EURÓPAI BIZOTTSÁG
Integrált környezetszennyezés-megelőzés és -csökkentés (IPPC) Referencia-dokumentum a cement- és mésziparban rendelkezésre álló legjobb elérhető technikákról
XXX 2001
Executive Summary – Cement and Lime
TARTALMI ÖSSZEFOGLALÓ Ezen, a cement- és mésziparban rendelkezésre álló legjobb elérhető technikákról (Best Available Technique = BAT) szóló referencia-dokumentum az Európai Tanács 96/61/EC számú irányelvének 16(2) szakasza értelmében kivitelezett információcsere eredménye. A dokumentumot az előszó figyelembevételével kell értelmezni, mely leírást ad a dokumentum céljait és annak használatát illetően. Ezen BREF dokumentum két részből áll, melyek közül az egyik a cementiparra, míg a másik a mésziparra vonatkozik, és amelyek mindegyike 7 fejezetet tartalmaz az általános vázlat szerint.
Cementipar A cement alapvető építőanyag a magas- és mélyépítő iparban egyaránt. A cementipar termelése közvetlenül függ az építőipar általános helyzetétől, és mint ilyen, tükrözi a gazdaság átfogó helyzetét is. Az Európai Unió cementtermelése 1995-ben 172 millió tonna volt, ami körülbelül a világtermelés 12%-át tette ki. Az alapanyagok kitermelését, őrlését és homogenizálását követően a cementgyártás első lépése a kalcium-karbonát kalcinálása, melyet az így előállított kalcium-oxidnak szilícium-dioxiddal, alumínium-oxiddal és vas-oxiddal együtt történő, magas hőmérsékleten elvégzett égetése követ a cementklinker előállítására. Ezután a klinkert gipsszel és más alkotóelemekkel porítják vagy őrlik össze a cement előállítására. A kalcium-karbonátot olyan, a természetben előforduló kalciumtartalmú üledékes kőzetekből nyerik, mint a mészkő, a márga, vagy a kréta. A szilicium-, vas- és aluminium-oxid különböző ércekben és ásványokban találhatók, mint amilyenek a homok, az agyagpala, az agyag és a vasérc. Az erőművi salak, a kohósalak és egyéb melléktermékek szintén felhasználhatók a természetben található nyersanyagok részleges helyettesítésére. Egy tonna klinker előállításához az átlagos nyersanyag szükséglet az EU-ban 1,57 tonna körül mozog. A különbség nagy része szén-dioxidként távozik a levegőbe a kalcinálási reakció (CaCO3 → CaO + CO2) során. A cementipar energiaigénye meglehetősen nagy, hiszen az energiaköltség az előállítási költségekből (tehát a tőkebefektetési költséget nem számítva) mintegy 30-40%-ot tesz ki. A folyamathoz szükséges hőt különböző tüzelőanyagok felhasználásával lehet biztosítani. A leggyakrabban használt fűtőanyagok 1995-ben a petrolkoksz (39%) és a szén (36%) után a különböző hulladékok (10%), a fűtőolaj (7%), a lignit (6%) és a gáz (2%) voltak. 1995-ben az Európai Unió területén cementklinkert és kész cementet 252 üzemben állítottak elő, melyekben összesen 437 égetőkemence volt, bár ezek közül nem mindegyik működött. Ezen kívül további 68 őrlőüzem (malom) is volt, melyekhez nem tartozott égetőkemence. Az utóbbi években egy tipikusnak tekinthető méretű égetőkemence körülbelül napi 3000 tonna klinker előállítására volt képes. A klinkerégetés forgódobos kemencében történik, amely lehet nedves vagy száraz hosszúkemence-rendszer, félnedves vagy félszáraz rostélyos előmelegítős (hőcserélős) kemencerendszer (Lepol), száraz lebegtetéses hőcserélős kemencerendszer vagy hőcserélős /előkalcináló kemencerendszer része. A cementklinker előállítására alkalmazható legjobb technikának(1) a többfokozatú szuszpenziós előfűtéssel és előkalcinálással rendelkező száraz
(1)
Az alkalmazhatóság és megvalósíthatóság tekintetében lásd az 1.5 fejezetet.
