emisiones de so
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Rolando F. Aguayo Sánchez
INTRODUCCIÓN El tema de desulfuración de gases se fundamenta en una necesidad de carácter
ambiental. Gran cantidad de países utilizan estas tecnologías desde los años 70’s y
existen cientos de ellas operando en el mundo.
En México estas tecnologías aun no son utilizadas y no solo eso, no se tienen las
condiciones políticas para lograr llevarlo a la practica.
Técnicamente estas tecnologías son fiables y necesarias, sin embargo existe un total
desinterés por aplicarlas, mucho de ello derivado de intereses particulares económicos y
políticos, muchos de ellos por la falta de una visión, entendimiento claro del fenómeno y
conocimiento global del potencial del tema.
La siguiente presentación nos lleva al conocimiento de la técnica de desulfuración, pero
además nos amplia la visión de los efectos colaterales en la sociedad y el potencial de
beneficios.
DIOXIDO DE AZUFRE
SO2
El Dióxido de Azufre
Lluvia Acida
ORIGEN DEL SO2
El dióxido de azufre se origina por la combustión o proceso de combustibles que
contienen azufre y la fundición de minerales ricos en sulfatos. Antropogénicamente se
genera principalmente por la industria y los vehículos automotores.
Otras fuentes son las naturales, estas provienen de la descomposición bacteriana de la
materia orgánica, de los gases volcánicos y otras fuentes, sin embargo, su contribución
en el balance total de SO2 resulta pequeña en comparación con las producidas en los
centros urbanos e industriales como resultado de las actividades humanas.
Principales fuentes de emisión
de SO2 al ambiente
Distribución mundial de las
emisiones de SO2 al ambiente
Relación de las emisiones
de México vs. el mundo
Emisiones de SO2 en México.
Asia este y cengral
22,5 37%
Europa 10
16%
Norte america 10
17% Africa y Medio Oriente
5 8%
Latin y sudamerica
5 8%
India y Australia
4 7%
Oceano 4
7%
Emisiones de S (Millones de tons en el 2000)
Resto Latino y sudamerica
5 75% Mexico
1,7 25%
Emisiones de S
(Millones de tons en el 2000)
Ver 253,3 15%
Coah 229,5 14%
Col 198,9 12%
Grro 170 10%
Hdgo 158,1 9%
Son 113,9 7%
Tam 112,2 7%
Sin 98,6 6%
Gto 81,6 5%
SLP 78,2 5%
Chih 57,8 3%
Dgo 40,8 2%
NL 28,9 2%
Yuc 27,2 2%
Camp 20,4 1%
Emisiones de S
(Miles de tons en el 2000)
Emisiones de SO2 de las centrales eléctricas en México
Lluvia Acida
Las emisiones de SO2
producen la lluvia acida
Al combinarse este gas con
la luz, el vapor de agua y el
oxigeno se transforma en
ácido sulfúrico (H2SO4)
Diagrama de Emil Troug
para suelos orgánicos
La disponibilidad de nutrientes y
la actividad microbiana es
afectada por el pH del suelo,
entre más ancho la banda,
mayor es la disponibilidad o
actividad.
Fuente: Adaptado de Truog, USDA Anuario
de la Agricultura
EFECTOS DE LLUVIA ACIDA EN SUELOS
LLUVIA ACIDA Y LA SOLUBILIDAD DE METALES PESADOS
Solubilidad de diversos metales en agua en
funcion del pH. Solubilidad de hidroxidos de Cd, Ni, Pb y Zn a
25 °C en solucion como una funsion del pH
Fuente: data in the MINTEQ database
La lluvia acida acidifica los suelos y con ellos lixivia metales pesados que son transportados a los mantos
freáticos elevando su concentración y su efecto a la salud humana y afectando la flora y micro fauna de los
suelos.
Los gráficos muestran como la acides activa o intensifica la disolución de los metales presentes en los
suelos.
EMISIÓN DE SO2
Carbón.- Normalmente contiene
entre 0.5 a 4% en peso de S, se
encuentra en forma de FeS2
mineral, de compuestos
orgánicos de S y sulfatos
inorgánicos.
