ESTRATEGIAS DE VALORIZACIÓN DE FANGOS DE REFINERÍA: SUBPRODUCTOS INDUSTRIALES Y ECONOMÍA DE CIRCULAR

Investigadores del Grupo de Ingeniería Química y Ambiental (GIQA) de la URJC, han realizado un novedoso estudio de las propiedades de los residuos sólidos de una refinería de petróleo y con sus resultados han propuesto cuatro alternativas para su valorización en el marco del Plan de Acción de Economía Circular de la Unión Europea.

Isabel Pariente – Grupo de Ingeniería Química y Ambiental – URJC

La industria del petróleo actualmente genera grandes cantidades de residuos altamente peligrosos tanto para el medio ambiente como para la salud humana (Liu y col., 2009; Zhao y col, 2019). Entre estos residuos, destacan principalmente los fangos de refinería, generados en grandes cantidades durante los procesos de refino de petróleo, y durante el tratamiento de sus aguas residuales. Existen diferentes operaciones en el tratamiento de las aguas residuales de refino en las que se generan los diferentes fangos procedentes de: separadores de aceite y agua (API), tratamientos de coagulación-floculación, y de los sedimentadores de los reactores biológicos (Hu y col., 2019). El fango de refinería generado durante estas operaciones, es un residuo recalcitrante caracterizado por ser una emulsión estable de agua, con una elevada concentración de partículas sólidas, hidrocarburos procedentes de petróleo y metales (Mazlova y Meshcheryakov 1999). Actualmente las refinerías tienen un fuerte compromiso de reducción y valorización de residuos vinculado al Plan de Acción de Economía Circular de la UE, dedicando grandes esfuerzos para gestionar este tipo de fangos reduciendo su volumen y proponiendo alternativas para su valorización.

Las estrategias actuales en refinería para tratar los fangos generados en la industria del petróleo tienen como objetivo recuperar la fase aceitosa del fango (la cual puede ser recirculada al proceso de refino) y la gestión final del residuo remanente sin posibilidad de ninguna valorización ya que se incinera o acaba en vertedero (Hu y col., 2013; Qin y col., 2016). Sin embargo, se deben estudiar otras alternativas novedosas que permitan reducir los problemas socioeconómicos y ambientales asociados con su tratamiento actual.

Investigadores del Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos, dentro la Red Madrileña de Tratamiento de Aguas Residuales (REMTAVARES, 52018/EMT-4341) financiada por la Comunidad de Madrid, han propuesto la caracterización fraccional de un fango de refinería de cada una de las fases que lo constituyen (aceitosa, acuosa y sólida), con el objeto de determinar sus propiedades fisicoquímicas y así establecer diferentes estrategias para su valorización.

El subproducto industrial objeto de este trabajo es un fango que procede de un separador API de una refinería de petróleo situada en España. Presenta un color oscuro, similar en aspecto y textura a la del crudo de petróleo, y consta de tres fases diferenciadas: fase aceitosa, fase acuosa y fase sólida (Figura 1a). Los resultados analíticos obtenidos, publicados en la revista científica Journal of Environmental Management, indican que la fase aceitosa está formada por hidrocarburos alifáticos principalmente con cadenas de carbono desde C9 a C44, mientras que la fase sólida es una mezcla compleja de sólidos inorgánicos, óxidos mixtos, y material carbonoso. La fase acuosa presenta una baja concentración de materia orgánica y nutrientes, además de metales disueltos. “Lo más destacable del trabajo es la realización por primera vez de una caracterización exhaustiva y fraccional de los fangos de refinería que permite un mejor conocimiento de la composición del residuo, y las diferentes fases que lo constituyen, permitiendo establecer una estrategia de valorización de este subproducto”, señalan los investigadores del estudio.

Ninguna de las tecnologías implantadas a nivel industrial es capaz de valorizar los fangos de refinería, pero con los tratamientos propuestos en el trabajo no solo se reducirán los gastos económicos asociados a su tratamiento, sino que también se minimizará su impacto medioambiental. Para alcanzar este prometedor objetivo, se proponen cuatro estrategias de valorización, mostradas en la Figura 1b, que mediante diferentes tratamientos permiten finalmente obtener de los fangos de refinería diferentes productos.

