avances en la destrucción de sao no deseadas en hornos de cemento

Avances en la Destrucción de SAO no deseadas en Hornos de Cemento

en la República Bolivariana de Venezuela

Junio 2013

Ester C. [email protected]

Avances - Destrucción de SAO en Venezuela 2

CONTENIDO

• INTRODUCCIÓN• SAO NO DESEADAS Y ALTERNATIVAS PARA SU DESTRUCCIÓN • CO-PROCESAMIENTO DE SAO EN HORNOS DE CEMENTO• AVANCES EN LA DESTRUCCIÓN DE SAO – VENEZUELA• DESAFÍOS

E. Monroy, Junio 2013


INTRODUCCIÓN

• Gestión de los desechos peligrosos presente en la agenda ambiental internacional a partir de comienzos del decenio de 1980.

• CONVENIO DE BASILEA (marzo 1989), establece medidas para la gestión y eliminación de desechos peligrosos.

• Sinergias entre Convenios ambientales en la gestión de los productos químicos y desechos peligrosos.

• En el marco del Protocolo de Montreal, se impulsan acciones para la destrucción de SAO no deseadas y desechos.



ELIMINACIÓN

• “Cualquier operación especificada en el anexo IV del Convenio de Basilea”.

• Medidas para reducir o eliminar liberaciones derivadas de … (Convenio de Estocolmo).

Anexo IV A Operaciones que no pueden conducir a:

Anexo IV B Operaciones que pueden conducir a:


• Eliminación progresiva del consumo de SAO, según cronograma establecido en el Protocolo de Montreal.

Recuperación de recursos, reciclado, regeneración,

reutilización directa y otros usos


DESTRUCCIÓN

Distinción entre la destrucción y la eliminación:

• No se define de manera explícita en el Convenio de Basilea.

• Se podrá considerar como un subconjunto de las actividades que se incluyen en la definición de eliminación (UNEP/POPS/INC.2/6, párr. 6).

• Figuran actividades de tratamiento fisicoquímico o biológico, mediante la incineración o por otros medios.

Transformación irreversible, para garantizar que no exhiban las características iniciales de peligrosidad / resulten en especies

inocuas.



ELIMINACIÓN DE SAO• Preocupación por los Bancos de SAO acumulados a nivel mundial.• Estudio de opciones de disposición de SAO en países Artículo 5, Japón

(2006).

• Tecnologías aprobadas para la destrucción de SAO, (11ava, 15ava MOP). • Enfoques :


Sustitución temprana

Recolección y recuperación

Almacenamiento temporal,

transporte y destrucción

foránea

Tecnologías de Destrucción

específicas - local

Erik Pedersen, 11th Annual FA Workshop. Marzo, 2007.


ALTERNATIVAS DE DESTRUCCIÓN DE SAO


Tecnologías aprobadas Espuma CFC Halones

Hornos de cemento x x

Incineración de Inyección líquida x x x

Oxidación de gases / humos x x

Incineración de residuos sólidos Municipales x

Reactor de craqueo x

Incinerador de horno rotatorio x x x

Arco de Plasma de Argón x x

Plasma acoplado por inducción de radiofrecuencia x x

Plasma de microondas / Nitrógeno x x

Deshalogeneración catalítica en fase gas x x

Reactor de vapor sobrecalentado x x

Panel de Expertos en Economía y Tecnología del Protocolo de Montreal (TEAP)


ALTERNATIVAS DE DESTRUCCIÓN DE SAO


Costos Iniciales de las diferentes tecnologías de destrucción de SAO

Opción Costo Inicial Capacidad de destrucción/recuperació

n

Construcción de una nueva instalación (reactor de vapor supercalentado)

Aprox. 500.000 USD 25 Kg/hora

Construcción de una nueva instalación de recuperación

Aprox. 300.000 USD 15 Kg/hora (CFC12, liq)200 Kg/hora (CFC11 gas)

Modificación de un horno de cemento Aprox. 50.000 USD 30-50 Kg/horaExportar a otros países con tecnología disponible Aprox. 280.000 USD

para 21 TMNo aplica

Fuente: Ministerio del Ambiente de Japón, 2006


LA INDUSTRIA CEMENTERA

• Producción mundial de cemento: 2,9 millones de Ton (2008).

