ES2857123T3

ES2857123T3 - Procedimiento e instalación de tratamiento de residuos

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Publication number: ES2857123T3
Application number: ES16826396T
Authority: ES
Inventors: Anne Benichou; Annie Lagoutte; Xavier Maurance; Jacques Proot
Original assignee: Glasspower
Current assignee: Glasspower
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: EP3389883A1; US11596988B2; FR3045423B1; US20180354006A1; FR3045423A1; PT3389883T; WO2017103523A1; EP3389883B1

Abstract

Procedimiento de tratamiento de residuos carbonados que pueden constar de cargas minerales y/o contaminantes potenciales, que comprende: - la preparación de un baño de vidrio fundido a una temperatura comprendida entre 1.100 °C y 1.600 °C; - la carga de los residuos a tratar en dicho baño de vidrio fundido (14); - la inyección a presión de un comburente y opcionalmente un combustible en dicho baño de vidrio fundido mediante al menos una lanza (13, 15), un extremo de la cual se sumerge en dicho baño, introduciéndose dicho comburente en una cantidad molar inferior a la cantidad molar de los compuestos carbonados, provocando así la combustión de dichos residuos y la generación de gases de síntesis calientes; caracterizado por que comprende, además: - la implementación de un intercambio térmico entre un fluido caloportador y los gases de síntesis calientes en condiciones que permitan la recuperación al mismo tiempo de al menos una parte de su energía calórica y de al menos una parte de la energía calórica liberada por su combustión, inyectándose aire secuencialmente en dichos gases durante dicho intercambio térmico para provocar la autoignición de la mezcla de dichos gases y aire, aumentando cada inyección la tasa de combustión, siendo inyectado dicho aire en una cantidad tal que la temperatura generada por la autoignición se mantenga por debajo de 1.050 °C para limitar la formación de óxidos de nitrógeno.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento e instalación de tratamiento de residuos

La presente invención se refiere, en general, a un procedimiento y una instalación de tratamiento de residuos carbonados que pueden constar de cargas minerales y/o contaminantes potenciales.

La invención encuentra sus aplicaciones en todos los campos de recuperación de residuos, incluyendo, en concreto, en el campo de la recuperación de residuos de carboquímica o de petroquímica, madera tratada y más generalmente residuos industriales finales, peligrosos o no y/o residuos domésticos, que constan de cargas carbonadas y cargas minerales.

Se sabe que la combustión de residuos carbonados conduce a diferentes gases en función de los constituyentes iniciales y las condiciones de temperatura en las que tienen lugar las reacciones químicas. Estas reacciones son más o menos completas y conducen, en general, a una mezcla de gases que comprende, en concreto, monóxido de carbono (CO) e hidrógeno.

Por tanto, en la patente EP 1235 889 se han descrito un procedimiento y una instalación de tratamiento de los compuestos carbonados que constan de cargas minerales y/o contaminantes potenciales, en condiciones reductoras, es decir en presencia de una cantidad de comburente (oxígeno) insuficiente para permitir la combustión de la parte carbonada de estos compuestos.

El procedimiento descrito en este documento anterior permite producir un gas combustible de síntesis eliminando, por inertización (por disolución) en un baño de vidrio fundido, los contaminantes presentes en los compuestos carbonados tratados.

Por tanto, este procedimiento conocido comprende esencialmente:

- la preparación de un baño de vidrio fundido a una temperatura comprendida entre 1.100 °C y 1.600 °C;

- la carga de los residuos a tratar en dicho baño de vidrio fundido;

- inyección a presión de un comburente y, opcionalmente, de un combustible en dicho baño de vidrio fundido por medio de al menos una lanza vertical, un extremo de la cual está sumergido en dicho baño, siendo introducido dicho comburente en una cantidad molar menor que la cantidad molar de los compuestos carbonados, provocando así la combustión de dichos residuos y la generación de gases de síntesis calientes;

- la implementación de un intercambio térmico entre un fluido caloportador y los gases de síntesis calientes; - el enfriamiento de al menos una parte del vidrio fundido para solidificarlo, atrapando los eventuales contaminantes presentes en los residuos tratados.

En esta patente EP 1235 889, se prevé que la energía calórica de los gases de síntesis se recupere al menos parcialmente mediante la implementación de un intercambio térmico con un fluido caloportador capaz, por ejemplo, de accionar una turbina. El documento FR 2733031 A1 describe un incinerador de residuos domésticos en el que se puede efectuar una postcombustión de los gases.

En este contexto, la presente invención pretende proporcionar un procedimiento y una instalación de tratamiento de residuos utilizando los principios generales que se describen en la patente EP 1235889, pero permitiendo la mejora del intercambio térmico entre el fluido caloportador y los gases de síntesis resultantes de la combustión de la parte orgánica de los residuos tratados, y minimizar la formación de óxidos de nitrógeno.

Por tanto, según un primer aspecto, la presente invención tiene por objeto un procedimiento de tratamiento de residuos carbonados que constan de cargas minerales y/o contaminantes potenciales, que comprende:

- la carga de los residuos a tratar en dicho baño de vidrio fundido;

- la inyección a presión de un comburente y opcionalmente un combustible en dicho baño de vidrio fundido mediante al menos una lanza (ventajosamente vertical), un extremo de la cual se sumerge en dicho baño, introduciéndose dicho comburente en una cantidad molar inferior a la cantidad molar de los compuestos carbonados, provocando así la combustión de dichos residuos y la generación de gases de síntesis calientes; caracterizado por que comprende, además:

- la implementación de un intercambio térmico entre un fluido caloportador y los gases de síntesis calientes en condiciones que permitan la recuperación al mismo tiempo de al menos una parte de su energía calórica y de al menos una parte de la energía calórica liberada por su combustión, inyectándose aire progresiva o secuencialmente en dichos gases durante dicho intercambio térmico para provocar la autoignición de la mezcla de dichos gases y aire, aumentando cada inyección la tasa de combustión de dichos gases.

