universidade federal da bahia - escola … · conseqüências destas perdas vão desde os efeitos...
TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA E
SANEAMENTO CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM
GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
AVALIAÇÃO DAS EMISSÕES DE COMPOSTOS ORGÂNICOS VOLÁTEIS (VOCs) EM OPERAÇÕES DE CARGA E DESCARGA DE
DERIVADOS LÍQUIDOS DE PETRÓLEO
ROGÉRIO SANTOS DE ASSUNÇÃO
SALVADOR , JANEIRO DE 2003
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA - ESCOLA POLITÉCNICA
DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA E SANEAMENTO
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
TEMA
EMISSÕES ATMOSFÉRICAS DE VAPORES ORGÂNICOS
TÍTULO
AVALIAÇÃO DAS EMISSÕES DE COMPOSTOS ORGÂNICOS VOLÁTEIS (VOCS) EM OPERAÇÕES DE
CARGA E DESCARGA DE DERIVADOS LÍQUIDOS DE PETRÓLEO
AUTOR
ROGÉRIO SANTOS DE ASSUNÇÃO
ORIENTADOR
PROF. DR. JOSÉ GERALDO DE ANDRADE PACHECO FILHO
MONOGRAFIA DE CONCLUSÃO DO CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E
TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA DO DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA E SANEAMENTO
DA UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA (PERÍODO: MARÇO – DEZEMBRO/2001).
SALVADOR , JANEIRO DE 2003
ii
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
RESUMO
Nos últimos anos empresas de refino de petróleo e do setor petroquímico,
principalmente nos Estados Unidos e Comunidade Européia, têm-se mostrado cada
vez mais preocupadas com o problema das emissões atmosféricas, especificamente
emissões de compostos orgânicos voláteis (VOC) provenientes dos derivados líquidos
de petróleo, a exemplo da gasolina, óleo destilado, nafta e derivados. Esta
preocupação tem sido motivada pelas grandes perdas financeiras envolvidas e pela
necessidade de se proteger a saúde do trabalhador e o meio ambiente, além da forte
pressão dos órgãos ambientais.
Baseado neste cenário e aliado ao fato de que, neste setor industrial, umas das
principais fontes de emissão de VOCs são as operações de carga e descarga de
derivados líquidos de petróleo em caminhões-tanque e vagões-tanque, nas chamadas
ilhas de carregamento, e em embarcações nos terminais marítimos, o presente estudo
avalia métodos para cálculo e controle dessas fontes de emissão, além de descrever
algumas tecnologias atualmente aplicadas para a recuperação desses compostos
orgânicos, bem como uma comparação entre elas.
Após análises e discussões feitas neste trabalho, conclui-se que a metodologia
desenvolvida pela EPA, para cálculo e controle das emissões de VOCs nas operações
de carga e descarga de derivados líquidos de petróleo, são consistentes e confiáveis,
uma vez que é fruto de exaustivos levantamentos de campo e testes de laboratório
para se chegar aos conhecidos fatores de emissão e modelos empíricos de emissões
de VOCs. Fazer uso desta metodologia é o primeiro passo para se elaborar um estudo
de viabilidade econômica, visando implantar um sistema de recuperação de compostos
orgânicos, baseado em diferentes tecnologias, também discutidas neste trabalho.
Palavras-chaves: Emissão, VOC, petróleo, carga, descarga.
iii
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
SUMÁRIO
Lista de Tabelas v
Lista de Figuras v
1 Introdução _______________________________________________________ 1
2 Revisão da Literatura ______________________________________________ 4
2.1 Metodologia EPA para o cálculo e controle de emissões de VOCs nas operações de carga e descarga de derivados líquidos de petróleo __________ 6
2.2 Tecnologias para recuperação de compostos orgânicos voláteis ______ 15
2.2.1 Adsorsão __________________________________________________ 17
2.2.2 Absorção __________________________________________________ 19
2.2.3 Separação por Membrana _____________________________________ 20
2.2.4 Condensação_______________________________________________ 20
2.2.5 Comparação Entre Tecnologias_________________________________ 21
3 Estudo de Caso__________________________________________________ 24
4 Conclusão ______________________________________________________ 26
5 Glossário _______________________________________________________ 28
6 Referências Bibliográficas_________________________________________ 29
7 Anexos_________________________________________________________ 31
iv
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Fatores de Saturação (S) para Cálculo de Emissões de VOCs nas
operações de carregamento de derivados líquidos de petróleo a...........................11
Tabela 2 – Propriedades Físico-químicas de Alguns Derivados Líquidos de Petróleo a11
Tabela 3 – Fatores de Emissão para VOCs nas Operações de Carregamento de
Gasolina em Terminais Marítimos a........................................................................13
Tabela 4 – Fatores de Emissão para Orgânicos Totais (CA) nas Operações de
Carregamento de Óleo Bruto em Terminais Marítimos a........................................15
Tabela 5 – Vantagens e Desvantagens do Sistema de Adsorsão.................................18
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Etapas de produção de petróleo, refino, transformação e distribuição (as
setas indicadas para cima referem-se aos pontos de emissão de VOCs) -
Adaptado da EPA [7] ................................................................................................2
Figura 2 - Carregamento de um navio-tanque com líquido orgânico [3]..........................6
Figura 3 – Carregamento com tubo não submerso - adaptado da EPA [7] .....................8
Figura 4 – Carregamento com tubo submerso - adaptado da EPA [7] ............................8
Figura 5 – Carregamento com tubo fixado no fundo do tanque - adaptado da EPA [7]...9
Figura 6 – Caminhão-tanque abastecendo um tanque subterrâneo de um posto de
gasolina com sistema de Balanço de Vapor - Adaptado da EPA [7] ......................10
Figura 7 – Carregamento de um caminhão-tanque, com um sistema de recuperação de
vapores orgânicos acoplado - Adaptado da EPA [7] ..............................................16
Figura 8 – Tecnologias para tratamento de VOCs versus vazão da corrente gasosa -
adaptado de Hunter [15].........................................................................................22
Figura 9 - Tecnologias para tratamento de VOCs versus concentração de orgânicos na
corrente gasosa - adaptado de Hunter [15] ............................................................23
v
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
1 INTRODUÇÃO
As discussões em torno das emissões atmosféricas estão cada vez mais em pauta no
planejamento das metas ambientais das indústrias petroquímicas e refinarias. Muitas
das empresas do setor têm se mostrado preocupadas com as perdas envolvidas nas
emissões de compostos orgânicos voláteis (VOCs) para a atmosfera. As
conseqüências destas perdas vão desde os efeitos nocivos que estas substâncias
orgânicas causam à saúde do trabalhador e ao meio ambiente até as grandes perdas
financeiras envolvidas, uma vez que toneladas de produtos são lançados na atmosfera.
