1 Módulo 3: Retos Ambientales – Industria de la Pulpa y el PapelPrograma de Movilidad en Educación Superior para América del Norte Introducción a la Integración de Procesos para el Control Ambiental en la Currícula de Ingeniería Módulo 3: Retos Ambientales – Industria de la Pulpa y el Papel Caroline Gaudreault Elaborado en: École Polytechnique de Montréal & Texas A&M University, 2003

2 Propósito del Módulo 3 ¿Cuál es el propósito de este módulo?Este módulo trata de proveer de una visión general sobre los retos ambientales de la industria de la pulpa y el papel, y más específicamente, de la reducción de los impactos relacionados al proceso kraft de obtención de pulpa.

3 Estructura del Módulo 3 ¿Cuál es la estructura de este módulo?El Módulo 3 está dividido en 3 “tiers”, cada uno con una meta específica: Tier 1: Introducción básica Tier 2: Caso de estudio, aplicaciones Tier 3: Problema Propuesto-Resuelto (Open-ended) Estos tiers deben ser completados en orden. Los estudiantes son evaluados en varios puntos, para medir su grado de comprensión del tema, antes de proceder. Cada tier contiene un objetivo específico al inicio y un quiz al final.

4 SIMBOLOGÍA Ir a al siguiente "web site" Ir al tema siguienteMás información del mismo tema Ver la respuesta de la pregunta

5 Tier I: Información Básica

6 Tier I: Objetivo a lograrEl propósito de este módulo es proveer una visión general de los conceptos relacionados al mínimo impacto del proceso Kraft y la introducción de la herramientas pertinentes de la IP. El Tier 1 también incluye algunas lecturas seleccionadas, para ayudar al estudiante a adquirir una mayor compresión de este tema.

7 Tier I: Contenido El Tier I está sub-dividido en tres secciones:1.1 Introducción al proceso de obtención de pulpa kraft, su relación con el impacto ambiental y las regulaciones 1.2 Introducción a la manufactura de mínimo impacto 1.3 Herramientas de IP relacionadas Al final del Tier I se presenta un pequeño quiz de opción múltiple

8 1.1 Introducción al proceso kraft y su relación con el impacto ambiental y las regulaciones

9 Descripción General del Proceso KraftEl proceso kraft es una forma química de obtención de la pulpa. Esto significa que, con el fin de degradar y disolver la lignina y conservar la mayoría de la celulosa y hemicelulosa, las astillas de madera son cocidas en soluciones acuosas con los químicos apropiados a elevada presión y temperatura. El reto principal es formar fibras fibras que estén prácticamente intactas. Más específicamente, el proceso kraft involucra la cocción de las astillas usando una solución de hidróxido de sodio (NaOH) y sulfuro de sodio (Na2S) Una característica importante del proceso kraft es que los químicos de cocción son regenerados en un proceso de recuperación que será estudiado más adelante.

10 Ventajas y Desventajas del Proceso KraftPulpa más fuerte Emplea técnicas probadas para la recuperación química Se emplea en una amplia gama de especies de madera Tolera corteza en el proceso de obtención de pulpa Desventajas: La pulpa no blanqueada se caracteriza por un color café oscuro Está asociado a gases de olor desagradable (sulfuros orgánicos)

11 Definiciones y Nomenclatura (1)Pulpa Astillas Licor Blanco: Es el licor que contiene los químicos activos de cocción (NaOH y Na2S) y se emplea para cocer las astillas. Licor Negro: Licor residual proveniente de la cocción que contiene los productos de reacción de solubilidad de la lignina. Este licor es concentrado y quemado en un horno de recuperación y permite la fundición del Na2CO3. Licor Verde: Licor obtenido al disolver los productos fundidos. El licor verde es reaccionado con CaO para convertir el Na2CO3 en NaOH y regenerar el licor blanco. Cocción & Lavado LICOR NEGRO Lignina alcalina Sales de Hidrólisis Productos de Sulfonación LICOR BLANCO NAOH NA2S Evaporación & Quemado LICOR VERDE Na2CO3 Na2S Causterización Ciclo kraft de sodio (Fuente: Smook, 1994)

12 Definiciones y Nomenclatura (2)TÉRMINO DEFINICIÓN UNIDADES Álcali Total Total de todos los compuestos alcalinos de sodio viables i.e. NaOH + Na2S + Na2CO3 + Na2SO4 + Na2S2O3 + Na2SO3 (does not include NaCl) g/L como Na2O Álcali Titrable Total (ATT) Total NaOH + Na2S + Na2CO3 Álcali Activa (AA) Total NaOH + Na2S Álcali Efectiva (AE) Total NaOH + ½ Na2S Actividad Razón AA / TTA % Causticidad Razón NaOH / [NaOH + Na2CO3] % (en base Na2O) Sulfonación Razón Na2S / AA (or TTA) Eficiencia de Causticidad (Licor blanco) Lo mismo que causticidad. (Sin embargo, la concentración de NaOH en el licor verde debe ser reducida de tal forma que el valor del NaOH representa sólo la porción producida por la reacción de causterización.) Álcali residual (Licor Negro) Concentración de álcali determinada por titración Eficiencia de Reducción (Licor verde) Razón Na2S / (compuestos azufrados) (simplificado algunas veces como razón Na2S / [Na2S + Na2SO4 ]) (Fuente:Smook, 1994)

13 Ciclo de Sodio vs. CalcioCiclo del Calcio Ciclo del Sodio (Adaptado de la Comisión Europea IPPC, 2001)

14 Estructura de la celulosaFibras de Madera Las fibras de la pulpa son manufacturadas por una disolución química de aquellos componentes de la madera (principalmente lignina) que mantienen unidas las células de la madera para formar la estructura original de la madera disminuyendo los daños a estos componentes. Compuestos Químicos de la Madera Estructura de la celulosa Madera Lignina 21% Maderas duras 25% Maderas blandas 2-8% Extractores Terpenos Resinas ácidas (maderas blandas) Ácidos grasos Fenoles No saponificables Carbohydrates Hemicelulosa 35% Maderas duras 25% Maderas blandas 45% Celulosa Glucosa Glucosa Manosa Galactosa Xilosa Arabinosa Fuente: Smook, 1994

15 Panorama General del Proceso KraftAstillas Agua Lodos de Cal Digestor Almacén de licor blanco Clarificador de licor blanco Lavador de lodos de cal Almacén de licor débil Tanque de Soplado Causterizadores Espesor de lodos de cal Lavadores Gravilla Slaker Cal Horno de cal Pulpa a blanqueado Almacén de licor negro débil Almacén de licor verde Agua Sedimentos Sedimentos Evaporadores Condensados contaminados Clarificador de licor verde Lavador de sedimentos Fundicón Almacén de licor negro fuerte Horno de recuperación Tanque disolvedor Almacén de licor débil Fuente: Smook, 1994

16 Panorama General del Proceso KraftAstillas Agua La madera es “descortezada” mecánicamente y cortada en astillas que son tamizadas antes del tratamiento químico. La lignina y algunos materiales carbohidratados son extraídos de las astillas por disolución durante la cocción en solución acuosa con compuestos alcalinos, neutros o ácidos a presión y temperatura elevada. Las astillas mantienen su estructura de madera durante el proceso de pulpa químico, pero ésta es después tan débil que se rompe en fibras individuales por medio de una acción mecánica modesta. Lime mud Lodos De Cal Digestor Digestor White liquor storage Almacén de licor blanco Clarificador de licor blanco White liquor clarifier Lavador de lodos de cal Lime mud washer Almacén de licor débil Tanque de Soplado Tanque de Soplado Causterizadores Causticizers Espesor de lodos de cal Lime mud thickener Lavadores Lavadores Gravilla Pulpa a blanqueado Slaker Slaker Cal Lime kiln Horno de cal Almacén de licor negro débil Weak black liquor storage Almacén de licor verde Green liquor storage Water Agua Sedimentos Sedimentos Evaporadores Evaporators Condensados contaminados Green liquor clarifier Clarificador de licor verde Dregs washer Lavador de sedimentos Fundicón Almacén de licor negro fuerte Strong black liquor storage Recovering furnace Horno de recuperación Tanque disolvedor Dissolving tank Weak liquor storage Almacén de licor débil Fuente: Smook, 1994

17 Panorama General del Proceso KraftAstillas Agua Lodos De Cal Lavado: Materia orgánica e inorgánica disuelta gastada es separada de la pulpa por un sistema de lavado de multietapas. El licor gastado es enviado al sistema de regeneración. Tamizado: Las impurezas sólidas contenidas en la pulpa lavada (principalmente maderas con lignina y nudos) son separadas por tamizado. Los residuos son reprocesados. Blanqueado: Dependiendo de la aplicación, la pulpa puede ser blanqueada. Pulpa empleada para el proceso kraft es más oscura que la madera original. El blanqueado es el proceso de purificación que modifica las sustancias coloreadas, de forma que, o pierden su habilidad de absorción de luz o son disueltas. Digester Digestor White liquor storage Almacén de licor blanco White liquor clarifier Clarificador de licor blanco Lime mud washer Lavador de lodos de cal Amacén de licor débil Blow tank Tanque de Soplado Causterizadores Causticizers Espesor de lodos de cal Lime mud thickener Pulpa Lavadores Washers Gravilla Grits Cal Blanqueado Slaker Slaker Horno de cal Lime kiln Almacén de licor negro débil Weak black liquor storage Green liquor storage Almacén de licor verde Agua Sedimentos Sedimentos Evaporators Evaporadores Condensados contaminados Green liquor clarifier Clarificador de licor verde Dregs washer Lavador de sedimentos Fundicón Strong black liquor storage Almacén de licor negro fuerte Recovering furnace Horno de recuperación Dissolving tank Tanque disolvedor Weak liquor storage Almacén de licor débil Fuente: Smook, 1994

