Oxidante térmico: tratamiento avanzado de gases industriales

Oxidante térmico o incinerador térmico es una tecnología clave en la industria moderna para afrontar los tratamientos de emisiones. En un contexto donde las regulaciones por riesgos ambientales son cada vez más estrictas y la sostenibilidad industrial se posiciona como un valor estratégico, el uso de soluciones avanzadas para el control de contaminantes gaseosos ha alcanzado un interés  importante.

Entre estas tecnologías, los oxidantes térmicos se han consolidado como una herramienta eficaz para eliminar compuestos orgánicos volátiles (COVs) y tratar distintos flujos gaseosos. Este artículo analiza los tipos de oxidantes térmicos, su eficiencia térmica, criterios de selección y su impacto en diferentes sectores industriales.

¿Qué son los gases industriales?

Los gases industriales son mezclas de compuestos gaseosos generados durante actividades manufactureras, químicas o energéticas. Pueden contener compuestos orgánicos volátiles (COVs), hidrocarburos, solventes, partículas o gases ácidos, según el tipo de proceso involucrado.

Su composición y volumen varían ampliamente en función de la industria, lo que condiciona las estrategias de tratamiento y obliga a aplicar soluciones adaptadas. Aquí es donde el uso de un oxidante  térmico es significativo en el tratamiento avanzado de estos gases antes de su liberación al medio ambiente.

¿Qué es un oxidante térmico y cómo funciona?

Los oxidadores térmicos son unidades de control de la contaminación diseñadas para evitar que los compuestos volátiles generados en los procesos industriales lleguen al medio ambiente. Su función principal es descomponer gases peligrosos mediante altas temperaturas, transformándolos en dióxido de carbono (CO₂) y vapor de agua (H₂O), que son menos dañinos para el medio ambiente.

Este proceso se conoce como oxidación térmica y puede lograr niveles de destrucción de contaminantes superiores al 98 %.

¿Cómo funciona?

El funcionamiento del oxidante térmico se basa en tres factores clave de diseño que garantizan una oxidación efectiva:

1. Temperatura: El sistema debe alcanzar al menos 800 °C a 1000 °C, dependiendo del tipo de contaminantes a destruir.
2. Tiempo de residencia: Es el tiempo que el gas contaminado permanece dentro de la cámara de combustión, a mayor tiempo de residencia, mayor será la  eficiencia de destrucción.
3. Turbulencia: Asegura una mezcla adecuada entre los gases contaminantes y el oxígeno, facilitando la oxidación completa.

Estos tres elementos: temperatura, tiempo y turbulencia, son la base de las tecnologías avanzadas de tratamiento de emisiones, especialmente cuando se trata de gases difíciles de eliminar por métodos mecánicos o químicos.

Marco normativo y regulaciones aplicables

La implementación de una solución térmica de control de emisiones en la industria está impulsada por regulaciones ambientales que exigen el control y la reducción de emisiones contaminantes. En Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) establece límites estrictos para las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COVs) y otros contaminantes a través de normativas como la Ley: Clean Air Act (epa.gov). En Europa, la Directiva de Emisiones Industriales (IED) impone requisitos similares, obligando a las industrias a adoptar tecnologías eficientes para el tratamiento en gases de escape industriales.

Los oxidantes térmicos, especialmente los regenerativos (RTO), son reconocidos por su alta eficiencia térmica y capacidad para destruir hasta el 99% de los COVs, cumpliendo con los estándares regulatorios y contribuyendo a la sostenibilidad ambiental de las operaciones industriales.

Tipos de oxidantes térmicos y sus diferencias

Los distintos tipos de oxidantes térmicos permiten adaptarse a múltiples configuraciones de proceso, caudal y carga contaminante. Esta flexibilidad es crucial para tratar con precisión los diversos perfiles de emisiones industriales. A continuación, una tabla comparativa útil:

Tipo de oxidante	Temp. operación	Eficiencia térmica	Consumo energético	Aplicación recomendada
Directo (TO)	Alta (800–1000°C)	Media	Alto	Flujos con alta carga de COVs
Recuperativo	Media (600–800°C)	Buena	Medio	Procesos con caudal medio
Regenerativo (RTO)	700–850°C	Muy alta (95%)	Bajo	Grandes volúmenes, composición variable
Catalítico	Baja (300–500°C)	Alta	Muy bajo	Gases con solventes y menor temperatura

Factores para elegir el tipo de oxidante térmico

Seleccionar correctamente entre los distintos tipos de oxidantes térmicos depende de factores técnicos específicos relacionados con los gases tratados:

• Composición química: La presencia de COVs, partículas, siliconas o halógenos influye en la elección.
• Volumen del flujo: Flujos grandes se tratan mejor con sistemas como el oxidador térmico regenerativo.
• Objetivos de eficiencia: Aplicaciones donde se requiere alto desempeño térmico, priorizan diseños con recuperación o regeneración energética.
• Cumplimiento ambiental: Normativas específicas exigen niveles mínimos de destrucción de contaminantes y bajos niveles de emisión residual.

Diseño e integración en procesos industriales

La selección y el diseño de una unidad de oxidación térmica debe considerar las características específicas del proceso industrial, incluyendo el tipo y volumen de gases generados, la concentración de contaminantes y las condiciones operativas.

Los oxidantes térmicos regenerativos (RTO) son ideales para procesos con flujos de aire grandes y bajas concentraciones de COVs, debido a su capacidad para recuperar calor y reducir el consumo energético. Por otro lado, los oxidantes térmicos catalíticos son adecuados para flujos con concentraciones más altas de COVs y temperaturas de operación más bajas.