Além disso, cada vez mais as empresas têm sido cobradas pelos órgão ambientais
para um maior controle sobre essas fontes poluidoras.
Conforme mostra a Figura 1, essas emissões ocorrem desde a etapa de extração do
petróleo, passando pelas etapas de carga/descarga, transporte, refino e transformação
na indústria petroquímica, até chegar na etapa de comercialização, ou seja, distribuição
e consumo final. Ao longo deste percurso, as maiores fontes potenciais de emissão de
VOCs ocorrem durante as operações de carregamento e descarregamento de
derivados líquidos de petróleo em caminhões-tanque e vagões-tanque, nas ilhas de
carregamento, e de embarcações nos terminais marítimos. Daí então a necessidade de
se controlar estas emissões, uma vez que essas operações são realizadas na maiorias
das vezes abertas para a atmosfera.
São nestas ilhas de carregamento e terminais marítimos que ocorrem a distribuição e
recebimento de matérias-primas para refinarias, indústria petroquímica e de
transformação, além dos produtos derivados de petróleo (ex.: gasolina, querosene,
óleo destilado, etc) para consumo final.
No Brasil, estudos mais apurados sobre estes tipos de emissões, bem como seu
controle a nível industrial, são bastante escassos, sem falar da inexistência de
legislação local que trate sobre o tema.
1
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
Poço de produção de Petróleo
Refinaria
Carregamento e descarregamento de vagões
Tubovia
Carregamento e descarregamento deNavios Cargueiros/Barcaças
Tanques deestocagem
de óleobruto
Tanques deestocagem
de crus
Tanques deestocagem
de produtos
Tubovia
Tanques decombustível emDistribuidoras
IndústriaPetroquímica
Tanques deestocagemde Matéria-
prima
Tanques deestocagem
de produtosorgânicos
Carregamento e descarregamento de vagões
Carregamento e descarregamento deNavios Cargueiros/Barcaças
Carregamento e descarregamentode Caminhões-tanque
Tubovia
Carregamento e descarregamentode Caminhões-tanque Indústrias de
Transformação
Abastecimento de veículos,embarcações e aviões em postos
de combustíveis, portos e eaeroportos.
Consumidores
finais
Figura 1 – Etapas de produção de petróleo, refino, transformação e distribuição (as setas indicadas para cima referem-se aos pontos de
emissão de VOCs) - Adaptado da EPA [7]
2
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
Já nos Estados Unidos, o próprio órgão ambiental federal (US-EPA – Environmental
Protection Agency) elabora métodos reconhecidos mundialmente para o cálculo e
controle das emissões atmosféricas durante as operações de carga e descarga de
caminhões-tanque, vagões-tanque e embarcações, como também exige a utilização
destes métodos por parte das empresas. Países da comunidade européia também
aplicam os métodos americanos, além de desenvolverem tecnologias próprias de
controle e recuperação de VOCs.
Dentro deste contexto, o direcionamento do presente trabalho baseou-se nos seguintes
aspectos econômico-ambientais:
− Impactos ambientais causados pelo lançamento de compostos orgânicos na
atmosfera, uma vez que estes compostos, juntamente com os óxidos de nitrogênio,
são os grandes precursores do ozônio na troposfera (camada da atmosfera com
altitude que varia de 8 km, nos Pólos Norte e Sul, a 15km, na região do equador);
− Grandes perdas financeiras, devido à perda de produtos;
− Uso de tecnologias limpas para eliminação de perdas;
− Aspectos legais;
− Crescente preocupação das empresas do setor petroquímico e de refino de petróleo
em controlar suas emissões atmosféricas.
Neste sentido, o principal objetivo deste trabalho é discutir e disseminar as
metodologias atualmente utilizadas para se estimar as taxas de emissões de VOCs,
bem como as ferramentas de controle e tecnologias de recuperação dos compostos
orgânicos voláteis emitidos para a atmosfera, disponíveis atualmente.
3
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
2 REVISÃO DA LITERATURA
Os compostos orgânicos voláteis (VOCs) pertencem a uma classe de substâncias na
qual o carbono esta ligado ao hidrogênio ou a outros elementos, e cuja pressão de
vapor na temperatura ambiente é maior que 0,01 psia (0,0007 atm) e ponto de ebulição
vai até 260oC [15]. A maior parte dos compostos orgânicos com menos que 12 átomos
de carbono são considerados VOCs. A US-EPA define um VOC como um composto
de carbono que participa de reações fotoquímicas na atmosfera, excluindo entretanto o
carbono puro, metano, etano, carbonatos, carbono ligado a metal, CO e CO2 [15].
A importância de se controlar as emissões dos VOCs se deve ao fato deles serem os
principais componentes das reações químicas e físicas na atmosfera que formam o
ozônio e outros oxidantes fotoquímicos, causando o chamado “Smog” Fotoquímico.
Devido à poluição ambiental causada pelo smog fotoquímico, os processos industriais
que causam este fenômeno em diversas cidades do Japão (Tóquio, Osaka, Kanagawa,
etc) foram obrigados a instalar sistemas de recuperação de hidrocarbonetos de acordo
com as exigências legais de cada prefeitura. Em 1990, havia em todo Japão cerca de
70 sistemas de recuperação de vapores de hidrocarbonetos [14].
É sabido que as emissões de VOCs durante as operações de carga e descarga de
derivados líquidos de petróleo em caminhões-tanque, vagões-tanque e embarcações
se dão por evaporação e principalmente pela exaustão através do topo dos tanques de
carga. E as corrente gasosas que saem do topo destes tanques possuem 15-50%vv de
compostos orgânicos, sendo que após passarem por um sistema de recuperação, este
percentual cai para valores menores que 5-8%vv [14].
A legislação européia, em seu documento “European Directive 94/63/EC” sobre
controle de emissões de VOCs, exige a instalação de sistemas de controle de emissão
durante o carregamento de gasolina em caminhões, vagões e em terminais marítimos
que operam com barcaças. A lei é aplicada para terminais cuja capacidade de carga
seja superior a 31.000 toneladas de gasolina por ano. Para se ter uma idéia, isto
eqüivale a 42.466 m3 de gasolina, ou seja, 4 caminhões-tanque de 30 m3 por dia,
durante um ano, considerando a densidade da gasolina igual a 730 kg/m3. Esta lei não
define limites de taxa de emissão.
4
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
Nos Estados Unidos existem tanto leis estaduais quanto federais que ditam regras a
respeito do controle de emissões de VOCs durante o carregamento de gasolina em
navios. O documento federal “Federal Clean Air Act”, em uma das suas exigências,
ordena o uso de sistemas de recuperação de vapores orgânicos com uma eficiência de
95%, ou a utilização de técnicas de destruição que reduzam em 98% as emissões de
VOCs. Segundo o documento, estes sistemas de recuperação são requeridos para
terminais com capacidade de carga superior a 1,2 milhões de toneladas de gasolina
por ano. Isto eqüivale a 150 caminhões-tanque de 30 m3 por dia, durante um ano,
considerando a densidade da gasolina igual a 730 kg/m3. A lei americana, da mesma
forma que a européia, também não define limites de taxa de emissão.
