VII CAIQ 2013 y 2das JASP RIESGOS RELACIONADOS A LA TECNOLOGÍA DE GASIFICACIÓN DE BIOMASA Muñoz Gustavo M.*, Echegaray Marcelo E., Rodriguez Rosa A. Instituto de Ingeniería Química - Facultad de Ingeniería (Universidad Nacional de San Juan) Libertador 1109 (O) - San Juan - Argentina E-mail: moisesm@unsj.edu.ar Resumen. La tecnología de gasificación de biomasa difiere de otras tecnologías porque implica intrínsecamente la producción, tratamiento y utilización de gases inflamables y mezclas de gases tóxicos. Una evaluación adecuada de los riesgos es muy recomendable y es, a menudo un requisito legal para la instalación de la planta. Esta evaluación tiene que realizarse durante la fase de planificación con el fin de mejorar su diseño conceptual. En la realización de este trabajo, primeramente, se identificaron los peligros, es decir todas las situaciones o eventos que podrían causar daños a las personas y el medio ambiente. Estos eventos peligrosos pueden ser de diferente naturaleza: condiciones de operación anormales (temperatura y presión), fallas del equipo, fuga, fallas del operador, pérdida de contención; etc. Se evaluó la probabilidad de ocurrencia de cada evento peligroso identificado. Todos estos posibles eventos peligrosos fueron analizados para determinar sus posibles consecuencias, tales como incendios, explosiones, emisiones, etc. Una vez evaluados los riesgos, se identificaron aquéllos inaceptables, los cuales requieren la aplicación de medidas de reducción. En la práctica, estas medidas disminuyen la frecuencia y/o la severidad de un evento peligroso. Los diferentes tipos de medidas aplicadas fueron: técnicas, de control de procesos y medidas organizativas. Se describieron las emisiones potenciales y las posibles técnicas de abatimiento en diferentes etapas del proceso tales como almacenamiento de combustible, tratamiento AAIQ Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP previo, transporte y alimentación, reactor de gasificación, enfriamiento y limpieza de gases, funcionamiento del motor de combustión interna y limpieza de los gases de escape. Palabras clave: Gasificación, Evaluación de Riesgos, Buenas Prácticas en Ingeniería. 1. Introducción Uno de los procesos para la obtención de energía a partir de biomasa es el de gasificación, el cual es un proceso termoquímico por el que se transforma la biomasa en syngas que posteriormente se utiliza como combustible en motores de combustión interna generando electricidad, aspectos que permiten emplear la biomasa residual en el mismo lugar en que se genera y así, disminuir los costos de almacenamiento y transporte (Baratieri et al., 2008). Este proceso generalmente se realiza en reactores de lecho fluidizado, en los cuales se utiliza como material del lecho residuos de la construcción ya que mejora el rendimiento del proceso global, disminuyendo la cantidad de tar producido y optimizando la calidad del gas de síntesis (Taralas y Kontominas, 2006). Uno de los aspectos a analizar en este proceso es la identificación de riesgos y las medidas para disminuirlos. Hristov (2001) identificó los riesgos relacionados con la combustión en lecho fluidizado, aplicándose a las siguientes áreas principales: combustión de materiales tóxicos y peligrosos en lechos fluidizados, peligro de explosión de polvos de diversos materiales a granel, en diferentes instalaciones de manejo, conteniendo diversos combustibles para el lecho fluidizado, riesgo operacional y frecuentes fallas de puesta en marcha del reactor, contaminación del aire y contaminación de carbón y biomasa quemados en el lecho fluidizado. Sin embargo, la tecnología de gasificación de la biomasa difiere de esta tecnología, ya que implica intrínsecamente la producción, tratamiento y utilización de gases inflamables y mezclas de gases tóxicos, por lo tanto, se debe realizar una evaluación adecuada de los riesgos (Austerman y Whiting, 2007). Esta evaluación debe llevarse a cabo durante la fase de planificación con el fin de mejorar su diseño conceptual. En la realización de este trabajo, en primer lugar se identificaron los peligros, es decir todas las situaciones o eventos que podrían causar daños a las personas y el medio AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP ambiente. Se evaluó la probabilidad de ocurrencia de cada evento peligroso identificado. El evento peligroso investigado en sí puede ser causado por diferentes eventos o situaciones que han de tenerse en cuenta en el cálculo de la probabilidad global de ocurrencia. Todos estos posibles eventos peligrosos fueron analizados para determinar sus posibles consecuencias, tales como incendios, explosiones, emisiones, etc. Una vez evaluados los riesgos, se identificaron aquéllos inaceptables, los cuales requieren la aplicación de medidas de reducción. Los diferentes tipos de medidas aplicadas fueron: Técnicas: que consisten en la ejecución de modificaciones técnicas, como el cambio en el diseño del proceso, adición o sustitución de algunas partes del