Otros como Combustóleo, diésel
y Coque de Petróleo, contienen
de 0.5% hasta 6% de S y esta
presente en forma de
compuestos orgánicos.
Azufre en Combustibles y efectos
Carbón Combustóleo Diésel Gas Natural
1
0,66
0,2
0,02
Emisiones de SO2 (Calderas industriales sin proceso de limpieza de humos)
Val
ore
s re
lati
vos
al C
arb
ón
Fuente: Eurogas
Emisiones de azufre en centrales eléctricas que operan carbón
Perspectiva de generación de lluvia acida a partir de las emisiones de
azufre en centrales eléctricas que operan carbón
DESULFURACIÓN
Pre combustión El S es eliminado del energético previamente a la combustión por técnicas de
beneficio vía flotación, técnicas químicas, o biológica como lixiviación bacteriana.
Combustión Desulfuración por medio de un agente absorbente atomizado durante la
combustión del combustible dentro de la misma caldera a aproximadamente 900°C,
Post combustión
Desulfuración de la corriente de gases de combustión generada en la caldera,
con ayuda de un absorbente químico como cales o calizas (FGD)
La técnica mas común para minimizar las emisiones de
SO2 al ambiente es reducir el S en el combustible o minimizar
el efecto producto de la combustión. Las tres técnicas mas convenientes son:
Técnicas de desulfuración de combustibles post combustión
Materiales desulfurantes utilizados en sistemas FGD
Referencia basada en la capacidad instalada
de centrales con sistemas FGD en E.U.
Caliza 83%
Cal 11%
Cal hidratada 2% Agua de mar
3%
Otros 1%
QUÍMICA
DE
DESULFURACION
Reacciones Químicas en el proceso FGD con cal o caliza
Paso 1. Desulfuración Con caliza CaCO3 + SO2(g) → CaSO3 + CO2(g)
Con cal CaO + SO2(g) → CaSO3
Con cal hidratada Ca(OH)2 + SO2(g) → CaSO3 + H2O
Paso 2. Oxidación
CaSO3 + 0.5O2 + 0.5H2O → CaSO4•0.5H2O
PASO 3. Cristalización CaSO4•0.5H2O + 1.5H2O → CaSO4•2H2O
Calidad de desulfurante El principal requerimiento del absorbente para desulfuración de gases esta relacionado con una alta
reactividad, la cual favorecer eficiencia de proceso activando la cinética de la desulfuración, y
mejorando los costos de generación de energía y consumo de materia prima.
Entre los factores que determinan la cinética de reacción se encuentran:
• Pureza del adsorbente
• Estructura cristalina (relacionada con edad geológica)
• Tamaño de partícula
Si se desea obtener Yeso como subproducto a partir de la desulfuración, es necesario considerar el
efecto de algunos parámetros del absorbente o desulfurante sobre la calidad del producto final como:
•Contenido de MgCO3, SiO2, Fe2O3
TERMODINÁMICA
Preferencia de desulfuración con CaO, CaCO3 y Ca(OH)2
Probables compuestos de S a formarse en la
desulfuración de gases con cales y calizas
Preferencia de formación de compuestos de Ca y Mg
TECNLOGÍA
DE DESULFURACIÓN
DE GASES
Caldera
Despolvador
Gas desulfurado
Gas de caldera
Gas de caldera
Gas desulfurado
Estación de desulfuración
Desulfuración en húmedo
Estación de desulfuración
en 2 etapas
Esquema de Central con FGD
Estación de desulfuración
en 2 etapas
ESTRATEGIAS
DE INSTALACION
DE FGD
ESTRATEGIAS
La teoría de desulfuración de gases se origina en el impacto
ambiental, la decisión de su aplicación, tiene matices diversos
que deben analizarse en conjunto para poder tomar las
decisiones correctas y convenientes para todos.
No se trata de desulfurar solo para eliminar el efecto nocivo de
las lluvias acidas, a combustibles que tal vez se considere
descontinuar en corto plazo, debido a costos no competitivos,
poca disponibilidad de reservas, daños ambientales, o porque
la aplicación de estas técnicas pueda encarecer la producción
de energía y esto lleve a tomar decisiones del uso de
combustibles alternos en apariencia mejores de los cuales no
se tiene conocimiento de sus efectos o no dominio de sus
técnicas de producción y utilización.
