ES3018086B2 - Procedure and system for the treatment of effluents from the incineration of solid fuels - Google Patents

Procedure and system for the treatment of effluents from the incineration of solid fuels

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ES3018086B2 ES202431000A ES202431000A ES3018086B2 ES 3018086 B2 ES3018086 B2 ES 3018086B2 ES 202431000 A ES202431000 A ES 202431000A ES 202431000 A ES202431000 A ES 202431000A ES 3018086 B2 ES3018086 B2 ES 3018086B2
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Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Procedimiento y sistema para el tratamiento de efluentes procedentes de la incineración de combustibles sólidos Procedure and system for the treatment of effluents from the incineration of solid fuels

SECTOR TÉCNICOTECHNICAL SECTOR

La presente invención se encuadra en el sector energético, concretamente en el de la producción de energía a partir de combustibles sólidos como el carbón, la biomasa, los residuos industriales y la fracción de rechazo de las plantas de tratamiento y clasificación de Residuos Sólidos Urbanos (RSU). The present invention falls within the energy sector, specifically in the production of energy from solid fuels such as coal, biomass, industrial waste and the reject fraction from the treatment and classification plants of Municipal Solid Waste (MSW).

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

Las plantas de generación energética a partir de combustibles sólidos son instalaciones que convierten la energía química contenida en materiales sólidos (como carbón, biomasa, residuos sólidos urbanos, etc.) en energía eléctrica o térmica. Este tipo de plantas son una parte integral del mix energético en muchas regiones del mundo debido a su capacidad para proporcionar energía continua y confiable. Solid fuel power plants are facilities that convert the chemical energy contained in solid materials (such as coal, biomass, municipal solid waste, etc.) into electrical or thermal energy. These plants are an integral part of the energy mix in many regions of the world due to their ability to provide continuous and reliable power.

Las plantas de generación energética a partir de estos combustibles generan una serie de efluentes, que en mayor o menor medida generan impacto ambiental. Aunque la mayoría de ellos (óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, material particulado, metano, monóxido de carbono, o compuestos orgánicos volátiles) son tratados mediante diferentes procesos que evitan su emisión a la atmósfera, existen otros que generan importantes problemas en el sector: Power plants that generate electricity from these fuels produce a series of effluents, which have varying degrees of environmental impact. Although most of them (nitrogen oxides, sulfur oxides, particulate matter, methane, carbon monoxide, and volatile organic compounds) are treated through different processes that prevent their release into the atmosphere, others cause significant problems in the sector:

- Dióxido de carbono (CO2), el principal gas de efecto invernadero debido a los altos niveles de emisiones a la atmósfera. Para evitar las emisiones de este gas, existen varias tecnologías de Captura y Almacenamiento de Carbono (CCS, por sus siglas en inglés), entre las que se encuentran la absorción química con aminas, procesos de adsorción, separación criogénica o separación con membranas, entre otras [1]. Carbon dioxide (CO2) is the main greenhouse gas due to high levels of emissions into the atmosphere. To prevent emissions of this gas, several Carbon Capture and Storage (CCS) technologies exist, including chemical absorption with amines, adsorption processes, cryogenic separation, and membrane separation, among others [1].

- Cenizas volantes (CV), partículas finas que son transportadas por los gases de combustión y capturadas en sistemas de control de emisiones. El principal problema de las CV es su carácter de residuo tóxico y peligroso, debido principalmente a la presencia de iones cloruro (Cl-) y metales pesados como plomo, mercurio, cobre o níquel, entre otros [2]. En literatura existen distintas tecnologías desarrolladas para el tratamiento y estabilización de CV, pudiéndose agrupar en métodos de separación (lavado/lixiviación), electrodiálisis, separaciones térmicas [3], o inmovilización mediante cemento [4]. Fly ash (FA) consists of fine particles carried by combustion gases and captured in emission control systems. The main problem with FA is its toxic and hazardous nature, primarily due to the presence of chloride ions (Cl-) and heavy metals such as lead, mercury, copper, and nickel, among others [2]. Various technologies have been developed in the literature for the treatment and stabilization of FA, which can be grouped into separation methods (washing/leaching), electrodialysis, thermal separation [3], and immobilization using cement [4].