• Consumo alcanzará 3,4 millones de Ton en 2020 (Degré, 2009).

• Aprox. 6% del total de fuentes de emisiones estacionarias de CO2 (IPCC, 2005).• Emisiones atmosféricas dependen de materias primas, combustibles y tipo de

proceso empleado.

• Para producir 1 Ton de clínker se consume 1,5 -1,7 Ton de materia prima. • Consumo de 60 a130 kg. de combustible o equiv., y aprox. 105 KWh de

electricidad por Ton de cemento producida (Loréa, 2007).


• Co-procesamiento de desechos, proporciona energíarecupera materiales, mientras se produce cemento.

• Manejo ambientalmente seguro de desechos peligrosos.


CLINKER/CO-PROCESAMIENTO


Fuente: CMC, Holcim 2005.

Preservar el uso de recursos naturales a través del uso intensivo de combustibles y materias primas alternativas


CO-PROCESAMIENTO DE DESECHOS

Requerimientos

• Marco normativo adecuado para la gestión de desechos peligrosos.

• Cumplimiento estricto de controles de alimentación, proceso y emisiones.

• Composición de la materia prima y del combustible; puntos de alimentación; el proceso de limpieza de gases de escape; calidad del clínker; impacto ambiental.

• Únicamente en hornos de cemento que cumplan con todos los requisitos técnicos y ambientales para su autorización.

• Método de eliminación sin recuperación (destrucción) si existen beneficios ambientales.



EXPERIENCIAS EN DESTRUCCIÓN DE SAO• JAPÓN

• INDONESIA

• MEXICO (Destrucción de 166.7 toneladas de CFC contaminados).

• Aprobación de proyectos relacionados con destrucción de SAO, por el Comité Ejecutivo del Fondo Multilateral para la Implementación del Protocolo de Montreal .


•.


AVANCES EN VENEZUELA

• FASES DE IMPLEMENTACIÓN

Fase I. Concepción de la propuesta y planificación general(2010).

Fase II. Investigación y elaboración de estudios de soporte (2011-2012).

Fase III. Adaptación tecnológica/ infraestructura (2012).

Fase IV. Prueba de quemado - creación de capacidad (2013)

Fase V. Fortalecimiento de la Gestión integral de refrigerantes y sus desechos.



FASE I.


Estrategia global

Capacidad Nacional Destrucción de

Refrigerantes creada operativa

Sensibilización a sectores clave

Evaluación de opciones nacionales destrucción

Revisión de políticas y aspectos relacionadoscon Kioto y Montreal

2010 2011FASE I 2012 FASE II

Recolección de datos y estimación de inventario

Estrategias Específicas

Establecimiento de Vinculo entre sectores

Búsqueda de fuentesde financiamiento

Preparación de proyectos

Proyecto Piloto de destrucción

Creación convenios/acuerdos entre las partes del proyecto

Recolección y análisis detallado de Información

Preparación de Proyecto y Ejecución Protocolo

de prueba

Creación de la Red de Recuperación de Refigerantes

Fortalcimiento de Red de recolección / recuperación

Creación de incentivos/Medidas legales que

apoyen la recuperación Sensibilización

de usuarios de la Red

Desarrollo de estrategias y programas de recuperación

a pequeños y sector informal

Proyecto autosustentable de destrucción progresiva

Preparación y ejecución de proyecto Mecanismo de autofinanciamiento

Plan de Monitoreo Ajuste de Capacidad

ROADMAP


FASE I.

Objetivo del Proyecto

Desarrollar una experiencia Piloto orientada a la destrucción de refrigerantes halogenados no deseados, mediante el co-procesamiento térmico en la planta de producción de cemento de la empresa INVECEM ubicada en San Sebastián de los Reyes, Edo. Aragua, que permita crear la capacidad nacional instalada para la destrucción futura y progresiva de sustancias agotadoras de la capa de ozono y/o con potencial de calentamiento global (CFC, HCFC, HFC)



FASE I.Alcance del Proyecto


• Proyecto a escala piloto

• Valorar las variables de la cadena de manejo de refrigerantes: desde la etapa de generación, recuperación del refrigerante hasta la etapa de destrucción.