Comparando-se as duas legislações, percebe-se que a legislação européia exige
apenas a instalação de sistemas para o controle das emissões de VOCs, enquanto que
a americana exige a instalação de sistemas de recuperação ou destruição dos vapores
orgânicos.
Em um relatório publicado pela EPA em 1995, concluiu-se que, das 4,7 milhões de
toneladas [12] de VOCs lançadas para a atmosfera nos EUA em 1992, 8% [11] é
devido ao transporte e comercialização de produtos (líquidos) orgânicos voláteis. Os
92% restantes são provenientes de emissões veiculares (27%); utilização de solvente
orgânico em revestimento de superfícies (12%); utilização de solvente orgânico não
industrial (12%); resíduos industriais (10%); processos industriais e outros.
Em uma outra pesquisa mais específica realizada em 2000 pela empresa belga
CONCAWE em 64 terminais marítimos da Europa, concluiu-se que das 47,2 milhões
de toneladas de gasolina carregadas em 1998, 13.190t/ano correspondem ao total
emitido sem que houvesse controle algum. Para o cálculo desta emissão foi utilizado o
fator de emissão publicado pela EPA de 0,034% por volume de gasolina carregada, e
assumindo a densidade da gasolina igual a 730 Kg/m3 e do vapor de gasolina
condensado, 600Kg/m3. A Figura 2 ilustra de forma simplificada o carregamento de um
navio-tanque com líquido orgânico provocando emissão de VOCs.
5
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
Figura 2 - Carregamento de um navio-tanque com líquido orgânico [3].
Reconhecidos, aprovados e adotados nos Estados Unidos, Europa e Japão, além de
serem aceitos pelos órgãos ambientais destes países, os métodos publicados pela
EPA para se estimar as emissões de VOCs, seja por modelos matemáticos empíricos,
seja por fatores de emissão, servem como ponto de partida para se conhecer, de forma
menos custosa e consistente, o quanto de produto se está perdendo para daí então se
avaliar a necessidade de controle e/ou recuperação destes produtos. Nos capítulos a
seguir estes métodos serão apresentados com mais detalhes.
2.1 METODOLOGIA EPA PARA O CÁLCULO E CONTROLE DE EMISSÕES DE VOCS NAS
OPERAÇÕES DE CARGA E DESCARGA DE DERIVADOS LÍQUIDOS DE PETRÓLEO
Conforme dito anteriormente, as emissões de VOCs durante as operações de carga e
descarga de derivados líquidos de petróleo em caminhões-tanque, vagões-tanque e
embarcações se dão por evaporação e/ou exaustão através do topo dos tanques de
carga. Esta perda de produto durante o carregamento ocorre quando os vapores
orgânicos presentes no tanque são expulsos para a atmosfera enquanto este mesmo
tanque é carregado com um novo líquido. Estes vapores são constituídos por: (1)
6
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
vapores formados no tanque vazio pela evaporação do produto residual carregado
anteriormente; (2) vapores transferidos através de sistemas de balanço de vapor,
quando um tanque de carga que está sendo descarregado resgata os vapores que
estão sendo deslocados para fora de um outro tanque que está sendo carregado,
conforme mostrado na Figura 6; (3) vapores gerados no tanque enquanto um novo
produto é carregado. Logo, a quantidade de produto emitido para a atmosfera durante
as operações de carregamento depende dos seguinte parâmetros:
− Características físico-químicas do produto da última carga/descarga;
− Método para descarregamento utilizado na operação anterior (ex.: se havia
sistema de balanço de vapor);
− Método para carregamento do novo produto;
− Características físico-químicas do novo produto a ser carregado;
− Temperatura ambiente.
Os principais métodos utilizados para carregamento de tanques de carga de
caminhões, trens e embarcações são:
− método de carregamento com tubo não submerso;
− método de carregamento com tubo submerso;
− e método de carregamento com tubo fixado no fundo do tanque de carga,
conforme ilustrados respectivamente na Figura 3, Figura 4 e Figura 5.
No método de carregamento com tubo não submerso (Figura 3), o líquido é lançado no
tanque num nível próximo ao topo. Isto causa grande turbulência e contato
líquido/vapor, resultando em altos níveis de geração de vapores orgânicos e emissões.
Adicionalmente, a depender do nível de turbulência, gotas de líquido podem ser
carreadas na corrente de vapor, aumentando ainda mais as perdas.
7
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
Emissão de vaporesorgânicos
Vapores
Tubo paraCarregamento
Tampa dotanque
Produto
Tanquede Carga
Figura 3 – Carregamento com tubo não submerso - adaptado da EPA [7]
No método de carregamento com tubo submerso (Figura 4), a extremidade do tubo é
posicionada próximo ao fundo do tanque de carga, ficando mergulhado no líquido. Este
é então carregado quase que sem turbulência, diminuindo em muito as emissões.
Emissão de vaporesorgânicos
Vapores
Tubo paraCarregamento
Tampa dotanque
Produto
Tanquede Carga
Figura 4 – Carregamento com tubo submerso - adaptado da EPA [7]
No terceiro método (Figura 5), o tubo é fixado permanentemente ao fundo do tanque de
carga, por onde ocorrerá a entrada do líquido. Neste método, como no anterior, a
turbulência do líquido enquanto é carregado é significantemente controlada, resultando
em menores emissões dos VOCs.
8
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
Vent de vaporesorgânicos para atmosfera
ou para unidade derecuperação
Vapores
Tubo paraCarregamento
Tampa dotanque
Produto
Tanquede Carga
Figura 5 – Carregamento com tubo fixado no fundo do tanque - adaptado da EPA [7]
Tanques de carga são às vezes designados para transportar apenas um produto, o que
é denominado de “Serviço Dedicado”. Por exemplo: tanques dedicados apenas ao
transporte de gasolina retornam aos terminais de carga contendo em seu interior ar
totalmente ou parcialmente saturado com vapores de gasolina da última carga.
Uma medida de controle de emissão de vapores durante o carregamento do produto
líquido é o chamado serviço com “Balanço de Vapor”, no qual o próprio tanque de
carga (de um caminhão ou trem) que está sendo descarregado resgata os vapores que
estão sendo deslocados para fora de um outro tanque que está sendo carregado.