proceso, etc. Control de procesos: Se refieren a los cambios de la rutina del sistema de control. Esta puede ser la adición de nuevos dispositivos de control en la cadena de procesos (sensores de temperatura, medidores de presión, sensores de CO, etc) con el sistema de alarma adecuado. La aplicación de estos nuevos dispositivos de control debe incluir la configuración del sistema de gestión de emergencia adecuado. Medidas organizativas: Se refieren a las diversas actividades relativas a la organización del trabajo. Además, se describieron las emisiones potenciales y las posibles técnicas de abatimiento en diferentes etapas del proceso tales como almacenamiento de combustible, tratamiento previo, transporte y alimentación, reactor de gasificación, enfriamiento y limpieza de gases, funcionamiento del motor de combustión interna y limpieza de los gases de escape. 2. Ámbito de aplicación y riesgos potenciales Este trabajo está limitado a una escala máxima de la planta de gasificación cuya producción de energía es de aproximadamente 1 MWe y se usa biomasa no contaminada. La gasificación de biomasa es una tecnología bastante compleja, y las plantas que usan este proceso que deben cumplir con las leyes nacionales de seguridad. Los diferentes pasos del proceso y los posibles aspectos de seguridad, salud y medio ambiente de una planta típica se observan en la Figura 1. AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP Automatización Limpieza de gases Enfriamiento del gas Biomasa Utilización del gas Gases de chimenea Motor de gas Energía a la red local Generador Agente gasificante (aire, vapor, etc) Calor (uso interno) Gasificador Polvos Condensados Cenizas (a disposición final) Efluentes líquidos y condensados Polvos/Cenizas (a disposición final) Planta de tratamiento de efluentes líquidos Efluentes líquidos tratados a disposción final Barros (a disposición final) Figura 1. Aspectos de seguridad, salud y ambiente potenciales de las plantas de gasificación. Cada paso del proceso tiene que tenerse en cuenta cuidadosamente en la fase de planificación, ingeniería, construcción y operación. Se han considerado las siguientes etapas del proceso y componentes del sistema: almacenamiento y manipulación de combustible, transporte del mismo y alimentación, reactor de gasificación, acondicionamiento del syngas (limpieza y refrigeración), utilización de gas (motor generador), automatización y control y servicios auxiliares. El proceso de gasificación está relacionado con la producción, utilización y manipulación de compuestos tóxicos e inflamables. El CO es un compuesto muy tóxico, que puede ser peligroso para la vida. Muy pequeñas concentraciones de este gas pueden causar dolor de cabeza, mareos y náuseas (Basu, 2010). También existe el riesgo de explosión, si se produce una chispa para la ignición y las concentraciones de CO2, H2 y O2 son adecuados. Por otra parte, la concentración AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP específica de polvo y una fuente de ignición puede provocar una explosión del mismo. El syngas producido puede también producir una auto-ignición a temperaturas de 600650 ° C. Partículas, gases y explosiones también pueden iniciar el fuego en la planta. Durante las reparaciones del reactor, se puede producir una explosión, si todavía hay gas en el interior del mismo. Durante el almacenamiento y transporte de gas producto también es necesario seguir las normas de seguridad. Las presiones mayores a las de presiones regulares de trabajo, pueden producir escapes de gas y en consecuencia, intoxicaciones. Además del CO, también existen otros compuestos peligrosos producidos en el gasificador, tales como los hidrocarburos policíclicos aromáticos, los cuales son tóxicos y cancerígenos. Un inadecuado sistema de control de las variables de operación puede causar importantes consecuencias (Radian, 1995), tales como la aparición de sustancias tóxicas que pueden ser emitidas en las corrientes de salida del reactor, disminución de la calidad del syngas, entre otras. Los fallos de funcionamiento, en el reactor y bombas, también puede causar fugas de gases. Altas presiones y sus fluctuaciones causan daños al material y a los equipos del proceso y por lo tanto, puede ser un riesgo causando peligros para la seguridad, como fugas por ejemplo. Las altas temperaturas pueden causar problemas al material y malos funcionamientos o autoignición de algunas mezclas de gases. Los riesgos laborales se relacionan con riesgos o peligros inherentes a ciertos empleos o puestos de trabajo. La gasificación de biomasa presenta varios riesgos laborales de distinta índole: físicos, químicos, biológicos, ambientales, mecánicos, psicosociales, etc. La mayoría de ellos no son específicos, por ejemplo: resbalones y tropiezos, choques, caídas desde altura, golpes por objetos, transporte laboral, luz, ruido, vibraciones, iluminación, aire comprimido/fluidos a alta presión, espacios confinados, estrés por frío, estrés térmico, aplastamientos, cortes, fricción