Reuso de finos de catalizador gastado de FCC: el problema

Índice general

• Resumen
• Abstract
• Introducción
• Capítulo I: El problema
• Capítulo II: Marco teórico
• Capítulo III: Marco metodológico
• Capítulo IV: Presentación y discusión de resultados
• Capítulo V: Conclusiones, recomendaciones y bibliografía

Capítulo I: El problema

1.1 Planteamiento del problema

Los desechos sólidos provenientes de los procesos productivos de la industria petrolera, son considerados como materiales o productos sin utilidad inmediata, para los cuales no se prevé un destino directo y requieren ser dispuestos en virtud de lo establecido en la legislación ambiental venezolana, como orden expresa y directa de lo reflejado en la Constitución Nacional.

Dada las características de peligrosidad de los desechos, éstos se almacenan bajo condiciones especiales que impiden la dispersión de sus elementos constituyentes en el ambiente, bajo criterios de incompatibilidad mutuos y debidamente envasados e identificados como lo expresa el Decreto N^o 2.635 "Normas para el control de la recuperación de materiales peligrosos y el manejo de los desechos peligrosos"; y el procedimiento interno de la Refinería El Palito, RFEP-ISHA-004 "Manejo y Disposición de Desechos", que contempla, que éstos deben ser envasados en contendores metálicos debidamente pintados e identificados con el nombre del desecho, unidad generadora y fecha, colocados en paletas de madera hasta un máximo de dos (2) niveles de altura.

Entonces, debido a las altas tasas de generación de desechos, la necesidad de envasado de éstos y las fallas en el cumplimiento de la permisología ambiental que exige el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente a las empresas recuperadoras, existe actualmente en PDVSA-Refinería El Palito, un alto inventario de desechos, dejando poco espacio para la disposición de los mismos. Esta situación ha permitido la visualización de mejores y más eficientes estrategias en la recuperación, reuso y aprovechamiento de tales desechos, en sectores industriales que verdaderamente pudiesen introducir tales desechos industriales como parte de la materia prima requerida en la obtención de sus productos, y asegurándose que las características peligrosas no representen ningún tipo de riesgo para la salud humana, la conservación del ambiente y la vida en general.

Adicional a las tasas regulares de generación de finos de catalizador gastado de FCC, se suman aquellas asociadas con paradas de planta programadas o no programadas, donde los niveles aumentan excesivamente y ello representa una situación que demanda con prontitud la disposición de tales desechos, porque ocupan mayor espacio en las instalaciones destinadas para su almacenamiento temporal. Esta demanda de nuevos espacios ha obligado que se habiliten otras áreas para su almacenamiento a granel, sin ser envasados, propiciando una situación que le otorga a los finos de catalizador gastado de FCC la capacidad de dispersarse por el aire debido a su diminuta granulometría, no sólo afectando la salud de los trabajadores, sino también, a las comunidades en el área de influencia de la refinería.

Resulta importante referir que de acuerdo con el Decreto N^o 2.635, las condiciones que le otorgan peligrosidad o no a un desecho vienen dadas básicamente por su composición físico-química y no por los impactos que este desecho pueda desencadenar en el ambiente o a la salud humana por su manipulación.

Asumiendo lo anterior, se entiende que el catalizador gastado de FCC se constituye en un desecho no peligroso según caracterizaciones de peligrosidad realizadas en varias oportunidades de acuerdo a lo normado en el Decreto N^o 2.635, con una diminuta granulometría (5 a-20 micrones) que le permite entrar en el rango de material particulado según el Decreto N^o 638, y se conoce que ello genera una condición de posible riesgo ambiental y ocupacional por su manipulación, al poder se inhalado al exponerse prolongadamente ante su presencia, siendo esta una condición de higiene ocupacional que no corresponde al alcance de la presente investigación; sin embargo es importante indicar que la referida situación riesgosa puede ser mitigada con el uso del respectivo equipo de protección respiratoria (mascarilla para partículas) en su manipulación.

