| CN104496206A | 2015-04-08 | |||
| DD111890A1 | 1975-03-12 | |||
| CN1830863A | 2006-09-13 | |||
| CN105000812A | 2015-10-28 | |||
| CN102603218A | 2012-07-25 |
| . REIVINDICACIONES Un proceso de fabricación de cal (CaO), a partir de la calcinación de caliza (CaC03) que se realiza a presiones menores a la presión atmosférica. Un proceso de fabricación de cal (CaO), según la reivindicación 1, que se realiza a temperaturas bajas y con tiempos reducidos de calcinación (bajo consumo de energía). Un proceso de fabricación de cal (CaO), según la reivindicación 2, donde el calentamiento que requiere la calcinación o descomposición de los carbonatos se logra en el interior de un horno de calcinación mediante resistencias eléctricas, energía eléctrica por inducción o energía eléctrica por microondas. Un proceso de fabricación de cal (CaO), según la reivindicación 3, que opera con caliza de granulometría fina. Un proceso de fabricación de cal (CaO), según la reivindicación 4, que con una etapa previa de activación mecano-química de la caliza, incrementa la reducción de temperaturas y tiempos de calcinación. Un proceso de fabricación de cal (CaO), según la reivindicación 5, que genera dióxido de carbono (C02) susceptible de ser capturado, almacenado y aprovechado en fertilización carbónica, en la industria alimenticia, en tratamiento de aguas e industria en general. Un proceso de fabricación de cemento, que utiliza la cal (CaO) obtenida según las reivindicaciones del 1 al 4, con la captura previa de CO2, según la reivindicación 5, para su proceso de clinkerización. Un proceso de fabricación de cemento, según la reivindicación 7, que permite la obtención de cemento sin emisión de C02 en el proceso de clinkerización, con bajas temperaturas, en un tiempo menor, con menos consumo de energía, y cero emisión de C02. Un proceso de fabricación de cemento, según la reivindicación 8, que permite fabricar también un tipo de cemento llamado cemento puzolánico, también denominado CP-40, sin emisión de C02, a partir de la cal (CaO) obtenida según las reivindicaciones 1 a 4, con la captura previa de C02l según la reivindicación 5, para obtener un aglomerante de gran eficacia, con bajo costo, muy bajo consumo de energía y cero emisión de C02. |
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención está referida a un proceso no convencional de producción de cal (CaO) que aprovecha las sinergias de una presión negativa (vacío) respecto a la atmosférica, de una granulometría fina de la caliza y de un reactor apropiado para reducir notablemente la temperatura de descomposición, el consumo de energía y el tiempo de calcinación de la roca caliza, lo que a su vez permite generar y capturar dióxido de carbono (CO 2 ) concentrado y limpio que se puede utilizar para incrementar notablemente la productividad de los cultivos terrestres y acuáticos, y para otros usos como bebidas gaseosas, conservación de alimentos e industria en general.
Dado que la cal obtenida constituye alrededor del 80% del peso de los insumos que se requieren para fabricar cemento y es el único cuya obtención genera C0 2 , los impactos positivos señalados para la manufactura de cal son extensivos a la fabricación de cemento.
La invención tiene aplicación en el sector de tratamiento metalúrgico, procesos químicos e industriales (fabricación de cemento), tratamiento de efluentes mineros, industriales y domésticos, y principalmente en la agricultura, acuicultura e industria alimenticia, por lo que su desarrollo y aplicación se encuentra en estos sectores tecnológicos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Producción Convencional de Cal y emisiones de C0 2
La manufactura de cal y cemento es una actividad muy difundida desde hace varios siglos y si bien el avance de la tecnología ha mejorado el rendimiento energético y la calidad de emisiones (polvo) en los hornos, la combustión de combustibles fósiles se ha mantenido como la fuente de energía para la calcinación y "clinkerización".
Los combustibles más empleados son, en ese orden, carbón, petróleo y gas natural, y todos ellos originan gases con concentraciones significativas de NOx (de 200 a 700 ppm) y SO2 (hasta 5,000 ppm); el carbón pulverizado es el más utilizado por su bajo costo pero es también el que mayor cantidad de contaminantes (incluido mercurio) incorpora a las emisiones. El proceso de fabricación de cal sigue siendo similar ai empleado hace 3000 años en el sentido de que utiliza la combustión de un combustible fósil y aire como comburente para generar temperaturas en el orden de 1200 °C y descomponer la caliza en CaO y C0 2l según la reacción 1. Antiguamente se utilizaba leña, hoy los hornos más modernos utilizan gas natural y tienen una mayor eficiencia térmica por la recirculación de gases y uso de refractarios más competentes.
Otra característica permanente del proceso convencional es que sigue realizándose a presión atmosférica y utilizando aire como comburente; ello determina un enorme caudal de gases que arrastran las partículas de cal y caliza y complican el control ambiental en las emisiones. El balance metalúrgico indica, por ejemplo, que un horno convencional que produce 100 T/día de cal genera un caudal de 13 m 3 /s de emisiones calientes (1000 °C), equivalentes a 23 m 3 por cada Kg de cal obtenido.
Para reducir el arrastre de partículas finas aún los hornos más modernos utilizan trozos gruesos, en promedio 3 pulgadas, de caliza. Ello a su vez reduce la velocidad de calentamiento, y descomposición de la caliza, porque se requiere 2 horas para que el centro de estos trozos alcance la misma temperatura de la superficie; por otro lado el transporte hasta la superficie del CO2 generado en el interior es también lento. Si bien la calcinación podría realizarse con partículas finas, en el caso de los hornos de cal ello requeriría de costosos sistemas de manejo de las emisiones para filtrar y recuperar el material fino arrastrado.
Los hornos convencionales más modernos son los Maerz, que suelen procesar trozos de granuiometría de 30 a 160 milímetros, pero también cuentan con modelos para procesar caliza fina (15 a 40 mm). El proceso POLICAL de Maerz desarrollado para calcinar granulometrías de 0,05 a 2 mm; se trata de un sistema de cama fluidificada que opera con varias etapas de ciclones conectados en serie. El sistema opera a presión atmosférica o ligeramente mayor, tiene una estructura voluminosa de varios pisos, y requiere de un sistema sofisticado de control para mantener el sistema operando. No existe otro modo de calcinar granulometrías tan finas como 50 mieras en hornos convencionales. Todos los hornos Maerz y otros hornos convencionales utilizan combustibles fósiles para calentar la caliza hasta su punto de disociación. En la práctica estos hornos operan con una temperatura de 1200 °C.
