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© 2008 Geocycle (España), S.A.
Preparación de combustibles alternativos a partir de residuos y su valorización en cementera.
José Javier Alández
Desarrollo de Negocios
Geocycle (España), S.A.
Octubre de 2010. Jornada Eco-Innovación en la gestión de residuos
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¿Quienes Somos?
• Geocycle España es una empresa especializada en el Servicio de gestión de residuos valorizables que pertenece al Grupo cementero Holcim.
• Holcim España desarrolla su actividad en los sectores:
• Cemento
• Hormigones y Morteros
• Canteras y Áridos
• Combustibles Alternativos a partir de Residuos
• La actividad en España está desarrollada por un equipo de más de 1.800 personas y alcanza una cifra de negocio superior a los 650 MM €.
• A nivel internacional Holcim viene desarrollando su actividad desde 1912 y actualmente tiene presencia en 70 países, siendo el Líder Mundial de la Valorización de residuos con más de 2 Mio. Tm/año valorizadas energéticamente.
• http://www.holcim.es
• http://www.geocycle.es
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¿Dónde estamos?
Delegación Cataluña
Delegación Levante
Delegación Norte
Delegación Centro
Delegación Sur-Portugal
(1)
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Delegación Cataluña
Delegación Levante
Delegación Norte
Delegación Centro
Delegación Sur-Portugal
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INFRAESTRUCTURAS
PRODUCTOS
SERVICIOS
ELIMINACIÓN
EMISIONES
PROCESOS
DE
PRODUCCIÓN
El uso sostenible de los recursos
RECURSOS NATURALES
REUTILIZACIÓN RECICLAJE Y VALORIZACIÓN
EMISIONES
EMISIONES
RESIDUOS
USO
Y
CONSUMORECURSOSALTERNATIVOS
GESTIÓN
DE
RESIDUOS
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Jerarquía de gestión de residuos de la UE
Prevención
Reutilización
Reciclaje de materiales
Valorización energética
Valorización
Cem
entera
Incineración
Vertido
Elim
inación
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Conceptos clave de la valorización en cementera
• Valorización: Todo procedimiento que permita el aprovechamiento de los recursos contenidos en los residuos sin poner en peligro la salud humana y sin utilizar métodos que
puedan causar perjuicios al medio ambiente. Valorización energética… si hay aporte neto positivo de energía al proceso, en cementera a partir de 1.500 kcal/kg. Objetivo ahorrar recursos naturales.
• La valorización en cementera es posible gracias a las elevadas Tª y tiempos de residencia de gases en el proceso. La valorización no produce residuos.
• Para valorizar hay que ser Gestor Autorizado: AAI, controles analíticos, instalaciones de almacenamiento y dosificación, controles de emisiones.
• La valorización tiene limitaciones técnicas: compuestos que puedan
afectar negativamente al proceso, a la calidad del clinker o a las emisiones.
• La valorización requiere flujos homogéneos de combustible: en la mayoría de las ocasiones los residuos necesitan de un pretratamiento previo que garantice la estabilidad del proceso.
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Indice
• El proceso cementero como principal consumidor de los combustibles Alternativos
� Características del proceso
• Plataformas de Preparación de Combustibles Alternativos
� Procesos de fabricación
� Controles analíticos
� Controles Ambientales: sistemas de tratamiento de aire
• Otras instalaciones de pretratamiento y valorización de residuos
� Instalaciones de Secado y valorización de lodos de depuradora
� Instalaciones de preparación y valorización de Fluff
• Ventajas de la valorización en Cementera.
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La fabricación del clinker
Harina Cruda• CaO/CaCO3
• SiO2
• Fe2O3
• Al2O3
Clinker • C4AF• C3A• C2S• C3S
Combustibles
Gases• CO2
• Otros
Depuración de gases• Reacción con CaO• Filtro
Sin cenizas• Todo el mineral en el productofinal
Quemador principal
• Gases de combustión:
• 1800-2200°C
• Tiempo de residencia: >4-6seg
• Clinker: 1450°C > 15 min.
Precalentador/Precalcinador• Gases: 900 -1200 °C• Harina cruda: >800 °C
Condiciones de operación
Deshidratación/precalentado
Calcinación/descarbonatac.
