United States
Environmental Protection Agency
Air
Office of Air Quality
Planning and Standards
Research Triangle Park, NC 27711
EPA456/F-00-001
May 1999
c
A
T ECHNOLOGY
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EPA-456/F-00-001
14 de mayo del 999
BOETIN TECNICO
SELECCIONANDO UN SISTEMA
DE ADSORCION PARA COV:
^CARBON, ZEOLITA, O POLIMEROS?
Preparado por
Clean Air Technology Center, CATC (MD-12),
Information Transfer and Program Integration Division
Office of Air Quality Planning and Standards (OAQPS)
U.S. Environmental Protection Agency (EPA),
U.S. Environmental Protection Agency
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ACLARACION
Este reporte ha sido revisado por la Information Transfer and Program Integration
Division (Division para la Transferencia de Tecnologia e Integration de Programas) de la
OAQPS, EPA, y aprobada para su publication. La aprobacion no significa que el contenido de
este reporte refleja los puntos de vista y las politicas de la EPA. La mencion de nombres de marca
o productos comerciales es sin proposito de patrocinio o recomendacion para su uso. Copias de
este reporte estan disponibles a traves del National Technical Information Service (Servicio
Nacional de Information Tecnica) del U.S. Department of Commerce (Departamento del
Comercio en EE.UU.), 5285 Port Royal Road, Springfield, Virginia 22161, numero telefonico
(800)553-6847.
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ANTECEDENTES
El Clean Air Technology Center - CATC (Centre de Tecnologia de Aire Limpio en
EE.UU), sirve como un recurso en todas las areas de tecnologias existentes y emergentes para la
prevention y control de la contamination del aire y provee acceso publico a los datos e
information acerca de su uso, efectividad y costo. Ademas, el CATC proporciona apoyo tecnico,
incluyendo acceso a las fuentes de information de la EPA, a dependencias gubernamentales y a
otros, segun sea la disponibilidad de recursos, en relation a la operation, mantenimiento y
viabilidad tecnica y economica de estas tecnologias.
Acceso Publico y Transferencia de Information
INTERNET / World Wide Web Home Page (Pagina Principal en la Red Mundial)
http://www.epa.gov/ttn/catc
Comunicaciones
Linea de Information CATC (en EE.UU.): (919) 541-0800 (Ingles)
Linea de Information CATC/CICA (en EE.UU.): (919) 541-1800 (Espanol)
Sin costo desde Mexico (800) 304-1115 (Espanol)
FAX: (919) 541-0242
Correo electronico: catc@mail.epamail.epa.gov
Fuentes de Datos
• RACT/BACT/LAER Clearinghouse (RBLC)
Buscar, ver y bajar a disco datos relatives a
- Source Specific Technology Applications
(Aplicaciones Tecnologicas para Fuentes Especificas)
- Air Pollution Regulatory Requirements
(Normatividad Aplicable a Contaminantes del Aire)
• PRODUCTOSDELC4JC
Bajar a disco los reportes tecnicos, information de costos y programas
Programas y Centres Relacionados
CICA - Centro de Information sobre Contamination del Aire para la Frontera entre EE.UU. y
Mexico (U.S.-Mexico Border Information Center on Air Pollution)
SBAP- Small Business Assistance Program (Programa de Asistencia a Negocios en Pequeno)
International Technology Transfer Center for Global Greenhouse Gases (Centro International
de Transferencia de Tecnologia para Gases de Invernadero Global)
in
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RECONOCIMIENTOS
Este boletin tecnico fue posible gracias a los esfuerzos diligentes y persistentes de
Lyndon Cox, Senior Environmental Employee (Empleado Ambientalista de Nivel), del CATC.
Lyndon realize un trabajo excepcional identificando fuentes de informacion, recopilando datos
relatives al tema y elaborando este boletin. El CATC tambien agradece la cooperation y los
comentarios litiles y oportunos de los siguientes colegas revisores:
Madeleine Strum, del Coating and Consumer Products Group, Emission Standards
Division, OAQPS, Office of Air and Radiation, U.S. EPA (Grupo de Recubrimiento y Productos
del Consumidor, Division de Normas de Emision, Oficina de Planeacion y Normas de la Calidad
del Aire, Oficina de Aire y Radiacion, Agencia de Proteccion Ambiental en EE.UU.).
William Vatavuk del Innovative Strategies and Economics Group, Air Strategies and
Standards Division, OAQPS, Office of Air and Radiation, U.S. EPA (Grupo de Economia y
Estrategias Innovadoras, Division de Estrategias y Normas del Aire, Oficina de Planeacion y
Normas de la Calidad del Aire, Oficina de Aire y Radiacion, Agencia de Proteccion Ambiental en
EE.UU).
Carlos Nunez, Emissions Characterization and Prevention Branch, Air Pollution
Prevention and Control Division, National Risk Management Research Laboratory, Office of
Research and Development, U.S. EPA (Oficina de Prevencion y Caracterizacion de Emisiones,
Division de Prevencion y Control de la Contamination del Aire, Laboratorio Nacional de
Investigacion de la Administration de Riesgos, Oficina de Investigacion y Desarrollo, Agencia de
Proteccion Ambiental en EE.UU.).
Ademas, el CA TC agradece a los individuos, companias e instituciones que
porporcionaron informacion sobre la tecnologia de adsorcion utilizada en la preparation de este
boletin. Los colaboradores se incluyen en la section de REFERENCIAS de este boletin.
IV
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CONTENIDO
TEMA Pagina
SON LOS SISTEMAS DE ADSORCION? 1
<,POR QUE SON IMPORTANTES LOS SISTEMAS DE ADSORCION? 2
FUNCIONA LA ADSORCION? 2
SON ADSORBIDOS LOS CONTAMINANTES? 3
ES LA DESORCION? 4
ES LA ISOTERMA DE ADSORCION? 4
<,COMO SELECCIONAR UN ADSORBENTE? 5
^EXISTEN OTRAS CONSIDERACIONES DE DISENO? 6
ZONA DE TRANSFERENCIA DE MASA 6
CAPACIDAD DE TRABAJO 8
PRESION DE VAPOR 8
ADSORBENTES MULTIPLES 9
MODELOS DE ADSORCION 9
INCENDIOS DELLECHO 9
REGENERACION DEL ADSORBENTE FUERA DEL SITIO 10
AFINIDAD 10
PUEDEN REGENERARSE LOS SISTEMAS DE ADSORCION? 11
REGENERACION FOR OSCILACION TERMICA 11
REGENERACION AL VACIO : 12
CONCENTRADOR DE VAPOR 14
SISTEMAS DE ADSORCION POR OSCILACION DE PRESION 16
^ESTAN DISPONIBLES LAS HERRAMIENTAS DE DISENO DE LOS SISTEMAS
DE ADSORCION? 17
«;QUE EFICIENCIA DE CONTROL SE PUEDE ESPERAR? 18
,-QUE TIPO DE FUENTES PUEDEN UTILIZAR TECNOLOGIA DE ADSORCION? 18
^CUANTO CUESTAN LOS SISTEMAS DE ADSORCION? 18
"DECISIONES, DECISIONES..." 22
ALGUNAS REFERENCIAS 25
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FIGURAS
1. Distancia entre la Moleculay la Superficie 3
2. Energia Potencial contra Distancia 3
3. Movimiento de la ZTM con el Tiempo 7
4. Sistemas de Adsorcion por Oscilacion Termica (regeneracion con vapor) 11
5. Sistemas de Adsorcion por Regeneracion al Vacio 12
6. Separacion en Cascada al Vacio 13
7. Concentrador de Compuestos Organicos Volatiles (COV) 14
8. Adsorcion por Oscilacion de Presion 16
TABLAS
1. Costo de los Sistemas de Adsorcion de Carbon por Oscilacion Termica ("regenerativa") 21
VI
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Seleccionando un Sistema de Adsorcion de
Compuestos Volatiles Organicos (COV):
^Carbon, Zeolita, o Polimeros?
Este reporte lo familiarizara con los problemas envueltos en la selection de un sistema de
adsorcion para su planta, compania o corporation. Cada uno de los adsorbentes de carbon,
zeolitas y polimeros, han sido utilizados para adsorber compuestos organicos volatiles (COV) y
otros contaminantes en el aire, a concentraciones relativamente diluidas (de decenas a miles de
partes por millon por volumen), para controlar emisiones. Este reporte discute los problemas
relacionados con decidir cual adsorbente se va a utilizar, que tipo de sistema de adsorcion
seleccionar, y que tecnologia de control de emision es correcta para su caso.
iQUE SON LOS SISTEMAS DE ADSORCION?
Nos referimos a los sistemas con adsorbentes, no con absorbentes, porque el contaminante es
adsorbido sobre la superficie (principalmente por la superficie interna) de un granulo, perla o
cristal de material adsorbente. No es absorbido por medio de reaction quimica. Esta es una
diferencia importante. El material adsorbido es retenido fisicamente sin demasiada fuerza y puede
ser liberado (desorbido) de modo relativamente facil ya sea por calor o al vacio. Por el contrario,
un absorbente reacciona quimicamente con la sustancia que esta siendo absorbida y de esta
manera retiene la sustancia absorbida mucho mas fuertemente, requiriendo mucha mas energia
para liberarla.
Desafortunadamente, uno de los adsorbentes es llamado "carbon absorbente". Esta persistente
confusion proviene de antes de los anos veinte, cuando la adsorcion llego a entenderse. Un
termino mas apropiado es el de "carbon activado". El carbon se activa por medio de la pirolisis
del carbon mineral, la madera, la corteza de arbol, la cascara del coco, etc., para eliminar todo el
material volatil en forma de gas o vapor y dejar unicamente el carbon elemental. A continuation,
este carbon tambien podria ser parcialmente oxidado para agrandar sus poros.
Otro adsorbente es la estructura cristalina de aluminosilicato conocida como "zeolita", que posee
poros de tamafio uniforme (tambien llamados ventanas), a traves de toda su estructura de cristal.
