Hulladék, mint energiahordozó
Bocskay Balázs
[email protected] 06 20 912 97 07 2014.03.13.
Előadás tartalma A Duna-Dráva Cement Kft bemutatása A cement és a cementgyártás, Hulladékok mint cementgyártás alapanyagai, A hulladék energiatartalmának kinyerését lehetővé tévő intézkedések, A hulladékhasznosítás gazdasági hatásai A hulladékok energiatartalmának kinyerési módjai Az energetikai hasznosítás életciklus alapú értékelése Egy „optimális” hulladékkezelési rendszer
A Duna-Dráva Cement Kft Magyarország vezető építőanyag ipari cége
A cement egy köztes termék, ami az építőanyag beton előállításához szükséges Alapanyagok
Igényre szabott betonok és eljárások
Kavics
Helyettesítő alapanyagok
Klinker Fosszilis tüzelőanyagok
Bedolgozhatóság Víz
Helyettesítő tüzelőanyagok
Korai szilárdság
Cement
Gipszkő Mesters. gipsz
Beton
Végszilárdság Tartósság
Trassz Mészkő Gr.kohósalak Pernye Szilikapor
Hidratációs hő
Kiegészítő anyagok
Kötésszabályzó gipsz
Őrléssegítő
Filler ő.gr.k.salak Pernye Silikapor
Adalékok
Kivérzés Szín Felület…
Különböző termékek és környezetek
Cement termelés a DDC gyáraiban Termelési folyamat elemei – Nyersanyagok: mészkő, agyag, vas-oxid – Nyersliszt őrlés (szárító közeg: kemence füstgáz) – Klinker égetés (BAT technológiával) Hőcserélő: hővisszanyerés a füstgázból Kalcinátor: mészkő dekarbonizálás Forgó kemence: klinker képződés Rostélyhűtő: hővisszanyerés a klinkerből
– Cementőrlés
Cementgyártás alapanyagai – – – – –
Klinker - 1450°C-on hőkezelt alapanyagok Mészkő - bányászott nyersanyag Kohósalak- vas-gyártás mellékterméke Pernye - erőművek mellékterméke REA gipsz- erőművek mellékterméke
Mi a cement és mi teszi a cementipart képessé hulladékok hasznosítására? A portlandcement egy hidraulikus kötőanyag, amit
mészkő, agyag, Fe2O3-hordozó,1450°C-ra hevítésével, „égetésével” előállított portlandklinker, kötésszabályzó gipsz (gipszkő, REA-gipsz), hidraulikus kiegészítő anyagok (trassz , erőművi pernye, kohósalak), együttőrlésével állítanak elő. Következmény a hulladékgazdálkodás számára: 1. A cementgyár nem azért dolgozik magas hőmérsékleten, hogy hulladékot hasznosíthasson, hanem azért hasznosít hulladékot, mert szüksége van a magas hőmérsékletre 2. A különböző cementfajták előállításához hagyományosan más iparágak melléktermékeit alkalmazza, így azok megszűntek hulladéknak lenni
A DDC 2012-ben 350 000 t hulladékot és mellékterméket hasznosított 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 61
Dunavarsányi Tiszta Víz Kft. - TELEPHELY Hamburger Hungária KFT. - Hamburger papírgyár FKF Zrt. - HULLADÉKHASZNOSITÓ MŰ Isd Dunaferr Zrt. – Vasmű Magyar Cukor Zrt. - CUKORGYÁR Glázer-Transz Kft - GYŐR III TELEPHELY C és R Közlekedésépitő Kft - Hulladék előkezelő telephely Tatai Környezetvédelmi Zrt - hulladék-komposztáló telephely Hamburger Dunaújváros KFT. - Papírgyár Duna-Dráva Cement Kft. - Beremendi GYÁR Duna-Dráva Cement Kft. - Váci GYÁR
821 836 562 180 390 918 251 418 194 375 151 523 148 672
A hasznosított hulladék más módon nem hasznosítható A válság miatt a gyárak kihasználtsága 50% alatti A HIR nem tartalmazza a melléktermékként beérkező anyagokat: – Salak: 167 ezer t – Pernye: 31 ezer t – REA-Gipsz: 27 ezer t – Összesen: 225 ezet t
133 312 123 686 108 540 25 110
Duna- Dráva Cement Kft.
R1 R5 Σ
77 671 55 979 133 650
A hulladékégetés feltételei (3/2002 KöM rendelet) és a klinkerégetés technológiai paraméterei Ttávozó füstgáz: 300-350°C
TKalcinátor: 1050-1150°C tart.idő: ~3s. TV-fokozat: 850-1000°C TLáng: 2000°C
Tkemence: 1050-2000°C tart.idő: ~10s.
