8/16/2019 Formaqcion de Dioxinas y Furanos

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ESTUDIO DE FORMACIESTUDIO DE FORMACIÓÓN DE DIOXINAS Y FURANOS EN HORNOS DE CEMENTON DE DIOXINAS Y FURANOS EN HORNOS DE CEMENTO

1 I.Q. LUIS PABLO LOYOLA HERNÁNDEZ, 1 DR. GERARDO M. MEJÍA VELÁZQUEZ, 2 DRA. MARIA EL CARMEN VARA MUÑOZ, 3 DR. JOAQUÍN ACEVEDO MASCARÚA

mular y evaluar la formación de lascloro-dibenzo--dioxinas y los policloro-enzo--furanos (PCDD/Fs) para lasdiciones de operación en el sistema de

cinación de una planta productora demento típica.

ECEDENTESECEDENTES

Consejo de Negocios del Mundo para el Desarrollotenible (WBCSD) lanzó la Iniciativa para latenibilidad del Cemento entre cuyos objetivos está latificación y mejor asesoría de las emisiones de PCDD/F

proceso del cemento.

hornos de cemento generalmente no sontribuyentes significativos de los inventarios nacionalesPCDD/F pero existe la inquietud de que sean una fuenteemisión.

O

O

1

2

3

46

7

8

9

Clx   Cly O

1 2

3

46

7

8 9

Clx   Cly

PCDD PCDF

Efectos de las dioxinas y furanos en seres humanos,animales y el ambiente:

 Alteraciones en el metabolismo.Disfunciones en los sistemas endocrino, nervioso,

inmunológico y reproductivo.

Cloracné.

Potencialmente cancerígenas.

Son compuestos lipofílicos con un tiempo de vida media

en tejidos humanos de 7-10 años.

MR

M

M

M

M

M

MOLINO DECRUDO

MOLINODECOQUE

HORNO

ENFRIADORDE CLINKER

COLECTOR DELENFRIADORDE CLINKER

COLECTORDEL MOLINO

CLINKER

COQUE

CENIZA VOLA NTE, CALIZA,

 ARCILLA, ARENA,MINERAL DE HIERRO

HARINA CRUDA

SEPARADORDELMOLINO DECRUDO

TORREDELPRECALENTADOR

e:b,  Δc,  Δd = Coeficientes del  ΔCp de la reacciónensional).

= Calor de formación estándar de la reacción i (J/mol).

i = Constantes de integración.

DELO CINÉTICODELO CINÉTICO

stantes de equilibrio (K i) para las 3 reacciones.

332

32

1

2Pnn

nnK 

ClPh

T TCP=332

32

2

2Pnn

nnK 

Cl Bz

T TCBz=T ClO H 

O HCl

nnn

PnnK 

2

4

3

22

2=

de K i es una función de la temperatura:.

( )i

iiiii

i  I 

T 

 J  H 

T 

d T 

cT 

bT a

 R,0

,0

0

2

2

262ln

1  +⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡   +Δ−

Δ+

Δ+

Δ+Δ=

ciones de formación de precursores a partir de agua

), fenol (Ph), benceno (Bz) y cloro (Cl2). Se sugiró al 2,

triclorofenol (TCP) y al 1, 2, 4 triclorobenceno (TCBz)

o los precursores que se forman.

TCPClPh   232 2  →+

TCBzCl Bz   232 2  →+

222   422   O HClClO H    +→+

= Conc. de D/F (ng Nm-3 ).

= Conc. de cenizas (g Nm -3 ).

Densidad de las cenizas (kg m-3 ).

Diámetro medio de las cenizas (m).= Presión parcial de HCl en el gas (Pa).

Factor de frecuencia.

Temperatura (K).

= Conc. de D/F en la superficie de las cenizas (mol m-2  ).

[ ]sNm

ng  X 

T T 

P 

d 

C 

dt 

dm F DF D

HCl  AshF D3

//

139

/   20000exp1078.372.01038.0

≡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟ ⎠

 ⎞⎜⎝ 

⎛ −×−

×=

  α 

 ρ 

[ ]sm

mol 

T dt 

dm F D2

/   10500exp3.0   ≡⎟ ⎠

 ⎞⎜⎝ 

⎛ −=

BJETIVO GENERAL: Objetivos Específicos:

Ensamblar un modelo cinético de formación de PCDD/Fs.

Preparar simulador computacional en lenguaje FORTRAN que permita estimar las emisiones de PCDD/Fs de una planta de

cemento bajo diferentes condiciones de operación.

 Analizar la sensibilidad de la formación de PCDD/Fs en función de variables de proceso seleccionadas.

 Analizar el perfil de PCDD/Fs que se genera considerando las reacciones de formación de compuestos precursores.

ciones para considerar a las reacciones que ocurrene heterogénea con los compuestos precursores.