También se ha constatado que el procedimiento y la instalación que son objeto de la patente EP 1235889 no están optimizados, en particular en lo que respecta a la destrucción de las dioxinas presentes en los gases de síntesis generados durante el tratamiento.

Por tanto, se ha constatado que la altura del horno que contiene el baño de vidrio fundido es insuficiente, teniendo en cuenta la velocidad de ascenso (4 metros/segundo) de los gases de síntesis generados, para permitir la eliminación de las dioxinas y/o los furanos presentes en estos gases antes de su entrada en la cámara que permite el intercambio térmico con el fluido caloportador.

Por tanto, según una característica particular, el procedimiento de acuerdo con la invención se caracteriza además por que, antes de la implementación del intercambio térmico, comprende el mantenimiento de los gases de síntesis calientes durante un período superior a 2 segundos y a una temperatura de 1.200 a 1.500 °C para destruir las dioxinas y/o los furanos presentes en dichos gases.

Según otra característica particularmente ventajosa del procedimiento de acuerdo con la invención, los gases de síntesis calientes, durante la implementación del intercambio térmico mencionado anteriormente, son sucesivamente:

a) enfriados hasta una temperatura superior a 750 °C;

b) mezclados a esta temperatura con aire inyectado para provocar la autoignición de la mezcla formada de este modo, estando la combustión de los gases resultantes acompañada por un aumento en su temperatura hasta un valor inferior a 1.050 °C;

c) enfriados de nuevo hasta una temperatura superior a 750 °C;

- repitiéndose las operaciones b) y c) mencionadas anteriormente hasta la obtención de una tasa de combustión de los gases de síntesis cercana o igual al 100 %;

- siendo enfriados los gases de síntesis residuales y el aire caliente circundante hasta una temperatura comprendida entre 150 y 250 °C.

Según otra característica particular de este procedimiento, los residuos a tratar se seleccionan entre todos los residuos existentes a excepción de los residuos radiactivos, debiendo ser una parte de sus residuos de naturaleza orgánica, como se entiende.

Como se indicó anteriormente, el procedimiento de acuerdo con la invención se lleva a cabo en condiciones reductoras, es decir en presencia de una cantidad de comburente (oxígeno) insuficiente para permitir la combustión de la parte carbonada de los residuos.

Ventajosamente, el comburente se introduce en el baño de vidrio fundido en una cantidad molar comprendida entre 0,2 y 0,8 veces la cantidad molar de la parte carbonada del residuo y opcionalmente de los combustibles.

Según otra característica, el comburente mencionado anteriormente consiste en aire puro, oxígeno o una mezcla de ambos y se inyecta a una presión comprendida entre 0,5 y 4 atmósferas, preferentemente comprendida entre 1 y 2 atmósferas.

Según una realización, el procedimiento de acuerdo con la invención comprende además el enfriamiento de al menos una parte del vidrio fundido para solidificarlo.

Según un segundo aspecto, la presente invención se refiere a una instalación para el tratamiento de residuos, que comprende:

- una cámara de tratamiento que forma un horno, configurada para contener un baño de vidrio fundido a una temperatura comprendida entre 1.100 y 1.600 °C;

- medios para cargar dichos residuos a tratar en dicho baño de vidrio fundido;

- eventuales medios para cargar aditivos de fusión;

- medios para inyectar a presión un comburente y opcionalmente un combustible en dicho baño de vidrio fundido mediante al menos una lanza cuyo extremo está sumergido en dicho baño;

- una cámara de intercambio térmico y de combustión configurada para recuperar al menos una parte de la energía calórica de los gases calientes generados en dicha cámara de tratamiento y al menos una parte de la energía calórica liberada por su combustión; comprendiendo dicha cámara de intercambio térmico y de combustión un serpentín que transporta un fluido caloportador y medios que permiten inyectar aire secuencialmente en dichos gases durante dicho intercambio térmico para provocar la autoignición de la mezcla de dichos gases y del aire así formado.

Esta instalación permite implementar el procedimiento descrito anteriormente.

Según una característica particular, esta instalación según la invención comprende, además:

- una cámara de residencia, dispuesta entre la cámara de tratamiento y la cámara de intercambio térmico y de combustión mencionadas anteriormente, configurada para permitir mantener los gases de síntesis generados en dicha cámara de tratamiento durante un período superior a 2 segundos y a una temperatura de 1.200 a 1.500 °C para permitir destruir las dioxinas y/o los furanos opcionalmente presentes en dichos gases.

Según una realización, la cámara de residencia comprende medios que forman un deflector, tal como en particular un tabique que se extiende de forma sustancialmente transversal a la dirección de circulación de los gases y esto para aumentar el tiempo de circulación y, por lo tanto, el tiempo de residencia de estos gases a una temperatura de 1.200-1.500 °C, lo que conduce a la destrucción completa de dioxinas y/o furanos.

Ventajosamente, la cámara de intercambio térmico y de combustión mencionada anteriormente comprende, siguiendo la dirección de circulación de los gases de síntesis:

- una primera zona configurada para permitir el enfriamiento de dichos gases de síntesis calientes, hasta una temperatura superior a aproximadamente 700 °C;

- una pluralidad de zonas de combustión de los gases configuradas para permitir inyectar aire secuencialmente en dichos gases durante su intercambio térmico con el fluido caloportador, provocando la autoignición de la mezcla de dichos gases y el aire así formado; seleccionándose el número de zonas de combustión de manera que la tasa de combustión de los gases de síntesis sea cercana o igual al 100 %;

- una última zona configurada para permitir el enfriamiento de dichos gases de síntesis residuales o del aire caliente que sale de la pluralidad de zonas de combustión mencionadas anteriormente, preferentemente hasta una temperatura de aproximadamente 200 °C

Según una realización de la invención, las zonas mencionadas anteriormente de la cámara de intercambio térmico y de combustión están separadas dos a dos sucesivamente por un tabique perforado con al menos un orificio. Esta configuración permite evitar cualquier retroceso de llama, para controlar la combustión.

