TRATAMIENTO TERMICO

1. DOCENTE: ING. LEMUS EDDY INTEGRANTES: - UNIV. LOPEZ RIVERA TATIANA ALEJANDRA • UNIV. MENACHO MOLINA CINDY VERONICA • UNIV. QUISPE QUISPE CARMEN ROSA • UNIV. CAYOJA ALANOCA GRACIELA FRIDA Universidad Mayor de San Andrés Facultad de Ingeniería TRATAMIENTO TERMICO RESIDUOS TOXICOS Y PELIGROSOS

2. 1. ANTECEDENTES 350 – 400 millones de toneladas

3. Su disposición inadecuada

4. 2. OBJETIVOS 2.1. objetivo general: • Reducción del volumen y/o destrucción del carácter peligroso del residuo dependiendo de su composición. 2.2. objetivo especifico: • Recuperación de energía de los residuos

5. 3. MARCO TEORICO3.1. INTRODUCCION tratamiento térmico, que tienen por objetivo común la eliminación del carácter peligroso del residuo mediante el empleo de temperaturas suficientemente altas. Entre estos procesos se encuentran: • Incineración • Pirolisis • Vitrificación • Desorción térmica • Gasificación • Oxidación catalítica en húmedo u Oxidación húmeda • Ozonización, Descomposición fotoquímica, Oxidación química, Oxidación electroquímica

6. 3.2. TRATAMIENTO TÉRMICO

7. 3. COMBUSTIÓN La combustión es una reacción química de oxidación, en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de energía, en forma de calor y luz, manifestándose visualmente como fuego.

8. El triángulo del fuego nos indica que elementos son necesarios para que se inicie la reacción de combustión. • EL COMBUSTIBLE: se trata del elemento principal de la combustión, puede encontrarse en estado sólido, líquido o gaseoso. • EL COMBURENTE: el comburente principal en la mayoría de los casos es el oxígeno. • LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN: es la energía necesaria para iniciar la combustión, puede ser una chispa, una fuente de calor, una corriente eléctrica, etc.

9. Para iniciar la combustión de cualquier combustible, es necesario alcanzar una temperatura mínima, llamada temperatura de ignición, que se define como, en °C y a 1 atm, temperatura a la que los vapores de un combustible arden espontáneamente. Ecuación Química Combustible + O2 + calor  H2O + CO2 + EC + EL Donde: EC: Energía Calórica EL: Energía Lumínica o Luminosa Reacción de Combustión

10. ESTEQUIOMETRÍA DE COMBUSTIÓN Por carbono: Por hidrogeno: Por azufre: Si el aire seco contiene 23.15 %en peso de oxígeno, la cantidad de aire necesitada para la oxidación de 1 kg de carbono debería ser equivalente a 11.52 kg

11. PRÁCTICA CORRECTA EN LA GESTIÓN DE LA COMBUSTIÓN DE RESIDUOS PELIGROSOS Tomando en consideración que la definición de sustancia peligrosa que aplica a toda sustancia que posea una de las cuatro características siguientes: CRETIP ORROSIVO EACTIVO XPLOSIVO OXICO NFLAMABLE ATOGENO

12. Representen un peligro para el equilibrio ecológico o el ambiente deben estar sujetas a normas y legislaciones actualmente vigentes en una determinada región y que establezcan que tales sustancias deben ser tratadas y transformadas en no tóxicas antes de ser descargadas a la atmósfera, a espejos de agua o enterrados. Entre los diversos tratamientos posibles, uno de los que más se han empleado es la COMBUSTIÓN TÉRMICA. El proceso de destruir materiales por combustión se conoce como INCINERACIÓN

13. TÉCNICAS DE COMBUSTIÓN VÁLVULA ROTATIVA La válvula rotativa, probada en multitud de ocasiones, interrumpe el vínculo entre la cámara de combustión y el almacén de combustible, garantizando al 100% la protección contra el retorno de la llama. Las alas se colocan en el volante en un ángulo para reforzar el efecto de corte. Además, las alas están ligeramente redondeadas para reducir la formación de ruido y de las fuerzas de presión.

14. TÉCNICA DE COMBUSTIÓN - QUEMADOR CERÁMICO El sistema de regulación de combustión equilibra el flujo de aire primario y secundario de las dos unidades de intercambio de calor, para garantizar el proceso de combustión y el mayor rendimiento para el mejor uso del combustible. Dentro de la cubierta se halla la unidad de intercambio de calor, así como la alimentación de biocombustible y el encendido automático.

