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Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento

Co-procesamiento y Pre-procesamiento

20 Febrero 2014


2

Objetivos de aprendizaje

Adquirir conocimientos básicos acerca del pre- y co-procesamiento de combustibles (alternativos) y materiales minerales derivados de residuos, utilizados en la industria del cemento.

En particular, entender por qué una buena gestión de combustibles alternativos implica:

Ventajas para todos los grupos de interés.

no aumento de las emisiones de las plantas cementeras.

Necesidad de control en materiales, emisiones y producto


Eficiencia Energética

Nov 2007 – DF


23

Lista de contenidos

Combustibles y materias primas alternativas.

Pre-procesamiento de combustibles alternativos.

Co-procesamiento de combustibles alternativos.

Pre- y co-procesamiento de materias primas

alternativas.

Aspectos ambientales del pre-procesamiento.

Aspectos ambientales del co-procesamiento de

combustibles y materias primas alternativas en hornos

cementeros.


24

Existen cinco tipos principales de residuos que

se utilizan como combustibles alternativos (y

sus cenizas como materia prima alternativa)

Co

mb

ustib

les y

ma

teria

s prim

as

alte

rna

tiva

s Tipos Principales de

Combustibles (familias)

Características Ejemplos

Combustibles Alternativos

(AF) líquidos

Se pueden atomizar con aire comprimido

(partículas sólidas en el líquido, < 2-4 mm),

todos los puntos de alimentación son

posibles

Solventes usados, aceites

residuales, emulsiones, aguas

residuales, pesticidas agotados

Lodos Se pueden bombear mediante bombas de

pistón, para luego ser manejados de forma

idéntica que los combustibles de sólidos

trozados

Lodos de pintura, lodos de

petróleo/aceite

Combustibles sólidos

gruesos

Materiales pesados, no pueden ser

transportados por los gases de horno; son

alimentados, gasificados y quemados en la

entrada de los hornos

Neumáticos usados enteros, toners,

tortas de filtrado

Sólidos trozadoss: sólidos <

50 mm (tridimensionales) y

laminados < 200mm

(bidimensionales)

Pueden ser transportados verticalmente por

los gases de horno (de este modo, son

adecuados para pre-calcinador)

Trozos de neumáticos, plásticos

trozados y telas gruesas, madera

residual trozada

Sólidos finos: sólidos < 5 mm

(tridimensionales) y

laminados < 50 mm

(bidimensionales)

Pueden ser transportados neumáticamente

y desplazados horizontalmente por los gases

de horno (adecuados para la quema

principal)

Aserrín impregnado, harina animal,

lodos de aguas servidas secos,

plásticos trozados finos y madera

residual


25

Otro enfoque práctico para la clasificación

de combustibles alternativos (I)

1. Materiales normalmente no críticos.

Esta clase incluye, principalmente, monomateriales,

preferentemente de fuentes industriales, confiables y

de altos volúmenes.

Ejemplos: aceites residuales, neumáticos, lodos secos

de aguas servidas, harina animal, fluff [fracción fina de

materiales flexibles como plásticos], madera residual

pulverizada, residuos de la producción textil.

Co

mb

ustib

les y

ma

teria

s prim

as

alte

rna

tiva

s


26

Otro enfoque práctico para la clasificación de combustibles alternativos (II)

2. Materiales potencialmente críticos.

Esta clase se caracteriza por lo siguiente:

Muchos poseen un volumen más bien bajo y fuentes potencialmente no confiables (constancia de calidad, salida de los límites de calidad, etc).

Nuevos participantes del negocio (recolectores, pre-procesadores).

Uso de materiales peligrosos sin experiencia.

Ejemplos: lodos (pintura) en pequeños recipientes, solventes no especificados, pesticidas agotados, medicamentos vencidos.

Nota: en ambos casos, es obligatorio un adecuado control de materiales, productos y emisiones en la fuente.

Co

mb

ustib

les y

ma

teria

s prim

as

alte

rna

tiva

s


27

Materiales que no se han de utilizar en

un horno cementero

Residuos prohibidos Metales

pesados

indeseables

en el clinker

Niveles

de

emisión

Seguridad y

salud

ocupacional

Opciones

de reciclaje

preferibles

Impactos

sobre la

operación de

un horno

Residuos electrónicos x x x

Baterías enteras x x x x

Residuos médicos

bioactivos

x

Ácidos minerales y

compuestos

corrosivos

x x x

Explosivos x x x

Asbestos x (rellenos)