Otras características y ventajas de la invención surgirán con la lectura de la siguiente descripción explicativa, dada con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 es una vista esquemática general de una instalación para el tratamiento de residuos carbonados que pueden constar de cargas minerales y/o contaminantes potenciales de acuerdo con la invención;

- la figura 2 es un gráfico que ilustra la evolución de la temperatura de la combustión progresiva de los gases de síntesis en la cámara de intercambio térmico y de combustión según la invención.

Con referencia a la figura 1, la instalación de acuerdo con la presente invención comprende esencialmente tres partes:

- una cámara de tratamiento que forma un horno 1;

- una cámara de residencia 2; y

- una cámara de intercambio térmico y de combustión 3.

La cámara de tratamiento 1 está constituida generalmente por una pared superior 10, por una pared lateral 11, constituida ventajosamente por tres casquillos 11b 11a y 11c y por una pared inferior 12 que delimita, en la realización mostrada, un recinto cilíndrico vertical cuya altura es superior al diámetro.

Este recinto puede tener cualquier otra forma, como por ejemplo una forma ovoide o elíptica.

Las dimensiones de la cámara de tratamiento 1 que forma un horno se pueden variar y dependen, como se entiende, de las cantidades de residuos a tratar.

A modo de ejemplo, en el caso de un horno cilíndrico tal como se representa, el diámetro será generalmente superior a 3 m y su altura comprendida entre 6 y 12 m.

La cámara de tratamiento 1 está destinada a contener, al menos en su parte baja, un baño de vidrio fundido a una temperatura comprendida entre 1.100 y 1.600 °C.

Con este fin, las paredes 10, 11, 12 presentarán ventajosamente una estructura multicapa que varía de una pared a otra y que se describirá en lo sucesivo desde el interior hacia el exterior del recinto.

De este modo, la pared 10 estará constituida, por ejemplo:

por una capa interna de hormigón ligero con un espesor de al menos 200 mm que debe resistir una temperatura comprendida entre 1.100 °C y 1.600 °C;

- por una capa de lana cerámica de 25 mm;

- por una pared metálica de acero refractario de aproximadamente 8 mm de espesor.

La pared lateral 11 puede estar formada a partir de una sola pieza, constituida desde el interior hacia el exterior del recinto:

- por una primera capa de material refractario pesado, de aproximadamente 220 mm de espesor;

- por una segunda capa de material refractario ligero, de aproximadamente 260 mm de espesor;

- por una tercera capa de lana cerámica, de aproximadamente 25 mm de espesor

- por una cuarta capa metálica de acero refractario, de aproximadamente 8 mm de espesor.

Según una variante de realización preferida, la pared lateral 11 presentará una construcción en casquillos y estará constituida por varios elementos superpuestos verticalmente (ventajosamente tres) y ensamblados entre sí de forma estanca mediante bridas. Un conjunto de este tipo permite una fácil sustitución de cualquier sección de la pared lateral que haya sufrido degradación, pudiendo repararse dicha sección en el taller antes de ser reutilizada. La vida útil de la instalación mejora significativamente.

Cada elemento de este conjunto tendrá una estructura multicapa específica para su función que se describirá a continuación con referencia a la realización representada en la figura 1, de abajo hacia arriba.

La pared del primer elemento o casquillo 11a, destinado a constituir la parte en contacto con el baño de vidrio fundido, estará así constituida, por ejemplo, para una altura de aproximadamente 5 m:

- por una tercera capa de lana cerámica, de aproximadamente 25 mm de espesor;

La pared del segundo elemento o casquillo 11b, destinado a constituir la parte central, estará así constituida, por ejemplo, para una altura de aproximadamente 2,50 m de abajo hacia arriba:

- por una primera capa de ladrillo refractario, de aproximadamente 220 mm de espesor;

- por una segunda capa constituida por hormigón poroso ligero o por material refractario ligero, de aproximadamente 260 mm de espesor;

- por una tercera capa de lana cerámica, de aproximadamente 20 mm de espesor;

- por una cuarta capa metálica de acero refractario, de aproximadamente 5 mm de espesor.

La pared del tercer elemento o casquillo 11c, destinado a constituir la parte alta del horno, estará así constituida, por ejemplo, para una altura de aproximadamente 5 m de abajo hacia arriba:

- por una primera capa de ladrillos refractarios o de hormigón, de aproximadamente 220 mm de espesor, - por una segunda capa constituida por hormigón poroso ligero o por material refractario ligero, de aproximadamente 260 mm de espesor;

- por una tercera capa de hormigón celular, de aproximadamente 20 mm de espesor;

La pared 12 presentará, preferentemente, una estructura multicapa idéntica a la de la pared del casquillo 11a descrito anteriormente.

Los materiales refractarios pesados susceptibles de ser utilizados en el marco de la invención son, en general, del tipo silico-aluminoso que contienen opcionalmente cromo y cuyo peso específico es del orden de 1.700 kg/m3 a 3.000 kg/m3. Su composición generalmente consiste en una mezcla de A^O3, SiO2, Fe2O3, aglutinada por un cemento de tipo óxido de calcio (CaO). Estos materiales presentan una temperatura límite de utilización que puede llegar hasta 1.800 °C dependiendo de la naturaleza del aglutinante y sus coeficientes de conductividad térmica son muy elevados. Otro tipo de refractario que se puede utilizar es el cromo-magnesia que tiene propiedades físicas cercanas a estos materiales silico-aluminosos y una mejor resistencia química.

Como se entiende, estos materiales se utilizarán en lugares sujetos a las mayores limitaciones de temperatura y, en particular, en partes destinadas a estar en contacto con vidrio fundido o sus proyecciones.

Los materiales refractarios ligeros (o aislantes intermedios) susceptibles de ser utilizados en el marco de la invención son materiales cuyo peso específico varía de 1.100 kg/m3 a 1.600 kg/m3. También son materiales del tipo silicoaluminoso.