(600- 900 ºC)
Clinkerización 1450 ºC
Enfriamiento y cristalización
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Consumos necesarios para fabricar 1 Mill. t de cemento
• 1,5 Mill. t de materias primas (caliza, sílice, hierro,...)
• 105.000 t de combustibles (carbón, petcocke,...)
• 110 Mill Kwh de energía eléctrica
La fabricación de cemento requiere una cantidad importante de recursos naturales no renovables. El alto consumo energético es un factor determinante en el proceso.
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Principales características de un horno de Cemento
• Capacidad de aprovechamiento energético próxima al 100 %
• Potente combustión
� Temperatura de llama de 2.000 ºC
� Largos tiempos de residencia de los gases a altas temperaturas (> 5 sg.)
� Los compuestos orgánicos son totalmente destruidos
• Minimización de Residuos
� No se producen cenizas ni escorias porque se incorporan al clínker
• Medidas anticontaminantes
� El cloro y el azufre se retienen en los sólidos del proceso debido a la
naturaleza alcalina del mismo.
• Control del proceso y de las emisiones
� Equipos de limpieza de gases.
� Medición en continuo y controles por entidades externas acreditadas
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El proceso de fabricación de cementopermite la valorización de residuos
Reciclado: materiales secundarios en la formulación del crudo
Valorizaciónenergética
Reciclado: materiales secundarios en la fabricación del cemento
•Valorización Energética: PCI>6MJ/kg; ausencia de compuestos que afectan negativamente al proceso y a las emisiones
•Reciclado Material: si residuo contiene al menos un 40-60% de los principales Constituyentes del cemento: CaO, Si02, Al2O3, Fe2O3, SO3.
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Volumen de generación de residuos susceptibles de ser usados como combustibles y materiales alternativos
Combustibles Combustibles fosilesfosiles(carb(carbóón,n, petcokepetcoke, gas), gas) 20-25 Mt 250-300 Mt
MaterialesMateriales residualesresidualesorgorgáánicosnicos
Recursos Recursos mineralesminerales(caliza,(caliza, ssíílice,lice, hierrohierro,...),...) 120-150 Mt 300-500 Mt
MaterialesMateriales residualesresidualesmineralesminerales
AditivosAditivos al al cementocemento(Yeso,(Yeso, puzolanapuzolana, , fillerfiller calcareo)calcareo) 50-80 Mt 150-200 Mt
SubproductosSubproductosmineralesminerales
Recursos Recursos naturalesnaturalesparapara producirproducir cementocemento
Consumoanual
MaterialesMateriales residualesresidualesalternativosalternativos
Producciónanual
Datos correspondientes a la Unión Europea
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Material
Arenas de fundición hierro/síliceEspumas de azucarera calizaLodos de depuradora alúmina/síliceEscorias de horno alto alúmina/sílice
Cenizas volantes alúmina/síliceLodos de papelera calizaCenizas de pirita hierroCatalizadores alúmina/sílice
Tierras de filtración alúmina/síliceLimaduras férricas hierroYeso artificial sulfato cálcico
Kcal/Kg
Polietileno 11.000Poliestireno (fibra) 9.500Goma, caucho 8.500Aceites usados 8.500Neumáticos usados 6.500Disolventes 5.000Lodos de pintura 4.500Polvo de pintura 4.500
Cáscaras de cacahuete 4.300Harinas de animal 3.800Serrín vegetal 3.500Lodos de depuradora 3.200
Combustibles alternativos Materias primas alternativas
Ejemplos de combustibles y materiales alternativos y sus aportaciones energéticas
Emisiones neutras de CO2
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Limitaciones al uso de combustibles alternativos
• Oxido de magnesio
� Maximo 2 %; por encima aparece MgO (periclasa), reacciona con el agua de fraguado formando Mg(OH)2, que provoca grietas: la expansión por la magnesia.
• Azufre
� El exceso de azufre puede dar lugar a la formación anillos de costra en el horno rotatorio. El azufre del combustible se transforma en sulfatos que se retienen en el clínker. En el cemento es necesaria una cierta cantidad de sulfato cálcico (yeso molido) para regular el tiempo de fraguado . Maximo 2,5 a 4 %.
