ES2207749T3 - Minimizacion de la formacion de incrustaciones en el evaporador y recuperacion de sales durante la dosificacion. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO PARA MINIMIZAR LA OXIDACION DEL EVAPORADOR DURANTE LA RECUPERACION DE LIQUIDOS Y SOLIDOS PROCEDENTES DEL EFLUENTE ACUOSO DESCARGADO DURANTE UNA GASIFICACION CON OXIDACION PARCIAL A PARTIR DE UN GASIFICADOR (16). DICHO EFLUENTE ACUOSO CONTIENE CLORURO DE AMONIO Y ES EVAPORADO EN UN EVAPORADOR (106) PARA PRODUCIR UNA TUBERIA DE AGUA DESTILADA (110) Y UNA TUBERIA QUE CONTIENE SALMUERA (112), CON UNA CONCENTRACION DE SALMUERA DE APROX. 10 A 60 % EN PESO. LA SALMUERA SE PUEDE CONCENTRAR MAS Y SE RECUPERAN CRISTALES DE CLORURO AMONICO. EL DESTILADO SE RECICLA A LA REACCION DE GASIFICACION. NO SE DESCARGA NINGUN EFLUENTE AL MEDIO.

Description

Minimización de la formación de incrustaciones en el evaporador y recuperación de sales durante la dosificación.

Esta solicitud reclama el beneficio de la Solicitud Provisional de EE.UU. Nº 60/016.882, presentada el 17 de Julio de 1996, y la Solicitud Provisional de EE.UU. Nº 60/021.892, presentada el 17 de Julio de 1996, y la Solicitud de Patente de EE.UU. Nº de Serie 08/890.356, presentada el 9 de Julio de 1997.

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención

Esta invención se refiere a un procedimiento para la gasificación de materiales orgánicos. Más particularmente, la invención se refiere a un procedimiento para minimizar la formación de incrustaciones y al tratamiento y la recuperación de minerales disueltos del efluente acuoso en un procedimiento de gasificación con una descarga mínima de productos residuales.

2. Descripción de la técnica anterior

Los sistemas de gasificación de alta presión y alta temperatura se han usado para oxidar parcialmente combustibles hidrocarbúricos, tales como hulla, o materiales residuales orgánicos, incluyendo residuos de plástico, coque de petróleo o aguas cloacales, para recuperar subproductos útiles o energía. Los combustibles pueden mezclarse con agua para formar un material de alimentación acuoso que se alimenta a la zona de reacción de un gasificador de oxidación parcial. Se usa agua para extinguir los productos gaseosos calientes, denominados "gas de síntesis". También se usa agua para lavar materia en partículas del gas de síntesis y para enfriar y/o transportar sólidos residuales en partículas, tales como cenizas y/o escorias, fuera del gasificador.

Davy, "Latest Advances in Zero Liquid Discharge Treatment for Coal Gasification Plants", (Power-Gen Americas Int'l. Conf., Orlando, Florida, Diciembre de 1994) describe opciones de tratamiento de aguas residuales y la recuperación de sales, incluyendo el uso de un evaporador de película descendente y cristalizadores de circulación forzada.

Coste, "Effluent System in View of Both Zero Discharge and Hazardous Solid Waste Minimization" (sin fecha) describe un procedimiento de tratamiento de aguas residuales, que incluye un tratamiento de evaporación y cristalización de efecto múltiple para retirar sales solubles.

DeJong, "Coal Gasification and Water Treatment" (páginas 90-93) (Synthese Vamn Verworvenheden, sin fecha) describe un tratamiento de aguas residuales que incluye la cristalización de sales disueltas.

Sumario de la invención

La invención se refiere a un procedimiento para minimizar la formación de incrustaciones en el evaporador durante la recuperación de líquidos y sólidos del efluente acuoso descargado durante una gasificación por oxidación parcial, en donde el efluente acuoso contiene cloruro amónico (NH_{4}Cl). El efluente acuoso se evapora para producir un agua de destilado y una salmuera que tiene una concentración de NH_{4}Cl de 10 a 60 por ciento en peso. La salmuera puede concentrarse adicionalmente y los cristales de cloruro amónico pueden recuperarse. El agua de destilado se recicla a la reacción de gasificación. No se descarga efluente al medio ambiente.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una representación esquemática simplificada de un procedimiento para producir gas de síntesis mediante la oxidación parcial de una suspensión de hulla.

La figura 2 es una representación esquemática simplificada de un sistema evaporador para tratar efluente acuoso producido mediante el procedimiento de la figura 1.

La figura 3 es una representación esquemática simplificada de un sistema alternativo para tratar efluente acuoso producido mediante el procedimiento de la figura 1.

La figura 4 es una representación esquemática simplificada de otro sistema alternativo para tratar efluente acuoso producido mediante el procedimiento de la figura 1.

Descripción de las modalidades preferidas

De acuerdo con la presente invención, se ha encontrado que la destilación de un efluente acuoso que contiene cloruro amónico usando evaporadores es un medio eficaz y económico para recuperar agua relativamente pura y cristales de sal de cloruro amónico, mientras se minimiza la formación de incrustaciones sobre las superficies de transferencia térmica del evaporador. El agua producida puede reciclarse al sistema de gasificación por oxidación parcial y el cloruro amónico cristalizado puede verterse controladamente o comercializarse.

Para conservar el agua, las unidades de gasificación recirculan el agua de procesamiento, generalmente después de la retirada de la materia en partículas finas en un sedimentador de sólidos. Puesto que la reacción de gasificación consume agua produciendo hidrógeno en el gas de síntesis, generalmente no es necesario retirar agua del sistema para evitar la acumulación. Sin embargo, una porción del agua normalmente se retira continuamente como un efluente acuoso, aguas grises, agua residual de purga o corriente de evacuación para evitar la acumulación excesiva de sales corrosivas, particularmente sales de cloruro.

Las sales de cloruro son una preocupación particular ya que son solubles en agua y pueden acumularse en el agua de procesamiento recirculada. Por otra parte, el cloruro es corrosivo para materiales tales como aceros inoxidables, que se usan en el equipo del sistema residual del procedimiento de gasificación. En la reacción de gasificación por oxidación parcial, en la que hulla, plásticos residuales y otros materiales cloroorgánicos se usan como el material de alimentación, el cloruro más común que sale de la zona de gasificación es cloruro de hidrógeno. En general, la concentración de cloruro amónico en el efluente acuoso es al menos de 0,1% en peso a 15% en peso.

La reacción de oxidación parcial también produce amoníaco a partir de compuestos organonitrogenados de alimentación que se encuentran comúnmente en hullas y aceites pesados, con conversiones de nitrógeno molar en amoníaco que varían de aproximadamente 15% a aproximadamente 25%. El amoníaco y el cloruro de hidrógeno reaccionan en el sistema acuoso para formar una solución de cloruro amónico. Para materiales de alimentación tales como aceites plásticos, la relación de nitrógeno a cloro en el gas de síntesis puede ser insuficiente para producir una cantidad adecuada de amoníaco para neutralizar el cloruro de hidrógeno. Por lo tanto, puede añadirse amoníaco al sistema acuoso de gasificación para compensar la deficiencia.