Producción Convencional de Cemento y emisiones de C0 2
En la fabricación del cemento el componente fundamental del mismo es la caliza, la misma que constituye más del 80% de la materia prima que se trata en el homo, denominado horno de "Clinkerízación". Los otros insumos utilizados son arcilla o un mineral que aporte alúmina, arena que aporta la sílice y un mineral de óxido de hierro, los cuales durante la etapa de calcinación no generan CO2 ni otro gas; en consecuencia la totalidad del C0 2 generado durante la fabricación de cemento ocurre por la calcinación de la caliza, en forma similar a lo que ocurre en la fabricación de cal y siguiendo también el proceso descrito por la reacción 1.
Luego el "clinker" junto con el yeso se pulverizan en seco para obtener el cemento; el yeso se utiliza como retardante del fraguado. En consecuencia la fabricación del "clinker" es similar, en su primera etapa, a la manufactura de cal; cuando todos los insumos se mezclan durante la calcinación, la disociación del carbonato de calcio es acompañada por una serie de reacciones en estado sólido, y de 600 a 900 °C se forma el silicato dicálcico o Betita, de acuerdo a:
A partir de 900 °C la descomposición del carbonato de calcio se acelera como también la formación de aluminato tricálcico y de ferroaluminato tetracálcico, de acuerdo a:
En general las reacciones entre sólidos transcurren muy lentamente, pero se pueden acelerar reduciendo el tamaño de partícula, aumentando la temperatura o distorsionando las redes cristalinas. En la práctica convencional se opta por incrementar significativamente la temperatura y realizar una moderada reducción del tamaño de partícula.
A alrededor de 1300 °C se inicia la formación de la fase líquida o fundida, con los silicatos, alumínalos y ferroaluminatos de calcio, facilitándose el intercambio y reacción con el todavía abundante CaO, y formándose el silicato tricálcico, constituyente principal del "clinker", de acuerdo a:
Esta etapa es denominada clinkerización. A temperaturas de 1450 °C se garantiza la reacción completa de partículas de cuarzo y calcita sin reaccionar y tanto el AI2O3 como el Fe20 3 están completamente fundidos integrándose al "clinker" en forma uniforme y completa.
Es necesario un enfriamiento rápido del clinker para evitar la inversión de algunas reacciones y disminuir la resistencia del cemento; de este modo se "congela" el equilibrio y la composición del clinker obtenido resulta similar a la que existía a la temperatura de la clinkerización.
Los hornos rotatorios para producir clinker tienen longitudes de 40 a 100 m con un gradiente de temperatura, en la carga, que va desde 800°C en la entrada de la carga, 1500 °C en la zona de clinkerización, hasta 1 100 °C en la zona de descarga del clinker enfriado. El gradiente de temperatura de los gases en las mismas zonas es 1000, 1800 y 800°C, respectivamente. La Figura 2 muestra la distribución de la temperatura y también la zona donde el "clinker" alcanza el estado líquido necesario para completar la reacción. Asimismo se observa la temperatura del gas, que es el que transmite la energía calorífica a lo largo del horno. Además también se representa la cantidad de fase líquida correspondiente al perfil de temperatura, en dicha representación se muestra la temperatura de los gases y la del material.
Debe destacarse que la función principal que cumple el óxido de hierro (3 a 5% de la carga) es la de fundente, es decir que disminuye la temperatura necesaria para fundir el "clinker" y permitir que el CaO se difunda y reaccione completamente con el resto de la mezcla.
En la figura 2 se observa que el gas tiene una temperatura promedio de 1400 °C a lo largo de su recorrido en el horno comparado con 1200 °C en un horno de cal; siendo la caliza el 80% de la carga del "clinker" ello implica un exceso importante en el consumo de energía para la calcinación realizada en este proceso. También se observa que solo 25% de la carga pasa a la fase fundida en la zona de clinkerización, y ello suficiente para obtener la calidad de clinker que requiere un buen cemento.
En la Figura 3 se observa el complejo sistema en un horno convencional de clinkerización con gradientes de temperatura que van hasta un máximo de 1925 °C y explican el alto consumo de energía que demanda este proceso. También se observa ei costoso sistema de control de polvo en las emisiones por ambos extremos, originado por el gran caudal de gases que genera la combustión del combustible y aire necesarios, y por la misma granulometría fina de la carga utilizada para acelerar las reacciones anteriormente descritas.
La cantidad estimada de gas descargado por un horno para 2500 T/día de clinker, calentado mediante combustión de carbón pulverizado y aire, es 9130 T/día; a 800 °C el caudal de este gas es sumamente alto, 23,7 millones de m 3 /día, generando una velocidad promedio de 30 m/s que arrastran una gran cantidad de polvo de clinker y sus componentes; ello explica los problemas de calidad de aire generado por estas emisiones y el alto costo de inversión y operación de los sistemas utilizados para el control de polvos. El caudal de gas emitido a 800, °C resulta tanto como 9,5 m 3 /Kg clinker.
El impacto de las cementeras sobre la calidad del aire y el cambio climático es de gran magnitud, en la fábrica de 2500 T/día referida se descargan 2659 T/día de C0 2 , aproximadamente 1 millón de toneladas por año. A nivel global se ha establecido que el 7% de las emisiones de CO2 responsables del cambio climático provienen de la industria cementera. La proporción de gas C0 2 emitido resulta 1 ,1 JÍT Clinker, el 70% de esta cantidad corresponde al C0 2 generado por la combustión y el 30% restante al emitido por la descomposición de la caliza. En el Perú, por ejemplo, la producción anual de cemento, estimada en 10,2 millones T/año, genera una emisión de 9,8 millones T/año de CO2. A nivel global los 3000 millones de T/año de cemento producidos generan una cantidad similar de C0 2 .
El alto consumo de energía es también una característica de esta industria, se estima que el 30% del costo de fabricación corresponde a gasto en energía.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 describe las materias primas utilizadas en la fabricación de "clinker" y de cemento.
La Figura 2 describe la distribución de temperatura del material sólido y del gas de combustión a lo largo del horno de fabricación de "clinker".
La Figura 3 describe las zonas y temperaturas del proceso de Clinkerización a lo largo de un horno rotatorio convencional y sus sistemas de colección de polvos en ambos extremos.
La Figura 4 describe la presión de descomposición de varios carbonates en función del inverso de la temperatura.
La Figura 5 describe el balance comparativo de peso de insumos y productos en la calcinación de caliza con los sistemas convencional y HEVA (Horno Eléctrico al Vacío).
La Figura 6 describe la variación de la temperatura en la superficie y en el centro de una esfera de piedra caliza de 8,3 cm de diámetro durante la calcinación en argón a presión atmosférica y a una temperatura de homo de 1332 °C.
La Figura 7 describe la eficiencia de conversión en CaO de la caliza fina, con HEVA y sin vacío, en función de la temperatura de calcinación.
Figura 8 describe el tiempo de calcinación, con HEVA y sin vacío, en función de la temperatura de calcinación.
La Figura 9 describe el consumo relativo de energía en función de la eficiencia de conversión a CaO, con vacío (HEVA) y sin vacío (Convencional).