Desta maneira não há emissões para a atmosfera. A Figura 6 mostra um caminhão-
tanque descarregando combustível em um tanque subterrâneo de um posto de
gasolina, utilizando nesta operação o “Balanço de Vapor”, onde os vapores orgânicos
capturados retornam aos tanques de carga nas ilhas de carregamento. Vale ressaltar
que estes tanques que retornam para as ilhas de carregamento estão saturados com
vapores orgânicos, e a presença desses vapores quando se inicia uma nova carga de
produto com o tubo submerso, como mostra a Figura 4, resulta em emissões bem
maiores do que aquelas encontradas quando o tanque não possui o sistema de
balanço de vapor. Operações que utilizam balanço de vapor não são usualmente
praticadas em tanques de navios.
9
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
Tubo de carregamento submerso
Nível do Líquido
Manifold para retorno dos vapores
Compartimentosde estocagem
Linha de vent dos vapores
Válvulas de alívio de pressãoVálvula de
intertravamento
Linha deretorno de
vapor
Tanquesubterrâneo
Figura 6 – Caminhão-tanque abastecendo um tanque subterrâneo de um posto de
gasolina com sistema de Balanço de Vapor - Adaptado da EPA [7]
A EPA desenvolveu um modelo empírico que estima as emissões de VOCs durante o
carregamento de derivados líquidos de petróleo [7]:
(1)
onde,
LL = “Loading Loss” (perda
emitido, em libras por 1000
S = Fator de saturação – da
P = Pressão de vapor verd
ao quadrado (psia) – obtida
M = Peso molecular do va
tabela 2;
LL= 12,46 · S·P·M T
por carregamento) - quantidade de produto orgânico
galões (lb/103 gal) de líquido carregado;
do pela tabela 1;
adeira do líquido carregado, em libras por polegada
no anexo B ou tabela 2;
por, em libras por libra-mol (lb/lb-mol) – obtido na
10
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
T = Temperatura do líquido carregado, em ºR (ºF+460).
Tabela 1 - Fatores de Saturação (S) para Cálculo de Emissões de VOCs nas
operações de carregamento de derivados líquidos de petróleo a
Tipo de Tanque de Carga Modo de Operação Fator S Tubo Submersob em um tanque limpo 0,50 Tubo Submersob: serviço dedicado sem sistema de “Balanço de Vapor”
0,60
Tubo Submersob: serviço dedicado com sistema de “Balanço de Vapor”
1,00
Tubo Não Submersoc em um tanque limpo 1,45 Tubo Não Submersoc: serviço dedicado com sistema de “Balanço de Vapor”
1,45
Caminhões e Vagões-tanque
Tubo Não Submersoc: serviço com sistema de “Balanço de Vapor”
1,00
Tubo Submersob: navios 0,20 Tanques marítimos d Tubo Submersob: barcaças 0,50
a Referência 7 b ver Figura 4; c ver Figura 3 d Não aplicados para gasolina e óleo bruto. Para carregamento marítimo de gasolina, usar os fatores de emissão da tabela 3. Para carregamento marítimo de óleo bruto, usar as equações 3 e 4, e os fatores de emissão da tabela 4.
Tabela 2 – Propriedades Físico-químicas de Alguns Derivados Líquidos de Petróleo a
Pressão de Vapor Verdadeira (psia)
Líquido de Petróleo
Peso Molecular do Vapor à 60oF
(lb/lb-mol)
Densidade do Vapor
Condensado à 60oF (lb/gal)
Densidade do Líquido
à 60oF (lb/gal) 40oF 50oF 60oF 70oF 80oF 90oF 100oF
Gasolina RVP b 13 62 4,9 5,6 4,7 5,7 6,9 8,3 9,9 11,7 13,8 Gasolina RVP 10 66 5,1 5,6 3,4 4,2 5,2 6,2 7,4 8,8 10,5 Gasolina RVP 7 68 5,2 5,6 2,3 2,9 3,5 4,3 5,2 6,2 7,4 Óleo Bruto c RVP 5 50 4,5 7,1 1,8 2,3 2,8 3,4 4,0 4,8 5,7 Jet Nafta (JP-4) 80 5,4 6,4 0,8 1,0 1,3 1,6 1,9 2,4 2,7 Jet Querosene 130 6,1 7,0 0,0041 0,0060 0,0085 0,011 0,015 0,021 0,029 Óleo Combustível Destilado No. 2
130 6,1 7,1 0,0031 0,0045 0,0074 0,0090 0,012 0,016 0,022
Óleo Residual No 6 190 6,4 7,9 0,00002 0,00003 0,00004 0,00006 0,00009 0,00013 0,00019 a Referência 8; b RVP – Reid Vapor Pressure; c Petróleo no seu estado natural, antes de ser processado.
O fator de saturação (S) representa a fração de vapor (próxima à saturação) expelida, e
leva em consideração as variações observadas nas taxas de emissão dos diferentes
métodos de carregamento e descarregamento, ilustradas nas figuras 3 e 4.
11
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
Vale ressaltar que a equação 1 é obtida a partir da equação dos gases ideais, na qual
se insere um fator empírico o qual chamaremos de F. Sendo A o produto líquido de
petróleo a ser carregado, tem-se que:
PASAT · V = mA · R·T
MA
⇓
mA = PASAT · MA
V R·T
⇓
mA = F · PASAT · MA (2)
V T
onde,
V = volume de ar+vapor deslocados durante o carregamento = volume de líquido
carregado;
mA = massa de líquido carregado;
F = fator empírico;
PASAT = pressão de saturação do líquido A;
MA = peso molecular do vapor do líquido A;
T = temperatura do líquido A;
Comparando-se as equações (1) e (2) tem-se que:
mA/V = LL = “Loading Loss” (perda por carregamento) - quantidade de produto
orgânico emitido;
F = 12,46 · S;
12
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
PASAT = P = Pressão de vapor do líquido carregado;
MA = M = Peso molecular do vapor;
Conforme mencionado na observação da Tabela 1, para se estimar as emissões de
VOCs durante o carregamento de gasolina em terminais marítimos, devem ser usados
os fatores de emissão listados na tabela 3 ao invés da equação 1.
