ES2265390T3 - Procedimiento de destruccion y/o de inertizacion de residuos. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de destrucción y/o de inertización de residuos, especialmente de residuos industriales, biológicos o agroalimentarios, caracterizado por que se utiliza un reactor provisto de medios de calefacción que comporta al menos un quemador sumergido, por que dicho reactor se alimenta de materiales al menos en parte vitrificables, que se calientan con dichos medios de calefacción a fin de constituir y de mantener en el reactor una fase que forma un baño parcialrmente líquido y parcialmente espumoso al menos a 800ºC, por que se introducen dichos residuos en dicha fase, a fin de que sus eventuales componentes orgánicos sean descompuestos en ella por combustión y/o sus componentes minerales se fundan o se recubran en esta fase, por que se transfiere del reactor dicha fase cargada de residuos fundidos/recubiertos y/o de productos de combustión dichos residuos.

Description

Procedimiento de destrucción y/o de inertización de residuos.
La invención se refiere a un procedimiento destinado a tratar los residuos, especialmente los residuos industriales, agroalimentarios, biológicos, a fin de destruirlos o al menos a fin de inertizarlos y sin riesgo para el medio ambiente.
Es éste en efecto un problema que se plantea siempre con más agudeza que saber cómo evitar el almacenamiento de residuos susceptibles de ser tóxicos en diversos grados, cómo destruirlos o "inertizarlos" de la forma más eficaz y más económica posible.
Se han propuesto ya soluciones para responder al mismo. Así se conoce el mezclado de los residuos con ligantes hidráulicos, técnica interesante en el terreno del consumo energético, pero que no es óptima a largo plazo. En efecto, los cementos presentan generalmente una porosidad que favorece la separación de los residuos atrapados de este modo.
Igualmente se conoce la vitrificación de los residuos por ejemplo en el documento WO 96/11359, es decir introducirles en una composición de materias vitrificables llevadas a su temperatura de fusión. Si la técnica de vitrificación parece como muy fiable, en cambio es bastante exigente en consumo de materias primas vitrificables y en consumo energético.
El objeto de la invención consiste pues en paliar estos diferentes inconvenientes, proponiendo un procedimiento de tratamiento de residuos que sea a la vez de alta fiabilidad y económicamente viable.
La invención en principio tiene por objeto un procedimiento de destrucción y/o de inertización de residuos, especialmente de residuos industriales, biológicos o agroalimentarios, tal como se utiliza para operar un reactor provisto de medios de calefacción que comporta al menos un quemador sumergido. Se alimenta el reactor de materiales al menos en parte vitrificables, que se calientan con dichos medios de calefacción a fin de constituir y de mantener en el reactor una fase al menos parcialmente líquida y/o espumosa al menos a 800ºC. Se introducen los residuos a tratar en esta fase, a fin de que sus eventuales componentes orgánicos sean descompuestos por combustión y/o que sus eventuales componentes minerales se fundan o se recubran en esta fase. A continuación, se transfiere del reactor dicha fase cargada de residuos fundidos/recubiertos y/o de productos de combustión dichos residuos de tipo cenizas.
Según la invención, se entiende por "quemadores sumergidos", los quemadores configurados de manera que las "llamas" que generan o el gas de combustión que sale de estas llamas se desarrollan en el reactor donde se opera la conversión, en el seno mismo de la masa de materias en curso de transformación. Generalmente, se encuentran dispuestos de manera que afloran o traspasan ligeramente las paredes laterales o la solera del reactor utilizado (se habla aquí de llamas, incluso si no se trata propiamente dicho de las mismas "llamas" que las producidas por los quemadores aéreos para más sencillez).
Según la invención, se entiende por "materiales vitrificables al menos en parte", todas las materias primas convencionales utilizadas para fabricar vidrio, silicato como silicato de sodio y/o silicato de calcio, pero también fosfatos alcalinos y/o alcalino térreos, aluminatos alcalinos y/o alcalino térreos o cualquier combinación de al menos dos de estos compuestos. Puede tratarse, especialmente, de cualquier material que por tratamiento térmico conduzca a un material vítreo al menos en parte, pudiendo ser parcial o totalmente ceramizado.
Según la invención, se entiende por "inertizado", la operación que consiste en convertir los residuos en inertes. Puede pues tratarse ya sea de destruirlos completamente por combustión, o de conservarlos en una forma intacta o más o menos degradada, pero inerte/inofensiva. Se trata pues, de hecho, de neutralizarlos en sentido amplio (no en el sentido restrictivo de una reacción química).