La primera estrategia que se plantea consiste en un pretratamiento del fango de refinería mediante un tratamiento térmico, como la hidrólisis térmica o la oxidación húmeda. El objetivo es producir la solubilización de materia orgánica, así como su transformación en compuestos más simples (Neyens y Baeyens 2003; Zhao y col., 2018), para posteriormente realizar un tratamiento biológico del efluente acuoso obtenido junto con el agua residual que se produce en refinería. Así, este efluente tendrá un mayor contenido en carga orgánica y en nutrientes, y mejorará el rendimiento del proceso biológico.

La fase sólida y aceitosa podrían tratarse siguiendo la segunda estrategia, mediante procesos termoquímicos para finalmente obtener materiales porosos que podrían emplearse como catalizadores y/o adsorbentes (Lin y col., 2018) gracias al elevado contenido en metales y compuestos carbonosos de la fase sólida. Obteniendo en este caso, por lo tanto, un claro ejemplo de Economía Circular en el que los residuos se integran de nuevo en el ciclo productivo.

La estrategia 3 propuesta, consiste en aplicar en primer lugar los procesos de hidrólisis térmica u oxidación húmeda de la estrategia 1, para aumentar la biodegradabilidad del residuo y su valorización posterior mediante un proceso de digestión anaerobia para producir biogás (60% metano, 40% dióxido de carbono), fácilmente transformable en energía eléctrica y/o térmica (Wickham y col., 2016).

Por último, la estrategia 4 se basa en la combinación de dos tratamientos biológicos, la fermentación y posteriormente la digestión anaerobia. Ambos tratamientos son capaces de degradar la materia orgánica contenida en los fangos empleando microorganismos, para producir dos corrientes de gases valorizables como fuentes energéticas, biohidrógeno y biogás (Venkataa y col., 2007).

 

Fig. 1. A) Caracterización fraccional del fango de refinería B) Estrategias propuestas para su valorización.

Con todo ello, los investigadores del Grupo de Ingeniería Química y Ambiental concluyen que la caracterización exhaustiva y estandarizada de las muestras de fango de refinería procedentes de diferentes fuentes es un factor clave para su valorización, ya que ésta depende fuertemente de su composición. El éxito de estas estrategias de valorización podría permitir un impacto económico positivo en el esquema de refino de la planta, alineándose además con los principios de la Economía Circular.

Referencia bibliográfica del estudio

S. Jerez, M. Ventura, R. Molina, M.I. Pariente, F. Martínez, J.A. Melero. J. Environ. Manage. 285 (2021) 112124. Available online: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112124

Otras Referencias bibliográficas

  • G. Hu, J. Li, G. Zeng, J. Hazard. Mater. 261 (2013) 470–490.
  • B. Lin, Q. Huang, Y. Yang, Y. Chi, J. Anal. Appl. Pyrolysis, 139 (2019) 308–318.
  • J. Liu, X. Jiang, L. Zhou, X. Han, and Z. Cui, J. Hazard. Mater. 161 (2009) 1208-1215.
  • E. A. Mazlova y S. V. Meshcheryakov, Chem. Technol. Fuels Oils, 35 (1999) 49-53
  • E. Neyens y J. Baeyens, J. Hazard. Mater. 98, (2003) 51–67.
  • H. Qin, J. Ma, W. Qing, J. Li, Chinese J. Environ. Eng. 10 (2016) 851–857.
  • C. E. Santos, A. Fonseca, E. Kumar, A. Bhatnagar, V.J.P. Vilar, C. MS. Botelho, R.A.R. Boaventura.  J. Environ. Chem. Eng. 3 (2015) 2095–2103.
  • S. Venkata Mohan, Y. Vijaya Bhaskar, P. Murali Krishna, N. Chandrasekhara Rao, V. Lalit Babu, P. N. Sarma, Int. J. Hydrogen Energy, 32 (2007) 2286–2295.
  • R. Wickham, B. Galway, H. Bustamante, and L. D. Nghiem, Int. Biodeterior. Biodegrad. 113 (2016) 3–8.
  • Y. Zhao, X. Y. Zhou, R. Li, S. Yang, B. Wang, R. Deng, J. Energy Inst. 92 (2018) 1451-1457.
  • M. Zhao, X. Wang, D. Liu, Z. Li, S. Guo, W. Zhu, N. Shi, F. Wen, J. Dong. J. Hazard. Mater. 389 (2019) 121826.
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