Aunque en una realización preferida de la invención, determinadas capas están constituidas exclusivamente por material refractario ligero, dichas capas pueden opcionalmente estar sustituidos al menos en parte por una capa de material aislante o de hormigón poroso, también constituida por materiales del tipo silico-aluminoso, cuyo peso específico cuyo varía de 400 kg/m3 a 1.000 kg/m3.

Dichos materiales presentan una temperatura máxima de utilización generalmente inferior, u ofrecen una resistencia mecánica insuficiente a la misma temperatura y no se pueden utilizar en lugar de las capas destinadas a entrar en contacto con el vidrio fundido.

El vidrio susceptible de ser utilizado en el marco de la presente invención puede estar constituido por cualquier material inorgánico amorfo que comprenda en concreto:

- óxidos de silicato y en particular sílice (SO2), ventajosamente entre el 30 y el 55 % en peso (preferentemente el 35 %);

- óxidos alcalinos, en particular Na2O, K2O, Li2O o alcalinotérreos (CaO, BaO, MgO), ventajosamente entre el 15 y el 25 % en peso; y

- óxido de hierro (FeO), ventajosamente, entre el 25 y el 45 % en peso (preferentemente el 45 %).

Se pueden añadir aditivos de fusión y en particular fundentes, opcionalmente durante el funcionamiento, para mantener una composición constante del vidrio.

La pared superior 10 de la cámara de tratamiento consta de una abertura 101 que permite el paso y el desplazamiento de una lanza principal 13 destinada, por una parte, a inyectar, preferentemente a presión, un comburente y, opcionalmente, un combustible y por la otra parte a inyectar los residuos pulverulentos, en el baño de vidrio fundido 14. La abertura 101 está provista de medios de sellado 103 constituidos, por ejemplo, por juntas mecánicas o manguitos de caucho.

La lanza principal 13 está dispuesta ventajosamente vertical o sustancialmente vertical y preferentemente excéntrica.

Según una realización alternativa no representada, la cámara de tratamiento 1 puede estar equipada con varias lanzas principales, teniendo cada una preferentemente la misma disposición ventajosamente vertical excéntrica. Preferentemente, la cámara de tratamiento 1 estará además equipada con una pluralidad de lanzas secundarias 15 (preferentemente de 3 a 5) que penetran por aberturas 111 realizadas a tal efecto en la pared lateral 11. Estas lanzas secundarias 15 están conformadas y dispuestas para permitir mezclar el baño de vidrio fundido y evitar cualquier riesgo de formación de una "balsa" de residuos en la superficie del baño. Además, estas lanzas secundarias aportan la mayor parte del oxígeno necesario para la formación del gas de síntesis.

El uso de una multitud de lanzas secundarias permite, además, mejorar el rendimiento global de la instalación según la invención.

Según una realización preferida, estas lanzas secundarias 15, ventajosamente en número de tres, estarán dispuestas de forma oblicua, según una dirección que forma un ángulo comprendido entre 45 y 60° con respecto a la vertical, y sumergidas en el baño de vidrio fundido a alturas variables para asegurar una mezcla eficaz del baño de vidrio fundido (véase la figura 1).

Cada lanza 13, 15 está generalmente constituida por un tubo cilíndrico externo hueco constituido por una aleación de acero, siendo el diámetro de las lanzas secundarias 15 generalmente mayor que el de la o las lanzas verticales La lanza 13 puede constar opcionalmente de un tubo cilindrico interno dispuesto en el interior del tubo externo, preferentemente de forma coaxial, permitiendo transportar el combustible o los residuos pulverulentos. Este tubo cilíndrico interno es ventajosamente ligeramente más corto que el tubo externo y puede ir seguido de deflectores de homogeneización (mezclador estático).

En el marco de la presente invención, se entiende por "pulverulento" cualquier material que se presenta en forma de polvo que presente un diámetro de menos de 1 o 2 mm.

Ejemplos de residuos pulverulentos que pueden ser transportados por la lanza principal 13 comprenden en concreto los siguientes materiales:

- harina, polvo de madera, pintura en polvo, polvo de extintor, negro de humo, polvo de ceniza de tóner, hollín, polvo de filtración (RDHIRD), cementos, arena para relleno (arena de calibre 0/2 o 0/4 que contiene hasta el 20 % - y a veces más - de finos, en oposición a la arena lavada), cal, todos los residuos de lijado (cola, colas de amianto, metal), todos los residuos de granallado, ácido orgánico, alúmina, amianto, antimonio, arcillas, bentonita, dióxido de manganeso, madera (serrín y harina), carbonato de calcio, celulosa y derivados de celulosa, cereales triturados, carbón, cal (viva y apagada), cromo (sales y óxidos), colorantes orgánicos, diatomeas, fertilizantes de hierro (óxidos de), grafito-carbono, yeso-escayola, caolín, magnesio (carbonato y óxido), plásticos, metales en polvo, perlita, inferior a 2 mm, fosfatos, producto farmacéutico, sílice-silicatos, azufre, azúcar, talco, vermiculita, inferior a 2 mm, etc., así como residuos de depuración de gases obtenidos después de la combustión.

Al inyectarse los residuos pulverulentos directa y continuamente a través de una lanza en el centro del baño de vidrio fundido, se evita así cualquier riesgo de explosión.

Cada lanza principal 13 consta, en su extremo opuesto al destinado a sumergirse en el baño de vidrio fundido, de un dispositivo, no representado, de alimentación a presión de comburente/combustible, por ejemplo, mediante un conducto flexible.

A modo de ejemplo, la lanza principal 13 presenta un diámetro de 75 mm y permite inyectar el comburente y opcionalmente un combustible a una presión de hasta tres atmósferas.

Las lanzas secundarias periféricas 15 presentan un diámetro de aproximadamente 150 mm y permiten la inyección de aire a una presión limitada a una atmósfera relativa.

La pared superior 10 de la cámara 1 también está provista de una abertura 102 que permite la carga de los residuos a tratar, estando esta abertura 102 provista ventajosamente de medios de sellado tales como una esclusa. Esta abertura 102 de carga de los residuos a tratar se comunicará, por ejemplo, por medio de un tornillo sin fin 17 (ventajosamente conectado herméticamente a la cámara de tratamiento 1 y provisto de un sistema de calentamiento), con una tolva 18 montada en el exterior de la cámara de tratamiento 1, como se describe en la patente EP 1235889.