• Cloro
� reacciona con los álcalis y forma cloruros que son transportados por los gases y precipitan en el intercambiador de calor. Hornos de vía seca a unos 300 mg de Cl por kg. de clínker
• Fosforo
� Contenidos mayores del 0,5 % P2O5, pueden provocar fuertes retrocesos en las características del cemento, particularmente en la resistencia inicial.
• Metales pesados
� la mayoría de los Metales se retienen en el Clinker. Para el caso del Sb, As, Ba, Be, Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Se, Ag, V y Zn se han medido porcentajes de retención en los sólidos del proceso de más del 99 % . En el caso de metales más volátiles, como el Hg y el Tl, los porcentajes de retención son menores, lo que obligará a controlar su concentración en las materias primas y en los combustibles.
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CONSUMO DE COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS EN LA INDUSTRIA CEMENTERA DE VARIOS ESTADOS EUROPEOS (Datos de 2002 a 2007)
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34
66
1518
2933
4445
475151
79
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
POLONIA
PORTUGAL
GRECIA
FINLANDIA
DINAM ARCA
ESPAÑA
ITALIA
REINO UNIDO
M EDIA UE
SUECIA
FRANCIA
BÉLGICA
NORUEGA
SUIZA
ALEM ANIA
AUSTRIA
HOLANDA
España no aprovecha las posibilidades de valorización de residuos del proceso cementero
% de energía que procede de la valorización residuos
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España no aprovecha las posibilidades de valorización de residuos del proceso cementero
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Combustiblesalternativos:
• Serrín impregnado
• Pinturas , tintas,…
• Neumáticos usados
• Plástico y celulosa
• Asfaltos y grasas industriales
• Aceites e hidrocarburos
• Lodos oleosos
• Disolventes
El 21% de la energía térmica empleada por Holcim España para fabricar cemento en 2009 procedía de residuos
Alternativos21%
Combustibles tradicionales:
• Coque de petróleo
• Carbón
• Fuel oil
Coque71% Carbón
7%
Fuel<1%
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Indice
• El proceso cementero como principal consumidor de los combustibles
Alternativos
� Características del proceso
• Plataformas de Preparación de Combustibles Alternativos
� Procesos de fabricación
� Controles analíticos
� Controles Ambientales: sistemas de tratamiento de aire
• Otras instalaciones de pretratamiento y valorización de residuos
� Instalaciones de Secado y valorización de lodos de depuradora
� Instalaciones de preparación y valorización de Fluff
• Ventajas de la valorización en Cementera.
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• La mayoría de las empresas producen residuos en bidones. Imposible realizar la valorización del producto envasado directamente en las cementeras.
• La mayoría de las empresas producen residuos en bidones. Imposible realizar la valorización del producto envasado directamente en las cementeras.
• Se necesitan soluciones que permitan tratar residuos pastosos y sólidos, de difícil gestión actualmente
• Se necesitan soluciones que permitan tratar residuos pastosos y sólidos, de difícil gestión actualmente
• El trasvase y mezcla de líquidosdesde bidones debe hacerse en condiciones seguras
• El trasvase y mezcla de líquidosdesde bidones debe hacerse en condiciones seguras
¿ CÓMO TRATAR CORRECTAMENTE ESTE TIPO DE RESIDUOS?
¿ CÓMO TRATAR CORRECTAMENTE ESTE TIPO DE RESIDUOS?
