Potencial de generación de dioxinas y furanos en el proceso de reformación catalítica de naftas

Abstract

Las dioxinas y los furanos son sustancias químicas organocloradas, que resultan de la unión de uno o mas átomos de cloro a una estructura molecular orgánica compleja, que se caracteriza por presentar propiedades fisicoquímicas y toxicológicas similares. Una de sus características más importantes es su elevada toxicidad, razón por la cual, en los últimos años estos contaminantes han provocado una profunda preocupación pública por sus diversas y muy serias consecuencias sobre el ambiente, y la salud humana. En este sentido, el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) y el Comité Intergubernamental de Negociación (CIN), impulsaron la negociación de un instrumento jurídicamente vinculante: el Convenio de Estocolmo sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes (COP), donde se incluye a una docena de compuestos organoclorados conocidos como "docena sucia”, entre los cuales se encuentran las dioxinas y los furanos. Este Convenio fue firmado el 23 de mayo de 2001 por 92 países, incluida la República Bolivariana de Venezuela, el cual establece obligaciones de reducción y eliminación de COP para los países firmantes. En la industria del petróleo, ha sido identificada una fuente de generación de dioxinas y furanos, por un estudio realizado a escala de laboratorio en el año de 1993 por Beard, en el cual encontró trazas de estos contaminantes, específicamente en el proceso de Reformación Catalítica de Naftas, el cual se encarga de convertir moléculas parafínicas lineales, en ramificadas y aromáticas con el fin de mejorar la calidad en cuanto al octanaje de la nafta pesada, para ser mezclada en gasolinas de motor de gran rendimiento. Considerando que la principal actividad económica de Venezuela es el negocio petrolero, surge el interés de una investigación macro correspondiente a una tesis de maestría en Ingeniería Ambiental de la Universidad Católica Andrés Bello, auspiciada por la industria petrolera (INTEVEP) y de la cual forma parte este Trabajo Especial de Grado, en el proceso de Reformación Catalítica de Naftas, cuyo objetivo principal es determinar la potencial formación de dioxinas y furanos, desde el punto de vista termodinámico, empleando información de este proceso en una refinería venezolana y el uso de simuladores destinados para tal fin. Para cumplir este objetivo, en primer lugar se procedió a realizar un análisis comparativo entre el proceso de Incineración de Desechos Sólidos Municipales y el de Reformación Catalítica de Naftas, con el fin de identificar los parámetros críticos y la sección con mayor potencial de formación de PCDD y PCDF en este último. Luego, se propusieron reacciones químicas y variables de simulación del proceso de Reformación de Naftas que pudieran conducir a la formación de PCDD y PCDF, para lo cual se calcularon las propiedades termodinámicas de las dioxinas y furanos por medio de programas de química cuántica, cuyos datos son de gran interés a nivel mundial, puesto que no se cuenta con suficiente data disponible de los mismos. Posteriormente se simularon las reacciones químicas propuestas por medio del programa QB_Chem V1.0, para determinar la espontaneidad de las mismas, así como la distribución de productos en el proceso, asumiendo que el mismo está bajo un control termodinámico. Luego de la ejecución de todos y cada uno de los pasos de la metodología propuesta en este Trabajo Especial de Grado, el primer resultado fue que la sección con mayor potencial de generación de dioxinas y furanos en el proceso de Reformación Catalítica de Naftas es la Regeneración del Catalizador, luego se verificó que el programa de química cuántica Parametrized Model 3 (PM3) proporciona unos datos confiables de propiedades termodinámicas para las dioxinas y los furanos. Posteriormente, se estableció que las reacciones químicas propuestas son espontáneas, no obstante, las PCDD y los PCDF no se forman desde el punto de vista termodinámico a las condiciones de diseño de la planta, debido a la cantidad de percloroetileno que se agrega al proceso, la cual fue identificada como el factor limitante para la formación de los mismos. Finalmente, las principales recomendaciones que se hacen para futuros trabajos en esta línea de investigación son las siguientes: realizar pruebas de caracterización del coque depositado sobre el catalizador de la Refinería de CRP, con el fin de obtener un modelo mas representativo de la molécula del coque reactivo en las reacciones propuestas, realizar las simulaciones utilizando los datos reales de operación de la planta de Reformación Catalítica de Naftas, de CRP, puesto que los resultados están directamente asociados a la concentración inicial de los reactivos, las cuales son condiciones de operación del proceso. De ser factible la formación de dioxinas y furanos a las condiciones de operación de la planta, es conveniente realizar la investigación considerando la síntesis de novo como un mecanismo de formación, para lo cual se requiere la evaluación cinética del proceso a fin de proponer un mecanismo de reacción que conduzca a la formación de PCDD y PCDF por esta vía.