Residuos radiactivos x x

Basura doméstica no

clasificada

x x x x

HM= heavy metals

Co

mb

ustib

les y

ma

teria

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as

alte

rna

tiva

s


28

Ejemplos de combustibles alternativos (I)

Trozos de neumáticos Neumáticos enteros

Co

mb

ustib

les y

ma

teria

s prim

as

alte

rna

tiva

s


29

Ejemplos de combustibles alternativos (II)

Residuos plásticos

Fluff [fracción fina de materiales flexibles como plásticos]

Co

mb

ustib

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as

alte

rna

tiva

s


30

Ejemplos de combustibles alternativos (III)

Lodos de petróleo

Co

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as

alte

rna

tiva

s


31

Ejemplos de combustibles alternativos

(IV)

Cáscarilla de arroz Descartes de producción

Co

mb

ustib

les y

ma

teria

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as

alte

rna

tiva

s


32

Los combustibles alternativos son fuentes

de energía y materias primas (ejemplos)

Tipo de Combustible Poder Calorífico Neto

[MJ/kg]

Polietileno 46

Fuel oil liviano / Diesel (para comparación) 42

Fuel oil pesado (para comparación) 40

Alquitrán 38

Grasa animal 37

Goma 36

Aceites residuales, residuos de refinerías 30 a 40

Petcoque (para comparación) 33

Neumáticos usados 28 a 32

Co

mb

ustib

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ma

teria

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as

alte

rna

tiva

s


33

Los combustibles alternativos son fuentes

de energía y materias primas (Ejemplos)

Tipo de Combustible Poder Calorífico Neto

[MJ/kg]

Carbón bituminoso (baja ceniza) para comparación 27

Combustible líquido de sustitución 20 a 30

Fluff (plásticos) 18 a 22

Harina animal 18

Madera seca, cáscaras de arroz (10% H2O) 16

Aserrín impregnado (25% H2O, CSS, Seneffe) 10 a 13

Lodos secos de aguas servidas (10% H2O) 10

Co

mb

ustib

les y

ma

teria

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as

alte

rna

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s


34

Pre- y co-procesamiento: instalación

estándar para residuos líquidos

Pre

-pro

ce

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om

bu

stible

s

alte

rna

tivo

s

Estación de recepción Almacenamiento, dosificación,

bombeo hacia el horno

Todos en superficies rígidas, impermeables y techadas

Sistema de combate de incendios y manejo de agua


35

Pre-procesamiento: instalación estándar

para sólidos

Pre

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ce

sam

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bu

stible

s

alte

rna

tivo

s

Acopio de

materiales

(residuos

seleccionados)

Pre-proces. incluye:

Chancado/triturado a 2

pasos

Separación de elementos

ferrosos y piedras

Control de polvo

Inspección visual permanente sobre:

Materiales prohibidos

Cuerpos extraños

Acopio de

combustibles

alternativos


36

Pre-procesamiento: línea de

impregnación de aserrín estándar

Pre

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bu

stible

s

alte

rna

tivo

s


37

Comentario acerca del término “peligroso” (I)

1. Explosivo

2. Oxidante / inflamable

3. Altamente inflamable

4. Irritante

5. Dañino

6. Tóxico

7. Carcinogénico

8. Corrosivo

9. Infeccioso

10. Teratogénico

11. Mutagénico

12. Que libera gases tóxicos

13. Que libera lechadas

tóxicas

14. Ecotóxico

Definición de “peligroso”, de acuerdo con la

Directiva 91/689/EEC acerca de Residuos Peligrosos:

Pre

-pro

ce

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bu

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s

alte

rna

tivo

s


38

Comentario acerca del término “peligroso” (II)

La distinción entre peligroso / no peligroso se basa en las propiedades de los residuos antes de su tratamiento térmico, y no en las diferencias en las emisiones (Dir. 2000/76/EC, “WID”). Una vez que estos residuos se han quemado

completamente en un sistema a alta temperatura, no queda ninguna cualidad de la peligrosidad original.

La quema (oxidación) de residuos peligrosos en las zonas de alta temperatura de un horno cementero no deja ningún PCI* en los gases de escape.

De este modo, la quema no es peligrosa. Los procesos aguas arriba sí pueden serlo.