La estructura de cristal de los 118 tipos establecidos de zeolitas se determina por la relation de
silicio a aluminio en el cristal cuando este cristal se forma. Toda la zeolita que ocurre
naturalmente es hidrofilica (o sea, que posee una afmidad por las moleculas polares, tales como el
agua) y contiene aluminio. La desaluminizacion de la zeolita natural la vuelve hidrofobica (o sea,
que posee afmidad por las sustancias no polares, tales como muchos COV). Las zeolitas se
desaluminizan por medio del intercambio del aluminio por silicio sin cambiar la estructura del
cristal.
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La zeolita hidrofobica tambien puede ser sintetizada en cristales desde 1 micra hasta 1 milimetro
de diametro y estos pueden ser aglomerados en forma de granules mas grandes y reducir su
resistencia al flujo del aire. Puesto que la sintesis es costosa, por lo general se reserva para
producir ya sea las zeolitas hidrofobicas o catalizadores de zeolita con un tamano especifico de
poro grande.
Los polimeros adsorbentes poseen poros formados durante su manufactura. Estos poros pueden
variar desde macroporos hasta tamanos moleculares, pero los poros mas pequenos son por lo
general mas grandes que los microporos de un carbon activado. Los polimeros se utilizan como
granules o perlas y, como el nombre lo implica, son plasticos. Se ha observado que desorben mas
rapidamente que el carbon. Al igual que el carbon, no son considerados altamente selectivos con
respecto a cual COV van a adsorber, aunque cualquier polimero especifico adsorbera a algunos
COV mejor que a otros.
La selection del mejor adsorbente para cada situation no es sencilla. Hay varios problemas
relacionados que discutiremos para familiarizarlo con los diferentes adsorbentes y sistemas.
iPOR QUE SON IMPORT ANTES LOS SISTEMAS DE ADSORCION?
Los sistemas de adsorcion nan sido utilizados principalmente para controlar la emision de COV.
Tipicamente, el control de emisiones de COV reduce las concentraciones desde un rango entre
400 y 2,000 partes por millon (ppm) hasta menos de 50 ppm. Actualmente, la tecnologia de
adsorcion puede ampliar este rango de concentration de COV desde 20 ppm hasta una cuarta
parte del Limite Inferior de Explosividad (LIE). En el extremo inferior de este rango, las
concentraciones tan bajas pueden ser dificiles o muy caras como para ser controladas por alguna
otra tecnologia y ni por todos los adsorbentes. En el extremo superior del rango de
concentraciones, los incineradores, los separadores por membrana y los condensadores, pueden
ser economicamente viables cuando son utilizados en lugar de los sistemas de adsorcion.
Ademas del control de emision, un sistema de adsorcion hace posible la recuperacion de COV.
La recuperacion de un COV reutilizable o comercial puede contrarrestar significativamente el
costo de controlar la emision. Los sistemas de adsorcion tambien pueden aumentar la
concentracion de COV, permitiendo que la destruction por incineration o la recuperacion por
membrana o por condensador scan economicamente viables.
iCOMO FUNCIONA LA ADSORCION?
Los COV son vapores condensables que parecen condensarse sobre la superficie del adsorbente.
Cuando la superficie ha adsorbido casi todo lo que le es posible, el COV es desorbido como parte
de la regeneration del adsorbente. Por lo general, al ser desorbidos, los vapores de COV se
encuentran a una concentracion mas alta, despues de lo cual el COV puede ser recuperado o
destruido. Se podria generalizar que la funcion de todos los sistemas de adsorcion es la captura
de COV a partir de una concentracion diluida y su liberation a una concentracion mas alta. Los
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sistemas de adsorcion tambien pueden ser considerados como separadores del flujo de COV y del
flujo de aire de un proceso.
La concentration real del COV es la clave,para determinar cuando y como se va a utilizar un
sistema de adsorcion. Un sistema de adsorcion se vuelve casi inutil cuando la concentration a la
entrada disminuye tanto que el COV no sera adsorbido efectivamente, pero permite que la
recuperation del COV sea a una concentration aha. For razones de seguridad se indica que las
concentraciones de COV se mantengan por debajo de la cuarta parte del LIE. Cuando la
concentration esta cerca de una cuarta parte del LIE, se puede disponer economicamente del
COV por medio de un incinerador, capturar por una membrana, o recuperar con un condensador.
Sin embargo, una concentration por debajo de una cuarta parte del LIE es demasiado baja para
sustentar la combustion sin afiadir un combustible auxiliar. Por lo tanto, a medida que la
concentration de COV a la salida del adsorbente desciende por debajo de una cuarte parte del
LIE, se debe afiadir mas combustible para proporcionar una combustion adecuada al COV en un
incinerador.
iCOMO SON ADSORBIDOS LOS CONTAMINANTES?
En la figura 1 se muestra una molecula sobre una superficie, a la distancia a la que normalmente
se encuentra de dicha superficie. Existe una repulsion entre la nube de electrones en los atomos
que forman la superficie y los de la molecula y existe ademas una fuerza de atraccion nuclear de
Van der Waals. La atraccion nuclear tiene un radio de influencia mucho mas corto, de manera
que hay una distancia corta ( por lo general de nanometres), desde la superficie, donde existe un
"vado" o "pozo" en la curva de energia potencial tal como se muestra en la figura 2. Las
moleculas o los atomos que llegan a este "pozo", son atrapados o "adsorbidos" por este "pozo" de
energia potencial hasta que pueden obtener la suficiente energia cinetica para escapar fuera del
pozo. La energia cinetica se convierte en energia potencial, tal como cuando uno brinca hacia
arriba en contra de la gravedad. Por lo tanto, se debe afiadir energia cinetica para permitir que las
molecula escapen o se "desorban". La energia cinetica de las moleculas se manifiesta como
temperatura; siendo mas energetica cuanto mas caliente.
superficie
energia
potencial
molecula
pozo
Figura 1. Distancia entre la Molecula
y la Superficie
Figura 2. Energia Potencial vs. Distancia
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Historicamente, el carbon fue el primer material en el que se observe que contenia una gran
superficie con esta propiedad. Mas recientemente, se ha observado que los adsorbentes de zeolita
y de polimeros tambien poseen una gran superficie interna con esta propiedad.
Durante decadas hemos sabido que antes de poder obtener un alto vacio (tal como 1 micra de
Hg), aiin los sistemas de vidrio deben "desgasar" el aire adsorbido. Lo que distingue a estos
adsorbentes, es que tienen una superficie tan grande (principalmente interna), con esta propiedad
por unidad de peso y que puede ser desorbida sin dificultad.
iQUE ES LA DESORCION?
La desorcion se logra a traves de oscilaciones tanto de temperatura como de presion. De acuerdo
a la teoria cinetica de la materia, las moleculas ganan energia cinetica cuando son calentadas y
esto permite que una molecula calentada "vuele" fuera del pozo. El calor puede ser
proporcionado por medio de vapor, nitrogeno calentado o por microondas, entre otras tecnicas.
Para la regeneracion al vacio, la molecula tendra en algiin momento suficiente energia como para
escapar, siempre que los cheques entre las moleculas no la envien de nuevo hacia el pozo. Por lo
tanto, la desorcion puede ser realizada ya sea calentando el material adsorbido o evacuando el
espacio sobre el. Existe un equilibrio entre las moleculas atrapadas y las que escapan.
Impartirle al material adsorbido la energia cinetica para escapar o desorber es parte de la
regeneracion del adsorbente. Esta regeneracion debe ser llevada a cabo antes de que todo el
adsorbente sea incapaz de retener mas, y debe ser realizada antes de que el adsorbente pueda ser
utilizado de nuevo. La otra parte de la regeneracion es el secado, el enfriamiento o la preparation
del adsorbente de alguna otra manera para adsorber de nuevo al COV.
<,QUE ES LA ISOTERMA DE ADSORCION?
Cada adsorbente tiene una capacidad de adsorcion a la que se le conoce como "isoterma de
adsorcion". Historicamente, con el carbon, la isoterma se utilizaba para medir las libras de
contaminante por libra de adsorbente que podia ser adsorbida a una temperatura dada. Sin
embargo, la isoterma de adsorcion tambien es una funcion de la concentration del contaminante,
medida por la presion parcial del vapor y es tambien una funcion de la presion ambiental total
alrededor del adsorbente. El numero de moleculas que pueden ser almacenadas en el "pozo"
depende de la presion, correspondiendo a mayor presion un menor espacio entre las moleculas
adsorbidas. La isoterma de adsorcion todavia se define como las libras de material que pueden ser
adsorbidas por libra de adsorbente.
Los sistemas de regeneracion termica utilizan la isoterma de temperatura; los sistemas de
regeneracion al vacio utilizan la isoterma de presion total y parcial; y los sistemas de regeneracion
por oscilacion de presion utilizan la isoterma de presion ambiental total. La "isoterma" es
realmente una funcion de todas estas variables. Por lo tanto, la "isoterma" es realmente una
funcion compleja que forma por lo menos una superficie tridimensional, en vez de ser una
constante o una grafica de dos dimensiones. La isoterma puede ser una funcion ya sea lineal o
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altamente no lineal, dependiendo del adsorbente, la presion, y el material que esta siendo
adsorbido.
La isoterma de adsorcion tambien es una funcion de la cantidad de area de adsorcion que pueden
alcanzar las moleculas del COV. Los poros en la superficie permiten la entrada al area interior de
cada uno de estos adsorbentes. Es en el interior donde existe la mayor area de adsorcion. El
carbon contiene poros que conducen a poros mas pequenos, los que a su vez conducen a poros
aun mas pequenos. Esto aparentemente contimia ad infinitum en el carbon y la mayor parte de la
superficie interna esta en estos microporos. Las zeolitas tienen poros uniformes que son parte de
su estructura cristalina. Los polimeros tienen poros dentro de un rango de tamano, pero
generalmente no tienen los pequenos microporos. For tanto, la isoterma de adsorcion es diferente
para cada tipo de adsorbente y cada tipo de contaminante.
^COMO SELECCIONAR UN ADSORBENTE?
Existen muchos tipos de polimeros adsorbentes, muchos tipos de carbon adsorbentes y muchos
tipos de zeolitas adsorbentes. Documentar todas estas variaciones haria de este documento todo
un tomo y lo convertiria en un manual de operaciones en vez de un documento de conceptos. No
tenemos la intention de describir adecuadamente todas las variaciones con tanto detalle.
