ES2201282T3

ES2201282T3 - Procedimiento para la oxidacion de licores de desecho que contienen materia organica.

Info

Publication number: ES2201282T3
Application number: ES97914352T
Authority: ES
Inventors: Bertel Myreen
Original assignee: Conox Oy
Current assignee: Conox Oy
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1997-04-02
Publication date: 2004-03-16
Anticipated expiration: 2017-04-02
Also published as: CA2222986A1; CA2222986C; FI961498L; DE69723034D1; DE69723034T2; ATE243659T1; EP0844982B1; AU2163097A; FI104712B; EP0844982A1; BR9706582A; PT844982E; FI961498A0; WO1997037944A1

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN METODO PARA LA OXIDACION ESENCIALMENTE COMPLETA DE UN LICOR CONCENTRADO (33) QUE CONTIENE MATERIA ORGANICA OXIDABLE, QUE CONSISTE EN LOS PASOS SIGUIENTES LLEVADOS A CABO BAJO UNA PRESION SUSTANCIALMENTE SUPERATMOSFERICA. SEGUN LA INVENCION: (A) SE OXIDA (1) ESENCIALMENTE POR COMPLETO UN LICOR MADRE (12) DE UN LICOR CONCENTRADO (33), PRECALENTADO (30, 31) A UNA TEMPERATURA SUPERIOR A 10 (GRADOS) C APROXIMADAMENTE POR DEBAJO DEL PUNTO DE EBULLICION DEL AGUA A DICHA PRESION SUPERATMOSFERICA, A UNA TEMPERATURA DE AL MENOS 800 (GRADOS) C CON UN GAS (13) QUE CONTIENE AL MENSO UN 60 POR CIENTO EN VOLUMEN DE OXIGENO QUE DA COMO RESULTADO UNA SUSPENSION (4) DE GAS CALIENTE Y ESCORIAS FUNDIDAS; (B) SE SEPARAN LAS ESCORIAS FUNDIDAS DEL GAS CALIENTE (5) Y SE DISUELVEN EN AGUA (15) Y (C) SE ENFRIA RAPIDAMENTE (7) EL GAS CALIENTE SEPARADO (5) A UNA TEMPERATURA INFERIOR A 250 (GRADOS) CON UN LIQUIDO ACUOSO (8) Y A CONTINUACION SE RETIRA (23).

Description

Procedimiento para la oxidación de licores de desecho que contienen materia orgánica.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la mineralización mediante oxidación a una presión superatmosférica considerable de básicamente toda la materia orgánica presente en un licor concentrado que se ha obtenido mediante la evaporación de licores de desecho.

Hoy en día, la industria se esfuerza por minimizar su impacto ambiental. Una parte de este impacto consiste en el vertido de efluentes contaminados en las vías fluviales y la emisión de gases contaminados al aire ambiental.

El efluente contiene sustancias orgánicas en bajas concentraciones e iones inorgánicos, derivados de los materiales en bruto y de los productos químicos introducidos en el procedimiento. La materia orgánica se sedimenta o degrada en los sistemas receptores de agua, consumiendo así el oxígeno existente en el agua. Parte de la materia orgánica es absorbida por organismos vivos. Algunas de estas sustancias se pueden acumular en los tejidos vivos y posteriormente en la cadena alimentaria. Algunas de las sustancias son venenosas. La mayor parte de la materia inorgánica consiste en sales disueltas, las cuales están presentes en grandes cantidades en los sistemas receptores de agua. Una de éstas es el cloruro sódico, del cual hay 3 kg por m^{3} en el mar Báltico y unos 30 kg por m^{3} en los océanos. La materia inorgánica, sin embargo, puede incluir también pequeñas cantidades de iones metálicos, los cuales se consideran nocivos. Estos son principalmente metales pesados tales como: zinc, plomo, cobre y cadmio.

Los gases formados en los procedimientos de combustión contienen generalmente cantidades altas de dióxido de carbono y con frecuencia óxidos de azufre y nitrógeno. Recientemente se ha prestado mucha atención a los residuos de pirólisis que hay en los gases, es decir, los denominados hidrocarburos poliaromáticos. Algunas sustancias organocloradas contenidas en los gases de combustión se consideran como un peligro ambiental incluso en concentraciones muy bajas.