La composición del agua residual de evacuación o agua gris descargada del sistema de gasificación es bastante compleja. Para un material de alimentación con niveles relativamente altos de cloruro, el principal componente del agua residual será cloruro amónico. Una porción del monóxido de carbono en el gas de síntesis reacciona con agua bajo condiciones de alta temperatura y alta presión en el lavador para formar ácido fórmico: CO + H_{2}O \rightarrow HCOOH.

El ácido fórmico también es neutralizado por amoníaco, para formar formiato amónico como otro constituyente del agua residual. Los gases ácidos dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno también son componentes del gas de síntesis, pero no son muy solubles en agua. La mayoría del amoníaco restante en el agua residual de gasificación que no es neutralizada por cloruro o formiato reacciona como el ion amonio con las formas aniónicas de los gases ácidos dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno para formar bicarbonato o carbonato dependiendo del pH, y bisulfuro.

Puesto que el agua residual efluente contiene sales de amonio y otros materiales disueltos potencialmente medioambientalmente perjudiciales tales como sulfuro y cianuro, el agua residual efluente del sistema de gasificación no puede descargarse al medio ambiente sin tratamiento. Puesto que el tratamiento para una multitud de contaminantes de aguas residuales puede ser laborioso y costoso, son deseables otros medios más simples y menos costosos para manejar el agua residual.

La reacción de oxidación parcial se lleva a cabo preferiblemente en un generador de gas no catalítico, no relleno, de flujo libre, o un gasificador a una temperatura dentro del intervalo de aproximadamente 700ºC a aproximadamente 2000ºC, preferiblemente de aproximadamente 1200ºC a aproximadamente 1500ºC, y a una presión de aproximadamente 2 a aproximadamente 250 atmósferas (de 202,6 a 25325 kPa), preferiblemente de aproximadamente 10 a aproximadamente 150 atmósferas (de 1013 a 15195 kPa), y lo más preferiblemente de aproximadamente 20 a aproximadamente 80 atmósferas (de 2026 a 8104 kPa). Bajo estas condiciones, aproximadamente 98% a 99,9% de material de alimentación hidrocarbúrico puede convertirse en un gas de síntesis que contiene monóxido de carbono e hidrógeno, también denominado gas de síntesis. También se forman dióxido de carbono y agua en pequeñas cantidades. El material de alimentación hidrocarbúrico puede ser coque de petróleo, hulla, material plástico residual, aguas cloacales o una combinación adecuada.

Con alimentaciones de altos contenidos de cenizas, del orden de aproximadamente cinco a aproximadamente quince por ciento en peso, la mayoría del material inorgánico en la alimentación se convierte en escorias vítreas. El cloro de la alimentación se convierte en cloruro de hidrógeno gaseoso que es absorbido en el agua de procesamiento en la cámara de extinción del gasificador, y neutralizado por amoníaco presente en el sistema de agua de procesamiento para producir cloruro amónico. Un efluente acuoso, o una corriente de evacuación de aguas grises que contiene cloruro amónico, se descarga del sistema de gasificación, y puede tratarse mediante la adición de FeCl_{2} para producir un flóculo de hidróxido de hierro para retirar cualquier sulfuro, cianuro y materia en partículas, seguido por separación por arrastre con amoníaco, tratamiento biológico o evaporación para producir una sal seca para la comercialización y un agua de destilado. El agua puede reciclarse a continuación al procedimiento eliminando de ese modo cualquier descarga de agua residual de la planta.

Un gasificador de extinción se usa generalmente para la gasificación de materiales de alimentación hidrocarbúricos residuales. En este tipo de gasificador, el gas de síntesis caliente y las escorias fundidas se extinguen con agua.

Para la mayoría de los materiales de alimentación de gasificación que contienen cloruro, el cloruro se convierte en cloruro de hidrógeno en el gas de síntesis que sale del gasificador. El agua de extinción retira materia en partículas finamente dividida y HCl del gas. Tecnologías de depuración de gases, tales como lavado regenerativo de gases ácidos, pueden usarse para purificar el gas de síntesis para uso comercial.

Puesto que los vapores de cloruro de hidrógeno se convierten en ácido clorhídrico muy corrosivo cuando entran en contacto con el agua de procesamiento del sistema del gasificador, es conveniente neutralizar el ácido clorhídrico para proteger la metalurgia del sistema. Muchos álcalis, tales como los hidróxidos o carbonatos de sodio, potasio, calcio o magnesio, pueden usarse como agentes neutralizantes. Sin embargo, el amoníaco es el agente neutralizante preferido debido a que en muchos materiales de alimentación, tales como aceites residuales y hullas, se produce amoníaco como un subproducto. En muchos casos, se produce amoníaco suficiente a partir del material de alimentación, de modo que no hay necesidad de amoníaco adicional o un agente neutralizador complementario.

Por otra parte, a diferencia de otros cloruros, el cloruro amónico es altamente soluble en agua y su solubilidad varía significativamente con la temperatura. Estas son propiedades importantes para la recuperación de sales del efluente acuoso del sistema de gasificación, que puede evaporarse con evaporadores de película descendente o con evaporadores de circulación forzada o ambos en combinación.

Se ha encontrado que la recuperación de cristales de cloruro amónico de un efluente acuoso o aguas grises se efectúa de la mejor forma cuando el efluente acuoso se ha evaporado hasta una concentración de aproximadamente 10% a aproximadamente 60%, y preferiblemente de aproximadamente 25% a aproximadamente 45% de cloruro amónico. La salmuera concentrada que contiene sólidos suspendidos y disueltos del evaporador puede cristalizarse a continuación para recuperar las sales de NH_{4}Cl y la corriente de agua de destilado puede devolverse al sistema de agua de extinción de gasificación.

En un evaporador de película descendente, el intercambiador de calor del sistema principal se dispone verticalmente. Se bombea salmuera desde un colector situado debajo de los tubos de intercambiador de calor hasta la parte superior de los tubos del intercambiador de calor. La salmuera fluye a continuación descendentemente o cae a través de los tubos como una película sobre las paredes interiores de los tubos, recibiendo calor del vapor de agua del lado de la envuelta, y se evapora a medida que cae y se extrae desde el fondo.

La mezcla de salmuera evaporada o concentrada y vapor de agua sale del fondo de los tubos de transferencia de calor y entra en el colector de salmuera, donde el vapor de agua y la salmuera líquida se separan. El vapor de agua sale de la parte superior del colector de salmuera y la salmuera líquida permanece en el colector. Agua de alimentación que puede ser el efluente acuoso o el agua residual de evacuación se añade continuamente al colector de salmuera, y una porción de la salmuera concentrada se extrae continuamente del colector de salmuera para mantener un factor de concentración deseado.

En un evaporador de circulación forzada, el cambiador de calor del sistema principal es horizontal. Se bombea salmuera a través de los tubos y entra vapor de agua en el lado de la envuelta del cambiador para calentar la salmuera. No se produce ebullición dentro de los tubos ya que la salmuera está bajo suficiente presión para evitar la ebullición. La salmuera caliente sale de los tubos del cambiador bajo presión y pasa a través de una placa con orificios y a continuación pasa hasta un colector de salmuera situado por encima del evaporador.