Hamu TOC tartalma <3%, izz.veszt<5% Tart.idő: 2 mp, 850 °C felett, ha Cl<1%, 2 mp, 1100 °C felett, ha Cl>1% Automatikus leállítás: ha hőm. kisebb, mint előírt két félórás hat. ért. túllépés Folyamatos emisszió mérés: NOX, CO, por, TOC SO2,HCl,HF (elt.eng.hető.) Ttűztér,Ttáv.,ptáv.,xO2táv.,xH2Otáv. Időszakos mérés:, nehézfémek, PAH dioxin, furán nehézfémek, PAH
Salakkezelés
Kazán hamu
Szennyvíz kezelés
NOx csökkentés
Porleválasztás
Hg, dioxin megkötés
HCl, HF, SO2 leválasztás
Hővisszanyerés
Égetés
Beadagolás
Tárolás
Beszállítás
Hulladék-égetőmű – célberendezés, aminek célja a hulladék mennyiségének csökkentése
Filter por
Egy együttégető mű esetén emisszió csökkentő eljárások és a technológia együttesen garantálják a határértékek betartását HCl, HF, SO2, nehézfém megkötés (adszorpció)
Hg megkötés (adszorpció)
NOx csökkentés – SNCR Kalcinátor: Tgáz: 900-1000°C t:2-5s Kemence: Tláng: 2000°C t>1000°C ~10 s
4 N2 + 6 H2O
Kemence liszt
HCl, HF, SO2
Forró liszt
Por Magas hőm.
Klinker
4 NO + 4 NH3 + O2
Adszorpció
Égés- Tüzelőlevegő anyag
Nyersanyag
(nyersliszt)
Porleválasztás
Hggőz Hgkond
Por (nyersliszt)
Adszorpció Alacsony hőm.
Nyersliszt
Porleválasztás.
Karbamid
A klinkergyártás során a nyers- és tüzelőanyagok hamuja együtt alkotja a végterméket, ártalmatlanítandó hulladék nem keletkezik
Energiahordozók Fosszilis t.a.(szén bázisú) Helyettesítő t.a. (szénhidrogén bázisú) Szervetlen komp.: (CaO, SiO2, Al2O3,Fe2O2;S;Cl)
H 2O ( f ) → H 2O ( g ) y y Cx H y + ( x + )O2 → xCO2 + H2O 4 2
C + O2 → CO2 N 2 + xO2 → 2 NO X
CaO
H2O CO2
SiO2
Füstgáz H2O (tüzelőanyagból) CO2 (tüzelőanyagból) CO2 (nyersanyagból) Egyéb komponensek (3/2002 KöM rend. szerint)
Al2O3
Nyersanyagok Mészkő (CaO+CO2) Agyag (Al2O3+SiO2+H2O) Homok/homokkő (SiO2) Vas-oxid hordozó (Fe2O3)
Fe2O3
SO3−
Cl−
Klinker ásványok Alite (3CaO2×SiO2) Belite (2CaO2×SiO2) 3CaO2×Al2O3 3CaO3×Al2O3×Fe2O3
Cementgyári együttégetés csökkenti a légszennyezést A hulladék ártalmatlanítása légszennyezéssel jár (biogáz/füstgáz keletkezés) A cementgyártás során is keletkeznek égéstermékek (pl. por, CO2; NOx; SO2, stb.) Amennyiben cementgyár hasznosítja a hulladékot – Szigorúbb határértékek szerint kell működnie (3/2002 KöM rendelet) – Nem alakul ki a hulladék ártalmatlanításához kapcsolódó emisszió – Csökken a fosszilis tüzelőanyagokból származó füstgáz kibocsájtás
Por; CO2 SO2 NOX
Por, CO2 SO2 NOX
vagy [CH4] [H2S] Hulladék (alt.t.a.)
