Desorción Térmica

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACUL ACU LTAD DE INGENIER INGE NIERÍA ÍA CARRERA DE INGENIERÍA PETROLERA

CONTROL AMBIENTAL (PET – 233)

DESORCIÓN TÉRMICA Univ. Univ. Irian Letiia C!"#$e%$ana &"!re' Univ. Car"a Nin!'a C!n!ri Ra*!' Univ. An+e"a C,ntia -e*i! a"i"e!

ESTUDIANTES:

DOCENTE: In+. FECHA:

-i**, $i""en

/01/212/

LA PA41 BOLI5IA

DESORCIÓN TÉRMICA 1. DEFIN EFINIICIÓN CIÓN

Desorción Térmica (PET – 233)

Control Ambiental

La Agencia de Protección Medioambiental de Estados Unidos (United States Environmental Protection Agency, U.S. EPA), define desorción térmica de la sigiente forma! "La desorción térmica es n #roceso $e #ede sar n intercambio de calor indirecto o bien directo #ara calentar los contaminantes org%nicos a na tem#eratra sficientemente alta #ara volatili&arlos y as' se#ararlos del medio sólido contaminado. El aire, n gas de combstión o n gas inerte son sados como medio de transferencia #or los com#onentes va#ori&ados. Los sistemas de desorción térmica son #rocesos de se#aración f'sica $e transfieren contaminantes desde na fase a otra. o est%n diseados #ara #ro#orcionar altos niveles de destrcción de org%nicos, an$e las altas tem#eratras de algnos sistemas dar%n lgar a o*idaciones locali&adas o #irolisis. La desorción térmica no es na incineración, donde la destrcción de contaminantes org%nicos no es n resltado deseado. Las tem#eratras del lec+o alcan&adas y los tiem#os de residencia sados #or los sistemas de desorción térmica van a volatili&ar los contaminantes deseados, #ero normalmente no o*idarlos ni destrirlos. La eficiencia del sistema es normalmente medida #or com#aración de los niveles de contaminantes en los sólidos no tratados con los niveles corres#ondientes en los sólidos tratados. El medio contaminante es normalmente calentado de - a -/ 01, seg2n el sistema de desorción térmica elegido.3

1 Ingeniería Petrolera


1.1.

Control Ambiental

COMPONENTES.

El tratamiento #ede reali&arse "on site3, en #lanta móvil,  "off site3, en centro de tratamiento es#eciali&ado. 4abitalmente se desarrolla na fase inicial de mani#lación del material antes de s entrada a la nidad de desorción. 5es#és de ser tratadas, las tierras son enfiadas y ya a#tas #ara s retili&ación en rellenos. La corriente gaseosa es tratada mediante o*idación, filtración o combstión.

1.2.

APLICACIONES.

Eliminación de com#estos vol%tiles y semivol%tiles.



1.3.

Control Ambiental

VENTAJAS.

La #rinci#al venta6a de tratamiento térmico es s elevada eficacia y ra#ide&. A l ve&, es a#licables a n am#lio rango de concentraciones desde my im#ortantes a ba6as.

1.4.

LIMITACIONES.

Esta tecnolg'a no es a#licable a selos con metales ni con alto contenido en arcillas y limos. Por otra #arte, na e*cesiva +medad o la #resencia de na contamincaión #oco vol%til amentar% los costes energéticos.

2. SISTEMA DE TRATAMIENTO PRELIMINAR Y MOVIMIENTO DE MATERIALES. El tratamiento #reliminar de materiales contaminados consiste en #asarlos #or na criba #ara entresacar terrenos grandes y materia e*traa. Si el material contaminado est% my +2medo o tiene na concentración elevada de contaminantes, tal ve& sea necesario me&clarlo con arena o secarlo #ara $e se convierta en na masa m%s niforme $e #eda tratarse con el e$i#o de desorción.

2.1.

PERFIL DE LA DESORCIÓN TÉRMICA

•

Se calienta la tierra a na tem#eratra relativamente ba6a #ara va#ori&ar los

•

contaminantes y e*traerlos. Es smamente efica& #ara el tratamiento de com#estos org%nicos vol%tiles y semivol%tiles, otros contaminantes org%nicos, como bifenilos #oliclorados,

•

+idrocarbros #oliarom%ticos y #lagicidas. Sirve #ara se#arar contaminantes org%nicos de desec+os de refiner'as, desec+os de al$itr%n de +lla, desec+os del tratamiento de la madera y desec+os de #intras.