A medida que la salmuera pasa a través de la placa con orificios, su presión cae. Cuando la presión de la salmuera disminuye, la salmuera caliente hierbe y forma una mezcla bifásica de salmuera concentrada y vapores de agua.

A medida que la mezcla de salmuera-vapores de agua entra en el colector de salmuera, los vapores de agua se separan de la salmuera, salen del colector y entran en un condensador para formar una corriente de agua de destilado. La salmuera concentrada se recircula a continuación y una porción se retira o extrae para la recuperación de sales. Además, como en un evaporador de película descendente, el agua de alimentación, que pueden ser aguas grises del sistema de gasificación, se dirige a un circuito de salmuera con recirculación para mantener el factor de concentración deseado.

La temperatura de la salmuera caliente varía de aproximadamente 225ºF a aproximadamente 245ºF (de 107 a 118ºC), preferiblemente de aproximadamente 235ºF a aproximadamente 240ºF (de 113 a 116ºC), a presión atmosférica.

El factor de concentración es el principal criterio de comportamiento para un evaporador, ya que determina la extensión en la que la unidad realiza su función, por ejemplo reducción de flujo. El factor de concentración también es importante para controlar y minimizar la formación de incrustaciones en el cambiador de calor, ya que cuanto más alto es el factor de concentración, más minerales salen de la solución y se depositan potencialmente sobre la superficie del cambiador de calor como incrustaciones.

El factor de concentración en evaporadores se define generalmente como el flujo másico de la alimentación entrante dividido por el flujo másico de la evacuación de salmuera saliente, cuando no hay reciclado de salmuera al evaporador. En un sistema en el que hay un componente que no se evapora y no precipita, el factor de concentración puede definirse como la concentración de un componente que no se evapora y no precipita en la salmuera dividido por la concentración de un componente que no se evapora y no precipita en la alimentación. Un ejemplo adecuado de tal componente es sodio o potasio. En un evaporador con una corriente de reciclado, o un evaporador con un cristalizador, la última definición es habitualmente más apropiada. En el sistema de la invención, el sodio y el potasio no precipitan en una extensión apreciable bajo una operación apropiada, y sería aplicable la última definición del factor de concentración.

Los tipos de evaporadores mencionados previamente se conocen para aplicaciones de destilación de agua. Sin embargo, su utilidad depende del grado de acumulación de incrustaciones sobre las superficies de los cambiadores de calor del evaporador. Materiales particularmente propensos a formar incrustaciones son los minerales ligeramente solubles que precipitarán según se concentran durante el procedimiento de evaporación, tales como compuestos de aluminio, calcio, magnesio, flúor, hierro y silicio, específicamente sílice (SiO_{2}), fluoruro cálcico (CaF_{2}), fluoruro magnésico (MgF_{2}) y cianuro de hierro, que son los compuestos que forman incrustaciones más significativos.

Un efluente acuoso típico o las aguas grises descargados de un sistema de gasificación por oxidación parcial contendrán de aproximadamente 100 a aproximadamente 500 miligramos de compuestos que forman incrustaciones por kilogramo de agua. En la evaporación y la concentración de aguas grises de un procedimiento de gasificación para recuperar NH_{4}Cl, el factor de concentración puede variar de aproximadamente 20 a 1.000. Se ha encontrado que el evaporador de película descendente tiene grados de formación de incrustaciones aceptables con factores de concentración de aproximadamente 2 a 20. Con factores de concentración superiores, es más deseable el evaporador de circulación forzada.

Otro factor importante para minimizar la formación de incrustaciones en el evaporador es la diferencia de temperaturas del vapor de agua a la salmuera, que es el cambio en la temperatura a través de los tubos del cambiador de calor, por ejemplo, vapor sobre el lado de la envuelta y la película de salmuera descendente sobre el lado del tubo. A diferencias de temperaturas de vapor de agua a salmuera superiores, es más probable que se produzca directamente la ebullición sobre la superficie del tubo en lugar de dentro de la película de salmuera, y así conduce a una evaporación total hasta sequedad. Esto acelerará la velocidad de deposición de incrustaciones sobre los tubos. Alternativamente, puesto que la velocidad de evaporación es directamente proporcional tanto a la diferencia de temperaturas del vapor de agua a la salmuera como al área de la superficie de los tubos, la cantidad de área de los tubos suministrada, y así el coste del equipo, puede reducirse si puede incrementarse la diferencia de temperatura del vapor de agua a la salmuera. Se encontró que un intervalo adecuado para la diferencia de temperaturas del vapor de agua a la salmuera en el evaporador de película descendente con velocidades de formación de incrustaciones aceptables con un área de los tubos mínima era de aproximadamente 1ºF a aproximadamente 20ºF (de 0,6 a 11ºC) y preferiblemente de aproximadamente 6ºF a aproximadamente 10ºF (de 3,3 a 5,6ºC).

Como con los evaporadores de película descendente, la alta diferencia de temperaturas del vapor de agua a la salmuera en un evaporador de circulación forzada puede conducir a ebullición local sobre las superficies de los tubos, y así a deposición de incrustaciones. Puesto que la ebullición se suprime normalmente en un evaporador de circulación forzada manteniendo presión sobre la salmuera, este intervalo de temperaturas puede incrementarse. Se ha encontrado que un intervalo aceptable de diferencia de temperaturas de vapor de agua a salmuera es de aproximadamente 1ºF a aproximadamente 36ºF (de 0,6 a 20ºC) y preferiblemente de aproximadamente 12ºF a aproximadamente 24ºF (de 6,7 a 13,3ºC).

La evaporación por paso en un evaporador de película descendente es otro factor importante en el control de las incrustaciones y es la cantidad de evaporación experimentada por la salmuera, por ejemplo, expresada en porcentaje a medida que la salmuera cae a través de los tubos. A una alta evaporación por paso, la salmuera que sale del fondo de los tubos está altamente concentrada en relación con la salmuera que entra por la parte superior de los tubos. Por lo tanto, pueden precipitar más minerales que forman incrustaciones en la solución de salmuera. Alternativamente, una alta evaporación por paso permite trabajar con velocidades de circulación de salmuera inferiores. Esto es económicamente atractivo debido a que disminuye los costes de bombeo. De acuerdo con esta invención, se encontró que la evaporación por paso aceptable era de aproximadamente 0,12% a aproximadamente 24%, y preferiblemente de aproximadamente 0,6% a aproximadamente 1,2% para un coste de funcionamiento mínimo con formación de incrustaciones aceptable.

A medida que la salmuera pasa a través de los tubos y se evapora, puede sobresaturarse con ciertos minerales que no precipitan inmediatamente. Un mineral de incrustaciones particularmente problemático es la sílice, que precipita mediante polimerización. Este es un proceso más lento que la combinación iónica que generalmente controla la precipitación de los otros minerales. Si se produce sobresaturación, es preferible prolongar el tiempo de permanencia de la salmuera en el colector, de modo que los minerales sobresaturados pueden precipitar inocuamente antes de recircularse a los tubos del cambiador de calor. Alternativamente, un tiempo prolongado de permanencia en el colector requiere un recipiente más grande, lo que puede incrementar significativamente los costes del equipo. En la presente invención, se emplean tiempos de permanencia en el colector para evaporadores tanto de película descendente como de circulación forzada de aproximadamente 0,25 minutos a aproximadamente 4 minutos, con un tiempo de permanencia preferido de aproximadamente 1 a aproximadamente 2 minutos.

