Cementipar, hulladékhasznosítás, Cementipar, hulladékhasznosítás, levegőminőséglevegőminőség

Dr. Hilger Miklóstanácsadó

MCSZ-CEMKUT

TémakörökTémakörök

• A cement és a cementipar

• A cementgyártási technológia jellemzői

• Környezeti hatások

• A cementipari hulladékhasznosítás általános kérdései

A cement stratégiai alap-építőanyag.• A globális cementigény csökkentésére, illetve a cement helyettesítésére nincs lehetőség.• A beton - a víz után - a legnagyobb mennyiségben használt anyag.

A cement

A cementipar

A cementipar:

• Tőkeigényes, stratégiai ágazat.

• Teljesítménye szoros kapcsolatban van az építőipar állapotával és a piac működésével, s így

• Tükrözi az általános gazdasági helyzet alakulását.

A cementipar

Jelentős technológiai változások voltak:• az energiahatékonyság,• a környezetvédelem,• az automatizáltság,• helyettesítő anyagok területén.

Alacsony fajlagos energiafelhasználás, magas energia hatásfok, zárt technológia, csökkenő kibocsátás.

Cementgyártás száraz eljárássalCementgyártás száraz eljárással

A cement klinker gyártó vonal, mint integrált, A cement klinker gyártó vonal, mint integrált, száraz eljárású, több fokozatú szűrő berendezésszáraz eljárású, több fokozatú szűrő berendezés

Gáz és anyaghőmérsékletek egy kalcinátoros Gáz és anyaghőmérsékletek egy kalcinátoros kemencerendszerben kapcsolt üzem eseténkemencerendszerben kapcsolt üzem esetén

Természeti erőforrás felhasználásTermészeti erőforrás felhasználás

A cementgyártás nyersanyag és energiaigényes folyamat

Nyersanyagok(száraz)

1 tonna klinkerhez felhasznált menny.

1 tonna cementhez felhasznált menny.

Mészkő, márga, agyag, agyagpala, egyéb

1,57 t 1,27 t

Gipsz anhidrit 0,05 tCement adalékanyagok 0,14 tFajlagos villamos energiafogyasztás 104 kWh/t cement

Fajlagos hőenergia-fogyasztás 3800 MJ/t klinker(3520 MJ/tklinker)

A cementgyártási technológia különösen alkalmas bizonyos A cementgyártási technológia különösen alkalmas bizonyos hulladékfajták ártalmatlanítására, hasznosítására, mert:hulladékfajták ártalmatlanítására, hasznosítására, mert:

• a főégő lánghőmérséklete kb. 2000 °C,

• a füstgáz hőmérséklet 5-7 másodpercig 1000 °C-nál magasabb,

• a savas füstgázokat a bázikus nyersliszt ellenáram nagymértékben semlegesíti,

a kemence -hőcserélő - nyersmalom rendszer tulajdonképpen öt fokozatú, száraz eljárású füstgáz tisztítónak tekinthető,

• az összes áthaladó szilárd anyag kb. 1450 °C-on “szinterelődik”,

• a távozó füstgáz hőmérséklet 100-200 °C (azaz a nehézfémek lecsapódnak és

visszamaradnak),

• a szervetlen alkotórészek kémiailag megkötődnek,

• a klinkerégető forgókemence emissziója gyakorlatilag független a hagyományos és alternatív tüzelőanyagok tulajdonságaitól és csaknem kizárólag a nyersanyagban lévő illóanyag részarányától és a magas hőmérsékletű lángban keletkező NOx-től függ.

• A bemeneti anyagáramok közötti eltérés.• A cementgyári forgókemencékben a hőmérséklet sokkal magasabb, mint a hulladékégető berendezésekben.• A füstgáz tisztítás a cementgyártási folyamat elválaszthatatlan része.• Egyéb közegbe történő szennyezőanyag kibocsátás.

A cementgyári együttégetés és a A cementgyári együttégetés és a hulladékégetési folyamat összehasonlításahulladékégetési folyamat összehasonlítása

Cementgyári hulladékhasznosítás peremfeltételeiCementgyári hulladékhasznosítás peremfeltételei

• A hulladék (melléktermék) ne károsítsa a kemence rendszert.

• Termékminőség biztosítása, a beton újrafelhasználását is beleértve.

• Csak, ha környezetvédelmi és gazdasági és fenntarthatósági szempontból jobb megoldás nem létezik.

