Coprocessamento

PANORAMA DO COPROCESSAMENTO BRASIL 2015

A correta destinação dos resíduos representa um dos maiores desafios para 0 desenvolvimento sustentável da sociedade contemporânea. O crescimento populacional e o constante desenvolvimento das indústrias exigem soluções definitivas para o manejo adequado dos materiais inservíveis e passivos ambientais. A indústria do cimento oferece o coprocessamento como técnica de gestão de grande variedade de resíduos para minimizar os impactos ambientais de outros ramos industriais.

Coprocessamento é a tecnologia de queima de resíduos em fornos de cimento que não gera novos resíduos e contribui para a preservação de recursos naturais, por substituir matérias primas e combustíveis tradicionais no processo de fabricação do cimento.

O coprocessamento no processo da fabricação de cimento.

Calcário e argilas são as matérias primas tradicionais que são queimadas nos fornos de cimento para obtenção do clínquer, que depois de resfriado e devidamente moído com outras adições resultam nos diferentes tipos de cimento portland. No coprocessamento destroem-se os resíduos e economizam-se matérias primas e combustíveis, contribuindo para a sustentabilidade.

Grande variedade de resíduos substitutos de combustível

• Lama com alumina (alumínio)
• Lamas siderúrgicas (ferro)
• Areia de fundição (sílica)
• Terras de filtragem (sílica)
• Refratários usados (alumínio)
• Resíduos da fabricação de vidros (flúor)
• Gesso, Cinzas e Escórias Solventes, resíduos oleosos e resíduos têxteis
• Óleos usados (de carro e fábricas)
• Pneus usados e resíduos de picagem de veículos
• Graxas, lamas de processos químicos e de destilação
• Resíduos de empacotamento e de borracha.
• Resíduos plásticos, de serragem e de papel
• Lama de esgoto, ossos de animais e grão vencidos

Coprocessamento de pneus inservíveis

Os pneus expostos a céu aberto podem levar até 100 anos para se degradar e representam um problema ambiental e de saúde pública, pois propiciam o aparecimento de focos da dengue e estão sujeitos a riscos de incêndios. O coprocessamento é a melhor alternativa de destruição definitiva de pneus inservíveis. Um único forno, com capacidade de produção diária de mil toneladas de clínquer, pode consumir até cinco mil pneus por dia.

Fornos de cimento: Os fornos de cimento reúnem as condições adequadas e necessárias para a destruição de resíduos por meio do coprocessamento.

• Altas temperaturas e longo tempo de residência
• Alta turbulência dos gases
• Ambiente alcalino e oxidante
• Estabilidade térmica
• Utilização de tecnologias e instalações existentes
• Destruição total, sem geração de novos resíduos

Vantagens do Coprocessamento

• Eliminação definitiva, técnica e ambientalmente segura dos resíduos
• Substituição de recursos energéticos não renováveis
• Ferramenta sustentável para gestão de resíduos
• Preservação de jazidas
• Redução da pegada ambiental das atividades extrativas
• Destruição dos pneus velhos hospedeiros dos mosquitos da dengue
• Redução das emissões de CO2
• Geração de novos empregos

Legislação do Coprocessamento

• Federal Resolução CONAMA 264/99-Coprocessamento em Fornos de Clinquer
• Resolução CONAMA 316/02 -Sistemas de Tratamento Térmico – dioxinas e furanos
• Resolução CONAMA 258/99 Pneus 2002

Em 2014, das 60 plantas integradas que possuíam fornos rotativos para a produção de clínquer, 37 delas estavam licenciadas para o coprocessamento de resíduos, representando 62% do parque industrial brasileiro de produção de cimento.

Resíduos coprocessados em 2014

• Os resíduos coprocessados em 2014 representaram a eliminação de um passivo ambiental de 1,12 milhão de toneladas.
• Os resíduos coprocessados como substitutos de matérias-primas representam 20% (231.000 t) e aqueles com potencial energético correspondem a 80% (891.000 t) do total coprocessado.
• Os pneus constituem 24% (265.500 t) do total, equivalentes a 53 milhões de pneus de automóveis inservíveis retirados do ambiente (1 t = 200 pneus).
• A substituição térmica decorrente do uso de combustíveis alternativos no ano de 2014 é de 8,1%.
• Entre o ano 2000 e 2014 houve aumento na destruição de resíduos em fornos de cimento na ordem de 374%.

Constata-se evolução da quantidade de resíduos utilizados ao longo dos anos, ocorrendo um grande avanço a partir de 2006, atingindo atualmente patamares de mais de 1 milhão de toneladas de resíduos coprocessados por ano.

Perfil dos resíduos coprocessados

Em 2014, a utilização de resíduos em fornos de clínquer utilizados como combustível alternativo representou 80% dos resíduos destruídos e 20% como matéria prima alternativa.