En el caso en que los residuos pulverulentos están suficientemente secos, estos pueden introducirse en el baño de vidrio fundido simultáneamente con la inyección del comburente a través de la lanza principal 13.

Durante las fases de arranque, se recomienda inyectar simultáneamente el comburente y un combustible por medio de la lanza principal 13 para producir una llama que precalentará el horno y/o mantendrá la temperatura durante los períodos de parada.

Este combustible puede ser gas o fueloil y el comburente será generalmente aire, oxígeno o una mezcla de los dos. La cámara de tratamiento 1 también consta de una abertura 16 formada en su pared lateral 11, preferentemente ubicada en las proximidades de la pared superior 10 de la cámara 1. Esta abertura 16 está conformada para permitir el escape de los gases generados en la cámara 1 durante el tratamiento.

Esta abertura 16 de escape de los gases se comunica con la cámara de residencia 2 que se describirá más adelante.

La cámara de tratamiento 1 también consta, en la parte inferior de la pared lateral 11, de una abertura 112 que se abre directamente a un canal que transporta una fuerte corriente de agua.

En este canal se puede verter una parte del vidrio fundido, obteniendo así una arena.

Alternativamente, el vidrio se puede verter en una cuba de agua dejándolo caer desde una altura de aproximadamente 3 metros, de modo que el vidrio pueda adquirir suficiente velocidad para penetrar en el agua sin romperse en la superficie. De este modo se obtienen nódulos de 15 a 30 milímetros de diámetro que serán triturados para dar áridos para hormigón.

Según otra variante, la abertura 112 desemboca en un depósito o antecrisol, no representado, contiguo a la parte inferior de la cámara de tratamiento 1, y que permite tomar una parte del vidrio fundido formado tras la adición de los residuos a ser tratada y eventuales aditivos de fusión, y disminuir su temperatura para solidificarlo, atrapando los contaminantes presentes en los residuos.

A modo de ejemplo, la abertura 112 de vertido de vidrio fundido está generalmente dispuesta a una altura de 50 cm (medida a partir de la pared inferior 12).

El depósito o antecrisol, de diseño conocido, está abierto en su parte superior delimitada por una pared, cuyo borde superior está sustancialmente por encima del nivel medio del baño de vidrio fundido en la cámara de tratamiento 1. Como se entiende, el vidrio fundido puede fluir a través de la abertura 112 para llenar el depósito hasta una altura sustancialmente igual a la del vidrio fundido en la cámara de tratamiento 1.

La parte superior de la pared de este depósito comprende además un canal que se puede obturar, en concreto con arcilla, entre dos vertidos sucesivos de vidrio. Este canal así obturado se puede perforar mecánica o térmicamente. Puede hacerse referencia al documento EP 1 235 889 para una descripción más precisa de esta parte de la instalación.

La cámara de tratamiento 1 también puede constar, a nivel de la pared inferior 12, de una abertura 113 (obturada en funcionamiento) que permite en concreto vaciar la cámara para su mantenimiento.

La cámara de tratamiento 1 también puede constar, a nivel de la pared inferior 12, de una abertura 114, situada entre las aberturas 112 y 113, obturada en funcionamiento, que permite el vaciado de los metales no ferrosos contenidos en las entradas.

La cámara de residencia 2 está dispuesta generalmente entre la cámara de tratamiento 1 y la cámara de intercambio térmico y de combustión 3 que se describirá más adelante.

Esta cámara de residencia comunica a través de la abertura 16 con la cámara de tratamiento 1 y presenta una configuración adaptada para permitir mantener los gases de síntesis calientes generados en la cámara de tratamiento 1 durante un período y a una temperatura suficiente para garantizar la destrucción total de las dioxinas y/o los furanos presentes en dichos gases.

Los gases de síntesis calientes (1.200 a 1.500 °C) generados en la cámara de tratamiento 1 por la combustión de la parte orgánica de los residuos a tratar pueden contener dioxinas y furanos. En efecto, teniendo en cuenta la velocidad de ascenso del gas de síntesis y la altura (limitada por razones de tamaño) de dicha cámara de tratamiento, se ha constatado que las partículas orgánicas presente en la cámara de tratamiento 1 no tienen, generalmente, el tiempo para ser completamente destruidas.

Según la presente invención, la cámara de residencia 2 garantiza una destrucción total de estas dioxinas y furanos. Según una característica particular, la cámara de residencia 2 comprende medios que forman un deflector, para imponer un recorrido en zigzag a los gases que pasan a su través con el fin de aumentar el tiempo de residencia y para mantenerlos en todo caso durante un período mayor de 2 segundos y a una temperatura de 1.200 a 1.500 °C dentro de la cámara de residencia 2, para garantizar la destrucción total de dioxinas y furanos.

En una realización preferida, la cámara de residencia presenta una forma cilíndrica-cónica y consta de un tabique 21 que se extiende sustancialmente de forma transversal a la dirección de circulación de los gases, es decir paralelamente al eje longitudinal de la cámara de residencia 2, sobre una mayor parte de la altura de esta última y esto con el fin de aumentar el tiempo de circulación y, por lo tanto, el tiempo de residencia de estos gases a una temperatura de 1.200-1.500 °C, lo que conduce a la destrucción completa de dioxinas y/o furanos.

Las paredes que definen la cámara de residencia 2 tienen una estructura multicapa idéntica a la descrita anteriormente con referencia a la pared 11c de la cámara de tratamiento 1.

A modo de ejemplo, la altura de la cámara de residencia 2 puede ser del orden de 5 a 10 m.

Al desplazarse los gases de síntesis calientes a una velocidad de aproximadamente 4 m/s, su tiempo de circulación de más de 2 segundos en la cámara de residencia 2 donde la temperatura es generalmente del orden de 1.200 a 1.500 °C, garantiza la destrucción total de las dioxinas y los furanos.