y abrasión, movimientos de vehículos, impactos, partes móviles, estrés laboral, etc. El operario debe ser consciente de los diferentes aspectos de los riesgos laborales, así como de las normas nacionales relacionadas con los mismos, y tomar las medidas apropiadas (Timmerer, 2007). Cada actividad dentro de la planta de gasificación tiene asociado algunos riesgos profesionales inherentes y específicos, destacándose los siguientes: fuego, explosión y deflagración, sustancias tóxicas, etc. Además de lo antes mencionado, se presentan en AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP dicho proceso la posibilidad de emisiones al ambiente las cuales son descriptas en la Tabla 1 (Moreno and Dufo, 2013). Tabla 1. Emisiones potenciales durante el proceso de gasificación. Sustancia Material Particulado Óxidos de azufre Óxido de nitrógeno Óxidos de carbono Compuestos orgánicos Ácidos, álcalis, sales Orgánicos volátiles Sulfuro de hidrógeno Amoníaco Metales y sus sales Fuente Almacenamiento de combustible y su manejo. Tratamiento de efluentes líquidos. Manejo de cenizas y polvos. Tratamiento de agua. Drenaje del lugar. Purga de caldera. Manejo del syngas y tratamiento. Manejo del syngas y tratamiento. Manejo del syngas y tratamiento. Manejo del syngas y tratamiento. Tratamiento de efluentes líquidos. Almacenamiento de combustible y su manejo. Tratamiento de efluentes líquidos. Manejo del syngas y tratamiento. Tratamiento de agua. Drenaje del lugar. Tratamiento de efluentes líquidos. Tratamiento de agua. Purga de caldera. Almacenamiento de combustible y su manejo. Manejo del syngas y tratamiento. Manejo del syngas y tratamiento. Manejo del syngas y tratamiento. Tratamiento de efluentes líquidos. Tratamiento de agua. Purga de caldera. Emitida a: Aire Agua Aire Agua Agua Agua Aire Aire Aire Aire Aire Aire, agua, suelo Agua Aire Agua Agua Agua Agua Agua Aire Aire Aire Aire Agua Agua Agua 3. Buenas prácticas Es aconsejable emplear un número de principios de ingeniería que se aplican al diseño como una jerarquía, con el objetivo de eliminar un riesgo en lugar de controlar el peligro, proporcionando además equipo de protección personal (Ley Nacional 19587, Decreto 351/79). 3.1. Buenas prácticas de diseño relacionados con la construcción de edificios de la planta En el diseño de los edificios de la planta de gasificación, deben considerarse las siguientes medidas ambientales y sobre salud, seguridad (Siebenhofer, 2003): AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP El lugar de almacenamiento de combustible debe estar separado de la construcción del edificio donde se llevará a cabo la gasificación o dividido utilizando una pared corta-fuego de alto rendimiento. Por razones de seguridad, las salas de control y el personal deben estar separados del resto de la planta debido a la posibilidad de ocurrencia de incendio, explosión y liberación de gases tóxicos. Las salas de control deben tener ventilación con presión positiva. El edificio de gasificación debe estar bien ventilado y se deben monitorear los flujos o verificarlos en todas las áreas operativas críticas. Debe haber dos rutas de escape desde cada punto del edificio donde se encuentra el gasificador al exterior. Todas las zonas clasificadas como peligrosas deben ser claramente identificadas con una señal de advertencia. Equipos que producen ruidos mayores a un determinado nivel sonoro, como compresores o motores, deben ser colocados en lugares con aislamiento acústico (Ley Nacional19587 Decreto Reglamentario 351/79 - Anexo 5, Cap. 13). 3.1. Buenas prácticas de diseño relacionados con los equipos de proceso Elección del material El material del reactor, las válvulas y cañerías debe ser de buena calidad. Se debe usar acero inoxidable resistente a la temperatura y presión de trabajo, u otro material apropiado para construir el gasificador y el sistema de enfriamiento y limpieza de gases. Se debe usar acero inoxidable resistente a diferentes sustancias químicas para el sistema de limpieza de los gases y la circulación del mismo. Estanqueidad del gas Este aspecto es importante para evitar el escape de gas y la entrada de aire, lo que puede conducir a la formación de mezclas explosivas y/o liberación de gases tóxicos. Las siguientes prácticas de ingeniería son adecuadas para garantizar la estanqueidad gaseosa (Siebenhofer, 2003): AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP Se prefiere el uso de conexiones soldadas por encima de las bridas, en particular para tuberías calientes por encima de 500 ° C. El material de la brida debe ser adecuadamente resistente a las sustancias químicas y a la temperatura. Todas las tuberías, agregados, aparatos de medida tienen que ser de materiales adecuados, de acuerdo a la condiciones de operación a las que estén sometidos. Se debe usar el material adecuado con respecto a la resistencia química, temperatura y presión, corrosión, tamaño de partícula. Válvulas Toda entrada de aire y salida del gas hacia o desde el gasificador, incluyendo