Características de los residuos para su uso como combustible alterno en

La NOM-040-SEMARNAT-2002 –Fabricación de cemento hidráulico- Niveles Máximos de emisión a la Atmósfera- define que los combustibles de recuperación son aquellos materiales que tengan un poder calorífico superior a los (15 MJ/kg). Los residuos que en la norma se enuncian combustibles alternos pero no limita a usar otros que sean factibles son los siguientes:

 Aceites y grasas

 Lubricantes gastados

 Textiles impregnados con hidrocarburos

 Llantas usadas

 Residuos marcados con la normatividad vigente que no estén registrados como RP

Los residuos en este caso de estudio gracias a su poder calorífico son candidatos para ser utilizados como combustibles alternos en la industria del cemento.

La utilización de combustibles formulados y/o de recuperación en los procesos de fabricación de cemento hidráulico debe contar con autorización de la Secretaría, cuando se maneje algún residuo peligroso, solicitada en los términos de la legislación ambiental aplicable.

A continuación se describirá el proceso de la fabricación de cemento. (León, 2009)

Alternativas de Aprovechamiento de los Residuos Sólidos Impregnados con Hidrocarburos en el Sistema Nacional de Refinación

1. Obtención y preparación de materia prima

Comienza con la obtención de materia prima y para ello se extraen las materias primas que se encuentran en yacimientos. Como materiales de partida sirven sustancias minerales, que contienen los componentes principales del Clinker: cal (CaO), sílice (SiO2), alúmina (Al2O3) y óxidos de hierro (Fe2O3).

Estos componentes raramente se encuentran realmente en proporciones deseadas, en una sola sustancia. Por tanto, la mayoría de las veces se ha de elegir la mezcla de un componente rico en cal (componente calcáreo) con otro pobre en cal pero que contiene más alúmina y óxidos de hierro (componente arcilloso). Estos dos componentes son, por regla general, la caliza y la arcilla o la caliza y la marga.

2. Molienda de crudo

El secado y molienda de los materiales se realiza de forma conjunta en un molino de bolas, al que llegan gases calientes procedentes del horno. El material seco y molido, denominado crudo, se almacena en silos para su alimentación al proceso de cocción.

3. Fabricación de Clinker

El crudo es alimentado al intercambiador de calor, donde entra en contacto con los gases calientes del horno, que ceden su energía térmica al crudo. Los procesos que sufre el crudo son los siguientes:

 Secado, hasta una temperatura de 150ºC

 Eliminación del agua de constitución de la arcilla hasta unos 500ºC en, la parte media de la torre

 Descarbonatación del carbonato cálcico hasta unos 1100ºC, en la de salida del intercambiador y en la primera zona del horno rotatorio

 Clinkerización (Sintetización) de los minerales, hasta unos 1450º C, en la zona próxima a la llama del quemador principal

El combustible se alimenta molido en dos puntos: en el mechero principal para obtener temperaturas de llama de cerca de 2000ºC, y en la zona de calcinación, en la parte inferior de la torre de ciclones, con temperaturas de gases de unos 1200ºC

A la salida del horno, el Clinker se enfría en contacto con aire a contracorriente. El aire caliente sirve de comburente en la combustión descrita anteriormente.

4. Molienda de cemento

El cemento se obtiene en la molienda conjunta del Clinker, yeso y otros componentes autorizados para conseguir distintos tipos de cemento. La relación de los distintos materiales molidos y la finura del material final obtenido, dan lugar a los diferentes tipos de cemento y a las distintas categorías resistentes.

Los Residuos Peligrosos (RSIH) se disponen en el horno de Clinker. El proceso de combustión del Clinker ofrece grandes posibilidades de utilización de combustibles alternativos secundarios.

El diseño del propio horno de Clinker es una medida correctora de la emisión de gases. La combustión de residuos en hornos de clínker presenta las siguientes ventajas:

1. La elevada temperatura de los gases (hasta 2000º C) y el tiempo de residencia (hasta 6 seg.), aseguran una destrucción efectiva de las

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sustancias tóxicas. Recuérdese que las condiciones aceptadas para una correcta destrucción de residuos son de 850ºC y 2 seg. de tiempo de residencia en atmósfera oxidante.