Incineração:

Processo de oxidação térmica, conduzido sob condições controladas, em um equipamento projetado para essa
finalidade, visando a eliminação e redução de volume dos resíduos, resultando em compostos simples e cinza.

LEGISLAÇÃO:

Resolução CONAMA n° 264/99 – dispõe sobre o licenciamento de fornos rotativos de produção de clínquer para atividade de coprocessamento de resíduos;
Resolução CONAMA n° 316/2002 – dispõe sobre procedimentos e critérios para o funcionamento de sistemas de tratamento térmico de resíduos;
Resolução CONSEMA n° 002/2000 – dispõe sobre o coprocessamento de resíduos em fornos de clínquer;
Resolução CONSEMA n° 009/2000 – dispõe sobre a incineração de resíduos de serviços de saúde no Estado do Rio Grande do Sul, classificados como infectantes;

PREMISSAS BÁSICAS

• Resíduos enquadrados como substitutos de matéria-prima, fundentes e de combustíveis;
• Emissões atmosféricas que não comprometam a qualidade ambiental;
• Unidades produtoras de clínquer licenciadas pelo órgão ambiental competente;
• Não alterar a qualidade do cimento;
• Fornecimento regular do resíduo;
• Agregar valor.

Avaliações Técnicas Importantes:

1. Estudo de Viabilidade de Queima;
2. Proposta de Coprocessamento;
3. Teste em Branco;
4. Teste de Queima;

Planos Complementares:

1. Armazenamento de resíduos;
2. Atendimento a emergências;
3. Treinamento de pessoal;
4. Análise de Risco.

COPROCESSAMENTO DE RESÍDUO COMO SUBSTITUTO DE MATÉRIA-PRIMA

• Apresentar características similares as matérias primas empregadas na produção de clínquer, incluindo neste caso os materiais mineralizadores ou fundentes;
• Presença de óxidos de cálcio, silício, alumínio e ferro;
• Presença de mineralizadores (Zn, F, Ba e Fosfatos), facilitam as reações de clinquerização.

COPROCESSAMENTO DE RESÍDUOS COMO SUBSTITUTO DE COMBUSTÍVEL

• Poder calorífico inferior deve ser maior que 2700 kcal/kg = 11.300 kJ/kg (base seca), correspondente a casca de arroz (alternativo)/ Resolução CONSEMA/RS;
• O resíduo deverá comprovar ganho energético para o processo/Resolução CONAMA;
• “Blending” > poder calorífico inferior superior a 1700 kcal/kg para cada componente da mistura;
• Alimentação do resíduo, preferencialmente, na extremidade quente do forno rotativo (zona de combustão primária) – temperatura dos gases 2000ºC;
• Possibilidade de alimentação em outro ponto do sistema forno, em função da composição físico-química do resíduo (zona de combustão secundária (850ºC a 1200°C)
• RESÍDUOS PROIBIDOS:

MONITORAMENTO AMBIENTAL NÃO CONTÍNUO:

Chaminé:

• material particulado, SOx, NOx, PCOPs, HCl/Cl2, HF e elementos e substâncias inorgânicas (metais);

MONITORAMENTO CONTÍNUO:

Pressão interna e temperatura dos gases do sistema forno e na entrada do precipitador eletrostático, vazão de alimentação do resíduo, material particulado (através de opacímetro), O2, CO, NOx e hidrocarbonetos totais (THC) na chaminé.

Limites Máximos de Emissão para Co-processamento:

Funcionamento de uma Cimenteira; Breve descrição do processo

O cimento é um material existente na forma de um pó fino, com dimensões médias da ordem dos 50 µm, que resulta da mistura de clínquer com outros materiais, tais como o gesso, pozolanas, ou escórias siliciosas, em quantidades que dependem do tipo de aplicação e das características procuradas para o cimento. O cimento é a mistura de clínquer e gesso. O clínquer, o principal constituinte do cimento, é produzido por transformação térmica a elevada temperatura em fornos apropriados, de uma mistura de material rochoso contendo aproximadamente 80% de carbonato de cálcio (CaCO3), 15% de dióxido de silício (SiO2), 3% de óxido de alumínio (Al2O3) e quantidades menores de outros constituintes, como o ferro, o enxofre, etc. Estes materiais são normalmente escavados em pedreiras de calcário, ou margas, localizadas nas proximidades dos fornos de produção do clinquer.

A matéria prima é misturada e moída finamente, e submetida a um processo de aquecimento que leva à produção final do clinquer. 

