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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

2 © 2008 Geocycle (España), S.A.

¿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

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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


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.


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.


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.


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


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)

111

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


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%


Indice

• El proceso cementero como principal consumidor de los combustibles

Alternativos










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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


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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• Línea de Sólidos (CSS)

3. Mezcla con serrín vegetal

4. Afinado y almacenamiento

5. Serrín impregnado


Recepción, análisisy clasificación

Descarga y homogeneización

Expedición del producto final


• Línea de Líquidos (CLS) :

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Indice


Alternativos











• 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


Indice


Alternativos










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Tratamiento de aire de proceso de la plataforma de Albox

• … Para garantizar que las emisiones cumplen con los requerimientoslegales


Captaciones de aire, línea CSS

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Conducción desde:

• tanques

• cisterna

Captaciones de aire, línea CLS


Tratamiento del aire por Oxidación térmica y …

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…Posterior Neutralización de gases


Indice


Alternativos









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Indice


Alternativos











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


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


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


Alternativos











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


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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