PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES, INNOVACIÓN, SEGURIDAD Y MINIMIZACIÓN DE RESIDUOS JORGE EDUARDO LOAYZA PÉREZ

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE PROCESOS UPSMP - CONGRESO INTERNACIONAL VISIÓN 2016 Planta Botnia (Hoy UPM) Fray Bentos. Uruguay PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES, INNOVACIÓN, SEGURIDAD Y MINIMIZACIÓN DE RESIDUOS JORGE EDUARDO LOAYZA PÉREZ

2 CONTENIDO Marco situacional Proceso industrial Características de un proceso industrial sostenible Diseño de procesos industriales Innovación en procesos Indicadores para evaluar la sostenibilidad Análisis de casos Conclusiones Digestor de Kamyr para chips de madera (c) Jorge Loayza

3 INDUSTRIA NACIONAL SECTOR INDUSTRIAL (MODELO DE ORGANIZACIÓN) COMPONENTE ORGANIZATIVO CONOCIMIENTO EMPRESA INDUSTRIAL (MODELO DE GESTIÓN) APRENDIZAJE COMPONENTE OPERATIVO CONOCIMIENTO POTENCIALES GENERADORES DE CONTAMINACIÓN (EXTERNALIDADES) MALES PRODUCCIÓN BIENES PROCESO INDUSTRIAL RESIDUOS Y DESECHOS PLANTA INDUSTRIAL PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS (c) Jorge Loayza

4 EMPRESA QUÍMICA (MODELO DE ORGANIZACIÓN) COMPONENTE ORGANIZATIVO (MODELO DE GESTIÓN) COMPONENTE OPERATIVO APRENDIZAJE POTENCIALES GENERADORES DE CONTAMINACIÓN (EXTERNALIDADES) MALES PRODUCCIÓN BIENES PROCESO INDUSTRIAL RESIDUOS Y DESECHOS PLANTA INDUSTRIAL PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS (c) Jorge Loayza

5 PROCESO INDUSTRIAL PLANTA INDUSTRIAL (RESPONDE AL DISEÑO CONCEPTUAL) (RESPONDE AL DISEÑO REAL Y CORRESPONDE A LA INFRAESTRUCTURA FÍSICA) QUÉ ES? (c) Jorge Loayza

6 CARACTERÍSTICAS DE UN PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE Innovador (Incorpora innovaciones tecnológicos) Eficiente (Tiene en cuenta indicadores tecnológicos y económicos) Seguro (Tiene en cuenta los análisis de riesgo Qué puede fallar?) Limpio (Emplea la minimización de residuos sólidos, líquidos y gaseosos, tiene en cuenta indicadores ambientales) Planta de Celulosa, ENCE (c) Jorge Loayza

7 CARACTERÍSTICAS Contribuye al desarrollo sostenible (Potencia el uso de materias primas renovables, no contamina el ambiente y evita conflictos socio ambientales) Competitivo (sus productos y servicios son de calidad y a precios que pueden ser asumidos por el mercado) Sostenible empresarialmente (c) Jorge Loayza

8 (MODELO DE NEGOCIO) EMPRESA QUÍMICA COMPONENTE ORGANIZATIVO (MODELO DE GESTIÓN) COMPONENTE OPERATIVO POTENCIALES GENERADORES DE CONTAMINACIÓN EXTERNALIDADES (RESIDUOS Y DESECHOS) MALES PRODUCCIÓN BIENES (PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS) PLANTA INDUSTRIAL (RESPONDE AL DISEÑO REAL, CORRESPONDE A LA INFRAESTRUCTURA FÍSICA) (c) Jorge Loayza

9 UNA CARACTERÍSTICA ENERGÍA ENERGÍA MINIMIZA MATERIAS PRIMAS* E INSUMOS *RECURSOS NO RENOVABLES (O AGOTABLES ) PROCESO INDUSTRIAL RESPONSABLE RESIDUOS MINIMIZA PRODUCTOS Y SUB PRODUCTOS REAPROVECHAMIENTO OTROS PRODUCTOS SUBPRODUCTOS (c) Jorge Loayza

10 UNA CARACTERÍSTICA ENERGÍA ENERGÍA MINIMIZA MATERIAS PRIMAS* E INSUMOS *RECURSOS RENOVABLES (REGENERABLES POR MECANISMOS BIOLÓGICOS) PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE RESIDUOS MINIMIZA REAPROVECHAMIENTO PRODUCTOS Y SUB PRODUCTOS OTROS PRODUCTOS (c) Jorge Loayza