2. Las especiales características químicas del horno de Clinker permiten que se realice una captación de sustancias contaminantes: formación de sulfatos alcalinos, captando el SO2, e incorporación de metales pesados al Clinker. El comportamiento de la instalación, en lo que a emisiones se refiere, no varía sustancialmente respecto de una planta que no utiliza residuos como combustible secundario.

4.5.2 Incineración vs co-procesamiento

La incineración es un método obsoleto e insustentable para lidiar con los residuos. Mientras continúa aumentando la oposición global a la incineración, se están desarrollando y adoptando innovadoras filosofías y prácticas para el manejo sustentable de los materiales descartados alrededor del mundo.

Emisiones

El problema más reconocido y mejor estudiado de la incineración es la contaminación. A pesar de haberse efectuado un examen riguroso a través de muchos años. Los incineradores de basura producen cientos de distintos subproductos tóxicos y sólo unos pocos han sido estudiados meticulosamente. Es probable que cientos más permanezcan sin identificar.

Las emisiones al aire son las que más comúnmente se discuten, pero los incineradores también producen residuos líquidos y sólidos. La mayoría de los contaminantes del aire proviene de la chimenea, pero también se

notablemente difíciles de rastrear y eliminar. Las emisiones líquidas incluyen fluidos del lavado de gases (del equipo de control de la contaminación del aire) y las sólidas incluyen cenizas volantes de fondo y filtros.

Otros de los problemas recurrentes en la incineración de residuos son:

 Falta de monitoreo. Pocas naciones del sur tienen la capacidad de monitorear regularmente las emisiones al aire o la toxicidad de las cenizas del incinerador, sin embargo un régimen regular de examen es esencial para el funcionamiento y cuidado de cualquier instalación semejante.

 Falta de capacidad técnica para medir las emisiones. La falta de monitoreo no se debe sólo a la falta de legislación, reglamentaciones, un aparato de gobierno suficiente y cosas semejantes; muchos países tampoco tienen la capacidad técnica como para llevar a cabo mediciones de dioxinas y otros contaminantes importantes, y deben enviar sus muestras al extranjero para ser evaluadas.

Actualmente existen en México 35 empresas autorizadas para la incineración de residuos peligrosos. Algunas de ellas cuentan con más de un equipo, por lo que hay un total de 43 incineradores operando, de los cuales el 85% se utiliza para residuos biológico-infecciosos y el 15% restante incinera residuos industriales (DGCMI, 2001). A la fecha, la incineración no se aplica como método de tratamiento para residuos sólidos municipales a escala industrial.

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Asimismo, desde 1995 la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT), coordina el grupo de trabajo que elaboró el PROY-NOM-098-ECOL-2000 sobre incineración de residuos, condiciones de operación y límites de emisión de contaminantes, publicado el 8 de septiembre de 2000 en el Diario Oficial de la Federación (DOF). Esta norma se elaboró considerando tanto la tendencia de la legislación sobre incineración a nivel mundial, como la situación actual de la incineración en México, incorporando condiciones de operación y límites de emisión tan estrictos como en cualquier país tecnológicamente avanzado. Diferencias entre un horno cementero y una planta incineradora

La gran temperatura que alcanza el horno de una cementera es fundamental, ya que a 1,500ºC se destruyen completamente todos los compuestos orgánicos y las trazas de metales pesados se integran en la estructura del Clinker (producto intermedio necesario para la fabricación del cemento) con enlaces químicos muy estables.

Otra diferencia significativa es el tiempo que los gases de combustión permanecen dentro de la cámara de incineración. En una planta de incineración el tiempo medio es de 2 a 4 segundos a unos 950ºC, mientras que en el quemador principal del horno de clínker, el tiempo de residencia medio es de 12-15 segundos con una temperatura de más de 1.200ºC y de 5 a 6 segundos a más de 1.800ºC.

Por otra parte, mientras que en una incineradora el 100% del material de entrada son residuos, en una fábrica de cemento el 92% del material que entra son materias primas (caliza y arcilla principalmente), un 6.4% es combustible fósil y sólo un 1.6% son residuos.