La presente invención se refiere a un proceso integrado y a un sistema de tratamiento de CO2y CV en una planta de producción de energía a partir de combustibles sólidos, cuya base es la inclusión en el sistema de una unidad de electrólisis de cloruro de sodio (NaCl). El antecedente con más similitud corresponde a la patente coreana KR101549980B1 [5], que trata un método de fabricación de carbonatos de iones alcalino y alcalinotérreos que utiliza como materias primas materiales inorgánicos (entre los que se pueden encontrar las CV) y CO2. En la unidad de electrólisis se produce NaOH y HCl que se utilizan en el mismo proceso. Por otro lado, la patente EP2136904B1 [6] incluye un proceso para capturar CO2, metales pesados, material particulado, óxidos de nitrógeno, azufre o mezclas en una unidad de gases de combustión. Dentro de estos procesos se encuentra la electrólisis de NaCl para distintas aplicaciones (tratamiento de gases ácidos, producción de combustibles renovables, o similares). También se encuentra la patente US10718055 [7], que describe un sistema innovador para la captura de CO2y la producción de hidrógeno a partir de aguas residuales, usando un sistema electrolítico en el que la alimentación de cationes puede proceder de CV. The present invention relates to an integrated process and a CO2 and CV treatment system in a solid fuel power plant, based on the inclusion of a sodium chloride (NaCl) electrolysis unit in the system. The most similar prior art is Korean patent KR101549980B1 [5], which describes a method for manufacturing alkali and alkaline earth carbonates using inorganic materials (including CV) and CO2 as raw materials. NaOH and HCl are produced in the electrolysis unit and used in the same process. Additionally, patent EP2136904B1 [6] describes a process for capturing CO2, heavy metals, particulate matter, nitrogen oxides, sulfur oxides, or mixtures thereof in a flue gas unit. This process includes the electrolysis of NaCl for various applications (treatment of acid gases, production of renewable fuels, or similar uses). Also included is patent US10718055 [7], which describes an innovative system for capturing CO2 and producing hydrogen from wastewater, using an electrolytic system in which the cation feed can come from CV.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invención describe un sistema y un proceso que permite, al mismo tiempo, capturar el CO2generado en una planta de incineración de combustibles sólidos y tratar las CV generadas en dicha planta, aprovechando los efluentes generados en la propia planta y en el propio proceso, minimizando así la necesidad de materias primas y energía procedentes de fuentes externas. La novedad de este proceso radica en el aprovechamiento de efluentes generados en el propio proceso, así como otros procedentes de la incineración, con el fin de mejorar la viabilidad ambiental de la misma. Al mismo tiempo, se obtienen otros subproductos que pueden ser utilizados bien en la producción de energía eléctrica, o bien en otros tratamientos del proceso, o incluso para su venta a terceros, lo que supone una mejora en el aprovechamiento de este tipo de instalaciones frente a los sistemas conocidos en el estado de la técnica. The present invention describes a system and process that simultaneously captures the CO2 generated in a solid fuel incineration plant and treats the carbon dioxide generated in said plant, utilizing the effluents generated within the plant and the incineration process itself, thus minimizing the need for raw materials and energy from external sources. The novelty of this process lies in the utilization of effluents generated within the process, as well as those from incineration, in order to improve its environmental viability. At the same time, other byproducts are obtained that can be used either for electricity generation, in other process treatments, or even for sale to third parties, representing an improvement in the utilization of this type of facility compared to systems known in the prior art.

En consecuencia, en un primer aspecto, la invención se dirige a un procedimiento para el tratamiento de efluentes procedentes de la incineración de combustibles sólidos que comprende las siguientes etapas: Accordingly, in a first aspect, the invention relates to a process for treating effluents from the incineration of solid fuels comprising the following steps:

a) mezclado de cenizas volantes (11) procedentes de una unidad (0) de incineración de combustibles sólidos con un agente estabilizante que comprende al menos uno de carbonato de sodio (Na2CO3), bicarbonato de sodio (NaHCO3), carbonato de potasio (K2CO3), bicarbonato de potasio (KHCO3), en cualquier combinación entre los mismos; a) mixing fly ash (11) from a solid fuel incineration unit (0) with a stabilizing agent comprising at least one of sodium carbonate (Na2CO3), sodium bicarbonate (NaHCO3), potassium carbonate (K2CO3), potassium bicarbonate (KHCO3), in any combination thereof;

b) filtración de la mezcla resultante para separarla en dos corrientes, una de cenizas volantes tratadas (12) que comprende carbonatos y/o bicarbonatos de metales pesados, y un líquido residual (21) que contiene, además de iones cloruro y cationes alcalinos como Na y K, distintos contaminantes tales como algunos metales pesados, sulfatos, materia orgánica, o mezclas los mismos; b) filtration of the resulting mixture to separate it into two streams, one of treated fly ash (12) comprising carbonates and/or bicarbonates of heavy metals, and a residual liquid (21) containing, in addition to chloride ions and alkali cations such as Na and K, various contaminants such as some heavy metals, sulfates, organic matter, or mixtures thereof;

c) captura de los sulfatos, metales pesados y materia orgánica del líquido residual (21) mediante al menos una de las siguientes técnicas: ósmosis inversa, intercambio iónico, destilación, adsorción, filtración, cloración, coagulación, adición de oxidantes como ozono o peróxido de hidrógeno, tratamiento biológico o procesos de oxidación avanzada, solas o en cualquier combinación de las mismas, generándose un líquido residual tratado (22); c) capture of sulfates, heavy metals and organic matter from the wastewater (21) by at least one of the following techniques: reverse osmosis, ion exchange, distillation, adsorption, filtration, chlorination, coagulation, addition of oxidants such as ozone or hydrogen peroxide, biological treatment or advanced oxidation processes, alone or in any combination thereof, generating a treated wastewater (22);

d) mezclado del líquido residual tratado (22) con una solución (31) de NaCl/KCl para ajustar la concentración del NaCl y/o KCl, generándose una corriente (32) de alimento al electrolizador que tiene una concentración de NaCl y/o KCl de entre un 10% y un 50% peso/peso; d) mixing the treated waste liquid (22) with a NaCl/KCl solution (31) to adjust the concentration of NaCl and/or KCl, generating a feed stream (32) to the electrolyzer that has a NaCl and/or KCl concentration of between 10% and 50% weight/weight;