11 DISCIPLINAS QUE SE DEBEN CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES DISEÑO DE INGENIERÍA ALLEN Y SHONNARD (2002) INGENIERÍA VERDE PROCESOS INDUSTRIALES SOSTENIBLES QUÍMICA VERDE ANASTAS Y WARNER (1998) McDONOUGH Y BRAUNGART (1992) DISEÑO INTEGRADO DE LA CUNA A LA CUNA CERO RESIDUOS BIO MIMETISMO BENYUS (1997) PALMER (2001) Elaboración: Loayza J. (2010) (c) Jorge Loayza

12 CASO 1 : PROCESO INDUSTRIAL RESPONSIBLE PARA PRODUCIR ACIDO SULFÚRICO INNOVACIÓN? VAPOR DE SERVICIO PARA SER USADO EN DIVERSAS ÁREAS DE LA PLANTA VAPOR GENERACIÓN DE VAPOR AGUA AIRE SECO YACIMIENTO (RECURSO NATURAL NO RENOVABLE RECUPERACIÓN DE CALOR DEPURACIÓN DE LOS GASES OXIDACIÓN CATALÍTICA SO 2, SO 3 PIRITAS AIRE SECO GASES DE TOSTACIÓN R3 POLVO H 2 SO 4 (c) ABSORCIÓN EXTRACCIÓN REDUCCIÓN DE TAMAÑO CLASIFICACIÓN FLOTACIÓN TOSTACIÓN ABSORCIÓN H 2 SO 4 (c) R1 COLAS R2 CALCINA HACIA LA OBTENCIÓN DE HIERRO FUNDIDO ACIDO SULFÚRICO (98,5 %) Elaboración: Loayza Jorge, 2008 A ALMACENAMIENTO PARA LUEGO OBTENER OTROS METALES ACERO PROCESO INDUSTRIAL RESPONSABLE (PRODUCCIÓN LIMPIA ) 12

13 CASO: ÁCIDO SULFÚRICO (ETAPA OXIDACIÓN CATALÍTICA) TIPOS DE INNOVACIÓN CRITERIO INNOVACIÓN CARACTERÍSTICA CHECK TECNOLÓGICA Cambios introducidos en los productos y en los procesos X EN GENERAL SOCIAL Soluciones nuevas a problemas de desempleo EN MÉTODOS DE GESTIÓN Realizadas en los ámbitos comercial, financiero, organizativo SEGÚN EL OBJETO DE LA DE PRODUCTO DE PROCESO Nuevos productos o mejoramiento de los existentes Nuevos procesos de producción o nuevas etapas del proceso X SEGÚN EL IMPACTO DE LA SEGÚN EL EFECTO DE LA SEGÚN EL ORIGEN DE LA INCREMENTAL RADICAL Se parte del conocimiento adquirido Se desarrolla a partir de resultados de la investigación CONTINUISTA No alteran ni el mercado ni la funcionalidad básica X RUPTURISTA DIRIGIDA POR LA TECNOLOGÍA IMPULSADA POR EL MERCADO Más barato, más simple, más pequeño, más fácil de usar Evolución tecnológica natural Evolución tecnológica dirigida por las exigencias del mercado X X 13

14 INDICADORES PARA EVALUAR LA SOSTENIBILIDAD DE UN PROCESO INDUSTRIAL Eficiencia: 1) Rendimiento de la reacción 2) Economía fraccionaria de los átomos (EFA) 3) Otros Económicos: Planta electroquímica de Basf en Ludwigshafen (Alemania) 1) Valor Presente Neto 2) Costo de purificación del aire 3) Otros

15 INDICADORES PARA EVALUAR LA SOSTENIBILIDAD DE UN PROCESO INDUSTRIAL Energía: 1) Consumo total de energía 2) Energía debido al tratamiento de aguas 3) Otros Ambientales: 1) Potencial de calentamiento global GWP 2) Potencial de eutroficación 3) Otros

16 GREENSCOPE GREENSCOPE, es el resultado de operar con 139 indicadores en cuatro áreas principales: Eficiencia (26), Energía (14), Economía (33) y Medio Ambiente (66) Se deben identificar dos estados de referencia para cada indicador de sostenibilidad: el mejor escenario (valor del indicador 100% de sostenibilidad ó 1) y el peor escenario (valor del indicador 0% de sostenibilidad ó 0).