*PCI = producto de la combustión incompleta (de naturaleza orgánica)

Pre

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ce

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alte

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tivo

s


39

Seleccionar los puntos correctos de

alimentación de combustible

Co

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ce

sam

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om

bu

stible

s

alte

rna

tivo

s

Pre-calcinador

o quema secundaria (hornos tipo SP)

Quemador

principal

Entrada

del horno


40

No sobrecargar los puntos de

alimentación

Punto de

alimentación

AF

líquido

AF sólido

fino

AF sólido

grueso

AF de

sólidos

trozados

Quemador

principal

hasta

100

hasta 30 - -

Entrada del

horno y

quemador

secundaria

hasta 15 hasta 15 hasta 15 hasta 15

Pre-calcinador hasta 60 hasta 60 hasta 60 -

Co

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sam

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om

bu

stible

s

alte

rna

tivo

s

Todas las cifras, en % de entrada total de energía de combustible (no

se deben sumar).

Los números son órdenes de magnitud (optimización por pruebas).


41

Co-procesamiento: instalación estándar

de sólidos finos

Co

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ce

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e c

om

bu

stible

s

alte

rna

tivo

s

Estación de

recepción

Almacenamiento

de sólidos finos

Dosificación y

transporte al horno

Camión con

piso móvil


42

Co-procesamiento: instalación estándar

de sólidos gruesos

Co

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bu

stible

s

alte

rna

tivo

s

Recepción y

almacenamiento de AF

Dosificación y transporte al

horno

Elemento esencial, diseños

especiales según se requiera


43

Tratando con materias primas alternativas

Las materias primas alternativas pueden ser alimentadas junto con las materias primas naturales, o por separado, a la entrada del horno.

Si se alimentan junto con las materias primas naturales, los contenidos orgánicos pueden calcinarse en el pre-calentador/pre-calcinador y producir emisiones orgánicas.

Por lo tanto, los compuestos orgánicos (todos volátiles) en las ARs deben ser de valores bajos a nulos, o ser evaluados para demostrar emisiones no críticas o ser eliminados por tratamiento térmico previo.

Las ARs deben ser adecuadas para el diseño de la mezcla de materias primas.

Pre

-/co

-pro

ce

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ate

rias p

rima

s

alte

rna

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s

ARs típicas:

Tierras

Recortes de perforación

Cenizas de fondo

Residuos con alto

contenido de óxidos de

Fe o Al

Arenas sílicas


44

Aspectos ambientales del pre-

procesamiento

Aspecto Contramedida

Emisiones de COVs / olores

Realizar todos los procesos en recintos cerrados, en caso de ser necesario tratar los escapes de aire con amortiguadores de carbón activado, biofiltros o térmicamente (RTO o enfriador de clinker).

Polvo Filtros de manga.

Agua y suelos Realizar todas las operaciones en superficies impermeables, techadas, utilizar sistema de manejo de aguas y fugas, manejo de aguas lluvias, monitoreo de

aguas superficiales y freáticas.

Ruido Rara vez constituye un problema, utilizar soluciones estándar.

Tráfico Transporte de residuos peligrosos en camiones.

Vecinos comunicaciones transparentes y detalladas.

Asp

ec

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-

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45

Declaración principal acerca de los

aspectos ambientales del co-

procesamiento

Asp

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l co

-

pro

ce

sam

ien

to

El uso de combustibles y materias primas alternativas no

cambia los niveles típicos de emisión de la chimenea

principal de un horno cementero, si se observan

adecuadamente las mejores técnicas y prácticas

ambientales para tales efectos.


46

Tratamiento térmico de los residuos (I)

A menudo, la quema de residuos es percibida por

muchos como:

Un proceso que disipa contaminantes hacia el

ambiente.

Un negocio informal que gana dinero muy al margen

de las leyes y de la responsabilidad social.

Algo atractivo para el abuso por parte de personas que

deseen deshacerse de residuos peligrosos.

Asp

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47

Tratamiento térmico de los residuos (II)

Por lo tanto, la industria del cemento necesita:

Cumplir los prerrequisitos básicos para el pre- y co-procesamiento.

Evitar / limitar las emisiones del pre-procesamiento,

Demostrar, a través de mediciones, la condición de no afectación de emisiones en el horno. Desarrollar protocolos de medición que permitan comparar co-procesamiento con línea de base.

Demostrar, mediante análisis de productos, la “calidad mantenida”. Técnica principal: test de lixiviación.

Asp

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ce

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48

Medición de emisiones desde un horno

cementero

Estado del arte:

Componentes de las emisiones medidos continuamente.

Normal : Polvo, SO2, NOx (NO), COVs.

Eventual o en desarrollo: NH3, HCl, HF, Hg, benceno, etc.

Componentes de las emisiones medidos de forma discontinua.

Siempre, obligatorios: NH3, HCl, benceno, PCDD/DF, 12 metales pesados (incluyendo Hg, Tl, Cd, …)

Las mediciones de emisiones de línea base, así como las mediciones de emisiones en quemas de prueba, utilizan este mismo enfoque.