Control Ambiental

.

FUENTE: Guía !" C#uaa$% Pa&a La D!'%&(#)$ T*&+#(a. Agencia de Protección Ambiental (EPA).

3. CASOS EN LOS ,UE SE APLICA LA DESORCIÓN TÉRMICA La desorción térmica es efica& #ara se#arar materia org%nica de desec+os de refiner'as, desec+os de al$itr%n de +lla, desec+os del tratamiento de la madera y desec+os de #intras. Pede se#arar solventes, #lagicidas, bifenilos #oliclorados, dio*inas y fel7oil de tierra contaminada. El e$i#o #ede tratar toneladas de tierra contaminada #or +ora. Por 2ltimo, como traba6a a tem#eratras m%s ba6as, consme menos combstible $e el e$i#o tili&ado #ara otros tratamientos.

SI

NO •

1al$ier com#esto org%nico m%s vol%til $e

•

1om#estos

$e

no

sean

com#atibles con n :1 est%ndar o $e re$ieran n cidado es#ecial

•

(b#8 -9 1) y $e #eda

drante el an%lisis #or :1. P. e6.

anali&arse f%cilmente #or 1:.

;nyección

El adsorbente o matri& $e

colmna fr'a.


en

dentro

de

na


Control Ambiental

contiene los analitos debe ser com#atible

con

las

altas

•

Metano.

•

1om#estos menos vol%tiles $e

tem#eratras re$eridas.

(o vol%tiles).

Los com#estos org%nicos $e se #edan encontrar en fase va#or a tem#eratra ambiente en aire t'#icamente alcan&an tamaos +asta

.

•

La

mayor'a

de

los

gases

inorg%nicos (#ermanentes) 7 ,

,

,

,

,

etc. sin embargo +ay, e*ce#ciones $e inclyen y

,

,

$e fncionan bien

en desorción térmica.

4. EFECTIVIDAD DEL PROCESO La desorción térmica no se #ede a#licar a la mayor'a de los metales, an$e con esta técnica se #ede e*traer mercrio. Los dem%s metales #ermanecen en la tierra tratada, en cyo caso +ay $e volver a tratarla, o se va#ori&an, y entonces #eden com#licar el tratamiento de los eflentes gaseosos. Es necesario determinar la #resencia de metales y s destino antes de tratar la tierra. La desorción térmica no es igalmente eficiente en el tratamiento de todos los ti#os de selos. Si la tierra est% +2meda, el aga se eva#orar% 6nto con los contaminantes. 5ebido a la sstancia adicional (aga) $e se eva#ora, se necesita m%s combstible #ara va#ori&ar todos los contaminantes de la tierra +2meda. Los selos con alto contenido de limo y arcilla también son m%s dif'ciles de tratar con la desorción térmica. 1ando el limo y la arcilla se calientan, emiten #olvo, $e  Ingeniería Petrolera


Control Ambiental

#ede #ertrbar el e$i#o #ara emisiones $e se sa #ara tratar los contaminantes va#ori&ados. Adem%s, si el selo es my com#acto, el calor a mendo no llega a entrar en contacto con todos los contaminantes, de modo $e es dif'cil $e se va#oricen. Por 2ltimo, la desorción térmica no ser'a na bena o#ción #ara tratar contaminantes tales como metales #esados, $e no se se#aran f%cilmente de la tierra, y %cidos fertes, $e #eden corroer el e$i#o tili&ado #ara el tratamiento.

-. PROCESOS DE DESORCIÓN -.1 DESORCIÓN TÉRMICA DE AJA TEMPERATURA /DTT0 La tem#eratr de traba6o se encentra entre < y =>91, la cal es a#ta #ara vlatili&ar los com#estos org%nios no +alogenados, combstibles y ciertos semi vol%tiles, cando estos se encentran #resentes en la tierra a ser tratada. 1oncretamente con la desorcion termica de ?a6a @em#eratrala tierra retiene ss #ro#iedades fisicas y ss com#onentes org%nicos, lo $e #ermite $e conserve s ca#acidad #ara s#ortar ftra actividad biológica sin el agregado de com#onentes $e la me6ore.