15. CALEFACCIÓN CON TRONCOS DE MADERA (SIN NECESIDAD DE TRANSFORMACIÓN) El proceso de introducción del pellet en la caldera dura hasta que el tronco de madera introducido empieza a combustionar. La inserción de los pellets se reduce al mínimo y es reactivada automáticamente por sensores cuando la madera se quema por completo

16. GASES DE COMBUSTIÓN • Los gases de combustión son gases producidos como resultado de la combustión de gasolina/petróleo, Diesel o carbón. Se descarga a la atmósfera a través de una tubería o chimenea.

17. DIOXINAS • Las dioxinas son fundamentalmente subproductos de procesos industriales, pero también pueden producirse en procesos naturales como las erupciones volcánicas y los incendios forestales.

18. Las dioxinas son subproductos no deseados de numerosos procesos de fabricación tales como la fundición, el blanqueo de la pasta de papel con cloro o la fabricación de algunos herbicidas y plaguicidas. En cuanto a la liberación de dioxinas al medio ambiente, la incineración descontrolada de desechos (sólidos y hospitalarios) suele ser la causa más grave, dado que la combustión es incompleta. Existe tecnología que permite la incineración controlada de desechos con bajas emisiones. Las dioxinas constituyen un grupo de compuestos químicos que son contaminantes ambientales persistentes. Las dioxinas se encuentran en el medio ambiente de todo el mundo y se acumulan en la cadena alimentaria, principalmente en el tejido adiposo de los animales.

19. TECNOLOGÍA DE LIMPIEZA DE GAS DE COMBUSTIÓN Tecnologías de Depuración de Gases de Combustión Para la separación de las sustancias contaminantes fundamentales de gases de combustión procedentes de procesos térmicos, como por ejemplo gases ácidos (HCl, SO2, HF), componentes orgánicos (PCDD/F, PCB, PAH), NOx y metales pesados (As, Pb, Cd, Cr, Ni, Hg), entran en consideración procedimientos de depuración muy diversos.

20. Tecnologías de desulfuración de los gases de combustión Las reacciones químicas, que ocurren en un sistema húmedo de caliza, pueden ser caracterizadas mediante una serie de pasos. • Las reacciones en cada paso del proceso pueden ser agrupadas entres categorías generales: reacciones gas-líquido, reacciones líquido-líquido y reacciones líquido-sólido

21. INCINERACION • Incineración se refiere a la combustión de sustancias orgánicas mediante un proceso de oxidación química. Es un Proceso de combustión total y controlada de un residuo en presencia de un exceso de oxigeno (comburente) • Transformando los residuos: Una en estado gaseoso, formado por los gases de combustión, y segundo en estado sólido, constituida por:1) Las escorias y 2) las cenizas, o los sólidos de depuración, en función del tratamiento adoptado para la depuración de los gases de combustión

22. CARACTERISTICAS DE RESIDUOS INCINERABLES • Cualquier residuo que contenga algún compuesto orgánico que le confiera carácter de peligrosidad puede ser tratado por incineración • En la práctica, la técnica de incineración es factible en el contexto técnico, económico y medioambiental para los residuos peligrosos que satisfacen los siguientes requisitos: • Compuestos inorgánicos < 15% (cenizas, que deben ser las mínimas • posibles) • Agua < 65% (influye en la economía del proceso) • Compuestos orgánicos > 30% (determina el poder calorífico del residuo)

23. El estado físico y algunas propiedades físicas del residuo condicionan principalmente el modo de alimentación al horno de combustión, con objeto de lograr el contacto adecuado entre la materia combustible y el oxígeno Estado y propiedades físicas • Para caracterizar el residuo, se somete a un test de incinerabilidad al objeto de determinar las propiedades físicas, químicas y termodinámicas del residuo. Consiste en la determinación de C, H, O, N, S, P y halógenos. La presencia de compuestos orgánicos halogenados producirá HCl y Cl2, HF y HBr. El N y S conducen a la formación de compuestos como NOx y SO2 Análisis elemental de materia organica Es posible la presencia de compuestos cuya destrucción pudiera presentar dificultades especiales para alcanzar los niveles de eficacia exigibles para su total eliminación del residuo, debido a su tremenda toxicidad (Componentes orgánicos peligrosos COPs),etc. RESIDUO Análisis de compuestos de alta peligrosidad y/o toxicidad • Determinaciones de humedad, cenizas, volátiles. El contenido de humedad o cantidad de agua que acompaña al residuo es muy importante por su influencia en el balance calorífico del proceso. El contenido en cenizas determina el volumen o peso final de residuo tras la incineración Analisis Inmediato • El poder calorífico del residuo constituye un factor determinante en la economía de la incineración. Un residuo con un poder calorífico por encima de unas 3500 kcal/kg resulta incinerable sin necesidad de combustible adicional Poder Calorífico