Acondicionamiento y Pretratamiento de Residuos
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FÁBRICAS
DE CEMENTO
COMBUSTIBLES Y MATERIALES ALTERNATIVOS
PRODUCTORDE RESIDUOS
SERVICIO
GESTIÓN DE
RESIDUOS
• Domésticos• Industriales
VALORIZACIÓN / TRATAMIENTO
Acondicionamiento de residuos; La Solución
PLATAFORMA
DE
ACONDICIONAMIENTO
PLATAFORMA
DE
ACONDICIONAMIENTO
RESIDUO EN ORIGENRESIDUO EN ORIGEN PREPARACIÓNPREPARACIÓN TRATAMIENTO FINALTRATAMIENTO FINAL
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Capacidad de acondicionamiento: Plataforma de preparación CLS y CSS de Geocycle-Albox
Residuos aceptables envasados/granel
• Disolventes residuales• Pinturas y barnices• Colas, pegamentos y sellantes• Fondos de destilación• Breas y parafinas• Grasas industriales• Lodos de pinturas• Lodos de hidrocarburos y
productos pastosos• Carbón activo• Otros sólidos orgánicos Planta operativa desde Junio 2003
Superficie 92.000 m2
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1. Recepción, análisisy clasificación
La plataforma de preparación de combustibles alternativos de Albox es una solución
•Linea de Sólidos (CSS)
2. Recepción de serrín vegetal
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La plataforma de preparación de combustibles alternativos de Albox es una solución
• Línea de Sólidos (CSS)
3. Mezcla con serrín vegetal
4. Afinado y almacenamiento
5. Serrín impregnado
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Recepción, análisisy clasificación
Descarga y homogeneización
Expedición del producto final
La plataforma de preparación de combustibles alternativos de Albox es una solución
• Línea de Líquidos (CLS) :
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Indice
• El proceso cementero como principal consumidor de los combustibles
Alternativos
� Características del proceso
• Plataformas de Preparación de Combustibles Alternativos
� Procesos de fabricación
� Controles analíticos
� Controles Ambientales: sistemas de tratamiento de aire
• Otras instalaciones de pretratamiento y valorización de residuos
� Instalaciones de Secado y valorización de lodos de depuradora
� Instalaciones de preparación y valorización de Fluff
• Ventajas de la valorización en Cementera.
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• La ACEPTACIÓN de cualquier residuo estará siempre sujeta a la previa CARACTERIZACIÓN del mismo así como al ANÁLISIS DE SUS CARACTERÍSTICAS FÍSICO QUÍMICAS a fin de verificar que dicho residuo respeta los límites de aceptación de la cementera.
• En cualquier caso se excluirán de la lista potencial de aceptación los siguientes residuos:
� Productos explosivos
� Productos radiactivos o que emitan radiaciones ionizantes
� Productos susceptibles de reaccionar al mezclarlos originando mezclas detonantes o vapores tóxicos
� Productos lacrimógenos o que desprendan olores nauseabundos
� Todo producto polucionado por gérmenes patógenos
� Residuos hospitalarios de carácter infeccioso
� PCBs y PCTs
Condiciones para la Aceptación de Residuos
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Controles analíticos en las plataformas de preparación de combustibles
• Análisis:
• PCI
• % H2O
• % Cl, F. Halógenos Totales
• % azufre, % C
• Metales pesados :
(Hg,Cd,Tl,As,Sb,Ni,Cu, Co,Sn,Cu,Cr,V,Pb,Mn)
• Densidad, viscosidad, pH,
• Peróxidos, PCB´s
• Capacidad impregnación
• Compatibilidad química de los productos a mezclar
• Cenizas
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Indice
• El proceso cementero como principal consumidor de los combustibles
Alternativos
� Características del proceso
• Plataformas de Preparación de Combustibles Alternativos
� Procesos de fabricación
� Controles analíticos
� Controles Ambientales: sistemas de tratamiento de aire
• Otras instalaciones de pretratamiento y valorización de residuos
� Instalaciones de Secado y valorización de lodos de depuradora
� Instalaciones de preparación y valorización de Fluff
• Ventajas de la valorización en Cementera.
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Tratamiento de aire de proceso de la plataforma de Albox
• … Para garantizar que las emisiones cumplen con los requerimientoslegales
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Captaciones de aire, línea CSS
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Conducción desde:
• tanques
• cisterna
Captaciones de aire, línea CLS
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Tratamiento del aire por Oxidación térmica y …
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…Posterior Neutralización de gases
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Indice
• El proceso cementero como principal consumidor de los combustibles
Alternativos
� Características del proceso
• Plataformas de Preparación de Combustibles Alternativos
� Procesos de fabricación
� Controles analíticos
� Controles Ambientales: sistemas de tratamiento de aire
• Otras instalaciones de pretratamiento y valorización de residuos
� Instalaciones de preparación y valorización de Fluff
• Ventajas de la valorización en Cementera.