An

exo


49

Prerrequisitos básicos para emprender el

pre- y co-procesamiento (I)

El aspecto exterior de la planta cementera lleva un

claro mensaje de “gente preocupada, cuidadosa y

competente trabajando en este lugar”.

La alta gerencia de la planta debe tener un historial de

buenas relaciones con las autoridades, junto con una

comunicación amigable y transparente con sus

vecinos.

La planta debe dar cabal cumplimiento a los marcos

regulatorios aplicables.

Asp

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l co

-

pro

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to


50

Prerrequisitos básicos para emprender el

pre- y co-procesamiento (II)

Las emisiones visibles de polvo (particularmente

también las nubes de polvo debidas a los movimientos

en planta) deben ser controladas de forma constante y

eficiente.

La planta debe poseer un esquema de medición de

emisiones, debe conocer sus emisiones de línea base y

contenidos de metales pesados en el clinker.

La planta debe poseer una clara percepción de todos

los aspectos relevantes, antes de emprender proyectos

de uso de combustibles y materias primas alternativas.

Asp

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51

Aseguramiento de calidad Asp

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l co

-

pro

ce

sam

ien

to

Ho

rno

Control de

calidad

de AF

Calificación de

materiales

(seleccionados)

Análisis de

calificación

Archivo

maestro de

calificación

Control de

entrega de

residuos o AF

Retorno al generador(y

notificación a las

autoridades)

Análisis

de huella

dactilar

Planta de

pre-

proces.

Análisis

de

especif.

de AF

Análisis

detallado

ok

ok

neg.

neg.

ok Todos los

análisis son

parte del

Sistema de

Gestión de

Calidad de la

planta

(ISO 9000)


52

Evitando emisiones adicionales

A fin de evitar emisiones adicionales desde la chimenea principal, se debe observar este conjunto de reglas:

Seleccionar el(los) punto(s) de alimentación adecuado(s)

No sobrecargar los puntos de alimentación.

Siempre asegurar condiciones de combustión completa en el horno.

Controlar la presencia de orgánicos en las materias primas alternativas

Evitar y mantener alejado el mercurio…

Evitar y mantener alejado el cromo.

Extraer el polvo de filtro de operación directa y depositarlo en el molino de cemento.

Evitar el azufre volátil en ARs y mantenerlo alejado o abatirlo, según se requiera.

Asp

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53

Lo que puede ocurrir si no se observan

adecuadamente las reglas Regla básica no cumplida Efecto de la violación de esta regla

Deficiencia de prerrequisitos básicos. Riesgo para las relaciones con autoridades, ONGs y vecinos.

Puntos de alimentación equivocados. Emisiones de COVs y CO pueden aumentar, se esperan problemas de calidad de producto.

Puntos de alimentación sobrecargados. La misma situación anterior.

Atmósfera reductora en el horno. La misma situación anterior, más problemas operacionales.

Alto contenido de orgánicos en materias primas (presencia de precursores de D/F).

La misma situación anterior.

Emisiones de D/F pueden aumentar en niveles bajos.

Excesivo contenido de mercurio en materias primas.

Aumento en las emisiones de Hg.

Excesivo contenido de azufre volátil en materias primas.

Aumento en las emisiones de SO2.

Uso de combustibles de grados extremadamente

bajos (alto contenido de agua, de cenizas, de cloro, gruesos, fluctuaciones en calidad y cantidad, entradas de aire frío).

Aumento de consumo específico de energía.

Posiblemente más gases invernadero.

Posible requerimiento de un sistema de “bypass”.

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54

Resumen

Los combustibles y materias primas alternativas son materiales minerales y orgánicos (combustibles) derivados de residuos, los cuales pueden, para ventaja de todos los grupos de interés, ser utilizados en el proceso de producción de cemento para sustituir los combustibles y materias primas naturales, aportando de este modo a la conservación de recursos, a la gestión y reducción de los residuos, así como a la mejora de aspectos sociales y ambientales.

Para el óptimo uso en el horno cementero (co-procesamiento), los combustibles y materias primas alternativas requieren a menudo un proceso de preparación (pre-procesamiento) y necesitan ser ingresados al horno a través de puntos de alimentación apropiados, y en proporciones adecuadas.

Además, para optimizar el pre- y co-procesamiento, y para probar que el horno cementero no es utilizado en forma incorrecta, o sobrecargado con materiales alternativos, se necesita implementar sistemas de control de calidad de AFR y de emisiones del horno.

Re

sum

en

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