En un evaporador de película descendente, la temperatura de la salmuera varía muy poco a medida que pasa a través de los tubos, ya que hierbe a medida que cae, y su temperatura no supera el punto de ebullición. Este no es el caso con evaporadores de circulación forzada, en los que la ebullición en los tubos se suprime mediante presión, y la temperatura de la salmuera asciende a medida que pasa a través del cambiador de calor. Cuanto más se deje que se eleve la temperatura, más económica es la operación, ya que debe recircularse menos salmuera para alcanzar una cantidad dada de transferencia de calor. Esto reduce los costes de bombeo que son un factor económico principal. Alternativamente, algunas sales minerales, particularmente el sulfato cálcico y el carbonato cálcico, son menos solubles a temperaturas superiores. En la presente invención, se encontró que el intervalo aceptable para el aumento de la temperatura de la salmuera era de aproximadamente 1ºF a aproximadamente 24ºF (de 0,6 a 13,3ºC) y preferiblemente de aproximadamente 6ºF a aproximadamente 18ºF (de 3,3 a 10ºC).

La velocidad de la salmuera en los tubos del cambiador de calor es otro parámetro de diseño importante en la evaporación con circulación forzada para minimizar la formación de incrustaciones. Velocidades superiores evitan la adherencia de incrustaciones y también mejoran la transferencia de calor. Sin embargo, las velocidades superiores implican costes de bombeo superiores. En la presente invención, se encontró que una velocidad aceptable era de aproximadamente 9 a 14 pies/segundo (de 2,75 a 4,3 m/s), prefiriéndose aproximadamente 10 pies/segundo (3,1 m/s).

Se usan comúnmente dos métodos para controlar el factor de concentración. El primer método implica la medida en línea de la concentración del componente químico que no se evapora y no precipita, esto es, sodio o potasio, de modo que el flujo de evacuación de salmuera puede controlarse para mantener una relación fija entre el agua de alimentación a la concentración en la salmuera del sodio o el potasio, y la concentración de salmuera.

Debido a su facilidad de uso, a menudo se usa la conductividad eléctrica para este propósito. Para evaporar agua de gasificación, la conductividad no puede usarse ya que una de las principales especies conductoras, el amoníaco, no se retiene totalmente en la salmuera. Por otra parte, incluso si no se destilaba amoníaco, se ha encontrado que los medidores de la conductividad eléctrica forman incrustaciones en aguas grises.

El otro método para controlar el factor de concentración es medir la velocidad de alimentación del agua de gasificación que entra y usar esa velocidad para controlar un controlador del flujo de evacuación, con las relaciones de flujo fijadas en el factor de concentración. Sin embargo, la salmuera tiene una gran tendencia a formar incrustaciones sobre todas las superficies humedecidas en el sistema del evaporador. Esto provoca ensuciamiento en diversos dispositivos medidores del flujo, tales como medidores del flujo magnéticos y medidores del flujo de rueda de paletas, hasta el punto de que los dispositivos se hacen inútiles. Problemas similares pueden esperarse con otros dispositivos de medida del flujo tales como placas con orificios o medidores Venturi, cuya geometría se cambiaría por la deposición de incrustaciones, y dispositivos mecánicos tales como medidores del flujo de turbina, cuyas partes mecánicas pueden obturarse con incrustaciones.

El método para controlar los factores de concentración empleado en la presente invención evita la necesidad de la medida del flujo substituyendo la medida de volumen en línea usando detectores del nivel, que son mucho más fiables que los detectores del flujo. Los principios básicos del sistema de control son la velocidad de evaporación que está fijada por el control del flujo de vapor de agua o la potencia del compresor correspondiente en una unidad de recompresión de vapor.

El destilado de un evaporador se recoge en partidas en un depósito de medida del destilado. La terminación de la recogida de partidas es señalada por el detector del nivel en el depósito. Una partida de salmuera se recoge y se descarga para cada partida de destilado, por ejemplo 500 galones de destilado, 50 galones (0,227 m^{3}) de salmuera. El factor de concentración está fijado por la relación del peso de la partida de destilado y el peso de la partida de salmuera.

Cuando se ha recogido una partida de destilado, se recoge una partida de salmuera, de nuevo con el volumen controlado por un detector de nivel en el depósito de medida de salmuera. Se añade agua de alimentación al sistema para mantener un nivel predeterminado en el colector de salmuera.

Este sistema permite el control de la velocidad de descarga de salmuera y el control exacto del factor de concentración, y utiliza sólo detectores de nivel, que son mucho menos susceptibles al fallo por deposición de incrustaciones que los detectores del flujo debido a que el tiempo de contacto es mínimo. Detectores de nivel particularmente adecuados, por ejemplo, son conmutadores de láminas flotantes magnéticos construidos por Ryton R-4™, (Phillips 66 Company) y fabricados por Imo Industries Inc. Gems Sensor Division de Plainville, Connecticut. Son muy fiables algunos detectores de nivel que no tienen contacto con el líquido, incluso en presencia de incrustaciones en el interior del recipiente, tales como un detector de nivel ultrasónico.

El circuito de control puede estar construido por relés comúnmente disponibles. También puede estar construido por dispositivos electrónicos de diversos tipos tales como controladores lógicos programables o circuitos integrados.

En una modalidad, un torbellino de salmuera del evaporador se dirige a un cristalizador de enfriamiento súbito, en el que la salmuera se enfría mediante presión reducida, de ese modo se forman cristales de cloruro amónico debido a su solubilidad reducida a temperatura reducida del orden de aproximadamente 46% a 244ºF (118ºC) a aproximadamente 35% a 135ºF (57%), en peso de NH_{4}Cl. Pueden producirse cristales de cloruro amónico como un producto comercializable. Los vapores desprendidos se condensan para producir una corriente de agua de destilado que puede combinarse con el destilado del evaporador y reciclarse al gasificador. Como resultado de la evaporación a presión reducida, la temperatura de la salmuera cae hasta su temperatura del punto de ebullición correspondiente a esa presión y se produce en una corriente de salmuera de reciclado y una corriente de salmuera de purga.

Los cristales de cloruro amónico pueden separarse de la salmuera enfriada por medios tales como sedimentación, centrifugación y filtración. Los cristales separados pueden retirarse como tales o pueden lavarse con una porción de agua de destilado con un tiempo de contacto mínimo para mejorar su pureza.

La corriente de salmuera de reciclado enfriada, saturada con cloruro amónico a la temperatura del cristalizador, puede reciclarse al sistema evaporador para concentrar adicionalmente la salmuera hasta el punto en el que puede devolverse al cristalizador para recuperar cristales de cloruro amónico adicionales.

El filtrado de salmuera en una corriente de purga puede ser impuro. El procedimiento de la presente invención proporciona un sistema en el que se produce corriente de sal residual. Esto se efectúa reciclando la corriente de salmuera de purga al quemador del gasificador para la reacción de gasificación. Puesto que las sales solubles, a saber cloro, enviadas al gasificador finalmente acaban en el agua alimentada a la evaporación de agua residual, y a continuación en la salmuera del cristalizador, esta técnica para ser satisfactoria debe proporcionar un medio para que los componentes salinos distintos al cloruro amónico abandonen el sistema.