La integración de estos sistemas en la línea de producción debe garantizar una operación continua y eficiente, minimizando las interrupciones y optimizando la recuperación de energía. Además, es necesario  considerar el espacio disponible, la facilidad de mantenimiento y la compatibilidad con otros sistemas de control de emisiones existentes.

Ventajas del tratamiento avanzado de emisiones

Implementar un tratamiento avanzado con un oxidador térmico aporta beneficios significativos:

• Control riguroso de efluentes gaseosos antes de su liberación.
• Reducción de riesgos de sanciones ambientales
• Mejora en el perfil ESG de la organización.
• Optimización energética, reduciendo el consumo y los costos operativos.

Aplicaciones prácticas en sectores industriales

• Industria petroquímica: Genera grandes volúmenes de gases con cargas orgánicas variables. El oxidador  térmico regenerativo es el más utilizado por su alta durabilidad y eficiencia.
• Industria farmacéutica: Emite gases con solventes y compuestos activos. Se favorecen soluciones como los oxidantes térmicos catalíticos, que operan a temperaturas más bajas.
• Plantas de recubrimientos y pinturas: Altamente emisoras de COVs, estas instalaciones requieren tratamiento avanzado continuo. El RTO permite control eficaz con bajo coste energético.

Retos técnicos y nuevas soluciones en oxidación térmica

La necesidad de tratar emisiones industriales complejos ha impulsado el desarrollo de tecnologías híbridas y sistemas inteligentes:

• Automatización del control de temperatura y flujo. (Ver Figura. 1)
• Diseño modular y compacto para espacios reducidos.
• Mayor durabilidad de los materiales cerámicos en los RTO.
• Integración con tecnologías de recuperación de calor residual.

Figura 1. Sistema de oxidante térmico.

Mantenimiento y operación eficiente

Para asegurar el rendimiento óptimo y la longevidad de los oxidantes térmicos, es fundamental implementar programas de mantenimiento preventivo y monitoreo continuo. Esto incluye la inspección regular de equipos  como intercambiadores de calor, cámaras de combustión y sistemas de control.

La acumulación de residuos y el desgaste de materiales pueden afectar el desempeño térmico y la capacidad de destrucción de contaminantes. Por lo tanto, es recomendable establecer rutinas de limpieza y reemplazo de piezas según las especificaciones del fabricante y las condiciones operativas.

Además, la capacitación del personal en la operación y mantenimiento de estos sistemas es considerable  para detectar y resolver problemas de manera oportuna, garantizando el cumplimiento de las normativas ambientales y la continuidad del proceso productivo.

Caso de éxito: Implementación de RTO en planta de biogás

Un ejemplo destacado de la aplicación exitosa de un RTO, se encuentra en una planta de biogás dedicada a la conversión de biogás en gas natural renovable (RNG). La empresa Ship & Shore Environmental diseñó e instaló un RTO personalizado con una capacidad de 15,000 SCFM para tratar los gases residuales del proceso de mejora del biogás.

La aplicación de esta  tecnología de oxidación se logró aumentar la  eficiencia de destrucción de los contaminantes hasta un 98 %, cumpliendo con las regulaciones ambientales y mejorando la calidad del aire en la zona. La implementación del RTO permitió el cumplimiento normativo, y contribuyó a la sostenibilidad energética de la planta al recuperar y reutilizar el calor generado durante el proceso de oxidación.

Este caso demuestra cómo la adopción de tecnologías avanzadas de tratamiento de emisiones industriales puede ser una solución efectiva y rentable para las industrias que buscan reducir su impacto ambiental y mejorar su eficiencia operativa.

Complemento visual: Funcionamiento de un RTO

Adicionalmente, se presenta a continuación un material audiovisual cortesía de Kono Kogs, Inc., que explica con detalle técnico cómo funcionan los oxidadores térmicos regenerativos (RTO) para destruir eficazmente los COVs y contaminantes atmosféricos peligrosos (HAPs) presentes en los gases de escape de procesos industriales. Fuente: Kono Kogs, Inc.

Este recurso complementa la comprensión práctica de los principios y beneficios descritos en este artículo.

Conclusiones

Lejos de ser un subproducto inevitable, los gases industriales representan un desafío ambiental que puede gestionarse de manera eficiente mediante el uso de oxidantes térmicos. Integrados dentro de esquemas de tratamiento de residuos y emisiones, estos sistemas permiten cumplir con normativas ambientales cada vez más estrictas, mejorar el perfil ESG corporativo y optimizar el rendimiento energético de las operaciones industriales.

La elección del tipo de sistema, ya sea oxidante térmico regenerativo (RTO), catalítico, recuperativo o directo, debe sustentarse en un análisis técnico profundo que considere la composición de los contaminantes, el volumen de flujo gaseoso y los objetivos de eficiencia térmica específicos de cada planta o proceso. Además, la implementación de programas avanzados de monitoreo remoto y satelital refuerza la gestión efectiva de estas tecnologías, asegurando un control continuo, la trazabilidad de emisiones y el cumplimiento sostenido de los estándares regulatorios y ambientales.

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Referencias

1. Catalytic Products International. (s. f.). Thermal oxidizer. Recuperado de https://www.cpilink.com/thermal-oxidizer
2. Wikipedia contributors. (s. f.). Thermal oxidizer. Wikipedia. Recuperado de https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_oxidizer
3. United States Environmental Protection Agency. (s. f.). Monitoring and control technique: Thermal oxidizer. Recuperado de https://www.epa.gov/air-emissions-monitoring-knowledge-base/monitoring-control-technique-thermal-oxidizer