El principio de funcionamiento de un horno con quemadores sumergidos para la fusión del vidrio es ya conocido, y se ha descrito especialmente en las patentes WO 99/35099 y WO 99/37591: consiste en practicar la combustión directamente en la masa de materias vitrificables a fundir, inyectando el combustible (en general gas de tipo gas natural) y el comburente (en general aire u oxígeno) mediante los quemadores dispuestos bajo el nivel de la masa en fusión. Este tipo de combustión sumergida provoca por convección una agitación intensa de las materias en curso de fusión, lo que permite un procedimiento de fusión rápida y lo que implica también la formación de una fase líquida que presenta un poco el aspecto de una espuma (con muchas burbujas "gruesas" en comparación con el vidrio en fusión obtenido con medios de calefacción más convencionales del tipo de electrodos sumergidos o de quemadores aéreos).
Una ventaja adicional de este tipo de medios de calefacción consiste en que es posible introducir las materias primas a fundir directamente en el seno de esta fase líquida/espumosa, lo que evita la formación de polvo proveniente de los finos de las materias primas, y la dispersión de éstos en los humos emitidos por el horno.
La invención se ha aprovechado pues de esta tecnología para inertizar o destruir los residuos. Se desprende toda una serie de ventajas:
\ding{226}
por una parte, se puede introducir los residuos directamente en la fase líquida/es- pumosa, lo que evita los lanzamientos de polvos eventualmente tóxicos provenientes de los residuos: se puede atrapar eficazmente los residuos en esta fase, limitando la necesidad de filtrar o tratar los humos,
\ding{226}
por otra parte, se puede aprovechar la naturaleza misma de los residuos para reducir el costo del procedimiento.
En efecto, los residuos a tratar, cuyos ejemplos serán citados a continuación, pueden ser minerales, orgánicos o asociar componentes minerales a los componentes orgánicos. Se puede optimizar la composición de los residuos, especialmente asociar los residuos de naturalezas diferentes, para disminuir el costo de las materias primas y/o el costo energético del proceso.
Así, los residuos minerales que contienen materiales susceptibles de fundir a más de 800ºC, como las arenas de fundición, de chatarra de vidrio contaminada, pueden introducirse en el reactor a la vez para atrapar o destruir sus componentes contaminantes y para aportar una parte de la materia vitrificable necesaria en el proceso.
En cuanto a los residuos orgánicos, o para la parte orgánica, pueden servir de combustible al o a los quemador(es) sumergido(s): por el hecho de la agitación convectiva mencionada anteriormente, se renuevan continuamente en la proximidad de los quemadores sumergidos hasta la combustión completa. Esto permite disminuir, es decir detener completamente, la alimentación en el gas combustible de los quemadores, con una ganancia energética sustancial. La degradación de las moléculas orgánicas puede ser así completa, hasta la descomposición en el gas carbónico y en el agua. Las cenizas de combustión se encuentran atrapadas en la fase líquida o espumosa. Estos residuos al menos para la parte orgánica pueden pues proporcionar una parte o la mayoría o lo esencial es decir todo el combustible necesario al o a los quema-
dor(es) sumergido(s). Se puede utilizar pues directamente en el reactor la potencia combustible de los residuos, cualquiera que sea el nivel de éstos.
Se puede hacer que los residuos de carbono queden ocluídos en la matriz vidriosa, lo que puede ofrecer la oportunidad de fabricar a menor coste y sin dificultad de ejecución, vidrios reducidos.
En el caso en que se retiren residuos orgánicos, se obtiene un proceso particularmente económico:
\ding{226}
en el terreno energético, una gran parte, es decir la totalidad, del combustible es proporcionada por los residuos,
\ding{226}
en el terreno de las materias primas, bastan pocas materias vitrificables, puesto que no han de atrapar más que cenizas, de poco volumen. La tasa de renovación de dichas materias vitrificables en el reactor puede ser pues baja, limitada a la incorporación correcta de estas cenizas.
Todos los compromisos son posibles a continuación: se puede asociar de este modo diferentes tipos de residuos, por ejemplo residuos con grados de toxicidad diferentes (para que el producto final respete las normas en vigor), residuos de diferentes naturalezas (por ejemplo para asegurar un índice en compuestos orgánicos dado sobre la totalidad de los residuos introducidos, pues para controlar la cantidad de combustible proveniente de los residuos y adoptar en consecuencia la alimentación en el gas de los quemadores).