Los efluentes como los arriba descritos se forman en diversos procedimientos, por ejemplo, en la industria alimentaria, en la industria química y en la industria forestal. Algunos de estos licores están muy concentrados y contienen grandes cantidades de productos químicos valiosos, así que se evaporan y queman para recuperar los productos químicos. Es bien conocido que este es el caso de los licores de cocción de la pulpa. Sin embargo, los efluentes de plantas de blanqueado de las fábricas de pulpa están tan diluidos que actualmente no se evaporan ni combustionan, incluso si se conoce semejante procedimiento, por ejemplo, según se describe en una patente finlandesa nº 85293, incorporada en la presente a modo de referencia.

Se producen aguas de desecho similares incluso en otros procedimientos de la industria del procesamiento de la madera, por ejemplo, en el descortezamiento, la obtención termo-mecánica de pulpa para la producción de pulpa TMP o CTMP y en el cocimiento químico de la paja u otras plantas anuales, tales como el bagazo y diferentes especies de hierbas.

Típicamente, estos efluentes contienen menos del 10 por ciento de material disuelto-con frecuencia menos del 1 por ciento- y el material inorgánico supone típicamente entre un 10 y un 50 por ciento, aproximadamente, de la cantidad total de material disuelto.

Las aguas de deshecho se vierten en ríos, lagos y mares. En países con normas y regulaciones severas esto se realiza después del tratamiento biológico externo en lagunas aereadas o en plantas de lodo activado. En estas plantas, la materia orgánica se puede descomponer o solidificar para su separación, hasta cierto punto, pero no completamente. La materia inorgánica disuelta, especialmente los metales pesados, permanece intacta. En principio se podrían separar los metales pesados del efluente mediante precipitación química. Sin embargo, con concentraciones muy bajas de materia inorgánica, no se puede lograr una precipitación completa y es difícil la separación de la materia precipitada de cantidades grandes de líquido. Hoy en día está disponible en el mercado el equipo de evaporación para la concentración de incluso grandes flujos de efluente. Cuando el efluente contiene sales de solubilidad limitada tiene lugar una cristalización de estas sales cuando se evaporan los licores hasta un alto contenido en sólidos secos. Por consiguiente, las superficies de transferencia de calor del equipo de evaporación se contaminan y se reduce la capacidad de evaporación. Esta tendencia se hace más patente cuanto más alta es la concentración que se desea obtener del líquido evaporado. En la evaporación, se separa el efluente en un condensado y un concentrado. El condensado se puede reutilizar en el procedimiento tal como está o después de una limpieza adicional. Es necesario deshacerse del concentrado, el cual contiene la mayor parte de la materia orgánica que hay en el efluente y casi toda la materia inorgánica. La mejor forma de hacer esto consiste en oxidar completamente la materia orgánica a dióxido de carbono y vapor de agua y separar los metales nocivos del residuo inorgánico de la incineración.

Existen equipos concebidos para la incineración de concentrados que son especialmente difíciles de tratar. Las aplicaciones comerciales están disponibles en muchos países, como por ejemplo, la aplicada por Ekokem Oy en Finlandia. Además, algunas empresas industriales poseen equipos de incineración propios para la eliminación de los desechos peligrosos. Es característico de estas instalaciones funcionar a presión atmosférica y usar aire como agente oxidante. Para lograr una oxidación completa de toda la materia orgánica se necesita una temperatura de combustión de al menos 800ºC con un periodo de retención de varios segundos en la cámara de combustión. Al incinerar líquidos con un alto contenido en cenizas, incluso si se han incinerado hasta un alto contenido en sólidos, la temperatura de combustión necesaria se puede alcanzar únicamente usando combustible suplementario. Ahlstrom Corporation y John Zink Company Ltd., por ejemplo, comercializan estos tipos de hornos incineradores.

El aire contiene sólo un 21% aproximadamente de oxígeno, siendo la mayor parte del resto nitrógeno inerte, el cual supone un lastre para la incineración. Con este lastre, se necesita una cantidad considerable de energía para aumentar la temperatura por encima de los 800ºC. Esta es la principal razón por la cual los hornos necesitan combustible fósil, por ejemplo, gas natural o fuel oil, para alcanzar y mantener la temperatura necesaria en la cámara de combustión. El combustible fósil, por supuesto, necesita también aire de combustión, lo cual aumenta aún más la cantidad de nitrógeno inerte que pasa a través de la cámara de combustión y el posterior conducto de gases de combustión.

