"Environmental Diagnosis of Process Plants by Life Cycle Techniques"

Autor/a

Yrigoyen González, Haydée Andrea

Director/a

Castells Piqué, Francesc

Fecha de defensa

2006-04-27

ISBN

9788469124321

Depósito Legal

T.218-2009



Departamento/Instituto

Universitat Rovira i Virgili. Departament d'Enginyeria Química

Resumen

Environmental Diagnosis of Process Plants by Life Cycle Techniques<br/>Haydée A. Yrigoyen González<br/>El objetivo de la investigación es desarrollar una herramienta que relacione aspectos de<br/>simulación, evaluación ambiental y análisis de sensibilidad. Para lo cual se estableció una<br/>metodología que consta de cinco niveles: Simulación de proceso, Inventario, evaluación de<br/>impactos ambientales, análisis económico y análisis de sensibilidad.<br/>La metodología describe las variables relacionadas con el proceso, así como los<br/>impactos asociados a cada una de sus etapas y la viabilidad económica del proceso, e<br/>identifica las etapas de proceso con el mayor impacto ambiental (mediante el análisis de<br/>sensibilidad).<br/>Para la simulación de procesos se empleó el simulador ASPEN Hysys®. El inventario,<br/>la evaluación de impactos y el análisis económico se lleva a cabo en hojas de cálculo de forma<br/>automática.<br/>La obtención del inventario de efectos ambientales y la evaluación de los<br/>correspondientes impactos se realizan siguiendo la metodología de ciclo de vida, por lo que se<br/>consideran las cargas ambientales asociadas a las materias primas, la generación de<br/>electricidad y utilidades. Para obtener el inventario se construyó una base de datos que<br/>contiene la información ambiental asociada a varios procesos industriales que se relacionan<br/>indirectamente al proceso bajo estudio. Similarmente, se incluyó una base de datos con los<br/>factores de caracterización de las categorías de impacto más importantes.<br/>La validación de la metodología y de la herramienta desarrollada se ha llevado a cabo<br/>mediante tres procesos industriales: polietileno de baja densidad (LDPE), óxido de etileno (EO)<br/>y biodiesel. Para cada proceso se han evaluado diferentes configuraciones para poder<br/>determinar cual de ellas es la mejor opción desde el punto de vista ambiental y económico.<br/>En el caso del LDPE, el cambio de configuración se ha enfocado en el origen de la<br/>electricidad, la cual puede ser proveniente de la Red Nacional Española o de una unidad de<br/>cogeneración. Los resultados indican que la mejor configuración corresponde al proceso que<br/>emplea electricidad proveniente de la unidad de cogeneración, puesto que se obtiene vapor<br/>como sub-producto y se evitan las emisiones asociadas a la generación de electricidad, lo que<br/>se refleja en una importante reducción de los impactos ambientales asociados.<br/>En el segundo proceso analizado, referente a la producción de oxido de etileno, se han<br/>evaluado cuatro configuraciones, empleando aire u oxígeno como materia prima y electricidad<br/>de la Red Española o produciéndola mediante cogeneración. En relación al origen de la<br/>electricidad, al emplear la cogeneración, el comportamiento ambiental del proceso mejora<br/>considerablemente. En cuanto a la importancia de la materia prima empleada, al utilizar<br/>oxígeno se obtiene un mejor rendimiento en la etapa de reacción, con lo cual se compensa los<br/>costes asociados a la materia prima con la productividad del proceso.<br/>Finalmente, se ha llevado a cabo la evaluación del proceso de producción de biodiesel,<br/>se comparó el comportamiento ambiental del proceso empleando un catalizador ácido y un<br/>catalizador básico. En el proceso ácido se generan menores impactos ambientales. De forma<br/>similar, ésta configuración tiene un mejor perfil económico ya que los costes asociados a la<br/>producción son menores y no se requiere ninguna unidad de pretratamiento (necesaria en el<br/>proceso alcalino).<br/>Mediante la herramienta desarrollada, la información inicial puede modificarse en<br/>cualquier momento con el fin de obtener los valores correspondientes a nuevas condiciones.<br/>Uno de los aspectos más importantes es el que la herramienta se adapta fácilmente con el<br/>mínimo de variaciones. Las bases de datos que se incluyen en las hojas de cálculo pueden ser<br/>actualizadas por el usuario o ajustarse a las necesidades específicas de cada proceso. Todo el<br/>análisis se lleva a cabo de forma automática, una vez introducida la información inicial del<br/>proceso e información económica.