El problema del dióxido de azufre en emisiones de gases de combustión y los fundamentos teóricos para su eliminación por lavado con carbonato de calcio.

in #stem-espanol3 years ago (edited)
Hola amigos de steemit y de esta maravillosa comunidad científica de #stem-espanol, como es bien sabido la protección ambiental es una de las premisas a tener en consideración en el mundo actual, el cual requiere de un alto consumo de energía para mantener su dinámica de crecimiento sostenido.

La demanda en alza en la producción de bienes y servicios que faciliten nuestro día a día, ha fungido como el motor de impulso en los procesos industrialización a nivel global, lo que ha repercutido en una aceleración de la economía mundial, pero también ha traído consigo una problemática que se vuelve cada vez más latente.

La industrialización ha traído como consecuencia un incremento en las concentraciones de agentes contaminantes a la atmósfera

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Fuente

Los combustibles fósiles siguen siendo una de las principales fuentes de energía para impulsar muchos de estos procesos, la quema de estos emite una gran cantidad de gases a la atmósfera, los cuales en su composición contienen sustancias que alteran de forma negativa el equilibrio ambiental.

Entre estas sustancias se encuentran el dióxido y monóxido de carbono los cuales son gases de efecto invernadero y favorecen el calentamiento global, los óxidos de nitrógeno que son perjudiciales a la salud y que según informes de la Organización mundial de la salud producen la muerte de cientos de personas por afecciones respiratorias y el dióxido de azufre que al reaccionar con el agua de la atmósfera produce el fenómeno conocido como lluvia ácida.

En algunas de mis publicaciones anteriores se abordaron alternativas como: la elaboración y uso de biocombustibles partiendo de aceites, y el uso de combustibles emulsionados para la reducción de las emisiones de CO y CO2 .

También les hable del empleo del dióxido de titanio por su efecto fotocatalizador para la eliminación de óxidos de nitrógeno como contaminantes en el aire.

Siguiendo con esta temática ambiental de las emisiones, en este artículo se describirá un proceso para la eliminación del dióxido de azufre en los gases de combustión.

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El SO2 y su efecto en la atmósfera.

El dióxido de azufre o anhídrido sulfuroso es un gas incoloro que presenta en su fórmula molecular la unión de dos átomos de oxígeno y uno de azufre por medio de la compartición de dos pares electrónicos, la orientación sus enlaces forma un ángulo de 119° grados en la estructura molecular lo cual se traduce en la formación de un momento dipolar que le confiere una alta reactividad.

Ángulo de orientación molecular del dióxido de azufre

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Fuente

Debido a esto el dióxido de azufre reacciona fácilmente con el oxígeno presente en la atmósfera, generando trióxido de azufre como se muestra en la siguiente ecuación:

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El SO3 generado a su vez termina reaccionando con el agua atmosférica dando origen a la formación de los ácido sulfúrico, que al igual que el ácido nítrico formado por los óxidos de nitrógeno termina precipitando a la tierra en forma de lluvia ácida.

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Lo cual tiene un efecto altamente perjudicial en la plantas y por ende en la actividad agrícola, además afecta el equilibrio de ecosistemas acuáticos al producir la acidificación de lagos mares y ríos, también contribuye a la erosión de los suelos modificando las características químicas de los mismos.

Esquema de formación de la lluvia ácida

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Fuente

La lluvia ácida es en la actualidad uno de los fenómenos ambientales más preocupantes, debido a que produce cuantiosas perdidas monetarias por la corrosión de estructuras metálicas y a nivel agrícola. Los principales países afectados por este fenómeno son Alemania, Holanda y Dinamarca.

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Fuentes de emisión de dióxido de azufre al ambiente.

Una de las principales causas de su presencia en la atmósfera es la combustión del carbón, que debido su bajo costo y disponibilidad es ampliamente utilizado en la industria termoeléctrica, en la composición química del carbón se encuentra como elemento principal el carbono seguido por el oxígeno e hidrógeno, pero además destacan la presencia de nitrógeno y azufre.

La actividad petrolera también es responsable de la emisión de este compuesto, muchos de los derivados del petróleo contienen azufre en sus composiciones y al hacer combustión lo liberan en forma de SO2.

Lo cual ha generado que en los últimos años a nivel mundial se hayan implementado legislaciones mucho más rigurosas en cuanto al control de las concentraciones de SO2 en las emisiones de gases de combustión, por ejemplo la Unión Europea y la Environmental Protection Agency (EPA) de los Estados unidos requieren que las emisiones provenientes de los hornos de carbón no excedan de 520 ᶯg de SO2/J, y han establecido como normativa que debe retirarse por lo menos el 90% del dióxido de azufre producido en la combustión de carbón.