Solamente podemos tratar acerca de las propiedades generales y permitir que las selecciones
especificas scan hechas por los disenadores y sus clientes con la ayuda de los manuales
correspondientes.
De interes primordial es el tamano molecular mas grande a ser adsorbido contra el tamano de los
poros del absorbente. Esto es particularemnte importante con las zeolitas, en las que los poros
uniformes pueden ser de cualquier tamano, desde 3 hasta 30 Angstroms (0.3 a 3 nanometros),
dependiendo del tipo de zeolita. No debe esperarse que las zeolitas proporcionen alguna area de
adsorcion para moleculas mayores que sus poros, ni para moleculas por las cuales no tengan
afinidad. El carbon y los polimeros deben tambien tener poros mas grandes que la molecula mas
grande a ser adsorbida. Sin embargo, debido al rango mas amplio de tamano de los poros en el
carbon y los polimeros, este criterio es menos estricto de lo que es para la zeolita. El area de
adsorcion a ser alcanzada por via de los poros no debe ser tomada en cuenta si la molecula a ser
adsorbida no puede ni alcanzarla ni ser desorbida de esta.
Independientemente del metodo de regeneration, el area de adsorcion no puede ser regenerada
cuando la molecula adsorbida brinca desde un pozo en un lado del poro hasta un pozo del otro
lado del poro. Esto puede ocurrir en los microporos del carbon y de algunos polimeros. Esto
evitaria la desorcion de las areas donde los microporos se vuelven demasiado pequenos.
La afinidad del adsorbente por algunos tipos de sustancias puede ser mucho mayor que la afinidad
por otras. Como resultado, cuando hay una afinidad fuerte por algunas de las moleculas, las
moleculas que tienen menor afinidad se retendran con una menor capacidad de adsorcion o seran
liberadas en favor de las moleculas por las cuales la afinidad sea mayor. El carbon, el cual no es ni
completamente hidrofobico ni hidrofilico, retiene alguna superficie de adsorcion con afinidad
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tanto por las moleculas polares como por las no polares. Debido a esto, la humedad tiene un
efecto perceptible sobre el carbon. Un articulo de investigation hasta reporta que la desertion de
COV del carbon ocurre mientras el vapor se condensa y el agua desplaza al COV.
Todas las zeolitas que existen en la naturaleza son hidrofilicas, teniendo una afmidad por las
sustancias polares tales como el agua, pero las zeolitas sinteticas pueden ser hidrofilicas o
hidrofobicas. Los polimeros son generalmente hidrofobicos, a menos que scan producidos
especificamente con otra aflnidad. Por ejemplo, los bloques de copolimeros anfofilicos pueden
tener afmidades tanto hidrofilicas como hidrofobicas. Por lo tanto, la afmidad debe ser
considerada como parte de la selection de un adsorbente particular.
Algunos polimeros y las zeolitas hidrofobicas son generalmente mucho menos sensibles a la
humedad que los carbones y estan tambien mucho menos sujetos a la posibilidad de incendio,
desmoronamiento o pulverization. Por lo tanto, requieren ser reemplazados con mucha menor
frecuencia. Los carbones son mas baratos (al menos inicialmente). El costo por libra de carbon
es de aproximadamente $2.00 dolares de EE.UU., lo cual es hasta 20 veces menos que el costo
por libra ya sea de los polimeros o de las zeolitas. Sin embargo, la necesidad de reemplazar las
zeolitas es muy rara y el reemplazo de los polimeros ocurre con una frecuencia solo ligeramente
mayor. El carbon necesita ser reemplazado desde cada seis meses hasta cada cinco anos o cuando
suceda algun incendio del lecho. La frecuencia depende del tipo de carbon, la frecuencia de la
regeneration y de la temperatura a la cual se opera.
La desorcion termica de algunos polimeros adsorbentes fue evaluada por la compania General
Electric Co. y se observe que estos desorben mas rapidamente que el carbon, que tienen una
mayor capacidad de adsorcion ya sea a una humedad alta o baja despues del acondicionamiento y
que desorben a temperaturas mas bajas. La temperatura maxima de desorcion debe ser mayor que
el punto de ebullicon del COV, pero no debe exceder el punto de fusion del polimero.
La temperatura maxima de desorcion es menos limitante para el carbon, el cual puede elevarse a
temperaturas mucho mas altas (121 a 177 °C) sin fundirse. Cuando la temperatura excede este
rango, el carbon frecuentemente cataliza reacciones de oxidation. Para las zeolitas se usa
comunmente la misma temperatura maxima, pero el limite real depende ya sea de la temperatura
de pirolisis, de la temperatura de catalizacion de los COV adsorbidos o del rango de temperaturas
en el cual la estructura cristalina de la zeolita es estable. Se considera que este rango de
temperaturas metaestables es por lo general de hasta aproximadamente 534 °C (1000°F).
^EXISTEN OTRAS CONSIDERACIONES DE DISENO?
jSI! Estos otros factores se describen individualmente a continuation:
ZONA DE TRANSFERENCE DE MASA
La zona de transferencia de masa (ZTM), vease la figura 3, existe en todos los adsorbentes. En la
ZTM, la concentration de COV en el aire va desde el 100% de concentration de vapor a la
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entrada hasta la menor presion de vapor disponible en equilibrio con el adsorbente desorbido.
concentration
entrada
salida
ZTM
Figure 3. Movimiento de la ZTM con el Tiempo
La profundidad del lecho es la dimension del adsorbente en la direction del flujo del aire y la ZTM
es por lo general mucho mas corta que la profundidad del lecho. La ZTM se mueve a traves del
lecho a medida que el lecho alcanza su capacidad (se llena la isoterma de adsorcion). Corriente
arriba de la ZTM, el lecho ha alcanzado su capacidad, mientras que corriente abajo, el lecho
permanece esencialmente sin adsorber. La saturacion ocurre cuando la ZTM llega al final del
lecho de adsorbente, corriente abajo. La saturacion se observa como una elevacion en la
concentracion de vapor de COV que abandona el lecho, lo cual puede ocurrir a diferentes tiempos
para diferentes COV.
Los adsorbentes de todos los tipos comparten una caracteristica con las columnas utilizadas en la
cromatografia de gases, puesto que estas tambien utilizan la adsorcion. En cada sistema, el
material adsorbido se desorbera espontaneamente y emigrara corriente abajo con el flujo de gas.
Esto es causado por el gradiente de presion, el cual es intencionalmente muy bajo cuando los
sistemas de adsorcion son utilizados como tecnologia de control de emisiones y mas bien alto, en
las columnas de adsorcion en la cromatografia de gases. Esta migracion de contaminantes es por
lo general lo suficientemente lenta que puede ser despreciada durante el control de las emisiones.
Sin embargo, esta propiedad define un tiempo maximo absolute para la adsorcion antes de
regenerar el lecho. La saturacion es realmente un proceso gradual, porque el equilibrio entre la
presion de vapor y el adsorbente esta variando continuamente. De este modo, la saturacion puede
ser defmida como cualquier elevacion notable en la concentracion del efluente.
La ZTM tambien emigrara hacia la saturacion independientemenete de la carga de COV. Un pico
en la concentracion de entrada de COV, junto con la migracion de la ZTM, permitira que el COV
se distribuya y reducira la concentracion que sera desorbida a la saturacion. Un ejemplo de como
pudiera un adsorbente utilizar la caracteristica de migracion de la ZTM, es en el flujo de aire de un
extractor en una planta que maneja mercaptano. El gas natural es inoloro y se le anade
mercaptano para crear una indication por el olfato (olor) en caso de ruga. Si un derrame de
mercaptano da lugar a emisiones en concentraciones mayores a una parte por billon, la gente
podria olerlo y alarmarse porque pensarian que existe una fuga de gas. Por lo tanto, los
extractores en los que se maneja el mercaptano estan equipados con un adsorbente de tamano
adecuado Este adsorbente captura cualquier vapor proveniente de derrames y, cuando la ZTM
.j
7
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emigra hacia la saturation, el mercaptano es liberado a una concentration mas baia en este caso.
Esto es debido a que no rue una emision continua de mercaptano; el adsorbente no agoto su
capacidad y por lo tanto, la saturation ocurrio a una concentracion menor que el valor del umbral
de detection del olor. Para este proposito, la desertion o la regeneration no son necesarias a
menos que los derrames scan demasiado frecuentes.
CAPACIDAD DE TRABAJO
Los "ciclos de acondicionamiento" son el numero de ciclos (usualmente alrededor de cinco), que
se requieren para alcanzar una cantidad estable de adsorcion y de regeneration. El carbon,
despues de alcanzar los ciclos de acondicionamiento, es capaz de adsorber alrededor del 50% de
la cantidad que fue adsorbida por el material virgen. Las zeolitas son capaces de adsorber
alrededor del 90% de la cantidad adsorbida por el material virgen. Los polimeros pueden variar
en el rango del 50% al 90%. Esta "isoterma acondicionada" tambien define la "capacidad de
trabajo" del adsorbente. El hecho de que el carbon y algunos polimeros tipicamente desorban
solo el 50% de lo que adsorbe el material virgen, se estima que sea debido a la recaptura continua
de moleculas (esto es, la reduction de la presion de vapor), en los microporos. El COV podria
ser removido de estos microporos unicamente por medio de pirolisis, la cual destruiria el COV,
ademas de que destruiria el polimero o alteraria las propiedades del carbon.
Las zeolitas tienen un tamafto de poros uniforme, por lo que no exhiben este fenomeno. Los
polimeros tienen un rango mas amplio de tamanos de poro y de cierta manera son similares a los
carbones, pero se cree que algunos polimeros carecen de los pequenisimos microporos. El carbon
tambien muestra una distribution del COV en funcion del tiempo desde los macroporos hasta los
microporos. Las zeolitas y los polimeros muestran esta distribution dependiente del tiempo en un
grado mucho menos observable.