Entre temperaturas de 500-900 ºC procede-se à descarbonatação do material calcário, que consiste na calcinação, com produção de oxido de cálcio (OCa) e libertação de CO2 gasoso. A temperaturas entre os 850 e os 1250 ºC dá-se asinterização, reação entre o óxido de cálcio e as substâncias silico-aluminosas, com a formação do produto final o clinquer, constituído por silicatos di-cálcicos (2CaO.SiO2), aluminatos tri-cálcicos (3CaO.Al2O3) e ferro-aluminatos tetra cálcicos (4CaO.Al2O3.Fe2O3).

A temperatura na zona perto da saída do clínquer pode atingir os 2000 ºC, na chama do queimador.

Existem dois tipos principais de instalações de produção de clínquer: por via úmida e por via seca. Nas unidades por via úmida a matéria prima é moída juntamente com água sendo fornecida ao forno na forma de lama ou pasta. Os fornos de via seca não usam água para moer a matéria prima é fornecida ao forno na forma de um pó fino, a farinha crua. Como são pouquíssimas as fábricas que funcionam por via úmida, iremos referir-nos somente ao processo por via seca.

Nos sistemas por via seca a matéria prima, proveniente normalmente de pedreiras locais, que passa pela primeira britagem e é misturada com outros materiais, como areia, minério de ferro, argila, alumina, cinzas de Centrais Térmicas, etc., de modo a obter uma composição otimizada para a produção de clínquer. A matéria prima é em seguida moída finamente em moinhos de cru de vários tipos. Em muitos processos os próprios gases de combustão servem para separar e arrastar o material já moído, a farinha, conduzindo-o para sistemas de separação e despoeiramento, sendo os gases expelidos para o exterior e a matéria prima conduzida ao forno para tratamento térmico.

O clínquer é, normalmente, armazenado em depósitos de grandes dimensões e posteriormente moído em moinhos de bolas, onde se juntam os aditivos, como o gesso e outros, formando os diversos tipos de cimentos.

A energia necessária à secagem, calcinação e sinterização do clinquer, ou clinquerização, é obtida pela queima de uma variedade de combustíveis, como o o carvão mineral e o coque de petróleo (pet-coque). Outros combustíveis também usados na Europa são o fuel, o gás natural e combustíveis alternativos como pneus usados, papel velho, resíduos de madeira etc. Uma fração importante da energia térmica libertada na combustão é utilizada para a descarbonatação do calcário, que é uma reação endotérmica. Assim uma tonelada de clinquer necessita de um mínimo de 1700-1800 MJ.

No forno rotativo principal existem assim, pelo menos, duas zonas, uma inicial de calcinação e outra final declinquerização. Os gases resultantes da combustão têm nestes fornos, tempos de residência de 4-6 segundos a temperaturas acima dos 1200 ºC, saindo pela chaminé com valores da ordem dos 150-250 ºC.

Para evitar fugas de material e produtos de combustão ao longo do sistema, toda a linha funciona em subpressão, sendo o movimento dos fluidos gasosos efectuado pelo vácuo gerado por ventiladores colocados na parte inicial da linha, imediatamente antes da chaminé.

Coprocessamento em cimenteiras
Os fornos de cimento reúnem algumas características que os recomendam como possíveis instalações para a eliminação de resíduos perigosos, principalmente se esses resíduos forem combustíveis e puderem ser destruídos por reação com o oxigênio atmosférico. Dado o seu caráter perigoso a queima destes resíduos tem de ser realizada de modo que a sua remoção e destruição (DRE- Destruction and Removal Efficiency) seja elevada. Usualmente as Normas para o tratamento térmico de resíduos perigosos impõem DRE melhores que 99,99% (ou 99,9999% para dioxinas/furanos).

Os gases no forno de clínquer atingem temperaturas máximas de 2000 ºC no queimador principal e permanecem a temperaturas acima dos 1200 ºC por períodos de 4-6 segundos. Por sua vez o clínquer sai do forno a temperaturas na ordem dos 1450 ºC. Estas temperaturas são das mais elevadas encontradas em qualquer processo industrial e o tempo de residência dos gases a alta temperatura é também bastante superior ao conseguido em outros processos de combustão alternativos, como a incineração dedicada. Assim um forno de clínquer é um local com condições ótimas para uma queima ou destruição eficaz de qualquer resíduo orgânico que se possa oxidar/decompor com a temperatura.

Devido à quantidade elevada de matéria prima existente no interior do forno, este tem uma inércia térmica superior ao de muitas outras instalações industriais a alta temperatura. Nos fornos de cimento as variações de temperatura são lentas e mais facilmente controláveis. Esta característica é vantajosa quando se queimam substâncias com composição e poder calorífico variável como são os resíduos industriais.