e) electrólisis del NaCl y/o KCl de la corriente (32) de alimento al electrolizador, generándose una corriente (42) de NaOH/KOH que tiene una concentración de NaOH y/o KOH de entre un 10% y un 50% peso/peso, y dos corrientes gaseosas: una de cloro (43) y otra de hidrógeno (44); y e) electrolysis of the NaCl and/or KCl from the feed stream (32) to the electrolyzer, generating a NaOH/KOH stream (42) having a NaOH and/or KOH concentration of between 10% and 50% w/w, and two gas streams: one of chlorine (43) and another of hydrogen (44); and

f) carbonatación del NaOH y/o KOH de la corriente (42) mediante el paso de la corriente (42) por una columna de platos o relleno aleatorio o relleno estructurado en contracorriente con una corriente (51) de CO2, generándose una corriente producto (52) que comprende al menos uno de carbonato de sodio (Na2CO3), bicarbonato de sodio (NaHCO3), carbonato de potasio (K2CO3), o bicarbonato de potasio (KHCO3), solos o en cualquier combinación entre los mismos, corriente producto (52) que se realimenta a la etapa a) como agente estabilizante. f) carbonation of the NaOH and/or KOH of stream (42) by passing the stream (42) through a plate column or random packing or structured packing in countercurrent with a stream (51) of CO2, generating a product stream (52) comprising at least one of sodium carbonate (Na2CO3), sodium bicarbonate (NaHCO3), potassium carbonate (K2CO3), or potassium bicarbonate (KHCO3), alone or in any combination thereof, product stream (52) being fed back to step a) as a stabilizing agent.

En un segundo aspecto, la invención se dirige a un sistema para el tratamiento de efluentes procedentes de la incineración de combustibles sólidos que comprende las siguientes unidades: In a second aspect, the invention relates to a system for the treatment of effluents from the incineration of solid fuels comprising the following units:

a) una unidad (1) de estabilización de cenizas volantes que comprende: a) a fly ash stabilization unit (1) comprising:

i. un dispositivo de mezclado para mezclar las cenizas volantes (11) procedentes de una unidad (0) de incineración de combustibles sólidos con un agente estabilizante que comprende al menos uno de carbonato de sodio (Na2CO3), bicarbonato de sodio (NaHCO3), carbonato de potasio (K2CO3), bicarbonato de potasio (KHCO3), en cualquier combinación entre los mismos; y i. a mixing device for mixing fly ash (11) from a solid fuel incineration unit (0) with a stabilizing agent comprising at least one of sodium carbonate (Na2CO3), sodium bicarbonate (NaHCO3), potassium carbonate (K2CO3), potassium bicarbonate (KHCO3), in any combination thereof; and

ii. un dispositivo de filtración para separar la mezcla resultante en dos corrientes, una de cenizas volantes tratadas (12) que comprende carbonatos y/o bicarbonatos de metales pesados, y un líquido residual (21) que contiene, además de iones cloruro y cationes alcalinos como Na y K, distintos contaminantes tales como algunos metales pesados, sulfatos, materia orgánica, o mezclas los mismos; ii. a filtration device for separating the resulting mixture into two streams, one of treated fly ash (12) comprising carbonates and/or bicarbonates of heavy metals, and a residual liquid (21) containing, in addition to chloride ions and alkali cations such as Na and K, various contaminants such as some heavy metals, sulfates, organic matter, or mixtures thereof;

b) una unidad (2) de tratamiento del líquido residual (21) para capturar al menos parte de los metales pesados del líquido residual (21) mediante al menos una de las siguientes técnicas: ósmosis inversa, intercambio iónico, destilación, adsorción, filtración, cloración, coagulación, adición de oxidantes como ozono o peróxido de hidrógeno, tratamiento biológico o procesos de oxidación avanzada, solas o en cualquier combinación de las mismas, generándose como producto un líquido residual tratado (22); b) a wastewater treatment unit (2) for capturing at least some of the heavy metals from the wastewater (21) by at least one of the following techniques: reverse osmosis, ion exchange, distillation, adsorption, filtration, chlorination, coagulation, addition of oxidants such as ozone or hydrogen peroxide, biological treatment or advanced oxidation processes, alone or in any combination thereof, generating as a product a treated wastewater (22);

c) una unidad (3) de ajuste de la concentración de NaCl y/o KCl, que comprende un mezclador para mezclar el líquido residual tratado (22) con una solución (31) de NaCI y/o KCl, generándose una corriente (32) de alimento al electrolizador que tiene una concentración de NaCl y/o KCl de entre un 10% y un 50% peso/peso; c) a unit (3) for adjusting the concentration of NaCl and/or KCl, comprising a mixer for mixing the treated waste liquid (22) with a solution (31) of NaCl and/or KCl, generating a feed stream (32) to the electrolyzer having a concentration of NaCl and/or KCl of between 10% and 50% weight/weight;

