Polaris es el líder en sistemas de condensación criogénica de altas prestaciones, habiendo desarrollado una tecnología eficaz y fiable para aplicaciones complejas, obteniendo las máximas ventajas del gran potencial del tratamiento criogénico, gracias a la tecnología de intercambiadores de calor patentados caracterizados por la alta capacidad de fraccionamiento de vapores y gases.

El proceso se basa en el enfriamiento del efluente a temperaturas muy bajas, utilizando como fuente de frío nitrógeno líquido u otro fluido criogénico. De esta manera se separan los contaminantes debido a la disminución de su presión de vapor en función del equilibrio líquido / vapor y sólido / vapor.

El efluente a depurar, contaminado con compuestos orgánicos e inorgánicos, se enfría progresivamente en los condensadores por debajo de su punto de rocío, produciéndose la condensación de los contaminantes y su separación de la fase gas. Debido a la baja temperatura de los fluidos refrigerantes, la temperatura de piel del condensador puede situarse por debajo del punto de congelación de los compuestos a condensar, produciéndose en este caso la formación de sólido en la superficie del intercambiador de calor. Por este motivo, los condensadores se diseñan y construyen con una configuración especial que permite la formación de sólidos sin un impacto negativo en el desarrollo global del proceso.
Si la concentración residual de contaminantes en el efluente permanece por encima de los límites permitidos de emisión, el enfriamiento se lleva a cabo a una temperatura todavía más baja, para lograr que la reducción de la presión de vapor evite procesos de sublimación.

Planta de tratamiento de una mezcla de disolventes – 400 Nm3/h

En tales condiciones la superficie se cubre, por un fenómeno de adhesión, de aerosoles sólidos orgánicos que se retienen dentro de la planta Polaris para evitar su emisión a la atmósfera. Después de un tiempo (generalmente 6-12 horas) disminuye la trasferencia de calor y aumenta la pérdida de carga, debiéndose regenerar mediante calentamiento el circuito para descongelarlo. Si el proceso es continuo, se debe utilizar un segundo condensador dispuesto a entrar en funcionamiento desde su posición de stand-by.
Todas las plantas de Polaris han conseguido los niveles de emisión requeridos.
La certeza de que la planta mantiene su eficacia de tratamiento a lo largo de su ciclo operativo se asegura mediante el control y la monitorización de la temperatura de efluente en la fase de condensación. La fiabilidad del proceso se garantiza gracias al sistema de control de la planta, que puede chequear constantemente las condiciones correctas del proceso, detectar cualquier anomalía y tomar la decisión de poner en servicio la línea en stand-by.
En su configuración normal, la técnica de tratamiento criogénico utiliza nitrógeno líquido, con el cual se pueden resolver casi todos los casos de contaminación, donde se requieran temperaturas extremadamente bajas de hasta ?170ºC. El nitrógeno líquido se evapora dentro de los cambiadores de calor, en un circuito separado bajo presión, y puede ser reutilizado para otras aplicaciones o introducirse en la red de distribución de gas nitrógeno.

IPlanta de tratamiento de una mezcla de disolventes – 1100 Nm3/h

En los casos más sencillos, donde la temperatura de condensación requerida para llevar a cabo la condensación sea alta, puede ser suficiente utilizar otros fluidos refrigerantes, como salmueras y otros líquidos orgánicos refrigerantes, o directamente freones.

Durante los últimos años Polaris ha desarrollado y optimizado tratamientos criogénicos de emisiones contaminadas en todos sus detalles, resolviendo un gran número de problemas técnicos de construcción y de control para efluentes cada vez de mayor complejidad, haciendo de la condensación criogénica una tecnología efectiva y fiable para cualquier tipo de contaminantes, en especial los orgánicos.
Los sistemas de tratamiento criogénico mediante condensación / solidificación suministrados por Polaris han cumplido siempre con las prescripciones de las normas de protección medioambiental, cada día más estrictas.

Polaris tiene la experiencia de más de cincuenta plantas construidas, instaladas y en funcionamiento en Europa y en otros países no europeos, cumpliendo cada una de ellas las normas vigentes más severas, así como los requisitos de calidad aún más restrictivos impuestos por las políticas medioambientales de nuestros clientes.
Cada sistema se suministra de manera compacta, ensamblado en un “skid”, completo y listo para funcionar nada más efectuadas las conexiones de sus límites de batería.

CONSUMO ENERGÉTICO

El consumo de energía para el enfriamiento constituye el único consumo significativo en la operación de la planta de tratamiento criogénico. Los costes específicos son más relevantes cuanto más bajo es el nivel térmico del proceso de enfriamiento.
Además de una mínima contribución debido a perdidas por aislamiento y a la fase de puesta en marcha, el consumo de energía se produce en:
a) Enfriamiento de la fracción incondensable del efluente desde la temperatura de entrada a la temperatura de tratamiento (calor sensible).
b) Enfriamiento de los contaminantes desde la temperatura de entrada hasta la temperatura de condensación y / o solidificación (calor sensible)
c) Cambio de estado de los productos licuados o solidificados (calor latente).

El tercer tipo de consumo energético permite efectuar una recuperación energética modesta, salvo en el caso de gases puros condensados para su posterior reevaporación y reciclo como gases de producción en el proceso. Sin embargo, es posible efectuar una recuperación eficiente, superior al 95%, de las primeras dos formas de energía, preenfriando el flujo de entrada mediante un intercambio indirecto en contracorriente con el efluente depurado, que tiene la temperatura final del tratamiento, y utilizando el calor del efluente entrante para efectuar la descongelación de la columna.
Debido a que el costo específico de energía criogénica aumenta con la disminución del nivel térmico, puede resultar conveniente la utilización de otros fluidos refrigerantes a un nivel térmico más elevado para preenfriar el efluente, en particular cuando hay presencia de agua en el proceso debido a la alta humedad del efluente, debido al elevado calor latente del agua en su condensación.