Independientemente de la naturaleza de peligrosidad de los desechos industriales, de su composición química, o de sus características físicas, en Venezuela, son varias las alternativas existentes para su recuperación y manejo, las cuales son desarrolladas por empresas de distintos ámbitos de la economía industrial, siempre que cuenten con los requisitos legales que exige el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente, como el Registro de Actividades Capaces de Degradar el Ambiente (RACDA), que asegura ante la autoridad ambiental nacional que están autorizados como manejadores de materiales y desechos peligrosos. En Venezuela, para el caso particular de los finos de catalizador gastado de FCC, actualmente no existe alternativa de recuperación del mismo, sino más bien de disposición final.

Los desechos recuperables son aprovechados, como su nombre lo indica, al poseer características que revisten de utilidad tanto para su regeneración dentro del mismo proceso industrial que lo originó, como también, para su uso en otro proceso diferente.

Petróleos de Venezuela, según la Gerencia de Ambiente de Refinería El Palito, maneja una enorme cantidad de recursos e insumos que bajo procesos productivos diversos, generan una considerable proporción de desechos, tanto así, que muchos se han convertido en pasivos ambientales que requieren ser dispuestos, ajustándose a una política corporativa que permita: (a) cumplir con las regulaciones ambientales vigentes; (b) eliminar y minimizar los impactos generados por los desechos sólidos en el ambiente y la salud de la población; (c) reducir los costos asociados con el manejo de los desechos sólidos y la protección al entorno ecológico, incentivando a sus trabajadores a desarrollar innovaciones para reducir la generación de los desechos e implementar una adecuada disposición final; (d) realizar un inventario y monitorear los desechos generados en las diferentes actividades de la organización, (e) disponer adecuadamente los desechos y monitorear adecuadamente su Plan de Manejo de Desechos Sólidos para asegurar su cumplimiento.

Entre los desechos no peligrosos y recuperables (según caracterización realizada por INTEVEP e Hidrolab Toro Consultores C.A. en abril de 2009) provenientes de la Refinería El Palito (REP), están los finos de catalizador gastado de la Unidad de Craqueo Catalítico Fluidizado, que son objeto de estudio de la presente investigación, perfilándose su reuso como agregado en morteros de revestimiento.

De acuerdo con dos (2) inventarios de desechos de la Refinería El Palito (REP), contenidos en los documentos emitidos por la Gerencia de Seguridad Higiene y Ambiente, y titulados "Situación Almacenamiento de Desechos" (2004) y "Situación Almacenamiento de Desechos" (2005), respectivamente, existen unas cantidades considerables de desechos almacenados en refinería.

Para el año 2014 se registra una totalidad aproximada de 550 toneladas de catalizador gastado de FCC (647,6 m3, asumiendo una densidad promedio de 0,85 g/cm3) que se han almacenado como inventario, en su mayoría, en espacios autorizados y debidamente adecuados como lo son los Galpones de Almacenamiento y en el Área de Acondicionamiento de Materiales y Desechos Industriales, estando contentivos en 4.583 tambores metálicos (asumiendo que cada tambor puede contener 0,12 toneladas, estando lleno hasta el 80% de su capacidad).

Actualmente los finos de catalizador gastado que se generan son dispuestos de forma final a través del método de co-procesamiento térmico por la empresa estatal INVECEM, lo cual significa un gran impacto económico para PDVSA, el cual podría reducirse con el reuso de este desecho, convirtiéndose entonces en un residuo.

La tasa actual de generación anual de los finos de catalizador gastado de FCC en la refinería es de 2.550 toneladas (2.983,5 m3), representando a su vez 248,58m3 mensuales, lo que indica que en inventario se tiene lo almacenado en las áreas autorizadas, mas lo generado mensualmente como corrientes de desecho, cuya cifra se va aumentando de forma progresiva.

Esta generación progresiva de desechos, ha traído consigo la habilitación de otros espacios improvisados para el almacenamiento temporal de los finos de catalizador gastado de FCC dentro de la refinería, pudiendo estar almacenados en tambores metálicos, muchos de ellos afectados por la intemperie, con marcados signos de deterioro y presentado avanzados estados de corrosión, la mayoría sin la identificación correspondiente, de manera que se desconoce su fecha de envasado; otros almacenados a granel sin protección, siendo todos susceptibles a acciones de vandalismo.