Se trata de conocer los efectos de las distintos campos
involucrados para definir la estrategia mas conveniente.
Tecnológic
a
Económica
Social
Energética
Ambiental
Política
FGD
¿Estrategia
Social?
Mantiene empleos
existentes
* Sustc´n a gas reduce empleos
* Prolonga empleos a largo plazo
Mejora
productividad
minera * Por mayor materia prima disponible
* Mas disp. de M.P. por cierre de importaciones
Aprovechar
carbón alto S
* Uso de reservas no utilizadas
* Producción de nuevos subproductos
* Aprovechar reacción de oxidación del S
Prolonga vida
de reservas
* Uso de reservas no utilizadas
* Prolonga vida de C.E. de carbón
Menor inversión
vs. alternativa
base gas
* Instalación de sistema FGD
* Adecc´n a calderas de combustión
* Inst. de proceso de subproductos
Menor costo
de energía
* Por < de importaciones
* Por > consumo carbón nacional
* Por <$ carbón nacional alto S
* Por > de la productividad
Desarrollo
Tecnológico
* Desarrollo de tecnología FGD en el país
* Promueve el desarrollo de subproductos
Reducción
emisiones SO2
* < lluvia ácida y efectos a flora y fauna
* < riesgo a la salud humana
* < erosión de suelos
* < lixiviados metálicos a mantos freáticos
Carbón
nacional mas
barato
* Por > de productividad de la industria nacional
* Por utilizar carbones baratos
Sustituir
Importación
* < altos $ de importación
* < $ de producción de energía
* Potencializa el uso de carbón
nacional en otras centrales
Nuevos
empleos * Nuevos proveedores de carbón
* > de la demanda de transporte
* Activación de mercados de
subproductos
La Región Carbonífera de Coahuila, también designada “Cuenca de Sabinas” es la más importante del país, aportando más del 90% de la producción nacional de carbón.
Fuente: Servicio Geológico Mexicano (2003).
Carbón
Las reservas de carbón recuperable en México se sitúan
en 1.17 billones de toneladas, localizándose la mayor
parte de ellas en el estado de Coahuila. La producción
total de carbón de México cubre 58% de sus
necesidades. El resto es cubierto con importaciones. Fuente CountryMine Julio 2006
EFECTOS
A LA SALUD
Efectos a la salud por contaminación ambiental con SO2 o Opacamiento de la córnea (queratitis)
o Dificultad para respirar.
o Inflamación de las vías respiratorias.
o Irritación ocular por formación de ácido sulfuroso sobre las mucosas húmedas.
o Alteraciones psíquicas.
o Edema pulmonar.
o Paro cardíaco.
o Colapso circulatorio.
La NOM-022-SSA1-1993, señala que las especificaciones de concentración de SO2 como contaminante
atmosférico para protección a la salud de la población, no debe rebasar el límite máximo normado de:
524 μg/m3, o 0,200 ppm promedio en ocho horas de exposición dos veces al año;
288 μg/m3 o 0,110 ppm promedio en 24 horas, una vez al año;
66 μg/m3 o 0,025 ppm promedio anual
(1 ppm = 2,620 μg/m3) a condiciones de referencia 298.16 ºK de temperatura y 101.3 kPa (kilo pascal) de presión.
Regulación de emisiones
Niveles máximos
permisibles de emisión
para equipos existentes.
(Ref. NOM-085-SEMARNAT-2011
Tabla 1)
Regulación de emisiones
Niveles máximos permisibles
en equipos nuevos a partir del
2012.
(Ref. NOM-085-SEMARNAT-2011 Tabla 2)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Media 24hrs
Media 10min
Prom 8 hr,dos veces
al año
Prom 24hrs, una
vez al año
Promanual
2011 eq.Nuevos
Actual
0,0083 0,19 0,2 0,11 0,025
220
2200
NOM-022-SSA1-1993
NOM-085-SEMARNAT-2011
ppmv
Comparativo de los índices permisibles de SO2 en el ambiente de la fuente emisora y los
de afectación a la salud.