El volumen específico de gases es alto a temperaturas altas y presión atmosférica. Por consiguiente, la cámara de combustión se hace muy grande, y los dispositivos necesarios para la limpieza y el transporte del gas se agrandan y además se encarecen. Por este motivo el tratamiento del efluente diluido por evaporación e incineración no se ha establecido como una práctica común en la industria del procesamiento.

Es generalmente conocido que el volumen de gas a una temperatura dada disminuye al incrementar la presión. Este hecho se utiliza, por ejemplo, en gasificantes, según se describe en las publicaciones WO-93/022 y WO-93/09205. Sin embargo, tratan sobre procedimientos para gasificar la materia orgánica en condiciones reductoras y no sobre la oxidación completa de esta materia.

El objeto de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento para tratar licores de desecho preconcentrados mediante la oxidación completa de básicamente toda la materia orgánica que haya en el licor, a dióxido de carbono y vapor de agua, de modo que, al mismo tiempo, se puedan separar todos los metales nocivos del residuo inorgánico de incineración de una manera sencilla. Esto se consigue en un equipo considerablemente más pequeño y menos caro que el equipo que se usa actualmente.

Según la presente invención, los siguientes pasos se llevan a cabo bajo una presión superatmosférica considerable:

(a) una carga del licor concentrado, precalentado a una temperatura superior a unos 10ºC por debajo del punto de ebullición del agua a dicha presión superatmosférica, se oxida básicamente completamente a una temperatura de al menos 800ºC con un gas que contenga al menos un 60 por ciento en volumen de oxígeno dando como resultado una suspensión de gas caliente y escoria fundida;

(b) la escoria fundida se separa del gas caliente y se disuelve en agua; y

(c) el gas caliente separado se enfría rápidamente hasta una temperatura inferior a 250ºC con un líquido acuoso que esté básicamente libre de materia orgánica y que tenga un pH superior a 7, y después se retira.

En este contexto se usan los siguientes términos:

"escoria", el residuo inorgánico que queda tras la oxidación completa del licor concentrado precalentado,

"escoria fundida", escoria con una parte considerable de la misma en fase líquida,

"salmuera", una disolución formada al disolver la escoria en agua,

"residuo sólido" la parte insoluble de la escoria al disolver ésta en agua,

"líquido de enfriamiento", agua o agua que contenga únicamente sales orgánicas.

Según la presente invención, la oxidación del licor concentrado precalentado tiene así lugar con un gas presurizado que contiene al menos un 60 por ciento en volumen de oxígeno, preferiblemente oxígeno puro, y la oxidación se lleva a cabo bajo una presión superatmosférica considerable y, así mismo, en dispositivos de pequeño volumen.

En una forma de realización preferida de la presente invención, el procedimiento se lleva a cabo a una presión superatmosférica de al menos 100 kPa, preferiblemente entre 900 y unos 1100 kPa. Es imprescindible que la oxidación se lleve a cabo con un gas presurizado que contenga un exceso de oxígeno en relación con la cantidad teóricamente necesaria para oxidar completamente toda la materia orgánica que haya en concentrado final. El contenido en oxígeno preferido del gas presurizado está cercano al 100 por cien en volumen, pero el gas presurizado puede contaminarse con otros gases, por ejemplo, nitrógeno, monóxido de carbono o dióxido de carbono. El contenido en materia orgánica de la carga concentrada se elige para que, al precalentar hasta la temperatura necesaria para la oxidación en el paso (a), sea posible mantener una temperatura de reacción suficiente, al menos 800ºC, preferiblemente 1000ºC, en la cámara de reacción. A esta temperatura, la escoria se encuentra en estado fundido.

Según la presente invención, la escoria fundida se separa del gas antes de ponerla en contacto con un líquido de enfriamiento acuoso. La escoria fundida se separa de la caliente preferiblemente mediante fuerzas gravitacionales y/o con fuerzas centrífugas, tras lo cual la escoria fundida se pone en contacto con agua. Los metales pesados contenidos en la escoria formarán sales insolubles, principalmente carbonatos, las cuales se pueden separar de la salmuera formada cuando la escoria se pone en contacto con agua.

Según una forma de realización preferida de la presente invención, la escoria fundida se deja fluir hacia abajo a través de una constricción, tal como un pequeño conducto hacia un recipiente agitado de disolución de la escoria, en el que se introduce agua en cantidades tales que el vapor generado será suficiente para evitar que el gas caliente entre en el recipiente de disolución a través de dicho conducto.

