O Coprocessamento

A condição de coprocessamento ocorre quando as características físico-químicas de alguns resíduos permitem a sua utilização nos fornos das fábricas de cimento, seja para a substituição energética ou da matéria-prima.

As propriedades do processo de fabricação de cimento aliadas à alta tecnologia envolvida no conjunto de equipamentos integrados a linha de produção, em que o forno rotativo desenvolve um papel fundamental quanto às características e controle da combustão, provocam a destruição térmica dos resíduos. O resíduo, para ser completamente destruído, precisa ser aquecido até a temperatura de destruição e mantido nessa temperatura por certo tempo juntamente com uma quantidade suficiente de oxigênio para oxidá-lo e destruí-lo (MARINGOLO, 2001). As temperaturas e os tempos de residência que ocorrem no forno e no calcinador durante a produção de cimento são observados na Figura 4.3.

Porém, nem todos os resíduos podem ser coprocessados na indústria de cimento e alguns fatores como a composição química final do cimento e o impacto ambiental aliado ao processo de fabricação devem ser levados em consideração na decisão da viabilidade da sua utilização. Entre os resíduos não viáveis ao coprocessamento destacam-se: rejeito nuclear, resíduo contaminado proveniente do serviço de saúde, bateria e RSU sem nenhum processamento prévio (CEMBOREAU, 2009).

CARACTERÍSTICAS (I) PRÉ- AQUECEDOR (II) CALCINADOR (III) FORNO ROTATIVO

Temperatura dos gases (°C) 350-950 850-1200 1.200-2.000

Temperatura do material (°C) 200-750 800-900 1.200-1.550

Tempo de retenção dos gases (s) - 2-6 8-12

Tempo de retenção do material (s) 120 2-6 1800

Figura 4.3 – Temperaturas e tempos de residência no sistema forno Fonte: adaptado de GTZ/Holcim (2006) e USEPA (2007)

As condições teóricas envolvidas no processo de queima do clínquer permitem a recuperação térmica da energia associada ao resíduo transformando-o em material inerte que não causa danos ao meio ambiente. As características essenciais do processo de produção de cimento que garantem o coprocessamento dos resíduos são relacionadas a seguir (EIPPCB, 2013):

a) temperatura máxima da chama nos fornos rotativos de aproximadamente, 2.000 °C; b) tempo de retenção dos gases no forno rotativo de aproximadamente, 8 segundos em

temperaturas acima de 1.200 °C;

c) temperatura da farinha para produção do clínquer, chegando a aproximadamente, 1.450 °C na zona de clinquerização dos fornos rotativos;

d) atmosfera oxidante no interior dos fornos rotativos;

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e) tempo de retenção dos gases no calcinador de mais de 2 segundos em temperaturas acima de 850 °C;

f) temperatura da farinha para produção do clínquer, chegando a aproximadamente, 850 °C no calcinador;

g) condições de queima uniforme mesmo com variação na carga devido às altas temperaturas e tempos de retenção suficientemente longos;

h) destruição de poluentes orgânicos devido às altas temperaturas em tempos de retenção suficientemente longos;

i) absorção de componentes gasosos, como o HF, HCl, e SO2 pelos reagentes alcalinos; j) alta capacidade para retenção de metais pesados;

k) curto tempo de retenção dos gases de exaustão após o pré-calcinador na faixa de temperatura conhecida por levar à formação de dibenzo-p-dioxinas policloradas (PCDD) e dos dibenzofuranos policlorados (PCDF);

l) completa utilização das cinzas dos combustíveis como componente do clínquer; m) não ocorre a geração de resíduos secundários, uma vez que o material é

completamente utilizado na fabricação do clínquer;

n) incorporação química-mineralógica de metais pesados não voláteis no clínquer.

Alguns critérios são citados por Brito e Alves (1995) para o coprocessamento de resíduos em fornos de fabricas de cimento. Dentre eles, que o resíduo tenha poder calorífico significativo ou que substitua a matéria–prima na produção de clínquer. Segundo Buwal (1998 apud SIQUEIRA, 2005, p. 52) na Suíça, as fábricas de cimento podem utilizar os resíduos para a produção de clínquer conforme suas características da seguinte maneira:

a) como material de substituição da farinha - na substituição específica de uma parte das matérias-primas, como também como material de correção para a adequação da composição elementar da farinha;

b) como combustível - no queimador principal na saída do clínquer do forno ou na câmara secundária na entrada da farinha no forno;

c) como materiais auxiliares de operações - como resíduos líquidos com o objetivo de resfriamento da chama do forno e redução de NOx;

d) como material de adição - na moagem do clínquer para a fabricação de cimento.

Em geral, as pesquisas indicam que o coprocessamento oferece muitas vantagens, dentre elas, a eliminação térmica de resíduos e passivos ambientais, preservação das reservas

de combustível fóssil, com a diminuição do consumo de combustíveis derivados do petróleo, recuperação do valor energético, redução do custo de fabricação, diminuição de resíduos depositados em aterros sanitários ou incinerados, diminuição do efeito estufa global e otimização de tecnologias e instalações existentes. (EIPPCB, 2013; GRECO et al., 2004; KARSTENSEN, 2007).

Os principais resíduos coprocessados pela indústria de cimento Portland nacional são os pneumáticos, borrachas, lodo de esgoto, plástico, tintas e solventes, papel e papelão, borras ácidas, resíduos de madeira, borras oleosas e graxas, entulhos da construção civil e solos contaminados (SNIC, 2012).

Segundo a SNIC (2012), 36 unidades das 48 fábricas instaladas no Brasil estavam licenciadas para coprocessar resíduos. Isso significa que 80% da produção nacional de clínquer podiam ser produzidas utilizando-se a técnica do coprocessamento. Entretanto,

apenas cerca de 950 mil toneladas de resíduos industriais (35%) foram coprocessados, dos 2,7 milhões de toneladas de resíduos industriais gerados no ano. Comparando com outros

países, observa-se que o Brasil utiliza pouco o coprocessamento. Apenas 11% das fontes de energia consumidas na indústria de cimento é proveniente de combustíveis alternativos, contra 42% na Alemanha e 47% na Suíça, o que demonstra uma grande oportunidade do mercado de CDR para substituir outros tipos de combustíveis (SNIC, 2012).

Segundo Dunnu et al. (2009), a maioria dos diferentes tipos de CDR produzidos a partir de RSU mostram uma boa combustão, já que os materiais voláteis existentes, que são rapidamente liberados a baixas temperaturas, favorecem a ignição das partículas e melhoram a condição de estabilidade da chama.

Apesar de o sistema forno ser tecnicamente capaz de utilizar até 100% de combustíveis alternativos, existem limitações práticas. Em relação ao processo produtivo, os combustíveis alternativos com propriedades químicas significantemente diferentes dos combustíveis convencionais, seja por baixo poder calorífico, teor de umidade elevado ou alta concentração de cloro e outras substâncias traço, devem ser cuidadosamente geridos.