el sector de alimentación de combustible y el motor deben estar equipados con dispositivos de bloques o de válvulas anti-incendio en serie. Cuando las válvulas están en contacto con el syngas pueden quedar atascadas. Las válvulas usadas a modo de seguridad en caso de paradas por falla o emergencia deben ser del tipo a prueba de fallos. Las válvulas de la cañería de aire, filtros y ciclones debe tener micro-interruptores. No se deben usar válvulas manuales ya que podrían detectarse malos funcionamientos o válvulas críticas. Dispositivos eléctricos Se recomienda conectar a tierra eléctricamente todas las partes del gaseoducto. El controlador lógico programable debe estar conectado a tierra correctamente a fin de evitar el mal funcionamiento y accidentes. Se recomienda una separación galvánica de la alimentación eléctrica de los dispositivos de medición. Se recomienda conectar los controladores lógicos programables con fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS). Se debe duplicar la medición de parámetros de operación en los puntos claves de la planta (temperaturas críticas, presiones, etc) para su monitoreo utilizando un sistema de medición secundario durante caso de emergencia o en caso de fallo del sistema principal del controlador lógico programable. AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP La entrada de gas o aire en los motores debe estar puesta a tierra, y se deben usar cables blindados para evitar averías eléctricas que podrían causar detonaciones en el sistema de admisión. Debe haber interruptores de seguridad e interruptores locales: partes giratorias, paneles de acceso; equipos de presión, válvulas críticas con acceso a equipos que contienen gases tales como alimentadores, ciclones y salida de cenizas. Se debe considerar el uso de la zona de parada de emergencia. Dispositivos de control y seguridad Se deben instalar detectores de CO en los sectores con equipos que contengan el gas de síntesis, los cuales den una indicación de alarma sobre 25/50 ppm de CO. Los sensores de temperatura y presión deben instalarse por duplicado o triplicado. Se debe estimar la probabilidad de falla. Los intercambiadores de calor entre el gas y el aire forman una posible fuente de riesgo en caso de fugas, debido, por ejemplo a grietas térmicas o corrosión. Sucede lo mismo para juntas de dilatación en las tuberías soldadas a lo largo. Se deben evitar los peligros de este posible mal funcionamiento diseñando correctamente el equipo y colocando sensores de temperatura y O2 aguas abajo que detecten las fugas. No debe existir la posibilidad de manipular los dispositivos relacionados con la seguridad. Todas las valores de alarma deben se especificados en el manual de paradas de la planta. Los sensores de temperatura deben instalarse antes y después de los componentes del sistema del reactor principal de la planta. Las temperaturas para el funcionamiento de diferentes equipos, optadas y permitidas, deben estar disponibles para los operadores en el manual de la planta con los niveles de alarma correspondiente. Partes móviles o rotatorios de la planta Las partes móviles de la planta, tales como cintas transportadoras y motores pueden generar riesgo de explosión de gas. Deben ser aislados y equipados con signos visibles y parada de emergencia. AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP En standby, debe realizarse mantenimiento de los sopladores de gas y otros equipos rotativos en la línea del syngas, de lo contrario éstos pueden corroerse o se produce la condensación de alquitrán, lo que dará lugar a su descomposición posterior. Superficies calientes La planta puede tener algunas superficies calientes, las cuales podrían generar un riesgo de explosión de gas o polvo o de un contacto accidental con el operador. Los equipos que ocasionan un riesgo ocupacional debido a las altas temperaturas deben ser adecuadamente identificados y protegidos (aislados) para disminuir el riesgo. Es necesario capacitar al personal en temas relacionados con los riesgos ocasionados por las superficies calientes y el uso de equipos de protección personal. Sistema de combustión de gases La antorcha o un dispositivo similar para quemar gases se utiliza cuando la calidad del syngas no es buena y no se puede utilizar en el motor, o en caso de fallo del motor. En caso en que las válvulas estén en contacto con el syngas pueden atascarse, en ese caso, el gas debe quemarse automáticamente. El gasificador debe poseer venteo de gases ya que la tubería debe purgarse. La antorcha debe estar equipada con: sistema de ignición automático, monitoreo de llama con alarma, cierre hidráulico. Equipo de seguridad Los siguientes equipos de seguridad o herramientas deben estar presentes en cada sector separado y/o edificio de la planta (Ley Nacional 19587, 1972): Equipos de detección y supresión de incendio que posean especificaciones técnicas reconocidas internacionalmente para cada tipo y cantidad de materiales inflamables y combustibles almacenados. Sistema