ii
Executive Summary – Cement and Lime
eljárású kemencét tartják. Az ehhez kapcsolódó BAT hőegyensúly értéke klinker esetén 3000 MJ/tonna. Jelenleg Európa cementgyártásának körülbelül 78%-a történik száraz eljárású kemencékben, további 16% félszáraz és félnedves eljárású kemencékben, míg a fennmaradó 6% nedves eljárású kemencékben. A nedves eljárású kemencéket felújításukkor várhatóan száraz eljárásúvá fogják átalakítani, csakúgy, mint a félszáraz és félnedves üzemű kemencéket. A klinkerégetés a cementgyártási folyamat legfontosabb része annak kulcsfontosságú környezeti hatásai, az energiafelhasználás és a légszennyezés szempontjából. A legjelentősebb kibocsátott szennyezőanyagok a nitogén-oxidok (NOx), a kén-dioxid (SO2) és a por. Míg a porkibocsátás csökkentésére már több mint ötven éve széles körben alkalmaznak eljárásokat és a kén-dioxid kibocsátás mérséklése üzemfüggő probléma, a nitrogén-oxid emisszió mérséklése viszonylag új keletű kérdés a cementiparban. Több cementgyár vezetett be olyan általános primér intézkedéseket, mint a folyamatirányítás optimalizálása, modern, gravimetrikus szilárd tüzelőanyag-adagoló rendszerek, optimalizált hűtő csatlakoztatás és energiagazdálkodási rendszerek használata. Ezeket az intézkedéseket általában a klinker minőségének javítása és az előállítási költség csökkentése érdekében teszik, de ezek az energiafelhasználást és a károsanyag-kibocsátást is csökkentik. Az NOX emisszió csökkentésére rendelkezésre álló legjobb elérhető technikák(1) az általános primér intézkedések, az NOX emisszió ellenőrzésére szolgáló primér módszerek, a többfokozatú égetés és a szelektív, nem katalitikus redukció (SNCR) kombinációi. Az ezen technikákhoz kapcsolódó BAT kibocsátási szint(2) 200-500 mg NOx/m3 (mint NO2). Ezt a kibocsátási szintet abban a kontextusban kell látnunk, miszerint az ez idő szerint az üzemek által jelentett kibocsátási szint tartomány <200-3000 mg NOx/m3 és az Európai Unió égetőkemencéinek többsége állítólag képes az 1200 mg/m3-nél alacsonyabb kibocsátási szint elérésére primér intézkedések mellett. Bár a NOX kibocsátás csökkentésére a fentiekben meghatározott BAT-nak volt támogatottsága, a TWG-n belül létezett egy ellentétes nézet(3) is, miszerint az ezen technikák alkalmazásához kapcsolódó BAT szint 500-800 mg NOx/m3 (mint NO2). Ugyancsak volt egy olyan vélemény(3) is, amely szerint a szelektív katalitikus redukció (SCR) technikájához kapcsolódó BAT érték 100-200 mg NOx/m3 (mint NO2). Az SO2 emisszió csökkentésére rendelkezésre álló legjobb elérhető technika(1) az általános primér intézkedések és abszorbens anyagok hozzáadása 1200 mg SO2/m3-nél nem magasabb kezdeti kibocsátási érték esetén, illetve nedves vagy száraz gáztisztító berendezés alkalmazása 1200 mg SO2/m3-nél magasabb kezdeti kibocsátási érték esetén. Az ezen technikákhoz kapcsolódó BAT kibocsátási szint(2) 200-400 SO2/m3. A cementüzemek SO2 kibocsátásának mértékét elsősorban a nyersanyagok illó kéntartalma határozza meg. Azon égetőüzemek, amelyek alacsony vagy nulla illó kéntartalmú nyersanyagot dolgoznak fel, jóval ezen SO2 kibocsátási szint alatt működnek károsanyag-kibocsátást csökkentő technikák alkalmazása nélkül is. A jelenlegi bejelentett kibocsátási szint tartomány jelenleg <10-3500 mg SO2/m3. A porkibocsátás csökkentésére rendelkezésre álló legjobb elérhető technika az általános primér intézkedések és a porszemcsék hatékony eltávolítása pontforrásokból elektrosztatikus porleválasztók és/vagy szövetszűrők alkalmazásával. Az ezen technikákhoz kapcsolódó BAT emissziós szint(2) 20-30 mg por/m3. Az ez idő szerinti jelentésekben megadott emissziós szint 5200 mg por/m3 pontforrásokból. A legjobb elérhető technikák közé tartozik a porkibocsátás minimalizálása és megakadályozása a diffúz forrásokból, amint azt az 1.4.7.3-as szakasz leírja. (2)
Az emissziós szinteket napi átlagra és normál állapotra (273 K, 101,3 kPa, 10% oxigén és száraz gáz) adják meg. (3) A megoszló vélemények részletei és igazolása tekintetében lásd az 1.5 fejezetet.
