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- Antonio J. Fernández Garrido
A lo largo del tiempo han existido principalmente dos enfoques diferentes a la hora de hablar de separación de aire. El uso de muy bajas temperaturas dentro de procesos criogénicos los cuales estaban reservados a actividades que requieren grandes cantidades de oxígeno y los no criogénicos, los cuales llevan a cabo la separación del aire a temperatura ambiente utilizando unos tamices moleculares adsorbentes mediante procesos PSA (Pressure Swing Adsorption) o membranas poliméricas.
El aire está compuesto principalmente de N2 (78,080 %v), O2 (20,945 %v) y Ar (0,935 %v) aparte de una serie de componentes minoritarios como son: neón, helio, criptón, hidrógeno, xenón y ciertas cantidades variables de anhídrido carbónico dependiendo de las condiciones ambientales.
Una tercera tecnología ha emergido y está en proceso de ampliarse para tener una disponibilidad comercial. Se basa en membranas cerámicas las cuales separan del aire sus dos componentes mayoritarios a altas y bajas temperaturas.
Algunas de estas alternativas son las siguientes:
ASU (Air Separation Unit)
Se trata de una unidad basada en una destilación criogénica. Realiza la separación del aire mediante una licuefacción a muy bajas temperaturas (-300ºF).
El aire se comprime a la entrada, se enfría y se depura. Posteriormente atraviesa la columna de doble presión, obteniéndose nitrógeno por la parte superior y oxígeno por la inferior.
El nitrógeno se separa a una presión de 6 bar aproximadamente en la primera columna y posteriormente es condensado a más baja presión, aproximadamente 1,2 bar. Estas dos columnas se encuentran una encima de la otra.
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- Antonio J. Fernández Garrido
Las refinerías de petróleo satisfacen el 42% de la demanda de energía de Europa y proporcionan el 95% de los combustibles necesarios para el transporte. Por ejemplo, dentro de la geografía europea existen cerca de 100 refinerías de petróleo, que conjuntamente procesan unos 700 millones de toneladas al año. Estas instalaciones están muy repartidas por el antiguo continente y generalmente se encuentran en puntos cercanos a la costa. Pero, ¿cómo afectan las emisiones de CO2 en el sector del refino?
La industria del refino de petróleo junto con la industria petroquímica, transforma el crudo en más de 2.500 productos, entre los que se incluyen los principales combustibles líquidos, otros subproductos combustibles e insumos intermedios no combustibles (asfalto, lubricantes, nafta, coque de petróleo, etc.) y los productos petroquímicos de base (etileno, propileno, butadieno, tolueno, xileno, etc.)
Tabla 1. Productos resultantes del refinado. [CORINAIR, 2004]
En los procesos de almacenamiento y refino, las refinerías generan emisiones a la atmósfera, hasta el punto de que la gestión ambiental ha llegado a convertirse en un factor muy importante de su actividad. Entre los principales contaminantes generados se encuentran el óxido de carbono, el óxido de nitrógeno y el óxido de azufre; y partículas de compuestos orgánicos volátiles, procedentes sobre todo de los procesos de combustión.
Por cada millón de toneladas de crudo procesadas (las refinerías europeas oscilan entre 0,5 y más de 20 millones de toneladas), una refinería emite 20.000 – 82.000 t de dióxido de carbono, 60 – 700 t de óxidos de nitrógeno, 10 – 3.000 t de partículas, 30 – 6.000 t de óxidos de azufre y 50 – 6.000 t de compuestos orgánicos volátiles. Por cada millón de toneladas de crudo refinadas, se generan 0,1 – 5millones de toneladas de agua residual y 10– 2.000 toneladas de residuos sólidos. Estas diferencias en las emisiones de las plantas europeas se pueden explicar parcialmente por las diferencias en cuanto a integración y tipos de refinerías (por ejemplo, simples o complejas). No obstante, las principales diferencias tienen que ver con los distintos marcos legales vigentes en Europa en materia ambiental.
Aún así, hay que recalcar ante todo la gran cantidad de CO2 que se emite a la atmósfera, que es la principal causa del efecto invernadero.
Existen 3 fuentes principales de CO2 en una refinería:
- Las emisiones producidas por el combustible quemado en los diferentes equipos. También se incluyen aquí, aunque se estudian de forma separada por sus especiales características, las emisiones de antorcha.
- Emisiones procedentes de la regeneración catalítica (FCC y otros procesos catalíticos).
- Instalaciones de producción de hidrógeno.
