Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Co-procesamiento y Pre-procesamiento
20 Febrero 2014
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Eficiencia Energética
Nov 2007 – DF
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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.
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
s prim
as
alte
rna
tiva
s
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
29
Ejemplos de combustibles alternativos (II)
Residuos plásticos
Fluff [fracción fina de materiales flexibles como plásticos]
Co
mb
ustib
les y
ma
teria
s prim
as
alte
rna
tiva
s
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
30
Ejemplos de combustibles alternativos (III)
Lodos de petróleo
Co
mb
ustib
les y
ma
teria
s prim
as
alte
rna
tiva
s
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
31
Ejemplos de combustibles alternativos
(IV)
Cáscarilla de arroz Descartes de producción
Co
mb
ustib
les y
ma
teria
s prim
as
alte
rna
tiva
s
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
les y
ma
teria
s prim
as
alte
rna
tiva
s
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
s prim
as
alte
rna
tiva
s
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
34
Pre- y co-procesamiento: instalación
estándar para residuos líquidos
Pre
-pro
ce
sam
ien
to d
e c
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
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
35
Pre-procesamiento: instalación estándar
para sólidos
Pre
-pro
ce
sam
ien
to d
e c
om
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
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
36
Pre-procesamiento: línea de
impregnación de aserrín estándar
Pre
-pro
ce
sam
ien
to d
e c
om
bu
stible
s
alte
rna
tivo
s
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
sam
ien
to d
e c
om
bu
stible
s
alte
rna
tivo
s
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
-pro
ce
sam
ien
to d
e c
om
bu
stible
s
alte
rna
tivo
s
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
39
Seleccionar los puntos correctos de
alimentación de combustible
Co
-pro
ce
sam
ien
to d
e c
om
bu
stible
s
alte
rna
tivo
s
Pre-calcinador
o quema secundaria (hornos tipo SP)
Quemador
principal
Entrada
del horno
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
-pro
ce
sam
ien
to d
e c
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).
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
41
Co-procesamiento: instalación estándar
de sólidos finos
Co
-pro
ce
sam
ien
to d
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
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
42
Co-procesamiento: instalación estándar
de sólidos gruesos
Co
-pro
ce
sam
ien
to d
e c
om
bu
stible
s
alte
rna
tivo
s
Recepción y
almacenamiento de AF
Dosificación y transporte al
horno
Elemento esencial, diseños
especiales según se requiera
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
sam
ien
to d
e m
ate
rias p
rima
s
alte
rna
tiva
s
ARs típicas:
Tierras
Recortes de perforación
Cenizas de fondo
Residuos con alto
contenido de óxidos de
Fe o Al
Arenas sílicas
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
tos a
mb
ien
tale
s de
l pre
-
pro
ce
sam
ien
to
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
45
Declaración principal acerca de los
aspectos ambientales del co-
procesamiento
Asp
ec
tos a
mb
ien
tale
s de
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.
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
ec
tos a
mb
ien
tale
s de
l co
-
pro
ce
sam
ien
to
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
ec
tos a
mb
ien
tale
s de
l co
-
pro
ce
sam
ien
to
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
ec
tos a
mb
ien
tale
s de
l co
-
pro
ce
sam
ien
to
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
ec
tos a
mb
ien
tale
s de
l co
-
pro
ce
sam
ien
to
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
51
Aseguramiento de calidad Asp
ec
tos a
mb
ien
tale
s de
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)
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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
ec
tos a
mb
ien
tale
s de
l co
-
pro
ce
sam
ien
to
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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”.
Asp
ec
tos a
mb
ien
tale
s de
l co
-
pro
ce
sam
ien
to
Módulo 4: Aplicación del Pre- y Co-Procesamiento en la Producción de Cemento
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