d) una unidad (4) de electrólisis de NaCl/KCl para llevar a cabo la electrólisis del NaCl y/o KCl contenido en la corriente (32) de alimento al electrolizador, electrólisis que es alimentada mediante electricidad (41) y que genera una corriente (42) de NaOH/KOH que tiene una concentración de NaOH y/o KOH entre un 10% y un 50% peso/peso, y dos corrientes gaseosas: una de cloro (43) y otra de hidrógeno (44); y d) a NaCl/KCl electrolysis unit (4) for carrying out the electrolysis of the NaCl and/or KCl contained in the feed stream (32) to the electrolyzer, the electrolysis being powered by electricity (41) and generating a NaOH/KOH stream (42) having a NaOH and/or KOH concentration between 10% and 50% w/w, and two gas streams: one of chlorine (43) and one of hydrogen (44); and

e) una unidad (5) de carbonatación de NaOH/KOH que comprende una columna de platos o relleno aleatorio o relleno estructurado configurada para poner en contacto la corriente (42) de NaOH/KOH en contracorriente con una corriente (51) de CO2y que genera una corriente producto (52) que comprende al menos uno de carbonato de sodio (Na2CO3), bicarbonato de sodio (NaHCO3), carbonato de potasio (K2CO3), o bicarbonato de potasio (KHCO3), solos o en cualquier combinación entre los mismos, corriente producto (52) que se realimenta de vuelta a la unidad (1) de estabilización de cenizas volantes. e) a NaOH/KOH carbonation unit (5) comprising a plate column or random packing or structured packing configured to contact the NaOH/KOH stream (42) countercurrently with a CO2 stream (51) and generating a product stream (52) comprising at least one of sodium carbonate (Na2CO3), sodium bicarbonate (NaHCO3), potassium carbonate (K2CO3), or potassium bicarbonate (KHCO3), alone or in any combination thereof, the product stream (52) being fed back to the fly ash stabilization unit (1).

La Figura 1 presenta un diagrama de bloques del proceso en cuestión. La unidad (0) de incineración de combustibles sólidos emite, como efluentes, gases de escape (ricos en CO2), cenizas volantes (CV) y electricidad. En la presente invención, las CV son tratadas en la unidad (1) mediante mezclado con una disolución que puede ser de Na2CO3, NaHCO3, K2CO3, KHCO3, o una mezcla de estas, cuya concentración total de carbonatos y bicarbonatos oscilará entre un 2 y un 20% peso/peso, siendo el intervalo más preferible de 3 - 8%, a una temperatura que oscilará entre 20 y 80 °C, siendo el intervalo más preferible de 25 - 65 °C, a una presión entre la atmosférica y 10 bar, siendo la más preferible la presión atmosférica, y con una velocidad de agitación de la mezcla entre 100 y 1500 rpm, siendo el intervalo más preferible de 600 - 800 rpm. En dicha unidad tendrá lugar el tratamiento y estabilización de las CV, basado en la carbonatación (inmovilización) de los metales pesados que contiene, con el fin de evitar que estos sufran un proceso de lixiviación que provoque la contaminación de efluentes acuosos. En dicho proceso, que consiste en la mezcla íntima de las cenizas volantes y los carbonatos y/o bicarbonatos indicados y su posterior filtración, se generarán dos efluentes: Figure 1 presents a block diagram of the process in question. The solid fuel incineration unit (0) emits, as effluents, exhaust gases (rich in CO2), fly ash (FA), and electricity. In the present invention, the CVs are treated in the unit (1) by mixing with a solution that can be of Na2CO3, NaHCO3, K2CO3, KHCO3, or a mixture of these, the total concentration of carbonates and bicarbonates being between 2 and 20% weight/weight, the most preferred range being 3 - 8%, at a temperature ranging between 20 and 80 °C, the most preferred range being 25 - 65 °C, at a pressure between atmospheric and 10 bar, atmospheric pressure being the most preferred, and with a stirring speed of the mixture between 100 and 1500 rpm, the most preferred range being 600 - 800 rpm. In this unit, the fly ash will be treated and stabilized through carbonation (immobilization) of the heavy metals it contains, preventing leaching that could contaminate aqueous effluents. This process, which involves the intimate mixing of the fly ash with the specified carbonates and/or bicarbonates followed by filtration, will generate two effluents:

- CV tratadas (12), en general carbonatos y/o bicarbonatos de metales pesados, que deben ser clasificadas como residuos no peligrosos o inertes según la legislación vigente, y que pueden ser depositadas en las instalaciones pertinentes o bien utilizarse como adición en materiales de construcción. - Treated CV (12), generally carbonates and/or bicarbonates of heavy metals, which must be classified as non-hazardous or inert waste according to current legislation, and which can be deposited in the relevant facilities or used as an addition in construction materials.

- Líquido residual (21), con un contenido importante de iones cloruro y cationes alcalinos como Na o K, y con trazas de metales pesados (Al, Mg, Pb, Hg, Cu, Zn, Cd, entre otros), sulfatos y otros componentes. - Residual liquid (21), with a significant content of chloride ions and alkali cations such as Na or K, and with traces of heavy metals (Al, Mg, Pb, Hg, Cu, Zn, Cd, among others), sulfates and other components.