de detección de CO. Equipos de lucha contra incendio. Equipos de protección personal: protectores de oído, anteojos de seguridad, guantes, protectores del sistema respiratorio, detectores personales de CO. Equipos de emergencia: duchas, kit de primeros auxilios. AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP 3.2. Recomendaciones relativas a los procedimientos de operación y monitoreo Se recomienda desarrollar e implementar rutinas de puesta en marcha y de operación normal de paradas para toda la planta de gasificación (precalentamiento, encendido gasificador, operación normal, etc) para evitar errores humanos en la operación manual. Las rutinas de prueba de fallos deben ser parte del concepto de la operación de la planta. Procedimientos normales de arranque y parada En el arranque se recomienda eliminar el oxígeno dentro de la planta mediante inertización del sistema con, por ejemplo, nitrógeno. La experiencia demuestra que la mayoría de los accidentes ocurren en el arranque y la parada de la planta, por lo tanto, los operadores deben recibir instrucciones de no permanecer innecesariamente cerca de los componentes del sistema (gasificador, contenedores ciclones, filtros, etc) que contengan materiales inflamables durante la puesta en marcha y parada. En la puesta en marcha y parada de emergencia o en el caso de que las válvulas se atasquen, el gas debe ser quemado. Si el motor llegara a ser apagado por cualquier razón, cualquier gas residual debe ser quemado de inmediato al cambiar las válvulas de los sistemas de automatización y control. Si el motor no se puede volver a arrancar (después de dos intentos), el procedimiento de parada de emergencia debe iniciarse. Procedimiento de operación normal Los procedimientos de intervención manual durante la operación de la planta se deben documentar adecuadamente en el Manual de operación y mantenimiento. Procedimiento de parada de emergencia Cada procedimiento de parada de emergencia debe ser altamente específico y particularizado a la aplicación individual. Las típicas medidas de parada de emergencia incluyen: detener la alimentación al gasificador, detener el suministro de aire al gasificador, dirigir el gas a venteo, la inertización del gasificador con nitrógeno no es eficaz cuando el gasificador contiene normalmente una gran cantidad de combustible y el carbón vegetal. Los procedimientos de evacuación deben estar en el lugar acordado con anterioridad. AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP La capacitación adecuada en procedimientos de evacuación y de emergencia para los operadores y visitantes deben estar en el lugar acordado con anterioridad. Procedimientos de mantenimiento Los programas desarrollarse para el control de puesta en marcha y la inspección periódica de los dispositivos de sensores de precisión. Por ejemplo, cuando los tubos transmisores de presión están bloqueados por el alquitrán o el polvo, los sensores pueden mostrar lecturas erróneas. Los procedimientos deben estar disponibles para la inspección, incluso si los sensores funcionan correctamente. Durante el mantenimiento de la planta, los operadores deben evitar el contacto y la inhalación de gases tóxicos y/o sofocantes y/o líquidos tóxicos. Todos los procedimientos de mantenimiento deben estar bien documentados, mientras que los operadores deben seguir los procedimientos de rutina. 3.3. Precauciones suplementarias Los operadores deben ser conscientes de que la condensación de los compuestos alquitranados y el vapor en el interior de la tubería de syngas, reactor y válvulas sea un hecho probable frecuente. El diseño de la planta y el procedimiento de mantenimiento deben abordar esta cuestión. Se recomienda que los operadores tengan una clara comprensión del efecto de la temperatura y la presión en la condensación de los componentes gaseosos. En el mezclador de combustible gaseoso-aire antes del motor de gas, hay una posibilidad de condensación, por ejemplo, cuando la temperatura exterior es baja, o el aire es muy húmedo. Este condensado puede provocar cavitación con daños en el motor. Es una buena práctica monitorear la temperatura del aire, precalentar el aire, si es necesario, y vigilar la humedad del gas que entra en el mezclador de gas-aire o usar motores con control electrónico completo. Los componentes de la planta también deben ser capaces de resistir a presión. Además, se pueden presentar condiciones de vacío durante el enfriamiento después de las paradas de la planta. AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP 3.4. Temas relacionados con la seguridad en la práctica Los problemas de seguridad más críticos durante la operación y/o mantenimiento de plantas de gasificación están relacionados con asfixia/problemas de toxicidad como el vertido imprevisto de gases y líquidos potencialmente peligrosos; riesgos de explosión y deflagración; riesgos de incendio y fallos del operador. Explosión y deflagración. Posibles medidas de reducción Las instalaciones de gasificación