Teknik Makaleler

Dünya Genelinde Çimento Sektörü Daha Katı Kirlilik Yönetmelikleriyle Karşı Karşıya Kalacak | SintekPlus Sayı 7

Giuliamaria Meriggi/ Küresel Satış Müdürür Redecam

20 yıl önce Redecam Grup portfolyosuna baca gazı arıtma (FGT) sistemlerini eklediğinden beri en önemli müşterileri biokütle ve enerji endüstrilerinden olmuştur. Artan küresel kirlilik ve negatif etkileri üzerine kanıtlanmış araştırmaların çoğalmasıyla dünya liderleri, çevre kirliliği yaratan maddelerle ilgili oldukça geniş yasalar uygulamaya başlamışlar ve pek çok endüstriyi etkilemişlerdir.

Gittikçe gelişen bir sosyal çevre bilincinin yanı sıra sağlık giderleri de akıl almaz seviyelere çıkmıştır. Avrupa’da ortalama 52,000 büyük ölçekli endüstriyel müesseselerden dışarı atılan sadece beş çevre kirletici madde yıllık olarak 164 milyar € (187 milyar $) sağlık harcamasına neden olmaktadır. Bu fiyatlara çevreye verilen hasarlar dahil değildir.

Çimento fabrikaları ve elektrik santralleri de pek çok ülkedeki sert parçacıklı madde (PM) yasaları ve yeni gelen FGT kısıtlamalarından etkilenenler arasındadır. Gelecek bir kaç yıllık süreç içerisinde pek çok yetki alanı dahilinde daha katı çevre yasalarının kabul edilmesi beklendiğinden, iki santralin de daha etkili hava filtreleri ve baca gazı arıtma sistemleri kurdurmaya hazırlıklı olmaları gerekecektir.

Yeni çıkan yasalara rağmen pek çok ülkede bu yasalara uyma zorunluluğu kuralları hala yetersiz durumdadır. En büyük örneklerden bir tanesi Çin olarak gösterilebilir. Çin’de neredeyse hayatı felç eden bir hava kirliliği ve endüstriyel sis mevcuttur. Bu duruma karşın yakın zamanda diğer zararlı maddelerin yanı sıra NOX ve SOX kullanımlarını azaltmak için oldukça katı yeni yasalar çıkartarak konuyla ilgili bir iyi niyet göstergesinde bulunmuşlardır.

Ancak, pek çok diğer ülkede de olduğu gibi, Çin de bu yasaları uygulatmak konusunda başarısız olmaktadır. Bu arada da, çimento endüstrisini örnek alacak olursak, ABD’deki bir kaç çimento fabrikası milyonlarca dolar tazminat ödemek zorunda kalmış ve hatta nitrik oksit ve sülfür dioksit atıklarını azaltmak için uygun FGT sistemlerini yüklemezlerse kapatılma riskiyle karşı karşıya kalmışlardır. Avrupa Birliği’nin Endüstriyel Emisyon Yönergesi (IED) ise AB üyesi ülkelerin her 1 – 3 yılda bir risk bazlı kriterleri kullanarak fabrikalara ve santrallere incelemeye gitmelerini gerektiriyor. Bu gerekliliğin sistematik olarak yapılıp yapılmadığı ise net olarak bilinmiyor.

Hava kirliliği kontrolü konusunda bir dünya devi olan Redecam, Çimento & Kireç, Metal & Maden, Kömür & Petrol Enerjisi, Biokütle & Atıktan Enerjiye, Biokütle & Kağıt Hamuru ve Kağıt ve Petrol & Gaz endüstrilerinde diğer zararlı maddelerin yanı sıra nitrik ok- sitleri, sülfür oksitleri ve cıvayı atıklarını azaltmak için çeşitli metotlar geliştirmiştir. Daha fazla bölge zararlı maddelerle ilgili katı kuralları benimsedikçe ve uygulama zorunluluğu kontrollerini arttırdıkça, bahsedilen teknolojilere sık sık ihtiyaç duyulacaktır. Bu makale yalnızca çimento endüstrisi için FGT sis- temleri üzerine odaklanacaktır.