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Indice
• El proceso cementero como principal consumidor de los combustibles
Alternativos
� Características del proceso
• Plataformas de Preparación de Combustibles Alternativos
� Procesos de fabricación
� Controles analíticos
� Controles Ambientales: sistemas de tratamiento de aire
• Otras instalaciones de pretratamiento y valorización de residuos
� Instalaciones de Secado y valorización de lodos de depuradora
� Instalaciones de preparación y valorización de Fluff
• Ventajas de la valorización en Cementera.
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Combustibles alternativos a partir de Fluff
• FLUFF: “Fracción ligera ( papel, plástico, film, textil, poliuretano expandido, esponjas, corcho…) de tamaño < 20 mm, obtenida a partir de diferentes tipos de residuos”:
� Residuos secos de pulper
� Fracción Ligera de VFU´s
� Fracción resto de RSU
� Recortes de la industria de transformación de Celulosa
� Fracción resto de la gestión de residuos voluminosos
Combustibles Alternativos de última generación
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• Materia prima: Fracción Resto RSU bruta
Preparación de Fluff a partir de la Fracción Resto de RSU
Combustibles Alternativos de última generación
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Holcim
Alemania
Proceso de Preparación del Fluff a partir de fracción resto
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Holcim Alemania
• Producto final: Fluff de RSU
Proceso de Preparación del Fluff a partir de fracción resto
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Fluff RSU llegada a cementera
Dosificación con piso móvil Banda Pesadora
Insuflado al Calcinador
Calcinador con 2 t/h
Alimentación Fluff de RSU en la planta de Cemento (Holcim Italia)
�Producto final: Fluff de RSU : 19.500 KJ/kg, tamaño particula < 20 mm,
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Indice
• El proceso cementero como principal consumidor de los combustibles
Alternativos
� Características del proceso
• Plataformas de Preparación de Combustibles Alternativos
� Procesos de fabricación
� Controles analíticos
� Controles Ambientales: sistemas de tratamiento de aire
• Otras instalaciones de pretratamiento y valorización de residuos
� Instalaciones de Secado y valorización de lodos de depuradora
� Instalaciones de preparación y valorización de Fluff
• Ventajas de la valorización en Cementera.
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Ambien
tales
� Aprovecha residuos destinados a eliminación
� Disminuye la necesidad de recursos naturales
� Reduce las emisiones globales de gases de efecto invernadero
Socia
les
� Gestiona residuos para los que no existe solución mejor
� Evita inversiones en nuevas instalaciones
Económica
s
� Presta un servicio a un coste razonable
� Mejora la competitividad de la industria cementera
� Reduce costes en los combustibles
Ventajas de la valorización de residuos
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El vertido de residuos es una fuente importante de emisiones de GEI en España
Potencial de calentamiento para el efecto invernadero
21 CO2eq : 1 CO2eq
Generación de CO2 y Metano por fermentación del carbono en los
residuos
Vertedero
Metano : CO2
Emisiones difusas a la atmósfera
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CO2
CH4
CO2
SO2
NOx
CO2
SO2
NOx
Residuos verteder
Combustibles fósiles
Vertedero Cementeras Valorización en cementera
ResiduosCombustibles fósiles
Ejemplo: Emisiones de 1 tonelada de harina animal
� vertedero : 5,3 t de CO2 equivalente
� cementera : 1,3 t de CO2 ( 0,2 t CO2 menos que el combustible a sustituir)
1 t CH4= 21 t CO2
GEI procedente de residuos
� emisiones: 4% del total
� incremento 2001/1990: 59%
Ventajas ambientales de la valorización: Reducción global de emisiones de gases efecto invernadero
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Conclusiones
• La fabricación de cemento es uno de los procesos industriales que mayor cantidad de recursos energéticos y materiales requiere para su desarrollo
• Cualquier actuación que suponga una reducción del consumo de combustibles tradicionales en el proceso cementero, contribuirá a alcanzar el desarrollo sostenible.
• Limitaciones: la industria cementera sólo puede utilizar aquellos combustibles alternativos que no afectan negativamente ni al proceso, ni a la calidad del clinker ni a las emisiones.
• Para garantizar la estabilidad del horno, se requiere una gran homogeneidad de los combustibles alternativos. Sólo los flujos de residuos homogéneos pueden ser alimentados directamente al horno.
• En la mayoría de los casos, los residuos requieren de diferentes técnicas de blending / pretratamiento antes de poder ser alimentados al horno como combustibles alternativos.
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