Propuesta de mejora tecnológica en la recuperación de azufre de la refinería de petróleo de Cienfuegos

Artículo original Propuesta de mejora tecnológica en la recuperación de azufre de la refinería de petróleo de Cienfuegos Proposed technological improvement in the recovery of sulfur from the Cienfuegos oil refinery Ing. Roxana Cortés Martínez1  DrC. Gabriel Orlando Lobelles-Sardiñas2  *  DrC. Eduardo Julio López-Bastida3  1 Departamento de Química. Universidad de Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez”. Cuba. 2 Refinería Cienfuegos S.A. Finca Carolina. Cienfuegos. Cuba. 3 Centro de Estudios de Energía y Medio Ambiente. Universidad de Cienfuegos “Carlos Rafael Rodríguez. Cuba. RESUMEN A pesar del tratamiento de sus residuales, en la refinería de petróleo de Cienfuegos se vierten elevadas cargas de contaminantes al medio ambiente. Sin embargo, la tecnología para la eliminación del H2S que provoca dichas emisiones no es suficiente para lograr que las emisiones gaseosas estén dentro del marco regulatorio establecido. Esta situación se agravará por la expansión de la refinería que prevé la inclusión de nuevas unidades de proceso con un consiguiente aumento en las emisiones de residuales líquidos y gaseosos, cuyo control implica elevado costo de inversión para unidades recuperadoras de azufre, sin que se puedan recuperar con facilidad debido al moderado precio de venta del azufre en el mercado y las restricciones medioambientales muy rígidas respecto a las emisiones de contaminantes. Esta investigación hace una propuesta tecnológica de una torre empacada, como despojador cáustico, para el tratamiento de los gases residuales en la unidad recuperadora de azufre que permita la sostenibilidad de dicho proceso y el cumplimiento de las normas de emisiones. La revisión bibliográfica de las principales tecnologías para la recuperación de azufre y de tratamiento para gases residuales fundamenta la realización del diseño de un despojador cáustico a partir de tres tipos de empaques diferentes, para analizar el más factible. Se realiza una evaluación económica para determinar cuál de ellos hace sostenible el proceso de recuperación de azufre. Con esta propuesta se recupera un 99,8 % de azufre elemental, se reducen las emisiones atmosféricas hasta 100 mg/Nm3 como SO2 y disminuye la exposición de la población en general a las emanaciones gaseosas. Palabras Claves: Despojador húmedo; diseño, emisiones ABSTRACT Despite the treatment given to the wastes at Cienfuegos oil refinery, there is a high level of contaminant loads released to the environment. The technology used for the H2S removal or recovery is not sufficient to achieve the gaseous emissions to meet the established regulations. This situation is expected to increase with the refinery expansion that includes new process units. Along with that situation, there are other elements that make the issue even more concerning, such as the high investment cost to purchase new sulphur recovery units; the moderate price for the sulphur sales at the international market and the contaminants restrictions. This research proposes the inclusion of a caustic scrubber packaged tower, for the treatment of the residual gases as a proposal for the technological improvement of the sulphur recovery unit, to allow such process sustainability and achieving the emissions standards. A bibliography review on the major technologies for the sulphur recovery and residual gases treatment is made. Then the caustic scrubber is designed with the use of three types of packages, as to analyze the most viable one. Afterwards an economical assessment is developed to determine which makes the sulphur recovery process more sustainable. This proposal allows obtaining an elementary sulphur recovery of 99, 8 %, the atmospheric emissions are reduced up to 100 mg/Nm3 as SO2 and the population exposure to the gaseous emissions, in general is reduced. Key words: Wet scrubber; design; emissions Introducción Una gran parte del azufre (S) emitido a la atmósfera se origina en forma de SO2, procedente de la descomposición de la materia orgánica. La combustión de combustibles fósiles que producen grandes cantidades de SO2, crea problemas en el ecosistema que se encuentre en el recorrido de tales emisiones. Las emisiones mundiales anuales de SO2 se estiman en 200 millones de toneladas, casi la mitad procedente de fuentes industriales, como la combustión de combustibles fósiles y la refinación metalúrgica de minerales. Cuando el SO2 gaseoso se combina con agua líquida, se forma una solución acuosa diluida de ácido sulfúrico (H2SO4), que es el componente principal de la lluvia ácida, junto con el ácido nítrico (HNO3). 1 En el mundo, el control de las emisiones a la atmósfera se lleva a cabo por medio de regulaciones federales, para lo cual se han formulado acuerdos y normas en materia ambiental, cuyo objetivo es impedir que se emitan grandes cantidades de estos contaminantes al aire. Las regulaciones medio ambientales para emisiones gaseosas, cada vez más estrictas, requieren la inversión de complementos tecnológicos novedosos, en ocasiones muy costosos, pero cuya adquisición es obligatoria en aras de cumplir con las regulaciones antes mencionadas, dentro de ellas se aplica, con mayor énfasis, la norma IFC/2007, del grupo de normas del Banco Mundial.2 En esta se especifica que el máximo de emisiones permisibles de NOX es 450 mg/Nm3 y de SOX es de 150 mg/Nm3 para las unidades de recuperación de azufre, 500 para el resto de unidades, así como 50 mg/Nm3 para partículas sólidas y 10 mg/Nm3 de H2S. En la refinería de petróleo Camilo Cienfuegos, en las actuales condiciones de producción, existe un elevado vertimiento de residuales líquidos y gaseosos, con un marcado impacto medioambiental.3 El nivel de emisiones gaseosas se ha elevado a partir de los procesos de hidrofinación, cuyas corrientes de productos tienen en su composición un considerable contenido H2S. Esta situación puede incrementarse con el proyecto de expansión de la refinería con la unidad de craqueo catalítico.4 Sin embargo, tanto la tecnología para recuperar azufre a partir del H2S como la producción de azufre son muy costosas, lo que hace poco tentadora la opción de invertir en ese proceso.5,6 Para darle solución a la problemática presentada es objetivo de este estudio proponer un diseño de un depurador cáustico para implementar como mejora tecnológica en la Unidad de Recuperación de Azufre (URA) que permita la sostenibilidad del proceso de refinación y cumplan las normas de emisiones sulfurosas. Fundamentación Teórica Las unidades de procesos auxiliares basadas en diferentes tecnologías, dentro de los procesos de refinación se agrupan con el objetivo común de la protección medio ambiental. Específicamente las que se relacionan con el tratamiento de las corrientes sulfurosas trabajan en un circuito cerrado, cuyo objetivo final es la recuperación de azufre elemental como principal agente contaminante. El proceso Claus se utiliza en refinerí (...truncated)