deberían ser diseñadas, construidas y operadas de acuerdo con los estándares internacionales para la prevención y control de incendios y explosiones, incluidas las disposiciones sobre distancias de seguridad entre tanques en las instalaciones y entre las instalaciones y los edificios adyacentes. Los procedimientos de seguridad deben ser implementados para la operación y mantenimiento, incluyendo el uso de válvulas de control de falla y paradas de emergencia y equipos de detección. Existen tres formas principales de reducir el riesgo de explosión: Medidas primarias que consisten en evitar la aparición de una atmósfera explosiva: En secciones de la planta puede existir más presión, por lo que se pueden producir fugas de gases tales como CO y H2 que pueden escapar a la atmósfera. Por el contrario, en sectores de baja presión, el O2 entrará a la sección de la planta. Por lo tanto, se debe instalar un sensor de O2 para controlar su nivel en la planta, y sensores de CO para medir su nivel alrededor de la planta. El valor máximo de O2 en el punto de muestreo debe ser definido considerando los límites de inflamabilidad determinados y los efectos de dispersión debido a la geometría de los equipos. Después de parada y enfriamiento, todo el sistema debe ser inertizado con N2. La purga de aire se utiliza también, pero esto no es recomendable ya que en ese caso la fuente de ignición tiene que ser eliminada, que es una medida de protección secundaria. El control de polvos es un factor importante para evitar la formación de una atmósfera explosiva: la buena organización es la clave para evitar explosiones de polvo. Esto incluye la eliminación de depósitos de polvo y mantener un piso de trabajo limpio. La AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP instalación debe estar bien ventilada. Se puede considerar la inundación con gas inerte cuando sea pertinente. Medidas secundarias que consisten en evitar la fuente de ignición: Una puesta a tierra adecuada evitará riesgo de caída de rayos (incluidos los procedimientos formales para el uso y mantenimiento de las conexiones de puesta a tierra) y acumulación de electricidad estática. Se recomienda el uso de instalaciones eléctricas de seguridad intrínseca y herramientas que no produzcan chispas. Se recomienda la aplicación de sistemas de permisos de trabajo y los procedimientos formales para la realización cualquier trabajo en caliente (soldadura, corte, lijado y aserrado) durante las actividades de mantenimiento, como la limpieza de tanques y de ventilación adecuada. Se deben retirar los materiales inflamables o mezclas explosivas cuando se realiza este tipo de trabajo. Las llamaradas se pueden prevenir mediante el uso de un sello de agua que actúa como un supresor de llama (EN 61346-1, 1998). Medidas terciarias que consisten en la mitigación de los efectos de las explosiones. Todo el sistema debe soportar la presión de explosión. Para un solo recipiente, la presión de explosión se ha estimado alrededor de 8 bares. En el cálculo de la presión máxima de explosión, se debe tener en cuenta cualquier posible aumento de presión en recipientes interconectados. La presión máxima de explosión en los mismos sería mayor que el valor calculado para un recipiente cerrado único. Usar dispositivos de detención de llama preferentemente en forma de sellos de agua. Utilizar dispositivos de ventilación de explosión para aliviar la presión de explosión. Otras medidas generales: Debe prohibirse fumar en las instalaciones, y se debe colocar señalización clara de NO FUMAR en las instalaciones con instrucciones y capacitación del personal. El sistema completo debe ser purgado antes de la ignición en el arranque, ya sea usando exceso de aire o gas inerte en un volumen de 6 veces el volumen del sistema. Fuego. Posibles medidas de reducción El combustible se debe almacenar en un contenedor cerrado, con aislación de fuego en un edificio o habitación separada. AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP Es recomendable una separación resistente al fuego (con una resistencia al fuego específica) entre el almacenamiento de combustible y el resto de la planta. Se recomienda un sistema de humidificación o una inertización con N2 en el sistema de remoción de cenizas para evitar riesgos de incendio debido al particulado. Es recomendable controlar la temperatura del recinto de almacenamiento de combustible. Se recomiendan amplias ventilaciones, preferentemente naturales. Deben usarse equipos de detección y extinción de incendios con especificaciones técnicas de reconocimiento internacional para el tipo y cantidad de gases inflamables y materiales combustibles almacenados en las instalaciones. Las áreas de estar del personal deben protegerse por la distancia o por sistemas cortafuegos. Las tomas de aire de ventilación deben evitar que el humo o el gas entren en las zonas de estar del personal. Se debe preparar un plan de respuesta de extinción a incendio con los recursos y la capacitación necesarios, incluida