La "capacidad de trabajo" del adsorbente esta determinada por la diferencia entre el nivel que
tiene al regenerarse (desorbido), una vez acondicionado, y la isoterma de adsorcion completa del
adsorbente. Por tanto, el efecto del acondicionamiento debe ser considerado al determinar el
tamano del lecho de adsorbente. El efecto del acondicionamiento puede requerir hasta el doble de
adsorbente en el lecho. Puesto que la regeneration debiera ocurrir solamente cada 8 o 16 horas de
operation, la capacidad del (los) lecho(s) puede ser determinada por la concentracion de COV, la
velocidad del flujo de aire, el peso del adsorbente en el (los) lecho(s), el tipo de adsorbente y la
"capacidad de trabajo" del adsorbente. De esta manera, la "capacidad de trabajo" puede tener un
efecto significativo sobre el costo de la instalacion, operation y mantenimiento de un sistema de
adsorcion.
PRESION DE VAPOR
El carbon y los polimeros tienen una isoterma de adsorcion lineal en relation a la presion de
vapor, mientras que las zeolitas tienen una isoterma de adsorcion bastante no-lineal en relation a
la presion de vapor de las moleculas por las cuales tienen afmidad. Esta linearidad hace que el
adsorbente, ya sea carbon o polimeros, sea el mejor cuando la presion de vapor (o la
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concentration) es mas alta; pero la falta de linearidad hace que la zeolita sea el mejor adsorbente
cuando la presion de vapor (o la concentration), es mas baja. Esta propiedad permite el uso de
adsorbentes de carbon o de polimeros en un lecho "de sacrificio" (o primero), seguido, en la
direction del flujo del aire, por una zeolita apropiada en un lecho "pulidor", para producir la
presion de vapor de COV mas baja en la corriente de salida. Mientras mas baja sea la presion
partial de COV a la salida, mas alta sera la eficiencia de control.
ADSORBENTES MULTIPLES
Existe tambien una ventaja en el uso de una mezcla de adsorbentes. Una mezcla de carbon y de
zeolita removio mejor una mezcla de vapores de xileno y metanol que un adsorbente constituido
de cualquiera de los dos. Hussey y Gupta de las Industrias Gurr reportaron esto en la Reunion del
American Institute of Chemical Engineers (Institute Americano de Ingenieros Quimicos), en la
primavera de 1997. Ellos observaron que la trayectoria a traves de la mezcla era mas larga que la
trayectoria a traves de cualquiera de los adsorbentes cuando se utilizaron por si solos, y
atribuyeron el aumento en la adsorcion a la mayor longitud de la trayectoria. Sin embargo, tanto
el metanol como el xileno fueron adsorbidos; y puesto que los autores declararon que los
carbones adsorben bien al xileno mientras que una zeolita con un tamano de poros de seis u ocho
Angstroms adsorbe bien al matanol, para producir este resultado, la profundidad debio haber sido
la suma de las profundidades de los lechos individuales. En este articulo tambien se menciono que
a concentraciones alias, el carbon adsorbe mejor y puede ser utilizado como un lecho "de
sacrificio" corriente arriba de un lecho "pulidor" de zeolita.
MODELOS DE ADSORCION
Para determinar que tan bien funcionara el adsorbente seleccionado, el mismo debe ser sometido a
una prueba con la mezcla de los contaminantes que se pretende adsorber y a las concentraciones
que se espera tener. Esto debe realizarse ya sea si se usa unicamente un adsorbente o una
combination de adsorbentes. Tambien debe llevarse a cabo para una mezcla de vapores de COV.
Varies modelos de adsorcion de multiespacios pueden predecir como adsorbera una combination
de COV, pero todos estos estan basados en las suposiciones que son validas para los resultados
del experimento en particular. Los ejemplos son de V. Gusev y J. O'Brien de la Unversidad de
Yale; C. Jensen y N. Seaton de la Universidad de Cambridge; M. Heuchel de la Universidad de
Leipzig. Debe comprobarse que los diferentes modelos de adsorcion de multiespacios se aplican a
su mezcla y concentration de COV y al adsorbente seleccionado.
INCENDIOS DEL LECHO
Toda adsorcion es exotermica; esto quiere decir que la adsorcion desprende calor y causa una
elevation de la temperatura. Esta propiedad ha sido utilizada para el almacenamiento de calor,
pero no es deseable para la adsorcion de COV. Se sabe que el carbon o los metales en el carbon,
catalizan la oxidation de algunos contaminantes cuando el adsorbente esta caliente, resultando en
incendios del lecho que tambien consumen parte o todo el carbon. Esto es un riesgo cuando se
adsorben ciertos hidrocarburos (tales como las cetonas o las terpentinas), a temperaturas
-------
ambiente que son cercanas a aquellas que causan que se oxiden los COV. Tal incendio puede
alterar el tamano de los poros del resto del lecho u oxidarlo hasta hacerlo cenizas. Estos incendios
ban sido suprimidos mediante la humidificacion del aire, dejando un poco de agua en el lecho
despues de una regeneracion con vapor y por el enfriamiento intencional del carbon. Los
polimeros son generalmente utilizados a temperaturas que no ocasionan incendios en el lecho,
pero esto debe ser comprobado. Las zeolitas no son inflamables, pero pueden catalizar la
oxidacion si la temperatura se eleva lo suficiente. El tamano de los poros de las zeolitas no se
afecta por las temperaturas que se tienen dentro del rango metaestable. Normalmente, en el caso
de un incendio del lecho con zeolitas, solo se perderian los COV si el flujo del aire se controla
para limitar la temperatura. Si la temperatura se eleva por sobre el rango metaestable, el tamano
de los poros de la zeolita sera reducido y la densidad de la misma se incrementara.
REGENERACION DEL ADSORBENTE FUERA DEL SITIO
Algunos clientes utilizan la regeneracion del carbon fuera de sitio. Por ejemplo, algunas tintorerias
con lavado en seco utilizan esta tecnica. Reemplazan los cilindros de carbon en vez de
regenerarlos dentro de sus instalaciones. Esto implica determinar si Usted prefiere las molestias
de una caldera, del combustible y del costo de la mano de obra que esto significa (o por otro lado,
la bomba de vacio y el condensador refrigerado), o esta dispuesto a pagarle a otros para que
regeneren el adsorbente por Usted. Hablando en terminos de costos, mientras la regeneracion por
otros le ahorra el gasto directo de una caldera y su operacion ( o de una bomba de vacio y su
operacion), la planta regeneradora le hara un cargo que cubrira todos los costos, mas la mano de
obra, la recoleccion, la reposicion, la regeneracion, la disposition y las utilidades. Este cargo
debe ser menor por cliente cuando se prorrata atraves de una base de clientes que cuando lo
absorbe una compania por si sola. Una capacidad compartida distribuiria el costo. Sin embargo,
si su carga de adsorbente es lo suficientemente grande, le deberia costar menos poseer su propia
capacidad de regeneracion.
AFINIDAD
La afinidad entre el adsorbente y los COV a ser adsorbidos debe ser considerada. Si la afinidad
por una molecula en el flujo de contaminantes es suficientemente mayor que la afinidad por alguna
otra, entonces el adsorbente adsorbera preferencialmente la molecula por la cual tiene la mayor
afinidad y permitira que ocurra el transporte de la otra hasta a una velocidad tan aha como la del
flujo del aire. Por tanto, el lecho corriente arriba de la ZTM se saturaria con la molecula por la
cual el adsorbente tuviera la mayor afinidad (suponiendo que el tamano del poro lo permitiera),
mientras que las otras moleculas de menor afinidad con el adsorbente pasarian mas hacia adelante
atraves del lecho y finalmente hacia la salida. A medida que la ZTM se mueve atraves del lecho,
causaria la liberation de las moleculas con menor afinidad, mientras que adsorberia las moleculas
por las cuales tiene mayor afinidad.
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-------
PUEDEN REGENERARSE LOS SISTEMAS DE ADSORCI6N?
Existen tres metodos de regeneration: Regeneration por Oscilacion Termica, Regeneration al
Vacio, y Adsorcion por Oscilacion de Presion. Discutiremos cada una de estas por separado.
REGENERACION POR OSCILACION TERMICA
El sistema tradicional de adsorcion con carbon utiliza vapor para elevar la temperatura del COV
adsorbido y evaporarlo del carbon despues de que este ha adsorbido el COV. A esto se le ha
llegado a conocer como un sistema de regeneration por Oscilacion termica. Se le llama asi,
porque durante la regeneration la temperatura generalmente oscila entre la del ambiente y los
121° a 177 °C.
Un sistema de regeneration por oscilacion termica se muestra esquematicamente en el diagrama
de la figura 4. El vapor en el aire es transportado hacia una de las unidades adsorbentes (se
muestran dos, pero pueden utilizarse un mayor numero de ellos), mientras la otra es regenerada.
El vapor fluye hacia la unidad que esta siendo regenerada para calentar el adsorbente y de esta
manera desorber el COV. Despues de que el COV es desorbido, en vez del vapor se deja entrar
aire de enfriamiento generado por un ventilador. Cuando el adsorbente se ha enfriado y secado
hasta el nivel deseado, la capacidad de adsorcion "acondicionada" se ha restaurado y el lecho ya
esta regenerado.
vapor de
entrada
— ^>
sistema
adsord
CO/
de
fin
airede
salida
•
caldera
sistema de
adsoraon
Figura 4. Sistema de Adsorcion por Oscilacion Term'ca
(regeneradon con vapor)
La regeneration ocurre en un tiempo predeterminado si la concentration promedio de COV esta
dentro de los parametros de disefio. Sin embargo, si el flujo del aire o la concentration varian
impredeciblemente, debe de utilizarse un sensor. Un flujo del aire y una concentration predecibles
permitirian que ocurriera la regeneration en un tiempo dado, antes de que ocurriese la saturation.
Si el cronometro estuviera ajustado correctamente, se evitaria cualquier emision por saturation.
Se debe utilizar un sensor para controlar la regeneration ya sea que el flujo del aire o la
concentration de COV scan impredecibles o que el cronometro sea ajustado incorrectamente.