Zararlı Madde: NOX
Yakıtların yüksek derecelerde yakılmasının ardından ortaya çıkan zehirli ve kimyasal tepkimeye oldukça açık olan Azot Oksitler (NOX) – çimento fırınlarından dışarıya atılmakta ve uçucu organik bileşiklerle (VOCs) tepkimeye girip hava kirliliği ve sis oluşturmaktadır. NOX‘lerin asit yağmurlarında, küresel ısınmada ve su kalitesinin düşmesinde de çok büyük katkıları vardır.
NOX ayrıca amonyak, nem ve diğer bileşenlerle tepkimeye girerek insan ciğerinin en hassas bölgelerine etki edecek küçük parçacıklar oluşturarak insan sağlığını da kötü yönde etkiler. Bu parçacıklar amfizem ve bronşit gibi solunum yolu hastalıklarına neden olabilir, ya da hali hazırda var olan bir hastalığın kötülemesine ve kalp problemlerinin ağırlaşmasına ve böylece erken ölümlere neden olabilirler.

Günümüzde, neredeyse bütün dünya ülkelerinin NOX salınımı ile ilgili 200 mg/Nm3 ile 2500 mg/Nm3 arasın- da değişiklik gösterebilen, birbirlerinden oldukça farklı limitleri vardır. Brezilya gibi bazı ülkelerin ise NOX salınımı ile ilgili herhangi bir yaptırımı bulunmamaktadır. ABD limiti ise 2015 yılı itibariyle daha katı bir hale gelmiş ve 1.5 lb/ton klinker olmuştur. 2014 yılında Çin NOX salınımı limitini 800 mg/m3‘ten 400 mg/m3’e düşürmüştür. (Fikir, çimento üreticilerini NOX salınımını azaltmak için boru çıkışı arıtma sistemlerini (örn.SNCR) kullanmaya ikna etmek olmuştur.)

Gelecek senelerde, pek çok bölgedeki çimento fabrikaları ek NOX salınımı azaltma sistemlerini düşünmek durumunda kalacaklardır. Almanya, 2018 yılında NOX salınımı limitini yalnızca 200 mg/Nm3’e indirgemeyi planlamaktadır. Almanya’nın bu adımını ise diğer ülkeler takip edecektir. Aslında, Avrupa Birliği’nin IED’si, Avrupa Çevre Bürosu gibi organizasyonların önerdiği gibi NOX salınım limitlerini henüz 200 mg/Nm3’e indirgememiş olsa da (2016 yılından sonra yapılabilir ), çimento fabrikaları için salınım gerekliliklerin 500 mg/ Nm3’e indirmiştir. Hindistan da son bir kaç yıldır NOX salınım limiti getirmeyi düşünen ülkeler arasındadır.

NOX Azaltma Çözümleri
Çimento endüstrisinde NOX salınımını azaltmak için iki muhtemel teknik vardır: Seçici Katalitik İndirgeme (SCR) ve Seçkili Katalitik Olmayan İndirgeme (SNCR) (Redecam aynı zamanda SCR/SNCR karışımı olan bir NOX azaltma çözümü de sunmaktadır, ancak çimento endüstrisi için uygun değildir). Daha yeni bir teknoloji olmalarına rağmen, katalitik torbalar da bu durumda bir seçenektir.

Seçili Katalitik İndirgeme (SCR)
SCR, yanma esnasında ortaya çıkan NOX salınımını %95’e kadar azaltabilme oranıyla en uygun kontrol sistemidir. Önümüzdeki yıllarda onaylanacak olan daha katı kuralları karşılayabilir. SCR, bir katalizör yardımıyla NOX gazlarını iki atomlu azota (N2) ve suya (H2O) çevirir. Bir çeşit gaz indirgeyici, genellikle susuz amonyak, sulu amonyak ya da üre, baca gazı ya da egzoz gazı katalizör odasına girmeden gaza eklenir. SCR hava kirlilik kontrol sürecinin sonunda, hava filtresinden sonra yer alır. Üre veya amonyak ayıraç olarak kullanılabilir.