18 Panorama General del Proceso KraftAstillas Agua Lodos de Cal Digestor Digester White liquor storage Almacén de licor blanco White liquor clarifier Clarificador de licor blanco Lavador de lodos de cal Lime mud washer Almacén de licor débil Tanque de Soplado Blow tank Causterizadores Causticizers Espesor de lodos de cal Lime mud thickener Pulpa Lavadores Washers Gravilla Blanqueado Slaker Slaker Lime Lime kiln Horno de cal Weak black liquor storage Almacén de licor negro débil Green liquor storage Almacén de licor verde Agua Con la finalidad de ser usado como combustible, el licor kraft debe ser evaporado en un sistema de evaporación de multietapas. Sedimentos Condensados contaminados Evaporators Evaporadores Clarificador de licor verde Green liquor clarifier Dregs washer Lavador de sedimentos Sedimentos Fundicón Almacén de licor negro fuerte Strong black liquor storage Recovering furnace Horno de recuperación Dissolving tank Tanque disolvedor Almacén de licor débil Weak liquor storage Fuente: Smook, 1994

19 Panorama General del Proceso KraftAstillas Lodos de Cal Agua Digester Digestor White liquor storage Almacén de licor blanco Clarificador de licor blanco White liquor clarifier Lavador de lodos de cal Lime mud washer Almacén de licor débil Tanque de Soplado Blow tank Causticizers Causterizadores Lime mud thickener Espesor de lodos de cal El licor negro fuerte es quemado en un horno de recuperación donde las sustancias inorgánicas son convertidas en sustancias regenerables. Sales de sodio y azufre son convertidas en Na2S Na2CO3 fundidos y enviados a un tanque disolvente Pulpa Washers Lavadores Gravilla Grits Blanqueado Slaker Slaker Lime Cal Lime kiln Horno de cal Almacén de licor negro débil Weak black liquor storage Almacén de licor verde Green liquor storage Water Agua Sedimentos Sedimentos Evaporadores Evaporators Condensados contaminados Clarificador de licor verde Green liquor clarifier Dregs Dregs washer Lavador de sedimentos Fundicón Strong black liquor storage Almacén de licor negro fuerte Horno de recuperación Recovering furnace Dissolving tank Tanque disolvedor Almacén de licor débil Weak liquor storage Fuente: Smook, 1994

20 Panorama General del Proceso KraftAstillas Agua Lodos de Cal Digester Digestor Almacén de licor blanco White liquor storage Clarificador de licor blanco White liquor clarifier Lavador de lodos de cal Lime mud washer Tanque de Soplado Blow tank Causticizers Causterizadores Espesor de lodos de cal Lime mud thickener Pulpa Washers Lavadores Gravilla Blanqueador Slaker Slaker Cal Lime kiln Horno de cal Weak black liquor storage Almacén de licor negro débil Green liquor storage Almacén de licor verde El producto fundido es disuelto en un licor de lavado débil proveniente de la planta de recausterización. Agua Sedimentos Sedimentos Evaporadores Evaporators Green liquor clarifier Clarificador de licor verde Dregs Condensados contaminados Lavador de sedimentos Dregs washer Fundicón Strong black liquor storage Almacén de licor negro fuerte Horno de recuperación Recovering furnace Dissolving tank Tanque disolvedor Almacén de licor débil Weak liquor storage Fuente: Smook, 1994

21 Panorama General del Proceso KraftAstillas Agua Lodos de Cal Digestor Digester White liquor storage Almacén de licor blanco White liquor clarifier Clarificador de licor blanco Lavador de lodos de cal Lime mud washer Almacén de licor débil Tanque de Soplado Blow tank Causterizadores Causticizers Espesor de lodos de cal Lime mud thickener Pulpa Lavadores Washers Gravilla Blanqueador Slaker Slaker Cal Lime kiln Horno de cal El licor verde es clarificado. Almacén de licor negro débil Weak black liquor storage Almacén de licor verde Green liquor storage Agua Sedimentos Sedimentos Evaporators Evaporadores Condensados contaminados Green liquor clarifier Clarificador de licor verde Dregs washer Lavador de sedimentos Fuente: Smook, 1994 Fundicón Strong black liquor storage Almacén de licor negro fuerte Horno de recuperación Recovering furnace Tanque disolvedor Dissolving tank Weak liquor storage Almacén de licor débil Fuente: Smook, 1994

22 Panorama General del Proceso KraftAstillas Agua Lodos de Cal Digestor Digester Almacén de licor blanco White liquor storage White liquor clarifier Clarificador de licor blanco Lime mud washer Lavador de lodos de cal Almacén de licor débil Blow tank Tanque de Soplado Causticizers Causterizadores Espesor de lodos de cal Lime mud thickener Pulpa Lavadores Washers Gravilla Blanqueador Slaker Slaker Cal Lime kiln Horno de cal El licor verde es causterizado cal “re-quemada” para formar el licor blanco: El CaO y agua reaccionan en el slaker para formar CaOH, que posteriormente reacciona con Na2CO3 en el licor verde para formar NaOH y CaCO3. El CaCO3, que es insoluble, es separado por filtración y lavado para extraer las sales de sodio. Después es calcinado a CaO en un horno de cal y reusado. El licor blanco regenerado es reusado en la cocción. Almacén de licor negro débil Weak black liquor storage Green liquor storage Almacén de licor verde Agua Sedimentos Sedimentos Evaporators Evaporadores Condensados contaminados Green liquor clarifier Clarificador de licor verde Dregs washer Lavador de sedimentos Fundicón Strong black liquor storage Almacén de licor negro fuerte Recovering furnace Horno de recuperación Dissolving tank Tanque disolvedor Weak liquor storage Almacén de licor débil Fuente: Smook, 1994

23 Contaminantes en la Industria de la P&P¿Qué es un contaminante? Un contaminante es una “substancia que puede altear el ambiente natural (Springer et al., 2000). Clasificación de los contaminantes de la US EPA Substancias demandantes de oxígeno Agentes causantes de enfermedades Compuestos orgánicos sintéticos Nutrientes de plantas Substancias químicas y minerales inorgánicas Sedimentos Substancias radioactivas Descargas térmicas

24 Impactos Ambientales del Proceso KraftPreparación de la Madera Para aprender sobre impactos ambientales mayores en el proceso kraft: Haga click en las cajas amarillas y rosas Astillas Agua Lodo de cal Digestor Almacén de Licor blanco Clarificador de licor blanco Lavador de lodos de cal Almacén de licor débil Tanque de Soplado Causterizadores Espesor de Lodos de cal Pulpa Lavadores Blanqueador Gravilla Slaker Cal Horno de cal Almacén de licor negro débil Almacén de Licor verde Agua Sedimentos Evaporadores Clarificador de Licor verde Sedimentos Fuente: Smook, 1994 Contaminantes condensados Lavador de sedimentos Fundición Almacén de licor negro fuerte Horno de recuperación Tanque disolvedor Almacén de licor débil

25 Preparación de la MaderaContaminación del Aire: La transportación de madera, producción, tamizado, transportación y almacenado de astillas, así como las actividades de eliminación de la corteza pueden provocar la emisión de partículas sólidas. Éstas son extremadamente difíciles de medir. Otro tipo de emisiones fugitivas asociadas con las actividades de preparación de la madera son las emisiones gaseosas como los compuestos orgánicos volátiles (VOC). Contaminación del Agua: El agua es usada para 3 propósitos: transportación de troncos, lavado de troncos y separación húmeda de troncos. Para más información Regresar al diagrama de flujo

26 Regresar al diagrama de flujoProducción de Pulpa Contaminación del Aire: El proceso de cocción resulta en la formación y liberación de VOC’s y componentes reductores (TRS) que presentan mal olor. Los compuestos pueden dejar el digestor en forma líquida o gaseosa. Los gases son enviados a condensadores para remover el agua y otros compuestos condensables. Los gases no condensables son incinerados con el fin de eliminar los compuestos de mal olor. Los residuos son condensados y usados para precalentar las astillas. Contaminación del Agua: Las astillas de madera son cocidas en una solución acuosa. Para más información Regresar al diagrama de flujo

27 Lavado de la Pulpa, Tamizado y DesanudadoContaminación del Aire: Cuando la pulpa es lavada, tamizada y desanudada no se forman nuevos contaminantes pero los compuestos volátiles presentes en la pulpa pueden escapar durante estas operaciones. Contaminación del Agua: La pulpa es lavada para remover químicos de la pulpa y solubilizar compuestos de la madera y diluirla con agua. Para más información Regresar al diagrama de flujo

28 Blanqueado: Extracción de la lignina con oxígeno (OD) – Contaminación del AireEn la OD, vapor, sosa (como licor blanco oxidado) y oxígeno son añadidos a la pulpa con el fin de reducir el contenido de lignina antes del blanqueado. Se tiene presencia de VOC’s , licor blanco y agua de lavado en la pulpa de entrada y éstos pueden ser liberados. El CO2 y CO son generados en el reactor durante la extracción de la lignina.

29 Blanqueado – Contaminación del AireEl blanqueado se lleva a cabo en un proceso de multietapas e involucra el uso de agentes químicos que oxidan y disuelven la lignina. Después de este proceso, la celulosa y hemicelulosa son separadas del material indeseable. Este proceso involucra el uso de agentes químicos. Tradicionalmente, el cloro era usado en la primera etapa del blanqueado, pero fue reemplazado por ClO2 debido a la posible formación de compuestos clorhídricos indeseables. El uso de hipoclorito de sodio en la tercera etapa también ha sido descontinuado casi totalmente por su relación con el cloroformo y formación de AOX. Los gases exhaustos del blanqueado contienen VOC’s, químicos de blanqueado sin reaccionar y compuestos formados inadvertidamente. La mayor parte de los VOC’s son regresados al flujo de la pulpa sin blanquear. También es posible que el ClO2 y Cl estén presentes en pequeñas cantidades en los gases de blanqueo. El CO se forma casi totalmente en la primera etapa del blanqueo.