A continuación se describirá con mayor detalle la presente invención con referencia al dibujo adjunto. El dibujo ilustra una vista lateral esquemática de un dispositivo especialmente apropiado para llevar a cabo el procedimiento de la presente invención.

En la Figura adjunta, el número 1 indica una cámara de reacción, la cual está bajo una presión superatmosférica de al menos 100 kPa, preferiblemente de unos 1000 kPa. El revestimiento externo de la cámara de reacción es un recipiente a presión 2 que contiene agua con una presión correspondiente a la de la cámara de reacción 1. Por tanto, no hay una diferencia básica de presión sobre la pared de la cámara de reacción 1. En la cámara de reacción 1 hay un quemador 3, hacia el que se bombea a través de una tubería 12 el licor concentrado precalentado que ha de oxidarse. Se introduce el oxígeno en el quemador 3 con un compresor a través de la tubería 13. Si el oxígeno tiene una presión suficiente en su tanque de almacenaje, el compresor no es necesario. El oxígeno puede estar contaminado con otros gases, por ejemplo, con nitrógeno. En el último caso, el contenido mínimo de oxígeno en el gas es del 60 por ciento en volumen.

Dentro de la cámara de reacción 1 se mantiene una temperatura mínima de 800ºC, preferiblemente de unos 1000ºC para que se logre la oxidación completa de toda la materia orgánica y para que todas las sustancias inorgánicas se fundan para formar una escoria fundida. Algunas partículas de la escoria fundida golpean las superficies interiores del reactor 1, y fluyen hacia abajo sobre ellas. Las paredes interiores del reactor 1, construidas con un metal apropiado, se pueden revestir con material refractario ignífugo. Sin embargo, según una forma de realización preferida de la presente invención, la pared interior del reactor no está revestida con ningún material refractario, pero la pared del reactor se enfría eficazmente con agua, provocando que la escoria se adhiera a la pared y forme una capa solidificada, reduciendo la transferencia de calor a través de la pared y protegiendo el metal contra la corrosión.

El agua que hay dentro del recipiente a presión 2 se vaporizará parcialmente. La mezcla de agua y vapor se conduce a un colector de vapor 34 a través del conducto 35. En este colector se separa el vapor del agua, la cual se vuelve a introducir en el recipiente a presión 2 a través del conducto 36.

No es posible mantener una reacción continua estable en la cámara de reacción 1 a menos que la carga del licor concentrado se caliente hasta una temperatura cercana al punto de ebullición del agua a la presión de la cámara de reacción. Por tanto, la carga del licor concentrado se calienta a una temperatura superior a 10ºC por debajo del punto de ebullición del agua a la presión de la cámara de reacción. Según una forma de realización preferida de la presente invención, esto tendrá lugar en dos pasos, primero indirectamente en un intercambiador de calor 30 calentado por vapor y posteriormente mediante vapor directo en un recipiente de almacenaje 31 presurizado. Con el fin de obtener una gran superficie de contacto entre el licor entrante y el vapor, el licor se introduce a través de un inyector atomizador 32 dentro del recipiente de almacenaje 31 por encima del nivel del líquido que hay en este recipiente. El licor se bombea a través de la tubería 33. Los dispositivos están concebidos preferiblemente de modo que una gran proporción del calentamiento tiene lugar en el intercambiador de calor, del que se extrae el concentrado a través del tubo 37 y no se mezcla con el licor concentrado precalentado.

El vapor que va a los dispositivos 30 y 31 se toma del colector 34 a través del tubo 39. La cantidad de vapor se equilibra con vapor exterior a través del tubo 38, o, cuando hay un exceso de vapor, extrayéndolo a través del tubo 40.

Debido a que el revestimiento de la cámara de reacción casi no está sometido a tensiones, puede diseñarse con relativa libertad. La parte inferior se puede construir con el conducto 4, a través del cual puede fluir una suspensión del gas y de la escoria fundida. Con una parte inferior de la cámara de reacción 1 formada apropiadamente, una gran proporción de la escoria fundida es capturada en las paredes interiores de la cámara, y de ese modo se separa del gas. Debido a la gran diferencia de densidad entre la escoria y el gas, se pueden separar las gotitas de escoria fundida suspendidas en el gas cambiando la dirección del flujo del gas, por ejemplo, haciendo fluir el gas a través del canal ascendente 5, mientras que, debido a la gravitación, la escoria fluye hacia abajo a través del conducto 6. El conducto 6 lleva al recipiente de disolución 14 de la escoria. Debido a que hay un conducto abierto entre la cámara de reacción 1 y el recipiente de disolución de la escoria 14, las presiones de ambos recipientes son iguales.