iii
Executive Summary – Cement and Lime
A legjobb elérhető technika a hulladék csökkentésére az összegyűjtött por visszaforgatása a folyamatba, ahol csak lehetséges. Abban az esetben, ha az összegyűjtött por nem hasznosítható újra, annak lehetőség szerint egyéb kereskedelmi termékekben való felhasználása tekintendő a legjobb elérhető technikának. Javasolt ezen BAT referencia dokumentum frissítése körülbelül 2005-ben, különös tekintettel az NOX-csökkentés tekintetében (az SCR technológia és magas hatékonyságú SNCR fejlődése szempontjából). További kérdések, melyekkel ezen dokumentum nem foglalkozott teljes mélységben és amelyeket a frissített változat megvizsgálhat: - további információk vegyi adalékanyagokról, melyek iszapos hígítószerként működnek, - számszerű adatok a CO határkoncentráció elfogadható gyakoriságáról és időtartamáról, - kapcsolódó BAT kibocsátási értékek VOC, fémek, HC1, HF, CO és PCDD/Fs tekintetében.
Mészipar A meszet különböző termékek széles körében alkalmazzák, például az acélfinomítás során folyósítószerként, az építőiparban kötőanyagként, vagy a víztisztítási eljárások során mint kicsapószert. A meszet ugyancsak gyakran alkalmazzák ipari effluensek és füstgázok savas összetevőinek semlegesítésére. Évi 20 millió tonna mésztermeléssel az Európai Unió tagországai a világ kereskedelmi mésztermelésének mintegy 15%-át adják. A mészgyártás folyamata a kalcium- és/vagy magnézium-karbonátok szén-dioxidot felszabadító és származtatott oxidokat eredményező (CaCO3 → CaO + CO2) égetéséből áll. A kemencében előállított kalcium-oxid terméket általában összezúzzák, ledarálják és/vagy átrostálják mielőtt tárolósilókba szállítják. A silóból a kiégetett meszet vagy a végfelhasználóhoz szállítják, ahol azt oltatlan (égetett) mészként felhasználják, vagy hidratálóüzembe továbbítják, ahol vízzel reagáltatva oltott meszet készítenek belőle. A mész szó maga utalhat mind oltatlan, mind oltott mészre is, és a mésztermékek kifejezéssel rokon értelmű. Az oltatlan vagy égetett mész kalcium-oxid (CaO). Az oltott mész elsősorban kalcium-hidroxidból (Ca(OH)2) áll, ami hidratált meszet (száraz kalcium-hidroyid port), mésztejet és mészgittet (ablakgittet, vízben diszpergált kalcium-hidroxid szemcséket) is tartalmaz. A mészgyártás során általában egy tonna értékesíthető oltatlan mész előállításához 1,4 és 2,2 tonna közötti mennyiségű mészkövet használnak fel. A felhasznált mennyiség függ a termék típusától, a mészkő tisztaságától, a kalcinálás fokától és a hulladék mennyiségétől. A különbség nagy része szén-dioxidként távozik a levegőbe. A mészipar energiaigénye meglehetősen nagy, hiszen az energiaköltség az előállítási költségekből mintegy 50%-ot tesz ki. Az égetőkemencéket szilárd, folyékony és légnemű tüzelőanyagokkal fűtik. 1995-ben a leggyakrabban használt fűtőanyagok a földgáz (48%) és a szén, beleértve a kőszenet, kokszot, lignitet és petrolkokszot (36%), valamint az olaj (15%) és az egyéb fűtőanyagok (1%) voltak. 