La cámara de residencia 2 está equipada, ventajosamente, en su parte inferior con un purgador a alta temperatura que permite evacuar el eventual polvo que sedimenta en dicha cámara. Este polvo se puede reinyectar en el centro del baño de vidrio fundido.

La pared lateral de la cámara de residencia 2 consta, además, de una abertura 22 que comunica con la cámara de intercambio térmico y de combustión 3.

En general, la cámara de intercambio térmico y de combustión 3 comprende, siguiendo la dirección de circulación de los gases de síntesis:

- una primera zona 3A configurada para permitir el enfriamiento de dichos gases de síntesis calientes, hasta una temperatura superior a aproximadamente 750 °C;

- una pluralidad de zonas 3B de combustión de los gases, comprendiendo, cada una, medios de inyección 31 de aire;

- una última zona 3C configurada para permitir el enfriamiento de los gases de síntesis residuales o del aire caliente que sale de la pluralidad de zonas de combustión 3B, preferentemente hasta una temperatura de aproximadamente 200 °C.

La cámara de intercambio térmico y de combustión 3 está provista de un serpentín 32 que transporta un fluido caloportador, tal como por ejemplo agua, y que atraviesa las zonas 3A, 3B y 3C.

Las zonas 3A, 3B en su pluralidad y 3C están delimitadas por una pared perforada 35, o septo, que permite el paso de los gases a una temperatura de 1.050 °C máximo y constituida por materiales aislantes u hormigones porosos. El fluido caloportador circula a contracorriente en el interior del serpentín 32, es decir en una dirección opuesta a la dirección de circulación de los gases.

Este fluido caloportador es, preferentemente, agua que dará vapor. También puede ser aire comprimido que sufrirá expansión térmica durante el intercambio y permitirá accionar una turbina.

Los medios de inyección 31 están conformados para inyectar aire secuencialmente en los gases durante su intercambio térmico con el fluido caloportador, provocando la autoignición de la mezcla de dichos gases y el aire así formado.

El aire de combustión se inyectará mediante un ventilador, no representado, con una velocidad suficiente para permitir la penetración y una buena mezcla con los gases a quemar, que el experto en la materia determinará fácilmente. La inyección en cada punto se ajustará, por ejemplo, de una manera conocida per se por medio de una válvula moduladora controlada por termopares.

A modo de ejemplo, los gases de síntesis entran en la zona 3A a una temperatura del orden de 1.200 °C y son enfriados por el fluido caloportador hasta una temperatura de aproximadamente 800 °C antes de entrar en la primera zona de combustión 3B.

En cada zona de combustión 3B, se inyecta aire en dichos gases secuencialmente (estando la frecuencia de las inyecciones adaptada a la velocidad de desplazamiento de los gases), lo que provoca una autoignición.

Esta autoignición conlleva un aumento de la temperatura de los gases de síntesis hasta un valor de aproximadamente 1.000 °C y a continuación estos gases se enfrían a una temperatura de aproximadamente 800 °C en contacto con el fluido caloportador antes de entrar en la siguiente zona de combustión 3B.

El número de zonas de combustión 3B se selecciona de manera que la tasa de combustión de los gases de síntesis sea al menos del 90 %, preferentemente cercana al 100 % o igual al 100 % antes de llegar a la última zona 3C. Se inyectará el aire, en cada zona de combustión 3B, en una cantidad tal que la temperatura generada por la autoignición en cada una de las zonas de combustión 3B permanece por debajo de 1.050 °C con el fin de limitar la formación de óxidos de nitrógeno.

Para ello, cada zona de combustión 3B estará equipada con una sonda de temperatura que controla una válvula moduladora que introduce el aire de combustión en dicha zona.

En general, también se evitará enfriar los gases en las zonas de combustión 3B a una temperatura inferior a 650 °C para evitar la aparición de hollín siempre que quede CO en el gas.

En el ejemplo ilustrado en la figura 1, la instalación consta de tres zonas de combustión 3B.

En la figura 2 se han representado las variaciones de temperatura de los gases de síntesis y del fluido caloportador (agua-vapor) durante su paso por el interior de la cámara de intercambio térmico y de combustión según la invención.

Los gases de síntesis residuales o el aire caliente que entran en la zona 3C se enfrían hasta una temperatura de aproximadamente 200 °C a 300 °C para ser conducidos a través de una abertura 33 hacia un dispositivo de depuración, no representado.

Esta zona estará equipada con medios que permiten pulverizar carbonato de sodio u, opcionalmente, carbonato de calcio o cal con el fin de atrapar el cloro gaseoso, arsénico, azufre, y hacer que precipiten para reinyectarlos en el baño de vidrio fundido a través de la lanza principal 13 donde se disolverán directamente en la matriz del vidrio amorfo.

Esta zona también estará equipada con medios que permitan la inyección de agua oxigenada para provocar, llegado el caso, la precipitación de mercurio en forma de óxido de mercurio. Este se inyectará directamente en el baño de vidrio fundido, a través de la lanza principal 13 y se disolverá directamente en la matriz del vidrio amorfo.

La zona 3A también estará equipada con medios que permitan la inyección de una mezcla de agua y urea (preferentemente en una cantidad del 32,5 %) para reducir los NOx a nitrógeno N2 que será evacuado por la chimenea.

El fluido caloportador que circula en el serpentín 32 entra en la última zona 3C a una presión que se seleccionará en función de la aplicación prevista. Por ejemplo, para el vapor, se recibirá agua a 80 °C y a una presión de 12 a 100 bares. Este fluido atraviesa las zonas de combustión 3B y después la primera zona de enfriamiento 3A a contracorriente para salir en forma de vapor a una temperatura del orden de 300 a 500 °C según la aplicación prevista. En el caso de una turbina, se recibirá aire a 300 °C y 10 bares. Este saldrá de ella a 950 °C.

La invención se ilustrará ahora con ayuda de un ejemplo.