El gas y la escoria fundida se separan a una temperatura no muy distinta de la temperatura de reacción que hay dentro de la cámara de reacción 1. El gas caliente se conduce a un dispositivo de contacto 7, en el que el gas se enfría rápidamente con un líquido de enfriamiento. Una forma de realización de la presente invención consiste en que el líquido de enfriamiento se rocía dentro del dispositivo 7 con un inyector 8. Dentro del dispositivo de contacto 7 tiene lugar una mezcla intensiva del gas y el líquido de enfriamiento, y el gas se enfría rápidamente hasta una temperatura cercana al punto de ebullición del agua a la presión del dispositivo de contacto, la cual es casi la misma que la presión de la cámara de reacción. Los humos de sales contenidos en el gas caliente son capturados en gran parte por el líquido de enfriamiento. Una parte de la energía liberada al enfriar rápidamente el gas evaporará el agua del líquido de enfriamiento. Este vapor se mezcla con el gas que ha sido enfriado rápidamente.

El líquido de enfriamiento se separa del gas en el dispositivo 9, desde donde se recircula 8 el líquido de enfriamiento al dispositivo de contacto 7. Se lleva agua de relleno al circuito del líquido de enfriamiento a través del tubo 10. Opcionalmente, se puede aumentar el pH del líquido de enfriamiento añadiendo una sustancia alcalina al agua de relleno.

La escoria fundida fluye hacia abajo a través del conducto 6 hasta el recipiente a presión 14, hacia donde se conduce agua a través de la tubería 15. El líquido del recipiente 14 se agita con, por ejemplo, una rueda móvil 16 en el recipiente 14. El flujo del agua entrante y su temperatura se ajustan de modo que se libere una cierta cantidad de vapor al disolver la escoria fundida en la salmuera 11 que hay en el recipiente 14. El vapor fluye hacia arriba a través del conducto 6 y evita que el gas caliente entre en el recipiente 14. Este vapor se mezcla con el gas caliente en el canal 5. De este modo la temperatura del recipiente 14 no excederá de la temperatura del vapor saturado liberado de la salmuera 11. Esto facilita la elección del material para el recipiente a presión 14.

Para estabilizar el contenido en sal y el volumen del líquido del recipiente 14, se extrae la salmuera a través de la tubería 17. Parte del material contenido en la salmuera no es fácilmente soluble. Habitualmente la disolución de sal es alcalina, ya que parte de la materia orgánica aniónica se elimina mediante oxidación y la materia catiónica correspondiente presente en la escoria ha reaccionado con el dióxido de carbono del gas y ha formado carbonatos. Si esto no sucede, se puede, por ejemplo, incorporar carbonato sódico o sulfuro sódico al agua entrante a través de la tubería 15. Los metales pesados contenidos en la escoria forman carbonatos y sulfuros prácticamente insolubles, un residuo sólido. Pueden, por tanto, eliminarse de la disolución salina como fase sólida. Esto se hace con, por ejemplo, un filtro 18 o una centrifugadora. Si es necesario, se puede enfriar la salmuera antes de separar la fase sólida. La salmuera, de la cual se extrae el residuo sólido, sale después como el flujo 19, mientras que el residuo sólido 20 se elimina separadamente para un tratamiento adicional.

El gas de escape enfriado que fluye del dispositivo 9 hacia afuera a través de la tubería 23, consiste principalmente en dióxido de carbono y vapor de agua. Contiene además una cierta cantidad de oxígeno necesario para mantener un ambiente oxidante en todas las partes del equipo. El gas del conducto 23 también contiene una cierta cantidad de gotitas del concentrado, ya que la separación del concentrado final del gas enfriado en el dispositivo 9 puede ser incompleta.

El vapor de agua que hay en el gas de escape del conducto 23 se origina, en parte, por la humedad residual del concentrado final que se ha conducido al quemador 3, en parte por la reacción entre el oxígeno y el hidrógeno presentes en la materia orgánica del concentrado final, y en parte, del recipiente a presión 14. Además, la evaporación del líquido de enfriamiento 8 en el dispositivo de contacto 7 aumenta la cantidad de vapor de agua en el gas de escape.