-.2 DESORCIÓN TÉRMICA DE ALTA TEMPERATURA /DTAT0 La tem#eratra de traba6o se encentra entre => 91 y - 91. Peden ser tratadas todas las sstancias ya descritas, inclidas 4idrocarbros Arom%ticos Polic'clicos (PA4) como el Antraceno, ?en&o#ireno, aftaceno, Benantreno, etc, ademas de P1?s, Pesticdas y metales #esados vol%tiles omo Mercrio (4:). La tecnolog'a +a demostrado $e #ede #rdcir n nivel final de conentración de contaminantes #or deba6o de - mgCDg #ara los contaminantes de riesgo identificados. Los contaminantes ob6etivo de altas tem#eratras son! ! Ingeniería Petrolera


7

1Fs,

7

4idrocarbros arom%ticos,

7

P1?s,

7

Pesticidas.

Control Ambiental

Los metales vol%tiles #eden ser removidos (#lmo, 1admio y Mercrio). La #resencia de cloro #ede afectar la volatili&ación de algnos metales, como el #lomo. El #roceso es a#licable #ara la se#aración de com#estos org%nicos #rovenientes de residos de! 7

Gefiner'a,

7

Gesidos de al$itr%n de +lla,

7

4idrocarbros,

7

1ontaminación mi*ta (residos de radiactivos y #eligrosos),

7

Gesidos de cac+o sintético, #esticidas y residos de #intra

. SISTEMAS DE DESORCIÓN TÉRMICA @odas las tecnolog'as de desorción térmica se basan en dos #asos fndamentales! ()

1alentamiento del material contaminado #ara volatili&ar los contaminantes

org%nicos. (>)

@ratamiento de la corriente de gas #rodcida #ara #revenir las emisiones de

los contaminantes volatili&ados a la atmósfera.

" Ingeniería Petrolera


Control Ambiental

Los sistemas se diferencian nos de otros en los métodos sados #ara transferir calor a los materiales contaminados, y #or los sistemas de tratamiento de gases sados #ara tratar los gases de salida. El calor #ede ser a#licado directamente #or radiación desde na llama de combstión yCo #or convección a #artir del contacto directo con los gases de combstión. Los sistemas $e em#lean estos ti#os de transferencia de calor se denominan sistemas de desorción térmica de contacto directo o de calentamiento directo. El calor también #ede ser a#licado indirectamente mediante transferencia de calor desde na fente (#or e6em#lo aceite caliente) a través de na barrera f'sica, como na #ared de acero, $e se#ara la fente de calor de los materiales contaminados. Los sistemas $e em#lean este ti#o de transferencia de calor se denominan sistemas de desorción térmica de contacto indirecto o de calentamiento indirecto.

.1.

SISTEMAS DE CONTACTO DIRECTO

Los sistemas de desorción térmica de contacto directo +an sido desarrollados en = eta#as a los largo de los aos, diferenciando as' los sistemas de #rimera, los de segnda y los de tercera generación. Los sistemas de desorción térmica de contacto directo de #rimera generación em#lean, como #rinci#ales elementos de #roceso, n desorbedor  +orno rotatorio, n filtro de magas y n #ost7$emador (en esta secencia). Estos sistemas son my económicos, tanto en inversión como en o#eración, #ero est%n limitados en $e son 2tiles solo #ara contaminantes no clorados de ba6o #nto de ebllición (#or deba6o de a#ro*imadamente > a =- 01). En la figra se mestra n #roceso es$em%tico de n sistema de desorción térmica de contacto directo de #rimera generación. 5ebido a la locali&ación del filtro de mangas, el sistema no es ca#a& de mani#lar org%nicos de alto #nto de ebllición as' como com#onentes de alto #eso moleclar $e #edan condensar e incrementar la #érdida de #resión a través del filtro.