• A cementgyári forgókemencében történő hulladék-kezelés hasznosítás jellegű, azaz ténylegesen szükséges tüzelőanyagokat, nyersanyagokat, stb. helyettesít.• A hasznosítás a megfelelő hulladék számára teljes körű ártalmatlanítást is jelent, azaz nem keletkezik további kezelést igénylő maradékanyag.

Cementgyári hulladékhasznosítás Cementgyári hulladékhasznosítás peremfeltételeiperemfeltételei

1. Alternatív nyersanyagként (mint Ca hordozó, Si- hordozó, Fe- hordozó, Al- hordozó)

2. A másodtüzelésben az előkalcinálásnál (pl. használt autógumi)

3. A forgókemence főtüzelésnél 4. A cementőrlésnél cement-kiegészítő adalék anyagként

szilárdulás szabályozóként (pl. ipari gipsz), hidraulikusan aktív cement kiegészítő anyagként (pl. kohósalak, pernye).

Az alternatív anyagok (hulladékok) felhasználási Az alternatív anyagok (hulladékok) felhasználási módja, adagolása szempontjából a cementgyártási módja, adagolása szempontjából a cementgyártási

folyamat négy lehetőséget biztosít:folyamat négy lehetőséget biztosít:

A cement klinker és egyes alternatív A cement klinker és egyes alternatív anyagok, illetve szenek kémiai összetételeanyagok, illetve szenek kémiai összetétele

Környezeti hatások a cementgyártás soránKörnyezeti hatások a cementgyártás során

• Por

• Gázhalmazállapotú emisszió (NOx, SO2,

CO2, TOC, nehézfémek, egyéb)

• Egyéb emissziók (zaj és vibráció, szag)

• Erőforrás-felhasználás (energia, nyersanyagok)

Nehézfém kibocsátás

Forrásai: a nyersanyagok, ill. nehézfém tartalmú tüzelőanyagok.• Nem vagy csak kis mértékben illékony nehézfémek.(Co, Cr, Cu,

Mn, Mo, V, Zn, ill. mint félfémek Sb, Se, Te )A klinker mátrixban megkötődnek, kioldódásuk minimális.

• A mérsékelten illékony nehézfémek (Pb, Tl, Cd) porszűrő berendezésekkel hatékonyan leválaszthatók, a rendszerbe visszavezethetők.

• Illékony nehézfémek (Pl. Hg) bevitelének minimalizálása.

Cél: Kibocsátásuk minimalizálása.

Biológiailag nem hozzáférhető formába hozásuk.

A szennyezőanyag kibocsátás függ:• a bemenő anyagáramoktól,• az együttégetési technológiától,• az üzemelési körülményektől.

Hulladék együttégetés

A klinkerégetA klinkerégető ő kemence rendszer emissziójakemence rendszer emissziója

• Gyakorlatilag független a hagyományos és alternatív tüzelőanyagok tulajdonságaitól (kivétel Hg) és

• szinte kizárólag csak a nyersanyagban lévő illóanyag részaránytól és a magas hőmérsékletű lángban keletkező NOx –

től függ.

Cementgyárból kibocsátott füstgáz emisszió (mg/Nm3) másodlagos tüzelőanyag használata esetén

Kibocsátott anyagok

Napi határérték Napi átlag: 2010.10.17.

Éves átlag Hulladék égetés Napi határértékek

Por 30 17 16 10

Nitrogén-oxidok 800 599 599 200

Kén-dioxid 50 6 6 50

Elégetlen szénhidrogén

10 2 2 10

Szén-monoxid 1500 64 94

HCI 10 2 2 10

HF 1 0 0 1

A cementgyári hulladék együttégetés egészségügyi hatása

UK Committee on the Medical Effects of Air Pollution (COMEAP):

„The burning of waste-derived fuels in cement kilns results no changes in emissions that would be of significance to human health.”

More information:http://www.advisorybodies.doh.gov.uk/comeap/

Emissziók származása a cementipari Emissziók származása a cementipari klinkerégető kemencébenklinkerégető kemencében

Emissziós paraméterek Származás

Por Bemenő anyagáramok (Porszűrő hatékonysága)

NOx Technológia (magas hőmérséklet)

CO, SO2 Nyersanyagfüggő

Nehézfémek Bevitt mennyiség (Porszűrő hatékonysága)

D/F Technológiából eredően nem jellemző

A porkibocsátás és a környezetvédelmi A porkibocsátás és a környezetvédelmi beruházások alakulásaberuházások alakulása

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997

Év

Por

kibo

csát

ás a

term

elés

%-á

ban

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Kö

rnye

zetv

édel

mi

ber

uh

ázás

ok

[mF

t]