Enfriando el gas saliente, la mayor parte del vapor de agua se puede condensar y eliminar en estado líquido. También se separan las gotitas de concentrado arrastradas del condensado, lo cual purifica el gas. Al mismo tiempo, el volumen de gas se reduce considerablemente. La condensación del contenido en agua del gas de escape se ilustra en la Figura adjunta por los intercambiadores de calor 21 y 22, hacia los cuales se conduce el gas a través de la tubería 23. Se bombea agua fría a través de la tubería 15 al intercambiador de calor 21 y a través de la tubería 24 al intercambiador de calor 22, preferiblemente en el modo de contracorriente que se muestra en la Figura. El agua se calienta y se vaporiza en los intercambiadores de calor y se expulsa como un vapor de baja presión a través de la tubería 25. El condensado, potencialmente un tanto contaminado, se vierte a través de la tubería 26. La calidad del concentrado determina si puede usarse como agua de procedimiento o si, por ejemplo, debería combinarse con el licor de desecho del que deriva el concentrado y recircularse al equipo descrito en la presente.

El gas enfriado rápidamente se expulsa desde el intercambiador de calor 22 a través de la tubería 27. Su principal componente es ahora dióxido de carbono. También contiene el exceso de oxígeno y posiblemente algunos restos de contaminantes orgánicos. El volumen del gas es bajo debido a la presión superatmosférica y a la baja temperatura tras enfriarse. Si es necesario, el gas puede conducirse todavía a través del dispositivo de adsorción 28, por ejemplo, a través de un cartucho de carbón activado, antes de usarse como dióxido de carbono puro en otra parte del procedimiento o emitirse a la atmósfera a través de una válvula de seguridad y de la salida 29.

Ejemplo

En el siguiente ejemplo se describe una forma de realización preferida de la presente invención. Al mismo tiempo, se destacan las ventajas de la invención sobre la tecnología conocida.

Una fábrica de pulpa con una producción diaria de 1.000 toneladas de pulpa de coníferas blanqueada puede considerarse típica para la moderna industria de la pulpa. La fábrica usa dioxinas cloradas y soda cáustica como agentes blanqueantes. Durante el procedimiento de blanqueo, se vierten aproximadamente 20 kg de sustancias orgánicas por tonelada de pulpa producida. También se vierten los residuos de los productos químicos blanqueantes, 20 kg adicionales de sales por tonelada de pulpa. La sal es en su mayor parte cloruro sódico. Parte del sodio está unido a ácidos orgánicos que se han formado durante el procedimiento de blanqueado. Estas sustancias se transfieren al efluente de la planta blanqueante. Para este efluente es típica una demanda química de oxígeno (DQO) de 22 kg por tonelada de pulpa.

Para lograr una oxidación completa de toda la materia orgánica -incluso la materia organoclorada- la oxidación ha de tener lugar con un exceso de oxígeno a una temperatura de unos 1000ºC. Con la presente invención esto se puede conseguir de la siguiente manera:

Se espera que la carga del licor alcance un contenido en sólidos de un 45% aproximadamente mediante evaporación. Después se precalienta en los dispositivos 30 y 31 a una temperatura de 180ºC. La presión de la cámara de reacción es de 10 bar. A esta temperatura y este contenido en sólidos, la mitad de los cuales es material orgánico oxidable, se puede mantener la temperatura de reacción de 1000ºC en la cámara de reacción, a condición de que se use oxígeno puro para la reacción. Se supone que en el reactor se usa un exceso de un 3 por ciento de oxígeno.

En este caso se llevan al reactor 0,253 kg/s de oxígeno 13 para lograr en principio la oxidación completa. Los productos de reacción formados son 0,258 kg/s de escoria fundida inorgánica y 1,090 kg/s de gas, consistente en dióxido de carbono, vapor de agua y oxígeno en exceso. A una temperatura de 1000ºC y con una presión superatmosférica de 10 bar, el caudal del gas que pasa a través de la salida del reactor es de 0,515 m^{3}/s. Con una velocidad del gas de 10 m/s la sección del flujo es de 5,15 dm^{2}, correspondiente a un tubo con un diámetro interior de unos 250 mm.