Tabela 3 – Fatores de Emissão para VOCs nas Operações de Carregamento de
Gasolina em Terminais Marítimos a
Navios e Barcaças oceânicas b Barcaças Menores b Condição do
tanque Caract. do produto
da última carga mg/L Transferido
lb/103 gal Transferido
Mg/L Transferido
lb/103 gal Transferido
Com produto residual Volátil c 315 2,6 465 3,9
“Ballasted” d Volátil 205 1,7 e e
Limpo Volátil 180 1,5 SD SD Livre de Gás Volátil 85 0,7 SD SD Não especificado Não volátil 85 0,7 SD SD Livre de Gás Não especificado SD SD 245 2,0 a Referência 7. Estes fatores são aplicados tanto para emissões de VOCs (com execeção do metano e etano) quanto para emissões de orgânicos totais. O metano e o etano têm sido encontrados em insignificantes frações mássicas nas emissões evaporativas da gasolina. SD = Sem Dados. b Barcaças oceânicas, cujos compartimentos de carga possuem profundidade em torno de 12,2m, geram emissões similares aos tanques de navios. Já as barcaças menores, cujos compartimentos têm de 3 a 3,7 metros de profundidade, emitem mais. c Possuem pressão de vapor verdadeira maior que 1,5 psia. d O termo “Ballasted” é usado quando o tanque de carga de navios ou barcaças oceânicas foi anteriormente carregado com água do mar após o último descarregamento. Esta água, denominada “Ballast”, é quem dá estabilidade à embarcação. e Não é comum barcaças menores passarem pelo processo de “Ballasting”.
Para se estimar as emissões em terminais de carga e descarga que possuem sistemas
de controle e recuperação de vapores orgânicos, basta multiplicar o valor encontrado
na equação 1 pelo termo que representa a eficiência global de controle e recuperação
de vapores orgânicos do sistema:
[1 – η / 100]
onde η é a eficiência global de recuperação e controle. Por exemplo: se o sistema de
controle tem uma eficiência na redução da emissão de 90%, e um outro sistema de
13
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
recuperação, acoplado ao primeiro, tem uma eficiência de 97%, a eficiência global (η)
é 90% x 97% = 87,3%. Neste caso [1 – η / 100] é igual a 0,127. A Figura 7 ilustra bem
esta situação.
Adicionalmente à equação 1, a qual estima as emissões de VOCs durante o
carregamento de derivados líquidos de petróleo, a equação 3 foi desenvolvida
especificamente para estimar as emissões durante o carregamento de óleo bruto
(nome dado ao petróleo antes de ser processado) em navios e barcaças oceânicas:
(3)
onde,
L’L = “Loading Loss” - qu
1000 galões (lb/103 gal) de
CA = Fator de emissão
tanque vazio antes do ca
óleo bruto carregado – da
CG = emissão gerada pelo
libras por 1000 galões (lb
4.
A equação 3 foi desenvolvida
diversos tanques marítimos.
O termo CG da equação 3 pode s
CG = 1,84 ·
onde,
P = Pressão de vapor
polegada ao quadrado (ps
L’L = CA + CG
antidade de produto orgânico emitido, em libras por
óleo bruto carregado;
que representa a quantidade de vapor presente no
rregamento, em libras por 1000 galões (lb/103 gal) de
do pela tabela 4;
processo de evaporação durante o carregamento, em
/103 gal) de óleo bruto carregado – obtida da equação
empiricamente após testes de medições feitos em
er calculado usando o seguinte modelo empírico:
(4) (0,44·P - 0,42) · M·G T
verdadeira do óleo bruto carregado, em libras por
ia) – obtida no anexo A ou tabela 2;
14
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
M = Peso molecular do vapor, em libras por libra-mol (lb/lb-mol) – obtido na
tabela 2;
G = Fator de incremento de vapor = 1,02 (adimensional);
T = Temperatura do líquido carregado, em ºR (ºF+460).
Tabela 4 – Fatores de Emissão para Orgânicos Totais (CA) nas Operações de
Carregamento de Óleo Bruto em Terminais Marítimos a
Condição do tanque de navio ou de barcaça oceânica
Caract. do produto da última carga
Fator de Emissão (lb/103 gal)
Com produto residual Volátil b 0,86 “Ballasted” Volátil 0,46 Limpo ou Livre de Gás Volátil 0,33 Não especificado Não volátil 0,33
a Referência 7. b Possuem pressão de vapor verdadeira maior que 1,5 psia.
Os fatores CA da tabela 4, somados à emissão CG (calculada pela equação 4), resultam
na emissão total de orgânicos (L’L), durante o carregamento de óleo bruto. Ressalta-se
que estes fatores são aplicados para o cálculo de emissão de compostos orgânicos
totais, incluindo gases como o metano, etano, etc. No caso de VOCs, os fatores são
em média 15% menores, pois VOCs não incluem metano e etano.
2.2 TECNOLOGIAS PARA RECUPERAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS VOLÁTEIS
Atualmente existem diversas estratégias para diminuir ou até mesmo eliminar o
lançamento de VOCs para a atmosfera durante as operações de carga e descarga de
derivados líquidos de petróleo. A maneira mais simples e menos ambientalmente
correta é a combustão dos vapores emitidos por incineração, queima no flare ou
oxidação catalítica. Estes métodos eliminam a possibilidade de recuperação do
produto, e o calor de sua combustão geralmente não é economicamente aproveitável.
Logo eles são mais adequados para emissões com baixa concentração de vapores,
como por exemplo: menor que 1000 ppm para incineração sem recuperação de calor e
15
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
menor que 10.000 ppm para incineração catalítica, como mostra a Figura 9 do capítulo
2.2.5.
Existem maneiras mais “limpas” de se reduzir as emissões de VOCs, fazendo uso de
tecnologias de recuperação de vapores orgânicos, as quais são discutidas neste
capítulo.
Na aplicação destas tecnologias, os VOCs, presentes na corrente de ar gerada durante
a carga ou descarga de produtos, são recuperados, estocados e posteriormente
reutilizados, conforme exemplo ilustrado na Figura 7.
Linha de retornode vapor
Compartimentosde estocagem
Unidade deRecuperaçãode vapores
Vent de ar tratadopara a atmosfera
Produto recuperado para estocagem ereuso
Produto vindo detanques de terminais
de carga/descarga
Vapores
orgânicos
Figura 7 – Carregamento de um caminhão-tanque, com um sistema de recuperação de
vapores orgânicos acoplado - Adaptado da EPA [7]
As unidades de recuperação de vapores orgânicos são compostas de duas etapas:
− Separação dos compostos orgânicos
− Liquefação dos compostos orgânicos separados
As tecnologias usadas para separar os compostos orgânicos do ar são: [2, 15]
− Adsorsão em carbono ativado
16
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
− Absorção
− Separação por membrana seletiva
− Condensação por resfriamento ou por compressão. Neste caso, separação e
liquefação são combinados em um mesmo processo.
Já as tecnologias aplicáveis na etapa da liquefação são:
− Reabsorção (ex.: vapores de gasolina são absorvidas pela própria gasolina
líquida)
− Condensação
− Compressão
Tomando como exemplo prático, para se recuperar os hidrocarbonetos emitidos
durante a carga/descarga da gasolina nas ilhas de carregamento ou nos terminais
marítimos, os processos mais comumente usados nos EUA e Europa [2] são:
− Adsorsão
− Absorção em uma corrente de óleo resfriado (ex.: querosene), a uma
temperatura de -30oC
− Condensação em um trocador de calor com gás refrigerante, a uma
temperatura de -80oC
− Separação através de membrana seletiva
Uma breve descrição de cada um destes processo é feita a seguir.