30 Blanqueo – Contaminación del AguaDiferentes tipos de sustancias químicas son usadas en el proceso multietapas de blanqueo de la pulpa. El lavado acuoso se realiza entre etapas para remover los químicos de blanqueo y cualquier compuesto de madera disuelto, extraído durante el blanqueo. El agua también se usa para preparar la solución química de blanqueo y en los escrubbers de control de emisiones atmosféricas. Debido a que el agua de desecho del blanqueado tiene un alto contenido de cloro, es incompatible con el proceso de recuperación química y es enviado directamente al tratamiento de desechos. Para más información Regresar al diagrama de flujo

31 Recuperación Química: EvaporaciónContaminación del Aire: Después de la cocción, el licor cocido gastado recibe el nombre de licor negro débil. Este licor está compuesto por cerca de 85% de agua y 15% de sólidos que son una mezcla compleja de azufre y sodio que contienen compuestos orgánicos e inorgánicos. Durante la evaporación del agua, pueden generarse compuestos gaseosos volátiles. También, por la presencia de sulfato de sodio en el licor de cocción Kraft, compuestos TRS pueden ser liberados durante la evaporación. Para evitar malos olores, estos gases son enviados a combustión con la finalidad de oxidar los TRS. Contaminación del Agua: El agua del licor negro débil es evaporada, el condensado de esta evaporación comprende el exceso de agua eliminada al concentrar del licor. Estos condensados pueden ser reusados en otros procesos pero el exceso de condensado es descargado al agua de desecho para tratamiento. Los condensados pueden presentar elevados niveles de TRS, metanol y acetona. Para más información Regresar al diagrama de flujo

32 Recuperación Química: Horno de Recuperación – Cont. del AireCuando el licor tiene un mínimo de 60% de sólidos, es enviado al horno de recuperación donde los compuestos orgánicos son quemados y los inorgánicos son transformados a un líquido fundido. El horno de recuperación es la principal fuente de emisiones de TRS. Partículas como el sulfato de sodio y el carbonato de sodio también son emitidas por el horno de recuperación. Compuestos potásicos y otros metales pueden estar presentes en menor cantidad. Los hornos de recuperación también liberan SO2, NOx, CO, compuestos volátiles y otros productos originados por combustión incompleta. También existen emisiones de SO3, H2SO4, HCL and NH3. Existe la posibilidad de liberar emisiones de compuestos clorados pero en pequeñas cantidades. Regresar al diagrama de flujo

33 Recuperación Química: Disolver y Clarificación – Contam. del AireEl líquido fundido es enviado del horno a un tanque, y el fundido es “separado” con vapor. Las partículas fundidas caen en una solución agitada de lavado débil. La mezcla es llamada licor verde y es bombeada al clarificador donde se remueven los sólidos suspendidos. La mayoría de las emisiones del tanque disolvedor son TRS y partículas sólidas similares a las del horno de recuperación. Puede liberarse VOC y NH3. Regresar al diagram de flujo

34 Recuperación Química: Horno de CalContaminación del Aire: El lodo de cal es calcinado a CaO y CO2 en el horno de cal. La mayoría de las emisiones del horno son TRS y partículas sólidas. Las emisiones de SO2 son bajas debido a la atmósfera alcalina del horno. El horno de cal tambíen emite NOx, CO y VOC por la combustión incompleta. Contaminación del Agua: El agua es usada para lavar los precipitados sólidos formados durante el ciclo de recuperación. El lavado recupera sodio y azufre de los sedimentos del licor verde y lodos de cal. Este lavado débil es reusado para disolver los productos del horno de recuperación y el exceso es enviado al agua de desecho para tratamiento. Para más información Regresar al diagrama de flujo

35 Recuperación Química: Slaker – Contaminación del AireEl CaO del horno (kiln) y el licor verde del tanque disolvedor son mezclados para formar NaOH, CaCO3. Se forma una gran cantidad de vapor que debe ser ventilado. El vapor contiene muchas partículas sólidas, principalmente carbonato de calcio y sodio y sulfatos. También se puede formar NH3. Regresar al diagrama de flujo

36 Recuperación Química Otros Equipos del Área de CausteurizaciónContaminación del aire: Otros equipos asociados con el procesamiento del licor verde (clarificadores, almacenes, tanques igualadores y tanques de almacenamiento) y lodos de cal (tanques mezcladores, tanques disolvedores, tanques de almacenamiento, filtros de presión y bombas) pueden ser ventilados a la atmósfera. Sin embargo, las velocidades del flujo de gases como el VOC y NH3 de estos equipos son muy pequeñas y sus concentraciones muy bajas. Regresar al diagrama de flujo

37 Planta Representativa de Blanqueo Kraft. Cargas de AguaEl volumen de descarga de agua más proviene de la planta de papel. La carga más grande de BOD ocurre en la planta de blanqueado. La planta de papel procesa la mayor cantidad de TSS. Regresar al Horno de Cal Regresar a Evaporación Regresar a Blanqueado Regresar al Lavado de la Pulpa Regresar a la Producción de la Pulpa Regresar a la Preparación de la Madera (Fuente: Springer and al., 1997)

38 Regulaciones Ambientales Más ImportantesLa legislación es uno de los medios para implementar cambios ambientales y es reconocido como un importante factor para conservar una ventaja sobre los competidores. También, existe un consenso que establece que las legislaciones serán cada vez más estrictas por los siguientes 25 años. Por esta razón, las regulaciones que tienen gran impacto en la industria de la pulpa y papel serán descritas en las siguientes diapositivas. La importancia de la legislación, así como de otros medios para el cambio ambiental, serán descritos en el tier II.

39 US EPA Clean Water Act El Clean Water Act establecido en 1997, establece la estructura básica para la regulación de descargas de contaminantes en aguas de los Estados Unidos. Con esto, la USEPA tiene la autoridad de implementar programas de control de contaminación (e.g. establecer los estándares del agua de desecho para la industria). Apunta a reducir directamente las descargas en las aguas de desecho, financiar plantas tratadoras de agua municipal y a manejar los efluentes contaminados empleando herramientas regulatorias y no regulatorias.

40 US EPA Regla Cluster La Regla Cluster de la US EPA integra regulaciones para agua y aire. Fue publicada en 1998 y fue aplicada a las plantas de papel blanqueado grado kraft, sosa y papel grado sulfito. Las características clave de la Regla Cluster son: Implementación por los próximos 3 años; Las limitaciones de la planta de blanqueado para efluentes con dioxinas, fenoles clorados y cloroformo; Limitaciones de AOX; Establecimiento de mejores prácticas de manejo (BMP) para el control de derrames del licor de pulpa gastado, aguarrás y jabón; Estimular el proyecto XL; Sin cambios en los límites de BOD y TSS; Sin límites en color, cloruro de metilo o metil etil cetona; Sin límites de COD, pero cambiará en el futuro.

41 Proyecto XL de la US EPA El Proyecto XL se refiere a “eXcelencia y Liderezago” (eXcellence and Leadership) y es un programa piloto americano que permite a los gobiernos estatales y locales, a las empresas y a las organizaciones federales desarrollar estrategias innovadoras junto con la EPA para probar mejores o más económicamente eficientes formas de lograr la protección del ambiente y de la salud pública. El Proyecto XL presenta 8 criterios: Producir mejores resultados ambiéntales, más exitosos de los logrados bajo las regulaciones y políticas de prevención actuales; Producir beneficios como ahorro en costos, reducción de papelería, flexibilidad regulatoria u otros tipos de flexibilidad que actúan como un incentivo tanto para los proyectistas como para las agencias reguladoras; Apoyado por los interesados; Logra innovación/prevención de la contaminación; Genera información o datos que son transferibles a otras entidades; Viabilidad demostrada; Establece responsabilidades a través de métodos acordados de monitoreo, reporte y evaluación; y Evita alterar la carga de riesgo, i.e. no crea problemas en la seguridad del empleado o en aspectos ambientales como resultado del experimento. Además, los proyectos deben presentar oportunidades económicas e incorporar a la comunidad en los planes.

42 Testificación de Reducción de Contaminación Industrial (Quebec)Programa para la Reducción de Desechos Industriales: El programa de reducción de desechos fue establecido en El Ministerio del Medioambiente de Quebec ha desarrollado una estrategia de intervención integrando a todos los medios colectores. Los sectores industriales “en la mira” fueron aquellos cuyos residuos contaminantes, más específicamente la liberación de sustancias tóxicas, tenían el mayor impacto sobre los ambientes locales. Testificación de Reducción de la Contaminación Industrial: La Testificación de Reducción de Contaminación Industrial es la herramienta legal que permite al ministerio operar el Programa de Reducción de Desechos.

43 Testificación de Reducción de Contaminación Industrial (Quebec)La Testificación de Reducción de Contaminación Industrial es un permiso, renovable cada 5 años, que establece las condiciones ambientales bajo las cuales la industria debe operar. Los principales componentes de la Testificación de Reducción de Contaminación son: Respetar los estándares de rechazo; Requerimientos relacionados al seguimiento de los rechazos; Otras condiciones de operación determinadas por el ministerio; Estudios de desempeño; Fechas de vencimiento y requerimientos adicionales. Sectores Elegidos: Pulpa y Papel (es el único que tiene implementado completamente el programa actualizado); Minería y Metalurgia; Química Orgánica e Inorgánica; Industria Agro-alimenticia, transformación de madera y textiles.

44 Prevención y Control de Contaminación Integrado (IPPC) - EuropaQué es IPPC: La IPPC es el conjunto de reglas comunes europeas para el permiso de instalaciones industriales. El propósito de la Directiva del IPPC es minimizar la contaminación de varias fuentes presentes en la Unión Europea. Los permisos, basados en el concepto de la Mejor Técnica Disponible (o BAT), son necesarios para que determinada industria sea capaz de operar.

45 Protocolo de Kyoto y Disminución de los GEIEl cambio climático es un problema que afecta a todos los países. Muchas de las actividades humanas emiten gases de efecto invernadero (GEI) a la atmósfera (calefacción y refrigeración de edificios, uso de energía, transporte, procesos industriales, etc.) Cuando entran en contacto con las radiaciones solares, los GEI actúan como un vidrio de invernadero al bloquear que el calor se escape al espacio, aumentando la temperatura de la Tierra. En1997, más de 160 países se reunieron en Kioto (Japón) y acordaron reducir las emisiones de GEI. Este acuerdo es llamado Protocolo de Kioto. El objetivo de Canadá es reducir sus emisiones de GEI 6% por de bajo de los niveles de 1990 para el periodo comprendido entre 2008 y 2012. El Protocolo sólo será legal cuando sea ratificado por al menos 55 países, cubriendo por lo menos el 55% de las emisiones especificadas por el Protocolo. Ni USA ni México han ratificado el Protocolo. A estas fechas (Mayo 2004) la implementación depende de la ratificación de USA o Rusia.