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Previo a la saturation, la concentration de la emision es realmente muy baja y el sensor tendria
que detectar una lectura de concentration por encima de este nivel para iniciar la regeneration del
lecho de adsorcion. Aunque con un sensor se emitira alguna concentration mayor de COV antes
de que ocurra la regeneration, esto pudiera permitir ya sea mas emisiones (teniendo un umbral
mas alto) o menos emisiones (si el cronometro permitiera que se llegara a la saturation), que con
el uso de un cronometro. Sin embargo, cualquier incremento en las emisiones pudiera realmente
ser una cantidad trivial en comparacion a la cantidad de las emisiones controladas. Tanto un
cronometro como un sensor pueden ser apropiados, si son ajustados y utilizados correctamente.
Cualesquiera de los dos pueden ser inapropiados, si son ajustados y utilizados incorrectamente.
Historicamente, la regeneration termica ha utilizado vapor, pero otras fuentes de calor ban sido
probadas con exito. Estas incluyen: microondas, calentadores empotrados y nitrogeno calentado.
Estas han sido utilizadas con todos los adsorbentes. La regeneration termica se vuelve mas
practica cuando los COV tienen presiones de vapor mas bajas.
REGENERACION AL VACIO
Para aumentar la recuperation de solvente y eliminar la contamination del COV con vapor, se
puede utilizar un sistema de regeneration al vacio. La figura 5 muestra un esquema de un sistema
de regeneration al vacio. Este utiliza una bomba de vacio para reducir la presion en el adsorbente
por debajo de la presion de vapor del COV adsorbido, ocasionando que el COV se evapore a una
temperatura ambiente dentro del adsorbente, en vez de que sea a una temperatura mas alta.
Durante el proceso de ebullicion, la temperatura del adorbente disminuira realmente por debajo de
la temperatura normal del exterior. Este metodo puede ser utilizado con adsorbentes de carbon,
polimero, y zeolita.
vapor de
entrada
aire de
salida
gas de arrastre
bomba al vacio
adsorbente
Figura 5. Sistema de Adsorcion por Regeneration al Vacio
A veces se utiliza un pequeno flujo de gas de arrastre para mejorar el transporte del vapor de
COV. El vapor de COV es entonces recuperado por separation (condensation, separation por
membrana, compresion o algun proceso similar), del flujo proveniente de la bomba de vacio.
La pureza del COV recuperado no es afectada por el vacio, pero puede ser afectada por la mezcla
de los vapores de COV o por la pureza del gas de arrastre. Si se tiene una mezcla de vapores de
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COV que esten siendo controlados, el COV recuperado sera tambien una mezcla a menos que el
tamano de los poros o la afinidad del adsorbente o la temperatura de los condensadores separen
los vapores. La pureza del gas de arrastre es importante especialmente cuando un COV soluble
en agua, tal como un alcohol o una cetona, va a ser recuperado y el gas de arrastre contiene
humedad. El vapor de agua sera adsorbido y desorbido junto con el vapor de COV y el COV
podria requerir una purification subsecuente si va a reutilizarse. Se ha evitado la contamination
por humedad utilizando nitrogeno seco como gas de arrastre. El COV recuperado es de esta
manera tan puro como el vapor de COV.
A veces los COV desorbidos son purificados por medio de destilacion, decantacion o separacion
por membrana. El COV recuperado es entonces reciclado en el proceso que lo libero , utilizado
en otra parte de la planta o vendido. Si la pureza del COV fuera demasiado baja para una
recuperacion economica, o el valor del solvente recuperado fuera demasiado bajo, el COV seria
destruido en fase vapor. Las alternativas de un proceso apropiado de destruction incluyen la
oxidation sin flama, la incineration termica o la incineration catalitica.
Cuando una unidad de adsorcion de zeolita se divide en varies lechos fijos con flujo en cascada tal
como se muestra en la figura 6; y cuando se utilizan granules de la zeolita apropiada, los
diferentes tipos de vapores de COV pueden ser adsorbidos en lechos separados. Las companias
europeas ya han adoptado lechos fijos de zeolita. Esta aceptacion pudiera estar basada en el
hecho de que Europa y Asia son fuentes primarias de zeolita natural.
vapor de
entrada
o-
o-
6-
adsorbente 1
adsorbente 2
adsorbente 3
aire de
salida
gasde
arrastre
bomba
at vacio
dispositive de
recuperacion
deCOV
Figura 6. Separacion en Cascada al Vacio
13
-------
El COV puede ser entonces recuperado individualmente a partir de estos lechos y el COV
resultante puede ser mas puro que los vapores mezclados. La clave esta en la selection de la
zeolita. Aun cuando nadie anuncia en este momento la disponibilidad comercial de este sistema
de adsorcion con zeolita regenerada al vacio, se han realizado investigaciones que apoyan este
sistema.
CONCENTRADOR DE VAPOR
Aunque historicamente las unidades de adsorcion han sido utilizadas independientemente como un
dispositive para el control de la contamination, tambien se cuenta con el concentrador de vapor.
Con el concentrador de vapor se eleva la concentracion del vapor de COV para disponer de un
tratamiento mas economico en los dispositivos de combustion o de condensation.
La relacion tipica de concentraciones (la concentracion de COV a la salida dividida por la
concentracion de COV a la entrada), que puede ser obtenida con un concentrador de vapor puede
pasar facilmente de mil. Sin embargo, cuando la concentracion real de un COV combustible esta
cercana a un cuarenteavo del LIE, uno puede justificar economicamente el uso de un
concentrador rotatorio de vapor, el cual pudiera incluir un incinerador. En la figura 7 se muestra
un concentrador rotatorio de vapor. Este es utilizado cuando el vapor de COV se encuentra en
un gran flujo de aire y debe ser concentrado para que pueda ser incinerado economicamente. (El
aire arrastre del concentrador es generalmente de alrededor del 10% del flujo de aire de entrada
con un incinerador y por tanto la relacion de concentraciones es de alrededor de diez. Por lo
tanto, si la concentracion inicial es de una cuarentava parte del LIE, la concentracion resultante a
la salida es de un cuarto del LIE. Esto significa que, para la incineracion, se tendria que anadir un
minimo de combustible para asegurar suficiente valor calorifico para una incineracion adecuada.
rotacion
vapor de entrada
aire de salida
adsorbente
sangrado
de aire
\
calor
incinerador
torre de
chimenea
Figura 7. Concentrador de Compuestos Organicos Volatiles (COV)
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El adsorbente es montado sobre un rueda que esta rotando ya sea vertical u horizontalmente. Si
la rueda esta rotando alrededor de un eje horizontal, el aire fluye axialmente a traves de los
sectores de la rueda. Si la rueda rota alrededor de un eje vertical, el aire fluye radialmente a
traves de segmentos en el borde de la rueda. El adsorbente esta localizado en lechos
relativamente superficiales en los sectores o en los segmentos. El adsorbente puede ser una zeolita
por si sola, una mezcla de zeolita con carbon, una mezcla de zeolita con polimeros adsorbentes, o
lechos adsorbentes ya sea de carbon o de polimero con lechos de zeolita corriente abajo.
Tal como se muestra en el diagrama del concentrador rotatorio de vapor, el aire de arrastre es
calentado por el incinerador y el calor es entonces alimentado a un sector o segmento de la rueda
rotatoria para regenerar el adsorbente. Este sector o segmento es aislado por medio de sellos que
permiten que el COV sea recapturado y enviado al incinerador a una concentracion mayor que
aquella presente en el flujo de aire a la entrada. Esto permite que el COV tenga un mayor valor
calorifico por pie cubico y, por lo tanto, se requiera menos combustible adicional para elevar la
temperatura a un nivel donde la eficiencia de destruction o de recuperation (EDR) del incinerador
sea mayor del 98%. El COV es incinerado para proporcionar calor al aire de arrastre para la
regeneracion del lecho adsorbente.
Una alternativa seria regenerar a una temperatura mas baja y condensar los COV. La temperatura
tendria que ser superior a la temperatura minima para la regeneracion del COV con ese
adsorbente y tendria que incluirse el costo de la condensacion con refrigeracion. Esto utilizaria
una "bomba de calor" para enviar el calor de condensacion al aire de arrastre para desorber el
COV. El hecho de que esto utilice solo una decima parte del flujo de aire, reduce el costo de
refrigeracion, Ambas opciones estan disponibles.
Por razones de seguridad, es importante que la concentracion maxima permanezca por debajo de
la cuarta parte del LIE, de manera que la relation de concentraciones debera ser controlada para
asegurar esto. Entre mas se acerquen las altas concentraciones a la cuarta parte del LIE, menor
combustible sera necesario anadir para complementar el valor calorifico del COV. El limite de
una cuarta parte del LIE lo imponen la Occupational Safety and Health Administration -OSHA
(Administration de la Seguridad y Salud Ocupacionales en EE.UU.), y la National Fire
Prevention Association - NFPA, (Asociacion Nacional para la Prevention de Incendios), para
prevenir incendios y explosiones.
Como resultado del uso del concentrador rotatorio de vapor, el incinerador puede ser mucho mas
pequeno, requiriendo solamente alrededor del 10% del volumen que de otra manera seria
requerido para obtener un tiempo igual de residencia. El costo de un incinerador en el OAQPS
Control Cost Manual (Manual de Control de Costos de la Oficina de Planificacion y Normas de la
Calidad del Aire de los EE.UU.), es proporcional a la velocidad del flujo de aire multiplicado por
-el tiempo de residencia elevado a una potencia ya sea de 0.25 o 0.55, dependiendo del tipo de
incinerador. Por lo tanto, el uso del concentrador tambien genera ahorros en el costo del
incinerador.
15
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Se ban desarrollado tambien concentradores de lecho fluidizado que son analogos al concentrador
rotatorio de vapor. Se afirma que estos son capaces de elevar la concentration del COV en el
flujo de aire en mas 10,000:1. Sin embargo, puesto que el carbon no es un adsorbente eficiente a
concentraciones tan bajas de COV, las zeolitas o los polimeros pueden haber sido utilizados como
adsorbentes o mezclados con el carbon, para permitir que una concentration tan baja fuera
adsorbida. El uso de tal adsorbente podria relacionarse con reducciones de olor, en el que tales
concentraciones bajas serian normales. El ciclo de operation es muy similar al concentrador de
rueda rotatoria. Sin embargo, el ciclo se basa en la transferencia fluidizada del adsorbente desde
el lecho de adsorcion hasta la region de desorcion. Este utiliza la velocidad de transporte del
adsorbente contra la velocidad del flujo de aire para obtener la relation de concentraciones.