la formación en el uso de los equipos de extinción de incendios y evacuación. Los procedimientos pueden incluir actividades de coordinación con las autoridades locales o las instalaciones vecinas. Se debe usar un sistema de extinción de incendios, como extintores y/o sistemas de spray (El reglamento sobre la construcción del sistema de protección contra incendios debe ser coordinado con División Bomberos de la provincia de San Juan). Todos los sistemas contra incendios deben estar ubicados en una zona segura de la instalación, protegidos del fuego por la distancia o por cortafuegos. El equipo de detección debe ser adecuado para su uso en un ambiente polvoriento para evitar falsas alarmas o liberación accidental. Escapes de líquidos tóxicos. Posibles medidas de reducción Uso de ropa de seguridad (con resistencia química) de guantes, gafas y calzado de seguridad. Uso de equipo respiratorio adecuado para evitar la inhalación de los vapores tóxicos. Amplia ventilación del área de trabajo circundante. AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP Almacenamiento en depósitos o tanques para ser recogidos y tratados por empresas certificadas. Reducir el inventario de líquidos tóxicos y/o cáusticos en el lugar. Se debe disponer de kits de limpieza de derrames. Deben usarse herramientas que no produzcan chispas en las instalaciones. Se deben realizar inspecciones periódicas de las existencias de líquidos tóxicos y/o cáusticos. Fuga de gases tóxicos (en particular CO). Posibles medidas de reducción Realizar construcciones herméticas. Usar equipos portátiles de monitoreo de CO durante la operación y el mantenimiento e instalar detectores fijos de CO en línea en el sitio de almacenamiento de combustible, donde se encuentra el gasificador y el motor, dando una indicación y alarma a unos 25/50 ppm. Las salas de control deben tener ventilación con presión positiva. Debe existir una excelente ventilación del edificio de gasificación. Fallas operacionales Sólo personal calificado y capacitado debe operar y mantener la planta. Sin embargo, existen varios riesgos potenciales debido a fallos de los operadores, se recomienda: Reprogramación de los ajustes de alarma. Los puntos de ajuste se deben restablecer de nuevo después de que el problema está resuelto. Los cambios relacionados con la seguridad en el sistema de control de procesos se deben realizar por personal capacitado y debidamente documentados. El manual de instrucciones debe claramente señalar y hacer frente a este tipo de acciones. Los procedimientos operativos deben estar en un lugar fijado de antemano. 4. Abatimiento de emisiones en las plantas de gasificación de biomasa 4.1. Almacenamiento de combustible, el tratamiento previo, el transporte y la alimentación Los polvos de los biocombustibles sólidos pueden contener grandes cantidades de micro-esporas de actinomicetos (bacterias con un patrón de crecimiento similar a los hongos) y mohos (hongos de crecimiento rápido), que encuentran en la biomasa húmeda AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP un ambiente favorable para el crecimiento (Shackleya et al., 2012). Estas micro-esporas son fácilmente inhalables y pueden causar reacciones alérgicas y alveolitis. Una manera de evitar el crecimiento microbiano y reducir las emisiones de microesporas es almacenar sólo biomasa seca (< 20% de contenido de humedad), evitando que el material almacenado se humedezca. En caso de almacenamiento al aire libre, es importante que se utilice pilas de biomasa según la edad, el más antiguo primero (Shackleya et al., 2012). El tiempo de almacenamiento de la biomasa húmeda debe reducirse tanto como sea posible. Si se almacenan grandes cantidades de biomasa triturada en espacios cerrados, es posible la formación de niveles apreciables de CO en el espacio de almacenamiento. Cuando la biomasa seca es tratada y mecánicamente transportada, se desprenderá polvo. Los sistemas de transporte cerrados pueden ayudar a mitigar el desprendimiento del mismo. Un buen mantenimiento, que incluye la eliminación de los depósitos de polvo, es clave para evitar la auto-ignición de este material sobre superficies calientes y que el polvo produzca explosiones. 4.2. Gasificador La operación de un reactor de gasificación a presión atmosférica o con una ligera presión negativa, en general, ayuda a prevenir las emisiones de gases del reactor. Se requiere un diseño de reactor que evite tanto las fugas de gases como flujos no controlados de éstos desde o hacia el reactor, esto es para que el funcionamiento del reactor sea estable y la calidad del syngas buena. Con el objetivo de obtener una calidad óptima del syngas, se deben controlar automáticamente las condiciones de operación del reactor, lo que a su vez, disminuirá la emisión de sustancias contaminantes. Las válvulas esclusas rotatorias, tolvas de compuerta con bloqueo doble o sistemas similares se utilizan para evitar el retorno de llama y flujo de syngas desde el reactor de gasificación a la línea de