46 Disminución de GEI & Pulpa y PapelEn 2003, la Asociación de Productos Forestales de Canadá firmó un acuerdo con el gobierno canadiense sobre las emisiones de GEI, el cual incluye el compromiso de la industria de reducir sus emisiones de gases invernadero (GEI) intensivamente a un promedio de 15% entre el 2008 y 2012, el primer periodo de acuerdo del Protocolo de Kioto.

47 Referencias ENVIRONNEMENT QUÉBEC Le Programme de réduction des rejets industriels et l’attestation d’assainissement. (page consulted in 2004) EUROPEAN COMISSION. Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC) – Reference Document on Best Available Techniques in the Pulp and Paper Industry , 475 p. Gullichsen, J. Fogelholm, C-J. (eds). Papermaking Science and Technology, Chemical Pulping, Book 6A. Tappi Press, Helsinki, Finland, 2000, 693 p. SMOOK, G.A. Handbook for pulp & paper technologists. 2nd ed. Angus Wilde Publications, Vancouver, Canada, 1992, 419 p. SPRINGER, Allan M. (ed.) Industrial Environmental Control – Pulp and Paper Industry. 3rd ed. Tappi Press, Atlanta, USA, 2000, 711 p. USEPA Project XL. (page consulted in 2004) USEPA Industrial Water Pollution Controls. (page consulted in 2004).

48 1.2 Introducción a la manufactura de mínimo impacto (MMI)

49 Contenido Conceptos de MMISistema progresivo de cierre de agua e instalación de NPE’s Concepto de cero descargas Rastreando modelos para agua, NPE’s y especies definidas Eficiencia energética de la planta Kraft Relación entre energía mínima y efluente mínimo Conceptos BAT Ejemplo de aplicación del concepto MMI

50 Contenido Conceptos de MMI Conceptos de cero descargasSistema progresivo de cierre de agua e instalación de NPE’s Rastreando modelos para agua, NPE’s y especies definidas Eficiencia energética de la planta Kraft Relación entre energía mínima y efluente mínimo Conceptos BAT Ejemplo de aplicación del concepto MMI

51 La visión de Weyerhaeuser sobre MMIEl concepto de manufactura de mínimo impacto (MMI) fue introducido por Weyerhaeuser: “Empleando la estrategia de Manufactura de Mínimo Impacto, Weyerhaeuser dirige sus esfuerzos a la calidad de los productos manufacturados con el mínimo impacto ambiental y el retorno máximo a los interesados. La estrategia trabaja para prevenir la contaminación mediante la reducción continua de procesos de subproductos y encontrando formas para capturarlos, reusarlos o reciclarlos.” (Página web de Weyerhaeuser, 2004)

52 La visión de Weyerhaeuser sobre MMIUna planta de producción MMI que posea la visión de Weyerhaeuser está comprometida a esforzarse en cerrar el “círculo” por medio de: Optimización del uso de materias primas en la planta Reducción del uso de agua Minimización de combustibles sósiles para energía en manuifactura Reducción/eliminación de desechos peligrosos Generación de menos residuos sólidos Reducción de emisiones de todos los medios Eliminación de fugas Reuso y reciclaje de la materia y residuos que anteriormente eran enviados a un relleno sanitario Recolección y reciclaje de desechos de papel para uso como materia prima (Página web de Weyerhaeuser, 2004)

53 (Página web de Weyerhaeuser, 2004)Objetivos de la MMI La Manufactura de Mínimo Impacto está dirigida a: Eliminar dificultades del proceso antes de que éstas se vuelvan problemas ambientales. Abarcar múltiples áreas ambientales, incluyendo la calidad del aire y agua, minimización de desechos sólidos y peligrosos, etc. Emplear la ciencia y economía enfocadas a la prevención de la contaminación en la fuente en lugar de los tratamientos al final de la tubería. (Página web de Weyerhaeuser, 2004)

54 Jerarquía Ambiental de NecesidadesFinalización del ciclo de productos Forestales Impacto Mínimo Energía, olor, color, biodiversidad, etc. Toxicidad crónica, bioa-acumulación, etc. Minúsculo, Complejo, Estético Efectos Crónicos y/o Largo Plazo Desgaste de los recursos por toxicidad, efluentes, etc. Impactos Graves an ambiente Fuente: Erickson, Zacher and Decrease, 1996

55 Parámetros Ambientales Clave Relacionados a la MMIAgua Aire Desechos Sólidos Otros Uso del Agua Volumen del Efluente de la Planta de Blanqueado Volumen del Efluente Final DBO DCO TSS Efluente AOX Dioxinas Color Toxicidad Crónica Nutrientes Partículas TRS Metanol Cloroformo Cloro Dióxido de Cloro CO/CO2 NOx SO2 VOCs Opacidad HAPS Desechos Sólidos Generados Disposición de Desechos Sólidos: - Rellenos Sanitarios - Reciclaje - Energía Reducción Planes/Logros Eliminación de Desechos Peligrosos Descargas Accidentales Eventos No Planeados Descargas SARA 313 Uso de Energía Use/Exportación de Energía Estéticos: - Apariencia del Lugar - Olor - Ruido Proyectos de Mejora para el Manejo Químico Logros Clave Ambientales

56 Contenido Conceptos de MMI Conceptos de cero descargasSistema progresivo de cierre de agua e instalación de NPE’s Rastreando modelos para agua, NPE’s y especies definidas Eficiencia energética de la planta Kraft Relación entre energía mínima y efluente mínimo Conceptos BAT Ejemplo de aplicación del concepto MMI

57 Metas Proceso de CierreLa meta del proceso de cierre con respecto a los efluentes de descarga, es minimizar la cantidad de desecho generada. Esto se puede lograr por medio de: Uso de procesos más eficientes; Uso de procesos que no requieran agua; Recuperación de los materiales de desecho. (Fuente, NCASI, 2003)

58 Proceso Rapson-Reeve En 1967 Rapson propuso un proceso de blanqueado de pulpa kraft que tenía un gran potencial de reducción, o acaso eliminación, de efluentes de descarga. La idea estaba basada en una colección de tecnologías, incluyendo un incremento en el uso de dióxido de cloro para blanqueado y un proceso para generar este químico que podría ser integrado totalmente a los requerimientos químicos a los procesos de pulpa kraft y blanqueado. Lo que impulsó a este proceso fue que representaba una alternativa económica al tratamiento biológico del efluente. El proceso fue implementado por la fábrica Great Lakes Paper en Thunder Bay, pero fue abandonado.

59 Proceso Rapson-Reeve El concepto original sobre una planta libre de efluente estuvo basada en las siguientes ideas: Reemplazar el 70-80% del cloro en la etapa clorado con una cantidad equivalente de dióxido de cloro. Usar un nuevo proceso de generación de dióxido de cloro. Usar lavado a contracorriente en la planta de blanqueado, empleando agua de desecho proveniente del secado de la pulpa (wet end) o de las máquinas de papel para minimizar el volumen de filtrado a recuperar. Usar una porción del filtrado de blanqueado para lavar el filtrado no blanqueado, permitiendo al disolvente del blanqueado ser recuperado por evaporación y quemado. Usar el residuo del filtrado de blanqueado para lavar los lodos de cal y los sedimentos del licor verde y disolver el fundido proveniente del horno de recuperación.

60 Proceso Rapson Reeve Concepto "Libre de efluente“ (Cont.) :Tratar los condensados del evaporador con una pequeña cantidad de dióxido de cloro para oxidar los compuestos de mal olor y usar los condensados oxidados en lugar de agua limpia en el secado de la pulpa (wet end) o de las máquinas de papel. Remover el cloruro de sodio del ciclo de licor mediante su extracción del gas de chimenea del horno de recuperación en el precipitador electrostático. Una porción del extracto será usada para generar dióxido de cloro para la planta de blanqueado y el residuo será descargado. Establecer sistemas cerrados de agua para la separación de la corteza de los troncos, tamizado de la pulpa y limpieza.

61 Principales Problemas en Generar una Planta Libre de EfluenteSe pueden acumular elementos que no son del proceso. La calidad de la pulpa puede ser afectada. Al rededor de un cuarto de la contaminación del agua en las plantas de blanqueado es provocada por derrames y lavados no controlados. Trampa de calcio: cuando existe una etapa ácida en la secuencia de blanqueado (ozono), el carbonato de calcio viaja con la pulpa en estado alcalino o neutral, pero se disuelve en etapas ácidas. Si se usa un lavado a contracorriente, el calcio es precipitado en la pulpa en cualquier etapa alcalina previa y llevado hasta una etapa ácida donde se vuelve a disolver. Con el fin de obtener la razón apropiada de desplazamiento y purga para cada etapa, el flujo de filtrado dentro y fuera debe estar correctamente balaceado. Para minimizar el consumo de agente oxidante en las etapas subsecuentes a través del lavado incompleto, la concentración de materia orgánica en cada filtrado debe ser cuidadosamente controlada.

62 Tecnologías del Proceso de CierreDefinición: Las tecnologías del proceso de cierre pueden ser definidas como aquellas que tienen un efecto o permiten la reducción de desechos acuáticos provenientes de las fábricas de manufactura de pulpa. Éstas sirven para separar los componentes de la madera y otras materias primas de las corriente de desecho acuáticas mediante la prevención, reuso o recuperación. Estas tecnologías fueron ampliamente usadas y desarrolladas con la finalidad de limitar las descargas de compuestos orgánicos clorados.

63 Concepto de Cero DescargasPara la mayoría de las plantas de pulpa la descarga de cero de efluentes es impráctica. Actualmente, la operación de cero efluentes aparenta estar restringida a plantas que producen pulpa blanqueada químicamente en un proceso termo-mecánico y agentes blanqueados sin cloro. Ya que la planta de blanqueado es la mayor fuente de contaminación de efluentes en una fábrica de pulpa kraft, es un pre-requisito esencial el cerrar estos circuitos para generar plantas kraft de cero efluentes. Esto requiere la resolución simultánea de un número de problemas: Balance de agua, balance químico, corrosión, precipitación de sales y remoción de substancias ajenas a los productos.