Fuente: OMS, SS, SEMARNAT
OMS
Fuente: Diario Oficial – Nov 2010 – Secretaria Energía
Carbón Nacional vs. Otros combustibles
Gas Natural Carbón térmicoNacional
Carbón térmicoImprtación
Combustóleo Combustión deCH4
Combustión deC
51.350
19.405 25.284 40.122
74.192
32.792
Poder calorífico de combustibles utilizados para producción de energía en México
Referencia termodinámica ideal Fuente: Secretaría de Energía
MJ/Ton
Gas Natural Carbóntérmico
Nacional
Carbóntérmico
Imprtación
Combustóleo
2,65
1,00 1,30
2,07
Relación energética de combustibles vs. Carbón térmico nacional
Gas Natural Carbón térmicoNacional
Carbón térmicoImprtación
69,21% 59,18%
77,10%
Eficiencias Energética
de combustibles
-
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
1.600
2007 2008 2009 2010 2011
Exportación
Importación
Producción
Balanza comercial de carbón MM USD
Fuente: Dirección General de Minas, Secretaria de Economía; Instituto Nacional de Estadística
y Geografía, S.H.C.P., Investigación directo, Banco Nacional de Comercio Exterior, S.N.C.
Exportación Importación Producción
0,14
2,59
1,00
Proporción económica de
la balanza comercial
en base a la producción nacional
(referencia 2011)
Carbón de Importación vs. Carbón Nacional
0
100
200
300
400
500
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Carbón Importación Carbón Nacional
Peta
Joules Generación de energía a partir de carbones
-
5.000.000
10.000.000
15.000.000
20.000.000
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Carbón Importación Carbón NacionalTon
Demanda de carbones
para generación de energía
Carbón Nacional
66%
Carbón Importación
34%
Proporción de demanda de Carbón en la Generación de Energía
(Poromedio 2000-2010)
Balance Nacional de Energía – Fuente de Carbón
Fuente: Dirección General de Minas, Secretaria de Economía; Instituto Nacional de Estadística y Geografía, S.H.C.P., Investigación directo, Banco
Nacional de Comercio Exterior, S.N.C., Sistema de Información Energética Secretaría de Energía. Ver noticia MILENIO 15 Oct 2012 http://www.milenio.com/cdb/doc/impreso/8058359 180 USD vs 57 USD
0
50
100
150
200
250
300
2007 2008 2009 2010
USD 36,54 USD 39,47 USD 33,81 USD 42,62
USD 81,27
USD 210,80
USD 122,36 USD 146,56
Cto. Ton Importación Cto. Ton Nacional
USD/Ton Balance Nacional de Energía - Carbón
Lignito Antyracita Combustoleo Diésel Gas Natural
102 91,3
78,5 73,3
55,9
Emisiones de CO2
(Por combustión de distintos combustibles fósiles)
Kg
CO
2/G
J
Carbón Combustóleo Diésel Gas Natural
1
0,66
0,2
0,02
Emisiones de SO2
(Calderas industriales sin proceso de limpieza de humos)
Val
ore
s re
lati
vos
al C
arb
ón
Fuente: Eurogas
Las emisiones de SO2 a partir de
combustibles solidos y líquidos pueden
abatirse con sistemas FGD hasta valores
por debajo de los generados con el gas
natural.
El gas natural emite menor CO2 que el
combustóleo y el carbón y es considerado
como posible sustituto.
Una opción a corto plazo es incrementar la
eficiencia de combustión de los procesos
para reducir consumo de combustible
Emisiones contaminantes de combustibles
1
10
100
1000
10000
100000
1 21 310
11.700 650 2.800 1.000 1.300
140 3.800
23.900 6.500 9.200
Fuente: Inventario nacional de emisiones de gases de efecto invernadero
Las emisiones fugitivas a la atmosfera de gas natural, son del orden de 971 millones de metros cúbicos al
día, equivalente a un 1.7% de la producción total. Las exploración y producción del gas de fracturación
«Shale Gas», presenta este tipo de desventaja además de contaminación de suelo y mantos freáticos con
metales pesados, isotopos radiactivos y químicos tóxicos todos ellos precursores mutagénicos y de cáncer
en el ser humano.