La Figura 10 describe la curva típica de calcinación con vacío (HEVA), donde se observa la curva de calentamiento (temperatura) del horno y el descenso del pH de la solución alcalina por efecto del CO2 generado en la calcinación. La Figura 11 describe la procedencia, del C0 2 generado durante la fabricación de cal y cemento.
La Figura 12 describe el esquema del horno HEVA-h, de resistencia eléctrica, continúo y sinfín para desplazamiento horizontal de la carga.
Figura 13 describe el esquema del horno HEVA-v, de resistencia eléctrica y sinfín para desplazamiento vertical de la carga.
La Figura 14 describe el esquema del horno HEVA-v de resistencia eléctrica a ia izquierda.
La Figura 15 describe el esquema del horno HEVA-v de inducción, discontinuo.
La Figura 16 describe el esquema del Horno Eléctrico de Inducción al Vacío (HElVA-v), con cámara de acero, carga de caliza y descarga de cal en forma intermitente.
La Figura 17 describe el horno de inducción HE!VA-v, con cámara de acero, y sistema neumático intermitente de carga de caliza y descarga de cal.
La Figura 18 describe el horno de inducción HEIVA-ν, con cámara de acero, y sistema basculante de descarga de cal. (A) Posición normal durante la calcinación. (B) Descarga de cal con giro de 140°. (C) Descarga de cal con giro de 180°.
La Figura 19 describe el esquema del horno HEIVA-ν de inducción, continuo, con agitador vertical.
La Figura 20 describe el esquema del Homo HEIVA-h, de Inducción, continuo de desplazamiento horizontal.
La Figura 21 describe el esquema de un Horno Amufiado al Vacío (HAVA), donde el gas de combustión oxifue! calienta el horno de acero al vacío.
La Figura 22 describe el esquema del horno HEVA-h, de inducción.
La Figura 23 describe la vista de horno de arco utilizado en la producción de carburo de calcio.
La Figura 24 describe el esquema de producción continua de clinker en un horno de arco alimentado por la mezcla de cal-arcilla-óxido de hierro obtenida en el horno HEVA.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Generación de Cal y C0 2 concentrado en un Horno Eléctrico al Vacío
El proceso principa! de la invención, a partir del cual se derivan una serie de variantes, comprende en realizar la calcinación de caliza en un horno eléctrico al vacío para obtener en forma simultánea dos productos comerciales, cal y CO2, de una mejor calidad, con una mayor conversión de carbonato a óxido de calcio, con un notable ahorro de energía, menor tiempo y, en suma, a un costo significativamente menor que el obtenido por el proceso convencional de producción de cal; el proceso principal en la invención también se aplica en forma similar en la fabricación de clinker en la industria del cemento.
La calcinación es la descomposición térmica del carbonató de calcio de acuerdo a:
El calor necesario para la calcinación, se realiza con energía eléctrica en lugar de la combustión y en un ambiente de presión negativa (vacío), mucho menor a 1 atmósfera, que facilita la descomposición del carbonato de calcio y de carbonatas en general. Tal como se observa en el gráfico termodinámico de Pco2 versus Temperatura (Figura 4), la temperatura necesaria para la descomposición del CaC0 3 es aquella donde la presión del CO2 alcanza la presión atmosférica considerando que la calcinación se realiza en condiciones normales; la temperatura requerida será menor cuanto menor es la presión a la que va evolucionar el C0 2 , así, si la presión se reduce de 1,00 a 0,06 atmósfera la temperatura necesaria para descomponer el carbonato de calcio baja de 1050 a 700 °C. Empleando un horno eléctrico con sistema de vacío, al que denominamos HEVA, para la evacuación continua del CO2 y mantenimiento de una presión menor a 0,1 atmósfera la descomposición se puede lograr a temperaturas alrededor de 700 °C.
Otra ventaja del sistema de la invención es que el ambiente alrededor de las partículas del carbonato se mantiene con una concentración de C0 2 sumamente baja, pues el sistema de vacío extrae el gas tan pronto como este se genera (reacción 1); de este modo se acelera la reacción ya que según la ley de acción de masas la velocidad de reacción es inversamente proporcional a la concentración de los productos, CaO y CO2, y siendo, por definición, la concentración del CaO (sólido) igual a 1, la velocidad de reacción será inversamente proporcional a la concentración del C0 2 .
Donde: Velocidad α 1 / [C0 2 ]
En el proceso convencional de calcinación, que utiliza combustibles fósiles, tales como el gas natural (CH 4 ), el C0 2 generado en la combustión incrementa su concentración dentro del horno y por ende disminuye la velocidad de reacción. La concentración promedio dentro del horno se mantiene alrededor de 15% de CO2 comparado con menos de 0,5% en el homo HEVA, y por ello la velocidad de reacción debiera ser por lo menos un orden de magnitud mayor.
En el proceso convencional, el gran caudal de gas generado por el uso de aire (80% nitrógeno) en la combustión es el que contribuye de algún modo a reducir la concentración de CO2 en la vecindad de las partículas en descomposición. La Figura 5 muestra el balance de gases emitidos en el proceso convencional y en el proceso HEVA, para una producción diaria de 100 toneladas de cal y 30% de eficiencia en el uso de oxígeno en la combustión en el proceso convencional.
El peso de gas convencionalmente emitido resulta 612 T/día comparado con 71 T/día en el sistema HEVA, es decir 8,6 veces superior. El volumen de gas emitido, a la temperatura de descarga en cada caso (1200 y 700 °C, respectivamente) resulta igual a 26,5 y 1,4 m 3/ día, respectivamente; es decir que el sistema HEVA descarga un volumen de gases 19 veces menor que el convencional; ello determina también una velocidad de arrastre 19 veces menor que ya no genera la gran cantidad de polvo que caracteriza a la emisión convencional, y en consecuencia permite procesar caliza fina en el horno HEVA. Para reducir la generación de polvo, la calcinación convencional utiliza trozos grandes, de 7-8 cm (75000 mieras), que ya no son arrastrados por el gas generado; sin embargo ello ocasiona una descomposición lenta debido por un lado a la gradiente negativa de temperatura desde la superficie al interior de la partícula y por otro lado debido a la menor velocidad de traslado del CO2 desde ei interior hacia la superficie; como consecuencia es necesario aplicar una temperatura mucho mayor en la superficie para obtener una descomposición completa en su interior en tiempos razonables. La Figura 6 muestra que recién después de 120 minutos se alcanza; en el centro del trozo de caliza, una temperatura similar a la temperatura en su superficie. Este tiempo prolongado es el que caracteriza a las operaciones convencionales de producción de cal.
Una dificultad adicional para la evolución y traslado del gas CO2 en el proceso convencional es que debe vencer una presión igual o mayor a una atmósfera, que es la que impera dentro del horno convencional.
