Environmental Diagnosis of Process Plants by Life Cycle TechniquesHaydée A. Yrigoyen GonzálezEl objetivo de la investigación es desarrollar una herramienta que relacione aspectos desimulación, evaluación ambiental y análisis de sensibilidad. Para lo cual se estableció unametodología que consta de cinco niveles: Simulación de proceso, Inventario, evaluación deimpactos ambientales, análisis económico y análisis de sensibilidad.La metodología describe las variables relacionadas con el proceso, así como losimpactos asociados a cada una de sus etapas y la viabilidad económica del proceso, eidentifica las etapas de proceso con el mayor impacto ambiental (mediante el análisis desensibilidad).Para la simulación de procesos se empleó el simulador ASPEN Hysys®. El inventario,la evaluación de impactos y el análisis económico se lleva a cabo en hojas de cálculo de formaautomática.La obtención del inventario de efectos ambientales y la evaluación de loscorrespondientes impactos se realizan siguiendo la metodología de ciclo de vida, por lo que seconsideran las cargas ambientales asociadas a las materias primas, la generación deelectricidad y utilidades. Para obtener el inventario se construyó una base de datos quecontiene la información ambiental asociada a varios procesos industriales que se relacionanindirectamente al proceso bajo estudio. Similarmente, se incluyó una base de datos con losfactores de caracterización de las categorías de impacto más importantes.La validación de la metodología y de la herramienta desarrollada se ha llevado a cabomediante tres procesos industriales: polietileno de baja densidad (LDPE), óxido de etileno (EO)y biodiesel. Para cada proceso se han evaluado diferentes configuraciones para poderdeterminar cual de ellas es la mejor opción desde el punto de vista ambiental y económico.En el caso del LDPE, el cambio de configuración se ha enfocado en el origen de laelectricidad, la cual puede ser proveniente de la Red Nacional Española o de una unidad decogeneración. Los resultados indican que la mejor configuración corresponde al proceso queemplea electricidad proveniente de la unidad de cogeneración, puesto que se obtiene vaporcomo sub-producto y se evitan las emisiones asociadas a la generación de electricidad, lo quese refleja en una importante reducción de los impactos ambientales asociados.En el segundo proceso analizado, referente a la producción de oxido de etileno, se hanevaluado cuatro configuraciones, empleando aire u oxígeno como materia prima y electricidadde la Red Española o produciéndola mediante cogeneración. En relación al origen de laelectricidad, al emplear la cogeneración, el comportamiento ambiental del proceso mejoraconsiderablemente. En cuanto a la importancia de la materia prima empleada, al utilizaroxígeno se obtiene un mejor rendimiento en la etapa de reacción, con lo cual se compensa loscostes asociados a la materia prima con la productividad del proceso.Finalmente, se ha llevado a cabo la evaluación del proceso de producción de biodiesel,se comparó el comportamiento ambiental del proceso empleando un catalizador ácido y uncatalizador básico. En el proceso ácido se generan menores impactos ambientales. De formasimilar, ésta configuración tiene un mejor perfil económico ya que los costes asociados a laproducción son menores y no se requiere ninguna unidad de pretratamiento (necesaria en elproceso alcalino).Mediante la herramienta desarrollada, la información inicial puede modificarse encualquier momento con el fin de obtener los valores correspondientes a nuevas condiciones.Uno de los aspectos más importantes es el que la herramienta se adapta fácilmente con elmínimo de variaciones. Las bases de datos que se incluyen en las hojas de cálculo pueden seractualizadas por el usuario o ajustarse a las necesidades específicas de cada proceso. Todo elanálisis se lleva a cabo de forma automática, una vez introducida la información inicial delproceso e información económica.Environmental Diagnosis of Process Plants by Life Cycle TechniquesHaydée A. Yrigoyen GonzálezThe objective of this work is to develop a tool that integrates simulation, environmentalassessment and sensitivity analysis aspects. To support this tool, a methodology consisting offive levels was established. These are: process simulation, Inventory, environmental impactsassessment, economic analysis and sensitivity analysis.The developed methodology describes the variables related to the process, as well asthe impacts associated to each stages, the economic viability of the process, and the processstages with the highest environmental impact (by means of the sensitivity analysis).ASPEN Hysys® is the chosen software for the simulation of processes. The inventory,impact assessment and the economic analysis are automatically obtained in spreadsheets, bymeans of macros execution.The inventory and the impacts assessment are performed following the Life Cyclemethodology. Therefore, the environmental loads of the raw materials, electricity generation andutilities are considered. In order to generate the inventory, a data base was constructed; itcontains the environmental information associated to industrial processes that are indirectlyrelated to the process under study. Similarly, a data base with the characterization factors of themost important impact categories was included in the tool.The validation of the methodology and the developed tool has been accomplished bytheir application to three industrial processes: low density polyethylene (LDPE), ethylene oxide(EO) and biodiesel production. Different configurations have been evaluated for each process todetermine the best option from the environmental and economic point of view.For the LDPE process, the configuration change has focused in the origin of theelectricity, which can be supplied by the Spanish National Network or a cogeneration unit.Based on our results, the best configuration corresponds to the process employing electricity bycogeneration, since steam is obtained as by-product and the emissions associated to theelectricity generation are eliminated. These facts are reflected in an important reduction of theoverall impacts associated to this process.In the second analyzed process, referring to the production of ethylene oxide, fourconfigurations have been evaluated: using air or oxygen as raw material and electricity from theSpanish Network or produced by cogeneration. Related to the origin of the electricity, usingcogeneration, a better environmental profile is obtained. On the other hand, the oxygen as rawmaterial is better than air due to the best yield of ethylene oxide in the reaction stage. Due tothe better selectivity of the oxygen in the reaction, the costs of O2 as raw material arecompensated by high production.Finally, the process evaluation of the biodiesel production has been carried out. In thiscase, an acid and a basic catalyst were compared. The best configuration corresponds to theprocess using an acid catalyst. In the acid process lower environmental impacts are generated.Furthermore, this configuration has a better economical profile since the costs associated to theproduction are smaller and a pre-treatment unit is not required, as in the alkaline process.The initial information can be modified at any time to obtain the profile associated to thenew conditions by means of the developed tool. Also, the tool can be adapted to any process inan easy way. The included database can be updated or adjusted by the user at any time topersonalize them to the specific necessities of each process. Once the initial information isintroduced, the analysis is executed automatically.The developed tool is able to make the simulation, its environmental diagnosis,economic evaluation and the sensitivity analysis of any industrial process, introducing the initialoperation conditions.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_URV/oai:www.tdx.cat:10803/8559 |
| Date | 27 April 2006 |
| Creators | Yrigoyen González, Haydée Andrea |
| Contributors | Castells Piqué, Francesc, Universitat Rovira i Virgili. Departament d'Enginyeria Química |
| Publisher | Universitat Rovira i Virgili |
| Source Sets | Universitat Rovira i Virgili |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
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