17 Fuente: Ruíz-Mercado G. (2013), GREENSCOPE: A Tool for Chemical Process Sustainability Assessment and Design 66

21 CASO 2: DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PASTA DE CELULOSA) PROCESO EN EL BOSQUE EMISIONES Y RUIDO R3 BOSQUE NATURAL TALA DESCORTEZADO TRANSPORTE ROLOS DESCORTE- ZADOS (A) Especies maderables R1 R2 CAMIONES CON CAPACIAD DE CARGA DE 300 TM ASERRÍN Y ASTILLAS (QUEDAN EN LA PLANTACIÓN) CORTEZAS (QUEDAN EN LA PLANTACIÓN) (c) Jorge Loayza

22 CASO 2: DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PASTA DE CELULOSA) PROCESO EN EL BOSQUE EMISIONES Y RUIDO R3 BOSQUE NATURAL TALA DESCORTEZADO TRANSPORTE ROLOS DESCORTE- ZADOS (A) Especies maderables R1 R2 CAMIONES CON CAPACIAD DE CARGA DE 300 TM ASERRÍN Y ASTILLAS (QUEDAN EN LA PLANTACIÓN) CORTEZAS (QUEDAN EN LA PLANTACIÓN) PROCESO NO SOSTENIBLE (O INSOSTENIBLE) (c) Jorge Loayza

23 DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PROCESO EN LA PLANTA) (A) ROLOS DESCOR- TEZADOS ALMACENAMIENTO TRANSPORTE ASTILLADO ALMACENAMIENTO (B) FAJAS TRANSPORTADORAS R4 COMPUESTOS AZUFRE AGUA CLORO (Cl 2 ) ENERGÍA (B) COCCION LAVADO BLANQUEO SECADO PULPA BLANQUEADA R5 R6 R7 ENERGÍA EMISIONES Y EFLUENTES DE COMPUESTOS DE AZUFRE AGUAS RESIDUALES EMISIONES Y EFLUENTES DE COMPUESTOS DE CLORO (c) Jorge Loayza

24 DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PROCESO EN LA PLANTA) (A) ROLOS DESCOR- TEZADOS ALMACENAMIENTO TRANSPORTE ASTILLADO ALMACENAMIENTO (B) FAJAS TRANSPORTADORAS R4 COMPUESTOS AZUFRE AGUA CLORO (Cl 2 ) ENERGÍA (B) COCCION LAVADO BLANQUEO SECADO PULPA BLANQUEADA R5 EMISIONES Y EFLUENTES DE COMPUESTOS DE AZUFRE R6 AGUAS RESIDUALES R7 EMISIONES Y EFLUENTES DE COMPUESTOS DE CLORO ENERGÍA PROCESO NO SOSTENIBLE (PRODUCCIÓN SUCIA ) (c) Jorge Loayza

25 DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PROCESO EN LA PLANTACIÓN) INNOVACIÓN? SUSTITUCIÓN DE COMBUSTIBLES Y/O CONVERTIDORES CATALÍTICOS Especies maderables R3 BOSQUE SEMBRADO TALA DESCORTEZADO TRANSPORTE ROLOS DESCORTE- ZADOS (A) Explotación forestal controlada Especies genéticamente modificadas R1 INCORPORACIÓN AL SUELO (Y/O COMPOST) R2 INCORPORACIÓN AL SUELO (Y/O COMPOST) CAMIONES CON MAYOR CAPACIDAD DE CARGA (> 300 TM) PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE (PRODUCCIÓN LIMPIA ) (c) Jorge Loayza

26 DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PROCESO EN LA PLANTA-1) (A) ROLOS DESCOR- TEZADOS ALMACENAMIENTO TRANSPORTE ASTILLADO ALMACENAMIENTO (B) FAJAS TRANSPORTADORAS R4 RECOLECCIÓN E INCORPORACIÓN AL SUELO INNOVACIÓN? COMPUESTOS AZUFRE AGUA TLC (O 2, O 3, H 2 O 2 ) (B) COCCION LAVADO PRE-BLANQUEO BLANQUEO R5 CONCENTRACIÓN DEL LICOR NEGRO Y GENERACIÓN DE ENERGÍA R6 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 1) Enzimático 2) Deslignificación con oxígeno SECADO ENERGÍA RENOVABLE PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE (PRODUCCIÓN LIMPIA ) (HAY INNOVACIÓN EN LA PLANTACIÓN Y EN LA PLANTA INDUSTRIAL) PULPA BLANQUEADA NO HAY INNOVACIÓN DE PRODUCTO (c) Jorge Loayza