Por último, es importante señalar que las plantas incineradoras generan escorias y cenizas volantes durante su combustión y una planta cementera no produce ningún tipo de residuo, sólo se obtiene Clinker.

Ambientalmente la incineración de residuos llegan a generar cenizas y escorias volantes para su combustión y la planta cementera no genera residuos y se aprovechan minimizando el volumen de los mismos.

En la Figura 5 se muestra el proceso del cemento y co-procesamiento de los Residuos.

Proceso de cemento y co-procesamiento de los Residuos (León, 2009)

En la zona del horno es en donde se inyectan los residuos peligrosos ya que ahí las temperaturas superan los 1800 °C lo que hace que los residuos tengan una mayor destrucción sin generar residuos.

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5 Propuestas

A continuación en la siguiente tabla se esquematizará las alternativas de valorización y aprovechamiento para las RSIH en el Sistema Nacional de Refinación.

Alternativas propuestas para el aprovechamiento y valorización delos RSIH

Residuos Aprovechamiento y Valorización

Reutilización Reciclaje Co-procesamiento Trapo, Ropa EPP de

Hidrocarburos

Valorización Térmica

Madera Contaminada con Hidrocarburos

Valorización Térmica

Envases y Tambores Lavado y limpieza para reúso

Reciclaje como chatarra ferrosa

Desecho derivado de Limpieza de plantas

Contención de derrames de hidrocarburos

Cordón Oleofílico Valorización térmica

Pinturas Caducas Reusó en área comunes en Refinerías

5.1 Análisis de propuestas

En el caso de los envases, tambores, y pinturas caducas el reciclaje es la mejor opción, ya que así se evita gastar en nuevos insumos generando un exceso de residuos.

En el caso de la valorización térmica para el trapo, ropa. Cordón oleofílico y madera ya que garantiza un tratamiento adecuado de los residuos, ay que la combustión se realiza al altas temperatura lo que favorece a una destrucción de compuestos orgánicos volátiles en el residuo.

La incineración no la tomamos como opción para el tratamiento de los residuos ya que en comparación con la planta de cementos genera cenizas y en la planta cementera no generando como único producto el clinker. En la tabla 13 se pueden observar las diferencias entre la planta incineradora y la planta de cemento por el cual es mejor opción tratar los residuos como combustibles alternativos en hornos de cemento para generar el Clinker.

Diferencia de funcionamiento entre un horno cementero y una planta incineradora. (Fundación, CEMA)

INSTALACIÓN ENTRADAS SALIDAS

PLANTA DE CEMENTO 92% Materias primas

6.4% combustible fósil 1.6% Residuos

100% CLINKER

INCINERADOR 100% Residuos 30% escorias y cenizas

Para poder llevar a cabo un buen manejo de los residuos se deben de separar y clasificar adecuadamente.

El Sistema Nacional de Refinación tiene áreas de oportunidad para poder llevar a cabo una buena gestión de residuos.

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Siendo la industria petrolera una de las más contaminantes necesita tomar acciones y preocuparse por el impacto que se está teniendo al ambiente como parte de sus actividades productivas.

Cabe mencionar que lo más importantes antes de tratar o manejar un residuo generado es minimizar la generación de los mismos, lo cual implica entre otras acciones, llevar un mejor control en bitácoras.

La generación de grandes volúmenes de residuos está correlacionada con la disminución de la mayoría de las fuentes no renovables. El elevado costo total de la recolección, separación, almacenamiento intermedio, transporte, tratamiento y almacenamiento final, es otro punto a favor de la minimización de los residuos.

Para ello se necesita un plan de acción para los grandes generadores, en este caso PEMEX tiene áreas de oportunidad para lograr un buen manejo de sus residuos

A continuación en la Tabla 12 se presentan las áreas de oportunidad de los residuos para poder hacen una clasificación adecuada de los mismos.