64 Ejemplos de Plantas Kraft de Escasos Efluentes Las Plantas más Nuevas de AméricaLas 3 plantas más nuevas de América fueron designadas para ser altamente económica y ambientalmente amigable usando alta capacidad, instalaciones de una sola línea y empleando tecnología moderna para la producción de pulpa y tratamiento del efluente. Ninguna de estas plantas lleva a cabo la recuperación de las aguas de desecho del blanqueado pero su calidad de efluentes está dentro de las mejores del mundo. Estas plantas son: Bahia Sul, Brasil; Alabama Pine Pulp, USA; Alberta-Pacific, Canadá.

65 Plantas “linerboard”:Plantas Kraft de Escasos Efluentes Plantas que Practican la Recuperación de los Filtrados del Blanqueo Plantas “linerboard”: AssiDomän Frövi, Swenden; Kappa Kraftliner (formerly AssiDomän) Piteå, Sweden; SCA Munksund, Sweden.

66 Plantas Kraft de Escasos Efluentes Plantas que Practican la Recuperación de los Filtrados del Blanqueo Plantas kraft de papel blanqueado: Blue Ridge Paper Products – Canton, North Carolina, U.S.A. International Paper Company – Franklin, Virginia, U.S.A. Aspa Bruk – Smurfit Munksjö, Suecia M-Real Sverige AB – Husum, Suecia SCA Pulp AB – Östrand, Suecia Södra Cell – Mörrum, Suecia Södra Cell – Värö Bruk, Suecia Stora Enso – Skoghall, Suecia Metsä-Botnia – Rauma, Finlandia UPM-Kymmene Wisaforest – Pietarsaari, Finlandia

67 Contenido Conceptos de MMI Conceptos de cero descargasSistema progresivo de cierre de agua e instalación de NPE’s Rastreando modelos para agua, NPE’s y especies definidas Eficiencia energética de la planta Kraft Relación entre energía mínima y efluente mínimo Conceptos BAT Ejemplo de aplicación del concepto MMI

68 Sistema Progresivo de Cierre de AguaLos métodos convencionales para lograr el “cierre“ de agua son simples e incluyen: Uso de lavado a contra-corriente en la operaciones de pulpa y blanqueado; Cerrar el cuarto de tamizado de “brownstock”; Uso de separación de corteza en seco; Uso de evaporador de condensados para lavar el “brawnstock”; Reciclo del exceso de agua blanca de las máquinas de papel a la planta de blanqueado; Reuso de los condensados del stripping provenientes del stripping de vapor de los condensados malolientes; Uso de equipos y procesos que requieran menos agua; Uso de torres de enfriamiento para bombas de vacío para agua y agua de enfriamiento sin contacto; Uso de lavado/filtrado en primera etapa del blanqueo para diluir “brownstock” de alta densidad; Tratamiento reciclar/reusar del efluente secundario y/o terciario; La aplicación de los cambios a las prácticas de papel y blanqueado mejora los sistemas de cierre.

69 Elementos Externos al Proceso (NPEs)Los NPEs son materiales como el potasio (k), fósforo (P), magnesio (Mg), manganeso (Mn), fierro (fe), aluminio (Al), silicio (Si), calcio (Ca), bario (Ba) y cloro (Cl) que entran al proceso químico de la pulpa con la madera, agua u otros químicos. Cuando se disminuye el consumo de agua limpia, existe un gran riesgo de aumentar la concentración de algunas substancias problemáticas, y más específicamente los NPEs.

70 Efectos de los NPEs La acumulación de NPEs en el ciclo del sodio y calcio en el proceso potencialmente causa los siguientes efectos: Corrosión del boiler de recuperación y otros equipos; Depósitos en los tubos del bolier que disminuyen la transferencia de calor; Sarro en el digestor, evaporadores e intercambiadores de calor; Obstrucción de los filtros con licor blanco y lodo de cal; Reducción de la reactividad de la cal “requemada”; Formación de anillos en el horno de cal; Incremento en la formación de polvo en el horno de cal; Incremento en el consumo de químicos para blanqueo; Reducción de la efectividad blanqueadora del ozono y preróxido.

71 Clasificación NPEs Existen dos categorías de NPEs:NPEs que forman hidróxidos o carbonatos metálicos insolubles y que son removidos del ciclo de sodio con los sedimentos y gravillas: principalmente Ca, Mg, Mn y Si. NPEs que forman compuestos solubles en solución alcalina: principalmente Al, Cl, y K.

72 Generación de NPEs En una planta « abierta » la presencia de NPEs no es importante ya que son purgados fuera del sistema. Cuando se tiene una planta cerrada progresivamente, muchas salidas ya no están disponibles. Las consecuencia de esto es la generación de NPEs. Los NPEs tienen la tendencia de acumularse en el ciclo del sodio o calcio de la siguiente manera: Ciclo del Sodio: K > Cl > Al > Fe > Si > Mn > Mg > Ca Ciclo del Calcio: Mg > Al > Fe > Mn > Si > Na > K > S > Cl Los NPEs más problemáticos son K, Cl y Na. El Na es el más truculento porque es un elemento externo y del proceso al mismo tiempo.

73 Contenido Conceptos de MMI Conceptos de cero descargasSistema progresivo de cierre de agua e instalación de NPE’s Rastreando modelos para agua, NPE’s y especies definidas Eficiencia energética de la planta Kraft Relación entre energía mínima y efluente mínimo Conceptos BAT Ejemplo de aplicación del concepto MMI

74 Modelos de Rastreo para Agua, NPE’s y Especies DefinidasEcuación del diagrama de rastreo: Es una herramienta de integración de masa cuyo objetivo es rastrear especies definidas (e.g., NPEs y agua) conforme se propagan a través del proceso y provee los detalles adecuados a ser incorporados en el análisis de integración de masa. Una forma típica de la ecuación de rastreo es describir los flujos de salida y composición de cada unidad crítica como una función del flujo de entrada, composición de entrada y los parámetros de operación y diseño apropiados. Los pasos para el análisis serán descritos en las siguientes diapositivas.

75 Principal Característica de la Ecuación del Diagrama de RastreoCon el fin de optimizar la distribución de agua en el proceso de la pulpa, es necesario llevar a cabo dos actividades importantes: integración de masa y simulación de procesos. Las técnicas de integración de masa manejan los objetivos del proceso, datos, requerimientos y restricciones. Permite fijar el desempeño deseado, estrategias de solución y proponer cambios al proceso. Con estos cambios, el proceso debe ser re-evaluado haciendo un análisis del proceso o simulación. El uso de la simulación del proceso permite actualizar las velocidades de flujo y composiciones de todo el proceso Objetivos, Datos y Restricciones del Proceso Modificaciones del proceso, Cambios estructurales Integración de Procesos Simulación de Procesos Relaciones de entrada-salida, nuevo desempeño del proceso Desempeño Deseado, Soluciones, Estrategias y Nuevas Ideas Aprenda más sobre simulación Aprenda más sobre Integración de Masa (Fuente: Lovelady, 2001)

76 “fresca “ o salidas de otras unidadesGrados de Libertad Suposiciones: Todas las entradas a las unidades son conocidas y se desea conocer las salidas de las unidades. F debe proveer suposiciones, mediciones o datos como ecuaciones adicionales de modelamiento, con el fin de tener un apropiado (especificado) conjunto de ecuaciones puedan ser resueltas. NV = NS x NC F= NV - NE = NC (NS - 1) F: grados de libertad NV: número de variables NE: número de ecuaciones NC: número de especies definidas NS: número de corrientes de salida Corrientes de salida Ncorrintes de salida Corriente de entrada “fresca “ o salidas de otras unidades Unidad U

77 Modelo "Mixer-Splitter“ (Mezclador-Separador)El modelo "mixer-splitter“ es una técnica de modelamiento basada en datos nominales. Los datos nominales son aquellos previos a cualquier cambio y pueden ser obtenidos vía simulación, modelamiento fundamental, mediciones directas o datos de literatura. Existen varios modelos “mixer-splitter”: Modelo fijo de separación; Modelo de razón de flujo; Modelo de razón de especies. Basados en el conocimiento del proceso, es posible definir opciones para el modelo seleccionado y para las corrientes/especies. Las ecuaciones rastreo pueden ser desarrolladas para los NPEs específicos del agua a través de todo el proceso.

78 Modelo "Fixed-Split" (Mezclador-Separador)El modelo “fixed-split” adapta una cierta separación para los flujos de las diferentes corrientes que abandonan la unidad. Este modelo es útil en la predicción de los flujos de salida de diversas unidades, particularmente separadores. αF F Modelo "Fixed Split" (1-α)F

79 Modelo de Razón de FlujoEl modelo de razón, relaciona ciertas corrientes o componentes vía relaciones fijas. El modelo de razón de flujo supone que los flujos de entrada y salida de ciertas corrientes mantienen una razón de cero. F Model de Razón de Flujo G G2 = G1 x F2 F1

80 Modelo de Razón de EspeciesEl modelo de razón de especies es otra forma de modelo de razón. Asume relaciones entre ciertas especies dentro de la misma corriente vía razones fijas. Esto es particularmente útil cuando un componente puede ser rastreado con precisión mientras que con otro no se puede. Especie A = α Especie B = β F Modelo de Razón de Especies B2 = A2 x (β/α )

81 Contenido Conceptos de MMI Conceptos de cero descargasSistema progresivo de cierre de agua e instalación de NPE’s Rastreando modelos para agua, NPE’s y especies definidas Eficiencia energética de la planta Kraft Relación entre energía mínima y efluente mínimo Conceptos BAT Ejemplo de aplicación del concepto MMI

82 Energía en la Planta KraftLas plantas kraft son parcialmente autosuficientes energéticamente : Generan energía empleando fuentes como los desechos de madera y licor de pulpa gastado. Esto es muy importante ya que las emisiones de CO2 de los fuentes renovables no están incluidas en el inventario de gases invernadero considerado bajo el protocolo de Kyoto. El surgimiento de nuevas tecnologías permitirá a las plantas kraft ser energéticamente autosuficientes en el futuro.