24. IMPORTANCIA DE LA INCINERACION • La incineracion se utilizan para tratar los residuos no reciclables y no reutilizables para: Convertir un inerte en cualquier residuo peligroso minimizando las emisiones de aire y agua; Destruir los contaminantes organicos e inorganicos • Los incineradores maximizan el uso del escaso espacio para rellenos sanitario • VENTAJAS: • Recuperar la energía térmica contenida en los residuos, obteniendo vapor y/o electricidad • Costos operacionales moderados o bajos en el caso de incinerar con recuperación de energía • Limitada utilización de terrenos • Puede tratar cualquier tipo de residuo si su poder calorífico es adecuado • DESVENTAJAS: • No supone un sistema de disposición total, precisa un acondicionamiento para las escorias (si no son recicladas) y especialmente para las cenizas • Alta inversión económica inicial • •Costos operacionales elevados en el caso de incinerar sin recuperación de • energía

25. PROCESO DE INCINERACION • El hecho de que se desarrolle mas o menos una de estas fases depende del tipo de horno y de la forma en que se lleve a cabo la primera etapa de calentamiento. • Para comprender el fenómeno de la incineración es necesario tener en cuenta, a la vez las operaciones de transferencia de materia y transmisión de calor tanto en la fase sólida como en la gaseosa y entre ambas El calor desarrollado en la combustión, o bien el quemador inicial cuando se inicia la operación, es transferido al resto del residuo lo que provoca: • Calentamiento del residuo • Se disguen tres etapas: • 1)La primera etapa de temperatura, hasta los 300ºC, corresponde a la eliminación del agua y al comienzo de la fase de volatilización. En esta etapa compuestos más volátiles o cuyo punto de ebullición sea inferior • 2)Abarca desde los 300 hasta los 1.000 ºC y es considerada la zona fundamental. Corresponde a la oxidación de la materia orgánica con la consiguiente formación de SOx y CO2 . • +Evaporación del agua residual • +Calentamiento del solido o liquido • +Vaporización de compuestos • +Gasificación de la materia orgánica • +Pirolisis de otra fracción de la materia orgánica • +Combustión total o parcial de otra • de la materia orgánica • 3)La última etapa, a partir de los 1000ºC, se inicia la volatilización de metales pesados (Cadmio, Níquel, Zinc,...)

26. RECUPERACION DE ENERGIA • Se refiere a recuperar el valor calorífico mediante el proceso de incineración con el fin de conservar los recursos energéticos SUBPRODUCTOS DE LA INCINERACION • La incineración de los residuos produce tres grandes grupos de subproductos": escorias, cenizas volantes (CV) y residuos de depuración de humos (DEF).

27. La escoria resultante de la incineración de depósito es un material de tipo granular con partículas en su gran mayoría inferiores a 1 cm de diámetro, formadas por los materiales no combustibles y/o inertes de los residuos urbanos que salen de la cámara de combustión después de la incineración a temperatura superiores a 850 ºC.tales como trozos de vidrio, cerámica, metales etc. • Bajo la denominación de cenizas se incluyen en general tanto las cenizas volantes como los residuos de depuración de gases. Son un material pulverulento con tamaño de partículas inferior a 250µ m y una alta superficie específica superiores a 850 ºc.Los componentes de las cenizas son: sílice, aluminio, hierro y calcio; también se pueden encontrar como componentes secundarios, titanio, magnesio, sodio, potasio o fosfato Los productos que se obtienen de la incineración en función de cada componente: • Componentes en el residuo------------------>Productos • Carbono ----------------------------------------->Cenizas (s) y Dióxido de Carbono (g) • Oxígeno ----------------------------------------->Dióxido de Carbono (g) • Hidrógeno --------------------------------------->Vapor de agua • Halógenos -------------------------------------->Ácidos halogenados, Br2, I2 (g) • Azufre -------------------------------------------->Óxidos de Azufre (g) • Nitrógeno --------------------------------------->Óxidos de Nitrógeno (g) • Fósforo ------------------------------------------>Pentóxidos de Fósforo (g) • Metales ----------------------------------------->Óxidos metálicos (s) • Metales Alcalinos --------------------------->Hidróxidos (s), "Inquemados" (g)