• Desarrollo por fases que permitan alcanzar la sustentabilidad de la operación de destrucción y la gestión integral de los refrigerantes.


FASE I.

PLANTAS INVECEM

Cumarebo

San Sebastián

PLANTA DE PRODUCCIÓN/REGENERACIÓN

SERVITRONIC, C.A

SERVITRONIC

, C.A

CENTROS DE ACOPIO

Alcance geográfico del Proyecto

Edición del origina (Fuente: FONDOIN, Junio 2011).



FASE II.

• ESTUDIOS Y ANÁLISIS DE VIABILIDAD

1. Evaluación de Factibilidad Técnica de la Capacidad de Destrucción de Sustancias Agotadoras de la Capa de Ozono (SAO) en Hornos de Cemento en Venezuela (2011).

2. Documento de orientación para la Creación de Capacidades para la Destrucción Nacional y Ambientalmente segura de CFC, HCFC y HFC en la Industria Cementera (Abril 2012).

• Análisis de viabilidad de opciones • Evaluación de la demanda de destrucción• Selección de tecnología y adecuación



EVALUACIÓN DE TECNOLOGÍASTecnologías Principio

Características TEAP* Disponibilidad nacional

Experiencia similar

Desempeño ambiental

Hornos de cemento Co-procesamiento térmico en horno de cemento a 1.100 - 2.000ºC.

Si OperativoRecibe desechos peligrosos líquidos y sólidos autorizados

Tierras contaminadas con Plaguicidas organoclorados

Alto

Incineración de Inyección líquida

Tratamiento térmico a 800 ºC.

Si OperativoRecibe desechos peligrosos líquidos autorizados

Experiencia con solventes No halogenados *

Medio-bajo

Incinerador de horno rotatorio

Co-procesamiento térmico en horno rotatorio producción agregados livianos a 350 – 1100 ºC.

Si OperativoRecibe desechos peligrosos líquidos y sólidos autorizados

Experiencia con solventes y sólidos No halogenados *

Medio - Alto

Arco de Plasma de Argón Destrucción térmica pirolisis (descarga eléctrica) a temp. muy elevadas.

Si No disponibleProyecto aún no autorizado

- -

Declorinación o tratamiento por reacción alcalina

Descontaminación declorinación química con metal alcalino

- Ensayos y operaciones puntuales

- BajoDe alto impacto

Declorinación e hidrogenación catalítica

Destrucción por reacciones catalíticas de declorinación.

- No disponible a escala comercial

Exitoso a escala Experimental

Alto



VENTAJAS PLASMA Argón INCINERACIÓN HORNOS CEMENTEROS

Temperatura 1800- 2000 ºC Alcanza hasta 1800 ºC 1.100 y 2.000ºC Eficiencia destrucción Muy alta

Mayor 99.999 Alta

Mayor 99.9 Alta

Mayor 99.9 Formación de Dioxinas y Furanos

Muy Baja0.006 ng/m3 TEQ

Baja0.031 ng/m3 TEQ

Baja0.1 a 0.05 ng/m3 TEQ

Tasa de Destrucción Alta40-100 kg/h

Muy Alta165kg/h

MEDIA4-50kg/h

Costos operación 3-4 US/kg 3-5 US/kg MUY BAJO Puede aprovecharse para otros residuos

SI(de naturaleza similar. No es viable para espumas)

SI( de naturaleza similar)

Ya se realiza en otros casos

DESVENTAJAS

Pre-tratamiento Puede requerir para remoción de aceites

No necesariamente NO - Se requiere un stma. eficiente de inyección

Efluentes Acuosos SI SI NO

Otros Sistema móvil Puede ser móvil Dosificación inadecuada puede deteriorar el refractario y mermar la calidad del producto.


EVALUACIÓN DE TECNOLOGÍAS

Avances - Destrucción de SAO en Venezuela 21E. Monroy, Junio 2013

SELECCIÓN DE LA PLANTA

• Proceso óptimo para el co-procesamiento de SAO (temperaturas y tiempo de residencia requeridos).• Bajo contenido de cloro esperado.• Cercanía a centros industriales (logística). • Autorizados y con experiencia en el co-procesamiento de desechos en niveles de eficiencia y control ambiental satisfactorios.• Infraestructura, capacidad técnica y personal calificado.

