Los contaminantes atmosféricos generados en fuentes fijas de emisión, tales como plantas industriales, centrales eléctricas y plantas de refinería, consisten generalmente de óxidos de azufre (SOx) y de nitrógeno (NOx). Estos últimos provocan efectos negativos en la salud humana, además se transforman en lluvia ácida que contribuye a la desertificación de los suelos de cultivo y a la degradación de los monumentos por corrosión y, finalmente, contribuyen al abatimiento de la capa protectora de ozono en la estratosfera (Teorema, dic. 1995, pp. 32). Otros contaminantes detectados son el monóxido de carbono (CO), el dióxido de carbono (CO2), hidrocarburos (hc), cloro (Cl2), amoniaco (NH3) y partículas sólidas (PM).
En particular, algunos procesos de la refinación destacan por su grado de emisiones contaminantes, por ejemplo, el proceso de desintegración catalítica (FCC: Fluid Catalytic Cracking) y las plantas de recuperación de azufre (Proceso Claus). El primero representa el “corazón de la refinería”, y es un proceso que produce más del 50 por ciento de los combustibles (gasolinas) provenientes del petróleo (cuadro 1). La emisión de contaminantes se agrava debido a que la composición del petróleo crudo mexicano (tabla 1) tiende a tener fracciones moleculares más pesadas, con mayor contenido de azufre y nitrógeno (tabla 2), lo cual provoca retos mayores para su procesamiento.
Además, como esas fracciones son más viscosas, inducen corrosión en los ductos y en las instalaciones, debido a la formación de ácido sulfhídrico (H2S). También, el azufre presente en esas fracciones provoca el envenenamiento de los catalizadores utilizados en los procesos de refinación.
Los datos de la tabla 1 y del cuadro 1, permiten estimar la emisión potencial de una unidad de FCC capaz de procesar 50 mil barriles por día (B/d), de una fracción de gasóleo que contiene 3 por ciento de azufre en peso. Así, una planta FCC puede producir 11.7 toneladas de azufre elemental por día, es decir, 23.3 toneladas de dióxido de azufre (SO2) por día.
Estos gases son emitidos a la atmósfera si no hay un control adecuado dentro de las plantas de refinación de FCC, provocando un impacto ambiental negativo en términos de la salud de la población, los cultivos agrícolas y la degradación de los monumentos. Además, el alto contenido de nitrógeno (0.1 por ciento peso) provoca la formación de óxidos de nitrógeno (NOx), un agente contaminante que se transforma en ácido nítrico en presencia de humedad en la atmósfera, nuevamente formando lluvia ácida y un efecto adicional que consiste en la destrucción de la capa protectora de ozono de la estratosfera (hoyo de ozono), debido a la acción de los radicales libres NO (monóxido de nitrógeno) sobre la molécula O3 (ozono), produciendo NO2 (dióxido de nitrógeno) y O2 (oxígeno), eliminando así una molécula de O3.
El efecto negativo es la disminución de la concentración de ozono en la alta atmósfera, lo cual provoca que la radiación ultravioleta proveniente del sol penetre sin barreras hasta las capas bajas de la atmósfera, lo cual produce daños potenciales a los tejidos biológicos de los seres vivos, incluso a los humanos. Además, al depositarse en los ríos y lagunas, los compuestos de nitrógeno provocan el fenómeno de eutroficación, es decir, el crecimiento excesivo de algas y lirio acuático, los cuales pueden agotar las reservas de oxígeno de los cuerpos de agua, asfixiando a la flora y la fauna.
Una solución racional a esta problemática es la introducción de materiales porosos adsorbentes para atrapar a las especies químicas SOx y NOx dentro de las unidades FCC, a fin de evitar su emisión a la atmósfera.
Investigaciones recientes han demostrado que algunos materiales con estructura de espinela (figura 1) son capaces de capturar los gases de SO2, adsorbiendo a estas especies dentro de su estructura laminar, formando capas de sulfatos (SO3). Una porción importante de esos sulfatos permanece sobre la superficie de los materiales pero otra parte se distribuye por debajo de la superficie, hasta una profundidad de 0.02 a 0.025 micras. (200-250 Å), resistiendo incluso a la presencia de hidrógeno (H2) a 600oC.
El paso siguiente es extraer los compuestos azufrados con el fin de regenerarlos a alta temperatura en atmósfera de hidrógeno, recuperando el ácido sulfhídrico producido en esta reacción (S + H2 ‡ H2S), el cual se envía a través de ductos apropiados hacia las unidades del Proceso Claus. Este último es un proceso que transforma H2S en azufre elemental (sólido), el cual es recuperado, pero entre 10 y 6 por ciento es convertido a SO2 (dióxido de azufre) en el quemador de cola del Proceso Claus, emitiéndose a la atmósfera (gas de cola).
Un cálculo simple nos indica que una Planta Claus con capacidad de 100 toneladas por día (Ton/d) que recupera entre 90 y 94 por ciento del azufre, puede emitir a la atmósfera entre 12 y 18 Ton/d de SO2, debido principalmente a las limitaciones del proceso mismo, del catalizador y del estado y operación de las plantas actuales.
En este último caso, se ha demostrado que existen medidas técnicas correctivas para mejorar el estado de funcionamiento de las plantas Claus. Asimismo, en México se han desarrollado catalizadores excepcionales para este proceso y, finalmente, la adición de unidades de proceso (Súper Claus) al final del tren de reactores permitiría recuperar 99.5 por ciento del azufre total del tren de refinación.
El lector se preguntará entonces qué hace falta para poner en práctica inmediatamente estas medidas que evitarían la contaminación del aire y sus efectos catastróficos sobre la salud y el medio ambiente; ciertamente la solución racional está a la vista y sus consecuencias benéficas serían tangibles, aún más, darían prestigio a nuestras operaciones industriales más allá de nuestras fronteras, contribuyendo a su modernización y a la creación de oportunidades de trabajo. La respuesta no es una falta de conocimiento científico o técnico sino de presupuesto.
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