SISTEMAS DE ADSORCION FOR OSCILACION DE PRESION
En la figura 8 se muestra un diagrama esquematico de un sistema de adsorcion por oscilacion de
presion. Este es utilizado para separar gases o vapores del aire, en base a que sus isotermas de
adsorcion son una funcion de la presion total, como tambien de la presion de vapor y de la
temperatura. Es utilizado tambien para separar los contaminantes de los gases de combustion.
Mezcla deentrada _i^L_ un 9as le salida
^
otro gas de salida
Figura 8. Sistema de Adsorcion por Oscilacion de Presion
La mezcla de los gases o vapores es admitida para presurizar a la unidad de adsorcion, la cual
contiene al adsorbente. Algunos gases son adsorbidos mas rapidamente que otros y se utiliza la
frecuencia de los ciclos para separarlos. En otros casos, un gas o vapor es adsorbido
preferencialmente y la frecuencia de los ciclos es menos importante. Despues de admitir la mezcla
de gases, el gas que no es tan fuertemente adsorbido es descargado, lo que disminuye la presion a
un nivel mas bajo. Cuando este venteo de gas se interrumpe, la presion se reduce aun mas para
desorber el otro gas o vapor. Esto ha sido utilizado para separar oxigeno de aire, bioxido de
carbono de aire, bioxido de carbono de gases de combustion, bioxido de azufe de gases de
,j
16
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combustion y vapores de gasolina de los tanques que descargan a la atmosfera. Es efectivo
cuando el gas o vapor adsorbido preferencialmente tiene una concentracion relativamente grande.
For lo general, a esto no se le considera tecnologia de control. Los vapores tienen que estar a
concentraciones de decenas de miles de partes por millon, en comparacion a los cientos o miles
de partes por millon que son generalmente controlados como emisiones. Sin embargo, son
utilizados en el control de los vapores provenientes de los orificios del desahogo en los tanques
de almacenamiento de COV (tales como los de la gasolina).
^ESTAN DISPONIBLES LAS HERRAMIENTAS DE DISENO
DE LOS SISTEMAS DE ADSORCION?
En el manual de control de costos de la OAQPS, la EPA tiene ecuaciones de diseno de unidades
de adsorcion de carbon por oscilacion termica. Estas ecuaciones son usadas en los programas
para hojas de calculos Air Compliance Advisor (ACA) y CO$T-AIR (vease la section de
referencias). Las ecuaciones para el diseno de sistemas de adsorcion de polimeros y de zeolitas y
de otros tipos de sistemas de adsorcion, todavia no ban sido determinadas por la EPA, pero
deberan ser analogos cuando se hayan tornado en cuenta las diferencias. Estas diferencias tienen
que ver con el peso del adsorbente, la velocidad superficial del flujo de aire, el costo de un
recipiente que pueda tolerar el vacio, etc.
Los disenadores de un sistema de adsorcion realmente desquitan lo que ganan. Ellos deben
seleccionar el tipo de sistema para que sea compatible con el COV y con el proposito del sistema.
Deben seleccionar (o ayudar a seleccionar), el adsorbente, el tamano y numero de lechos, la
construction del recipiente para cada lecho, el metodo de regeneracion, el tiempo que la unidad
debe utilizadar antes de la regeneracion (determinado por el flujo del aire y la concentracion de
COV), cuantos lechos deben ser utilizados en paralelo, la selection de una caldera o de una
bomba al vacio, la instrumentation y controles que operaran a estos en la secuencia apropiada en
el momento apropiado y la localization y secuencia de tuberias y valvulas para la operation.
Deben pues, ejecutar un diseno en el cual todas estas cosas funcionen en conjunto. Deben
asegurar que el sistema de adsorcion no alcance la saturation en un tiempo demasiado corto.
Deben hacer que el sistema cumpla con las especificaciones del cliente y vigilar los costos y
asegurarse de que estos no sean excesivos.
Como resultado, deben estar familizarizados con el sistema que estan disenando. Este es el
problema, puesto que cada disenador seleccionara el sistema con el que esta mas familiarizado, a
menos que sea absolutamente rechazado por el cliente. El sistema con el que todos los
disenadores estan familiarizados es el sistema de adsorcion de carbon por oscilacion termica,
puesto que ha sido utilizado por varias decadas. Suelen no estar familiarizados con los sistemas
de adsorcion, tecnicas de regeneracion ni adsorbentes mas nuevos. Estos sistemas, tecnicas de
regeneracion y adsorbentes mas nuevos, tienen marcadas ventajas sobre los antiguos.
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iQUE EFICIENCIA DE CONTROL SE PUEDE ESPERAR?
Uno puede esperar que un sistema de adsorcion bien disenado alcance entre el 95% y el 98% de
eficiencia de control a concentraciones de entrada entre 500 y 2000 ppm en aire. Esto es
independientemente de los sistemas posteriores a la unidad, tales como un incinerador o un
condensador. For lo tanto, la eficiencia de control de una unidad de adsorcion y un incinerador
combinados pudiera ser:
eficiencia de la unidad de adsorcion x eficiencia del incinerador = 95% x 98% = 93.1%
mientras que la eficiencia de una unidad de adsorcion y un condensador combinados pudiera ser:
eficiencia de la unidad de adsorcion x eficiencia del condensador = 95% x 99% = 94.05%
La eficiencia real de control de ambos, la unidad de adsorcion y el dispositive posterior, estan
relacionadas. Ni la eficiencia de la unidad de adsorcion ni la eficiencia del dispositive posterior es
mas dominante, pero cualesquiera que tenga la menor eficiencia causara mas perdida en la
eficiencia total.
<.QUE TIPO DE FUENTES PUEDEN UTILIZAR LA TECNOLOGIA DE ADSORCION?
Las emisiones de COV y de contaminantes peligrosos del aire pueden ser controladas,
recuperadas, recicladas o concentradas para su tratamiento posterior por medio de la tecnologia
de adsorcion. Esto incluye las emisiones de actividades tales como: tintorerias, desengrasado,
pintura con pistola de aire, extraction con solventes, recubrimiento de lamina metalica,
revestimiento con papel o con pelicula de plastico, imprenta, farmaceuticos, hule, linoleo y
envoltura transparente. Cualquier proceso que genere emisiones de COV a concentraciones bajas
(tan bajas como 20 ppm), a flujos de aire relativamente altos (mayores de 5,000 pies cubicos por
minuto), debe considerar la tecnologia de absorcion para concentrar el COV en la corriente de
emision, antes del tratamiento final, y el reciclaje o la destruction.
^CUANTO CUESTAN LOS SISTEMAS DE ADSORCION?
Los procedimientos, los datos, y las ecuaciones para calcular el tamano y estimar los costos de
capital y anuales de los sistemas de adsorcion de carbon por oscilacion termal ("regenerativa"),
estan dados en el Manual de Control de Costos de la OAQPS (5- edition, febrero de 1996). Para
conveniencia de los usuarios, estas ecuaciones del Manual de Control de Costos de la OAQPS han
sido incorporadas a las hojas de calculos para el control de costos de COST-AIR y el programa de
Air Compliance Advisor, que pueden ser bajados a disco de la pagina del Internet del CATC.
Debemos enfatizar sin embargo, que estas ecuaciones proporcionan estimaciones de costos de
"estudio" (exactitud de ± 30%), unicamente para aquellas unidades de adsorcion que utilizan
carbon activado. Los procedimientos para la estimation de costos de los sistemas de adsorcion en
18
-------
base a polimeros o zeolitas tienen que ser desarrollados aiin por la EPA. Quienes esten
interesados en estos ultimos deberan ponerse en contacto con uno o mas vendedores de estos
sistemas. (Vease la extensa lista de vendedores al final de este boletin).
Los costos para los sistemas de adsorcion de carbon dependen de una variedad de parametros de
las instalaciones, normativos y de costo. Por esa razon, no se pueden desarrollar "reglas de
dedo" que tengan sentido. Los parametros relatives a las instalaciones incluyen, primeramente,
las caracteristicas de los contaminantes y del gas emitidos— la velocidad del flujo volumetrico, la
temperatura, la presion, la composition de COV, la carga de COV y el contenido de humedad y
de particulados. Otro parametro importante es el estado de las instalaciones, esto es, si son nuevas
o ya existentes. En un local ya existente, el costo de instalacion del equipo de adsorcion sera
tipicamente alto. La diferencia entre este alto costo de instalacion y el costo de instalacion del
mismo sistema de control en un local nuevo es llamado "la sancion por la actualization".
Dependiendo de como este especificado en los reglamentos, el parametro normative mas
pertinenete puede ser la concentration especificada de COV a la salida o la eficiencia de control
de la unidad de adsorcion corespondiente que se requiere para satisfacerla. Los parametros para
calcular el tamano incluyen el material de construction (el acero inoxidable 304 es el tipico para
los sistemas de adsorcion de carbon), la cantidad de aislante, la caida de presion, la capacidad de
trabajo del adsorbente y si el sistema sera ensamblado en fabrica ("en paquete") o construido en el
sitio ("a la medida").
Uno de los parametros de diseno mas importantes es el tiempo de adsorcion. Este tiempo se suele
seleccionar de modo que sea compatible con los programas de production. Por ejemplo, un
sistema de adsorcion controlando una operation de imprenta que opera en turnos de ocho horas,
podria tener un tiempo de adsorcion de ocho horas. Al final de cada turno, el (los) lecho(s) de
adsorcion seria regenerado a tiempo para ser puesto en la linea de nuevo antes de que se inicie el
siguiente turno. Obviamente, a medida que el tiempo de adsorcion aumenta, tambien lo hace la
cantidad de adorbente requerida y, por tanto, el tamano, numero y costo de los recipientes del
sistema de adsorcion. Pero aunque los tiempos de adsorcion mas cortos resultan en sistemas de
adsorcion mas pequenos y en costos de capital mas bajos, los costos anuales resultan mas altos
debido a que el adsorbente debe ser regenerado mas frecuentemente. Esto se debe principalmente
al mayor consumo de vapor (para la regeneracion del lecho) y a la mayor demanda electrica (para
el ventilador de secado y enfriamiento del lecho). Con la regeneracion con vapor, el usuario tiene
la option ya sea generar el vapor en el sitio por medio de una caldera existente o de adquirir una
caldera nueva dedicada a ese proposito. Como alternativa, el usuario podria optar por comprar el
vapor de una fuente externa.
