Contaminantes del aire: ¿Qué son, por qué los reducimos, dónde se encuentran y cómo los abordamos?

Los contaminantes atmosféricos, también denominados comúnmente contaminantes atmosféricos peligrosos, HAP y tóxicos atmosféricos, son aquellos contaminantes de los que se sabe que causan graves impactos en la salud o efectos medioambientales adversos. La Ley de Aire Limpio exige a la EPA que regule los contaminantes atmosféricos tóxicos procedentes de categorías de instalaciones industriales. Esto se hace en dos fases, la primera basada en la tecnología, en la que se crean normas para controlar las emisiones de tóxicos atmosféricos de la industria. La parte superior de estas normas se conoce como BACT, Mejores Tecnologías de Control Disponibles, y aquí es donde GCES destaca como proveedor de soluciones de control de la contaminación.

Con la EPA se centró en la reducción de 187 contaminantes atmosféricos tóxicos de ser emitidos hay una lista interminable de contaminantes atmosféricos peligrosos que tenemos la tarea de abatir para nuestros clientes, el medio ambiente y el futuro. En nuestra serie sobre contaminantes atmosféricos repasaremos qué son los contaminantes atmosféricos, por qué los reducimos, dónde se encuentran y cómo se destruyen.

Parte 1 de Reducción de contaminantes atmosféricos peligrosos: BTEX

BTEX: BTEX es un acrónimo que significa Benceno, Tolueno, Etilbenceno y Xilenos. Estos compuestos son compuestos orgánicos volátiles (COV) que se encuentran en el petróleo y en sus derivados, como la gasolina. Desglosemos cada uno de estos COV y exploremos por qué los reducimos.

¿Qué es el benceno? El benceno, C6H6, se considera uno de los productos petroquímicos elementales con una combinación de moléculas de seis átomos de carbono y un átomo de hidrógeno. Como su contenido es sólo de átomos de carbono e hidrógeno, se clasifica como un hidrocarburo. El benceno es incoloro y altamente inflamable con un olor dulce.

¿Dónde se encuentra el benceno? Los principales usos del benceno son la fabricación de otros productos químicos, como el etilbenceno, el cumeno, el ciclohexano, el nitrobenceno y el alquilbenceno, siendo el etilbenceno el más común. El etilbenceno se utiliza para fabricar polímeros y plásticos como el poliestireno y el EPS. El benceno también se encuentra en el fenol, las acetonas para resinas y adhesivos, el nailon, las gomas, los lubricantes, los tintes, los fármacos detergentes, los explosivos y los pesticidas. Con todos estos usos debemos estudiar más a fondo la necesidad de reducirlo.

¿Por qué reducimos el benceno? Destruimos el benceno antes de expulsarlo al aire porque, a pesar de sus muchos usos, es un carcinógeno humano. Los carcinógenos se definen como cualquier sustancia que es un agente directamente implicado en causar cáncer. El benceno también se ha relacionado con la insuficiencia de la médula ósea, la anemia aplástica, la leucemia aguda, el síndrome mielodisplásico, la leucemia linfoblástica aguda y la leucemia mieloide crónica. En 1948, el Instituto Americano del Petróleo declaró que «se considera generalmente que la única concentración absolutamente segura para el benceno es cero». Debido a que el benceno se encuentra en la gasolina y en los combustibles de hidrocarburos que se utilizan prácticamente en todas partes, la exposición a él se ha convertido en un problema de salud mundial y en el GCES estamos comprometidos a ser parte de la solución.

También en BTEX está el Tolueno. El Tolueno, también conocido como Toluol, es un VOC que está en la categoría de hidrocarburos aromáticos.

¿Qué es el Tolueno? El tolueno, CH3, es un líquido insoluble en agua que es incoloro y tiene un olor que se asocia con el del diluyente de pintura. Es un derivado monosustituido del benceno que tiene unas ventas mundiales de más de 25.000 millones de dólares estadounidenses.

¿Dónde se encuentra el tolueno? Ampliamente utilizado como materia prima industrial y como disolvente, el tolueno es un producto químico altamente inflamable. El tolueno se encuentra de forma natural en niveles bajos en el petróleo crudo y es un subproducto de la producción de gasolina, así como de la producción de coque a partir del carbón. La purificación se realiza durante una separación final mediante cualquier proceso de destilación o extracción con disolventes utilizado para los aromáticos BTEX. El tolueno, que se utiliza en la fabricación de espuma de poliuretano, trinitrontolueno, también conocido como TNT, y una serie de medicamentos sintéticos, es la materia prima del diisocianato de tolueno y un precursor de otros productos químicos. También se utiliza como disolvente para pinturas, diluyentes de pintura, selladores de silicona, caucho, tinta de imprenta, adhesivos, colas, lacas, curtidores de cuero y desinfectantes. Como combustible, el tolueno se utiliza como potenciador del octanaje en la gasolina para motores de combustión interna, como combustible para motores de dos y cuatro tiempos, mezclas de sustitutos de combustible para aviones y, tal vez, el más famoso en los coches de Fórmula 1 de Honda. Las aplicaciones alternativas van desde romper los glóbulos rojos para extraer la hemoglobina en los experimentos de bioquímica y como cemento en los kits de poliestireno, ya que puede aplicarse con precisión con brocha sin el grueso de los adhesivos, por nombrar algunas.