2.2.1 Adsorsão
No processo de adsorsão as moléculas de hidrocarbonetos aderem fisicamente nos
poros ativados da superfície de um sólido, como por exemplo o carbono ativado
(comercialmente conhecido como carvão ativado). Este processo tem alta seletividade
17
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
na adsorsão de butano e compostos mais pesados. Com esta tecnologia é possível
obter uma eficiência de recuperação de 99%. Como o carbono tem capacidade de
adsorsão limitada, é necessário, para que o processo seja contínuo, a instalação de
pelo menos dois vasos (“leitos”) contendo carvão ativado, revezando entre os modos
de adsorsão e regeneração ou dessorsão [2].
A regeneração ou dessorsão do carvão ativado é feita geralmente utilizando-se uma
corrente aquecida de vapor d’água ou fazendo vácuo no sistema, de maneira tal que o
processo de adsorsão é revertido. Em sistemas de adsorsão instalados nas ilhas de
carregamento e nos terminais marítimos para recuperação de VOCs, o método para
regeneração mais usado é a utilização de bombas à vácuo e/ou sopradores, uma vez
que torna-se dispendioso a instalação de um sistema para geração de vapor. A
corrente de gás gerada no processo de dessorsão, agora com uma concentração de
orgânicos maior do que a corrente original, é soprada para um condensador para que
se recupere os poluentes orgânicos. No caso de se utilizar corrente de vapor para a
regeneração do carvão ativado, se o poluente não for solúvel em água, a corrente
líquida do condensado pode ser decantada, obtendo-se então uma corrente
relativamente pura de líquido orgânico. Por outro lado, se o poluente for solúvel em
água, a corrente líquida do condensado deve ser destilada para que se obtenha o
líquido orgânico [2, 13, 15].
A tabela 5 lista algumas vantagens e desvantagens do sistema de adsorsão.
Tabela 5 – Vantagens e Desvantagens do Sistema de Adsorsão
Vantagens Desvantagens Alta eficiência na adsorsão de um amplo número de compostos.
Problemas de corrosão com alguns solventes orgânicos. (ex.: cetonas e compostos halogenados)
Alta eficiência para uma ampla faixa de concentrações.
Requer tratamento da água residual.
Usualmente não há formação de compostos adicionais.
Necessidade constante de regeneração do carvão ativado, devido a sua capacidade de adsorsão limitada.
18
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
2.2.2 Absorção
No processo de absorção, as moléculas de VOCs contidos na corrente gasosa são
dissolvidas, por transferência de massa, em uma corrente contendo um solvente líquido
resfriado. A força motriz para a transferência de massa é a diferença entre a pressão
parcial do poluente na corrente de gás e a pressão de vapor (ou solubilidade) deste
mesmo poluente na corrente líquida. Ou seja, quanto a maior a pressão parcial do
poluente emitido e quanto menor a pressão de vapor deste poluente na corrente
líquida, maior a eficiência de absorção, e consequentemente de recuperação [15]. A
eficiência esperada neste tipo de processo, por exemplo, para recuperar butano é da
ordem de 95 a 97% [2], dependendo das propriedades de absorção do líquido utilizado.
O tamanho de um sistema de absorção pode ser minimizado usando um líquido que
reaja com o poluente (absorção química). Porém neste caso, a recuperação do
poluente torna-se inviável, uma vez que ele já reagiu e formou outros compostos. Para
os processos aqui discutidos (carga e descarga de caminhões, trens e navios), o ideal
é optar pela tradicional absorção física, onde o poluente dissolvido no líquido pode ser
posteriormente recuperado e reutilizado [15].
Em muitos terminais marítimos da Europa, o processo de absorção é muito utilizado
para recuperar os hidrocarbonetos emitidos durante o carregamento de gasolina nos
navios. Neste caso, utiliza-se o querosene resfriado entre -25 e -30oC como líquido
absorvente [2].
A tecnologia de absorção, apesar do seu uso já consolidado na indústria, possui alguns
pontos negativos [2, 13, 15]:
− É mecanicamente complexa, necessitando intensa manutenção;
− Não é apropriada para tratar correntes de vapor com diferentes compostos
orgânicos em sua composição, pois é improvável encontrar um solvente
líquido que absorva de forma eficiente diferentes substâncias, ou seja, o
processo teria baixa eficiência;
− Requer um substancial tempo para a partida antes de estar disponível para
operação.
19
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
2.2.3 Separação por Membrana
Nesta tecnologia os compostos orgânicos são separados da corrente gasosa passando
por um filtro de membrana semi-permeável de superfície vítrea ou feita de um polímero
especial. A força motriz para separação é devido a um gradiente de pressão
estabelecido através da membrana. A membrana é projetada para permitir que as
moléculas de ar ou as moléculas do poluente passem preferencialmente, resultando
em uma corrente mais concentrada do poluente em um dos lados da membrana [15].
Os sistemas de membrana são bastante apropriados para processo de operação
contínua, além de poderem ser usados com uma larga variação na concentração e na
vazão da corrente de entrada. Uma outra vantagem é a facilidade de instalação [15].
Com esta tecnologia, facilmente se obtém uma eficiência de recuperação de 99% para
vapores de gasolina emitidos nas operações de carga e descarga de caminhões e
vagões-tanque, e navios. Porém o sistema de separação por membrana tem altos
custos energéticos, uma vez que requer a instalação de compressor de alta potência,
com o objetivo de se maximizar a diferença de pressão através do filtro de membrana
[2].
2.2.4 Condensação
Condensação é a liquefação de contaminantes condensáveis fazendo uso de baixas
temperaturas. Ou seja, os contaminantes para serem removidos da fase gasosa são
resfriados para uma temperatura na qual a pressão parcial deles na corrente do gás
exceda a pressão de vapor de cada um deles, passando então para o estado líquido
[15]. O processo de condensação pode ser feito de duas maneiras: por contato e sem
contado entre o gás e o líquido refrigerante. O do tipo sem contato é usado na maioria
dos sistemas instalados nas ilhas de carregamento e terminais marítimos dos Estados
Unidos e Europa, onde as moléculas de VOCs emitidas são capturadas e condensadas
na superfície fria de um trocador de calor, cuja temperatura é a responsável direta pela
eficiência do processo de recuperação. Outra variável importante na eficiência da
condensação é a pressão de vapor e a concentração do poluente na corrente gasosa,
e a pressão de operação do sistema. Para recuperar butano e componentes mais
20
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
pesados por exemplo, a eficiência deste processo é da ordem de 80-90% em um
estágio simples [2]. Para uma eficiência de mais de 90% é necessário instalar um
segundo estágio de condensação (ex.: condensador criogênico usando nitrogênio
líquido), o que torna o processo mais custoso.