Redecam’ın SCR sistemi hakkında bilmeniz gerekenler:
• Son-Uç ve Yüksek-Toz NOX azaltma sistemleri mevcuttur;
• Katalizör odası fabrikanın gerekliliklerine göre hazır- lanmış ve mekanik stabilite ve uzun hizmet süresi esaslarına göre tasarlanmıştır. Böylece diğer sistemlerden daha az sermaye masrafı ve işletme gideri çıkar;
• Reaksiyonlar, düşük ayıraç tüketimi için hesaplanabilir akışkanlar dinamikleri (CFD) modeline göre dikkatli bir biçimde incelenmiştir ve mühendisler, teorik CFD analizlerinin gerçek hayatla birebir örtüşeceğini garanti etmektedir;
• Katalizör seçimi, düşük yenilenme döngüsü sunabilmek için en önemli faktörlerden biridir;
• Operasyon, yoğunlaşma noktasının üzerinde olur, bu da aşınma olmayacağı anlamına gelir.
Seçili Katalitik Olmayan İndirgeme (SNCR)
SNCR, NOX salınım oranlarını kolayca %65’e kadar indirgeyebilir. Bu indirgeme oranı pek çok durum için yeterli olduğundan, çoğu ülkelerdeki çimento fabrikaları için uygun olacaktır.
• Büyük değişiklikler gerektirmeden mevcut hala filtresi sistemine eklenebilir;
• Sermaye masrafı açısından ekonomiktir;
• Daha az alan kaplar;
• Ekstra bir fana ihtiyaç duymaz, böylece elektrik masrafı düşük olur

Redecam’ın SNCR sistemi hakkında bilmeniz gerekenler:
• Salınımı %65 oranında düşürür. Yerinde yapılan ölçümlerde, salınımın 200 mg/Nm3’e kadar düşürüldüğünü kanıtlamıştır;
• Ayıraçlar iyileştirilmiştir: Sistemin yüksek sıcaklığı, ekstra yanıcılar eklemeye gereksinim duymadan üreyi amonyağa çevirir;
• Tam otomatik sistem SNCR sürecini uzaktan gözetler ve düzenler. Herhangi bir hata oluşması durumunda anında fabrikanın kontrol odasına haber iletir;
• Modüller, fabrika dışında işleme alınır. Yükleme genellikle fabrikanın çalışma saatlerini etkilemez.
Redecam NOX salınımı azaltma çözümü olarak ayrıca katalitik torba seçeneği de sunar.

Zararlı madde: SOX
SOX, en önemli iki alt maddesi sülfür dioksit (SO2) ve SO2 oksijenle birleştiğinde oluşan sülfür trioksit (SO3) olmak üzere bütün sülfür oksitleri kapsar. SOX gazları, sera gazlarının en önemli sebeplerindendir. Bu gazlar, su buharı ile tepkimeye girerler ve asit yağmuru oluşumunun sebeplerinden bir tanesi olan ve su kütlelerine, ormanlara ve mahsullere zarar veren sülfürik asidi (H2SO4) oluştururlar. Yüksek yoğunluklarda SO2 nefes almayı kötü etkileyebilir ve mevcut bulunan solunum yolu ya da kalp rahatsızlıklarını tetikleyebilir.

Çimento fabrikaları aslen iki sebepten SO2 salınımı yapar: Kireç taşı ya da kullanılan diğer malzemeler sülfit kirliliği içeriyordur ya da genellikle kömür olarak ya da başka çeşitlerden kullanılan yakıtlar saf sülfür içeriyordur.
Son bir kaç senedir gelişmiş ekonomilerin çoğu SO2 salınımlarını azaltmaktadırlar. Avrupa Birliği, birleşik yanmalı çimento fırınları için SO2 salınım limitini, dünyanın en düşük seviyesine indirgemiştir: 50 mg/ Nm3 (Avustralya, South Wales eyaleti ve Afrika da aynı limite sahiptir).

Göreceli olarak düşük SO2 salınım seviyelerine sahip olan diğer ülkeler arasında Mısır (400 mg/ Nm3), Kolombiya (200-550 mg/Nm3) ve Güney Afrika (50 – 250 mg/Nm3) sayılabilir. Çimento fabrikaları için Amerika Birleşik Devletleri’nin Eylül 2015’den beri SO2 salınım limitleri 0.4 lb/ton klinkerdir. Son zamanlarda Çin’de de daha çevreci adımlar atılmaya başlanmıştır. Çin’in 12. 5-Yıllık Planı dahilinde SO2 yoğunluğunun 2015 yılı itibariyle önemli bölgelerde %12, geri kalan bölgelerde %10 azaltılması hedeflenmiştir.