Las decisiones y las selecciones anteriores estan dentro del dominio del usuario. Sin embargo, el
usuario no tendra que preocuparse con detalles tales como el calculo del tamano de las lineas de
vapor, la selection del ventilador para el secado y enfriamiento del lecho, el diseno de los
recipientes para el adsorbente, etc. Este tipo de especificaciones las determina el vendedor del
19
-------
sistema de adsorcion cuya experiencia en la aplicacion y el conocimiento del proceso de adsorcion
son mucho mas extensos.
El costo y los parametros relacionados con el costo, tales como las horas de operation anuales,
tambien influyen ftiertemente en el "meollo del asunto". Estos incluyen los precios del carbon, de
la electricidad, del vapor, la mano de obra de operation y mantenimiento y la reposition del
adsorbente (incluyendo el costo de mano de obra de la reposition), asi como las tasas de interes y
las vida util del adsorbente y del resto del sistema de control. Uno de los parametros de costo
mas criticos es el valor asignado al COV recuperado. Tal como lo ilustra el ejemplo que a
continuation se presenta, si la cantidad del COV recuperado es lo suficientemenete grande, su
valor puede compensar los costos anuales, resultando inclusive en un excedente o credito anual.
Obviamente, este valor debe ser seleccionado cuidadosamente, teniendo en mente tanto el precio
actual del COV en el mercado como la pureza de los compuestos organicos recuperados. A
mayor pureza, mayor sera el valor. (Para mayor information sobre este y otros parametros,
refierase al capitulo 4 ("Unidades de Adsorcion de Carbon"), del Manual de Control de Costos de
la OAQPS).
Considerese la siguiente ilustracion hipotetica. Cuatro operaciones de imprenta ya existentes,
emiten tolueno (un solvente de las tintas), en cantidades lo suficientemente grandes como para
atraer la atencion de la agencia estatal para el control de la contamination del aire. Los
reglamentos de esta agencia para estas operaciones de imprenta requieren que el 98% del tolueno
sea removido antes de que la emision sea venteada a la atmosfera. La operation mas pequena de
estas cuatro emite 50 libras de tolueno por hora con un flujo de 5,000 pieV/min., mientras que la
mas grande emite 1,250 libras por hora con un flujo de 50,000 piesVmin. Las otras dos emiten
250 libras por hora cada una a 5,000 y 50,000 pieV/min., respectivamente. <<,Cuale seria el costo
de capital y el costo total anual (CTA), de los sistemas instalados de adsorcion de carbon con
regeneration con vapor, para controlar el tolueno proveniente de estas operaciones?
En la tabla 1 se enumeran estos costos para cada uno de los cuatro sistemas de adsorcion.
Calculados por computadora por medio de una hoja de calculos para sistemas de adsorcion de
carbon del programa COST-AIR, estos costos reflejan los precios del equipo, carbon, servicios
publicos, mano de obra y el tolueno, en el segundo trimestre de 1998. Las fuentes de precios
consultadas, incluyeron el Monthy Energy Review del Departamento de Energia de los EE. UU.
(electricidad y destilado de petroleo para la production de vapor), la Oficina de Estadisticas
Laborales de EE. UU. (mano de obra de impresion y publication), y el Chemical Marketing
Reporter (para el tolueno). (Nota: Todos los costos han sido redondeados a dos cifras
significativas.),
Como podriamos esperar, los costos de capital aumentan con el incremento del flujo de aire y con
la velocidad de emision del tolueno. Los flujos mas altos requieren recipientes de adsorcion,
decantadores, condensadores y otro equipo mas gandes y mas costosos. De la misma manera, a
medida que la velocidad de la emision aumenta, debe contarse con mas carbon para la adsorcion.
Notese que el costo de capital por unidad varia en el rango de los $22 a los $87 dolares por
20
-------
pieVmin — un factor de uno a cuatro. Este rango tan amplio desalienta el uso de tales
generalizaciones para la estimation del costo de capital.
Flujo del
Gas
(pies3/min)
5,000
50,000
Tolueno
Emitido
(libras / hora)
50
250
250
1,250
Costo de Capital
1,000 $
240
430
1,100
1,700
$ / pieVmin
48
87
22
33
Cost Total Anual (Credito)
1,000 $ / ano
43
(19)
110
(280)
$ / millones
de pies3/min
18
(8.0)
4.6
(12)
Table 1. Costo de los Sistemas de Adsorcion de Carbon por Oscilacion Termica ("regenerativa")
Entre otras contribuciones importantes a estos costos se incluyen las siguientes:
* Horas de operation por ano: 8,000
* Tiempos de adsorcion y desorcion: 8 y 4 horas, respectivamente.
* Temperatura del gas a la entrada: 25 °C.
* Tasa de interes anual: 7%
* Vida del equipo (en aftos): 10 (sistema de adsorcion); 5 (carbon)
Sin embargo, el costo total anual (CTA) no varia de modo uniforme. Notese que, para los
sistemas de 5,000 pies3/min, el incremento de la velocidad de emision de 50 a 250 libras por hora
disminuye el CTA de $43,000 dolares por ano a un credito neto de $19,000 por ano. Los costos
anuales para los sistemas de 50,000 piesVmin se comportan de igual manera. Obviamente, el
credito por la recuperation del tolueno influye fuertemente en el CTA. Este credito a su vez,
depende de tres parametros: la velocidad de entrada de la emision, la eficiencia de control y el
valor asignado a las sustancias organicas recuperadas. Los dos primeros parametros seran
esencialmente constantes para una fuente de emision y un sistema de control determinados. Pero
tal como se discutio anteriormente, el valor de recuperation esperado puede variar
significativamente de acuerdo a las condiciones del mercado y, por esta razon, debe ser
seleccionado cuidadosamente. Finalmente, el CTA unitario varia ampliamente, desde un credito
de $12 dolares por millon de piesVmin tratados, hasta un costo de $18 dolares por millon de
pies3/min.
Como hemos demostrado, tanto el costo de capital como los costos totales anuales para estos
sistemas hipoteticos cubren un amplio rango. Y recuerdese que estos costos varian tanto para los
sistemas de adsorcion que estan removiendo el mismo COV (tolueno), emitido por el mismo tipo
21
-------
de fiiente (operacion de imprenta), basados en parametros de entrada identicos (flujo de aire y la
velocidad anticipada de emision del tolueno). Considerese que la adsorcion de otros VOC (y
mezlcas de VOC), podrian requerir mucho mas o menos carbon; que otras fuentes podrian
requerir tiempos de adsorcion y desorcion mucho mas cortos o mas largos y que los parametros
de entrada podrian ser enormemente diferentes bajo otros escenarios de control. Entonces, la
unica conclusion a la que podemos llegar con certeza acerca de los costos de los sistemas de
adsorcion de carbon - o, para el caso, los costos de cualquier tipo de sistema de control - es que
no hay conclusion. Los precios se deben obtener de los vendedores, de los consultores o de los
disefiadores.
Para los concentradores rotatorios de vapor, frecuentemente se utilizan zeolitas (ya sea con o sin
otros adsorbentes), porque son mas efectivas para la adsorcion de concentraciones mas bajas de
COV. El costo de un sistema tal depende del flujo de aire y de la concentration de COV y esta
entre los $1000 o $1500 dolares por tonelada de COV destruido a 100 ppm, y los $3,250 dolares
por tonelada de COV destruido a 20 ppm, de acuerdo a Munters ZEOL.
DECISIONES, DECISIONES...
^Tiene su proceso emisiones de COV? ^Puede Ud. oler cuando su proceso esta operando? Si es
asi, su proceso probablemente emite un COV y probablemente estas emisiones de COV deban ser
controladas. ^Exceden sus emisiones de 10 toneladas cortas por ano (55 libras por dia)? ^Exceden
sus emisiones las condicionantes de su licencia de operacion? Cualquier respuesta positiva quiere
decir que probablemente Ud. esta emitiendo un COV que necesita de control. Si tiene alguna
duda, pregunte a la agencia estatal o local que expide las licencias de operacion. Con frecuencia
(pero no siempre), los COV poseen entre 2 y 16 atomos de carbon. Los COV tambien reaccionan
con oxido de nitrogeno (NO) en presencia de luz ultravioleta (luz solar), para multiplicar el NO2,
que a su vez crea ozono.
Si Ud. no esta seguro si alguna emision de su planta es un COV, llame al EPA's Clean Air
Technology Center - CATC (Centre de Tecnologia de Aire Limpio), al 919-541-0800, o pongase
en contacto con el CATC por medio de FAX al 919-541-0242 o por correo electronico a
catcmail@epamail.epa.gov y se le referira a alguien que le puede ayudar a determinar esto.
Tambien tenemos una pagina del CATC en el Internet en www.epa.gov/ttn/catc en caso de que
prefiera ponerse en contacto con nosotros por esa ruta.
Si su proceso emite un COV en cualquier cantidad mayor de 20 libras por dia, entonces debiera
indagar sobre el tema de control de emisiones. Hemos visto varios anuncios en el Internet en
URLs (direcciones de Internet) para disenadores y fabricantes de sistemas de adsorcion. Tambien
puede usar Ud. algun algoritmo de busqueda y por lo general, los anuncios comerciales son los
que aparecen primero.
22
-------
Cuando se tienen que controlar emisiones de COV, se tienen que tomar varias decisiones:
1. ^,Se destruira o se recuperara el COV? i Que valor de reutilizacion tendra? ^Esto afectara el
diseno del sistema y la economia de su operation? Quizas Ud. querra investigar todas las
opciones.
2. Si se van a recuperar los COV, ^Que tan puros deberan estar? ^Que costo se podria evitar al
no comprar COV con la pureza que Ud. requiere? Si debe ser muy puro, debe decidir si va a
destilar el COV depues de la recuperation o la forma como pueda lograrlo.