27 DIAGRAMA DE BLOQUES PARA LA OBTENCIÓN DE PULPA BLANQUEADA (PROCESO EN LA PLANTA-2) (A) ROLOS DESCOR- TEZADOS ALMACENAMIENTO TRANSPORTE ASTILLADO ALMACENAMIENTO (B) FAJAS TRANSPORTADORAS R4 RECOLECCIÓN E INCORPORACIÓN AL SUELO INNOVACIÓN? COMPUESTOS AZUFRE AGUA LCE (ClO 2 ) (B) COCCION LAVADO PRE-BLANQUEO BLANQUEO R5 CONCENTRACIÓN DEL LICOR NEGRO Y GENERACIÓN DE ENERGÍA R6 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 1) Enzimático 2) Deslignificación con oxígeno SECADO ENERGÍA RENOVABLE PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE (PRODUCCIÓN LIMPIA ) (HAY INNOVACIÓN EN LA PLANTACIÓN Y EN LA PLANTA INDUSTRIAL) PULPA BLANQUEADA NO HAY INNOVACIÓN DE PRODUCTO (c) Jorge Loayza

28 CASO: PASTA DE CELULOSA ETAPA: BLANQUEO TIPOS DE INNOVACIÓN CRITERIO INNOVACIÓN CARACTERÍSTICA CHECK TECNOLÓGICA Cambios introducidos en los productos y en los procesos X EN GENERAL SOCIAL Soluciones nuevas a problemas de desempleo EN MÉTODOS DE GESTIÓN Realizadas en los ámbitos comercial, financiero, organizativo SEGÚN EL OBJETO DE LA DE PRODUCTO DE PROCESO Nuevos productos o mejoramiento de los existentes Nuevos procesos de producción o nuevas etapas del proceso X SEGÚN EL IMPACTO DE LA SEGÚN EL EFECTO DE LA SEGÚN EL ORIGEN DE LA INCREMENTAL RADICAL Se parte del conocimiento adquirido Se desarrolla a partir de resultados de la investigación CONTINUISTA No alteran ni el mercado ni la funcionalidad básica X RUPTURISTA DIRIGIDA POR LA TECNOLOGÍA IMPULSADA POR EL MERCADO Más barato, más simple, más pequeño, más fácil de usar Evolución tecnológica natural Evolución tecnológica dirigida por las exigencias del mercado X X 28

29 PROCESO PARA LA ELABORACIÓN DE PAPEL AGUA ADITIVOS AGUA AGUAS BLANCAS PULPA BLANQUEADA MEZCLADO REFINACIÓN REGULACIÓN DE CONSISTENCIA LAMINACIÓN ENERGÍA SECADO ENERGÍA DIVERSOS AGENTES QUÍMICOS ACABADO PAPEL (c) Jorge Loayza

30 CONCLUSIONES (c) Jorge Loayza

31 PROCESO INDUSTRIAL SOSTENIBLE (CORRESPONDE A UNA CONCEPCIÓN INTEGRAL) INNOVADOR (c) Jorge Loayza

32 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Cadena Edith (2008) Estudio del refinado de pastas de papel utilizando métodos biotecnológicos (enzimas). Tesis Doctoral de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Terrasa. España. Fernández, G. (2007), Gestión de la Innovación. Ingeniería Química. XXXIX (445), García, J., Pérez, L., Cocero, M. (2007), Nuevas bases para el diseño de procesos industriales sostenibles. Ingeniería Química. XXXIX (444), Loayza, J., Silva, M. (2013) Loayza, J., Silva, M. (2015) Roncero, M. (2001), Secuencia TCF con aplicación de ozono y enzimas para el blanqueo de pastas madereras. Tesis Doctoral de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Terrasa. España. (c) Jorge Loayza

33 SUGERENCIA SUSCRIPCIÓN GRATUITA: (c) Jorge Loayza

34 COMENTARIOS Y SUGERENCIAS jloayzap@unmsm.edu.pe jeloayzap@yahoo.es (c) Jorge Loayza