83 Eficiencia Energética de la Planta KraftPara maximizar los beneficios operacionales, una planta requiere las siguientes tecnologías: Ya que el licor negro es la fuente más grande de energía en la planta kraft, es muy importante usarlo de manera eficiente. Un contenido de sólidos alto resulta en una mayor producción de gas y en una menor cantidad de calor enviada a los hornos de recuperación como vapor de agua. La obtención de pulpa debe ser incrementada usando nuevas tecnologías de cocción con un mínimo consumo de energía. El lavado y tamizado deben correr a consistencias más elevadas y su desempeño debe ser aumentado con la finalidad de reducir las necesidades de agua empleada para lavar la pulpa. Para mejor la economía del vapor y de la evaporación de niveles más alto de sólidos con sarro, se puede hacer uso de evaporadores modernos con tratamiento de calor.

84 Eficiencia Energética de la Planta KraftPara maximizar los beneficios operacionales, una planta requiere las siguientes tecnologías: Horno de nueva tecnología con filtros de pre-cubierta, secadores flash, enfriadores de producto y ladrillos aislados mejorados que reducen la pérdida de calor. El tamizado y acondicionamiento de las astillas reduce la generación de partículas y mejora la digestión. Otros: Las economías de escala son importantes en los términos de consumo de energía; El menor uso de agua generalmente reduce los requerimientos de calentamiento; Una distribución eficiente de la planta reduce los pérdidas de fricción asociadas a tuberías de gran longitud; Etc.

85 Contenido Conceptos de MMI Conceptos de cero descargasSistema progresivo de cierre de agua e instalación de NPE’s Rastreando modelos para agua, NPE’s y especies definidas Eficiencia energética de la planta Kraft Relación entre energía mínima y efluente mínimo Conceptos BAT Ejemplo de aplicación del concepto MMI

86 Efecto del "Cerrado" del Agua sobre la EnergíaLos efecto de la reducción del uso del agua sobre los flujos de energía son fuertes y complejos. Esto conduce a diseños de procesos complejos y a un aumento necesario de análisis de sistemas y sistemas-orientados al uso de energía y agua en las plantas. Uno de los retos es tratar con los excesos de calor que aumenta la temperatura de las corrientes y efluentes del proceso. La integración de procesos puede ser una herramienta útil para entender este tipo de problemas.

87 Contenido Conceptos de MMI Conceptos de cero descargasSistema progresivo de cierre de agua e instalación de NPE’s Rastreando modelos para agua, NPE’s y especies definidas Eficiencia energética de la planta Kraft Relación entre energía mínima y efluente mínimo Conceptos BAT Ejemplo de aplicación del concepto MMI

88 Concepto BAT (Fuente: IPPC Europeo)BAT: Best Available Technology economically achievable, que puede traducirse como Mejor Tecnología Disponible económicamente alcanzable. Características clave del BATs: No hay ninguna referencia sobre las mejores técnicas disponibles en la industria de la pulpa y el papel. En contraste, la lista de técnicas a considerar en la determinación de BAT provee varias opciones diferentes para un BAT global para una determinada planta, que puede ser combinado en diferentes formas. El concepto BAT está relacionado al proceso ya que el impacto ambiental es causado en este nivel, i.e. por diferentes procesos de manufactura como la cocción, el blanqueado, “de-inking”, recubierto, etc. Los procesos individuales, el uso de las materias primas y las propiedades definidas para el producto determinan las emisiones de la planta. Esto significa que al analizar la industria de la pulpa y el papel se deben especificar los diferentes procesos y usos de las materias primas.

89 Concepto BAT (Fuente: European IPPC)Características clave del BAT (Cont.): Como los productos de la pulpa y el papel son muy diversos y los procesos utilizados para el mismo producto pueden variar ampliamente, muchos factores de las tecnologías de producción deben ser tomados en cuenta para garantizar un alto grado de protección al ambiente. Para la industria de la pulpa y el papel las mejores tecnologías disponibles no pueden ser definidas solamente por la descripción de las unidades de proceso. En cambio, todo el complejo debe ser examinado y manejado como entidades. El BAT en la industria de la pulpa y el papel está relacionado al desempeño ambiental de las plantas. Existen diferentes opciones para realizar combinaciones adecuadas del proceso dependiendo, entre otras cosas, en las propiedades especificadas del producto. En consecuencia, las aproximaciones orientadas al proceso deben ser extendidas y orientadas a los productos, i.e. la aproximación BAT debe ser relacionada al desempeño ambiental de plantas específicas donde productos específicos son manufacturados. De esta manera, se presentan separadamente en un documento las mejores tecnologías disponibles para la mayoría de las clases de plantas.

90 BAT - Comentario Los siguientes programas están basados en BAT:USEPA Cluster Rules; IPPC Europea.

91 Contenido Conceptos de MMI Conceptos de cero descargasSistema progresivo de cierre de agua e instalación de NPE’s Rastreando modelos para agua, NPE’s y especies definidas Eficiencia energética de la planta Kraft Relación entre energía mínima y efluente mínimo Conceptos BAT Ejemplo de aplicación del concepto MMI

92 Aplicación de los Conceptos MMI: Flint River; Caso de EstudioDescripción de la planta Flint River es una planta de pulpa Kraft localizada en Georgia, USA. Produce tons al año de pulpa “fluff”. El desempeño operacional ambiental de Flint River ha sido reconocido como superior dentro de la industrial de pulpa blanquead Kraft. Flint River fue la primera planta de pulpa blanqueada Kraft en emplear tecnologías comercialmente viables que minimizan los impactos adversos al medio ambiente como la delignificación con oxígeno, substitución al 100% del dióxido de cloro y prácticas de conservación de agua y blanqueado.

93 Proyecto Weyerhaeuser XL:Aplicación de los Conceptos MMI: Flint River; Caso de Estudio Proyecto Weyerhaeuser XL: Las instalaciones de manufactura de pulpa de la Compañía Weyerhaeuser en Oglethorpe, Georgia, está luchando por minimizar el impacto ambiental de su proceso de manufactura en el Río Flint y sus alrededores mediante una visión a largo plazo de una Planta de Mínimo Impacto (ambiental). La compañía Weyerhaeuser está tomando pasos inmediatos al disminuyendo el uso de agua y alcanzado o superando las regulaciones ambientales. La EPA y el Estado de Georgia han acordado proponer cambios en las regulaciones para apoyar la manufactura de mínimo impacto. El Proyecto de Acuerdo Final (Final Project Agreement) fue firmado el 17 de Enero de 1997

94 Fases de MMI en Flint RiverAplicación de los Conceptos MMI: Flint River; Caso de Estudio Fases de MMI en Flint River Fase I de MIM ( ) Diseño Original de las Instalaciones Delignificación con Oxígeno Reciclaje / Reuso de Agua Blanqueado con Cloro/Dióxido de Cloro Emisiones atmosféricas / Bajo Olor / BACT/ NSPS Tratamiento de Agua de Desecho Fase II de MMI ( ) Estudios Ambientales del Río y Lago Holding Pond Addition / Manejo Delta Color Confiabilidad del Proceso I (Razón/Avance) Contención de Derrames y Mejores Prácticas de Manejo de Licor

95 Fases de MMI en Flint RiverAplicación de los Conceptos MMI: Flint River; Caso de Estudio Fases de MMI en Flint River Fase III de MMI ( ) Confiabilidad del Proceso II (Control Estadístico del Proceso) Eliminación De Cloro Molecular Recolección en la Planta de Blanqueado y de los Químicos Generados Equipo de Respuesta de Emergencia (Fuego/Hazmat/EMT/Espacio Confinado) Certificación ISO 9000 Fase IV de MMI ( ) Cocción Isotérmica Sistema Mejorado de Control de Olores Reducciones de Energía de Vapor Sistemas de Manejo Ambiental ISO (EMS)

96 Fases de MMI en Flint RiverAplicación de los Conceptos MMI: Flint River; Caso de Estudio Fases de MMI en Flint River Fase V de MMI Reducción de los Efluentes de la Planta de Blanqueado Reducción de Desechos Sólidos Estrategias para los Recursos Madereros Reducción del Uso de Agua Conservación de Energía Reducción de Emisiones de Contaminantes Atmosféricos Peligrosos (HAP english; CAP español) Fase VI de MMI: Inventario de Ciclo de Vida

97 Referencias EUROPEAN COMISSION. Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC) – Reference Document on Best Available Techniques in the Pulp and Paper Industry , 475 p. LOVELADY, EVA M. An Integrated Approach to the Optimization of Water Usage and Discharge in Pulp and Paper Plants. Auburn University, USA, 2002, 185 p. Minimum Impact Manufacturing International Environmental Conference & Exhibits. 1996, p NCASI. Pulp Mill Process Closure: A Review of Global Technology Developments and Mill Experiences in the 1990s. Technical Bulletin No. 860, May 2003, 108 p. PAPRICAN. Energy cost reduction in the pulp and paper industry. Pointe Claire, QC, Canada : Pulp and Paper Research Institute of Canada, 1999. USEPA. Project XL – Weyerhaeuser Company. (page consulted in 2004). WEYERHAEUSER Minimum Impact Manufacturing. (page consulted in 2004)

98 1.3 Herramientas de IP Relacionadas

99 Contenido Simulación de Procesos Integración de ProcesosIntegración de Masa Integración de Energía LCA Integración de estas herramientas para lograr la MMI

100 Contenido Simulación de Procesos Integración de ProcesosIntegración de Masa Integración de Energía LCA Integración de estas herramientas para lograr la MMI

101 ¿Qué es un Modelo? ¿Una Simulación?Un modelo es una abstracción del operación de un proceso usado para construir, cambiar, mejorar o controlar ese proceso. Los modelos son útiles para: Diseño, tamaño y selección de equipo Comparación para posibles configuraciones Evaluación del desempeño del proceso de a cuerdo a límites (e.g. concentraciones, razón de los efluentes de descarga, …) Eliminación de nudos de botella y optimización Desarrollo y evaluación de estrategias de control La simulación involucra desarrollar una serie de experimentos con un modelo del proceso. Regresar a la Ecuación del Diagrama de Rastreo

102 Beneficios de la SimulaciónMejor entendimiento del proceso Conjunto de datos consistente para una planta típica Evaluación comparativa objetiva de las opciones para ROI, etc. Identificación de tubos de botella, inestabilidades, etc. Desarrollar experimentos a bajo costo una ves que el modelo está construido Evita implementar soluciones inefectivas Regresar a la Ec. del Diagram. de Rast.