Kükürtten Arındırma Çözümleri
Geleneksel olarak sulu arındırma ve yarı-sulu arındırma teknikleri sektörde tercih edilen tekniklerdir. Ancak, önümüzdeki yıllarda Kuru Enjeksiyon Kükürt Arındırması (DID) tekniği avantajlarının daha yaygın bir şekilde bilinmesiyle bu durumun değişmesi beklenmektedir.

Redecam, DID teknolojisini, mevcut olan ‘en gelişmiş’ teknoloji olarak ele almaktadır ve fiyatlandırma sonuçlarına göre, Redecam’ın kullandığı tek kükürt arındırma sistemidir. DID, DID %98’e kadar etkilidir ve SO2 (sülfür dioksit), SO3 (sülfür trioksit), HCl (hidroklorik asit) ve HF (hidrojen florür) gazlarının arındırılmasında etkilidir.

Islak baca gazı kükürt arındırma (Islak FGD) sistemine karşın bizim DID sistemimizin avantajları:
• Yatırım masrafı genellikle 4 kat daha azdır. Bazı durumlarda DID sisteminin maliyeti 1/10 civarında bile olabilir;
• Diğer sistemlere göre önemli oranda kompakttır; bir dozaj deposu, zaman zaman bir reaktör ve en fazla 5,000 m2 (54,000 ft2) alan gerektirir;
• Elektrik ve su için işletme giderleri daha düşüktür;
• Düşük çalışma ısısı nedeniyle nitrojen oksit (sera gazı) üretimini minimize eder.

Redecam’ın DID sistemiyle ilgili bilmeniz gerekenler:
• %98’e kadar etkilidir;
• Diğer sistemlerin tasarlanması ve yüklenmesi 1 yılı bulabiliyorken DID’nin tamamlanması yalnızca bir kaç ay alır;
• Homojen gaz dağılımını sağlamak için kurum içi simülasyon yazılımı kullanılarak optimal enjeksiyon noktaları hesaplanır, böylece daha verimli bir reaksiyon elde edilir;
• Devridaim seçeneği ile bağlandığında minimal boyutlarda ayırıcı kullanan bir sistem tasarlanabilir;
• Yan ürünler dolgu (yol yapımı ya da maden düzeltimi, vs.) ya da arazi doldurmak için kullanılabilir;
• Çimento endüstrisi için tavsiye edilen iki model vardır: Kanal içi üflemeli DID sistemi (ekstra alan gerekmediği için uyarlama uygulamaları için idealdir); Reaksiyon kulesi bulunan DID-R (yüksek performanslı sistemlere gereksinim duyan işletmeler için uygundur)

Zararlı Maddeler: Civa ve diğer ağır metaller
Civa ve bileşenlerinin bir kaçı oldukça zehirlidir. Araştırmalar, havadaki civanın su kütlelerine yerleşip metil civa halini alabildiğini göstermiştir. Metil civa balıkların içine yerleşir ve belirli bir seviyeden sonra sadece balığa değil, balığı tüketen bütün canlılara zarar verir.

Civa, çimento üretim sürecine bir kaç şekilde girer: Kireç taşı hammaddelerindeki kirlilik ve kömür ve seçilmiş alternatif yakıt kaynakları gibi yakıtlardaki az orandaki kirlilik. Civa genelde çimento fabrikaları içinde yoğunlaşır, ancak bir kısmı ise sürekli olarak dışarıya salınır. Emisyondaki artışlar, başlatma ve durma esnasında; özellikle de durma beklenmedik bir anda gerçekleşirse görülür.

Salınım limitleri geçerli olduğu yerlerde günlük 0.03 – 0.1 mg/m3 arasında değişiklik gösterir. AB’de endüstriyel civa salınımları konusu IED’ye dahildir ve birleşik yanmalı atık yakıt kullanan fırınlar için 0.05 mg/m3 ile sınırlıdır. Eylül 2015’de ABD yeni bir civa salınım limit değeri uygulamasına geçmiştir. Mevcut fırınlar için salınım limiti milyon ton klinker başına 27.5 kg olarak değiştirilmiştir. Bu salınım limitlerinin düşüklüğü nedeniyle yerel çimento endüstrisi, civa kontrolü için yeni metotlar aramaya başlamışlardır.