A tecnologia de condensação, apesar do seu largo uso, possui algumas desvantagens
[2]:
− Regularmente deve-se fazer o degelo da unidade, e este procedimento
operacional produz uma corrente de água contaminada com orgânicos;
− Da mesma forma que a absorção, esta tecnologia é mecanicamente
complexa e necessita de intensa manutenção;
− Devido às baixas temperaturas operacionais, esta tecnologia é
energeticamente pouco eficiente, e constitui substancial custo de operação.
2.2.5 Comparação Entre Tecnologias
O uso de todas essas tecnologias depende da natureza química dos VOCs, dos níveis
de concentração e das condições de temperatura, pressão e vazão. A Figura 8 ilustra
as faixas de concentração apropriadas para as diversas tecnologias existentes no
mercado. A Figura 9 por sua vez ilustra as faixas de vazão. Todas estas propriedades,
combinadas com a eficiência de controle requerida e com a disponibilidade de
utilidades (vapor, água, energia, etc), laboratório e capital de investimento, são a chave
para escolha da tecnologia adequada para o controle de emissão e recuperação dos
VOCs [15].
21
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
Condensação
Adsorsão
Absorção
Incineração semrecuperação de calor
Incineração comrecuperação de calor
Incineração catalítica
Biofiltração
Separação por Membrana
Tratamento UV
Oxidação Catalítica com Ozônio
Vazão (Nft3/min)
Figura 8 – Tecnologias para tratamento de VOCs versus vazão da corrente gasosa -
adaptado de Hunter [15]
22
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
Condensação
Adsorsão
Absorção
Incineração semrecuperação de calor
Incineração comrecuperação de calor
Incineração catalítica
Biofiltração
Separação por Membrana
Tratamento UV
Oxidação Catalítica com Ozônio
Concentração de VOCs (ppm)
Figura 9 - Tecnologias para tratamento de VOCs versus concentração de orgânicos na
corrente gasosa - adaptado de Hunter [15]
Dentre as tecnologias aqui discutidas, a adsorsão é reconhecida como umas das
tecnologias de maior eficiência, chegando a 99% em alguns casos. Outra vantagem é
que os hidrocarbonetos recuperados podem ser reutilizados. Entretanto, nem todo
VOC é adequado para adsorsão, e além disto, uma fonte de vapor ou calor deve estar
disponível para o sistema regenerativo do carvão ativado. Sistemas não-regenerativos
resultam em adicional geração de resíduo sólido, o que não é recomendado [15].
Separação por membrana também tem alta eficiência (99% na recuperação de vapores
de gasolina) [2], porém é uma tecnologia emergente que está sendo estudada com
mais detalhes, com o objetivo de se determinar a sua adaptabilidade para diferentes
situações operacionais.
23
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
Comparando-se os custos de uma sistema de separação por membrana com os custos
de um sistema de adsorsão por carbono ativado, eles tornam-se bastante competitivos
quando a concentração de VOCs na corrente gasosa é em torno de 1000ppm [15].
Além disto, o processo de separação por membrana é aplicável em situações em que a
adsorsão não é apropriada, quando por exemplo os compostos têm alto peso molecular
ou quando polimerizam na superfície do carbono ativado.
Um estudo feito pela empresa NKK [14] mostra ainda que o processo de separação por
membrana, comparado com o processo de absorção, possui custos menores de
equipamentos, requer uma área 20-30% menor e é de mais fácil manutenção.
Na verdade não existe uma tecnologia perfeitamente apropriada para cada situação. A
escolha de uma estratégia para recuperação e reuso de VOCs é quase sempre uma
escolha que podemos chamar de mais adequada. E esta escolha está diretamente
ligada ao que se deseja em termos de eficiência e ao capital disponível.
3 ESTUDO DE CASO
O presente estudo de caso avalia as emissões de tolueno durante as operações de
carga de caminhões-tanque em uma Ilha de Carregamento, utilizando a metodologia
EPA. Os dados são de uma indústria química cuja movimentação na ilha é de cerca de
99 mil toneladas de tolueno por ano. O método de carregamento é do tipo tubo
submerso, ilustrado na Figura 4.
Os dados utilizados nos cálculos foram:
− Volume do tanque de carga = 30m3;
− Densidade do Tolueno = 864 kg/m3;
− Movimentação anual de tolueno = 99.000.000 kg ÷ 864 kg/m3 = 114.583 m3
− Temperatura do tolueno (T) = temperatura ambiente = 538,5ºR (26ºC);
− Peso molecular do vapor de tolueno (M) = 92,14 lb/lb-mol;
24
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
− Pressão de vapor do tolueno (P) = 0,58 psia;
− Fator de Saturação (S) = 0,60 (para carregamento com tubo submerso,
obtido na Tabela 1).
O dados de densidade, pressão de vapor e peso molecular do vapor do tolueno foram
obtidos através ASPEN (software de simulação de processos petroquímicos).
Utilizando a equação 1, tem-se que a perda por carregamento (LL) é de:
LL= 12,46 · S·P·M T
LL= 12,46 · 0,60 · 0,58 · 92,14
538,5
LL= 0,74 lb/103gal = 0,089 kg/m3
Para um tanque de carga de 30 m3, a emissão total por caminhão carregado é:
(0,089 kg/m3) x (30 m3) = 2,67 kg/carga
Com uma movimentação anual de tolueno igual a 114.583 m3, o que eqüivale a 3.820
caminhões carregados por ano, a emissão total anual é:
Emissão total anual = 3.820cargas x 2,67kg/carga = 10.199kg = 10,2 toneladas/ano
Tendo em vista esta perda significativa, torna-se necessário avaliar o custo/benefício
de se instalar um sistema de recuperação de tolueno. Porém antes de se fazer este
estudo econômico, deve-se estudar qual a tecnologia mas adequada para recuperar o
tolueno emitido, da seguinte maneira:
a) sabe-se que a perda por carregamento ou emissão de tolueno por caminhão
carregado é igual a 0,089 kg/m3 = 8,9x104 mg/m3;
b) esta emissão pode ser transformada em concentração (ppm), multiplicando o valor
8,9x104 mg/m3 por 24,45 e dividindo pelo peso molecular do tolueno (92) = 23.653
ppm. Isto nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP);
25
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
c) lançando este valor de concentração (23.653 ppm) no gráfico da Figura 9, conclui-
se que as tecnologias mais apropriadas para se recuperar o tolueno emitido seriam
a adsorsão ou a absorção. Caso não seja economicamente viável a instalação de
um sistema de recuperação e a legislação exija que estas emissões sejam
controladas, pode-se optar pela destruição dos gases através da incineração/flare
ou oxidação catalítica, como também mostra a Figura 9.
