Uso de papel y carton como combustibles en la industria del cemento

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ[pic 1]

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA, INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUÍMICA

TRABAJO MONOGRAFICO

[pic 2]

CÁTEDRA:

TECNOLOGÍA DEL CEMENTO

CATEDRÁTICO:

Ing. BENDEZU ROCA, Yessica

ESTUDIANTE:

QUINCHO QUINTANA, Guisela Thalia       (2016101421L)

SEMESTRE:

IX-A

FECHA DE ENTREGA:

03/08/2021

HUANCAYO-PERU

2021

INDICE

Contenido

I.        RESUMEN        3

II.        INTRODUCCION        4

III.        PROBLEMA        5

IV.        OBJETIVOS        6

V.        MARCO TEORICO        7

5.1 Caracteristicas de la produccion de cemento mundial y estadounidense        7

VI.        PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL        12

6.1 Metodologia        12

6.2 Caracteristicas de la planta de Balcones y combustibles alternativos utilizados        13

6.3        Estudio de LCA y calculo de los efectos de los gases de efecto invernadero del uso de NRPP        15

6.4        Limites para el uso de AF para reemplazar combustibles fosiles en la produccion de cemento        20

6.5        Potencial para aumentar la capacidad WTE de EE.UU  mediante AF        21

VII.        RESULTADOS Y DISCUSION DE RESULTADOS        23

VIII.        CONCLUSIONES        26

IX.        BIBLIOGRAFIA        27

1. RESUMEN

El presente trabajo monografico tuvo como objetivo de estudio examinar el uso de combustible alternativo, de los residuos de papel y plásticos no reciclados triturados (NRPP) de una instalación de recuperación de materiales en la planta de Balcones en San Antonio, Texas; este material tiene un valor calorífico inferior (LHV) de aproximadamente 17 MJ / kg y se llama"combustible de ingeniería" (EF)

Los resultados mostraron que EF se compone principalmente de papelfiber, un material biogénico, por lo que su uso ayuda a disminuir CO2 emisiones de la producción de cemento. En los EE. UU., se utilizan en promedio aproximadamente 4,3 MJ de energía térmica para secar, descomponer y sinterizar los minerales de carbonato para producir un kg de"escoria de huella" eso es entonces molido a polvo de cemento y mezclado con otros compuestos. Si la cantidad máxima de EF que puede utilizar la industria del cemento de EE. UU. (83 millones de toneladas de cemento por año) se separara en las instalaciones de recuperación de materiales y se utilizara como combustible alternativo en los hornos de cemento, la desviación de papel y plásticos no reciclados ascenderían a 17,7 millones de toneladas de EF. Se calculó la estructura química correspondiente de la EF y se determinaron las emisiones asociadas durante la combustión. Los análisis de laboratorio determinaron que la composición promedio de los combustibles muestreados consistía en un 20% de carbono fósil y un 80% de biogénico. El uso de EF en la industria del cemento reduce la emisión de gases de efecto invernadero hasta en 3 toneladas de CO2 por tonelada de EF utilizado en lugar de carbón de alta calidad. El estudio también encontró que el uso de EF en la producción de cemento no tiene ningún efecto adverso en la pila, emisiones de las plantas de cemento, ni sobre la calidad del cemento producido. La concentración de mercurio en el gas de chimenea de los hornos de cemento de EE. UU. Está muy por debajo del estándar de EE. UU. Y las emisiones totales de dioxinas de todas las plantas de cemento ascienden a solo el 0,05% de las dioxinas emitidas por todas las fuentes de EE. UU. Además, el proceso de cemento incorpora la ceniza residual en el EF en el clinker final, lo que resulta en energía y materiales recuperación.