Este ejemplo pretende ilustrar el valor de producción de vapor obtenido con ayuda de la instalación de acuerdo con la invención, a partir de una mezcla dada de cinco residuos, introducida en el baño de vidrio fundido.

Esta mezcla está constituida por:

- CSR (Combustibles Sólidos Recuperados) obtenidos después de una fase de trituración y clasificación manual y densimétrica de residuos no peligrosos compuestos principalmente por residuos voluminosos no peligrosos en mezclas y residuos de actividades económicas. El CSR se produce a partir de la fracción no recuperable resultante de esta clasificación;

- RDHIRD (Residuos de Depuración de Humos de Incineración de Residuos Domésticos) provenientes de una unidad de tratamiento y valorización energética de residuos domésticos y similares. Los RDHIRD se clasifican como residuos peligrosos;

- RD (Residuos Domésticos) de una unidad de tratamiento y recuperación de energía para residuos domésticos y similares donde se ha practicado la separación en origen de envases y vidrio;

- LODOS HIDROCARBURADOS tales como los que se pueden encontrar de un profesional en el mantenimiento industrial y portuario y en la recogida de residuos peligrosos y no peligrosos. Son el resultado de las actividades de mantenimiento de las pistas de lavado de vehículos y el mantenimiento de los separadores de aceite y de lodos en las estaciones de distribución de combustible;

- RASRI (Residuos de Actividades Sanitarias de Riesgo Infeccioso) estandarizados o no. El proceso de estandarización es un proceso conocido que permite transformar estos residuos inicialmente peligrosos de forma totalmente automática mediante trituración y esterilización por vapor de agua. El producto final consiste en triturados esterilizados (tamaño de grano <4 cm), comparables a los residuos domésticos (DR) que pueden integrarse en el sector de residuos urbanos.

El análisis elemental de este residuo se muestra en la Tabla 1 a continuación:

En esta tabla, PCI denota el poder calorífico inferior expresado en kilocalorías.

a) preparación de un baño de vidrio fundido:

En este ejemplo, se utilizó un horno de 3 metros de diámetro y 12,50 metros de alto como se describió anteriormente.

Este horno de vacío se precalentó durante un período de aproximadamente 2 horas a una temperatura de aproximadamente 1.200 °C, mediante un quemador auxiliar bajado al horno por el extremo de un cable.

Cuando la temperatura en el interior del horno alcanzó aproximadamente 1.200 °C, se introdujo lentamente vidrio proveniente de un material vitrificado granulado en una colada anterior.

Durante esta etapa, la temperatura se mantiene a aproximadamente 1.200 °C por medio de la lanza principal 13 que suministra una llama proveniente de la combustión de una mezcla de aire y gas natural, en una proporción subestequiométrica de 0,9.

Cuando el nivel de vidrio fundido en el interior del horno ha alcanzado una altura de 50 cm, las 3 lanzas secundarias 15 se sumergieron en el baño de vidrio fundido con el fin de mantener una temperatura de 1.200 °C. Las llamas sumergidas en el baño de vidrio dan una excelente eficacia al procedimiento y evitan la formación de una balsa en la superficie del vidrio fundido.

b) Introducción de la mezcla de residuos

En este ejemplo, se utilizó una mezcla de residuos cuyas proporciones respectivas de cada uno de estos residuos son 15,6 % de CSR, 3,1 % de RDHIRD, 40,7 % de ^rD, 21,9 % de lodos hidrocaburados y 18,7 % de RASRI, que presenta el análisis elemental en la Tabla 1.

Los datos anteriores suponen un régimen de consumo de 4,167 kg/h de mezcla.

TABLA 2

Estos 4.167 kg/h (que contienen 1.337 kg de carbono y 192 kg de hidrógeno) se introducen en el horno con la inyección de 8.427 Nm3/h de aire.

El componente mineral de esta mezcla requiere la adición de algunos fundentes, principalmente hierro (en forma de chatarra fina) a razón de 390 kg/h para obtener la composición óptima del vidrio.

Después de 24 horas de producción, el nivel del horno alcanzó los 1,8 m y el vidrio fundido se obtuvo con la siguiente composición:

- SO2: 30 % en peso;

- FeO: 44 % en peso

- óxidos alcalinos y alcalinotérreos: 25 % en peso;

- componentes secundarios: 0,5 % en peso

A continuación, se elevaron las 3 lanzas secundarias 15 para detener la agitación del vidrio mientras se mantenía la temperatura del baño durante un período de aproximadamente 10 minutos.

De este modo se obtuvo una producción de 940 kg/h o 22,560 toneladas/día de vidrio fundido, que fueron tomadas en una sola colada cada 24 horas, dejando un fondo de baño de vidrio fundido con una altura de aproximadamente 50 cm en el horno.

c) Balance energético

TABLA 3

El gas de síntesis producido tiene un PCI en húmedo de 2,5 MJ/Nm3

En este ejemplo, este gas de síntesis se utilizó en una instalación de acuerdo con la invención, con una mezcla de agua/vapor circulando a contracorriente en el intercambiador térmico.

El gas se enfrió en una primera zona del intercambiador a una temperatura de 700/800 °C, y a continuación se introdujo aire gradualmente hasta su completa combustión, evitando sobrepasar los 1.000 °C.

Se utilizaron un total de 6.676 Nm3/h de aire (con un 10 % de exceso).

Los humos, después de la depuración, se evacuaron por la chimenea a 200 °C.

La recuperación neta de energía en forma de calor por enfriamiento parcial del gas seguido de su combustión fue de 12,5 MWth (megavatio térmico).

Se constata así que el procedimiento y la instalación de acuerdo con la presente invención permiten mejorar de forma significativa el intercambio térmico entre el fluido caloportador y los gases de síntesis resultantes de la combustión de la parte orgánica de los residuos tratados.