É necessário tomar algumas precauções em relação ao modo como o material é adicionado ao forno. O local de injeção mais apropriado é o queimador principal junto à saída do clínquer, porque nestas condições a temperatura e o tempo de residência são maximizados. Substâncias líquidas ou sólidos triturados são normalmente queimados neste ponto do forno.

Os resíduos têm de chegar à unidade fabril com uma composição conhecida e com uma uniformidade em composição e granulometria especifica .

Resumindo, o coprocessamento em cimenteiras apresenta as seguintes vantagens:

1. Altas temperaturas e longos tempos de residência: mais de 5″ > 1800 °C
2. Elevado índice de destruição: Orgânicos totalmente destruídos; Metais incorporados e fixados no produto final
3. Processo com auto-lavagem de gases: A cal representa > 60% em massa
4. Dupla valorização de produtos orgânicos e minerais
5. Alta eficiência e Recuperação: total 1 MJ resíduo = 1 Mj fuel tradicional
6. Redução das emissões globais: CO2 global é reduzido

O coprocessamento oferece diversas vantagens:

• Eliminação definitiva, de forma ambientalmente correta e segura, de resíduos perigosos e passivos ambientais;
• Preservação de recursos energéticos não-renováveis pela substituição do combustível convencional e pela incorporação na massa do produto, em substituição a parte de matérias primas que compõem a fabricação do cimento, sem alteração de suas características e atendendo às normas internacionais de qualidade;
• contribuição à saúde pública, por exemplo, no combate aos focos de dengue (com a destruição de pneus velhos).
• A queima de resíduos em fornos de cimento é amplamente explorada nos Estados Unidos, na Europa, e em expansão na América Latina. A Noruega, por exemplo, usa o co-processamento como método oficial de destruição de resíduos perigosos do país.
• O setor cimenteiro no Brasil possui uma capacidade crescente de queima que pode chegar a até 1,5 milhão de toneladas de resíduos eliminados anualmente.

Consumo de energéticos

Os níveis médios de consumo específico de energia térmica e elétrica na indústria do cimento brasileira encontram-se, respectivamente, em 825 kcal por kg de clínquer e 107 kWh por tonelada de cimento.
Esses valores encontram-se abaixo daqueles apresentados pelos EUA e principais produtores da União Européia, demonstrando a eficiência energética da indústria nacional.

Emissão de Gás carbônico

O controle das emissões de CO2, um dos principais gases causadores do efeito estufa, representa um dos maiores desafios do setor na área de meio ambiente. A indústria do cimento contribui com aproximadamente 5% das emissões antrópicas de gás carbônico do mundo.

Os esforços da indústria nacional têm resultado em progressos significativos, mediante a adoção de processos de produção mais eficientes e com menor consumo de energéticos.

Ao mesmo tempo, a utilização de adições misturadas ao clínquer, como a escória de alto forno, também contribuiu para a redução das emissões de CO2 por tonelada de cimento, uma vez que este poluente se forma durante a produção do clínquer.

Com isso, o Brasil atingiu atualmente um fator de emissão de aproximadamente 610 kg CO2 / ton Cimento, bem abaixo de países como a Espanha (698 kg CO2 / ton Cimento), Inglaterra (839 kg CO2 / ton Cimento) e China (848 kg CO2 / ton Cimento). (Fonte: Oficemen 2003 / Polysius China).

Tripé de Sustentabilidade

1-Tecnologia Viável:

3-Economicamente Interessante

O Coprocessamento no Mundo
Há cerca de uma década a co-incineração, ou o co-processamento de resíduos em fornos de unidades cimenteiras é praticada extensivamente e de forma segura em doze países da união Europeia, nos Estados Unidos, no Japão e na Suíça, utilizando os resíduos pré-tratados como combustível alternativo.

Na UE, cerca de 150 fornos dos 450 existentes em 250 unidades cimenteiras recorrem a combustíveis alternativos num total de material equivalente a cerca de 3 milhões de toneladas de carvão por ano, o que corresponde, em média, à substituição de combustível normal em 20%; espera-se que nos próximos anos este quantitativo aumente para o dobro (The Use of Industrial Waste as Alternative Fuels in the Cement Industry, Institute for the Diversification and Saving of Energy, DIS-1289-97-ES, “New solutions in energy utilization”, European Commission, Espanha, 2000).

Na Alemanha todas as cimenteiras operam com coprocessamento e em países desenvolvidos como a Alemanha, Áustria, Bélgica e França o combustível alternativo chega a ultrapassar os 50% dos combustíveis normais, carvão e pet-coke (cerca de 40% cada), fuel e gás natural. Na França o coprocessamento cresce a um ritmo de 5% ao ano, tendo a sua evolução entre 1989 e 1999 correspondendo a um acréscimo de 84%; a incineração dedicada se estabilizou neste período.

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Postado em:
2 out 2010 às 17:52hs