Como se indica anteriormente, muchos de los residuos pueden ser tratados según la invención. La lista siguiente no es pues exhaustiva:
\ding{226}
los residuos considerados como poco o no tóxicos están especialmente constituidos por al menos uno de los residuos industriales siguientes: arenas de fundiciones, escorias de altos hornos, escorias, cagañerros, tubos de televisión y chatarras de vidrio diversas tales como las chatarras de vidrio de cristalerías. Esta categoría de residuos puede proporcionar una parte de los óxidos formadores y modificadores necesarios para generar una matriz vidriosa,
\ding{226}
los residuos considerados como más tóxicos pueden comportar por ejemplo al menos uno de los residuos siguientes: cualquier tipo de residuos de basuras domésticas especialmente los denominados comúnmente bajo el término de REFIOM (Residuos de Depuración de los Humos de Incineración de Basuras Domésticas, en francés), cualquier tipo de residuos de incineración de residuos industriales, especialmente los denominados bajo el término de REFIDI (en francés, Residuos de Depuración de Humos de Incineración de Residuos Industriales), silicatos, esmaltes, polvos de electrocitos o de desulfuración, tortas de filtros-prensa y todos los óxidos e hidróxidos procedentes de la industria química.
\ding{226}
Los residuos según la invención, pueden también ser de naturaleza biológica o proceder de la industria agroalimentaria. Se trata más particularmente de harinas animales que no son ya consumibles o no van a serlo ya en un futuro próximo en al menos una parte de los países europeos y que es preciso pues destruir.
\ding{226}
Los residuos pueden también ser residuos de madera, de papel de la industria papelera.
\ding{226}
Pueden también estar constituidos por polímeros orgánicos, halógenos o no, por ejemplo del polietileno, del PVC, de restos de pneumáticos.
\ding{226}
Puede también tratarse de compuestos de vidrio o plástico. Se puede citar los acristalamientos en láminas, por ejemplo, asociando al menos un vidrio con al menos una lámina en polímero termoplástico o no, tipo polivinilbutiral PVB, etileno acetato de vinilo EVA, poliuretano PU o polietileno-tereftalato (PET) .... Se pueden citar también los materiales compuestos a base de polímero reforzado con hilo de vidrio (o hilo de carbono u otro tipo de hilo de refuerzo) utilizados en la industria del automóvil, o en embarcaciones por ejemplo. Se puede mencionar también los compuestos de vidrio o metal (acristalados provistos de elementos de conexionado, revestimientos metálicos).
Una gran innovación en la invención consiste en poder ajustar el funcionamiento de los medios de calefacción utilizados, los quemadores sumergidos, en función del tipo y de la cantidad de residuos a destruir o inertizar (la invención incluye sin embargo las variantes o las medias de calentamiento asociando los quemadores sumergidos y los medios más convencionales, como quemadores aéreos). Se puede de este modo, con preferencia, regular el caudal de combustible y/o de comburente gaseoso que alimenta el/los quemador(es) sumergido(s) en función del índice de compuestos orgánicos de los residuos y de sus poderes caloríficos.
El procedimiento según la invención puede ser realizado de manera discontinua, pero funciona preferentemente en continuo. Se puede introducir en continuo en el reactor residuos y materias vitrificables, especialmente ajustando sus índices respectivos para obtener una inmersión completa de los residuos y de sus eventuales productos de descomposición en la fase líquida/espumosa del reactor. Este control de las cantidades introducidas puede hacerse de manera automática.
De manera ventajosa como se menciona anteriormente, se introducen los residuos y/o las materias vitrificables bajo el nivel de la fase líquida/espumosa del reactor, para evitar o limitar de la mejor manera los escapes de residuos o finos.
Preferentemente, los efluentes gaseosos que contienen eventualmente partículas que son emitidas en el reactor se evacúan, canalizan a fin de hacerlas experimentar, si es necesario, todos los tratamientos de filtración o descontaminación apropiados. Estos humos pueden a continuación ser dirigidos hacia recuperadores de calor a fin de que se agoten térmicamente, o a contracorriente de uno de los flujos de alimentación del reactor, el calor restituido de este modo puede por ejemplo servir para precalentar los residuos y/o las materias vitrificables.