El Plan de Adecuación de Desechos de la Refinería El Palito presentado el 4 de marzo de 2010, ante el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente, según el artículo N^o 129 del Decreto N^o 2.635 sobre "Normas para el Control de la Recuperación de Materiales Peligrosos y el Manejo de los Desechos Peligrosos", sentó las bases que rigen el mejoramiento del manejo de los residuos de la REP, con miras a la aplicación de técnicas de minimización, reuso, reciclaje y recuperación, donde se contempla la cuantificación, muestreo y caracterización de los residuos industriales, revisión de las prácticas operativas, la identificación y la selección de técnicas de manejo de desechos.

De acuerdo con la señalada adecuación ambiental exigida por la normativa venezolana, a la que debe someterse PDVSA, puede referirse que la recuperación de los desechos que posean características y propiedades útiles, pudiese estar sujeta al aprovechamiento de los mismos para otros fines industriales, considerándose como un alternativa viable.

En cuanto a la disposición de los desechos industriales, con potencial recuperable, como es el caso de los finos de catalizador gastado de la Unidad de Craqueo Catalítico Fluidizado (FCC), sucede que su uso como agregado para morteros de revestimiento, es considerada una alternativa viable por el investigador, luego de haberse revisado algunas investigaciones, propuestas y documentos previos, por cuanto a través de su caracterización, análisis de las características físico químicas de laboratorio y pruebas industriales de aprovechamiento, puede determinarse las proporciones del desecho (cuya composición es básicamente alúmina y sílice) que le permitan ser reusado como materia prima, en la mezcla junto con arena, cemento y agua, cuya naturaleza no represente un riesgo para la salud humana y el ambiente.

De acuerdo con un informe emitido por Alejandro Ramos, en el año 2004, el catalizador gastado de FCC, es un material no peligroso, según su caracterización, y a razón de tal condición, debe ser manejado ante el Decreto N^o 2.216 sobre "Normas para el Manejo de los Desechos Sólidos de Origen Doméstico, Comercial, Industrial o de cualquier otra naturaleza que no sean peligrosos".

Retomando lo anterior, por razones de mejor disposición de los finos de catalizador gastado de FCC, este desecho es manejado, siguiendo las directrices del Decreto N^o 2.635, por ser una normativa más precisa y de mayor resguardo ambiental en ésta materia, además de ser la herramienta legal que establece las directrices en términos de peligrosidad para los materiales y desechos industriales.

Para asegurar el previo almacenamiento adecuado con visión de reuso y aprovechamiento en otro proceso industrial fuera de la refinería, debe de todas maneras, almacenarse bajo los criterios del Decreto 2.635, con fines de manejarlos en forma segura e impedir su contacto con otra sustancia o desecho peligroso, o de generar un riesgo potencial al entorno natural, dado su composición aerodinámica de sus partículas.

• Según el Procedimiento de Manejo de Desechos de la Refinería El Palito REP-SHA-004 "Manejo y Disposición de Desechos", el almacenamiento de materiales recuperables se rige por el siguiente procedimiento:
• Pintado de los tambores con pintura anticorrosiva, reforzando el fondo, parte superior y tapa. Para alargar su período de vida, el desecho debe ser previamente envasado en bolsas plásticas hasta 85% de su capacidad.
• Cerrado del tambor con aro metálico y tapa a presión.
• Identificación del tambor con información sobre nombre del desecho, proceso de origen y fecha de envasado.
• Colocación de tambores sobre paletas de madera hasta un máximo de dos niveles, según los requerimientos del espacio, en grupos de cuatro y debidamente ajustados con una cinta metálica (flejados).
• Delimitación del área de almacenamiento de desechos de acuerdo con características de incompatibilidad que pueden ser revisadas en el Anexo E del Decreto N^o 2.635.

Tales disposiciones señaladas anteriormente, aplican a los desechos industriales originados en la REP, como es el caso de los finos catalizador gastado de FCC, como una política ambiental de manejo de los mismos.

Al reusarse los finos de catalizador gastado de FCC, éste no revestiría características de peligrosidad en términos físico-químicos, gracias a los previos estudios de laboratorio realizados por INTEVEP (Instituto Tecnológico Venezolano del Petróleo) e Hidrolab Toro Consultores en 2009, y dado a que sus elementos constituyentes (material particulado) quedarían inmersos en la matriz del producto sin posibilidad alguna de dispersarse o desprenderse o lixiviarse.