Fuente: Estadísticas destacadas del sector energético del 2012
Define el efecto de calentamiento integrado a lo largo del tiempo que produce hoy una liberación
instantánea de 1kg de un gas de efecto invernadero, en comparación con el causado por el CO2. De esta
forma, se pueden tener en cuenta los efectos de cada gas, así como sus diferentes periodos de
permanencia en la atmósfera. Fuente: Green Facts
Potencial de Calentamiento Global
FUENTES DE GAS DE
EFECTO INVERNADERO
La generación de emisiones fugitivas de
gas metano al ambiente es del 6% de los
gases de efecto invernadero, con un factor
de potencial de efecto invernadero de 21,
equivale a una participación de 126%,
mientras que el sector energético contribuye
con 24% , entonces el gas natural genera
actualmente 5.2 veces mas daño por efecto
invernadero que el CO2 emitido por las C.E.
De desarrollarse la producción de gas Shale
o Gas Lutita en México, la concentración de
CO2 mostrara efectivamente una
disminución sin embargo las emisiones de
metano se incrementaran y con ello el
efecto potencial de calentamiento global y
los daños a los ecosistemas y salud
humana.
Fuente: Inventario nacional de emisiones de gases de efecto invernadero
36.000
36.600
37.200
37.800
38.400
39.000
39.600
40.200
2007 2008 2009 2010 2011
37.330 37.361
37.892 38.032
39.746
Fuente: Coordinación de Afiliación y Vigencia IMSS
Empleo en la industria del Carbón en México Extracción y beneficio de carbón mineral
Empleos
Directos
Como referencia, en el 2011 se genero un flujo
en salarios del orden de 900 millones de pesos
anuales, y hasta 2,600 millones de pesos
anuales, basados en una media hipotética de
entre 1 y 3 salarios mínimos como media.
-
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
2007 2008 2009 2010 2011
Simulador de flujo de salarios de empleos de la
industria del carbón en México
( base a tres medias hipotéticas diferentes)
MM pmx/año
1 Sal Mínimo
2 Sal Mínimo
3 Sal Mínimo
Las inversiones de probables cambios en las tecnologías
de generación eléctrica de carbón a gas natural implican
grandes inversiones las cuales involucran instalación y
mantenimiento de las redes
La demanda de empleo con la tecnología a gas es por
mucho menor comparado con la industria del carbón lo
que implicaría un problema global de desempleo
importante.
EMPLEO
CONCLUSIONES
• El uso de sistemas FGD en la generación de energía permite el uso de combustibles con mayor
cantidad de S (carbón y combustóleo), abre el mercado a reservas de mayor azufre no utilizadas en
la actualidad, elimina emisiones de SO2 al ambiente reduce significativamente las importaciones de
energéticos, reducir el costo de generación de energía, activar la economía de la región, promueve
el desarrollo de tecnologías limpias, permite menores efectos de calentamiento global.
• Sustituir gas por carbón o combustóleo en la G.E. resuelve problemas de costo de generación de
energía y reducción de CO2 al ambiente. Pero representa efectos nocivos por su elevado potencial
efecto invernadero de 21 veces mayor que el CO2 derivado de las emisiones fugitivas además de
presentar daños a ecosistemas por contaminación con metano, isotopos radiactivos y químicos de
alta toxicidad.
• La GESTION en la demanda de tecnologías para reducir emisiones de gases contaminantes debe
ser orquestada por CFE, el sistema FGD es una de las muchas opciones estudiadas en la
actualidad por esta dependencia, pero estudios muestran que es la opción con mayores beneficios
no solo al productor de energía, sino también a la población, al ambiente, al consumidor de energía,
a la activación económica y al desarrollo tecnológico, la estrategia de ACTIVACION resulta
conveniente realizarse con carácter SOCIAL promovida por los gobiernos en beneficio de la
población.
¡ Gracias !