RUBRO ÁREA DE OPORTUNIDAD

Prácticas Operativas

-Asegurarse de etiquetar en su totalidad los RSIH en el punto de generación

-Asegurarse de controlar la segregación de los residuos sea adecuada

Controles de Sistema de Control de la Gestión

-Asegurar la Frecuencia de recolección de los residuos para evitar un almacenamiento superior a los 6 meses, además de garantizar orden y limpieza en los almacenes temporales de residuos

-Mejorar clasificación de los residuos de Manejo Especial y los Peligrosos

-Llevar un buen control de las bitácoras de generación de residuos en el SNR

-Todo residuos está bajo concepto “material impregnado con Hidrocarburo” sin especificar de qué material se trata, por lo que se debe de clasificar cada residuo.

Las alternativas de aprovechamiento y valorización presentan muchas ventajas tanto económicas, sociales y ambientales. A continuación se enlistarán las ventajas.

 Ventajas aprovechamiento -Minimizar los Residuos

-Disminuir costos al reutilizar, reciclar y reusar los residuos

 Ventajas de valorización

-Para la industria reduce costos de operación al usar los Residuos como combustible alternativo

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-Para el generador de residuos genera ganancia debido a que la industria compra el residuo para usarlo como combustible alternativo

-El uso de Residuos como combustible alternativo tiene un menor impacto en las emisiones a la atmosfera que los combustibles fósiles

6 Conclusiones

La ventaja de tener un buen Manejo de los residuos permite al generador obtener ganancia sobre ello, no sólo por la responsabilidad social y ambiental que tiene, si no que puede obtener beneficios económicos.

El aprovechar los residuos ayuda a que se reduzca el volumen en los almacenes de las industrias en este caso en PEMEX se reducen en toneladas generando una mejor organización internamente y siendo ambientalmente eficientes.

El aprovechamiento por medio de la valorización de los residuos es una gran alternativa ya que en este momento la industria energética consume una gran cantidad de combustibles fósiles los cuales tienen una mayor emisión a la atmósfera e implican un mayor costo de operación a las industrias.

La legislación ambiental para el manejo de residuos debe de ser más estricta con los grandes generadores, para que sus residuos no tengan una consecuencia sobre el ambiente.

La minimización de residuos se tiene que promover para ello se debe de tener un mejor control sobre el uso de los insumos, ya que gracias a que no se tiene un monitoreo se desperdician toneladas de estos.

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7 Referencias

 Plan Nacional de Desarrollo (2007-2012)

 Ley General para la Prevención y Gestión Integral de los Residuos (LGPGIR).

Última reforma publicada el 30 de mayo de 2012

 Norma Oficial Mexicana NOM-052-SEMARNAT-2005, Que establece las

características, el procedimiento de identificación, clasificación y los listados de los Residuos Peligrosos.

 Norma Oficial Mexicana NOM-053-SEMARNAT-1993 Que establece el

procedimiento para llevar a cabo la prueba de extracción para determinar los constituyentes que hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente.

 Norma mexicana NMX-AA-33-1985. Protección al ambiente-contaminación del

suelo-residuos sólidos municipales-determinación de poder calorífico superior

 Norma Oficial Mexicana NOM-040-SEMARNAT-Fabricación de cemento

hidráulico-Niveles Máximo de emisiones a la Atmósfera.

Norma Oficial Mexicana-087-1995 Que establece los requisitos para la eparación, envasado, almacenamiento, recolección, transporte, tratamiento y disposición final de los residuos peligrosos biológico-infecciosos que se generan en establecimientos que presten atención médica.

Proyecto-NOM-098-ECOL-2000- Norma oficial mexicana nom-098-semarnat-

2002, protección ambiental-incineración de residuos, especificaciones de operación y límites de emisión de contaminantes.

EPA Method 6010B INDUCTIVELY COUPLED PLASMA-ATOMIC EMISSION SPECTROMETRY

 Zeevalkink, K. j. (2002). The calorific Value as a criterion for waste recovery in the Cement Industry. Reporte preparado para Holcim Group Support por TNT Enviroment Energy And Process Innovation.

 SENER. (2012). Prospectiva de Energías Renovables.

 USEPA, U.S (1994), Publications.1990-1994

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