Si se considera esto apropiado, se puede triturar o machacar los residuos y/o las materias vitrificables que están en forma sólida antes de introducirlas en el reactor, especialmente a fin de reducirlas a granulados de tamaño adecuado.
El acabado del proceso consiste en transferir del reactor la fase cargada de residuos, producto de las descomposiciones de los residuos, que, una vez solidificada, puede ser transformada en granulados.
Se puede obtener de este modo un vitrificado valorable, especialmente para constituir chatarra de vidrio o silicato (silicato de sodio o de calcio especialmente), para hacer vidrio plano (acristalamientos), vidrio hueco (botellas, frascos), lana mineral de aislamiento (lana de vidrio, lana de roca) o hilo de vidrio textil, de refuerzo.
Se puede reciclar de este modo un vitrificado a base de silicato de calcio para la fabricación de vidrio plano sílico-sódico-cálcico o para la fabricación de vidrio textil (en este último caso, la utilización de un silicato de calcio prefundido puede sustituirse completamente o en parte por la sílice y por el calcio, lo que permite reducir los vidrios frágiles de hilo bajo la hilera).
La utilización del vitrificado depende pues estrechamente de su composición. Lo importante es que se adecúe a las normas en vigor.
Los vitrificados o granulados de menor calidad también pueden ser utilizados como cargas de refuerzo, por ejemplo para revestimientos de carreteras.
La invención se describirá a continuación con más detalle con ayuda de un ejemplo de realización no limitativo.
Se realiza un fundidor cuyas paredes son de materiales refractarios como los hornos de vidrio tradicionales o en paredes metálicas refrigeradas con agua. Define un volumen de sensiblemente varios m^{3}. Su solera está equipada de varios quemadores sumergidos, dispuestos regularmente sobre la solera, y que penetran en el reactor sobre una altura reducida. Cada quemador es susceptible de ser alimentado con aire o con oxígeno por una parte, y con gas combustible (de tipo gas natural o fuel u otro gas combustible), por dos circuitos de alimentación.
En funcionamiento de seguridad, cuando se quiere interrumpir la combustión, se puede inyectar en el quemador un gas interte de tipo nitrógeno. El funcionamiento de los quemadores está descrito con más detalle en la patente WO 99/37591.
Se alimenta el reactor con dos máquinas cargadoras a tornillos sin fin, una para las materias vitrificables, la otra para los residuos. Se puede prever también una etapa previa de mezcla de residuos de diferentes orígenes. Se pueden mezclar también previamente las materias vitrificables y los residuos, e introducirlos juntamente en el reactor.
Se ceba el proceso alimentándole al principio únicamente de materias vitrificables (arenas), que le lleva a la fusión a al menos 1000ºC gracias al aporte térmico proporcionado por los quemadores alimentados a la vez de comburente y de combustible.
Se ha constituido pues un baño de materias en fusión semilíquido, semiespumoso a una altura dada, agitado por fuertes movimientos convectivos.
Se puede hacer funcionar a continuación el proceso en contínuo. Se alimenta el reactor en contínuo de residuos y de materias vitrificables. Se ajustan sus cantidades relativas según la naturaleza de los residuos a tratar. Los residuos orgánicos se queman completamente. Los residuos minerales se funden o se recubren en el baño.
La cantidad y la naturaleza de los materiales minerales introducidos en el reactor (materiales vitrificables y materiales que forman parte de los residuos) se pueden ajustar a fin de asegurar en el baño en fusión una viscosidad compatible con el funcionamiento de los quemadores sumergidos a la temperatura considerada, pero también para asegurar la mejor revaloración posible del silicato que se va a
producir.
En función de la cantidad de materias orgánicas de los residuos, en el transcurso del proceso, se disminuye o incluso se interrumpe la alimentación de combustible gaseoso de los quemadores sumergidos (se puede asimismo elegir introducir combustible orgánico sólido o líquido en el reactor además). Se regula el caudal de combustible/comburente gaseoso de los quemadores en contínuo, en función de los residuos introducidos en el reactor.
Cuando se interrumpe la alimentación del combustible gaseoso de los quemadores sumergidos, se puede alimentar éstos con aire u oxígeno por sus dos circuitos de alimentación.
Los humos se eliminan en la parte alta del reactor y pueden ser retirados (por ejemplo con vistas a recuperar un elemento mineral particularmente volátil contenido en un residuo).
El vidrio o silicato cargado de residuos minerales y/o de cenizas de combustión de residuos orgánicos se evacúa en continuo en la parte baja del reactor por un orificio de la colada.