1995-ben az Európai Unió területén 240 mészgyártó üzem (nem számítva a kötött mész előállítást) működött összesen mintegy 450 égetőkemencével, melyek nagy része egyéb aknamedence és párhuzamos áramlású regeneratív aknamedence volt. Egy tipikusnak tekinthető méretű égetőkemence körülbelül napi 50 és 500 tonna közötti mennyiség előállítására képes. A mészgyártással kapcsolatos legfontosabb környezeti kérdések a levegőszennyezés és az energiafelhasználás kérdései. A mészégetés a károsanyag kibocsátás fő forrása és egyszersmind iv
Executive Summary – Cement and Lime
a leginkább energiaigényes gyártási folyamat. A mészoltás és a darálás másodlagos folyamatai ugyancsak súlyos hatásúak lehetnek környezeti szempontból. A legjelentősebb kibocsátott környezetszennyező anyagok a por, a nitrogén-oxidok (NOX), a kén-dioxid (SO2) és a szénmonoxid (CO). Több mészgyár vezetett be olyan általános primér intézkedéseket, mint a folyamatirányítás optimalizálása. Ezeket az intézkedéseket általában a termék minőségének javítása és az előállítási költség csökkentése érdekében teszik, de ezek az energiafelhasználást és a károsanyag-kibocsátást is csökkentik. A porkibocsátás csökkentésére rendelkezésre álló legjobb elérhető technika az általános primér intézkedések és a porszemcsék hatékony eltávolítása pontforrásokból elektrosztatikus porleválasztók és/vagy szövetszűrők alkalmazásával. Az ezen technikákhoz kapcsolódó BAT emissziós szint(4) 50 mg por/m3. A legjobb elérhető technikák közé tartozik a porkibocsátás minimalizálása és megakadályozása a diffúz forrásokból, amint azt az 1.4.7.3-as szakasz leírja. A legjobb elérhető technika a hulladék csökkentésére az összegyűjtött por, valamint az előírásoknak nem megfelelő oltatlan és oltott mész felhasználása egyes kereskedelmi termékekben. Az NOx kibocsátás elsősorban a gyártott mész minőségétől és az égetőkemence konstrukciójától függ. Néhány forgódobos kemencét már felszereltek alacsony szintű NOx égetővel. Egyéb NOxcsökkentési technológiákat mindezidáig még nem alkalmaztak a mésziparban. Az SO2 kibocsátás, különösen forgódobos kemencék esetén a fűtőanyag kéntartalmától, az égetőkemence konstrukciójától, valamint a mésztermék kívánt kéntartalmától függ. Az alacsony kéntartalmú fűtőanyagok alkalmazása tehát csökkentheti az SO2 kibocsátást, csakúgy, mint ahogyan a magasabb kéntartalmú termékek előállítása is. Léteznek különböző abszorbens anyagok hozzáadásán alapuló technikák is, azonban ezeket jelenleg a mésziparban nem alkalmazzák. Mielőtt ezen referencia dokumentum frissítésére sor kerülne, hasznos lenne elvégezni egy, a jelenleg használatos szennyezéscsökkentő technikákról, kibocsátási és fogyasztási értékekről, valamint a mésziparban alkalmazott ellenőrzési (monitoring) rendszerekről. készített felmérést.
(4)
Az emissziós szinteket napi átlagra és normál állapotra (273 K, 101,3 kPa, 10% oxigén és száraz gáz) adják meg, kivéve a hidratálóüzemek esetében, ahol a körülmények a kibocsátásnak megfelelők.
v