¿Por qué reducimos el Tolueno? Cuando se inhala, el tolueno provoca cansancio, debilidad, confusión, pérdida de memoria, pérdida de apetito, náuseas, pérdida de audición, pérdida de visión, incluida la del color, y comportamiento y acciones similares a la embriaguez. Cuando se interrumpe la exposición, estos síntomas suelen desaparecer, aunque los niveles elevados de inhalación provocan mareos, náuseas, somnolencia, inconsciencia e incluso la muerte. La exposición puede ser recreativa como inhalante y se sabe que causa graves daños neurológicos y, a partir de 2007, era ilegal su uso, posesión y distribución en 24 estados para tales usos. A diferencia de otros COV similares, como el benceno, la EPA afirma que el potencial cancerígeno del tolueno no puede evaluarse debido a la falta de información.

El etilbenceno, la tercera parte de los BTEX, también se conoce como feniletano y metiltolueno. Es un líquido altamente inflamable que es incoloro y tiene un olor parecido al de la gasolina que a menudo se describe como ligeramente dulce.

¿Dónde se encuentra el etilbenceno? El etilbenceno, un componente importante de la industria petroquímica, es un producto intermedio en la producción de estireno, uno de los materiales plásticos más comunes. Aunque el 99% del etilbenceno se utiliza en la producción de plásticos, existen otros usos para este hidrocarburo aromático monocíclico, C6H5CH2CH3, como combustible, disolvente en tintas, adhesivo de caucho, barnices y pinturas. Otros usos incluyen el de agente antidetonante en la gasolina para reducir el golpeteo del motor y aumentar el octanaje.

¿Por qué reducimos el etilbenceno? Para responder a esta pregunta debemos examinar tanto los efectos en la salud humana como en el medio ambiente. Empecemos por la salud humana y terminemos por la protección del medio ambiente, que es donde los expertos del GCES han diseñado soluciones. Aunque no se espera que la exposición a largo plazo tenga un efecto adverso, la Administración de Seguridad y Salud en el Trabajo (OSHA) de EE.UU. limita la exposición de los trabajadores a una media de 100 ppm para una jornada laboral de 8 horas con una semana laboral de 40 horas. La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer ha clasificado el etilbenceno como posible carcinógeno. Algunos estudios han descubierto que la exposición al etilbenceno en ratas y ratones provocó un aumento de la incidencia de tumores. Los efectos a corto plazo en los seres humanos incluyen sensibilidad en la garganta y los ojos, así como mareos.

En el medio ambiente, el etilbenceno puede pasar fácilmente del agua al suelo y se encuentra principalmente en forma de vapor en el aire. A menudo se libera en el aire a través de la quema de carbón, gas y petróleo, el etilbenceno reacciona con la luz solar y contribuye a la producción de smog. Como no se adhiere con facilidad al suelo, se desplaza rápidamente a las aguas subterráneas y a menudo puede encontrarse en los pozos de agua que están cerca de los vertederos o en los tanques subterráneos de almacenamiento de combustible en los que se han encontrado fugas y en los vertederos.

¿Qué es el xileno? Tal vez el más seguro de los cuatro componentes de BTEX, el xileno es un producto petroquímico producido por el reformado catalítico así como por la carbonización del carbón durante la fabricación de combustible, específicamente el combustible de coque. Encontrado en pequeñas cantidades en la gasolina y en los combustibles de aviación, el xileno se produce a un ritmo de varios millones de toneladas al año, con las mayores instalaciones de fabricación en Singapur.

¿Dónde se encuentra el xileno? El xileno es el principal proveedor de ácido tereftálico y tereftalato de dimetilo, ambos monómeros utilizados en la producción de botellas de plástico de tereftalato de polietileno y ropa de poliéster. El 98% de la producción de xileno se destina a los productos antes mencionados, con otras aplicaciones como disolvente en las industrias de la impresión, el caucho y el cuero. A menudo es un componente de la tinta, el caucho, los adhesivos, los diluyentes de pintura, los barnices, como agente de limpieza e incluso como tratamiento del conducto radicular en odontología o como ingrediente activo en productos utilizados para la limpieza de la cera de los oídos. Históricamente, el xileno se utilizó como compuesto químico precursor del gas lacrimógeno utilizado en la Primera Guerra Mundial.