Dicho líquido residual (21) es tratado en una unidad de tratamiento de líquido residual (2), en la cual se eliminarán, mediante al menos una de las siguientes técnicas: ósmosis inversa, intercambio iónico, destilación, adsorción, filtración, cloración, coagulación, adición de oxidantes como ozono o peróxido de hidrógeno, tratamiento biológico o procesos de oxidación avanzada, solas o en cualquier combinación de las mismas, aquellos componentes que puedan afectar al proceso, principalmente sulfatos, metales pesados, materia orgánica u otros. El propósito será aprovechar dicho líquido residual tratado (22), rico en iones cloruro y cationes alcalinos, en el propio proceso objeto de la presente invención. Puede ser necesaria la purga de una parte de la corriente de líquido residual tratado (22), con el fin de evitar la acumulación excesiva de los componentes no deseados en el proceso. The wastewater (21) is treated in a wastewater treatment unit (2), where components that may affect the process, primarily sulfates, heavy metals, organic matter, or others, are removed by at least one of the following techniques: reverse osmosis, ion exchange, distillation, adsorption, filtration, chlorination, coagulation, addition of oxidants such as ozone or hydrogen peroxide, biological treatment, or advanced oxidation processes, alone or in any combination thereof. The purpose is to utilize the treated wastewater (22), rich in chloride ions and alkali cations, in the process of the present invention. Purging a portion of the treated wastewater stream (22) may be necessary to prevent excessive accumulation of unwanted components in the process.

La corriente de líquido residual tratado (22) es entonces alimentada a una unidad (3) para el ajuste de concentración de cloruros alcalinos, en la cual se producirá la mezcla íntima entre la corriente de líquido residual tratado (22) y una corriente fresca de NaCl, KCl o ambos. El objetivo es conseguir una corriente de alimento al electrolizador (32) con una concentración de NaCl y/o KCl entre un 10 y un 50% en peso, siendo el rango más preferible del 20-30% en peso. The treated wastewater stream (22) is then fed to a unit (3) for adjusting the alkali chloride concentration, where intimate mixing takes place between the treated wastewater stream (22) and a fresh stream of NaCl, KCl, or both. The objective is to obtain a feed stream to the electrolyzer (32) with a NaCl and/or KCl concentration between 10 and 50% by weight, with the preferred range being 20–30% by weight.

De la unidad (3) se obtiene una corriente de alimento al electrolizador (32) que es alimentada a una unidad (4) de electrólisis de NaCl/KCl, previo calentamiento a la temperatura de operación (entre 60 y 100 °C, siendo la temperatura más preferible entre 70 y 80 °C). En dicho proceso, gracias a la aplicación de energía eléctrica (41) que procede opcionalmente de la propia unidad de incineración de combustibles sólidos (0), se obtienen como productos una corriente (42) mezcla de NaOH y KOH, una corriente de cloro gaseoso (43) y una corriente de hidrógeno gaseoso (44). Las corrientes (43) y (44) podrán aprovecharse para otros procesos de la planta, o bien ser comercializados. From unit (3), a feed stream is obtained for the electrolyzer (32), which is fed to a NaCl/KCl electrolysis unit (4) after being preheated to the operating temperature (between 60 and 100 °C, with 70 to 80 °C being the most preferable). In this process, thanks to the application of electrical energy (41), which is optionally supplied by the solid fuel incineration unit (0), the products obtained are a NaOH and KOH mixture stream (42), a chlorine gas stream (43), and a hydrogen gas stream (44). Streams (43) and (44) can be used for other processes in the plant or sold.

La corriente (42) es enviada a la unidad de carbonatación de NaOH/KOH (5), en la cual se pone en contacto con el efluente gaseoso (51), rico en CO2, opcionalmente procedente de la unidad de incineración (0), preferiblemente en una columna de contacto en contracorriente de platos o relleno aleatorio o relleno estructurado, con el fin de absorber al menos una parte del CO2y obtener una corriente rica en carbonatos y bicarbonatos (52). Dicho proceso se lleva a cabo a una temperatura entre 20 y 80 °C, siendo preferible el rango 25 - 65 °C, y una presión entre 1 y 10 atmósferas, siendo preferible entre 5 y 7 atmósferas. Para conseguir la presión de operación, será necesario presurizar las corrientes (42) y (51), las cuales proceden de procesos llevados a cabo a presión atmosférica. Como resultado de la operación, se obtiene una corriente gaseosa de efluente (53) con una concentración de CO2reducida, gracias a la captura de este gas llevada a cabo en el proceso de absorción realizado en la unidad (5). Stream (42) is sent to the NaOH/KOH carbonation unit (5), where it is contacted with the CO2-rich gaseous effluent (51), optionally from the incineration unit (0), preferably in a countercurrent contact column with trays, random packing, or structured packing, in order to absorb at least some of the CO2 and obtain a carbonate- and bicarbonate-rich stream (52). This process is carried out at a temperature between 20 and 80 °C, preferably between 25 and 65 °C, and a pressure between 1 and 10 atmospheres, preferably between 5 and 7 atmospheres. To achieve the operating pressure, it will be necessary to pressurize streams (42) and (51), which come from processes carried out at atmospheric pressure. As a result of the operation, a gaseous effluent stream (53) is obtained with a reduced CO2 concentration, thanks to the capture of this gas carried out in the absorption process performed in unit (5).