El caudal de la escoria fundida que fluye a través de la salida del reactor 4 es de unos 0,215 dm^{3}/s. Con una velocidad de flujo de 1 m/s, sección de flujo de la escoria fundida es de unos 0,02 dm^{2}, la cual es inferior al 1% de la del gas. La densidad del gas en ese estado es de unos 2,11 kg/m^{3}, mientras que la densidad de la escoria fundida es de unos 1200 kg/m^{3}. Por tanto, no es difícil la separación de la escoria fundida del gas.

En el caso de que un concentrado de sal de un 35% aproximadamente se mantenga en el recipiente de disolución 14, es necesario añadir una cantidad de 0,92 kg/s de agua a través de la tubería 15. Del agua que se ha añadido, unos 0,17 kg/s se vaporizan cuando la escoria fundida caliente se enfría rápidamente y se disuelve en agua. A una sobrepresión de 10 bar, el vapor alcanza una temperatura de unos 180ºC y el caudal es de 0,038 m^{3}/s. Si se escoge un diámetro interior de 100 mm para el conducto 6, la velocidad del flujo ascendente de vapor en el conducto es de unos 5 m/s, la cual es suficiente para evitar que el gas caliente entre en el recipiente 14. Si el recipiente de disolución 14 está concebido para un tiempo de residencia de 15 minutos, el volumen de salmuera necesario se de unos 0,7 m^{3} en este recipiente.

Tras la evaporación directa en el recipiente 9 el gas de escape que va al intercambiador de calor 21 contiene unos 0,355 kg/s de dióxido de carbono, 0,0075 kg/s de oxígeno y 1,151 kg/s de vapor de agua. El caudal total para el gas a una sobrepresión de 10 bar y una temperatura de 180ºC es de 0,272 m^{3}/s. Si el diámetro interior escogido para la tubería es de 200 mm, la velocidad de flujo del gas será de unos 8,5 m/s. La presión de vapor del gas es alta, unos 886 kPa, lo que hace posible condensar una parte considerable del vapor de agua a partir del gas retirado 23. Si el gas se enfría hasta 100ºC en el intercambiador de calor 21, se condensará más del 98% del vapor y el flujo total del gas de escape viene a ser de unos 0,380 kg/s. El flujo de gas 23 a una presión superatmosférica de 10 bar es de unos 20 dm^{3}/s, y se puede transportar en un tubo de un diámetro interior de 80 mm.

A modo de comparación y para señalar las ventajas de la invención sobre el estado de la técnica, se realiza el mismo cálculo para el caso en que el efluente evaporado de la misma planta blanqueadora supuesta se incinera de la manera convencional.

Con tecnología convencional, el concentrado se eliminaría en un incinerador atmosférico con aire como fuente de oxígeno. Es probable que el licor de desecho se evaporase hasta un contenido en sólidos superior al 45%, el cual -según se describe en el ejemplo anterior- sería suficiente según la presente invención. Supongamos que el concentrado se evapora hasta un contenido en sólido seco del 50% antes de introducirse en el incinerador.

Para alcanzar una temperatura de combustión de 1000ºC se necesita combustible suplementario en el incinerador. Debido al lastre del nitrógeno en el aire de combustión, se necesitan unos 0,6 kg de fuel oil por cada kilogramo de sólido seco del concentrado. Debido a que los gases están a presión atmosférica, el vapor de agua no se puede condensar a partir del gas de escape a temperaturas superiores a 100ºC y usarse así para la producción de vapor presurizado. Siempre que no se produzcan grandes cantidades de agua templada de baja calidad, el vapor de agua se expulsa con los gases, lo cual se ha supuesto al calcular los valores de la tabla de abajo.

La siguiente Tabla proporciona datos para la comparación de la oxidación del concentrado tal como se logra con la presente invención, y efectuada con tecnología del estado de la técnica. Las cifras se refieren al ejemplo de la planta blanqueadora de la fábrica de pulpa dado anteriormente.

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Comparación entre la invención y el estado de la técnica

		Invención	Estado de la técnica
Contenido en sólidos de la carga	%	45,0	50,0
Consumo de oxígeno	kg/h	912	-
Consumo de fuel oil	kg/h	-	995
Temperatura del reactor	ºC	1000	1000
Tiempo de residencia en el reactor	s	2	2
Volumen del reactor	m^{3}	1,0	23,2
Temperatura del gas de escape	ºC	100	100
Volumen de gas de escape emitido	m^{3}/h	72	25.400

Según se puede ver, la presente invención posibilita la oxidación del concentrado a la temperatura del reactor requerida de 1000ºC, con un menor contenido en sólido seco de la carga concentrada. En este ejemplo de la invención la oxidación se realiza con oxígeno puro. Además, al contrario que los procedimientos convencionales, el nuevo procedimiento no requiere ningún combustible suplementario. Las cantidades de oxígeno en la tecnología nueva y de fuel oil en el estado de la técnica son casi iguales.