# Ingeniería Petrolera


Control Ambiental

Los sistemas de desorción térmica de contacto directo de segnda generación +an sido desarrollados #ara contaminantes no clorados de alto #nto de ebllición (#or encima de =- 01). Estos sistemas em#lean, como #rinci#ales elementos de #roceso, n desorbedor rotatorio, n #ost7$emador, n enfriador de gases y n filtro de magas (en esta secencia). En la figra -7> se mestra n #roceso es$em%tico del sistema. Este sistema #ede tratar org%nicos de alto #nto de ebllición ya $e el desorbedor #ede calentar los materiales contaminados a altas tem#eratras sin daar al filtro. El sitar el filtro de mangas al final del tren de tratamiento #ermite eliminar las #art'clas de la corriente de gas de salida mientras se mantiene el rango de tem#eratras de la corriente gaseosa en > H >= 01. Adem%s, los com#estos org%nicos volatili&ados se destryen en el #ost7 $emador, de este modo se eliminan los org%nicos #otencialmente condensables o de mayor #eso moleclar en el filtro. Estos sistemas de desorción térmica son normalmente ca#aces de calentar el resido tratado en n rango de tem#eratras de a#ro*imadamente > a -- 01. Estos sistemas #eden tratar materiales contaminados con aceites #esados, #ero a2n est%n limitados a com#onentes no clorados ya $e no tienen los medios #ara controlar las emisiones de %cido clor+'drico $e resltan de la combstión de com#estos clorados.

$ Ingeniería Petrolera


Control Ambiental

Los sistemas de desorción térmica de contacto directo de tercera generación se san #ara el tratamiento de contaminantes clorados de alto #nto de ebllición. Los materiales son normalmente calentados en n rango de tem#eratras de > a - 01 en n desorbedor rotatorio y el gas de salida se o*ida #osteriormente en n #ost7$emador a tem#eratras en el rango de I H

.2.

Control Ambiental

SISTEMAS DE CONTACTO INDIRECTO

Los sistemas de desorción térmica de contacto indirecto #eden llegar a tener diferentes ti#os de diseos. Uno de ellos sa n desorbedor rotatorio de doble carcasa, con varios $emadores montados en el es#acio anlar entre las dos carcasas. Los $emadores calientan la #arte e*terior de la carcasa interior $e contiene al sólido contaminado a medida $e gira. Ka $e ningna de las llamas de los $emadores ni los gases de combstión entran en contacto con los materiales contaminados ni con el gas de salida #rodcido, el sistema de desorción térmica se considera de calentamiento indirecto. 1omo resltado, los #rodctos de combstión #ede ser descargados directamente a la atmósfera, siem#re y cando se se n combstible "lim#io3 como el gas natral o el #ro#ano. Al igal $e en el desorbedor rotatorio corres#ondiente a la desorción térmica de contacto directo, la acción rotante de la carcasa interior rom#e en #e$eos #eda&os el material, lo cal me6ora la transferencia de calor y #rovoca $e el selo se meva lateralmente a lo largo del %nglo de #endiente negativa del e$i#o. En la nidad, la tem#eratra del gas de salida del #roceso est% limitada a cerca de >= 01, ya $e este #asa #or el filtro de mangas a la salida del secador rotatorio. 11 Ingeniería Petrolera


Control Ambiental

El sistema de tratamiento de gases sado en este sistema em#lea la condensación y métodos de se#aración de agaCaceite #ara eliminar los contaminantes de la corriente gaseosa de salida y de las corrientes residales. Por tanto, los contaminantes l'$idos concentrados eliminados del sistema necesitan #osteriores #rocesos, bien en "on7site3 o en "off7site3, #ara lograr la transformación de estos en constityentes no #eligrosos. En la figra -7/ se mestra es$ema de este #roceso de desorción térmica de contacto indirecto con desorbedor rotatorio de doble carcasa.

En este sistema de desorción térmica, en na #rimera eta#a los contaminantes son desorbidos, es decir, se#arados del material a na tem#eratra relativamente ba6a. En na segnda eta#a son condensados en na forma l'$ida concentrada conveniente #ara el trans#orte +acia na #lanta "tradicional3 de tratamiento o na instalación de eliminación, como #or e6em#lo n incinerador comercial. En este ti#o de sistemas de desorción térmica los contaminantes no son destridos v'a o*idación térmica, en lgar de eso son se#arados de la masa de material #ara ser sometidos a #osteriores #rocesos en otro lgar. Este ti#o de #rocesos de desorción térmica redcen el volmen de contaminantes $e se re$iere #ara n #osterior tratamiento. 12 Ingeniería Petrolera


Control Ambiental

. DIAGRAMA GENERALIADO DE FLUJO DE PROCESOS. En ss formas m%s genéricas, los #rocesos de desorción térmica #eden ser re#resentados es$em%ticamente de la sigiente forma !