Finalmente, la corriente líquida (52) es mezclada con la corriente de cenizas volantes (11) en la unidad de estabilización de CV (1), descrita al inicio del presente apartado. Finally, the liquid stream (52) is mixed with the fly ash stream (11) in the CV stabilization unit (1), described at the beginning of this section.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Figura 1.Diagrama de bloques del proceso de tratamiento de efluentes procedentes de la incineración de Combustibles Sólidos objeto de la presente invención. Figure 1. Block diagram of the effluent treatment process from the incineration of Solid Fuels subject to the present invention.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION

Tomando como base la descripción realizada en el apartado anterior y el esquema de la Figura 1, se describe a continuación una realización preferida: Based on the description in the previous section and the diagram in Figure 1, a preferred embodiment is described below:

- Unidad (1) de estabilización de CV, consistente en un mezclador en el que la corriente de cenizas volantes (11) y la corriente (52) se ponen en contacto íntimo, preferiblemente durante un tiempo de 5 minutos a una temperatura de 30 °C y 700 rpm, para posteriormente ser sometidas a un proceso de filtración, en el cual se separan la corriente de CV tratadas (12) y el líquido residual (21); - CV stabilization unit (1), consisting of a mixer in which the fly ash stream (11) and the stream (52) are brought into intimate contact, preferably for a time of 5 minutes at a temperature of 30 °C and 700 rpm, and are subsequently subjected to a filtration process, in which the treated CV stream (12) and the residual liquid (21) are separated;

- Unidad (2) de tratamiento de líquido residual, en el que se lleva a cabo un proceso de captura de metales pesados. En esta unidad, la corriente de líquido residual (21) se pone en contacto con un agente de separación, preferiblemente en condiciones de operación ambientales, con el fin de obtener la corriente de líquido residual tratado (22); - Wastewater treatment unit (2), in which a heavy metal capture process is carried out. In this unit, the wastewater stream (21) is brought into contact with a separation agent, preferably under ambient operating conditions, in order to obtain the treated wastewater stream (22);

- Unidad (3) de ajuste de concentración de NaCl/KCl, en el que se obtiene una corriente de alimento al electrolizador (32) mediante mezclado de la corriente de líquido residual tratado (22) y una corriente externa de solución de NaCl/KCl (31) preferiblemente en condiciones ambientales; - NaCl/KCl concentration adjustment unit (3), wherein a feed stream to the electrolyzer (32) is obtained by mixing the treated waste liquid stream (22) and an external stream of NaCl/KCl solution (31) preferably under ambient conditions;

- Unidad (4) de electrólisis de NaCl/KCl, en la que la corriente de alimento al electrolizador (32) se somete a un proceso de descomposición electroquímica preferiblemente a 70 °C y presión ambiental, obteniendo como productos NaOH/KOH (42), Ch (43) y H2(44); - NaCl/KCl electrolysis unit (4), in which the feed stream to the electrolyzer (32) is subjected to an electrochemical decomposition process preferably at 70 °C and ambient pressure, obtaining as products NaOH/KOH (42), Ch (43) and H2(44);

- Unidad (5) de carbonatación de NaOH/KOH, en la que la corriente de NaOH/KOH (42) se pone en contacto con el efluente gaseoso (51) procedente de la incineradora (0) mediante una columna de absorción, preferiblemente en condiciones de temperatura ambiente y presión de 5 atmósferas, obtenidas mediante presurización previa de las corrientes (42) y (51). En esta unidad tendrán lugar una o varias de las siguientes reacciones: - NaOH/KOH carbonation unit (5), in which the NaOH/KOH stream (42) is contacted with the gaseous effluent (51) from the incinerator (0) by means of an absorption column, preferably under ambient temperature and 5 atmosphere pressure conditions, obtained by pre-pressurization of streams (42) and (51). In this unit, one or more of the following reactions will take place:

Cuyos productos constituirán los componentes principales de la corriente (52), que será enviada a la unidad de estabilización de CV (1). Whose products will constitute the main components of the stream (52), which will be sent to the CV stabilization unit (1).

APLICACIÓN INDUSTRIALINDUSTRIAL APPLICATION

Mediante la presente invención se pretende mejorar desde el punto de vista ambiental y económico los procesos de incineración de combustibles sólidos, gracias a un proceso en el que intervienen como materias primas efluentes de dicho proceso cuya gestión y/o tratamiento suponen un desafío técnico, económico y ambiental. The present invention aims to improve the processes of incineration of solid fuels from an environmental and economic point of view, thanks to a process in which effluents from said process are used as raw materials, the management and/or treatment of which pose a technical, economic and environmental challenge.