Como el coste de oxígeno por kg es más o menos la mitad del coste de fuel oil por kg, los costes de funcionamiento de la nueva tecnología serán considerablemente menores que los de los procedimientos convencionales.

La presente invención conduce a un volumen del equipo significativamente menor, según se puede observar en la comparación entre los volúmenes de reactor necesarios. Según la presente invención, el volumen del reactor es inferior al 5% del volumen de la cámara de combustión de los incineradores convencionales, con los correspondientes valores de diseño. La diferencia entre los volúmenes de gas de escape también es notable. Esto se refleja en el tamaño y coste del equipo para el transporte y limpieza del gas de escape.

Claims

1. Un procedimiento para la oxidación básicamente completa de un licor concentrado (33) que contiene materia orgánica oxidable, que comprende los siguientes pasos realizados bajo una presión superatmosférica considerable:

(a) una carga (12) del licor concentrado (33), precalentada (30, 31) a una temperatura superior a unos 10ºC por debajo del punto de ebullición del agua a dicha presión superatmosférica, se oxida (1) básicamente por completo a una temperatura de al menos 800ºC con un gas (13) que contiene al menos un 60 por ciento en volumen de oxígeno, obteniendo como resultado una suspensión (4) de gas caliente y escoria fundida;

(b) la escoria fundida se separa del gas caliente (5) y se disuelve en agua (15); y

(c) el gas caliente separado (5) se enfría rápidamente (7) hasta una temperatura inferior a 250ºC con un líquido acuoso (8) que esté básicamente libre de materia orgánica y que tenga un pH superior a 7, y después es retirado (23).

2. El procedimiento de la reivindicación 1 realizado a una presión superatmosférica de al menos 100 kPa, preferiblemente de 900 a 1100 kPa.

3. El procedimiento de las reivindicaciones 1 y 2, que comprende la oxidación con un gas (13) que contiene una cantidad de oxígeno teóricamente suficiente para oxidar completamente toda la materia orgánica que haya en el licor concentrado (33) a dióxido de carbono y agua.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la separación de la escoria fundida del gas caliente (5) mediante la fuerza de gravitación y/o centrífuga.

5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se hace fluir la escoria fundida separada a través de una constricción (6) hacia una zona (14) agitada (16), dentro de la cual se introduce agua (15) en una cantidad tal como para que se forme suficiente vapor, al enfriar rápidamente la escoria fundida con el agua (15), para evitar que alguna cantidad considerable de gas caliente (5) entre a través de la constricción (6).

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la incorporación de iones carbonato en el agua (15) que se introduce en la zona (14) para formar carbonatos metálicos insolubles de metales contenidos en la escoria fundida.

7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende la incorporación de iones sulfuro en el agua (15) que se introduce en la zona (14) para formar sulfuros metálicos insolubles de metales contenidos en la escoria fundida.

8. El procedimiento de las reivindicaciones 6 ó 7 en el que un residuo sólido (20), que comprende los carbonatos y/o sulfuros insolubles, se separa de una salmuera (11), formada por la escoria y el agua (15), mediante filtrado (18) o usando fuerza centrífuga.

9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde el gas enfriado rápidamente y retirado (23) se enfría indirectamente aún más (21, 22) hasta una temperatura preferiblemente inferior a 100ºC, con el fin de condensar el vapor de agua de éste y de producir un gas de escape (27) de un volumen considerablemente reducido.

10. El procedimiento de la reivindicación 9 en el que el enfriamiento se efectúa con agua hirviendo (24), generando así vapor (25) que es retirado.

11. El procedimiento de las reivindicaciones 9 ó 10 en el que el gas de escape (27), tras enfriarse (21, 22) es conducido a través de un medio adsorbente (28), preferiblemente carbón activado, para eliminar los posibles restos de materia orgánica.

12. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el gas que contiene oxígeno (13) usado para el paso de oxidación (a) es un gas de salida de algún otro procedimiento, por ejemplo, una etapa de blanqueado por ozono en una fábrica de pulpa.