En este diagrama la visión de la desorción térmica es n #roceso de se#aración drante el cal los contaminantes org%nicos (y algnas veces lo contaminantes inorg%nicos, an$e éste no sea el caso) son se#arados del material contaminado. Los sólidos tratados est%n libres de contenido org%nico, n +ec+o $e debe ser considerado si el selo va a ser re#esto y reforestado, ya $e el contenido org%nico es necesario #ara mantener la vegetación, #or tanto el resido tratado debe estar modificado con ntrientes org%nicos. ormalmente, sin embargo, el resido tratado ser% rellenado y com#actado #ara evitar la erosión, y des#és cbierto con nos - cm de tierra #ara so#ortar el crecimiento de la +ierba. Adem%s, an$e no este indicado en el es$ema, los materiales tratados #or desorción térmica #eden re$erir n #osterior tratamiento #ara la fi6ación de inorg%nicos, si los niveles de li*iviados est%n #or encima de lo #ermitido #ara reali&ar n relleno directo. Esto se determina mediante el denomiando 13 Ingeniería Petrolera


Control Ambiental

"Procedimiento de Li*iviación 1aracter'stico de @o*icidad3 (@1LP, del inglés @o*icity 1+aracteristic Leac+ing Procedre). El gas de #roceso de salida de la fase de desorción térmica contiene #r%cticamente todos los contaminantes org%nicos. La selección del sistema de tratamiento de gases de#ende de la natrale&a y concentración de los contaminantes en fase gaseosa, los l'mites de emisión #ara estos contaminantes ($e est%n reglados), los niveles de #art'clas #ermitidos en la descarga final a la atmósfera y los costes. A#arte del sistema de desorción térmica em#leado, el grado con el cal la desorción térmica de la corriente de selo contaminado de entrada ser% o no e*itosa de#ender% en gran medida de la tem#eratra con la cal es calentada, la caracter'sticas geotécnicas de los residos (#or e6em#lo, es m%s f%cil desorber contaminantes de materiales de grano greso $e de materiales de grano fino, como son los limos y las arcillas), los contaminantes es#ec'ficos y ss grados de afinidad con el selo y las #art'clas de sedimento, y la cantidad de +medad. Los sistemas de tratamiento térmico son efectivos si drante todo el #roceso se satisface el tiem#o de residencia adecado, la tem#eratra, y la trblencia. El tiem#o de residencia est% relacionado con la ca#acidad de tratamiento. Las ca#acidad se a6sta #ara ada#tarse a los re$erimientos del sistema, #or e6em#lo, #ara n sistema con desorbedor rotatorio el tiem#o de residencia var'a normalmente de - a  min. 1anto mayor sea el tiem#o de residencia necesario, menor es la ca#acidad y #or tanto mayor el coste de la nidad de tratamiento. Por tanto, +ay na motivación im#ortante #ara o#timi&ar el tiem#o de residencia. Para n desorbedor rotatorio, las dos variables de o#eración $e controlan el tiem#o de residencia son la velocidad y la #endiente, mientras $e la dimensiones f'sicas del e$i#amiento y la configración interna son factores fi6os $e también lo afectan. La tem#eratra se refiere a la cal la matri& de selo contaminado es calentada. sta generalmente es m%s ba6a $e la tem#eratra de la fase gas en n 14 Ingeniería Petrolera