REFERENCIASREFERENCES

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Claims (29)

REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para el tratamiento de efluentes procedentes de la incineración de combustibles sólidos que comprende las siguientes etapas:1. Procedure for the treatment of effluents from the incineration of solid fuels comprising the following stages: a) mezclado de cenizas volantes (11) procedentes de una unidad (0) de incineración de combustibles sólidos con un agente estabilizante que comprende al menos uno de carbonato de sodio (Na2CO3), bicarbonato de sodio (NaHCO3), carbonato de potasio (K2CO3), bicarbonato de potasio (KHCO3), en cualquier combinación entre los mismos;a) mixing fly ash (11) from a solid fuel incineration unit (0) with a stabilizing agent comprising at least one of sodium carbonate (Na2CO3), sodium bicarbonate (NaHCO3), potassium carbonate (K2CO3), potassium bicarbonate (KHCO3), in any combination thereof; b) filtración de la mezcla resultante para separarla en dos corrientes, una de cenizas volantes tratadas (12) que comprende carbonatos y/o bicarbonatos de metales pesados de las cenizas volantes, y un líquido residual (21) que contiene, además de iones cloruro y cationes alcalinos como Na y K, contaminantes tales como metales pesados, sulfatos, materia orgánica, o mezclas los mismos;b) filtration of the resulting mixture to separate it into two streams, one of treated fly ash (12) comprising carbonates and/or bicarbonates of heavy metals from the fly ash, and a residual liquid (21) containing, in addition to chloride ions and alkali cations such as Na and K, contaminants such as heavy metals, sulfates, organic matter, or mixtures thereof; c) captura de los sulfatos, metales pesados y materia orgánica del líquido residual (21) mediante al menos una de las siguientes técnicas: ósmosis inversa, intercambio iónico, destilación, adsorción, filtración, cloración, coagulación, adición de oxidantes como ozono o peróxido de hidrógeno, tratamiento biológico o procesos de oxidación avanzada, solas o en cualquier combinación de las mismas, generándose un líquido residual tratado (22);c) capture of sulfates, heavy metals and organic matter from the wastewater (21) by at least one of the following techniques: reverse osmosis, ion exchange, distillation, adsorption, filtration, chlorination, coagulation, addition of oxidants such as ozone or hydrogen peroxide, biological treatment or advanced oxidation processes, alone or in any combination thereof, generating a treated wastewater (22); d) mezclado del líquido residual tratado (22) con una solución (31) de NaCl/KCl para ajustar la concentración de NaCl y/o KCl, generándose una corriente (32) de alimento al electrolizador que tiene una concentración de NaCl y/o KCl de entre un 10% y un 50% peso/peso;d) mixing the treated waste liquid (22) with a NaCl/KCl solution (31) to adjust the concentration of NaCl and/or KCl, generating a feed stream (32) to the electrolyzer that has a NaCl and/or KCl concentration of between 10% and 50% weight/weight; e) electrólisis del NaCl y/o KCl de la corriente (32) de alimento al electrolizador, generándose una corriente (42) de NaOH/KOH que tiene una concentración de NaOH y/o KOH de entre un 10% y un 50% peso/peso, y dos corrientes gaseosas: una de cloro (43) y otra de hidrógeno (44); ye) electrolysis of the NaCl and/or KCl from the feed stream (32) to the electrolyzer, generating a NaOH/KOH stream (42) having a NaOH and/or KOH concentration of between 10% and 50% w/w, and two gas streams: one of chlorine (43) and another of hydrogen (44); and f) carbonatación del NaOH y/o KOH de la corriente (42) mediante el paso de la corriente (42) de NaOH y/o KOH en una columna de platos o relleno aleatorio o relleno estructurado en contracorriente con una corriente (51) de CO2, generándose una corriente producto (52) que comprende al menos uno de carbonato de sodio (Na2CO3), bicarbonato de sodio (NaHCO3), carbonato de potasio (K2CO3), o bicarbonato de potasio (KHCO3), solos o en cualquier combinación entre los mismos, corriente producto (52) que se realimenta a la etapa a) como agente estabilizante.f) carbonation of the NaOH and/or KOH of stream (42) by passing the NaOH and/or KOH stream (42) in a plate column or random packing or structured packing countercurrently with a CO2 stream (51), generating a product stream (52) comprising at least one of sodium carbonate (Na2CO3), sodium bicarbonate (NaHCO3), potassium carbonate (K2CO3), or potassium bicarbonate (KHCO3), alone or in any combination thereof, the product stream (52) being fed back to step a) as a stabilizing agent. 2. Procedimiento según la reivindicación 1 en el que, en la etapa a), la concentración total de carbonatos y bicarbonatos oscila entre el 2 y el 20% peso/peso.2. A process according to claim 1 wherein, in step a), the total concentration of carbonates and bicarbonates ranges from 2 to 20% w/w. 3. Procedimiento según la reivindicación 2 en el que, en la etapa a), la concentración total de carbonatos y bicarbonatos oscila entre el 3 y el 8% peso/peso.3. Process according to claim 2 wherein, in step a), the total concentration of carbonates and bicarbonates ranges from 3 to 8% w/w. 4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-3 anteriores en el que la etapa a) se lleva a cabo a una temperatura entre 20 °C y 80 °C.4. A process according to any of claims 1-3 above, wherein step a) is carried out at a temperature between 20 °C and 80 °C. 5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que la etapa a) se lleva a cabo a una temperatura entre 25 °C y 65 °C.5. Process according to claim 4, wherein step a) is carried out at a temperature between 25 °C and 65 °C. 6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la etapa a) se lleva a cabo a una presión entre la atmosférica y 10 bar.6. Process according to any of claims 1 to 5, wherein step a) is carried out at a pressure between atmospheric and 10 bar. 7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la etapa a) se lleva a cabo a presión atmosférica.7. Process according to claim 6, wherein step a) is carried out at atmospheric pressure. 