Planta de tratamiento disolventes clorados – 500 Nm3/h

El proceso se optimiza normalmente tomando en cuenta que el nitrógeno líquido utilizado puede utilizarse como nitrógeno gas en la red de fabrica o emplearse directamente en otras aplicaciones. De hecho es una práctica común en la mayoría de las industrias químicas, y en general cuando se utilizan disolventes u otros compuestos orgánicos volátiles, que, por motivos de seguridad, se utilice nitrógeno líquido para producir un gas inerte que se utiliza en los procesos de producción o almacenaje, en el trasiego de líquidos, en el soplado de filtros, en el secado o en el transporte de productos.

Generalmente en tales casos el nitrógeno requerido para el tratamiento de los efluentes es menor que el utilizado en la planta, con lo que el coste operativo es sustancialmente nulo.

COMPARACION CON OTRAS TECNOLOGÍAS DE DEPURACIÓN

El tratamiento criogénico de las emisiones es una técnica de tipo recuperativo, que posibilita la reutilización y la valorización de los productos separados.
Respecto a otras técnicas recuperativas basadas en la adsorción sobre carbones activos o la absorción en líquidos, el método criogénico es notablemente más ventajoso por motivos de coste de inversión y de operación, cuando el caudal de la emisión no excede los 3.000 m3/h. Cuando esto ocurre, se puede integrar el sistema de tratamiento criogénico con la adsorción mediante carbones activos y resinas. En este caso, el método combinado resulta óptimo hasta en el caso de efluentes con concentraciones muy bajas de contaminantes, y particularmente conveniente si se trata de productos o contaminantes gaseosos.
Con el tratamiento criogénico se evita que se produzca contaminación del agua, que posteriormente debería ser depurada, tal y como ocurre en otras técnicas recuperativas que utilizan carbones activados regenerados con vapor. El tratamiento de esta agua presenta una dificultad añadida, y la separación de los compuestos recuperados para su reutilización una operación muy costosa.
Si los contaminantes separados en una planta criogénica no pueden ser reutilizados o valorizados, y deben ser transferidos a una tercera parte para su destrucción, la técnica presenta la ventaja de producir volúmenes de residuos y costes reducidos.
El uso de técnicas destructivas tales como la oxidación (combustión) térmica o catalítica conllevan un impacto medioambiental local superior, asociadas a unas condiciones de riesgo que se deben valorar con mucho detenimiento.
La oxidación (combustión) origina grandes volúmenes de gas, a menudo incrementados por la dilución preliminar de los efluentes por motivos operativos o de seguridad. Estas grandes cantidades de gas, aún dentro de los límites de emisión legales, contienen nuevos productos debidos a la combustión (óxidos de carbono, NOx, compuestos orgánicos originados por la combustión incompleta, a menudo tóxicos) y cantidades residuales de los volátiles presentes en el efluente. En particular, debido a que el tratamiento criogénico no necesita de ninguna dilución, la concentración final está referida normalmente al caudal primario de emisión, siendo por lo tanto siempre el menor de los posibles.

En el caso de la oxidación (combustión) no se pueden obviar los costes de operación debidos al consumo de combustible de aporte y la depuración de los gases de combustión, además de la dificultad intrínseca en asegurar en todo momento un funcionamiento perfecto de la oxidación. En algunos contextos industriales, en particular en aquellos cercanos a asentamientos civiles o dentro de un complejo químico, donde las condiciones ambientales están muy afectadas por las emisiones fugaces, el impacto de una planta de oxidación puede resultar intolerable. Es mucho más oportuno separar los contaminantes en forma química y transferirlos en este estado a un centro de tratamiento, o tratar estos residuos en un incinerador propio, ya que el sistema no presenta problemas de seguridad y produce volúmenes de gases de combustión de un orden de magnitud inferior, para la misma cantidad de volátiles destruidos.
En cuanto a los aspectos de seguridad, la técnica de tratamiento criogénico es incomparablemente más segura que las demás, y mientras se producen frecuentes accidentes en incineradores catalíticos o en sistemas de adsorción mediante carbón activo de tipo convencional, nunca ha ocurrido un accidente en un recuperador criogénico. En el recuperador criogénico no es necesario hacer diluciones del efluente con un exceso de aire o gas inerte para evitar problemas de explosividad o de sobecalenteamiento: en su funcionamiento la mezcla se encuentra con temperaturas muy inferiores al su “flash point”, y no se produce ignición por acumulación de cargas electrostáticas.
Por todas las consideraciones anteriormente expuestas, el tratamiento criogénico aparece como la solución ideal desde un punto de vista ecológico y de seguridad. Su mejor aplicación son las emisiones con concentraciones medias o altas, donde es más conveniente económicamente, pero puede ser económico con bajas concentraciones mediante el método combinado (adsorción seca). Para realizar el tratamiento criogénico es recomendable que los sistemas de recogida de las emisiones (reactores, mezcladoras, centrífugas, secadores, depósitos y otros equipos) se diseñen evitando la dilución con el aire ambiente. De esta manera el tamaño de la unidad de tratamiento se reduce y su eficiencia aumenta, reduciéndose la inversión y los gastos de operación.