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

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.

Vantagens do Coprocessamento

Legislação do Coprocessamento

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

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

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

COPROCESSAMENTO DE RESÍDUOS COMO SUBSTITUTO DE COMBUSTÍVEL

Resíduos Domésticos

Resíduos de Serviços de Saúde

Resíduos Radiotivos

Substâncias Organocloradas

Agrotóxicos

Explosivos

MONITORAMENTO AMBIENTAL NÃO CONTÍNUO:

Chaminé:

  • Monitoramento de quaisquer outros poluentes, a exemplo de dioxinas e furanos, poderá ser fixado pelo órgão ambiental competente;
  • Particulado retido no precipitador eletrostático e no clínquer produzido: análise quanto a presença de metais;
  • Características dos resíduos fundamentada na análise de PCOP’s, elementos e substâncias inorgânicas, enxofre, flúor, série nitrogenada e cloro;

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:

Poluentes

Limites Máximos de Emissão

HCL

1,8kg/h ou 99% de redução

HF

5 mg/Nm³, corrigido a 7% de O 2 (base seca)

CO*

100 ppmv, corrigido a 7% de O 2 (base seca)

MP

0,15 kg/t farinha seca

THC (expresso como propano)

20 ppmv, corrigido a 7% de O 2 (base seca)

Mercúrio (Hg)

0,05 mg/Nm³, corrigido a 7% de O 2 (base seca)

Chumbo (Pb)

0,35 mg/Nm³, corrigido a 7% de O 2 (base seca)

Cádmio (Cd)

0,10 mg/Nm³, corrigido a 7% de O 2 (base seca)

Tálio (Tl)

0,10 mg/Nm³, corrigido a 7% de O 2 (base seca)

(As+Be+Co+Ni+Se+Te)

1,4 mg/Nm³, corrigido a 7% de O 2 (base seca)

(As+Be+Co+Cr+Cu+Mn+Ni +Pb+Sb+Se+Sn+Te+Zn)

7,0 mg/Nm³, corrigido a 7% de O 2 (base seca)

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.

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:

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:

2-Ambientalmente Adequado

  • Com regulamentação estadual e federal;
  • Agrega valor e destrói totalmente grandes volumes e tipos de resíduos;

3-Economicamente Interessante

  • Oportunidade de negócios;
  • Racionalização dos recursos naturais não-renováveis.

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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
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