para poder aprovechar este CO2 en los alimentos, debe purificarse de antemano, más aún si proviene de una planta de energía térmica. A pesar de actuar como un contaminante que altera el clima en la atmósfera, el dióxido de carbono no es tóxico, pero sí lo son otros gases de una planta térmica que deberían separarse. Su uso no plantea ningún problema de salud. Entre las aplicaciones con el mayor potencial, el tratamiento de aguas residuales o aguas recreativas se destaca por reducir su pH, lo que permite reducir el uso de compuestos clorados. También se está investigando su uso biológico para la producción industrial de microalgas con las que posteriormente se fabricará biocombustible. Este sistema imita la naturaleza, en el cual estos organismos fotosintéticos usan energía solar para convertir CO2 y agua en biomasa. Además, esta molécula formada por un átomo de carbono unido a dos oxígenos también se puede utilizar para producir otras sustancias químicas, como urea, ácido acetilsalicílico (el ingrediente activo de la aspirina), metanol, carbonatos cíclicos, policarbonatos... En general, el uso de dióxido de carbono en estas aplicaciones es aún pequeño en comparación con la reducción gigantesca en las emisiones de este gas que debe llevarse a cabo en las próximas décadas (se habla de 80% para 2050). Como se especifica en el libro, la acción humana en el planeta emite aproximadamente 25 gigatoneladas métricas de CO2 cada año, y la industria en su conjunto utiliza alrededor de 130 millones de toneladas de este gas. Emite 200 veces más de lo que usa la industria

El gobierno debería incentivar a los científicos con diversos programas y economías para que se puedan realizar más investigaciones para ayudarnos a capturar y encontrar un nuevo trabajo para el CO2 capturado.

BIBLIOGRAFIA

https://www.larioja.org/medio-ambiente/es/calidad-aire-cambio-climatico/calidadaire/evolucion-principales-contaminantes/monoxido-carbono https://www.ecologiaverde.com/el-impacto-medioambiental-del-dioxido-de-carbono-1334.html https://contaminacion.online/dioxido-de-carbono/ https://www.remediospopulares.com/oxido-nitrico-beneficios-efectos-secundarios.html https://www.portalsalud.com/cuales-son-los-peligros-del-aislamiento-con-fibra-devidrio_13092770/ www.fundacionenergia.es/pdfs/Carbón%20Futuro/Capítulo%206.1.pdf www.scielo.org.co/pdf/racefn/v36n138/v36n138a10.pdf

http://oa.upm.es/5097/2/INVE_MEM_2009_65690.pdf