La temperatura de estancia de los residuos en el reactor es corta. Aunque de dimensiones reducidas, este tipo de reactor puede tratar rápidamente grandes cantidades de residuos.
Se pueden combinar diferentes residuos. Puede presentar ventajas combinar uno o varios residuos minerales y uno o varios residuos orgánicos al menos en parte, por ejemplo se puede asociar:
\ding{226}
harinas animales y de REFIOM,
\ding{226}
harinas animales, residuos de polietileno y REFIOM, etc., a fin de obtener la mejor optimización económica y energética.
En conclusión, el procedimiento de la invención, incluso con reactores muy compactos, permite destruir o inertizar residuos eficazmente con un rendimiento excelente, un coste energético razonable y la capacidad de valorar los productos obtenidos después del tratamiento. Es pues muy competitivo, gracias a una nueva aplicación de la tecnología de quemadores sumergidos.

Claims (14)

1. Procedimiento de destrucción y/o de inertización de residuos, especialmente de residuos industriales, biológicos o agroalimentarios, caracterizado porque se utiliza un reactor provisto de medios de calefacción que comporta al menos un quemador sumergido, porque dicho reactor se alimenta de materiales al menos en parte vitrificables, que se calientan con dichos medios de calefacción a fin de constituir y de mantener en el reactor una fase que forma un baño parcialrmente líquido y parcialmente espumoso al menos a 800ºC, porque se introducen dichos residuos en dicha fase, a fin de que sus eventuales componentes orgánicos sean descompuestos en ella por combustión y/o sus componentes minerales se fundan o se recubran en esta fase, porque se transfiere del reactor dicha fase cargada de residuos fundidos/recubiertos y/o de productos de combustión dichos residuos.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los residuos comportan al menos uno de los compuestos siguientes: residuos de incineración de basuras domésticas, REFIOM, residuos de incineración de residuos industriales, de tipo
REFIDI, esmaltes, polvos de electrocitos y de desulfuración, chatarra de vidrio contaminado, lodos siderúrgicos, tortas de filtros-prensa, óxidos e hidróxidos salidos de la industria química, arenas de fundición, escorias, cagañerros, arena contaminada por hidrocarburos, escorias de altos hornos, residuos de madera o de papelería, harinas animales, residuos a base de polímeros orgánicos halogenados o no, compuestos de vidrio/plástico o vidrio/metal.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los residuos contienen componentes orgánicos que proporcionan al menos en parte el combustible necesario al o a los quemador(es) sumergido(s), especialmente la mayoría o lo esencial de dicho combustible.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los residuos contienen componentes minerales vitrificables que proporcionan al menos en parte los materiales vitrificables necesarios para constituir la fase líquida a al menos 800ºC en el reactor.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque asocia diferentes tipos de residuos, presentando grados de toxicidad diferentes y/o índices de componentes orgánicos
diferentes y/o un poder calorífico diferente.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se ajuste el funcionamiento del o de los quemador(es) sumergido(s) en función del tipo y de la cantidad de residuos introducidos.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque regula el caudal de combustible y/o del comburente gaseoso de alimentación al o a los quemador(es) sumergido(s) en función al menos del índice en compuestos orgánicos de los residuos.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se realiza, de manera continua, con introducciones en continuo en el reactor de residuos y materias vitrificables, especialmente para ajustar sus índices respectivos para obtener una inmersión completa de los residuos y de sus eventuales productos de descomposición en la fase líquida/espumosa.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se introduce los residuos y/o los materiales vitrificables bajo el nivel de la fase líquida/espumosa, especialmente con ayuda de máquinas cargadoras de cinta contínua o de tornillo sin fin.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los efluentes en forma gaseosa y/o particular emitidos en el reactor son evacuados, canalizados, después tratados/filtrados si es necesario.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se transfiere del reactor la fase cargada en residuos/productos de descomposición de los residuos para hacer granulados.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comporta una etapa previa de molienda o trituración de los residuos en forma sólida.
13. Aplicación del procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores a la fabricación de vitrificado reciclable, especialmente para constituir chatarra de vidrio o silicato, especialmente para hacer vidrio plano, vidrio hueco, lana mineral, hilo de vidrio textil o para constituir las cargas de refuerzo.
14. Aplicación del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12 para vitrificar residuos que presentan diferentes grados de toxicidad, a fin de que se adapten, una vez vitrificados, a las normas en
vigor.
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