Después del cloruro amónico, la sal con la concentración más alta es el formiato amónico, que comprende hasta 20% de los sólidos disueltos totales. En esta invención, el medio por el que el formiato escapa siendo atrapado en un "circuito de sal" es la descomposición térmica del formiato en el destilado del evaporador y la corriente de purga al monóxido de carbono y agua a temperaturas de aproximadamente 2000ºF a aproximadamente 2500ºF (de 1093 a 1371ºC): HCOOH \rightarrow CO + H_{2}O. Se ha descubierto que el funcionamiento de los evaporadores a temperaturas mayores que aproximadamente 230ºF da como resultado una cantidad significativa de reciclado de formiato al destilado.

Se ha descubierto que reciclar el formiato que contiene agua procesada de nuevo al quemador del gasificador elimina la acumulación del formiato. Además del cloruro y el formiato amónico, también hay una pequeña cantidad, del orden de aproximadamente 8%, de otras sales, incluyendo las que contienen iones de sodio, potasio, aluminio, calcio, magnesio, boro, flúor y silicio. Las sales pueden reciclarse de nuevo al gasificador a través de una corriente de purga. Estos componentes evitan la acumulación en el sistema acuoso debido a que se retiran en las escorias del gasificador. La base de este comportamiento es el reparto de estos materiales.

El reparto depende de la temperatura del agua, el pH del agua y el tiempo de contacto entre la fase de escorias y la fase acuosa. La mayoría del material se incluye en la corriente de escorias en vez de en la corriente de agua de evacuación. Por ejemplo, más de 99% del potasio, el aluminio, el calcio, el magnesio y el silicio se reparte en las escorias. Para los componentes restantes, el reparto en escorias es aproximadamente 97% para sodio, 85% para fluoruro y 58% para boro.

Para alcanzar una descarga cero o mínima de agua, es necesario retirar agua de la salmuera concentrada que sale del evaporador. Una técnica para secar la salmuera es sobre la superficie de un tambor calentado. En el secado en tambor calentado, dos tambores huecos se ponen en contacto estrecho con sus ejes horizontales. Los tambores se hacen girar alrededor de sus ejes por medios mecánicos, girando los dos tambores en direcciones opuestas, por ejemplo uno en el sentido de las agujas del reloj y uno en sentido contrario a las agujas del reloj. Se pone vapor de agua en el centro hueco de los tambores y el agua condensada se retira. La salmuera que ha de secarse se pone en la sección central superior del par de tambores, un área conocida como la "línea de contacto". A medida que los tambores calientes giran, se transfiere calor a la salmuera, con evaporación final de todo el agua, dejando una torta salina sólida sobre la superficie del tambor. Cada superficie del tambor gira por delante de una cuchilla rascadora, que raspa la sal a un bidón receptor.

Existen dos modos de operación para un sistema de dos tambores. En el primer modo, conocido como operación de "tambor doble", la dirección de rotación de los tambores es tal que las superficies de los tambores se mueven descendentemente en el área de la línea de contacto. En el segundo modo, conocido como operación de "tambor gemelo" la dirección de rotación de los tambores es tal que las superficies de los tambores se mueven ascendentemente en el área de la línea de contacto. Se encuentra que ambos modos de operación son satisfactorios para secar salmuera de aguas residuales de gasificación.

En referencia ahora a la figura 1, hulla y agua se mezclan entre sí para formar una suspensión en el depósito 10, que se alimenta a la zona 14 de reacción del gasificador 16 de alta temperatura a través del conducto 12 al que se añade un agente oxidante tal como oxígeno. La oxidación parcial de la hulla se produce en la zona 14 de reacción para formar un gas de síntesis en bruto y un subproducto de escorias que pasa a la cámara 20 de extinción en el extremo inferior del gasificador 16, donde el gas de síntesis caliente y las escorias fundidas se ponen en contacto con una corriente 18 de agua de extinción y se enfrían y se separan. Las escorias se transportan en el agua de extinción o las aguas grises y se transportan a través del conducto 22 a la tolva 24 de presión que retira las escorias con algo de aguas grises del sistema a través del conducto 26. Las escorias que no son tóxicas salen por el conducto 27 para usar como un material de construcción o un vertido controlado. La corriente 28 de aguas grises procedente de la cámara 20 de extinción y la corriente 29 de aguas grises que se separa del conducto 26 se combinan en el conducto 30 y se alimentan al tambor 32 de evaporación súbita a vacío. Allí, las aguas grises se enfrían y salen a través del conducto 34 hacia el sedimentador 36 de sólidos donde los finos de ceniza se separan de las aguas grises y se retiran del sistema por el conducto 38.

El gas de síntesis sale de la cámara 20 de extinción a través del conducto 40 hacia el separador 42 Venturi y a continuación a través del conducto 44 hacia el lavador 46 de carbono, donde las cenizas finas y el hollín se retiran del gas de síntesis y salen en una corriente de agua a través del conducto 48. La corriente 48 de agua se divide en la corriente 49 que entra en el lavador 42 Venturi para servir como el medio de lavado acuoso. La corriente 48 de agua también se divide en el conducto 18 que sirve como agua de extinción introducida a la cámara 20 de extinción.

El gas de síntesis libre de partículas con agua arrastrada sale de la parte superior del lavador 46 de carbono a través del conducto 50 hacia el condensador 52, donde algo de agua se condensa, y a continuación pasa a través de conducto 54 hacia un depósito 56 de extracción de agua que separa el agua del gas de síntesis. La corriente 58 de agua inferior sale del depósito 56 y entra en la parte superior del lavador 46 de carbono. La corriente 60 de gas de síntesis sale de la parte superior del depósito 56 de extracción de agua y entra en el condensador 62 que condensa amoníaco y el resto del agua, que sale a través de la línea 64 hacia el separador 66 de gas de síntesis y sale del sistema como una corriente 68 de gas de síntesis limpio. La corriente 70 de agua sale del separador 66 de gas de síntesis y se separa en la corriente 72 de evacuación y la corriente 74, que se recicla al depósito 56 de extracción de agua.

Si la relación de nitrógeno a cloro es demasiado baja para neutralizar todo el contenido de cloruro, puede añadirse amoníaco al sistema acuoso en el lavador 42 Venturi y/o el lavador 46 de carbono. El criterio para hacer esta determinación de la relación es el pH del agua en los lavadores. Es deseable mantener el pH a al menos aproximadamente 6 o más, y preferiblemente de 6 a 9. Esto asegura la recuperación del cloruro amónico. Otra indicación de que se necesita amoníaco adicional es la ausencia de amoníaco en la corriente 58 inferior procedente del depósito 56 de extracción de agua y/o la corriente 70 que sale del separador 66 de gas de síntesis.

La corriente 90 de aguas grises sobrenadante sale del sedimentador 36 de sólidos y se separa en la corriente 94 que entra en el fondo del lavador 46 de carbono y se alimenta con agua de relleno adicional, si es necesario. La corriente 90 también se separa en la corriente 100 de aguas grises de evacuación que contiene cloruro amónico, que sale del sistema para un tratamiento adicional para retirar sales solubles.