Magyarország porkibocsátásának Magyarország porkibocsátásának százalékos megoszlása 2007-benszázalékos megoszlása 2007-ben

Cementipar: 0,25%

30%

0%

44%

1%0%

20%

5%

Lakosság Szolgáltatás Közlekedés Hőerőművek Cementipar Egyéb ipar Mezőgazdaság

NONOxx képződés a cementgyári képződés a cementgyári forgókemencébenforgókemencében

Származás Mechanizmus

Termál NOxAz égési levegő nitrogén molekuláinak oxidációja (T>1200°C)

Tüzelőanyag NOxA tüzelőanyagban lévő szerves nitrogén oxidációja

Nyersanyag NOxA nyersanyagokban lévő szerves (szervetlen) nitrogén oxidációja

Magyarország NOMagyarország NOxx kibocsátásának kibocsátásának százalékos megoszlása 2007-benszázalékos megoszlása 2007-ben

Cementipar 1,85%

5% 3%

65%

13%

2%2%9% 1%

Lakosság Szolgáltatás Közlekedés Hőerőművek

Egyéb hőtermelés Cementipar Egyéb ipar Mezőgazdaság

A CO képződés alapvető okozóiA CO képződés alapvető okozói• A tüzelőanyag égetése nem tökéletes. (Ez függ a tüzelőanyag adagolástól, égéslevegő vezetéstől, égetés szabályozástól.)

• A magas égetési hőmérséklet miatt CO « CO2

kémiai egyensúlya a CO felé tolódik el.

• A nyersanyagok szerves alkotórészei a ciklon hőcserélőben uralkodó hőmérsékleten felszabadulnak és a keletkező szerves összetevők egy része CO-dá oxidálódik. A hőcserélő ezen részén nem elég magas a hőmérséklet a szénmonoxid CO2-dá oxidálásához.

Magyarország CO kibocsátásának Magyarország CO kibocsátásának százalékos megoszlása 2007-benszázalékos megoszlása 2007-ben

Cementipar: 0,5%

4% 0%

83%

2%1%1%9% 0%

Lakosság Szolgáltatás Közlekedés Hőerőművek

Egyéb hőtermelés Cementipar Egyéb ipar Mezőgazdaság

Magyarország SOMagyarország SO22 kibocsátásának kibocsátásának százalékos megoszlása 2007-benszázalékos megoszlása 2007-ben

Cementipar: 0,32%

30%

1%1%

12%0%0%

53%

3%

Lakosság Szolgáltatás Közlekedés Hőerőművek

Egyéb hőtermelés Cementipar Egyéb ipar Mezőgazdaság

• A cementgyári hulladék együttfeldolgozás BAT.• Elsődleges nyers- és fosszilis tüzelőanyagokat vált ki.• Nem okoz járulékos környezetterhelést.

(Az NOx kibocsátás csökken.)• Nem keletkezik pernye, salak.

A cementipari hulladékhasznosítás általános kérdései

• A klinker mátrixban megkötött hulladék összetevők stabilak, kioldódásuk minimális.• Az EU hulladékhasznosítási kötelezettségek kisebb ráfordítással teljesíthetők.• A hulladékok mennyisége, az optimális üzemi körülmények biztosításával, változhat.• Az újrafeldolgozó háttériparhoz is csatlakozik.

A cementipari hulladékhasznosítás általános kérdései

A cementipari hulladékhasznosítás általános kérdéseiKeretfeltételek

• Lerakási és égetési költségek;• Klíma politika;• Talajvédelmi politika;• Kötelező visszagyűjtési arányok;• Stb.

Legkritikusabb elem a gazdasági feltételek biztosítása.

Az alternatív lehetőségek valódi költségeik szerint legyenek „beárazva.”

A cementipari hulladékhasznosítás általános kérdéseiKörnyezeti szabványok

• A hulladékáramoknak a legjobb eljáráshoz történő irányítása. (LCA, LCT)

• Létesítmény megfelelőségi szabványok. (IPPC (IED))• A hulladékkezelési eljárás hatékonysága. (Energia

hatékonyság, minimum követelmények stb.)• A hasznosított termék minősége.

• Megelőzés > újrahasználat > újrafeldogozás > energetikai hasznosítás > lerakás.• Szempontok: a környezet védelme és a működőképesség és a fenntarthatóság, az ipari versenyképesség és a foglalkoztatás biztosítása.• Az EU környezetvédelmi célok, hasznosítási arányok teljesítése, összhang az EU jogrendjével és gyakorlatával.