En el proceso HEVA las velocidades dentro del horno del gas descargado son menores a 0,5 m/s, e incluso pueden disminuirse más mediante una combinación de temperatura y tiempo que el sistema eléctrico permite. En consecuencia puede utilizarse partículas tan pequeñas como 20 mieras sin riesgo que ellas sean levitadas por el C0 2 aspirado con el sistema de vacío.
En las pruebas de laboratorio realizadas por el inventor, que se reportan en la tabla 1 se demuestra la eficacia del proceso HEVA para disociar completamente la caliza a temperaturas mucho menores que los 1200 °C utilizado en la práctica.
Tabla 1: Resultados de las pruebas de calcinación de caliza realizados con los sistemas convencional y HEVA. Tamaño de partícula 1410 mieras
Se observa para tamaños de 1410 mieras que aún a temperaturas tan bajas como 676 °C se obtiene una conversión significativa (77%) cuando se emplea vacío comparado con solo 22% de conversión logrado a presión atmosférica.
A tamaños más gruesos (2413 mieras) y temperatura ligeramente mayor (714 °C) la conversión aplicando vacío (92.8%) es muy buena y 3 veces mayor a la lograda en condiciones convencionales (29,8%); hay que destacar que la calidad de cal obtenida también resulta notablemente mayor (84,1 versus 18,7 % de CaO).
A 750 °C el proceso HEVA logra la calcinación completa (99,8%), de caliza de 1410 mieras, en solo 15 minutos, con un producto (cal) de excepcional pureza (95,2 % de CaO), comparado con solo 40,2% de conversión obtenido a presión atmosférica. Estos resultados demuestran que el beneficio del vacío es mucho mayor que el de la granulometría fina. La disminución de la conversión a tamaños más finos (560 mieras), con y sin vacío, se explica por la formación de una costra compacta ya que las muestras no fueron agitadas o rastrilladas durante la calcinación.
Los resultados de calcinación de partículas de caliza de 1410 mieras representados en la Figura 7 muestran con contundencia el efecto del vacío en la eficiencia de calcinación; en todo el rango considerado el vacío aplicado genera un incremento de 65% en la conversión de caliza a cal. Cabe señalar, por otro lado, que en un horno convencional de combustión no se podría operar con tamaños de partículas igual o más finas que 1410 mieras debido al arrastre de gases de emisión anteriormente explicado.
La Figura 8 muestra que la cinética de calcinación se incrementa con la temperatura, pero este efecto es menos significativo para el proceso HEVA por encima de 700 °C. Una medida relativa del consumo de energía eléctrica en la calcinación está dada por el producto de la temperatura y el tiempo de calcinación. La Figura 9 muestra el consumo relativo de energía, expresado en °C - minutos/1000, en función de la conversión a CaO.
Se observa que el proceso HEVA logra una conversión sumamente alta con un consumo bajo de energía. Así, para una temperatura de 700 a 750 °C el sistema convencional consume 70000 °C-minuto para lograr una conversión de solo 40,2% comparado con un consumo de solo 16000 °C-minuto para lograr conversiones mayores a 95% con el sistema HEVA. La Figura 10 muestra una curva típica de calcinación con el sistema HEVA, en estas pruebas la cinética de la calcinación se determina por la evolución del C0 2 generado, el mismo que se insufla a una solución alcalina (NaOH) con pH 12,5. El descenso del pH debido a la reacción:
Se monitorea con un pH-metro y se determina el progreso y velocidad de la calcinación (en g/L de OH o en % de OH neutralizados con el CO2).
En la curva de calcinación típica de la Figura 10 se observa que el tiempo requerido para que el horno alcance la temperatura de calcinación es excesivamente largo comparado con el requerido para la calcinación completa a la temperatura prevista. En un homo de resistencia, como el utilizado en el laboratorio, el tiempo para alcanzar los 700 °C fue de 80 minutos mientras que para convertir 95% de la caliza a CaO solo se requirió de 17 minutos.
En consecuencia, las pruebas realizadas y el sustento técnico descrito, garantizan que con una combinación de calentamiento con energía eléctrica, aplicación de vacío y partículas finas de caliza se puede obtener cal a temperaturas cercanas a 700 °C, logrando conversiones en el orden de 100%. Ello tendrá un gran impacto sobre la industria de cal y cemento como se explica más adelante.
Es factible lograr resultados similares a temperaturas cercanas a 650 °C y aún menores a 550 °C pero ello requiere de un sistema de agitación de la carga para evitar la formación de costras y la sinterización de las partículas previamente calcinadas. La Figura 11 explica las fuentes de emisión de CO 2 en la fabricación de cal y clinker, y sustenta !a estrategia del proceso HEVA al eliminar la fuente de C0 2 del combustible y capturar el generado por la disociación del carbonato. Se observa que el 60% del C0 2 proviene de la propia roca caliza y constituye "per se" una fuente limpia y natural de este gas.
Las ventajas que la invención brinda son: - producción de cal con un sistema que utiliza energía eléctrica en lugar de combustible fósil, evitando de este modo el 30% de emisión de C0 2 que corresponde a gases de combustión;
- el mismo sistema permite la generación de un gas limpio y con alta concentración de CCb, procedente exclusivamente de la roca caliza, que entonces puede ser capturado y aprovechando en la agricultura, acuicultura e industria en general. Esto equivale a eliminar, mediante su aprovechamiento, esta importante fuente de emisión de CO2; se estima que en el Perú ello equivale a los 1,3 millones de toneladas por año, que en la actualidad descargan las fábricas que producen cal para uso minero;
- la cantidad (peso) de gas emitido es 8,6 veces menor, y el volumen o caudal de descarga es 19 veces menor que en el proceso convencional, lo que también elimina el problema de polvo en las emisiones;
- una temperatura de calcinación notablemente menor, 700 versus 1200 °C, lo que significa un ahorro de energía considerable estimado en 67% respecto al proceso convencional. En contraste la energía adicional para moler partículas de caliza de 3 pulgadas a 20 mieras (17 Kwh/T) solo representa un adicional de 2% de la energía que se consume para producir cal o cemento;
- mayor duración de los reactores (hornos) y otros equipos sometidos a esfuerzos y desgaste a altas temperaturas, pues la calcinación se realiza a temperaturas 500 °C menores. En el caso del homo HEVA, ello facilita el diseño, construcción y operación de hornos de flujo continuo o discontinuo que utilizan aceros convencionales que toleran temperaturas de hasta 750 °C. El uso de hornos metálicos facilita el calentamiento indirecto, es decir con dispositivos eléctricos o gases calientes que no se contactan con la caliza que está siendo calcinada; ello rio es posible cuando se utilizan hornos o crisoles de material refractario. La menor temperatura de calcinación también facilita el uso de resistencias industriales, tipo Kanthal, que operan en condiciones menos extremas, incrementando su vida útil;
- la temperatura de trabajo de 700-750 "C, o menor, permite utilizar hornos HEVA de acero u otro material metálico conductor, que entonces pueden ser calentados por inducción y de ese modo calentar indirectamente la caliza emplazada en su interior. La transmisión de energía calorífica por inducción es mucho más eficiente que mediante resistencia eléctrica y el calentamiento hasta 700 °C toma unos pocos minutos;
- también en este tipo de hornos es posible utilizar el calentamiento indirecto con gases calientes generados por otros procesos (subproductos industriales) o por combustión sin que ellos se mezclen con el CO2 generado de la propia roca caliza;
- el C0 2 obtenido, limpio y de alta concentración, evita la contaminación y efecto pernicioso sobre el clima global, al punto que su plena aplicación en la industria de la cal y cemento reduciría en 7% la emisión global de CO2;
- pone a disposición de la sociedad un insumo (el CO 2 ) de gran utilidad para incrementar la productividad de cultivos agrícolas, forestales y acuícolas, mediante la fertilización carbónica. El bajo costo de producción del CO2 obtenido con el sistema HEVA, menor al 10% de su precio en el mercado global, contribuirá a atenuar el déficit alimenticio de la población mundial, especialmente de la de menos recursos.