.Conocimientos y lecciones aprendidas que le confieren a la

empresa, una ventaja y oportunidad en el desarrollo del proyecto.

Avances - Destrucción de SAO en Venezuela 22E. Monroy, Junio 2013

SELECCIÓN DE LA PLANTA

Antecedentes en la Industria Cementera Nacional

• Lodos petroleros, de fondos de tanques, de tratamiento de efluentes• Hidrocarburos pesados• Tierras contaminadas con plaguicidas POPs• Mezclas de hidrocarburos con o sin agua• Catalizadores gastados• Lodos de pintura• Aceites usados con o sin agua• Solventes gastados• Madera, polímeros y absorbentes contaminados • Impregnantes y textiles contaminados• Cauchos y gomas• Cenizas de combustión• Residuos de aluminio y/o hierro, de calcio y arenas contaminadas


FASE II.

EVALUACIÓN DE LA DEMANDA DE DESTRUCCIÓN

• Evaluación de existencias (inventarios)


Inventarios de stocks de SAO no deseadas y desechos Cantidades (2011)

1. Excedentes de Producción -

2. Refrigerantes decomisados por importación ilícita Aprox. 19.472,oo Kg mezcla de R12: 13,3 %, R22: 66,8 % R125: 10,7 %, R134a: 9,1 %

3. Refrigerantes provenientes del Programa de Recuperación y Regeneración.

570 Kg R12, 366 Kg R134-a, 423 Kg R11.

4. Refrigerantes provenientes del Programa de Recuperación y Regeneración almacenados en los centros de acopio

200 Kg. CFC-113 virgen


FASE II.ESTIMACIÓN DE DEMANDA DE DESTRUCCIÓN

• Estimación de la demanda prevista (generación progresiva), por sector, tipo de sustancia (CFC, HCFC y HFC) y tipo de fuente de generación; Estimación de SAO no deseada y desechos en el Sector Refrigeración Estimación de banco de halones no deseada y desechos Estimación de generación anual de refrigerante no deseado, recuperado y desechos.


Demanda Prevista

estimada

Demanda prevista ajustada

Generación anual de SAO no deseada/desechos

Tasa de crecimiento económico

Modificación de la Normativa/políticas

Tasa de crecimiento demográfico

Modificación de patrón de consumo

• Demanda prevista ajustada:

Condiciones de generación eventual Cambios previsibles en normas nacionales Exigencias en gestión de refrigerantes y desechos.


FASE III.ADAPTACIÓN DE LA PLANTA

• Adecuación del punto de alimentación (entrada al quemador principal)

• Sistema de alimentación (regulador/medición de flujo másico)



FASE III.INVERSIONES

• Conducción stma. Tuberías, válvula de emergencia y control de presión.

• Infraestructura para precalentamiento de cilindros (*).

• Controles - piezas eléctricas.

• Formación del personal operativo en las instalaciones.

• Adecuación de infraestructura y procedimientos de recepción y almacenamiento.


Costo inicial para la prueba de quemado~ 50.000 $US


FASE IV. PROTOCOLO DE QUEMADO

• Revis ión de procedimientos e ins talaciones de la planta para la realización de la prueba piloto.

• Evaluación de línea base de Cl, F en materia prima, harina, Baghouse, c línker, cemento y AFR actual.

• Revis ión de emis iones (HCl, HF y resto) evaluaciones iso-cinéticas disponibles .

• Simulaciones , balance de masas , revisión y def inición de límites .

• Matriz de riesgos para la realización de prueba.

• Documento técnico y adminis trativo



FASE IV.PROTOCOLO DE QUEMADO



FASE IV.Condiciones Establecidas para la prueba

• SAO: diclorodifluorometano (CCl2F2, R12) aprox. 99.54%.

• Dosificación: flujo de10 Kg/h

• Tiempo de monitoreo: 8 horas

• Número de corridas: 3

• Tiempo máximo de estabilización con alimentación de las SAO: 3 horas

• Material total estimado para la prueba: 360 Kg y 120 Kg (contingencias)

• Evaluación de emisiones atmosféricas en operación directa.

• Caracterización de materia prima que ingresa al horno, SAO y clínker producido.


PROTOCOLO DE QUEMADO


FASE IV.