Fosszilis tüzelőanyag (olaj, földgáz, szén)
Hulladék ártalmatlanítás Cement termelés [lerakás] fosszilis tüzelőanyaggal
Együttégetés cementgyárban
Dioxinok, furánok kérdésköre A dioxinok a klinkerégető kemencében elbomlanak A legmérgezőbb, 2,3,7,8 tetraklór-dibenzo-p-dioxin pirolízis ideje 800 ºC –on 0,2-0,3 sec. A klinkerégető kemencében a füstgáz 10 sec-ig tartózkodik 850°C felett A dioxin újraképződés veszélye nem áll fent Nincsenek reakciópartnerek (halogéneket a nyersliszt megköti, szénhidrogének égése tökéletes) Nincs idő az újraképződésre (füstgás gyors hűtése 350°C-ról 130 °C alá) Nincsenek nagy korommal borított felületek (poliaromás kondenzáció színhelyei) Az eddig elvégzett emissziómérések során 2,3,7,8 tetraklór-dibenzo-p-dioxin nem volt kimutatható A dioxin vegyületek összes koncentrációja a legrosszabb esetben sem haladta meg határérték (0,1 ng/Nm3) 25%-át
A nemzetközi tendenciának megfelelően a DDC is fő tüzelőanyagként alkalmazza a helyettesítő tüzelőanyagokat
Az ipari forradalom okozta kilengés után a világgazdaság visszatér az egyensúlyi állapotába
Gt CO2/év
A Brit-Birodalom tündöklése és bukása
10 Világ szén
Világ olaj
0.1
1600
Tanulságok:
1700
Szaudi olaj J. Watt (1769)
Gőzgép (1698)
1
UK szén
1800
1900
Az energiahordozók bősége és korai kiaknázása tette a Brit-Birodalomat naggyá Nem csak a nyersanyagok, az energiahordozók is végesek Az energiakészlet kimerülésével párhuzamosan Nagy-Britannia elveszette világpolitikai súlyát
2000
Lerakás Komposztálás
Energetikai hasznosítás Újrafeldolgozás Ireland
Italy
UK
Denmark
Sweden
Norway
Germany
Belgium
Netherlands
Luxembourg
Austria
France
Euro (16 countries)
EU (27 countries)
Égetés
Slovenia
Czech Rep.
Portugal
Hungary
Iceland
Spain
Estonia
Lithuania
Slovakia
Greece
Poland
Cyprus
Latvia
Malta
Croatia
Bulgaria
Romania
Hulladékgazdálkodás az Európai Unióban (2011) 100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
2012. évi CLXXXV. Törvény a hulladékról
Mi újrafeldolgozás, mi energetikai hasznosítás, mi ártalmatlanítás? Újrafeldolgozás: olyan hasznosítási művelet, amelynek során a hulladékot termékké vagy anyaggá alakítják annak eredeti használati céljára, akár más célokra; ez magában foglalja a szerves anyagok feldolgozását, de nem tartalmazza az energetikai hasznosítást és az olyan anyaggá történő feldolgozást, amelyet feltöltési műveletek során használnak fel
Energetikai hasznosítás: hasznosítási művelet, amelynek során a hulladék energiatartalmát kinyerik, ideértve a biológiailag lebomló hulladékból történő energia-előállítást, valamint az olyan anyaggá történő feldolgozást, amelyet üzemanyagként, illetve tüzelőanyagként használnak fel;
Ártalmatlanítás: minden olyan kezelési művelet, amely nem hasznosítás; a művelet abban az esetben is ártalmatlanítás, ha az másodlagos jelleggel anyag- vagy energiakinyerést eredményez; az ártalmatlanítási műveletek nem kimerítő listáját a 2. melléklet tartalmazza;
2010/75/EU IRÁNYELVE (IED)
Termikus hulladékkezelési technológiákat csoportosítani lehet céljuk szerint „hulladékégető mű”: olyan helyhez kötött vagy mobil műszaki egység és berendezés, amelyet a hulladék hőkezelése érdekében építettek, függetlenül attól, hogy a keletkezett égéshőt hasznosítják-e vagy sem. Ez magában foglalja a hulladék oxidálását és más hőkezelési eljárásokat, például a pirolízist, a gázosítást vagy a plazmaeljárásokat, amennyiben a kezelés eredményeként keletkező anyagokat a kezelést követően elégetik; „hulladék-együttégető mű”: olyan helyhez kötött vagy mobil műszaki egység, amelynek elsődleges célja az energiatermelés vagy az anyagi termékek előállítása, és amely hulladékot alap vagy kiegészítő tüzelőanyagként használ, vagy amelyben a hulladékot ártalmatlanítás céljából hőkezelésnek vetik alá. Ez magában foglalja a hulladék oxidálását és más hőkezelési eljárásokat, például a pirolízist, a gázosítást vagy a plazmaeljárásokat, amennyiben a kezelés eredményeként keletkező anyagokat a kezelést követően elégetik;
2010/75/EU IRÁNYELVE (IED)
Termikus hulladék kezelési technikák csoportosítása a végbemenő kezelési művelet alapján Újra-feldolgozás (R5)
Hulladék együttégetés
Tüzelőa. előállítás
Cementgyár R5: szervetlen komp. R1: szerves komp.
