Captura de mercurio: el depurador Sly Impinjet es un componente integral del sistema para la reducción de mercurio en el polvo de los hornos de cemento.
Dado que las plantas cementeras se enfrentan a la necesidad de reducir drásticamente las emisiones de mercurio, los avances tecnológicos permiten reducir dichas emisiones procedentes de las chimeneas de los hornos cementeros y otras fuentes.
Aunque las plantas cementeras utilizan métodos de cumplimiento habituales, como la reducción de las entradas de mercurio, el transporte de polvo y la inyección de sorbentes para reducir las emisiones de mercurio, la captura directa de mercurio de una corriente de gas difiere fundamentalmente de cualquier método de control disponible en la actualidad.
Desarrollado durante los últimos cinco años por un equipo de profesionales del cemento, Mercury Capture Systems (MCS) elimina más del 99 % del mercurio presente en el polvo de los hornos de cemento (CKD), lo que permite que el CKD permanezca dentro del sistema del horno, eliminando la necesidad de transportar el polvo y sus posibles responsabilidades a largo plazo. Además de ayudar a las plantas cementeras estadounidenses a cumplir con la normativa NESHAP de 2015, también abre nuevas oportunidades en el uso de materias primas para los productores de cemento con visión de futuro. Además, el proceso puede aplicarse a las cenizas volantes de carbón, el carbón activado, la arcilla y otros polvos industriales que actualmente no pueden ser utilizados por las plantas cementeras debido a su alto contenido en mercurio.
El uso de MCS da como resultado una materia prima prácticamente libre de mercurio y una forma concentrada insoluble de mercurio, que puede ser vertida de forma segura en hormigón, eliminada o enviada para su recuperación.
El reactor de gas por desorción térmica (TDGR) de primera generación se construyó en los últimos 18 meses y está diseñado para funcionar de forma independiente de su horno de cemento matriz. Puede procesar entre 5 y 20 t/h de material, dependiendo de la temperatura de entrada del material y su contenido de humedad.
El equipo auxiliar necesario para la demostración consistía en un silo de almacenamiento de polvo, equipo de transferencia, colector de polvo, enfriador de descarga y un condensador de mercurio de derivación. Para instalaciones integradas con un horno de cemento o una central eléctrica, solo se necesitan el desorbedor térmico, el reactor de gas y un pequeño colector de polvo. El resultado medio de la puesta en marcha inicial confirmó que se eliminó más del 99 % del mercurio del CKD.
La aplicación de este preciso proceso a cualquier tipo de polvo industrial genera reducciones muy similares. El mercurio se elimina del material. A continuación, el material puede utilizarse en el horno sin contribuir a las emisiones de mercurio de la chimenea.
El mercurio, que ha sido desorbido y contenido en una corriente de gas concentrado, se envía al reactor de gas MCS. El reactor de gas es esencialmente un depurador de partículas modificado con una corriente de catalizadores reactivos en recirculación constante. En la configuración normal, el mercurio vaporizado se transporta al depurador y luego se elimina de la corriente de gas mediante el contacto con una solución acuosa de catalizador reactivo. Como parte del proceso MCS, se forman partículas de mercurio cuando el catalizador reactivo entra en contacto con el mercurio de la corriente de gas. Las partículas de mercurio generadas se recogen en el depósito. La solución de catalizador reactivo no utilizada se filtra y se vuelve a introducir en el depurador. La reacción química se produce sobre una base molar, lo que permite que la solución reactiva se recicle continuamente a través del reactor de gas hasta que haya reaccionado por completo.
Se midió el flujo de gas antes y después del reactor de gas. Todas las pruebas fueron realizadas por un laboratorio externo utilizando una combinación de analizadores de mercurio Jerome portátiles, trampas de sorbente de mercurio total y trampas de sorbente de mercurio especializadas. Los resultados fueron impresionantes. Dado que las unidades portátiles solo son capaces de medir hasta 0,999 ppm en el flujo de gas, el valor superior no se pudo medir después de que las unidades superaran su saturación máxima. Las unidades portátiles mostraron una reducción de mercurio del 88 %. Las trampas de sorbente miden solo el flujo de gas y son mucho más precisas. Los resultados son aún más impresionantes, con una reducción de mercurio superior al 99 %.
Según los datos recopilados por MCS durante los últimos cinco años, la desorción térmica genera mercurio iónico y elemental. Los catalizadores reactivos han demostrado ser muy eficaces a la hora de capturar ambas formas de mercurio directamente de una corriente de gas.
¿Qué significa esto para un horno de cemento? Eliminar 1 ppm de mercurio de 18 000 t de materia prima o CKD reducirá la entrada de mercurio en un horno en 32 lb/año. Esto equivale a procesar el CKD generado por una planta durante sus días de molienda de materia prima. Esto indica que el proceso MCS se puede adaptar a cualquier planta y puede funcionar de forma continua o según sea necesario para reducir las entradas de mercurio en un horno.