Recuperando el contenido de sílice y alúmina aprovechable de estos desechos residuales de la REP, según Gómez, L (2004), se reduce el inventario de desechos, pues se desalojan parcialmente espacios en los patios de almacenamiento, por tanto se solventan los problemas de ubicación y espacio; además de controlarse posibles daños ambientales, ocasionados por la dispersión de los desechos que permiten la contaminación del aire por partículas en suspensión, arrastre y lavado por la lluvia y contaminando el suelo.

Según el Decreto N^o 2.635, se entiende por "reuso", al empleo de materiales recuperados en otro ciclo de producción diferente al que les ha dado origen. Por tanto, se afirma que el reuso es una forma de recuperación de los desechos, y atendiendo a esto, se plantean las siguientes interrogantes: ¿De qué manera pueden ser reusados los finos de catalizador gastado de la Unidad de Craqueo Catalítico Fluidizado (FCC) de la Refinería El Palito? ¿La recuperación de este desecho como agregado para morteros de revestimiento representa una alternativa de aprovechamiento? ¿Este desecho representa un riesgo considerable a la salud y al ambiente, cuando es utilizado como agregado de morteros para revestimiento? 11 ¿Cuál es la proporción adecuada de mezcla entre los componentes necesarios para la obtención de un mortero para revestimiento con propiedades que permitan su aplicabilidad? ¿El reuso del desecho como agregado de morteros para revestimiento representa una mejor alternativa de aprovechamiento en relación a su forma actual de disposición final mediante co-procesamiento térmico?

1.2 Formulación del problema

El reuso de los finos de catalizador gastado de FCC se constituiría en una alternativa cónsona con las premisas de conservación del ambiente que sigue PDVSA dentro de su política ambiental y permitiría disminuir los actuales inventarios de desechos almacenados que ocupan grandes áreas y permitiría sustituir el método actual de co- procesamiento térmico, que implica un gran desembolso económico para PDVSA y que además de consumir grandes cantidades de energía para la incineración del desecho, genera emisiones contaminantes a la atmósfera.

El catalizador gastado de FCC debido a su fina granulometría, a su composición sílico- aluminosa y a antecedentes previos de su utilización con resultados favorables en otras aplicaciones industriales, se perfila con un uso potencial de aprovechamiento para la elaboración de un mortero con propiedades adecuadas que permitan su aplicación en revestimientos y que ésta no represente un riesgo al ambiente o a la salud humana, al poder determinarse la proporción de mezcla mas adecuada junto con los otros componentes como el cemento, el agua y la arena.

Las tasas de generación de este desecho son elevadas, demandando grandes espacios para su almacenamiento temporal para luego gestionarse su disposición por co- procesamiento térmico en la industria cementera, constituyéndose en una solución costosa para PDVSA y con implicaciones ambientales, por lo que la valorización del desecho a través de su reuso constituye una práctica oportuna y más eficiente en su manejo.

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo general

Evaluar el reuso de los finos de catalizador gastado de FCC de la Refinería El Palito como agregado en morteros para revestimiento.

1.3.2 Objetivos específicos

1.3.2.1. Identificar las características de peligrosidad de los finos de catalizador gastado de FCC de la Refinería El Palito y del mortero seco obtenido de la mezcla resultante para su reuso como revestimiento, mediante caracterización ambiental acorde a lo normado en el Decreto N^o 2.635.

1.3.2.2. Determinar las proporciones de mezcla de cada uno de los componentes (catalizador gastado de FCC, arena, cemento y agua) requeridos en la obtención de morteros para revestimiento.

1.3.2.3. Analizar las propiedades del mortero seco que permitan su aplicación como revestimiento.

1.3.2.4. Investigar las implicaciones ambientales y de higiene ocupacional derivadas de la manipulación de los finos de catalizador gastado de FCC al ser utilizados como agregado en morteros para revestimiento.

1.3.2.5 Realizar una relación costo-beneficio sobre el reuso de los finos de catalizador gastado de FCC de la Refinería El Palito como agregado en morteros para revestimiento.

1.4 Justificación

Las altas tasas de generación de los finos de catalizador gastado de FCC demandan que cada vez más se requieran espacios mayores para su almacenamiento temporal además de la visualización de mecanismos de disposición, que implican un impacto económico para PDVSA, por lo tanto, el reuso de estos desechos se constituye en una propuesta innovadora.

