Chlorine in cement manufacturing using co-processing of waste

Abstract

Resumo: O cloro é um componente volátil adicional contido nas diferentes entradas do processo de queima do clínquer, nomeadamente a farinha crua, o combustível e o Combustível Derivado de Resíduos (CDR). Com o crescente uso de coprocessamento em fornos de cimento no Brasil, o controle das entradas e saídas de cloro tornou-se vital no processo de fabricação de cimento. O cloro é responsável principalmente por problemas operacionais durante a etapa de clinquerização. Ciclos internos de alto enriquecimento de cloro na ausência de um by-pass podem levar a frequentes paradas do forno de cimento causando grandes danos à fábrica de cimento. A concentração máxima permitida de cloro no produto final e nas emissões também são fatores limitantes que as fábricas de cimento são obrigadas a cumprir. Esta tese tem por objetivo realizar uma análise crítica da atual legislação brasileira relacionada ao cloro no coprocessamento em fornos de cimento, tanto em nível federal quanto estadual. A discussão abrange tanto os padrões de emissão quanto a limitação do teor de cloro que entra no CDR. Este último é importante porque é um fator com a capacidade de restringir a taxa de substituição do CDR levando ao maior consumo de combustíveis fósseis. A análise é acompanhada de uma comparação das normas brasileiras com outros padrões europeus e americanos. Ao final, utilizando os dados disponíveis em um forno de uma indústria de cimento no Paraná, foi realizado e analisado um balanço de massa de cloro com o cálculo da eficiência de remoção.

Abstract: Chlorine is a minor additional volatile compound contained in the different inputs of the clinker burning process, namely the raw meal, the fuel and the Solid Derived Fuel (SRF). With the increasing use of co-processing in cement kilns in Brazil, controlling chlorine inputs and outputs became vital in the process of cement manufacturing. Chlorine is responsible mainly for cement kiln technical problems during the clinkerization step. High enrichment internal cycles in the absence of a by-pass installation might lead to frequent stops of the cement kiln causing great damage to the cement plant. In addition, the maximum allowed concentration of chlorine in the final clinker product and emission standards are limiting factors with which cement plants are obliged to comply. This thesis aims to carry out a critical analysis of the current Brazilian legislation related to chlorine in co-processing in cement kilns both on the federal and state level. The discussion covers both emission standards and the limitation of chlorine content entering in the SRF. This latter is important because it is a factor with the ability to restrict the SRF thermal substitution rate leading to the use of more fossil fuels. The analysis is accompanied with a comparison of Brazilian standards with other European and American standards. At the end, using the available data on a kiln from a cement industry in Paraná, a mass balance of chlorine with the calculation of the removal efficiency was elaborated and analyzed.