Téglagyár (légpórus képző)
Vasgyártás (redukáló szer)
Ártalmatlanítás (D10)
Energetikai hasznosítás (R1)
Hőerőmű
Hulladékégető mű T.Sz.Hulladékégető mű R1 krit.>65% R1 krit.<65%
M(B)H
Hulladékégető mű (veszélyes és más)
Veszélyes Hulladék IED:
HT:
Pirolízis, Katalitikus depolimerizáció, Elgázosítás R5(?): korom előállítás, acél kinyerés R1(?): energia olajból D10: (mivel nem TSZH)
Energetikai hasznosítás szerepe a hulladékgazdálkodásban Érvek Újrafeldolgozás kiegészítője Vegyes hulladékok (pl. válogatási maradék) hasznosítására alkalmas Környezeti előnyök – hull.kezelés emisszió csökken – fosszilis tüzelőanyag helyett – Fosszilis CO2 biogén CO2
Ellenőrizhető Nagy mennyiségeket képes hasznosítani
Ellenérvek Újrafeldolgozáshoz képest lejjebb van a hierarchiában Csak az energia tartalmát hasznosítja a hulladéknak Szelektív gyűjtés terjedése miatt szükségtelenné válik Dioxin és furán képződés (?) HCl, HF, SO2 emisszió (?)
2012. évi CLXXXV. Törvény a hulladékról
A hulladékhierarchia iránymutatást ad… a hulladékképződés megelőzése a hulladék újrahasználatra előkészítése a hulladék újrafeldolgozása a hulladék egyéb hasznosítása, így különösen energetikai hasznosítása a hulladék ártalmatlanítása (hulladékégetés, tartós tárolás lerakás…)
HKI: …de azokat a lehetőségeket kell ösztönözni, amelyek a legjobb ált. környezeti eredményt hozzák, … Ez az egyes hulladékáramok esetében megkövetelheti a hierarchiától való eltérést, amennyiben ezt indokolja az ilyen hulladék keletkezése és az azzal való gazdálkodás által gyakorolt általános hatásokra vonatkozó életciklus-szemlélet.
HT: …azt kell választani, amely az összességében legjobb környezeti eredményt biztosító megoldást hordozza magában, és elősegíti az e törvény szerinti hasznosítási és ártalmatlanítási célkitűzések megvalósítását. … Az összességében legjobb környezeti eredményt biztosító megoldás érvényesülése érdekében bizonyos hulladékáramok esetében … tevékenység a hulladékhierarchia szerinti elsőbbségi sorrendtől eltérően is megválasztható. Ennek indokoltságát …életciklus-szemléleten alapuló vizsgálati elemzéssel kell igazolni.
A környezeti teljesítményt a hulladékkezelésből származó környezeti hatás és a hasznosítással megelőzött hatás eredője adja meg
Forrás: WRAP Domestic Mixed Plastics Packaging Waste Management Options http://www.realrecycling.org.uk/resources/files/plastic/Mixed%20Plastic%20options%20%28WRAP %29.pdf
Az újrafeldolgozás környezeti eredményét az határozza meg, mit helyettesít a reciklált anyag Egy-egy újrafeldolgozási folyamat értékelése során célszerű megvizsgálni: • Milyen anyagot helyettesít a visszanyert/újrafeldolgozott anyag – műanyagot – fát – követ – betont
• Az újrafeldolgozott anyagból készült termék rendelekzik-e olyan többlet funkcióval, ami indokolja a hagyományos alapanyag helyettesítését?
Az újrafelhasználás abban az esetben jobb megoldás, ha a késztermék mintegy 70%-ban műanyag alapanyagot eredményez Ha a visszanyert anyagból főként fát vagy betont helyettesítő termék gyártható, akkor a tüzelőanyag helyettesítés a legjobb változat A pirolízis rosszabb megoldás, mint a tüzelőanyag helyettesítés
Az újrafeldolgozás csak abban az esetben jobb megoldás, ha 70%-ban új műanyaggal egyenértékű alapanyagot eredményez Szennyezett anyagok esetén a tüzelőanyag helyettesítés ad jobb környezeti eredményt Forrás: WRAP Domestic Mixed Plastics Packaging Waste Management Options http://www.realrecycling.org.uk/resources/files/plastic/Mixed%20Plastic%20options%20%28WRAP %29.pdf
A cementipari hasznosítás a kevert műanyagok esetén versenyképes alternatívája az újrafeldolgozásnak
Forrás: WRAP Domestic Mixed Plastics Packaging Waste Management Options http://www.realrecycling.org.uk/resources/files/plastic/Mixed%20Plastic%20options%20%28WRAP %29.pdf
Egy optimális hulladékgazdálkodási rendszer a környezeti és gazdasági szempontokat figyelembe véve kombinálja a hulladékkezelési eljárásokat Megelőzés Újrahasználatra előkészítés Vegyes hulladék
Szelektív hulladék Válogatás
Komposztálás Termék(EoW) papír,fém Másodnyersanyag Késztermék (cement)
Mechanikai-biológiai kezelés
Újrafeldolgozás
Energia kinyerés
Tüzelőanyag (SRF) Energia (villamos,hő)
Hulladék gyűjtés és előkezelés
Biogáz/depóniagáz Hulladékégetés Lerakás
Ártalmatlanítás