[ ]sm

mol P 

T dt 

dmClPh

F D2

/   10500exp22.0   ≡⎟ ⎠

 ⎞⎜⎝ 

⎛ −=

[ ]sm

mol 

T 

P 

dt 

dm ClPhF D2

/ 51.0   ≡=  α 

[ ][ ]sNm

ng ClPh

T dt 

dm DD3

4   12150exp100.5   ≡⎟

 ⎠

 ⎞⎜⎝ 

⎛ −×=

[ ][ ][ ]sNm

ng ClBz ClPh

T dt 

dm F F 3

4   12150exp102.1   ≡⎟ ⎠

 ⎞⎜⎝ 

⎛ −×=

[ ]   113  40000

exp103   −=⎟ ⎠

 ⎞⎜⎝ 

⎛ −×= s

T r Dest 

ciones para describir las reacciones de en fase gas:

e:

D = Conc. de dioxinas (ng Nm-3).

F = Conc. de furanos (ng Nm-3).

Ph] = Conc. de Clorofenoles, excluyendo los

onoclorados (μg Nm-3).

Bz] = Conc. de Clorobencenos, excluyendo a los

onoclorados (μg Nm-3).

est = Vel. de destrucción de las D/F formadas por

ecursores en fase gaseosa

e: PClPh = Conc. en el gas de Clorofenoles (Pa).

ara el rango superior de T de la fase heterogénea (Síntesis “ De Novo”)

Fuentes de emisión de dioxi nas y furanos en hornos de cemento

ara el rango inferior de T de la fase heterogéneasis “ De Novo” )

CompuestosCompuestos

Precursores VariablesPrecursores Variables

CompuestosCompuestos

Precursores ConstantesPrecursores Constantes

Esquemas deEsquemas de

SimulaciSimulacióónn

e:

La concentración alcanzada es de 1.881 ng I-EQT Nm-3.

La sección donde se forma la mayor parte de las PCDD/F esen la tubería intermedia y el acondicionamiento de gases.

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

2.000

0 5 10 15 20t (seg)

   C   P   C   D   D   /   F

   (  n  g   I  -   T   E   Q   /   N  m   3   )

0

200

400

600

800

1000

1200

   T  e  m  p  e  r  a   t  u  r  a   (   °   C   )

PCDD/F

Temperatura

Precalentador 

   C  o   l  e  c   t  o  r

Tubería Intermedia

y/o

 Ac ond ic io nami ent o

Gases

Diámetro de partícula

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

0 10 20 30 40 50 60

D ( 

m )

   C   P   C   D   D   /   F

   (  n  g   I  -   T   E   Q   /   N  m   3   )

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0 5 10 15 20tiempo (s)

   C   P   C   D   D   /   F

   (  n  g   I  -   T   E   Q   /   N  m   3   )

0

200

400

600

800

1000

1200

   T   (   °   C   )

PCDD/F

Temperatura

Precalentador 

Tubería Intermedia

y/o

 Ac ond ici ona mien to

Gases

   C  o   l  e  c   t  o  r

Se alcanza una concentración final de PCDD/F de 0.434 ngI-EQT Nm-3. Esta es casi 4 veces menor que en el otroesquema

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

0.00% 0.20% 0.40% 0.60% 0.80% 1.00% 1.20%

% Cl en el Combus tible (%wt)

   C   P   C   D   D   /   F

   (  n  g   I -   T   E   Q   N  m -   3   )

Se observa que existe una dependencia significativa del%Cl del combustible hacia las PCDD/Fs

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

0 50 100 150 200 250 300 350

CSO2

 (ppm)

   C   P   C   D   D   /   F

   (  n  g   I  -   T   E   Q   /   N  m   3   )

D = 7.5 μm

D = 25 μm

D = 50 μm

El SO2 es más efectivo para reducir las emisiones de

PCDD/Fs cuando las partículas de ceniza son más finas.

Concentración de S02

CONCLUSIONES

Se propuso un modelo de formación de PCDD/Fs y se constr

un simulador para calcular las emisiones de las mismas en u

planta de cemento típica.

Se obtuvo el perfil de concentraciones de PCDD

correspondiente. Se determinó que en la tubería intermedia y

la sección de acondicionamiento de gases se forma la mayo

de las PCDD/Fs para las condiciones que aquí se asumieron.

Se analizó la sensibilidad de las PCDD/F con respecto al SO

al diámetro de partícula. Se encontró que son más sensible

este último y que la efectividad del SO2 es mayor para partícu

más finas.

Se analizó el comportamiento de las reacciones de equilibrio

los compuestos precursores. Se encontró que el HCl es

principal contribuyente a la formación de PCDD/Fs.

La concentración final de PCDD/F parece seguir una relac

lineal con el %Cl para las condiciones que se analizaron en e

estudio.

RESULTADOSRESULTADOS

1 Centro de Calidad Ambiental, ITESM; 2 VPTC,CEMEX, 3 DEPTO. ING. QUÍMICA , ITESM 

% de Cloro en el combus tible

 AGRADECIMIENTOS

Luis Pablo Loyola agradece al ITESM y a CEMEX el

financiamiento recibido para realizar sus estudios de

maestría.