Esto representa un reto debido a que es necesaria la elección de los procesos químicos que tengan el menor impacto ecológico y ofrezcan rentabilidad, existen diversos procedimientos para el lavado de gases de combustión y la consecuente eliminación del dióxido de azufre, pero en este caso trataremos el lavado con carbonato de calcio (CaCO3) o piedra caliza.

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Eliminación del dióxido de azufre por medio del lavado con carbonato de calcio.

Este procedimiento se fundamenta en la separación selectiva del SO2 de los gases de combustión aprovechando su reactividad para lograr su conversión a sulfito de calcio mediante el lavado con piedra caliza como se muestra en el siguiente esquema.

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Imagen editada por el autor

Fuente de imagen original

El proceso inicia cuando los gases procedentes de la combustión del carbón son pasados previamente a un precipitador electrostático con la finalidad de eliminar las partículas en suspensión en el gas, las corrientes de salida son precalentadas e inician la alimentación de la torre de lavado, en donde se pondrá en contacto con un flujo a contracorriente de una mezcla de carbonato de calcio en relación 1:9 con agua, mientras se somete a un proceso de enfriamiento adiabático que propiciara la absorción de dióxido de azufre y permitirá su reacción.

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El dióxido de azufre reacciona con el agua y el carbonato de calcio en exceso convirtiéndose en una sal inocua en este caso representada por el sulfito de calcio hidratado, en tal sentido la corriente inferior de salida de la torre de lavado corresponderá a un residuo acuoso saturado con piedra caliza y sulfito de calcio, y la corriente de salida superior de la torre de lavado contendrá el gas limpio el cual será sometido a un proceso de calentamiento posterior para ser mezclado con otras corrientes limpias de gas de combustión y se liberado a la atmósfera una vez que se garantiza el cumplimiento con los estándares permitidos para este tipo de emisiones.

En el siguiente vídeo complementario se muestran los fundamentos de este y otros procesos utilizados para la eliminación del dióxido de azufre en corrientes de gases de combustión.

Fuente

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Todos los esfuerzos que se hagan en pro del ambiente nunca serán suficientes sino se crea realmente una conciencia ambiental, la divulgación de todas estas problemáticas en materia ambiental, de agentes contaminantes y procesos para la eliminación de los mismos, deben ir tomadas de la mano con la premisa de que nuestra incidencia cada vez debe ser menor hacia el ambiente, es más fácil contaminar menos que descontaminar, es más fácil mantener el equilibrio que buscar restablecerlo una vez ha sido alterado.

Bueno amigos espero que esta publicación haya sido útil y de su agrado, estoy a su disposición para responder dudas y comentarios.

¡Saludos cordiales!

@joseleogon

Referencias:

1.Álvarez, Esperanza. (2004), La eliminación de SO2 en gases de combustión. Recuperado en el siguiente Enlace

2.González, José L. (2018), El problema de los aceites domésticos y su posible uso para la elaboración de biodiesel. Recuperado en el siguiente Enlace

3.Felder y Rousseau; 3°edicion. (2008), Principios elementales de los procesos químicos; Editorial Limusa.

4.González, José L. (2018), Combustibles emulsionados, una alternativa ecológica. Recuperado en el siguiente Enlace

5.González, José L. (2018), El dióxido de titanio como una alternativa contra la contaminación del aire. Recuperado en el siguiente Enlace

6.Langtoolbot. (2018),Dióxido de azufre. Recuperado en el siguiente Enlace

7.Méndez, Ángeles. (2010) La lluvia ácida. Recuperado en el siguiente Enlace

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Muy interesante tu publicación, definitivamente lo más importante es la prevención, lamentablemente todavía falta mucho para crear una verdadera consciencia en protección del ambiente. Toca seguir educando principalmente a las generaciones más jóvenes, hay que sembrar la semillita en las escuelas.

Me alegra mucho el que te haya resultado interesante esta publicación amiga @endopediatria, hay que hacer mucho énfasis por reducir el impacto que estamos causando a nuestro ambiente, y como bien dices esto hay que trasmitirlo a las generaciones que vienen formándose.

Gracias por tomarte tu tiempo para leer y comentar.

¡Saludos!

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Una vez leí que el planeta necesitaba un poco de este dióxido pero en cantidades pequeñas