En referencia ahora a la figura 2, la corriente 100 de aguas grises de evacuación que contiene cloruro amónico procedente del sistema mostrado en la figura 1, o procedente de almacenamiento, entra en el sistema de tratamiento y se alimenta al evaporador 106 calentado con vapor de agua, de circulación forzada, y se descarga a través del conducto 110 al colector 112 de salmuera elevado. La presión reducida de las aguas grises 110 calentadas que entran en el colector 112 de salmuera provoca la evaporación súbita de algo del agua. La corriente 120 de salmuera sale de la parte inferior del colector 112 de salmuera y se divide en la corriente 124 que es recirculada por la bomba 122 a la entrada del evaporador 106. Una porción de la corriente 120 de salmuera de recirculación se retira a través del conducto 130 al depósito 132 de medida de salmuera y sale del sistema como cloruro amónico-salmuera obtenida como producto a través del conducto 134. La medida y la descarga de la salmuera obtenida como producto se efectúa a través de las válvulas 140 y 142 de control y el indicador 144 de alto nivel.

Así, la válvula 142 de control está cerrada mientras la válvula 140 de control está abierta. La salmuera llena el depósito 132 de medida de salmuera hasta que se activa el indicador 144 de alto nivel. En ese punto, la válvula 140 de control se cierra, mientras la válvula 142 de control se abre y se drena el depósito 142 de medida de salmuera. El procedimiento se repite a lo largo de la operación del sistema de tratamiento. Trabajar de esta manera minimiza la formación de incrustaciones. El colector 112 de salmuera sirve como un acumulador para la medida y la descarga de la salmuera obtenida como producto. La corriente 134 de salmuera obtenida como producto puede procesarse adicionalmente mediante técnicas de cristalización y/o secado para producir un producto de cloruro amónico sólido.

La corriente 150 de vapor de agua sale de la parte superior del colector 112 de salmuera, pasa a través del condensador 152 y entra en el tambor 156 de extracción a través del conducto 154. Gas no condensado sale de la parte superior del tambor 156 de extracción a través del conducto 158 de ventilación para un tratamiento adicional (no mostrado). Agua condensada sale del fondo del tambor 156 de extracción a través del conducto 170 y pasa al depósito 172 de medida del destilado, donde sale del sistema como agua de destilado relativamente pura a través del conducto 174. La medida y la descarga del producto de agua de destilado a través de conducto 174 se regula mediante las válvulas 176 y 178 de control, el indicador 180 de alto nivel y el indicador 182 de bajo nivel. La válvula 178 de control se cierra mientras la válvula 176 de control se abre. El depósito 172 de medida del destilado se llena con destilado hasta que se activa el indicador 180 de alto nivel. A continuación, la válvula 176 de control se cierra, mientras la válvula 178 de control se abre y el producto de agua de destilado fluye a través del conducto 174 desde el depósito 172 de medida del destilado hasta que el indicador 182 de bajo nivel se activa. En ese punto, se repite el procedimiento.

El tambor 156 de extracción sirve como un acumulador para la medida y la descarga de destilado de producto. El producto de destilado puede reciclarse para usar como agua de relleno en el sistema de gasificación de la figura 1. Pueden emplearse otros medios equivalentes para medir y descargar destilado y salmuera en lugar de los medios específicos ilustrados en la figura 2.

Aunque el sistema de tratamiento ilustrado en la figura 2 emplea circulación forzada, debe entenderse que también puede emplearse evaporación de película descendente o una combinación de técnicas de evaporación de película descendente y circulación forzada.

La figura 3 ilustra un sistema de tratamiento de evacuación de aguas grises que emplea un evaporador 200 de película descendente. La operación del sistema de la figura 3 es similar a la de la figura 2 donde se emplea un evaporador de circulación forzada y los elementos correspondientes del sistema de la figura 3 que tienen los mismos números de referencia que los del sistema de la figura 2 tienen funciones similares. Una diferencia principal es que el colector 202 de salmuera comprende la porción inferior del evaporador 200 de película descendente. En la operación del evaporador 200 de película descendente, la bomba 122 recircula salmuera desde el colector 202 hasta la parte superior del evaporador 200 de película descendente donde la salmuera y el vapor de agua caen a través de los tubos en el evaporador descendentemente hacia el colector 202 donde la salmuera y el vapor de agua se separan. El vapor de agua sale del colector a través del conducto 150 y se condensa en el condensador 152. Aguas grises de evacuación de alimentación en la corriente 100 se alimentan al colector 202.

La figura 4 ilustra un sistema de aguas grises de evacuación que emplea tanto un evaporador de película descendente como un evaporador de circulación forzada, usándose el primero como un concentrador de primera fase y usándose el último como un concentrador de segunda fase. Los elementos asociados con el evaporador 200 de película descendente en la figura 4, que tienen los mismos números de referencia que los asociados con el evaporador de película descendente en la figura 3, tienen las mismas funciones. A los elementos asociados con el evaporador 106' de circulación forzada en la figura 4, que tienen las mismas funciones que los asociados con el evaporador de circulación forzada en la figura 2, se les dan números de referencia primos.

Ejemplo 1

Se tritura hulla Nº 8 de Pittsburgh en un molino y la hulla triturada se añade a agua para formar una suspensión que contiene aproximadamente 60-63% en peso de hulla. La suspensión de hulla se alimenta a un gasificador a una velocidad de 31.000 kg de hulla/h y se oxida parcialmente con el gasificador usando oxígeno substancialmente puro para producir gas de síntesis efluente caliente que se extingue con agua para enfriar el gas de síntesis y separar escorias fundidas. El gas de síntesis se alimenta a un lavador Venturi y un lavador de carbono que retira cenizas finas, hollín y sales en el agua de procesamiento de gasificación. El gas de síntesis se alimenta desde un lavador de carbono a un enfriador. La relación en peso de nitrógeno a cloro en el material de alimentación es 11,7, que es suficientemente alta, de modo que el amoníaco estará presente en un exceso molar con respecto a los aniones presentes, por ejemplo cloruro, formiato y/o carbonato, en el agua y el pH será mayor que 7,0. El efluente acuoso o agua de evacuación entra en una operación de reciclado de agua y recuperación de sales a una velocidad de 14,308 litros por hora, y se introduce en un evaporador de película descendente que produce una corriente de agua de destilado que sale a la velocidad de 12.879 kilogramos/hora y una primera solución de salmuera que contiene cloruro amónico concentrado que entra en un evaporador de circulación forzada a la velocidad de 1431 kilogramos/hora. Se produce una corriente de agua de destilado que sale del evaporador de circulación forzada a la velocidad de 1.288 kilogramos/hora y una segunda solución de salmuera concentrada que contiene cloruro amónico que entra en un secador de tambor a la velocidad de 143 kilogramos/hora. El secador de tambor produce sólidos a una velocidad de 83 kilogramos/hora y una corriente de agua de destilado a la velocidad de 60 kilogramos/hora. Las corrientes de agua de destilado que salen del evaporador de película descendente, el evaporador de circulación forzada y el secador de tambor se combinan con 3983 kilogramos/hora de agua de relleno que se recicla al material de alimentación de suspensión de hulla que entra en el gasificador.