Alternativas de Diseño del Sistema HEVA
Hornos de Resistencia Eléctrica
El sistema más simple, no necesariamente el más eficiente, de calentamiento es el de resistencia eléctrica de alta temperatura, tipo Kanthai, el cual calienta la carga de caliza por refracción y también por conducción a través de un sinfín de metal, igualmente calentado por refracción, que está en contacto permanente con la carga. Las resistencias se emplazan a lo largo del techo del horno.
El revoloteo de la carga mediante el sinfín uniformiza la distribución de la temperatura y facilita también la evacuación del C0 2l asimismo transporta la caliza a lo largo del homo y la cal obtenida hasta el portal de descarga. Dado que la caliza es bastante fina el esfuerzo de torsión sobre el sinfín es pequeño. El sinfín es fabricado de acero refractario A-310, que tiene una tolerancia para operar continuamente hasta 1150 °C, es decir 450 °C por encima de la temperatura de trabajo proyectada (700 °C) en el HEVA. Por otro lado si se utiliza una resistencia APM-Kanthal, que tiene una tolerancia de servicio hasta 1250 °C, el margen con la temperatura de operación (700 °C) es sumamente amplio (550 °C) garantizando una buena operatividad y bajo costo de mantenimiento.
La Figura 12 muestra un esquema del horno HEVA horizontal (HEVA-h) y la Figura 13 muestra un esquema del horno HEVA vertical (HEVA-v). En ambos casos el flujo de ingreso de caliza, de descarga de cal y extracción de CO2 en el homo, son continuos; el sello al ingreso de aire se mantiene mediante un juego de compuertas que admiten o descargan intermitente la caliza y cal, respectivamente.
El horno HEVA-h es más compacto y funcional, aunque la longitud del eje suele estar limitada por la tendencia a doblarse en el centro si la temperatura es muy alta. En el presente caso las temperaturas de trabajo, relativamente bajas, no afectan al acero refractario.
El horno HEVA-v que se muestra es de varios pisos y el rastrillo gira horizontalmente soportando muy poco esfuerzo, el eje de acero refractario es vertical de modo que es menos susceptible al doblamiento. El horno HEVA-v puede ser de menos etapas e incluso de una sola etapa.
Debido a la baja temperatura de calcinación la cámara interna del horno HEVA (horizontal o vertical) puede ser de acero u otro metal o aleación en lugar de material refractario, manteniéndose éste como cobertura externa para minimizar pérdidas de calor.
Una alternativa más simple, para trabajos de pequeña escala es un horno, con crisol o cámara de acero, metal o aleación, calentado por resistencias eléctricas apoyadas en las paredes externas de la cámara y en el interior en forma suspendida sobre la carga de caliza (Figura 14). El horno opera en forma discontinua (por lotes o batch) y su productividad será alta dado el corto tiempo de calcinación una vez aplicado el vacío; ¡a descarga puede realizarse en hornos basculantes que giran 140° o 180° una vez culminada el ciclo de disociación y retirada la tapa. Hornos de Inducción
En el sistema de calentamiento por inducción ei conductor de la electricidad no se calienta, es refrigerado por agua, y actúa como un conductor de electricidad de alta frecuencia que induce corriente y calor en el núcleo de un material conductor (inductivo) al cual rodea con una forma de espiral.
Como la caliza no es un material conductor se consideran las siguientes alternativas para inducir el calor o la comente:
- utilizar un crisol de material inductivo como el grafito o carburo de silicio resistente a altas temperaturas y emplazar la caliza dentro del mismo. Entonces el crisol se calienta por una bobina de inducción de cobre y trasmite el calor a la carga por contacto. El horno HEVA tipo discontinuo (Figura 15) es de este tipo y es muy apropiado para instalaciones pequeñas. La tapa va conectada al sistema de extracción de gas y se cierra herméticamente por el mismo vacío creado en el interior del horno. Para !a descarga o carga se inyecta aire o CO 2 que nivela la presión interna y entonces se eleva y gira la tapa. El crisol recubierto de refractario está confinado en una estructura metálica que permite pivotearla para la descarga de la cal;
- debido a que el vacío aplicado permite lograr una calcinación completa con 700 °C, el HEIVA (Horno eléctrico de inducción al vacío) tiene una cámara de acero circundado por el inductor de cobre. En este modelo (Figura 16) la carga de caliza se realiza en forma intermitente mediante dos compuertas que cierran herméticamente y una cámara de precalentamiento. La descarga de la cal se realiza por gravedad, por el fondo de la cámara y también de forma intermitente. La evacuación del C0 2 generado es continua para mantener el vacío dentro de la cámara del horno, pero el conducto de evacuación puede cerrarse momentáneamente para facilitar la descarga de la cal obtenida;
- el horno HEIVA mostrado en la Figura 17 tiene un sistema neumático de carga de caliza fina y de descarga de cal. Una vez culminado un ciclo de calcinación se cierra la válvula de vacío y la extracción de C0 2 , y se inyecta aire presurizado para fluidificar la cal y conducirla primero hasta un ciclón cuya descarga de gruesos (Underflow, UF) constituye el primer producto denominado "cal fina". El rebose (Overflow, OF) o fracción más fina del ciclón es enfriado para reducir su caudal e ingresa a un circuito de filtros bolsa (Bag house) donde se captura para evacuar aire limpio (sin sólidos) y a baja temperatura, las bolsas se descargan intermitente para obtener la cal ultrafina. El ciclón y/o el circuito de filtros bolsa puede ser reemplazado por un sistema de "apagado" con agua (duchas o tanques) para producir cal hidratada, (Ca(OH)2). Un sistema neumático similar, intermitente e impulsado con CO2 es adecuado para romper periódicamente las costras, liberar el CO2 atrapado y evitar aglomeraciones cuando se procesa caliza ultrafina;
- la Figura 18 muestra un horno HEIVA de inducción con sistema basculante de descarga de cal. En la primera alternativa y una vez culminada la calcinación se desconecta la energía de la bobina inductora, se retira la tapa completamente, se rota 140° el horno y se descarga por gravedad la cal. En la segunda alternativa únicamente se retira la tubería del vacío, se rota 180° el horno y se descarga la cal. En ambos casos la carga de caliza se realiza por la gravedad y por la parte superior del horno cuando este se encuentra en su posición normal;