Además, los inventores han constatado que el procedimiento de acuerdo con la presente invención ha permitido evitar la formación de óxidos de nitrógeno, en concreto debido a que se ha controlado la temperatura generada por la autoignición de los gases para que permanezca por debajo de 1.050 °C, temperatura por encima de la cual se forman los óxidos de nitrógeno.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de tratamiento de residuos carbonados que pueden constar de cargas minerales y/o contaminantes potenciales, que comprende:

- la carga de los residuos a tratar en dicho baño de vidrio fundido (14);

- la inyección a presión de un comburente y opcionalmente un combustible en dicho baño de vidrio fundido mediante al menos una lanza (13, 15), un extremo de la cual se sumerge en dicho baño, introduciéndose dicho comburente en una cantidad molar inferior a la cantidad molar de los compuestos carbonados, provocando así la combustión de dichos residuos y la generación de gases de síntesis calientes;

caracterizado porque comprende, además:

- la implementación de un intercambio térmico entre un fluido caloportador y los gases de síntesis calientes en condiciones que permitan la recuperación al mismo tiempo de al menos una parte de su energía calórica y de al menos una parte de la energía calórica liberada por su combustión, inyectándose aire secuencialmente en dichos gases durante dicho intercambio térmico para provocar la autoignición de la mezcla de dichos gases y aire, aumentando cada inyección la tasa de combustión, siendo inyectado dicho aire en una cantidad tal que la temperatura generada por la autoignición se mantenga por debajo de 1.050 °C para limitar la formación de óxidos de nitrógeno.

2. Procedimiento de tratamiento según la reivindicación 1, caracterizado por que, previamente a la implementación del intercambio térmico, comprende el mantenimiento de los gases de síntesis calientes durante un período superior a 2 segundos y a una temperatura de 1.200 a 1.500 °C para destruir las dioxinas y/o los furanos opcionalmente presentes en dichos gases.

3. Procedimiento de tratamiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que durante la implementación del intercambio térmico mencionado anteriormente, los gases calientes de síntesis son sucesivamente:

a) enfriados hasta una temperatura superior a 750 °C;

b) mezclados a esta temperatura con dicho aire inyectado;

c) enfriados de nuevo hasta una temperatura superior a 750 °C;

4. Procedimiento de tratamiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que los residuos a tratar se seleccionan entre todos los residuos existentes a excepción de los residuos radiactivos.

5. Procedimiento de tratamiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el comburente mencionado anteriormente está constituido por aire puro, oxígeno o una mezcla de ambos y por que se inyecta a una presión comprendida entre 0,5 y 4 atmósferas.

6. Procedimiento de tratamiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que comprende, además, el enfriamiento de al menos una parte del vidrio fundido para solidificarlo;

7. Procedimiento de tratamiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el comburente mencionado anteriormente se introduce en el baño de vidrio fundido (14) en una cantidad molar comprendida entre 0,2 y 0,8 veces la cantidad molar de la parte carbonada de los residuos y opcionalmente de los combustibles.

8. Instalación para el tratamiento de residuos, que comprende:

- una cámara de tratamiento (1) que forma un horno, configurada para contener un baño de vidrio fundido (14) a una temperatura comprendida entre 1.100 y 1.600 °C;

- medios (17, 18) para cargar dichos residuos a tratar en dicho baño de vidrio fundido (14);

- eventuales medios para cargar aditivos de fusión;

- medios para inyectar a presión un comburente y opcionalmente un combustible en dicho baño de vidrio fundido (14) mediante al menos una lanza (13,15) cuyo extremo está sumergido en dicho baño, estando la instalación caracterizada porque comprende, además:

- una cámara de intercambio térmico y de combustión (3) configurada para recuperar al menos una parte de la energía calórica de los gases calientes generados en dicha cámara de tratamiento (1) y al menos una parte de la energía calórica liberada por su combustión; comprendiendo dicha cámara de intercambio térmico y de combustión (3) un serpentín (32) que transporta un fluido caloportador y medios (31) que permiten inyectar aire secuencialmente en dichos gases durante dicho intercambio térmico para provocar la autoignición de la mezcla de dichos gases y del aire así formado, inyectándose dicho aire en una cantidad tal que la temperatura generada por la autoignición se mantenga por debajo de 1.050 °C para limitar la formación de óxidos de nitrógeno.

9. Instalación según la reivindicación 8, caracterizada por que comprende, además:

- una cámara de residencia (2), dispuesta entre la cámara de tratamiento (1) y la cámara de intercambio térmico y de combustión (3) mencionadas anteriormente, configurada para permitir mantener los gases de síntesis generados en dicha cámara de tratamiento durante un período superior a 2 segundos y a una temperatura de 1.200 a 1.500 °C para permitir destruir las dioxinas y/o los furanos opcionalmente presentes en dichos gases.

10. Instalación según la reivindicación 8 o 9, caracterizada por que la cámara de residencia (2) comprende medios que forman un deflector, tal como en particular un tabique (21) que se extiende de forma sustancialmente transversal a la dirección de circulación de los gases.

11. Instalación según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada por que la cámara de intercambio térmico y de combustión (3) mencionada anteriormente comprende, siguiendo la dirección de circulación de los gases de síntesis:

- una primera zona (3A) configurada para permitir el enfriamiento de dichos gases de síntesis calientes, hasta una temperatura superior a aproximadamente 700 °C;

- una pluralidad de zonas (3B) de combustión de los gases configuradas para permitir inyectar aire secuencialmente en dichos gases durante su intercambio térmico con el fluido caloportador, provocando la autoignición de la mezcla de dichos gases y el aire así formado; seleccionándose el número de zonas de combustión de manera que la tasa de combustión de los gases de síntesis sea cercana o igual al 100 %;

- una última zona (3C) configurada para permitir el enfriamiento de dichos gases de síntesis residuales o del aire caliente que sale de la pluralidad de zonas de combustión (3B) mencionadas anteriormente, preferentemente hasta una temperatura de aproximadamente 200 °C.

12. Instalación según la reivindicación 11, caracterizada por que las zonas (3A, 3B, 3C) mencionadas anteriormente de la cámara de intercambio térmico y de combustión (3) están separadas dos a dos sucesivamente por un tabique (35) perforado con al menos un orificio que impide cualquier retroceso de llama, para controlar la combustión.