MCS frente al transporte de polvo
El transporte de polvo fue propuesto originalmente como una opción de bajo coste para los hornos de cemento por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA). Según se informa, se trata de una forma sencilla de reducir la entrada de mercurio en un horno, transfiriendo el CKD directamente al molino de acabado para su molienda conjunta con el clínker e incluyendo el mercurio directamente en el hormigón resultante. Todos los estudios han confirmado que, una vez que el mercurio se encuentra dentro del hormigón, queda encapsulado. La pregunta siempre ha sido: ¿qué cantidad de mercurio llega realmente al hormigón? Un estudio reciente de la Universidad de Florida titulado «Caracterización del mercurio en fase de vapor liberado por el procesamiento del hormigón con cemento al que se le ha añadido polvo de filtro de mangas», publicado por la Sociedad Química Americana, indica que hasta el 70 % del mercurio absorbido por el CKD nunca llega al hormigón. El estudio continuó indicando que, con el tiempo, se necesitarían monitores de mercurio para los molinos de acabado de cemento que incorporan CKD cargado de mercurio.
Además del coste potencial del control, la responsabilidad potencial y el nuevo punto de emisión de mercurio regulado implícito, también está la cuestión del coste y la calidad. El transporte de polvo elimina una materia prima del horno que debe ser sustituida por otras materias primas. El CKD ya ha sido procesado, calcinado y recombinado químicamente. El coste del CKD es efectivamente el mismo que el del clínker y también tiene la misma huella de carbono. Los hornos de cemento se esfuerzan por reducir la proporción de clínker/cemento mediante el uso de diversas adiciones al proceso cementoso y la molienda conjunta de piedra caliza. El transporte de polvo no contribuye a reducir la huella de carbono y es una adición al proceso relativamente costosa. MCS puede eliminar la necesidad del transporte de polvo al proporcionar una materia prima de bajo coste y prácticamente libre de mercurio al horno de cemento de forma rutinaria.
MCS frente a inyección de sorbente
Los sorbentes se utilizan cada vez más mediante inyección directa en el filtro de mangas del horno de cemento para aumentar la cantidad de mercurio que absorbe el CKD. Según se informa, muchos de los sorbentes actuales son compatibles con el hormigón y, en la mayoría de los casos, el volumen total de sorbente utilizado es relativamente pequeño, lo que reduce los problemas de calidad.
Como parte del proceso de desarrollo de MCS, SCB International Materials ha logrado reducir en un 55 % los niveles de mercurio en una corriente de gas antes de llegar al filtro de mangas del horno de cemento utilizando sus catalizadores reactivos junto con un sistema de inyección de agua descendente ya existente. No fue necesario añadir sorbentes adicionales y las pruebas adicionales confirmaron un aumento del 25 % en la concentración de mercurio dentro del CKD. Se seguirá trabajando en este proceso. Para las plantas que tienen previsto utilizar la inyección de sorbentes, el proceso MCS seguirá funcionando para limpiar la corriente combinada de CKD/sorbente. La desorción térmica MCS ha demostrado su eficacia en niveles de concentración de hasta 61 ppm de Hg.
Procesamiento MCS combinado
El proceso MCS combinado permitiría a cualquier horno de cemento eliminar el mercurio de sus CKD, protegiendo la consistencia del clínker, la calidad del cemento y las relaciones con los clientes. Cuando el sistema no se utiliza para procesar CKD, podría emplearse para eliminar el mercurio de materias primas alternativas. Como resultado, la planta cementera puede utilizar cenizas volantes con alto contenido en mercurio o procesar sorbentes usados para convertirlos en materias primas a bajo coste. Esto reduciría el coste por tonelada de la planta y aumentaría la gama de materias primas disponibles que puede utilizar en su proceso de producción.
Conclusión
Mercury Capture Systems es un método innovador desarrollado para reducir las emisiones de mercurio de las chimeneas de los hornos de cemento y otras fuentes de emisión. La tecnología puede adaptarse para eliminar el mercurio de los productos de la combustión del carbón, el carbón activado en polvo usado y otras materias primas sin necesidad de utilizar sorbentes adicionales. Los resultados de las pruebas confirman la capacidad de capturar tanto el mercurio elemental como el iónico. Mercury Capture Systems utiliza un catalizador químico que no solo afecta al mercurio, sino también a todos los metales pesados.
El proceso emplea la desorción térmica para separar el mercurio del CKD y forma un sulfuro no lixiviable en un reactor de gas separado. Esto permite que el CKD, esencialmente libre de mercurio, se recicle y se utilice en cualquier parte del proceso. Los resultados del TDGR confirman una eliminación del 99 % del mercurio del CKD y una reducción correspondiente del 99 % del mercurio del vapor de gas. Esto rompe el ciclo del mercurio dentro de una planta de cemento y permite que los hornos de cemento cumplan con las próximas regulaciones NESHAP, que entrarán en vigor en septiembre de 2015.