- la Figura 19 muestra un horno HEIVA de inducción provisto con un sinfín vertical de acero refractario que promueve la mezcla y facilita el desprendimiento del gas CO2 por un conducto lateral en la tapa. Este horno puede operar en forma continua admitiendo la carga de caliza por un conducto en la tapa y un conducto de descarga por el fondo para la cal. En este horno el eje de acero refractario actúa también como un conductor donde la bobina induce corriente y calor, de ese modo se mejora significativamente la eficiencia energética. Es muy importante indicar que en todos los casos de hornos HEIVA se puede considerar un eje vertical de acero en el centro de la cámara calentado también con una bobina inductora. Esto complementa el calentamiento de la cámara con la bobina inductora externa y mejora notablemente la velocidad y eficiencia de calentamiento de la caliza;
- la Figura 20 muestra un horno HEIVA de inducción horizontal, similar al de HEIVA-h de la Figura 12 pero calentado por una bobina de inducción donde el sinfín de acero refractario también actúa como el núcleo inductivo; el horno cuenta con una base de acero que también se comporta como material inductivo. Este horno opera en forma continua admitiendo la carga de caliza por un conducto en el extremo izquierdo y un conducto de descarga por el fondo en el extremo opuesto; otra alternativa para lograr la inducción de corriente en la carga de caliza es mezclándola con material inductivo que puede ser separado y recirculado; se puede utilizar partículas gruesas de hierro o ferrosilicio que luego se separan con magnetos. Si se utiliza otros materiales conductivos gruesos no magnéticos la separación se logra por tamizado dado que la cal tiene una granulometría fina.
Hornos Calentados con Gas Caliente
Debido a la baja temperatura de calcinación (700 °C) lograda en el proceso HEVA, es factible utilizar un horno "amuflado" al vacío (HAVA) donde el calentamiento indirecto se realiza mediante gases de combustión o gases calientes procedentes de algún otro proceso como es el caso de instalaciones metalúrgicas e industriales.
La Figura 21 muestra el horno HAVA donde la cámara de calcinación, de acero, que opera al vacío es calentada por gases calientes que circulan por una cámara que lo circunda.
En el caso de combustión es preferible utilizar una mezcla oxifuel, es decir oxígeno industrial en lugar de aire, para que la emisión de ia combustión tenga alta concentración de CO 2 y con ello un mayor valor comercial una vez separado el polvo, enfriado y envasado. Es indudable que ambos gases, el de combustión y el de calcinación, serían descargados a temperaturas de 700 °C o menos, ahorrando energía y facilitando el enfriamiento y compresión posterior.
La cámara de calcinación puede tener diferentes geometrías para maximizar la superficie de contacto del gas con las paredes de la cámara y facilitar la transmisión de calor a la caliza.
Aplicación de la tecnología HEVA a la producción de Cemento
Con la invención se puede fabricar el "clinker" en 3 etapas separadas, cada una en un horno u equipo diferente, y de ese modo reducir a casi cero la emisión de C0 2 que caracteriza la producción convencional de cemento.
- la primera etapa, que es la de calcinación, se realiza en un horno HEIVA de inducción, de flujo continuo o discontinuo, que opera alrededor de 700 °C y con un sistema de vacío que captura el CO2 generado por la descomposición de la roca caliza. La caliza se muele hasta el rango de 1000 mieras precisándose la granulometría en base a la velocidad de arrastre del gas CC½ y al manejo mismo de la cal obtenida. Los detalles de este sistema se han descrito previamente;
- la cal obtenida se descarga en forma continua a un mezclador de tambor, de paletas o de otro tipo, donde se mezcla con la arcilla y óxido de hierro pulverizados, y una vez uniformizada la mezcla, ésta se descarga continuamente al horno de clinker. En esta etapa no se genera emisión alguna de CO 2 ;
- para la fusión de la mezcla cal-arcilla-óxido de hierro, que generan el clinker, existe una gran variedad de sistemas a considerar que se seleccionan para cada caso particular; el objetivo central es conservar un sistema libre de emisiones de CO2 es decir uno que no utilice la combustión como fuente de calor y que permita, en lo posible, un flujo continuo del clinker acorde con la alta productividad que demanda la industria cementera. La fusión del clinker no genera productos gaseosos ni subproductos sólidos, de modo que el calentamiento con elementos eléctricos no corre riesgo de desgaste o corrosión. Además de lo indicado se debe considerar el calentamiento mediante plasma, mediante microondas y mediante espejo solar, este último para fábricas de baja escala de producción.
A continuación se describen las alternativas para la etapa de clinkerización:
- el horno de resistencia eléctrica es factible puesto que en la actualidad existen en el mercado resistencias de alta duración que soportan el choque térmico y ataque de elementos, si bien en el presente caso este riesgo es mínimo; existen resistencias que brindan servicios de hasta 1850 °C tales como Kanthal Super 1700, Kanthal Super 1800, Kanthal Super 1900, Superthal SMU/SHC; esta tolerancia ofrece un margen aceptable con respecto a la temperatura de trabajo (1450 °C). La Figura 22 muestra el esquema de un horno horizontal calentado por esta resistencia para la producción de clinker. La descarga del material fundido se recibe en un tambor giratorio que además de enfriarlo realiza una peietización y entrega a la fábrica de cemento para su molienda y mezcla con yeso y otros aditivos;
- el horno de arco (Figura 23), donde la elevada temperatura requerida para fundir el clinker se obtiene por la resistencia que ofrece el mismo material al paso de corriente; la corriente se suministra mediante electrodos de grafito que pueden o no estar en contacto con ia carga. Este tipo de horno es de aplicación inmediata dado que se utiliza para la producción de carburo de calcio en el cual la cal es uno de los insumos principales. Si bien en el proceso mencionado la carga y descarga es intermitente se podría adaptar un sistema continuo para la producción de clinker tal como se observa en la
Figura 24. En este tipo de horno se lograría una alta eficiencia energética y un calentamiento rápido sin generación de emisiones de CO 2 ;
- la aplicación de un horno de inducción es una alternativa a considerar dado que el óxido de hierro adicionado y ia alta temperatura mejoran la conductividad de la carga de clinker. Si bien su conductividad es nula en el estado natural ella se incrementa en el estado fundido, tal como ocurre en el caso del vidrio. Esto brindaría una opción altamente eficiente desde el punto de vista energético y operativo, e igualmente sin emisión alguna de CO2. Una ventaja adicional es que se puede operar un horno rotatorio horizontal con este sistema de calentamiento.