¿Por qué se reduce el xileno? Aunque el xileno tiene una toxicidad aguda, uno de sus factores más preocupantes es que es altamente inflamable. Los principales efectos físicos de la exposición al vapor de xileno son su efecto sobre el sistema nervioso central. Los síntomas a corto plazo incluyen dolores de cabeza, mareos, náuseas, vómitos, debilidad, irritabilidad y reducción de los tiempos de reacción. La exposición a bajas concentraciones es reversible y no se sabe que cause daños permanentes. Sin embargo, la exposición a largo plazo a niveles bajos de xileno provoca una disminución del equilibrio, la coordinación y los tiempos de reacción. La exposición a largo plazo también puede provocar dolores de cabeza, irritabilidad, insomnio, agitación, depresión, cansancio, problemas de concentración, temblores e incluso pérdida de memoria a corto plazo. También se sabe que afecta a la piel como irritante que despoja a la piel de sus aceites y, por esa razón, se recomienda que las personas que se enfrentan a la exposición profesional al xileno deben usar guantes además de máscaras. Cuando el Xileno entra en el medio ambiente es generalmente a través de la evaporación que a menudo se filtra en el suelo, las aguas superficiales y las aguas subterráneas.

¿Cómo hace Gulf Coast Environmental Systems para reducir los BTEX? Dado que la estructura de los compuestos BTEX son sólo átomos de carbono e hidrógeno, una simple reacción de combustión reducirá los compuestos BTEX. La oxidación térmica es el principal método que GCES recomendará para reducir BTEX. Si se necesita una mayor eficiencia de destrucción y un menor costo de propiedad, la oxidación térmica regenerativa también puede ser una opción de reducción. Opciones adicionales pueden incluir un sistema de depuración.

Teoría de Operación

Oxidación Térmica

El método de reducción de los compuestos orgánicos volátiles (COV) en un oxidador térmico gira en torno a la destrucción térmica. El proceso químico de la oxidación térmica es bastante sencillo; la temperatura de la corriente de escape se eleva hasta un punto en el que se rompen los enlaces químicos que mantienen unidas las moléculas. Los COV en la corriente de escape del proceso se convierten en varias combinaciones de dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y energía térmica por la alta temperatura de la cámara de combustión. Un Oxidador Térmico de Fuego Directo estándar es eficaz en escenarios de alta destrucción.

Para situaciones que requieren una menor eficiencia de destrucción y un menor coste de propiedad, la oxidación térmica regenerativa también puede ser una opción de reducción. En esta situación, el método de destrucción sigue siendo la oxidación térmica, pero con un Oxidador Térmico Regenerativo (RTO) se incluyen en el sistema dos recipientes de recuperación de energía que se utilizan como alojamientos para los medios de recuperación de calor de cerámica. Los medios cerámicos de recuperación de calor actúan como un intercambiador de calor para el sistema. Los dos recipientes funcionan según el principio de absorción de «lecho oscilante», que es el principio de transferencia a través de dos lechos mediante el uso de la inversión del flujo. En el uso de este principio con el gres cerámico, el proceso se denomina regeneración.

Los artículos adicionales de la serie del GCES «Abating Hazardous Air Pollutants» incluyen:

Parte 1: BTEX es un acrónimo que significa Benceno, Tolueno, Etilbenceno y Xilenos.

Parte 2: Reducción del cloro

Parte 3: NOx es la familia de compuestos químicos contaminantes del aire, los óxidos de nitrógeno.

Parte 4: El plomo también se conoce (incorrectamente) como mercurio porque a menudo se encuentran juntos

Parte 5: Lavadores de aire industriales para el tratamiento del amoníaco

Parte 6: SOx, los compuestos de moléculas de azufre y oxígeno que incluyen el monóxido de azufre, el dióxido de azufre y el trióxido de azufre

Parte 7: Hidrocarburos – Metano, etano, propano, butano, pentano, hexano

Parte 8: Metil Mercaptano – Metil Mercaptano, también conocido como Metanotiol

Parte 9: H2S – Sulfuro de hidrógeno altamente corrosivo

Parte 10: Sulfuro de dimetilo – Metiltiometano

Parte 11: Ácido sulfúrico – H2SO4

Parte 12: Óxido de etileno – EtO

Parte 13: PFAS como contaminantes emergentes