Tecnologías para la reducción de emisiones de gases contaminantes en plantas cementeras

Cement plant gaseous pollutant emission reduction technologies

En el año 2007 la producción de cemento en las principales empresas de Colombia (Cementos Argos S.A., Holcim y Cemex) fue de 7.716.093 toneladas métricas, y de clinker 11.067.760 toneladas métricas. Este nivel de producción se alcanza mediante procesos húmedos y secos. Los procesos húmedos implican mayor consumo de combustible (principalmente carbón) para evaporar la gran cantidad de agua en la materia prima que se alimenta al horno de clinkerización (aproximadamente 35% de humedad); esto hace que sean menos eficientes que los procesos secos, en los cuales la materia prima alimentada al horno de clinker está prácticamente libre de humedad.

En este artículo se hace una breve descripción de los procesos de formación de SO_X, NO_X y CO₂, los principales contaminantes emitidos en las descargas gaseosas de la industria del cemento. Se presentan, además, varias tecnologías para reducir dichas emisiones en hornos cementeros húmedos. Estas medidas están diferenciadas en primarias, que permiten disminuir la formación de los contaminantes, y las medidas secundarias o de fin de tubo. Para el caso del CO₂ se exponen las estrategias para evitar la formación de este gas de efecto invernadero, orientadas hacia la sustitución de combustibles y materias primas, así como las tecnologías en desarrollo para la captura de CO₂.

Fuentes de NO_X

Más del 95% de las emisiones de NO_X en hornos cementeros corresponden a óxido nítrico (IPPC, 2001). Estas emisiones son mayores para los hornos largos húmedos que para los hornos secos con precalcinador o precalentador (McQueen, 1993; Sanders et al., 2000; U.S. EPA, 1999). Los dos principales mecanismos de formación son: el NO_X térmico que resulta de la fijación térmica del nitrógeno (N₂) del aire de combustión y depende de la concentración de oxígeno y nitrógeno, tipo de quema del combustible, relación entre el aire primario y secundario, tipo de combustible (Florida Rock Industries, 2004; Sanders et al., 2000), forma de la llama, la temperatura máxima en la zona de combustión y tiempo de residencia de los gases a alta temperatura. El NO_X del combustible resulta de la oxidación de compuestos nitrogenados en el combustible (Greer, 1988; EGR Inc., 2006). También los compuestos nitrogenados orgánicos e inorgánicos en la materia prima pueden incrementar las emisiones de NO_X.

En la zona de combustión de  un horno  cementero  húmedo  largo, la temperatura es mayor de 1.500 °C. Por encima de esta temperatura, el mecanismo de formación de NO_X es  básicamente  térmico y se describe por las siguientes ecuaciones (EGR Inc., 2006; Sanders et al., 2000).

N₂ + O ↔ NO + N k_f 2 *10¹⁴ EXP(-76500 / RT) (1)

N + O₂ ↔ NO + O k_f = 6.3*10⁹ EXP(-6300 / RT) (2)