1. INTRODUCCION

La industria del cemento es una de las mas grandes del mundo y por lo general se utilizan alrededor 3-5 MJ de energía térmica para secar, descomponer y sinterizar los minerales de carbonato para producir un kg de "escoria de huella" que luego se muele hasta obtener polvo de cemento y se mezcla con otros componentes. Por primera vez en la historia, la producción anual de cemento superó las 4 gigatoneladas (Gt) en 2015. China, con una producción de 2,4 Gt o el 57,3% de la producción mundial total es el principal productor mundial, seguido por India el 6,6% de la producción mundial y los EE. UU. (2,0%). En el período comprendido entre 1993 y 2005, la producción de cemento de EE. UU. Aumentó de 67 millones de toneladas a un máximo de 99 millones de toneladas en 2005. Disminuyó a un mínimo de 65 millones de toneladas en 2009, debido a la crisis económica y luego se recuperó a 83 millones de toneladas para 2015. La capacidad estimada de clínker para 2015 fue de 106 millones de toneladas de clínker. Por lo tanto, el consumo de energía promedio se calculó en alrededor de 4.5MJ / kg de cemento en 2013, y fue aproximadamente el mismo desde 1993

1. PROBLEMA

El uso de materiales de desecho en las plantas de cemento se ha incrementado en los últimos años. En 2012, más de dos tercios de las casi 270 plantas de cemento de la Unión Europea utilizaron algunos combustibles alternativos. El uso promedio de AF fue de aproximadamente el 30% de la energía térmica total, con los niveles más altos del 62% en Alemania, el 63% en Austria y el 83% en los Países Bajos por lo tanto la industria cementera está comprometida con el uso sostenible y eficiente de los recursos naturales, en particular con los energéticos:

Mediante inversiones en equipos, instalaciones y procesos para disminuir el consumo de energía por tonelada de cemento, através del reciclaje y recuperación energética de residuos, en condiciones que garantizan la protección del entorno, la seguridad y salud de trabajadores y vecinos, y la calidad del cemento producido, fomentando el uso de biomasa renovable entre estas nuevas energías.

1. OBJETIVOS

• Determinar el consumo total de energia de la industria cementera de EE.UU
• Determinar las emisiones de dioxinas  de la industria cementera de EE.UU
• Determinar los gases de efecto invernadero (GEI) de la industria cementera de EE.UU

1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

6.1 Metodologia

Los datos se obtuvieron de la planta de cemento Balcones en San Antonio, Texas, que recibe combustible de ingeniería (EF) compuesto por NRPP de una instalación de recuperación de materiales ubicada en las cercanías.

Tabla 2: LHV de los combustibles utilizados en la industria del cemento de Estados Unidos[pic 3]

Fuente: (Zhang, 2013)

Figura  4: Uso de energia de diferentes combustibles en la industria cementera de EE.UU[pic 4]

Fuente: (Zhang, 2013)

6.2 Caracteristicas de la planta de Balcones y combustibles alternativos utilizados

La planta de Balcones opera con un horno rotatorio de 54 m de longitud y un horno donde se realiza la combustión secundaria de 74 m de longitud.

Figura 5 representa un esquema de las dos líneas de horno, ambas con el Flujo de ruta para sólidos y gases. El horno rotatorio está equipado con un precalcinador precalentador de 5 etapas con temperaturas de gas crudo de aproximadamente 310-320 º. El calcinador está diseñado para un tiempo de retención prolongado para garantizar que los AF se quemen de manera efectiva y que las emisiones de CO y VOC se mantengan al mínimo. El sistema de control de la contaminación del aire (APC) de Balcones incluye la reducción selectiva no catalítica de las emisiones de NOx (SNCR; inyección de amoníaco) y el tejido de la cámara de filtros. filtro para el control de materia particulada (PM). En la instalación de Balcones, los AF típicos utilizados son: "Combustible diseñado"(NRPP), madera, neumáticos y cáscaras de nuez. EF se proporciona a la planta de cemento mediante una instalación de recuperación de materiales (MRF) en San Antonio, donde los reciclables separados en origen se clasifican en papel, plástico, metal y vidrio comercializables. Balcones MRF se construyó en 2012 en un sitio de 10.6 acres con una inversión de capital de $ 24 millones o $ 278 por tonelada de RSU. La tarifa de entrada de la instalación es de aproximadamente $ 35 por tonelada de RSU. El total de toneladas entrantes de toda la alimentación directa residencial, comercialfiLos plásticos y plásticos tienen un promedio de 7200 toneladas por mes, de las cuales alrededor de 4000 toneladas son desechos residenciales. El flujo único residencial se procesa a 25 toneladas por hora y el flujo único comercial se procesa a 15mi17 toneladas por hora. Balcones actualmente está operando un solo turno de 8.5 horas de lunes a sábado. En 2013, la producción de EF ascendió a unas 3000 toneladas.

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