28. INCINERACION DE AGUAS RESIDUALES El tratamiento térmico de residuos, aguas residuales y aguas residuales concentradas es un método acreditado que resulta especialmente adecuado para la eliminación segura y ecológica de residuos especiales de tipo químico La incineradora de aguas residuales consta esencialmente de las siguientes partes: • Depósito provisional para las aguas residuales • Cámara de combustión • Caldera de vapor para el aprovechamiento del calor • Depuración de humos

29. En estos sistemas residuos sólidos y líquidos son alimentados a un horno cilíndrico recubierto interiormente de material refractario. Estos hornos tienen una longitud mas 20 m. Las temperaturas que se alcanzan en estos sistemas son de alrededor de 1300°C. La ventaja más importante de los hornos rotatorios es su flexibilidad • TECNOLOGIA1.HORNO ROTATORIO • TECNOLOGIA1.LECHO FLUIDIZADO  Estos hornos están dispuestos verticalmente, siendo cilíndricos recubiertos de refractarios y con una altura de alrededor de 15 m.Alcanzándose temperaturas de alrededor de 900°C, con una eficiencia térmica superior a la de los hornos rotatorios. Como la temperatura es relativamente baja las cenizas no funden, lo que facilita su evacuación.

30. PIROLISIS La pirólisis se define como la degradación térmica de una sustancia en ausencia de oxígeno (combustión directa) . Sin embargo, en el caso de los residuos hospitalarios y materiales similares, una completa ausencia de oxígeno es inalcanzable. Como resultado, se producirá durante la pirólisis cierta oxidación y se formarán, por tanto, dioxinas y otros productos relacionados con una combustión incompleta.

31. La pirólisis se lleva a cabo habitualmente a temperaturas de entre 400 ºC y 800 ºC. A estas temperaturas los residuos se transforman en gases, líquidos y cenizas sólidas denominadas “coque” de pirólisis. VENTAJAS1. Facilita el control de contaminación del aire, respecto a la incineración. 2. La reducción del volumen de basura entrante y la producción de residuo estéril, que aumenta la vida y mejora la calidad de los rellenos sanitarios en relación a la basura no tratada.3. El proceso es autosuficiente con respecto a la energía.  4. La Pirólisis es un método para convertir parte de la basura en combustible almacenable y transportable. DESVENTAJAS1. La reducción del volumen en la Pirólisis es menor a la que se obtiene por incineración.2. Se calcula que los costos en capital de Hornos Pirolíticosson altos, similares a los hornos de incineración convencional.3. Debido al gran numero de problemas técnicos y económicos, relativos al proceso de Pirólisis, es difícil determinar la importancia de esta tecnología en la disposición de basura urbana. 

32. USO DE LA PIROLISIS - En la industria, para convertir el carbón normal a carbón de coque para su uso en la metalurgia, especificamente en la fabricación de acero. Un ejemplo de pirólisis, es la destrucción de neumáticos usados. La temperatura a la que son expuestos los materiales es de 450 °C sin presencia de oxígeno.Los productos obtenidos con este proceso se pueden clasificar en tres grandes grupos:- Gases compuestos por hidrógeno, óxidos de carbono e hidrocarburos.- Líquidos hidrocarbonados.- Residuos sólidos carbonosos.

33. La pirólisis anhidra también se puede usar para producir un combustible líquido similar al gasoil a partir de biomasa sólida o plásticos. La técnica más común utiliza unos tiempos de residencia muy bajos (menos de dos segundos) y temperaturas de entre 350 y 500 ºC.

34. GASIFICACIÓN Proceso térmico en atmósfera reductora para la conversión de materiales base carbono en mezclas gaseosas de hidrógeno y monóxido de carbono (Gas de Síntesis). La tecnología es bien conocida y ha sido aplicada a escala industrial a nivel mundial por más de 50 años, especialmente por la industria química y petroquímica.