El reparto resultante de los constituyentes de hulla en el agua de evacuación del procedimiento se muestra en el análisis del agua de evacuación dado en la Tabla 1. Las concentraciones y los flujos de procedimiento para cada unidad de trabajo se dan en la Tabla 2.

(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 1 Reparto de minerales de cenizas de hulla de gasificación en agua

1

2

El evaporador de película descendente funciona con una diferencia de temperaturas de vapor de agua a salmuera de 10ºF (5,56ºC) y un factor de concentración de 10. El evaporador de circulación forzada funciona con una diferencia de temperaturas de vapor de agua a salmuera de 24ºF (13,3ºC), un factor de concentración de 10 y una velocidad de salmuera en los tubos de 10 pies/s (3,05 m/s), y se produce una solución concentrada de cloruro amónico (40% en peso de NH_{4}Cl). Un análisis de la solución de salmuera con cloruro amónico del evaporador de película descendente y la solución de salmuera con cloruro amónico concentrado del evaporador de circulación forzada se da en la Tabla 3 más adelante.

TABLA 3

Equilibrios químicos de la corriente del evaporador (todos los valores son mg/kg excepto el pH; todos los metales se filtran (solubles)

3

La solución concentrada de cloruro amónico que se carga al secador de tambor contiene 13,9% de formiato amónico. El secador de tambor se hace funcionar para producir 0,5 libras (0,227 kg) de destilado y 0,5 libras (0,227 kg) de cloruro amónico por libra de salmuera. La composición del producto del secador de tambor es 731,% de cloruro amónico, 2,9% de formiato amónico, 3,5% de cloruro sódico y 20,5% de agua.

El grado de deposición de incrustaciones sobre los tubos de transferencia térmica es extremadamente importante. Los grados de formación de incrustaciones deben ser suficientemente bajos para permitir períodos razonables entre intervalos de limpieza. Se encontró que las siguientes operaciones prolongaban los intervalos de limpieza:

Condiciones de trabajo del evaporador de película descendente de primera fase

Condición	Intervalo	Preferido
Factor de concentración	2-100	10
Diferencia de temperaturas de vapor de agua a salmuera	1º-20ºF (0,6-11ºC)	10ºF (5,6ºC)
Evaporación por paso	0,1-2,4%	1,2%
Tiempo de permanencia en el colector	0,4-4 minutos	1,5 minutos

Condiciones de operación del evaporador de circulación forzada de segunda fase

Condición	Intervalo	Preferido
Factor de concentración	2-100	10
Diferencia de temperaturas de vapor de agua a salmuera	1-36ºF	24ºF
Aumento de temperatura de salmuera en los tubos	1-18ºF	18ºF
Velocidad de salmuera en los tubos	9-14 pies/s	10 pies/s
Tiempo de permanencia en el colector	0,25-3,5 minutos	1,5 minutos

Se encontró un grado de formación de incrustaciones de 1,25 x 10^{-5} pies^{3} de incrustaciones/pies^{3} (1,25 x 10^{-5} m^{3}/m^{3}) de agua evaporada para el evaporador de película descendente que funcionaba bajo las condiciones preferidas y este grado de formación de incrustaciones corresponde a limpiar los tubos con intervalos de 2 meses. Se encontró un grado de formación de incrustaciones muy inferior para el evaporador de circulación forzada, 5,0 x 10^{-7} pies^{3} de incrustaciones/pie^{3} de agua evaporada (m^{3} de incrustaciones/m^{3} de agua evaporada) y este grado de formación de incrustaciones corresponde a la limpieza de tubos a intervalos de 12 meses. Al comparar los grados de formación de incrustaciones, los números muestran que el evaporador de película descendente forma incrustaciones a un grado 25 veces el grado de formación de incrustaciones del evaporador de circulación forzada. Así, se consiguen ahorros substanciales en el mantenimiento y un tiempo de paralización reducido.

La composición de las incrustaciones en los evaporadores sobre las partes tanto calentadas como no calentadas de la evaporación se dan en la Tabla 4 para evaporadores de película descendente y circulación forzada.

TABLA 4 Comparación entre incrustaciones en los tubos e incrustaciones en el colector para la evaporación de aguas grises*

4

Los bajos grados de formación de incrustaciones para el evaporador de circulación forzada se deben a que los principales componentes de formación de incrustaciones (calcio y silicio) en la alimentación al evaporador de circulación forzada están ausentes de las superficies de transferencia térmica. El hecho de que el Mg sea la incrustación predominante sobre los tubos de circulación forzada es una evidencia del éxito para minimizar la formación de incrustaciones de calcio y silicio, ya que el magnesio es sólo 3 ppm y el Si y el Ca son 109 ppm y 25 ppm, respectivamente.

Ejemplo 2

Se repite el procedimiento del Ejemplo 1, con la excepción de que solución de salmuera con cloruro amónico concentrado producida en el evaporador de circulación forzada se introduce en un cristalizador de enfriamiento a la velocidad de 443 kilogramos/hora para producir una suspensión de cristales de cloruro amónico a una velocidad de 414 kilogramos/hora y una corriente de agua de destilado a una velocidad de 30 kilogramos/hora. La suspensión de cristales de cloruro amónico entra en un dispositivo de separación de sólidos que separa cristales de cloruro amónico que contienen 7% de H_{2}O a la velocidad de 56 kilogramos/hora, que es equivalente a 52 kilogramos/hora sobre una base seca. El dispositivo de separación de sólidos también produce un filtrado a la velocidad de 358 kilogramos/hora, del que 339 kilogramos/hora se reciclan al evaporador de circulación forzada y una corriente de purga de filtrado de 19 kilogramos/hora se introduce en un secador de tambor para producir sólidos a la velocidad de 8,8 kilogramos/hora y una corriente de agua de destilado a la velocidad de 7 kilogramos por hora. La corriente de agua de destilado que sale del evaporador de película descendente a la velocidad de 12.879 kilogramos/hora y la corriente de agua de destilado que sale del evaporador de circulación forzada a la velocidad de 1.327 kilogramos/hora se combinan con las corrientes de agua de destilado que salen del cristalizador de enfriamiento y el secador de tambor y 3.963 kilogramos/hora de agua de relleno que se reciclan todos al material de alimentación de suspensión de hulla que entra en el gasificador. Las concentraciones y los flujos del procedimiento se resumen en la Tabla 5.

En este procedimiento, se producen dos corrientes de sólidos: 51,9 kilogramos/hora de NH_{4}Cl al 95,8% procedente de la centrífuga, 9,5 k/h de NH_{4}Cl al 67,7% del secador de purga. Si estas dos corrientes se mezclan, dan como resultado 61,3 kilogramos/hora de un producto de NH_{4}Cl al 91,4%.

5

Ejemplo 3

Se repite el procedimiento del Ejemplo 2, con la excepción de que el secador de tambor se elimina y la corriente de purga del filtrado se combina con la corriente de agua de destilado que se recicla al material de alimentación de suspensión de hulla que entra en el gasificador. Las concentraciones y los caudales del procedimiento de cada corriente se resumen en la Tabla 6.

(Tabla pasa a página siguiente)

6

En cada uno de los Ejemplos 1, 2, 3, se recuperaron aproximadamente 56 gramos/h de NH_{4}Cl con las siguientes purezas.