4 CONCLUSÃO
O principal ponto de partida para se conhecer as emissões de VOCs nas operações de
carga e descarga de derivados líquidos de petróleo é saber como estimá-las de forma
consistente e pouco custosa. E a melhor forma de se fazer isso é utilizar os modelos
matemáticos desenvolvidos pela EPA. Trata-se de uma metodologia bastante
consistente e confiável, uma vez que é fruto de exaustivos levantamentos de campo e
testes de laboratório para se chegar aos conhecidos fatores de emissão e equações
empíricas. Diversas empresas de refino de petróleo e do setor petroquímico de
diversos países têm feito uso intenso desta metodologia, para a partir daí tomar
decisões importantes no que se refere a investimentos em tecnologias de controle de
emissões e recuperação de produtos orgânicos.
As tecnologias para controle de emissões e recuperação de produtos orgânicos são
diversas, e como não existe uma tecnologia perfeitamente apropriada para cada
situação, a escolha de uma delas é uma tarefa que requer conhecimento profundo do
processo e uma análise de custo-benefício que envolve:
− o retorno do capital investido em termos de produto recuperado;
− se as despesas com operação e manutenção serão cobertas;
− e, em uma avaliação mais específica, o quanto de energia está se gastando
na operação do sistema comparado com o poder calorífico do produto a ser
recuperado.
26
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
Além dos aspectos econômicos, outras variáveis que devem ser levadas em
consideração neste estudo são a abrangência dos impactos ao meio ambiente e as
exigências legais dos órgãos ambientais, que estão cada vez mais rígidas.
27
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
5 GLOSSÁRIO
EPA - Environmental Protection Agency – agência federal de proteção ambiental dos
Estados Unidos.
“BALLASTED” – termo usado quando o tanque de carga de navios ou barcaças
oceânicas é carregado com água do mar após terem sido descarregados. Esta água,
denominada “Ballast”, é quem dá estabilidade à embarcação.
ILHAS DE CARREGAMENTO - terminais de carga e descarga onde ocorrem a
distribuição e recebimento de matérias-primas para refinarias, indústria petroquímica e
de transformação, além dos produtos derivados de petróleo (ex.: gasolina, querosene,
óleo destilado, etc) para consumo final.
ÓLEO BRUTO – petróleo no seu estado natural, extraído nos campos de produção e
transportado para as refinarias para processamento.
REAÇÕES FOTOQUÍMICAS – reações que ocorrem na presença de radiação solar.
SMOG FOTOQUÍMICO – resultado da mistura de ozônio, nitrato de peroxiacetila
(PAN), aldeídos e outros produtos de oxidação de hidrocarbonetos, óxidos de
nitrogênio, aerossóis, etc., formados em atmosferas urbanas altamente poluídas, sob
controle de estagnação e alta intensidade solar.
TROPOSFERA - camada da atmosfera com altitude que varia de 8 km, nos Pólos
Norte e Sul, a 15km, na região do equador.
VOCs (Volatile Organics Compouds) – compostos orgânicos voláteis, também
chamados neste trabalho de compostos orgânicos ou ainda vapores orgânicos.
28
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE – API. Atmospheric Hydrocarbon Emissions From Marine Vessel Transfer Operations. Publication 2514A, Washington, DC, 1981.
2. CONCAWE. VOC emissions from loading gasoline onto sea-going tankers in EU-15: control technology and cost-effectiveness. Report No. 6/02. Brussels, 2002. Disponível
em: < http://www.concawe.be >
3. CONCAWE. Cost-effectiveness of marine vapour emissions control. Concawe Review
7, No. 2. Brussels, 1998. Disponível em: < http://www.concawe.be >
4. CONCAWE. Gasoline loading - Cost-effectiveness of emission controls for ship loading. Concawe Review 9, No. 2. Brussels, 2000. Disponível em: <
http://www.concawe.be >
5. CONCAWE. Ballasting - Emission controls for loading ballast water at gasoline off-loading terminals. Concawe Review 9, No. 2. Brussels, 2000. Disponível em: <
http://www.concawe.be >
6. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY - EPA. Capsule Report: Sources and air emission control technologies at waste management facilities. Report
EPA/625/R-97/002, Washington, DC, 1997. Disponível em: < http://www.epa.gov >
7. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY - EPA. Compilation of Air Pollutant
Emission Factors, AP-42. Vol. I, Cap. 5.2: Transportation and marketing of petroleum liquids. Research Triangle Park, North Caroline, 1995. p. 5.2-1 - 5.2-16.
Disponível em: < http://www.epa.gov/ttn/chief/ >
8. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY - EPA. Compilation of Air Pollutant
Emission Factors, AP-42. Vol. I, Cap. 7.1: Organic liquid storage tanks. Research
Triangle Park, North Caroline, 1995. p. 7.1-1 - 7.1-102. Disponível em: <
http://www.epa.gov/ttn/chief/ >
9. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY - EPA. Emission Inventory
Improviment Program - EIIP. Vol. III: Gasoline marketing (stage I and stage II). North Caroline,1997. Disponível em: < http://www.epa.gov/ttn/chief/ >
29
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
10. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY - EPA. Emission Inventory
Improviment Program - EIIP. Vol. III: Marine vessel loading, ballating, and transit. North Caroline, 1998. Disponível em: < http://www.epa.gov/ttn/chief/ >
11. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY - EPA. National Air Quality and Emissions Trends Report 1990-1994. Report EPA-454/R-95-011, U.S. EPA,
Research Triangle Park. North Caroline, 27711, Out.1995. Disponível em: <
http://www.epa.gov >
12. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY - EPA. National Air Quality and Emissions Trends Report 1992. U.S. EPA, Research Triangle Park. North
Caroline, Out.1993. Disponível em: < http://www.epa.gov >
13. I. Smallwood. Solvent Recovery Handbook. Great Britain,1993. 387p
14. NKK Technical Review. Hydrocarbon Vapor Recovery With Membrane Technology. Review No. 56. Japan, 1989.
15. P. Hunter; S.T. Oyama. Control of Volatile Organic Compound Emissions. New
York - N.Y.,2000. 279p. (capítulos 1 e 2)
30
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
7 ANEXOS
Anexo A - Pressão de Vapor Verdadeira de óleo bruto com RVP (Reid Vapor Pressure)
de 2 a 15 psia;
Anexo B - Pressão de Vapor Verdadeira de derivados líquidos de petróleo com RVP
(Reid Vapor Pressure) de 1 a 20 psia.
31
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NA INDÚSTRIA
Anexo A – Pressão de Vapor Verdadeira de óleo bruto com RVP (Reid Vapor
Pressure) de 2 a 15 psia - Fonte EPA [8].
32