En la Tabla 2 se refleja el porcentaje del total de las emisiones de Carbono equivalente en la refinería para las principales operaciones:
El incremento de emisiones de las refinerías se ha visto condicionado principalmente por dos variables: la implantación en casi todas las refinerías de cogeneraciones y el incremento de los requisitos de calidad de los productos resultantes. En el caso de las plantas de refino en España, como un ejemplo análogo a dicha evolución, se observa que la instalación de cogeneraciones en las refinerías ha supuesto desde el año 2001 hasta el año 2010 una emisión aproximadamente de 1480 Kt de CO2 anuales, si bien hay que destacar que la eficacia energética de las cogeneraciones es mucho mayor que las de las centrales térmicas. En segundo lugar se han producido alrededor de 2092 Kt de CO2 anuales durante el mismo periodo de tiempo, asociados al incremento de intensidad energética necesaria para alcanzar los requisitos de calidad de los combustibles para controlar las emisiones de los motores en óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, partículas e hidrocarburos aromáticos que salen de las refinerías.
Para reducir las emisiones se han propuesto diversas alternativas, entre las que se encuentra el aumento de la eficiencia energética, el proceso Shift-Fuel, la aplicación de tecnologías de captura de CO2, la Fisión nuclear y las energías renovables. La captura y almacenamiento de CO2 se encuentra aún en fase de desarrollo.
Como consecuencia, y a la vista de estos datos, será necesario ir tomando conciencia y, sobre todo, la búsqueda de diferentes alternativas para la reducción de estas emisiones. Dichas emisiones suponen casi la cuarta parte del total de emisiones a nivel global, por lo que la necesidad de desarrollar tecnologías de captura integradas en refinería se convertiría en un punto estratégico importante a la hora de disminuirlas.
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- Francisco José Suñé Grande
Transporte de CO2
Una vez hemos capturado el dióxido de carbono, este debe ser transportado hasta el lugar en el cual queremos almacenarlo. Para este transporte se utiliza, básicamente, 2 medios:
- Tubería
- Barco
Transporte por tubería
El transporte de CO2 a través de tuberías es el método más utilizado, a demás de ser el menos costoso económicamente. Eso si, es importante tener en cuenta que este método de transporte se utiliza cuando la distancia que hay que salvar entre el lugar de obtención del CO2 y el lugar de almacenamiento es relativamente poca. Cuando hablemos de la reutilización del dióxido de carbono capturado explicaremos una técnica muy utilizada que combina el transporte y la reutilización del CO2.
Transporte por barco
El uso de barcos para el transporte de CO2 se da únicamente cuando, por criterios económicos relacionados con la distancia entre el centro de obtención y el de consumo, resulta menos costoso y, particularmente, cuando es necesario hacer el transporte por vía marítima.
Este transporte, cuya demanda es bastante limitada, se hace en condiciones muy similares a las condiciones en las cuales se transportan gases licuados del petróleo (GLP). La presión a la cual se almacena el dióxido de carbono en estos es aproximadamente 0.7 MPa. En cambio, cuando este producto debe ser transportado por camiones o vagones cisterna, se transporta a 2 MPa y a
-20ºC.
Costes del transporte
En el gráfico anterior se puede observar el coste por tonelada de CO2 transportado en función de la distancia a recorrer en función si se transporta por gasoducto (terrestre o marítimo) o por buques. En los costes correspondientes al transporte en barco se incluyen las instalaciones de almacenamiento intermedias, los derechos portuarios, los costes de combustibles y las actividades de carga y descarga.
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- Francisco José Suñé Grande
Hace unos días (19/11/2013) leía una noticia (que podréis encontrar en el siguiente link: http://www.20minutos.es/noticia/1981076/0/carbono/cambio-climatico/emisiones) referente al aumento de las emisiones de CO2 en todo el planeta. Esta noticia nos habla, por ejemplo, de la procedencia del CO2que actualmente se está emitiendo a la atmosfera y de la contribución que tienen algunos de los países, como por ejemplo, los países que podríamos llamar los mayores productores de CO2. Os aconsejo que leáis la noticia detenidamente y, si es de vuestro interés, que ampliéis la información visitando alguno de los links que aparecen en la noticia.
Una de las líneas de investigación actuales que pretenden reducir la concentración de dióxido de carbono en nuestro planeta son las técnicas y metodologías que tratan de capturar y almacenar el dióxido de carbono para luego ser reutilizado y aprovechado para diferentes fines que veremos posteriormente.
Los sistemas de captura de dióxido de carbono se pueden dividir en tres categorías:
• Captura de CO2 antes de la combustión
• Captura de CO2 durante la combustión
• Captura de CO2 después de la combustión