Hulladékgazdálkodási rendszer Általános kérdések

Ipari ökológia• Partner szervezetek egy csoportja közötti üzleti

kapcsolat, melyben azok felhasználnak, vagy szolgáltatnak anyagokat, illetve energia hordozókat, melyeket nem lehet újra felhasználni, vagy újra feldolgozni abban a folyamatban, amelyben képződnek.

• Alkalmazásával a jelenlegi lineáris, nyílt ipari folyamatok zárt láncú rendszerré alakíthatók, ahol a hulladék új folyamatok bemenetévé válhat.

Ipari ökológiaA végső cél: egy fenntartható ipari ökorendszer

megvalósításának irányába történő elmozdulás, melynek fő jellemzői:

• Partnerség fenntarthatósági célokkal, aktív együttműködéssel.

• A résztvevők, a társadalom és a környezet számára is előnyös.

• A hulladékgazdálkodási hierarchia alkalmazása, rendszerelemzési módszerekkel (LCA, LCT) meghatározott kivételekkel.

• Költséghatékony innováció.

Szennyvíziszap.• Várható mennyisége 2015-re kb. 1 millió t (18-25% szat)• A komposztálással történő hasznosítás korlátai:• 49/2001. (IV.3) Korm.r < 170kg nitrogén/ha/év szántóföldre

szennyvíz iszap komposzt (szvik) mennyisége < 10 t szárazanyag/ha/év Ennek nehézfém terhelése (szvik határértékekkel számolva): 4 kg ólom; 3,5 kg króm; 7,5 kg réz; 1kg nikkel; 50g Hg/ha/év.

• Legalább kétszeres mennyiségű zöldhulladékkal kellene keverni a szennyvíziszapot a megfelelő termikus folyamatok beindításához nincs ennyi zöldhulladék.

Szennyvíziszap.

• A szvik minőségét általában nem vizsgálják folyamatosan. (Komposzt minőségi követelmények 36/2006 FVM rendelet a termésnövelő anyagoknál)

• Szintetikus anyagok (mosó-, tisztítószerekből, gyógyszerekből, antibiotikumokból, hormontartalmú vegyszerekből, illatosítókból stb.) valamint ezek bomlási termékeiből keletkező szerves anyagok Svájcban 2006-tól mezőgazdasági hasznosításuk tilos!

• Átfogó nemzeti stratégiára van szükség.

Dr. Hilger Miklós

Tel: 388 2362; 250 1629Fax: 368 7628

E-mail: hilgerm@mcsz.hu

Köszönöm szíves figyelmüket!Köszönöm szíves figyelmüket!

Szennyvíziszap

• Forrás: Kukabúvár 2008. nyári szám;

Dr. Alexa László: Szennyvíziszapok kezelése komposztálással (Biohulladék 3. évf. 1. sz.)

Community strategy concerning mercury (2005.)

• Kibocsátási határértékek az érintett tevékenységeknél.• Kötelező kibocsátást csökkentő technika a krematoriumoknál.• Higany export tilalom 2010-től.• A felesleges higany biztonságos tárolása.• A fogorvosi amalgám-hulladék ellenőrzése és kezelése.• A fogorvosi amalgámoknál a higanyfelhasználás tilalma.• A mérő- és szabályozó berendezéseknél a higanyfelhasználás

tilalma, amennyiben biztonságosan helyettesíthető.

Körfolyam jelenségek előkalcinátoros Körfolyam jelenségek előkalcinátoros kemence eseténkemence esetén

Kizárólag a feltételezett kibocsátási tényezőn alapuló EPA D/F emisszió becslés bizonytalansága

PERCENTAGE OF MERCURY EMISSIONS BY SECTOR IN EU27 AND

OTHER EUROPEAN COUNTRIES, 2000

Cement Production16%

Coal Combustion – other

24%

Coal Combustion – power plants > 50

MW27%

Other9%

Waste Disposal

8%

Pig Iron & Steel5%

Non-Ferrous Metals-Zinc5%

Oil Combustion1%

Non-Ferrous Metals-Lead1%

Chlor-Alkali4%

(source: Pacyna et al, 2003)

MERCURY EMISSIONS FROM CEMENT INDUSTRY

Consultation document (section 6.2)

Pacyna et al. (2003)

EU 27 22,61 tonnes/year 16% emissions to air

Consultation document (section 6.4)

EPER 2001 EU 15 2,646 tonnes including lime, glass, minerals and ceramics of which 2.425 tonnes from cement

Calculation by CEMBUREAU based on the following assumptions:0.02 mg/Nm3 and 2300 Nm3/t clinker

2001 EU 15 5.6 tonnes

CEMBUREAU 7.8 tonnes