103 Los Modelos Son Sólo Una Aproximación de la RealidadExisten varios tipos de modelos: Físicos (e.g. mimic panel) vs. matemáticos Cuantitativos vs. cualitativos Primeros principios vs. empíricos Estado estable vs. dinámicos El tipo y nivel de precisión de un modelo dependerá de factores como: Fenómenos representados Nivel de detalle Suposiciones Tipo de entrada requerida Funciones desarrolladas (satisfacción obligatoria? optimización? …) Naturaleza de la salida generada Regres. a la Ec. del Diag. de Rastreo

104 Contenido Simulación de Procesos Integración de ProcesosIntegración de Masa Integración de Energía LCA Integración de estas herramientas para lograr la MMI

105 Integración de ProcesosDefiniciones: “La integración de procesos es una aproximación holística al diseño, al mejoramiento y avance y a la operación de procesos, que hace énfasis en las unidades del proceso.” (El-Halwagi, 1997) “El análisis holístico del proceso involucrando los siguientes elementos: Procesamiento de datos; Sistemas y herramientas; Principios de ingeniería de procesos y en conocimiento del departamento de proceso.”(Stuart, 2002)

106 Contenido Simulación de Procesos Integración de ProcesosIntegración de Masa Integración de Energía LCA Integración de estas herramientas para lograr la MMI

107 Integración de Masa Definición:“Metodología sistemática que provee un entendimiento global de los flujos totales de masa dentro del proceso y emplea este entendimiento holístico para identificar el desempeño deseado y optimizar la generación y ruta de las especies a través del proceso” (El-Halwagi, 1997) La prevención de la contaminación es uno de los objetivos más importantes de la integración de masa Reg. a la Ec. del Diag. de Rast.

108 Principios de la Integración de MasaLa integración de masa se basa en los principios de ingeniería química combinado con análisis de sistemas. El flujo de masa debe ser representado desde un punto de vista de especies: Para cada especie definida, existen fuentes (corrientes que portan estas sustancias) y sinks (reactores, calentadores/enfriadores.). Las corrientes que dejan los sinks se convierten en fuentes. Los sinks pueden ser generadores de especies definidas. Cada sink/generador puede ser manipulado por medio de diseño o sus operaciones pueden ser cambiadas con el fin de afectar la velocidad de flujo y la composición con que cada sink/generador acepta las descargas. Las fuentes están generalmente prepradas para “alimentar” a los sinks a través de segregación y separación vía redes de intercepción de desechos. Una prevención efectiva de la contaminación puede ser alcanzada por la combinación de la segregación, mezclado, intercepción y reciclo de corrientes desde las fuentes hasta los sinks y de manipulaciones sink/generador. Reg. a la Ec. de Diag. de Rast.

109 Segregación, Reciclo, Intercepción y Manipulación Sink/GeneradorFuentes Fuentes de Segregación (separación) Entrada de Agentes de Separación de Masa y Energía Sinks/ Generadors Fuentes (de vuelta al proceso) Segregación (separación): Evita las mezclas de corrientes. Reciclo: Uso de una corriente contaminada (fuente) por una unidad de proceso (sink). Intercepción: Uso de operación de unidades de separación para ajustar la composición de las corrientes contaminadas para hacerlas aceptables para los sinks. Manipulación Sink/Generador: Diseño u operación de cambios que alteran la razón de flujo o composición de las corrientes contaminadas que entran o salen de las unidades de proceso. Red de Intercepción de Desecho 1 2 Nsink Salida de Agentes de Separación de Masa y Energía (A Regeneración y Reciclaje) Reg. a la Ec. del Diag. de Rast. Fuente: El-Halwagi, 1997

110 Contenido Simulación de Procesos Integración de ProcesosIntegración de Masa Integración de Energía LCA Integración de estas herramientas para lograr la MMI

111 Integración de EnergíaDefinición: “Metodología sistemática que provee un conocimiento fundamental del uso de la energía dentro del proceso y emplea este conocimiento para identificar objetivos energéticos y optimizar los sistemas de recuperación de calor y servicios de energía” (El-Halwagi, 1997) Herramienta de integración de Energía: Las técnicas termales-pinch están basadas en los principios termodinámicos y son usadas, entre otras, para identificar los requerimientos mínimos de servicio para las operaciones de calentamiento y enfriamiento

112 Principios del Pinch TermalServicio Frío Caliente Reducción de Servicios Disminución de los costos de servicios $ PROCESO Costos relacionados al aumento del área de intercambio Intercambios Internos Trade-off Trade-off De 100% servicios… … hacia 100% intercambios internos

113 Curvas Compuestas Definición:Las Curvas Compuestas consisten en los perfiles de temperatura-entalpía (T-H) del calor disponible en el proceso (la “curva caliente compuesta”) y de las demandas de calor en el proceso (la “curva fía compuesta”) simbolizadas juntas en una representación gráfica. T (°C) Punto Pinch: No flujo de energía Fuente de Calor Sink de Calor Δ Tmin : Δ T que asegura que la energía puede ser intercambiada entre dos corrientes H (kW)

114 Transferencia de calorGran Curva Compuesta La gran curva compuesta es la herramienta usada para definir múltiples objetivos de servicio. Qh Qc Pinch Point Punto Pinch Heat transfer intra process Transferencia de calor Intra - proceso T H

115 Gran Curva Compuesta Ejemplo de AplicaciónHP LP Reducción del vapor de alta presión (HP) mediante el uso de una fuente de energía de menor calidad (LP) H

116 Diseño de Redes de Intercambio de Calor Pasos ClaveBalances de Calor y Masa Extracción de Datos Simulación del Proceso Análisis Objetivos Modificaciones al Proceso Selección de Servicio ANÁLISIS PINCH Análisis Completo en Sitio Diseño Selección de Alternativas Detallado del Proyecto Fuente: Linnhoff March,1998

117 Content Simulación de Procesos Integración de ProcesosIntegración de Masa Integración de Energía LCA Integración de estas herramientas para lograr la MMI

118 Qué es LCA Definiciones:Es un conjunto sistemático de procedimientos para recopilar y examinar las entradas y salidas de materia y energía y los impactos ambientales asociados directamente atribuibles al funcionamiento de los sistemas de producción o servicios a través de su ciclo de vida.” (Fuente: ISO 14040: Evaluación del ciclo de vida – principios y generalidades, 1998) “La evaluación del Ciclo de Vida es un proceso para evaluar las cargas ambientales asociadas con el producto, proceso o actividad identificando y cuantificando la materia y energía usada y los desechos liberados al ambiente; e identificando y evaluando las oportunidades para mejorar el ambiente. La evaluación incluye el ciclo de vida completo del producto, proceso o actividad; recopilando, extrayendo y procesando las materias primas, manufactura, transporte, reciclaje y disposición final". (Fuente: Guidelines for Life-Cycle Assessment: A 'Code of Practice', SETAC, Bruselas, 1993 )

119 Ejemplo Ciclo de Vida del Papel PeriódicoMadera Situado fuera del Sistema Aspen Manejo de Papel de Desecho Silvicultura Producción de Electricidad Abeto Generación de Vapor Hog fuel Aserradero Maderos Papel de Desecho Producción de Combustible Situados fuera del Sistema Astillas Relleno Municipal Emisiones atmosféricas TMP DIP Producción Química Agua de desecho Producción de papel Agua Papel periódico Desechos sólidos Tratamiento de Efluentes Impresión Tratamiento de Lodos Papel periódico Relleno Industrial Fase de uso Transportación

120 Definición de Meta y AlcanceMetodología LCA Aplicaciones: Desarrollo y mejoramiento de productos Planeación estratégica Desarrollo de políticas públicas Mercadotecnia Otros Interpretación Definición de Meta y Alcance Análisis de Inventario Evaluación de Impacto Otras herramientas: Técnicas Económicas Mercado Social etc Para mayor información de cada paso de la metodología LCA, haga click en la caja correspondiente. Limitaciones

121 Definición de Meta y AlcanceLa meta de un estudio debe establecer claramente la aplicación buscada, las razones para realizar el análisis y la audiencia a quien va dirigido, i.e. a quién serán informados los resultados del estudio.

122 Definición de Meta y AlcanceEl alcance del LCA consiste en: las funciones del sistema de producción, o, en el caso de estudios comparativos, los sistemas; la unidad funcional; el sistema de producción a ser estudiado; las barreras del sistema de producción; procedimientos de asignación; datos requeridos; suposiciones; tipos de impacto y evaluación de la metodología de impacto, y la interpretación subsecuente de su uso; limitaciones; requerimientos iniciales de calidad de datos; tipo de revisión crítica, si la hay; tipo y formato del reporte requerido para el estudio.