3. Si la pureza no es necesaria ni posible y el COV no es soluble en agua, podra hacerse uso de
un condensador con un desnatador para separar los COV del vapor o de la humedad condensada.
4. Debe decidir si usara carbon, zeolita o polimeros como adsorbentes. Cada uno tiene sus
ventajas y sus desventajas. Debera tomar esta decision preliminar con asesoria externa antes de
contratar a un disenador, porque los disenadores disenaran el tipo de sistema con el que estan mas
familiarizados. Existen muchos disenadores de sistemas de carbon con regeneration con vapor,
porque este sistema ha estado disponible durante decadas, pero encontrara menos disenadores y
consultores disponibles para el diseno de los nuevos sistemas y adsorbentes.
5. Existen varias companias que ofrecen concentradores de lecho rotatorios o fluidizados.
Algunas de estas son las siguientes: (Nota: La mention de estas fuentes no implica que las
patrocinemos; y se sabe que esta lista esta abreviada e incompleta.)
ABB Paint Finishing 1400 Stephenson Hwy. Troy, MI 48099
Durr Environmental, Inc. 40600 Plymouth Rd. Plymouth, MI 48170
Engelhard 101 Wood Ave. Iselin, NJ 08830-0770
JWP AMCEC 2625 Butterfield Rd. Oak Brook, IL 60521
Met-ProCorp. 160 Cassel Road Harleyville, PA 19438
MuntersZEOL 79 Monroe St P.O.Box 600 Amesbury, MA 01913-0600
6. Algunas otras fuentes para el diseno y/o construction de sistemas de adsorcion son las
siguientes: (vease la nota anterior)
AMCEC Corp. 2525 Cabot Dr.Suite 205 Lisle, IL 60532
ACR Activated Carbon Resources Inc. Westport, CT
American Air Filter P.O.Box 35690 Louisville, KY 40232-5690
American Environmental Int'l 5 Revere Dr. Suite 200 Northbrook, IL 60062-9998
Aquest Corp. Somers, NJ
Atochem Inc./CECA Division 266 Harristown Rd. Glen Rock, NJ 07452
Barneby & Sutcliffe P.O. Box 2526 Columbus, OH 43216
Baron-Blakeslee Inc. 2001N. Janice Ave. Melrose Park, IL 60160
23
-------
COH Corp.
Calgon Carbon Corp.
Carbtrol Corp.
DR Technology
Dedert Corp.
Ducon Environmental
Systems Co.
Envirotrol Inc.
Filcorp Industries
FMG
Green and Green Associates
Hydrogroup Inc.
HCT Corp.
HydroQuip, Inc.
Independent Equip. Corp.
KX Industries
Kensington Corp.
Nuclear Consulting Services
1022
Penney Engineering Inc.
Peroxidation Systems Inc.
Prime Carbon
R H Reimer Associates
Remedial Systems Inc.
Service Tech Inc.
Tetrasolv
Tigg Corp.
Unisorb Corp.
VARA International
Waste Min Inc.
Westgates Carbon Inc.
90040-1634
Westport Environmental
Systems
0217
Wintek Corp.
Zimpro-Passavant Inc.
2000 Eastern Pkwy
P.O.Box 717
39 Riverside Dr.
Hidden Pines Drive
2000 Governors Dr.
HOBiCountyRd.
432 Green St P.O.Box 61
P.O.Box 3043
1011Hwy22
325 Lennon Lane Suite 200
63 N Washington St.
Rte. 202N P.O.Box 460
Brooklyn, NY 11233
Pittsburgh, PA 15230-0717
Westport, CT 06880
Clarksburg, NJ 08510
Olympia Fields, IL 60461-1074
Farmingdale, NY 11735-3923
Sewickley,PA 15143
Milton, VT
Union Gap, WA 98903
Lexington, MA
Bridgewater, NJ 08807
Walnut Creek, CA 94598
N.Attleboro, MA 02761
Three Bridges, NJ 08887
Orange, CT
Madison, CT
Inc. (NUCON)
P.O.Box 29151
Columbus, OH 43229-
4400 E. Broadway Suite 602
56 Leonard St.
800 Old Pond Rd.
1310 Genoa St.
1201 19th Place
2130 Leo Ave.
251 Forge Rd.
RR3 Box 337 Lime Rock Lane
301 Military Rd.
Mansfield, MA
Tucson, AZ 85711-3558
Bow, NH
Needham, MA
Foxboro, MA 02035
Swansea, MA
Plymouth, MA
Bridgeville, PA 15017-3415
S. Houston, TX 77587
Vero Beach, FL 32960
Groton, MA
Los Angeles, CA
Westport, MA 02790-
Califon, NJ 07830
Rothschild, WI 5474
24
-------
ALGUNAS REFERENCIAS: (algunas con el URL de Internet para la pagina en la red mundial)
Organic Sponges for Cost-Effective CVOC Abatement, Final - July 1994, US DOE Contract No.
DE-AC21-92MC29110, General Electric Corporate Research and Development
Control Techniques for Volatile Organic Compound Emissions from Stationary Sources, EPA,
453/R-92-018
OAQPS Control Cost Manual, EPA (453/B-96-001, February 1996
www.epa.gov/ttn/catc
Control of Gaseous Emissions, APTI, Course 415, Student Manual, EPA 450/2-81-005
Hydrophobic Zeolites as Adsorbents for Removal of VOC from Air, M. V. Chandak and Y. S. Lin,
Dept. of Chemical Engineering, University of Cincinnati
Impregnated Activated Carbon for Environmental Protection
www.activated-carbon.com/enviro.html
Envirosense
es.epa.gov/studies/cs593 .html
es.epa.gov/program/regional/state/wi/actcarbo.html
Adsorptive Recovery of Problematic Solvents
www.activated-carbon.com/probsol 1 .html
Gas Adsorption
chem.ufl.edu/' itl/441 !L_f96/ads/ads_l .html
Steam Regeneration of Activated Carbon Beds, M. Huggahalli and J. Fair, American Institute of
Chemical Engineers, Annual Meeting, November 1996
Microwave Regeneration Field Test Unit
www.me.utexas.edu/~prep/demo.html
Preparation and Characteristics of Polymer-based Large Adsorbent Particles,
Journal of Applied Polymer Science, Vol. 61, No. 11, September 1996, pp 1949-1956
www.interscience.wiley.com/jpages/0021 -8995/abs/v61 n 11 p 1949.html
Microwave Regeneration of Volatile Organic Compound Adsorbents, P. Di and D. Chang, 96-
RA106.2, Air & Waste Manaagement Assn.
25
-------
PADREO Vapor Treatment Process
www.nttc.edu/env/site95/demo/ongoing/purus.html
Gas-Surface Dynamics
www.ssci.liv.ac.uk/~darling/dynamica/index.html
www.ssci.liv.ac.uk/~darling/dynamica/history/ancient.html
The Desorption Process
alpha, qm w. ac. uk/~ugcaOOO/surfaces/scc/scat2_5 .htm
PE Curves & Energetics of Adsorption
alpha.qmw.ac.uk/~ugcaOOO/srfaces/scc/scat2_4.htm
Adsorption Kinetics - The Rate of Adsorption
alpha.qmw.ac.uk/~ugcaOOO/srfaces/scc/scat2_3.htm
How do Molecules Bond to Surfaces?
alpha.qmw.ac.uk/~ugcaOOO/srfaces/scc/scat2_2.htm
COST-AIR Spreadsheets
www.epa.gov/rtn/catc
Air Compliance Advisor
www.epa.gov/ttn/catc
Institute of Clean Air Companies
www.icac.com
26
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TECHNICAL REPORT DATA
(Please read Instructions on reverse before completing)
1 REPORT NO 2
EPA-456/F-00-001
4. TITLE AND SUBTITLE
Boletin Tecnico
Seleccionando un Sistema de Adsorcion para COV:
I Carbon, Zeolita, o Polimeros?
7. AUTHOR(S)
9. PERFORMING ORGANIZATION NAME AND ADDRESS
Clean Air Technology Center (MD-12)
Information Transfer and Program Integration Division
Office of Air Quality Planning and Standards
U.S. Environmental Protection Agency
Research Triangle Park, NC 27711
12 SPONSORING AGENCY NAME AND ADDRESS
U.S. Environmental Protection Agency
Office of Air Quality Planning and Standards
Research Triangle Park, NC 27711
15. SUPPLEMENTARY NOTES
For more information call the CATC Information
www . epa . gov/ttn/catc
3. RECIPIENT'S ACCESSION NO.
5 REPORT DATE
May 1999
6. PERFORMING ORGANIZATION CODE
8. PERFORMING ORGANIZATION REPORT NO.
10 PROGRAM ELEMENT NO
11 CONTRACT/GRANT NO
13 TYPE OF REPORT AND PERIOD COVERED
Final
14 SPONSORING AGENCY CODE
Line at (919) 541-0800 or access the CATC Web page at
16 ABSTRACT
This is the Spanish version of EPA-456/F-99-004, CATC Technical Bulletin Choosing an Adsorption
System for VOC: Carbon, Zeolite or Polymers. The purpose of this document is to educate people as to
what an adsorption system is, how it operates, and how to choose between the different systems.
Adsorption systems are used widely to control Volatile Organic Compounds (VOC) emissions. The
familiarity with these systems is needed to make an informed selection of both the adsorbent and the
system that uses it.
17 KEY WORDS AND DOCUMENT ANALYSIS
a DESCRIPTORS
carbon, zeolite, polymeric, thermal swing,
vacuum regeneration, pressure swing, vapor
concentrator, internal area, adsorption area,
adsorption isotherm, mass transfer zone, steam,
vacuum, incineration
18 DISTRIBUTION STATEMENT
Release Unlimited, Available from the OAQPS
TTN Web Page arid NTIS
b IDENTIFIERS/OPEN ENDED TERMS c COSATI Field/Group
air pollution control
volatile organic compounds
carbon adsorbers
zeolite adsorbers
polymeric adsorbers
vapor concentrators
incinerators
19 SECURITY CLASS (Report} 21 NO OF PAGES
Unclassified
20 SECURITY CLASS (Page) 22 PRICE
Unclassified
EPA Form 2220-1 (Rev. 4-77) PREVIOUS EDITION IS OBSOLETE
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