Finalmente se puede considerar una fusión del clinker con una mezcla de gas natural y oxígeno industrial en un horno rotatorio similar a la convencional pero de mucho menor longitud, provisto de un sistema eficiente de captación y almacenamiento de la mezcla de CO2 concentrado que se obtendría. Es importante en este caso garantizar un sistema hermético que evite la dilución del gas de CO2 porque ello limitaría su aprovechamiento.
De todos modos más del 70% de la emisión convencional de C0 2 se habrá evitado en la primera etapa en que se utiliza el sistema HEVA para obtener la cal. El inventor ha realizado pruebas de clinkerización que demuestran la eficacia del proceso a partir de cal y sílice para obtener las fases de belita y alita que caracterizan al "clinker". Estas fases fueron identificadas mediante difracción de rayos X. Aplicación de ia tecnología HEVA a la producción de Cemento Puzolánico
Con la invención se puede fabricar un aglomerante hidráulico denominado "cemento puzolánico" o CP-40, que es la mezcla de 70% de puzolana y 30% de cal, seguida por una molienda sumamente fina. Este proceso no requiere de calentamiento ni de hornos y por ende implica un gran ahorro de energía, que en el caso del cemento se traduce en la no emisión de C0 2 generado en la combustión para el calentamiento. Dado que la cal es fabricada con la invención, es decir sin emisión de CO2, la producción de cemento puzolánico sería sin emisión alguna de CO2. Aprovechamiento del C0 2 capturado
La plena aplicación de la invención a nivel global está justificada porque es una alternativa económica que capturaría el C0 2 responsable del 7% de las emisiones que afectan gravemente el clima del planeta. Esto implica contar una inmensa cantidad (3000 millones de toneladas) de CO2 que deben ser utilizados o fijados para no afectar el clima.
Fertilización Carbónica
El CO2 es esencial para la generación de ¡a biomasa que sostiene la vida en nuestro planeta, y su concentración en la atmósfera es la que regula el ritmo de crecimiento de especies terrestres (plantas) y acuáticas. En terrenos de gran altitud como los andinos en Sudamérica la baja concentración de C0 2 ha originado una baja productividad que es una de las principales causas de la pobreza y hambruna de las poblaciones en su entorno. La biomasa se genera mediante la fotosíntesis, formando celulosa (C5H10O5) y oxígeno de acuerdo a: es decir que en teoría un kilo de C0 2 puede generar tanto como 0,68 Kg de celulosa, y por otro lado la concentración y velocidad de crecimiento de plantas (celulosa) puede incrementarse notablemente si se incrementa la concentración de CO2 en el entorno de las plantas.
Todos los recursos necesarios se encuentran en la naturaleza y los más abundantes son la luz solar y el agua; si bien el C0 2 se encuentra en la atmósfera su concentración es de apenas 0,04% en volumen (400 ppm). Además la densidad del aire, y con ello la disponibilidad de GO2, disminuye notablemente con la altitud limitando el crecimiento de los cultivos en países alto andinos como Perú y Bolivia. La densidad del aire disminuye notablemente con la altitud y a 4000 m.s.n.m. es solo 0,8045 Kg/m 3 comparado con ef 1,225 Kg/m 3 reportado a nivel del mar; ello significa 35 menos disponibilidad de CO2, y limita notablemente la fotosíntesis y por ende el desarrollo de las plantas. Por otro lado ha sido demostrado por diversos investigadores que en atmósferas con concentraciones mayores de CO2 las plantas pueden crecer más rápido que en atmósferas normales, incrementando de ese modo la productividad de los cultivos. Esta aplicación se ha realizado tanto en cultivos terrestres como acuáticos. Para plantas del tipo C3 su crecimiento o desarrollo de biomasa se incrementa notablemente a medida que se incrementa la concentración del CO2 en el ambiente; a una concentración de C0 2 de 40 paséales (400 ppm en volumen) que corresponde a la presión normal de la atmósfera este tipo de plantas asimila 40 micromoles de CO2 por segundo por cada m 2 de superficie foliar, es decir 40 pmoles/m 2 /s, la asimilación se incrementa a 58 pmoles/m 2 /s, es decir un 45% adicional, en un ambiente con 80 pascales (800 ppm en volumen) de CO2. Este es un incremento notable que tendrá un gran impacto económico en cultivos de tipo C3, tales como papa, quinua, trigo, maca, tomate, eucalipto y otros que se desarrollan en la zona andina. El 90% de las especies conocidas de plantas son del tipo C3.
Se observa también que las plantas del tipo C 4 , tales como caña de azúcar y maíz el máximo crecimiento se logra con la concentración del CO2 existente en una atmósfera normal y mayores concentraciones de este gas no tienen efecto alguno. En algunos países desarrollados ya se utiliza ambientes con CO ∑ concentrado para promover el crecimiento acelerado de cultivos de alto rendimiento económico; la limitación en la aplicación de la llamada "Fertilización carbónica" a cultivos comunes es, evidentemente, el alto precio del CO2 y costo de su manejo (transporte, almacenamiento y dosificación) tal como se realiza hoy en día. El costo del CO2 en Latinoamérica es tan alto como 1500 US$/T, es decir 10 veces más que la cal (150 US$/T) generada simultáneamente; en Europa su precio oscila alrededor de 400 US$/T y empresas como Messer lo ofrecen para incrementar la productividad agrícola en invernaderos. La biomasa generada mediante fotosíntesis también forma microaigas y
oxígeno de acuerdo a: es decir que en teoría un kilo de C0 2 puede generar tanto corno 0,68 kg de microaigas, y ia concentración y velocidad de crecimiento de microaigas en ambientes acuáticos puede incrementarse notablemente incrementando la concentración ele C0 2 en el entorno de ias plantas. La tasa de crecimiento de microaigas es alta pues aún en ambientes normales incrementan su masa 2 veces por día.
El alto valor nutritivo y el alto precio de las microaigas constituyen una de las mejores alternativas para utilizar el C0 2 obtenido con la tecnología HEVA. Bebidas Gaseosas e industria alimenticia
Ei C0 2 es un componente fundamenta! de las bebidas gaseosas y también utilizado en la preservación de todo tipo de alimentos, especialmente ¡os naturales. Ei C0 2 comerciad se obtiene, en su mayor parte, a partir de la combustión con aire de combustibles fósiles como gas natural y otros; e! gas de combustión es lavado con soluciones de carbonato de sodio, absorbido en solución de monometalamina, extraído mediante calor, purificado con carbón activado y finalmente enfriado y licuado.