123 Función Definición: Ejemplos:Servicio suministrado por una sistema de producción o unidad de proceso. Ejemplos: Sistema Reciclaje de Papel Cogeneración Funciones posibles Valorización del desecho de papel Producción de pulpa sin tinta Etc. Generación de electricidad Producción de vapor Regresar a alcance

124 Unidad Funcional Definición:« Desempeño cuantificado de un sistema de producción para uso como unidad referencia en un estudio de evaluación de ciclo de vida » Ejemplos: Sistema Reciclaje de Papel Cogeneración Funciones posibles Valorización del desecho de papel Producción de pulpa sin tinta Etc. Generación de electricidad Producción de vapor Unidad funcional relacionada Recuperación de 1000 kg de desechos de papel¿ Producción de 1 ton de pulpa sin tinta Generación de 1MW de electricidad Producción de de vapor por hora a 125oC y 0.3 MPa Regresar a alcance

125 Sistema de Producción Definición:Medio Ambiente Unidad de proceso A Flujo Elementario Flujo Elementario Flujo Intermedio Flujo Elementario Unidad de proceso B Flujo Elementario Definición: « Colección de unidades de procesos material y energéticamente conectadas que desempeñan una o más funciones definidas » Flujo Intermedio Unidad de proceso C Flujo Elementario Flujo Elementario Flujo de Producto Medio Ambiente Regresar a alcance

126 Barreras del Sistema Definición:Medio Ambiente Medio Ambiente Barreras del Sistema Unidad de proceso A Flujo Elementario Flujo Elementario Flujo Intermedio Flujo Elementario Unidad de proceso B Flujo Elementario Definición: « Interfase entre un sistema de producción y el medio ambiente u otros sistemas de producción » Flujo Intermedio Unidad de proceso C Flujo Elementario Flujo Elementario Flujo de Producto Medio Ambiente Regresar a alcance

127 ASignación La mayoría de los procesos industriales comprenden más de una salida de producto, y las entradas de materias primas incluyen productos intermedios. Estos procesos son multifuncionales. En términos de LCA, esto significa que el sistema de producción bajo un sistema provee más funciones que aquél relacionado a la unidad funcional. Se debe decidir cómo separar los flujos y cómo intervenir ambientalmente entre estas funciones. Esto es asignación: “particionar los flujos de entradas o salidas de una unidad de proceso al sistema de producción bajo estudio” Los procedimientos de asignación deben respetar las reglas de conservación de masa. La producción de subproductos así como la curva abierta de reciclo son dos situaciones comunes que implican la asignación.

128 Subproductos Definición: Ejemplo:Un subproducto puede ser definido como una salida que no es ni un producto primario ni un desecho. Ejemplo: Suponga que usted cuenta con un sistema cuya función primaria es producir papel. En este sistema, usted tiene una unidad de proceso que es la partición de la madera y que da como resultado dos productos, astillas y tablones. Sólo las astillas serán usadas en la manufactura, los tablones serán enviados fuera del sistema y serán usados en otro. Así, en el sistema que tiene como función principal producir papel, los tablones son un subproducto.

129 Curva de Reciclo Abierta vs. CerradaReciclaje de vuelta cerrada: El producto es reusado en el mismo sistema de producción para producir el mismo producto. ¡No se necesita asignación! Reciclaje de un producto de un sistema a otro. La asignación de impactos ambientales y créditos de reciclaje deberán ser distribuidos entre ambos sistemas. Materia Prima Producción Reciclaje Uso Disposición Materia Prima Materia Prima ( producto 1) ( producto 2) Producción Producción ( producto 1) ( producto 2) Reciclaje Uso Uso (producto 1) (producto 2) Disposición Disposición ( producto 1) ( producto 2) Regresar a alcance

130 Análisis de InventarioDefinición: “Fase de la evaluación del ciclo de vida que involucra la recopilación y cuantificación de las entradas y salidas, para un sistema de producción dado a través de todo su ciclo de vida” Definición de Meta y Alcance Preparación de recolección de datos Recolección de datos Validación de datos Entradas y Reciclaje Verificación con la unidad de proceso Verificación con la unidad funcional Fecha de agregación Revisión de las barreras del sistema (Fuente: ISO 14041)

131 Evaluación del Impacto del Ciclo de VidaDefinición: “Fase de la evaluación del ciclo de vida orientada comprender y evaluar la magnitud e importancia del potencial impacto ambiental de un sistema de producción” Elementos Obligatorios Selección de las categorías de impacto, indicadores de categoría y modelos de caracterización Asignación de los resultados LCI (Clasificación) Cálculos de los resultados de las categorías indicadoras (Caracterización) Perfil LCIA Elementos opcionales Normalización Grupo Ponderación Análisis de la calidad de datos (Fuente: ISO 14042)

132 Del Inventario a la Evaluación del ImpactoDesgaste de los Recursos Procesos de Producción Desgaste de los Recursos Desgaste de los Recursos Emisiones: CFC Pb Cd HAP COV DDT CO2 SO2 NOX P Polvo Etc. Calentamiento Global Destrucción del Ozono Ecotoxicología Salud Humana Smog Acidificación Eutroficación Etc… Indicadores Acordados Mortalidad y Enfermedades Producción de Energía Desgaste del Ecosistema Disposicón de Desechos y Manejo Valor Estético Transporte Desechos Sólidos Desechos Sólidos Desechos sólidos Aproximación “Mid-point” del Problema Aproximación “End-point” del Daño PRECISIÓN

133 MARCO DE REFERENCIA LCAInterpretación Definición: “Fase de la evaluación del ciclo de vida en la cual los resultados obtenidos en el análisis de inventario o en la evaluación de impacto, o en ambos, son combinados con las metas y alcances definidos con el fin de emitir conclusiones y recomendaciones” MARCO DE REFERENCIA LCA INTERPRETACIÓN META & 2. Verificación : ALCANCE - Verificación de integridad 1. Puntos importantes identificación - Verificación de sensibilidad - Verificación de coherencia LCI - Otros Conclusiones Recomendaciones LCIA Reportes (Fuente: ISO 14043) Aplicaciones

134 Principales Limitantes de LCAEl impacto de sitio-específico no están correctamente considerados Aproximación en estado estacionario Modelamiento linear Basado en un número de suposiciones técnicas y opciones de valores, por ejemplo: Categorías de impacto Modelos de caracterización Barreras del sistema Ponderación de impactos Disponibilidad y confiabilidad de los datos y modelos

135 Contenido Simulación de Procesos Integración de ProcesosIntegración de Masa Integración de Energía LCA Integración de estas herramientas para lograr la MMI

136 En Resumen La Manufactura de Mínimo Impacto se enfoca a:Consumo de recursos Consumo de energía Impacto ambiental (emisiones terrestres, aéreas y acuática) La simulación es útil para obtener un mejor entendimiento del proceso La integración de masa es una herramienta que reduce el consumo de recursos y su liberación al ambiente La integración de energía es una herramienta que permite un mejor uso de la energía LCA permite una evaluación holística de l impacto ambiental de la cadena productiva

137 Integración de Herramientas para Alcanzar MMIMMI es un problema multi-objetivo que involucra los mejores “trade-offs” entre: Mínimo consumo de la fuente; Mínimo consumo de energía; Mínimas emisiones atmosféricas; Mínimas emisiones acuosas; Mínimos desechos sólidos. Esto también está sometido a varias complicadas restricciones: Restricciones de proceso; Restricciones tecnológicas; Restricciones del ciclo de vida; Costos. Por estas razones, la integración de las herramientas de la IP para alcanzar la MMI no es sencilla.

138 Referencias El-Halwagi, Mahmoud M. Pollution Prevention through Process Integration, Academic Press, San Diego, USA, 1997, 318 p. ISO Management environnemental – Analyse du cycle de vie Principes et cadres. CAN/CSA-ISO 14040:1997 ISO Management environnemental – Analyse du cycle de vie – Définition de l’objectif et du champ de l’étude et analyse de l’inventaire. CAN/CSA-ISO 14041:1998 ISO Management environnemental – Analyse du cycle de vie – Analyse de l’impact du cycle de vie. CAN/CSA-ISO 14042:2000 ISO Management environnemental – Analyse du cycle de vie – Interprétation du cycle de vie. CAN/CSA-ISO 14043:2000 Linnhoff March Introduction to Pinch Technology. (page consulted in 2004)

139 QUIZ

140 Pregunta 1 ¿Cuál es una de las principales características del proceso kraft? La obtención mecánica de pulpa La necesidad de blanquear la pulpa El sistema de recuperación química Su bajo consumo de agua

141 Pregunta 2 ¿Cuáles de las siguientes unidades de proceso genera las mayores emisiones de compuestos de azufre? Delignificación con oxígeno Blanqueado Digestor (pulpa) Horno de recuperación

142 Pregunta 3 ¿Hacia cual de los siguientes elementos está orientada la MMI? Reducción de las emisiones atmosféricas Reducción de desechos sólidos Maximizar la economía a y b a, b y c

143 Pregunta 4 ¿Cuáles de estos problemas técnicos pueden ser asociados a los procesos cerrados? Acumulación de elementos no deseables en el sistema de recuperación Mayor costo de servicios Mayor consumo de energía Necesidad de mayor cantidad de químicos para la extracción de la pulpa

144 Pregunta 5 Cuáles de estos modelos de rastreo usaría si un componente puede ser fielmente seguido mientras que otro no Modelo de separación fija Modelo de razón fija Modelo de razón de especies Ecuación de grados de libertad

145 Pregunta 6 ¿Cuáles de éstos no es una característica BAT?Deben ser económicamente alcanzables Debe ser orientado a las unidades de proceso Deben ser orientados al proceso Deben ser orientado al producto

146 Pregunta 7 ¿Cuál de los siguientes no decrece el consumo de energía de la planta Kraft? Reducción del consumo de agua Tamizado de astillas Tuberías más cortas Cambiar el blanqueado ECF por el blanqueado TCF

147 Pregunta 8 ¿Cuáles de los siguientes "trade-offs“ es el más comúnmente asociado con la integración de energía? Reducción de energía mientras se aumenta el consumo de agua Costos de capital vs. costos de operación Costos de energía vs. costos químicos Horizonte de tiempo vs. ahorro de energía

148 Pregunta 9 ¿Cuál de los siguientes corresponde a separación en la integración de masa? Evitar la mezcla de corrientes. Uso de corrientes contaminadas (fuente) en una unidad de proceso (sink). Uso de una unidad de separación para ajustar la composición de las corrientes contaminadas para hacerlas aceptables para los sinks. Diseñar u operar cambios que alteren la velocidad de flujo o composición de las corrientes contaminadas que entran o salen de las unidades de proceso.

149 Pregunta 10 ¿Cuál de los siguientes puede ser descrito como una unidad funcional? La producción de pulpa Kraft La producción de pulpa Kraft durante 10 horas La producción de una carga de pulpa Kraft b y c