PROTOCOLO DE QUEMADO

Caracterización de emisiones atmosféricas


FASE IV.PRUEBA DE QUEMADO

• Definición de necesidades (tiempo, financieras y técnicas).

• Plan de comunicaciones y gestión de riesgos

• Contrataciones de servicios (Laboratorio certificado, personal de apoyo y logística).

• Toma de muestras y mediciones de los parámetros clave (emisiones), análisis de laboratorio y monitoreo de la dosificación de refrigerantes.

• Desarrollo de la Prueba de Quemado: Julio 2013.

• Evaluación de resultados y gestión de autorización.



FASE IV.PRUEBA DE QUEMADO

• Eficiencia de destrucción (ED) de SAO destruido en el proceso.

ED = [(Win – Wout)/Win] * 100Win: tasa de alimentación SAO en masa que alimenta el horno Wout: tasa de emisión en masa del mismo constituyente que sale del horno (antes del control de contaminación del aire).

• Eficiencia de destrucción y eliminación (EDE) de SAO

EDE = [(Win – Wout ch)/Win] *100i

Win: tasa de alimentación SAO en masa que alimenta el horno Wout ch: tasa de emisión en masa del mismo constituyente en las emisiones de escape antes de su liberación a la atmósfera.



FASE V.


Fortalecimiento de la Gestión integral de refrigerantes

Elementos críticos

• Incentivo a la recuperación• Conexión efectiva de la cadena de manejo• Costos asociados a servicios

Transporte Reciclaje/regeneración Destrucción

• Establecimiento de políticas nacionales• Mecanismos e instrumentos económicos• Esquemas alternativos para un gestión integral


FASE V.


Instrumentos/Mecanismos Económicos

Opción 1. Depósito – tarifa de descuento

Opción 4. Exoneración de impuesto por inversión y prestación de servicio de mejora ambiental (destrucción)

Opción 3. Impuesto por importación – producción de refrigerantes contaminantes

Opción 2. Exoneración de impuesto por inversión y prestación de servicio de mejora ambiental (acopio, transporte)


DESAFÍOS


• Capacidad técnica para el servicio de co-procesamiento de SAO OPERATIVA y AUTOSUSTENTABLE.

• Mecanismos de internalización de costos de destrucción y red de recuperación y acopio de refrigerantes.

• Armonización de políticas e instrumentos legales que conduzcan al enfoque de "ciclo de vida integrado” de los refrigerantes.

• Ampliación de la red de recuperación y centros de acopio de refrigerantes.

• Esquemas alternativos para la gestión integral y sustentable de los refrigerantes y sus desechos.

36E. Monroy, Junio 2013

Ester [email protected]

“¿Qué están haciendo, picando piedra? …. Estamos creando los cimientos de una hermosa catedral”

GRACIAS POR SU ATENCIÓN



Características esenciales del proceso - Hornos Rotatorios (EIPPCB, 2010):

• Temperatura max 2000 °C (quemador principal, llama);

• Tiempos de retención del gas (aprox. 8 seg. y superior a los 1.200°C)

• Temperatura de los materiales de aprox. 1.450°C en zona de sinterización,

• Atmósfera de gas oxidante

• Tiempo de retención (Tr) del gas en los quemadores secundarios mayor a 2 seg. y superior a 850°C;

• Precalcinador con Tr más largos y las temperaturas más elevadas;

• Temperatura de sólidos 850°C en el quemador secundario y en el calcinador;

• Condiciones uniformes de combustión para fluctuaciones de carga debidas a las altas temperaturas a tiempos de retención suficientemente largos;




Características esenciales del proceso - Hornos Rotatorios (EIPPCB, 2010):

• Destrucción de contaminantes orgánicos por altas temperaturas y Tr largos;

• Sorción de componentes gaseosos: HF, HCl y el SO2 en reactivos alcalinos;

• Alta capacidad de retención para metales pesados unidos a partículas;

• Tr cortos de gases de escape en el rango de temperatura en el que se da la formación de PCDD/PCDF;

• Reciclado de material y recuperación de energía: uso de cenizas de combustible como componentes del clínker;

• Los desechos específicos de producto no se generan debido al uso completo del material en la matriz del clínker.

• Incorporación químico-mineralógica de metales pesados no volátiles a la matriz del clínker.


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