Desde la percepción pública ei C0 2 HEVA obtenido directamente de la disociación (destilación) de rocas caliza de buena calidad constituye un producto más natural y por ello más apreciado para usos relacionados con bebidas y alimentos.
Grafeno o Nanofifora de Carbono
El grafeno es un material de última generación que ya se utiliza en estructuras resistentes de peso ligero; tiene la resistencia del acero pero un peso 7 veces menor, una demanda creciente y una alta cotización (25000 US$/T).
Recientemente se han desarrollado dos tecnologías para su fabricación. La desarrollada por el Dr. Stuart Licht de la G. Washington University consiste en electrólisis de sai fundida a 750 °C y utiliza carbonato de litio como electrolito, ánodo de iridio y cátodo de acero inoxidable para producir nanofibra de carbono en ei cátodo y oxígeno en el ánodo. Ei sistema opera con un suministro continuo de C0 2 atmosférico que limita su rentabilidad dada ¡a concentración reiativameníe baja de C0 2 existente en la atmósfera.
E! peso de CQ 2 necesario para obtener 1 tonelada de grafeno, de acuerdo a la estequiometria, es 3,7 toneladas; para una eficiencia de corriente de 70% e! peso necesario se incrementa a 5,2 toneladas de CG 2 . El C0 2 comercial necesario costaría 7900 US$ por tonelada de grafeno en Latinoamérica limitando notablemente !a aplicabilidad de esta tecnología; por el contrario, e! C0 2 HEVA generado a un costo sumamente bajo permitiría utilizar esta tecnología a un costo de insumes de 150 US$ por tonelada de grafeno.
La tecnología desarrollada por Narayan S. Hosmane y Amartya Chakrabarti de la Universidad de Northern Illinois, consiste en la reducción del C0 2 (como hielo seco) mediante magnesio metálico de acuerdo a:
el costo deí insumo CO 2 en este caso será similar al determinado para la tecnología anterior, y nuevamente la disponibilidad del C0 2 HEVA implica una reducción de 10 veces en el costo del insumo principal.
EJEMPLO DE REALIZACIÓN La aplicación de !a invención para el caso de producción de la cal se sustenta en ios resultados obtenidos en ei trabajo de laboratorio que se describieron anteriormente .
La aita productividad y rentabilidad de una operación típica del sistema HEVA es evidente aún en el caso de una operación pequeña como la mostrada en Sa Tabla 2. En esta operación se trabaja con un horno HEIVA de solo 226 litros, el cual produce 7,3 lidia de Cal de alta ley (90% CaO) y 5,2 T/día de C0 2 ; cuando el CO? se aprovecha para cultivar microaiga se produce 2,5 T/día de este cultivo acuático. Tabla 2. Balance metalúrgico y económico de un Horno HEIVA de 225 litros
El ingreso bruto generado con la venta de cal y C0 2 es 8947 US$/día y en el caso de cal y microalgas es 8594 US$/día, que para costos de 1294 y 1347 US$/día, resultan en utilidades brutas de 7653 y 7246 US$/día, respectivamente. La rentabilidad para el sistema que contempla el cultivo de microalgas es menor que el de la venta directa de CCV pero no tiene la limitación de demanda del mercado pues existe una gran demanda de microalgas a nivel local, regional y global.
Una instalación HEIVA de este tamaño no requiere licuar el CO2 para su almacenamiento y transporte, que a su vez demanda costosas instalaciones criogénicas, y que no se justifican para un mercado limitado comparado con la gran oferta de CO2 HEVA prevista. En cambio en la aplicación del CO2 para microalgas o fertilización carbónica en general el C0 2 se genera cerca al punto de aplicación, se inyecta directamente a la piscina de microalgas o invernadero y el excedente se almacena luego de comprimirlo a 900 psi (1 psi equivale aproximadamente a 6,895 kPa); no se requiere pues la licuación.
Es la cal obtenida la que se transporta al lugar de venta con el vehículo que suministra la caliza. A nivel del Perú y Latinoamericano en general este sistema de pequeños complejos HEVA (Cal-C02-Microalga) es muy adecuado y tendrá también un gran impacto social.
APLICACIÓN INDUSTRIAL
La invención es de aplicación directa en la industria de fabricación de cal, donde el sistema HEVA propuesto reemplaza con éxito al sistema convencional eliminado la emisión de CO2 cuyo control es una preocupación y objetivo a nivel global. Además de ello se logra un ahorro importante de energía y se evita otros impactos ambientales como el de emisión de polvos; un factor relevante del invento es el aprovechamiento del C0 2 para el cultivo acelerado de microalgas y especies terrestres. Recientemente se ha revelado la factibilidad de producir nanofibras de carbono a partir del CO2 del ambiente mediante electrólisis de una sal fundida de litio; la disponibilidad a muy bajo costo del CO2 concentrado que el sistema HEVA recupera se complementa muy bien con esta y otras tecnologías para producir nanofibras de carbono.
En e! caso de la cal la plena aplicación de la invención evitará la emisión de aproximadamente 1 ,4 y 300 millones de toneladas/año de C0 2 en el Perú y a nivel global, respectivamente.
La aplicación del sistema al proceso de producción de cemento tendrá un impacto mucho mayor, tanto desde el punto de vista energético, donde ahorra 65% de la energía, como en el plano ambiental donde evitaría la descarga de alrededor de 10 y 3000 millones de toneladas/año de CO2 en el Perú y a nivel global, respectivamente. Esto implica un gran beneficio para los países y el medio ambiente.
Su aplicación para la fabricación de cemento puzolánico, CP-40, permite la obtención de un cemento de bajo costo en inversión y operación y que no emite CO 2 en ninguna etapa del proceso. La implementación de un proyecto de estas características no requiere de una gran inversión ni alta demanda energética a diferencia de las fábricas de cemento convencionales. El avance logrado en los estudios y experimentos realizados por el inventor demuestran que la invención posibilita la obtención económica de cal y cemento sin huella de carbono, y el aprovechamiento del C0 2 capturado en la producción de cultivos acuáticos y terrestres que contribuyen con la seguridad alimenticia que requiere la sociedad en general. Asimismo la tecnología HEVA en desarrollo enlazada con la producción de nanofibras de carbono abre un campo nuevo para el desarrollo industrial.
La plena aplicación de la tecnología HEVA-C0 2 a las industrias de cal y cemento a nivel global permitiría reducir en 7% las emisiones de CO2.
Su aplicación en la fabricación de cemento puzolánico, CP-40, se lograría con cero emisión de CO2, constituyendo una gran opción para una producción ecológica de cemento.