alimentación de biomasa, evitando también las emisiones de gases en caso de perturbaciones en la limpieza de gas y/o sistema usado. Durante la puesta en marcha y parada del reactor, puede suceder que la calidad del syngas producido no sea adecuada para su uso en los motores de generación. Para estas situaciones, así como para períodos cuando el motor de gas no está disponible AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP temporalmente, una antorcha o un dispositivo similar se puede usar para incinerar el gas producido con el fin de evitar el venteo del mismo a la atmósfera. Cuando se extraen las cenizas del reactor pueden producirse emisiones de polvo. Estas cenizas son ricas en C por lo que se requieren medidas adicionales para evitar el autoencendido de las mismas al entrar en contacto con el aire. Pueden ser útiles los sistemas de eliminación de ceniza húmedos para ambos objetivos. 4.3. Enfriamiento de gas y limpieza de los gases A menos que el reactor de gasificación produzca un syngas muy limpio, normalmente se requerirá la eliminación de alquitrán y polvo para permitir el funcionamiento fiable y sin perturbaciones del motor generador. Esta limpieza se realiza con una combinación de ciclones y filtros o lavadores de gases, complementados, en algunos casos, con precipitadores electrostáticos. Así, se reduce al mínimo los componentes de alquitrán de gran peso molelcular (tales como hidrocarburos aromáticos policíclicos) en el syngas, pero puede no ser eficaz para componentes orgánicos con una presión de vapor alta (por ejemplo, benceno). Si el gas tiene cantidades significativas de amoníaco, por ejemplo, se puede remover mediante lavado con agua para prevenir la formación de altas concentraciones de NOx en el motor. Si se producen residuos líquidos durante la limpieza de gas, éstos contendrán cantidades significativas de hidrocarburos, éstos pueden ser alimentados al reactor o a otras unidades de la planta de conversión térmica. Si los líquidos son en su mayoría agua, se puede tratar con filtros de carbón activado antes de ser descargados, siempre y cuando cumplan con la legislación vigente. 4.4. Funcionamiento del motor y limpieza de los gases de escape Las emisiones más importantes del motor generador son el ruido y los gases de escape. El ruido estará limitado por la instalación de los motores en un sector separado con paredes que absorban el sonido y mediante el uso de silenciadores para el suministro de aire de combustión y en las líneas de gas de escape. El tratamiento del gas de escape implica varias técnicas que utilizan convertidores catalíticos y postcombustión, los cuales reducen la cantidad de componentes individuales (por ejemplo, CO, NOx, benceno, hidrocarburos). AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP Parte del syngas (alrededor 1%) pasará a través del motor generador sin combustionar. Ciertos componentes del syngas requieren técnicas de limpieza de gases de escape con el fin de lograr alcanzar los niveles de emisión establecidos por la legislación vigente. 5. Conclusiones La gasificación es una tecnología comercial, sin embargo, las plantas existentes son de pequeña envergadura. En la actualidad existen numerosos proveedores de este tipo de plantas de gasificación. El gas producto de este proceso se puede utilizar para la producción combinada de calor y energía o como combustible para el transporte en vehículos, o puede ser convertido en combustibles líquido. A pesar de las múltiples aplicaciones, en este trabajo sólo se ha considerado el uso de syngas para la obtención de energía. En este caso, se ha aplicado el concepto de análisis de riesgo al proceso de gasificación de biomasa. Se ha hecho hincapié en todas las etapas de este proceso tecnológico y se han identificado los riesgos y peligros potenciales, considerando desde el almacenamiento hasta la producción de energía y se han planteado medidas que disminuyen y/o eliminen los riesgos y la ocurrencia de accidentes e incidentes. Referencias Baratieri, M., Baggio, P., Fiori, L., Grigiante, M. (2008). Biomass as an energy source: thermodynamic constraints on the performance of the conversion process. Bioresour.Technol. 99, 7063–7073. Taralas, G., Kontominas, M. (2006). Pyrolysis of solid residues commencing from the olive oil food industry for potential hydrogen production. J. Anal. Appl. Pyrolysis76, 109–116. Hristov J. (2001). Fluidized bed combustion as a risk-related technology: a scope. 3rd South-East Symposium on Fluidization, Sinaia. Romania. L.Dragos, G.Jinescu and C.Flueraru (Eds.), pp. 45-46. Austerman S, Whiting K. (2007). Advanced Conversion Technology (Gasification) For Biomass Projects. Commercial Assessment. Report produced by Juniper Consultancy AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ VII CAIQ 2013 y 2das JASP Services Ltd for Renewables East. Available from: www.renewableseast.org.uk/ uploads/Renewables-East---Gasification-(Full-Report).pdf. Basu P. 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