Control Ambiental

desorbedor rotatorio ya $e el calor es transferido desde el gas de combstión del $emador a*iliar al material sólido. El fl6o en isocorriente (es decir, $e el $emador o $emadores son montados en la misma dirección de alimentación del selo contaminado) es com2n ya $e de esta forma la transferencia de calor es m%s eficiente. La efectividad del #roceso de tratamiento de#ende #rinci#almente de la tem#eratra con la cal el selo es calentado. En todos los ti#os de nidades de desorción térmica, sin embargo, el combstible (como #or e6em#lo, gas natral, gas #ro#ano, fel7oil, etc) es sado #ara calentar el selo y, debido a $e el coste del combstible es no los costes o#eracionales m%s im#ortantes, el "sobrecalentamiento3 del material sólido #ede resltar costoso. La trblencia se alcan&a mediante la me&cla y el levantado del material sólido #ara asegrarse de $e todas las #art'clas son calentadas lo m%s niformemente #osible. La trblencia redce la #osibilidad de $e algnos gr#os de materiales ato7aislados #edan evitar n calentamiento sficiente #ara alcan&ar la tem#eratra necesaria #ara ser desorbidos. Algnos desorbedores térmicos de alta tem#eratra #eden necesitar na ca#a interior de material refractario #ara so#ortar las altas tem#eratras, lo cal com#lica #osteriormente el diseo y la modificación de la #arte interna destinada a alcan&ar na adecada trblencia. Adem%s de las consideraciones o#eracionales de tiem#o de residencia, tem#eratra y trblencia necesaria #ara alcan&ar n tratamiento térmico efectivo, na adecada #re#aración de la alimentación es my im#ortante. La mayor'a de las corrientes de alimentación no son +omogéneas con res#ecto a la concentración de contaminantes, el contenido en +medad, concentración en +alógenos, tamao de #art'clas, tro&os de escombros, inorg%nicos, y otros factores $e inflyen en el +ec+o de $e el #roceso térmico se #rod&ca eficientemente y de forma adecada. Las grandes #ie&as de escombros de los cantos rodados (normalmente mayores de - cm) deben ser removidas en los #rocesos de #retratamiento. Peden ser descontaminadas manalmente 1 Ingeniería Petrolera


Control Ambiental

(mediante va#or o lavado con aga a alta #resión) o tritradas y #rocesadas gradalmente a través de n sistema de desorción térmica. La tasa de selo +omogéneo va a redcir la #robabilidad de #roblemas mec%nicos $e #eden incrementar en gran medida el coste del #royecto yCo el tiem#o de desarrollo re$erido.

. TECNOLOG5A APLICADA

FUENTE: En l'neaN. Emgrisa.

6. E,UIPO DE DESORCIÓN TÉRMICA. Se com#one de varios sbsistemas! 1! Ingeniería Petrolera


Control Ambiental

1. @ratamiento #reliminar (:rillado del #rodcto) y movimiento de carga del material a tratar.

2. 1%mara rotativa #ara 5esorción @érmica. 3. Se#aración gresa de material #articlado (1iclones). 4. E$i#o de #ost combstión de los vol%tiles (1%mara secndaria) -. E$i#o #ara el tratamiento y de#ración de los gases. . E$i#o #ara el monitoreo contino de los gases emitidos #or c+imeneas. . Sistema com#tari&ado #ara el registro de las variables de #roceso y generacion de arc+ivos on line e +istóricos.

1" Ingeniería Petrolera


Control Ambiental

. ILIOGRAF5A •

•

•

•

•

D!'%&(#)$ T*&+#(a. En l'neaN. Emgrisa. 5is#onible en! OOO.emgrisa.esCdesorcion7termicaC Guía !" C#uaa$% Pa&a La D!'%&(#)$ T*&+#(a (>, 5iciembre). EEUU! Agencia de Protección Ambiental (EPA), dis#onible en! OOO.e#a.govCs#erfndCsites I$7&%u((#)$ a "a D!'%&(#)$ T*&+#(a. En l'neaN. Agilent tec+nologies. Mar'n San Pedro, Ana (>). O87#+#9a(#)$ D! L%' T&a7a+#!$7%' D! D!'%&(#)$ T*&+#(a D! Su!"%' C%$7a+#$a%' P%& #&%(a&;u&%' D!&#
T&a7+#!$7% 8%& D!'%&(#)$ T*&+#(a. En l'neaN. Acodal. 5is#onible en! OOO.acoda.comCtratamiento#ordesorciontermica

1# Ingeniería Petrolera

Desorción Térmica

Recommend Documents