35. La Gasificación convencional al trabajar a temperaturas que en ningún caso superan los 1.700ºC es incompleta y puede dar lugar a subproductos residuales (alquitranes, escorias y cenizas). Con la gasificación a alta temperatura se consigue la disociación molecular completa y consecuentemente se evita la presencia SVOC y la formación de dioxinas y furanos.

36. GASIFICACIÓN DE RESIDUOS. COMPARACIÓN. Incineración: -En la gasificación, las emisiones de los compuestos peligrosos (dioxinas y furanos) son 1.000 veces menores. -El rendimiento eléctrico de la gasificación es del 32% contra el 22% de la incineración con ciclo Rankine . -Se genera un 40% de CO2 menos por Kw producido. -La gasificación permite plantas de menor tamaño (desde 0.5 Mw) PirólisisLa gasificación es preferible cuando la proporción de materia orgánica en el residuo a valorizar es alta. Gasificación por plasmaLa gasificación con oxígeno es más barata en inversión y operación y mantenimiento. La gasificación por plasma trabaja a 6.000 ºC. BiogasLa generación de biogás sólo valoriza el 20% de los residuos, dejando sin eliminar el 80%. La gasificación elimina el 80%.Pueden ser tecnologías complementarias

37. VENTAJAS DE GASIFICACION

38. DESORCIÓN TÉRMICA La desorción térmica es una técnica para tratar la tierra contaminada con desechos peligrosos calentándola a una temperatura de 90°C a 540°C a fin de que los contaminantes con un punto de ebullición bajo se vaporicen y, por consiguiente, se separen de la tierra. Los contaminantes vaporizados se recogen y se tratan, generalmente con un sistema de tratamiento de emisiones. La desorción térmica es diferente de la incineración. La desorción térmica usa el calor de manera indirecta para separar físicamente los contaminantes de la tierra, que después se someten a un tratamiento ulterior. La incineración usa el calor en forma directa para destruir los contaminantes.

39. ESQUEMA DEL PROCESO DE DESORCION TERMICA

41. 3.9. COSTOS • INCINERACIÓN (3) El costo de instalación de un incinerador puede llegar a varios cientos de millones de dólares. Por ejemplo, un incinerador propuesto para México DF en 2007 estaba presupuestado en 250 millones de dólares (La Jornada: 2007), otro propuesto en Santiago de Chile hubiera costado US$ 100 millones (PROINTEC S.A.: 2007); un incinerador instalado en Tokio, Japón, costó más de US$ 800 millones (Ishizawa: 1999).

43. PIROLISIS (4) A través del proceso de pirolisis se demostró que una tonelada de residuos municipales se puede convertir a 70-192 kg. de residuos sólidos, 2-23 litros de alquitrán, 4-16 litros de aceite ligero, 367-503 litros de licor, 7-15 kg. de sulfato de amonio y 208, 978-5l1, 344 litros de gas. Se comprobó que los residuos de los desechos municipales tenían un alto valor como combustible y que la energía obtenida del gas generado durante la pirólisis de estos era más que suficiente para proveer el calor del proceso.

44. DESORCION TERMICA El proceso de desorción térmica tiene un costo menor en 20 – 35% menor a una planta de incineración. • GASIFICACIÓN (6) La gasificación es usada para convertir materiales orgánicos directamente en un gas sintético (syngas) formado por monóxido de carbono e hidrógeno. El gas se puede quemar directamente para producir vapor o en un motor térmico para producir electricidad. La gasificación se emplea en centrales eléctricas de biomasa para producir la energía renovable y calor.

45. 3.10. NORMAS DE TRATAMIENTO TERMICO • NB 69005 “Residuos Sólidos generados en establecimientos de salud - Tratamiento” «Proceso de oxidación térmica a alta temperatura, mediante el cual los residuos son tratados bajo condiciones controladas, para convertirse, en gases, cenizas y/o escorias (…)»

46. 3.11. EXPERIENCIAS SOBRE EL EMPLEO DE TRATAMIENTO TERMICO

47. 4. CONCLUSIONES • Los costos de los procesos de tratamiento térmico llegan a ser costosos debido a su consumo de combustible, además de costo de inversión y mantenimiento, pero sin embargo en la pirolisis y la gasificación se puede recuperar productos con valor de comercialización para el mercado.