La disposición que actualmente se le da a los fines de catalizador gastado de FCC mediante el método de co-procesamiento térmico no solo implica un gasto considerable para PDVSA sino que trae consigo algunas implicaciones ambientales, dado que al ser incinerado por la empresa "Industria Venezolana de Cemento" (INVECEM), genera emisiones atmosféricas al ambiente, por lo tanto el reuso del desecho como agregado para morteros de revestimiento, permitiría disminuir los costos de su disposición y evitaría generar afectaciones al ambiente, además de que por constituirse como un agregado de mezcla, permite a su vez, reducir las cantidades habituales de los agregados tradicionales (cemento y arena) requeridos, por lo que se ahorraría materia prima en el sector construcción.

Para Refinería El Palito es de suma relevancia la debida gestión de los finos de catalizador gastado de FCC, ya que forma parte de su Plan de Manejo de Desechos, alineado con la política ambiental de búsqueda de mejores y más eficientes alternativas para disponer estos desechos, ahorrando dinero, usando menos energía contaminante y reduciendo las afectaciones ambientales.

De acuerdo con lo anterior, para PDVSA es prioritario disponer los finos catalizador gastado de FCC y de esta manera reducir el inventario de materiales y desechos, dando cumplimiento a la normativa ambiental, siguiendo sus lineamientos internos y asegurando la protección del ambiente y la salud de sus trabajadores, a la vez que con la presente propuesta se canaliza la recuperación del desecho dentro de otro proceso industrial diferente al de su génesis.

Se tiene conocimiento que dentro del circuito de refinación nacional, la experiencia en el manejo de los finos catalizador de FCC se centra en su disposición final en vertederos o rellenos sanitarios o su disposición por co-procesamiento térmico, por lo cual, la presente investigación resalta en importancia dado que con la búsqueda de una solución oportuna de reuso del desecho, se constituye en una mejor práctica operativa para PDVSA, que permitirá entonces concebirlo como un residuo.

1.5 Alcance

La investigación se centra en evaluar el reuso de los finos de catalizador gastado de FCC de la Refinería El Palito como agregado en morteros para revestimiento, asumiendo que es un desecho con potencial recuperable de una fina granulometría y de composición sílico-aluminosa que le otorgan propiedades puzolánicas aprovechables dentro del área de estudio.

Para evaluar el reuso del referido desecho se hace necesario aunado a la respectiva caracterización de peligrosidad del mismo, dado que así lo demanda la legislación ambiental nacional para la recuperación de desechos industriales; la determinación de los ensayos y análisis de laboratorio para evaluar la proporción adecuada de los finos de catalizador gastado de FCC (considerando compatibilidad entre materias primas) que se necesita incorporar a la mezcla de arena, cemento y agua para obtener un mortero que en su estado seco y al ser aplicado como revestimiento, no genere afectaciones al ambiente y la salud humana.

La investigación pretende involucrar un análisis económico y ambiental que permita evidenciar las bondades que implica el reusar el desecho en vez de seguir disponiéndolo bajo método usado actualmente, y de esta manera considerarse como un residuo susceptible de ser valorizado económicamente.

1.6 Limitaciones

En Venezuela no existen estudios concretos que evidencien y demuestren la aplicabilidad del aprovechamiento de los finos de catalizador de FCC como agregado en morteros para revestimiento. Sabiendo que la composición básica del desecho es sílice y alúmina y con una fina granulometría, solo se tiene conocimiento de estudios previos sobre el aprovechamiento de este desecho en diferentes sectores industriales como es el caso de su aprovechamiento dentro de la industria ceramista, fabricación de pinturas, industria del aluminio, uso en mantos asfálticos, uso como agregado liviano y uso en la industria cementera.

Las implicaciones ambientales derivadas del uso y manipulación de los finos de catalizador gastado de FCC es un asunto sobre lo que no se tiene un sustento científico que sirva de antecedente para validar o rechazar su aprovechamiento.

Los resultados de los ensayos y pruebas de las propiedades de los finos de catalizador gastado de FCC permitirán desarrollar una propuesta de reuso que sugiere su aprovechamiento como agregado en morteros para revestimiento, sin embargo, queda a discreción de PDVSA la decisión de reusar el desecho de la manera sugerida por la investigación.