Aynı limit Almanya (0.03 mg/Nm3), Mısır, Brezilya, Nijerya, Avustralya, Şili ve Güney Afrika ülkelerinde de geçerlidir. Çin de 2014 yılında civa limiti yönetmelikleri uygulamıştır ancak bu konuda hala adım atmamış bir sürü ülke bulunmaktadır. Bunların arasında Hindistan, Türkiye (alternatif yakıt kullanmayan fabrikalar), Birleşik Arap Emirlikleri, Suudi Arabistan ve Lübnan gibi büyük pazarlar da bulunmaktadır.

Civa Arıtım Çözümleri
Mevcut En İyi Teknikler (BAT) birincil bir çözüm önerir: Civa girişini engellemek için fırına giren bütün malzemeleri dikkatle seçmek ve kontrol etmek. Kontrol yeterli olmadığında, ya da yapılamadığında, ikincil arıtım çözümleri de mevcuttur: Toz taşıma, emici madde enjeksiyonlu toz taşıma ve cila filtreli emici madde enjeksiyonu.

Avantajlar ve kısıtlamalar:
• Toz-taşıma: -Yatırım maliyeti açısından en uygun ücretlisi; -Sadece %10-35 civa arıtımı; Etkili olması için düşük gaz ısıları gerekli olduğundan kısıtlı uygulanabilirlik.
• Emici madde enjeksiyonlu toz-taşıma: -%70-90 civa arıtımı; -Doruk noktalardaki salınımları kesme seçeneği. Sürekli emici madde enjeksiyonu, çimentonun kalitesini riske atabilir.
• Cila filtreli emici madde enjeksiyonu: -%90 civa arıtımı oranı ile en etkili teknik; -Emici madde sürekli olarak ya da sadece doruk salınımları kesmek için enjekte edilebilir.

Redecam kendi cila filtreli emici madde enjeksiyonu sistemini sunar – Civa Emilim Sistemi (MAS). Toz aktif karbon (PAC) Powdered activated carbon (PAC) civa yüklü emici maddeyi temizlemesi için bir cila filtresi ile birlikte pnömatik biçimde parçacık kontrolünden aşağı enjekte edilir.

Redecam’ın MAS’ı yatırım maliyeti açısından diğer çözümlere göre daha uygundur.. Bir uyarlama olarak yüklenebilir, hali hazırda bulunan bir sisteme eklenebilir ya da diğer FGT sistemlerine entegre edilebilir.

Redecam’ın MAS’ı hakkında bilmeniz gerekenler MAS:
• %90 üzerinde verimlilik;
• Civa, furan, diyoksin, kurşun, kadmiyum, arsenik, krom, manganez ve diğer metalleri ayıklar;
• Gaz içindeki ayırıcı dağılımını sağlamak için dozaj fonksiyonu;
• Doğru PAC gözenek büyüklüğü ya da emdirilmiş bir versiyonunu kullanmak daha az tüketim, güvenli çalışma ve daha iyi bir entegrasyon sunar;
• Emici madde hava ısıtıcısından önce enjekte edilebilir, böylece daha hızlı bir tepkime elde edilir ve ayırıcı kullanımı azalır;
• Az bakım gerektirir: Sistem üzerinde yıpranma ve bozulmaların azaltılması için tasarlamıştır;
• Bütün zararlı maddelerden arındırmak için ‘One-Step Cleaning Solution’ – tek adımda temizlik çözümümüzle entegre edilebilir. One-Step Cleaning Solution – Tek Adımda Temizlik Çözümü

One-Step Cleaning Solution – Tek Adımda Temizlik Çözümü
Şimdilik çimento endüstrisi için uygulanabilirlik açısından öncü bir teknoloji, Redecom aynı anda bütün zararlı maddeleri (toz, SOX, NOX, Civa, HCl, HF, Diyoksinler, Fu- ranlar, Ağır Metaller) ortadan kaldırmak için de yüklemesi kolay ve düşük maliyetli ve oldukça az yer kaplayan bir çözüm önerisi sunar. Hem mevcut bulunan hava salınımını azaltma düzenlemelerine uymak için hem de gelecekte onaylanabilecek seviyelere hazırlıklı olmak için, Redecam’ın ‘One-Step Cleaning Solution’ sistemi bütün çevresel düzenlemelere tek adımda uymanın mali açıdan en uygun yoludur.

En Üste Çık