	Producto Recuperado	Pureza
Ejemplo 1	66,4 kg/h (sólidos totales)	84,3% de NH_{4}Cl (secador de tambor)
Ejemplo 2	51,8 kg/h (sólidos de la centrífuga)	95,8% de NH_{4}Cl
	9,5 kg/h (sólidos del secador de purga)	67,7% de NH_{4}Cl
	61,3 kg/h (sólidos totales)	91,4% de NH_{4}Cl (cristalizador con secador de purga)
Ejemplo 3	58,5 kg/h (sólidos totales)	95,8% de NH_{4}Cl (cristalizador con corriente de purga
		\hskip2.5cm al gasificador)

Los valores previos ilustran la ventaja de usar un cristalizador con una corriente de purga reciclada al gasificador. Se recuperó una corriente de alta pureza.

También debe apreciarse que bajo las condiciones prescritas, gran parte del formiato se recicla al destilado en vez de combinarse con las salmuera. Por lo tanto, se obtiene un producto más puro.

Ejemplo 4

Se repite el procedimiento del Ejemplo 2, con la excepción de que el evaporador de película descendente se elimina y el agua de evacuación se introduce directamente en el evaporador de circulación forzada. Un material de alimentación líquido con una composición mostrada en la Tabla 7 se alimenta a un gasificador a un caudal de 31.000 kilogramos/hora. El gas de síntesis resultante se alimenta a un lavador de agua donde cloro y sólido se retiran del gas de síntesis. El contenido de nitrógeno del material de alimentación es 0,11% y el cloro es 0,22%. La relación de nitrógeno a cloro en la alimentación es demasiado baja para recuperar el cloro como cloruro amónico como se hizo en los Ejemplos 1, 2 y 3. En este caso, se añaden aproximadamente 22,4 kilogramos/hora de amoníaco al lavador como una solución acuosa de amoníaco al 29% a una velocidad de 77,3 kilogramos/hora, lo que mantiene el pH del agua del lavador a 7,0 o más, y se basa en una conversión estimada de nitrógeno en la alimentación en amoníaco en el gas de síntesis de 25%. Así, son necesarios 32,8 kilogramos/hora de amoníaco para neutralizar el cloro al 0,22% en la alimentación, mientras que se producen en el gasificador 10,4 kilogramos/hora de amoníaco. Los valores de amoníaco calculados aquí proporcionan una estimación para dimensionar el equipo, con concentraciones de alimentación variables y con el control del pH como el objetivo. Mantener el pH del agua del lavador por encima de 7,0 tiene la ventaja deseada de recuperar cloruro amónico del agua de evacuación cuando se alimenta a un evaporador y medios de cristalización diseñados y que funcionan de tal modo que se minimiza la deposición de minerales que forman incrustaciones sobre superficies de transferencia de calor.

TABLA 7 Concentraciones de alimentación al gasificador y agua de evacuación

Componente	Alimentación al gasificador	Agua de evacuación
Carbono	84,8%
Hidrógeno	13,4%
Nitrógeno	0,11%
Azufre	0,06%
Cenizas	1,57%
Cloro	2200 mg/kg	21760 mg/kg
Flúor		7 mg/kg
Na	754 mg/kg	206 mg/kg
Mg	220 mg/kg	42 mg/kg
Al	393 mg/kg	0,2 mg/kg
Si	848 mg/kg	61 mg/kg
K	126 mg/kg	146 mg/kg
Ca	754 mg/kg	62 mg/kg
Ti	3313 mg/kg
Cr	565 mg/kg	<0,1 mg/kg
Zn	644 mg/kg	0,6 mg/kg
Fe		21 mg/kg

TABLA 7 (continuación)

Componente	Alimentación al gasificador	Agua de evacuación
formiato (HCOO)		358 mg/kg
cianuro total		29 mg/kg
cianuro libre		5 mg/kg
pH		8,5
Amoníaco como N		9410 mg/kg
flujo	31000 kg/h	3134 kg/h

La corriente de agua de evacuación procedente del lavador se envía al evaporador de circulación forzada a una velocidad de 3138 kilogramos/hora, que corresponde a una concentración de cloruro en el lavador de 21760 mg/kg.

La composición de la salmuera y el agua de destilado que salen del evaporador de circulación forzada aparece en la Tabla 8. Los parámetros fijados para el evaporador de circulación forzada son:

Velocidad en los tubos: 10 pies/s (3,05 m/s)

Diferencia de temperaturas entre vapor de agua y salmuera: 25ºF (13,9ºC)

Aumento de la temperatura de la salmuera: 6ºF (3,3ºC)

Un tiempo de permanencia en el colector de 1 minuto da como resultado grados de formación de incrustaciones muy bajos sobre las superficies de transferencia de calor de 5,2 x 10^{-8} pies^{3}/incrustaciones/pies^{3} de agua evaporada (m^{3} de incrustaciones/m^{3} de agua evaporada). En 29,5 días de operación, sólo se depositan 4,57 gramos de incrustaciones sobre el tubo de transferencia térmica. Las incrustaciones que se forman sobre los tubos son aproximadamente 20% de sílice y 80% de cianuro de hierro.

Estos datos muestran que el uso de parámetros especificados en el evaporador de circulación forzada para agua de gasificación da como resultado una minimización de incrustaciones superior.

(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 8

8

Claims (10)

1. En un procedimiento para minimizar la formación de incrustaciones en un evaporador y para recuperar agua y cloruro amónico de un efluente acuoso que se forma durante la reacción de gasificación por oxidación parcial de un material de alimentación hidrocarbúrico que contiene cloruro para producir un gas de síntesis, en el que el gas de síntesis se lava con agua amoniacal a un pH de al menos 6,0, y en el que el gas de síntesis se separa del agua de lavado que contiene cloruro amónico y una porción del agua que contiene cloruro amónico se separa para formar un efluente acuoso; la mejora que comprende:

(a)

introducir el efluente acuoso en un sistema de evaporación en el que el efluente acuoso se evapora para producir vapor de agua y una salmuera que tiene una concentración de cloruro amónico de 10 a 60 por ciento en peso;

(b)

separar el vapor de agua de la salmuera;

(c)

condensar el vapor de agua para formar un agua de destilado;

(d)

reciclar el agua de destilado hacia la reacción de gasificación por oxidación parcial; y

(e)

recuperar el cloruro amónico de la salmuera.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material de alimentación hidrocarbúrico se selecciona del grupo que consiste en coque de petróleo, hulla, residuos de plástico, aguas cloacales y mezclas de los mismos.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el factor de concentración durante la evaporación del efluente acuoso es de 2 a 1000.

4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la concentración de cloruro amónico en el efluente acuoso es de al menos 0,1% en peso a 15% en peso.

5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el evaporador se selecciona del grupo que consiste en un evaporador de película descendente, un evaporador de circulación forzada y una combinación de los mismos.

6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el cloruro amónico se recupera de la salmuera a través de medios de cristalización.

7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los medios de evaporación son un evaporador de película descendente que descarga a un evaporador de circulación forzada.

8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los medios de evaporación son un evaporador de circulación forzada.

9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una porción de la salmuera procedente de la etapa (a) se recicla a la reacción de gasificación por oxidación parcial.

10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los medios de evaporación son un evaporador de circulación forzada que descarga a medios de cristalización.