<br/><br/>Environmental Diagnosis of Process Plants by Life Cycle Techniques<br/>Haydée A. Yrigoyen González<br/>The objective of this work is to develop a tool that integrates simulation, environmental<br/>assessment and sensitivity analysis aspects. To support this tool, a methodology consisting of<br/>five levels was established. These are: process simulation, Inventory, environmental impacts<br/>assessment, economic analysis and sensitivity analysis.<br/>The developed methodology describes the variables related to the process, as well as<br/>the impacts associated to each stages, the economic viability of the process, and the process<br/>stages with the highest environmental impact (by means of the sensitivity analysis).<br/>ASPEN Hysys® is the chosen software for the simulation of processes. The inventory,<br/>impact assessment and the economic analysis are automatically obtained in spreadsheets, by<br/>means of macros execution.<br/>The inventory and the impacts assessment are performed following the Life Cycle<br/>methodology. Therefore, the environmental loads of the raw materials, electricity generation and<br/>utilities are considered. In order to generate the inventory, a data base was constructed; it<br/>contains the environmental information associated to industrial processes that are indirectly<br/>related to the process under study. Similarly, a data base with the characterization factors of the<br/>most important impact categories was included in the tool.<br/>The validation of the methodology and the developed tool has been accomplished by<br/>their application to three industrial processes: low density polyethylene (LDPE), ethylene oxide<br/>(EO) and biodiesel production. Different configurations have been evaluated for each process to<br/>determine the best option from the environmental and economic point of view.<br/>For the LDPE process, the configuration change has focused in the origin of the<br/>electricity, which can be supplied by the Spanish National Network or a cogeneration unit.<br/>Based on our results, the best configuration corresponds to the process employing electricity by<br/>cogeneration, since steam is obtained as by-product and the emissions associated to the<br/>electricity generation are eliminated. These facts are reflected in an important reduction of the<br/>overall impacts associated to this process.<br/>In the second analyzed process, referring to the production of ethylene oxide, four<br/>configurations have been evaluated: using air or oxygen as raw material and electricity from the<br/>Spanish Network or produced by cogeneration. Related to the origin of the electricity, using<br/>cogeneration, a better environmental profile is obtained. On the other hand, the oxygen as raw<br/>material is better than air due to the best yield of ethylene oxide in the reaction stage. Due to<br/>the better selectivity of the oxygen in the reaction, the costs of O2 as raw material are<br/>compensated by high production.<br/>Finally, the process evaluation of the biodiesel production has been carried out. In this<br/>case, an acid and a basic catalyst were compared. The best configuration corresponds to the<br/>process using an acid catalyst. In the acid process lower environmental impacts are generated.<br/>Furthermore, this configuration has a better economical profile since the costs associated to the<br/>production are smaller and a pre-treatment unit is not required, as in the alkaline process.<br/>The initial information can be modified at any time to obtain the profile associated to the<br/>new conditions by means of the developed tool. Also, the tool can be adapted to any process in<br/>an easy way. The included database can be updated or adjusted by the user at any time to<br/>personalize them to the specific necessities of each process. Once the initial information is<br/>introduced, the analysis is executed automatically.<br/>The developed tool is able to make the simulation, its environmental diagnosis,<br/>economic evaluation and the sensitivity analysis of any industrial process, introducing the initial<br/>operation conditions.

Palabras clave

LCA; Process Plant; Environmental Diagnosis; Economical Analysis

Materias

004 - Informática; 62 - Ingeniería. Tecnología

Documentos

TesisHYG.pdf

2.546Mb

 

Derechos

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