Environmental Evaluation Using Waste Reduction Algorithm of a Mass and Energy-Integrated Gas Oil Hydrocracking Process

• Sofía García-Maza ^[1] ; Ángel Darío González Delgado ^[1]
  1. [1] Universidad de Cartagena

     Universidad de Cartagena

     Colombia

     
• Localización: Revista EIA, ISSN-e 1794-1237, Vol. 22, Nº. 44, 2025
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Evaluación ambiental usando algoritmo de reducción de residuos de un proceso de hidrocraqueo de gasóleo integrado en masa y energía
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• Resumen
  • español

    Debido a las crecientes regulaciones ambientales, la industria química está evolucionando hacia una producción más eficiente, colocando al sector petroquímico en una situación difícil debido a sus efectos económicos y ambientales. En este sentido, es crucial realizar una evaluación de impacto ambiental de los procesos de refinería para equilibrar las necesidades operativas con las preocupaciones ambientales. Los combustibles como el GLP (gas licuado de petróleo), la nafta, el diésel y el queroseno, que se obtienen mediante hidrocraqueo de gasóleo a escala industrial, son altamente eficientes, pero presentan problemas ambientales debido a las emisiones de sustancias tóxicas y gases de efecto invernadero. Para afrontar este desafío se realizó la evaluación ambiental, se utilizó la metodología del algoritmo de Reducción de Residuos (WAR) y la herramienta computacional WAR GUI®. Posteriormente, se calcularon los parámetros ambientales de las sustancias químicas involucradas en el proceso, se realizó una evaluación de los impactos ambientales y se evaluaron los posibles impactos globales y por categorías, incluyendo el Potencial de Agotamiento de la Capa de Ozono (ODP), el Potencial de Calentamiento Global (GWP), el Potencial de Oxidación Fotoquímica (PCOP) y el Potencial de Acidificación (AP) dentro de los impactos atmosféricos, y el Potencial de Toxicidad Humana por Ingestión (HTPI), el Potencial de Toxicidad Humana por Inhalación o Exposición Dérmica (HTPE), el Potencial de Toxicidad Acuática (ATP) y el Potencial de Toxicidad Terrestre (TTP) dentro de los impactos toxicológicos. De esta forma, se analizó el desempeño ambiental enfocándose en el potencial impacto ambiental (PEI) utilizando la tasa de generación y tasa de salida de varios combustibles en un proceso integrado de hidrocraqueo de gasóleo, tanto desde la perspectiva másica como energética. Los resultados muestran que el proceso convierte materias primas de bajo PEI, como los gasóleos, en productos de mayor PEI, como el queroseno, con una generación significativa de PEI en los casos 2, considerando productos y residuos (516.000 PEI/h) y 4, considerando productos, energía y residuos (519.000 PEI/h). Sin embargo, debido a la integración másica de los efluentes de aguas residuales, la contribución de las etapas del proceso al PEI se redujo considerando los residuos. Por otro lado, el gran flujo de producto aumentó el PEI por unidad de tiempo, pero redujo el PEI por libra de producto. Ahora bien, el ATP (Potencial de Toxicidad Acuática) tuvo el PEI toxicológico más alto (500.000 PEI/h); mientras que el PCOP (Potencial de Oxidación Fotoquímica) tuvo el PEI atmosférico más alto (36.300 PEI/h). Adicionalmente, la etapa que más contribuye a la producción de PEI por hora es la etapa de separación preliminar, alcanzando un 82,03 % considerando los residuos y un 58,72 %, considerando la energía. Por otro parte, se encontró que el gas natural tiene menores impactos ambientales en comparación con las fuentes de energía líquida (petróleo) y sólida (carbón). Adicionalmente, los impactos toxicológicos y atmosféricos mostraron valores moderados de PEI por categoría (positivos y negativos), lo que demuestra que un proceso de hidrocraqueo de gasóleo integrado en términos de masa y energía presenta mejores resultados en términos de impactos ambientales, en comparación con una planta de hidrocraqueo de gasóleo convencional, contribuyendo a la sostenibilidad del proceso. Finalmente, al comparar este proceso con otros, el proceso de hidrocraqueo de gasóleo integrado en masa y energía es más aceptable desde el punto de vista ambiental que la producción de biohidrógeno (12.000.000 PEI/h).

  • English

    Due to increasing environmental regulations, the chemical industry is evolving towards more efficient production, placing the petrochemical sector in a difficult situation due to its economic and environmental effects. In this regard, it is crucial to perform an environmental impact assessment of refinery processes to balance operational needs with environmental concerns. Fuels such as LPG (liquefied petroleum gas), naphtha, diesel, and kerosene, which are obtained by gas oil hydrocracking process on an industrial scale, are highly efficient, but present environmental problems due to emissions of toxic substances and greenhouse gases. The environmental assessment was carried out to address this challenge, using the Waste Reduction (WAR) algorithm methodology and the WAR GUI® computational tool. Subsequently, the environmental parameters of the chemicals involved in the process were calculated, an environmental impact assessment was performed, and the potential global and category impacts were evaluated, including Ozone Depletion Potential (ODP), Global Warming Potential (GWP), Photochemical Oxidation Potential (PCOP), and Acidification Potential (AP) within the atmospheric impacts, and Human Toxicity Potential by Ingestion (HTPI), Human Toxicity Potential by Inhalation or Dermal Exposure (HTPE), Aquatic Toxicity Potential (ATP), and Terrestrial Toxicity Potential (TTP) within the toxicological impacts. In this way, the environmental performance was analyzed focusing on the potential environmental impact (PEI) using the generation rate and output rate of various fuels in an integrated gas oil hydrocracking process, both from the mass and energy perspectives. The results show that the process converts low-PEI feedstocks, such as gas oils, into higher-PEI products, such as kerosene, with significant PEI generation in Cases 2, considering products and waste (516,000 PEI/h) and 4, considering products, energy, and waste (519,000 PEI/h). However, due to the mass integration of wastewater effluents, the contribution of the process stages to PEI was reduced considering waste. On the other hand, the large product flow increased PEI per unit time, but reduced PEI per kilogram of product. Now, ATP (Aquatic Toxicity Potential) had the highest toxicological PEI (500,000 PEI/h); while PCOP (Photochemical Oxidation Potential) had the highest atmospheric PEI (36,300 PEI/h). Additionally, the stage that contributes the most to the production of PEI per hour is the preliminary separation stage, reaching 82.03% considering waste and 58.72% considering energy. On the other hand, natural gas was found to have lower environmental impacts compared to liquid (oil) and solid (coal) energy sources. Additionally, toxicological and atmospheric impacts showed moderate PEI values per category (positive and negative), demonstrating that an integrated gas oil hydrocracking process in terms of mass and energy presents better results in terms of environmental impacts, compared to a conventional gas oil hydrocracking plant, contributing to the sustainability of the process. Finally, when comparing this process with others, the integrated gas oil hydrocracking process in terms of mass and energy is more environmentally acceptable than biohydrogen production (12,000,000 PEI/h).