8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-7 anteriores, en el que la etapa a) se lleva a cabo con una velocidad de agitación de la mezcla entre 100 y 1500 rpm.8. Method according to any of claims 1-7 above, wherein step a) is carried out with a stirring speed of the mixture between 100 and 1500 rpm. 9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la etapa a) se lleva a cabo con una velocidad de agitación de la mezcla entre 600 y 800 rpm.9. Method according to claim 8, wherein step a) is carried out with a stirring speed of the mixture between 600 and 800 rpm. 10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-9 anteriores, en el que, en la etapa c), se realiza la purga de una parte de la corriente de líquido residual tratado (22) con el fin de evitar la acumulación excesiva de los componentes no deseados en el proceso.10. A method according to any of claims 1-9 above, wherein, in step c), a portion of the treated waste liquid stream (22) is purged in order to prevent excessive accumulation of unwanted components in the process. 11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-10 anteriores, en el que, en la etapa d), la corriente de NaCl, KCl o ambos es alimentada desde el exterior del sistema, tal como desde unidades de almacenamiento térmico o agua de mar.11. A method according to any of claims 1-10 above, wherein, in step d), the stream of NaCl, KCl or both is fed from outside the system, such as from thermal storage units or seawater. 12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-11 anteriores, en el que, en la etapa d), la corriente (32) de alimento al electrolizador tiene una concentración de NaCl/KCl de entre un 20% y un 30% peso/peso.12. A method according to any of claims 1-11 above, wherein, in step d), the feed stream (32) to the electrolyzer has a NaCl/KCl concentration of between 20% and 30% w/w. 13. Procedimiento según las reivindicaciones 1-12 anteriores en el que la etapa e) se lleva a cabo a una temperatura de entre 60 °C y 100 °C.13. Process according to claims 1-12 above wherein step e) is carried out at a temperature between 60 °C and 100 °C. 14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la etapa e) se lleva a cabo a una temperatura entre 70 °C y 80 °C.14. Process according to claim 13, wherein step e) is carried out at a temperature between 70 °C and 80 °C. 15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-14 anteriores en el que, en la etapa e), la electrólisis se alimenta de electricidad proveniente de la unidad (0) de incineración de combustibles sólidos.15. A process according to any of claims 1-14 above, wherein, in step e), the electrolysis is powered by electricity from the solid fuel incineration unit (0). 16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que, en la etapa f), la corriente (51) de CO2procede de la unidad de incineración de combustibles sólidos (0).16. A process according to any of the preceding claims wherein, in step f), the CO2 stream (51) comes from the solid fuel incineration unit (0). 17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la etapa f) se realiza a una temperatura en el intervalo de 25 °C a 65 °C.17. A process according to any of the preceding claims wherein step f) is carried out at a temperature in the range of 25 °C to 65 °C. 18. Procedimiento según la reivindicación 17, en el que la etapa f) se realiza a una temperatura en el intervalo de 20 °C a 80 °C.18. Process according to claim 17, wherein step f) is carried out at a temperature in the range of 20 °C to 80 °C. 19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la etapa f) se realiza a una presión entre 1 y 10 atmósferas.19. A process according to any of the preceding claims wherein step f) is carried out at a pressure between 1 and 10 atmospheres. 20. Procedimiento según la reivindicación 19 en el que la etapa f) se realiza a una presión entre 5 y 7 atmósferas.20. Process according to claim 19 wherein step f) is carried out at a pressure between 5 and 7 atmospheres. 21. Procedimiento según las reivindicaciones 19 o 20 en el que, para conseguir la presión de operación, se presurizan las corrientes (42) y (51).21. Method according to claims 19 or 20 wherein, in order to achieve the operating pressure, the streams (42) and (51) are pressurized. 22. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el combustible sólido se selecciona de carbón, biomasa, combustibles derivados de residuos (CRD), residuos sólidos urbanos (RSU), o mezclas de los mismos.22. A method according to any of the preceding claims wherein the solid fuel is selected from coal, biomass, waste-derived fuels (RDF), municipal solid waste (MSW), or mixtures thereof. 23. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la corriente de cloro (43) generada en la etapa e) se utiliza en otras partes de la unidad (0) de incineración de combustibles sólidos o es separada para comercializar.23. A process according to any of the preceding claims, wherein the chlorine stream (43) generated in step e) is used in other parts of the solid fuel incineration unit (0) or is separated for commercial sale. 24. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la corriente de hidrógeno (44) generada en la etapa e) se utiliza para producir electricidad mediante una celda de combustible, o bien en la propia electrólisis de NaCl/KCl (4), o bien se utiliza en otras partes de la unidad (0) de incineración de combustibles sólidos, o bien se separa para comercializar.24. A process according to any of the preceding claims, wherein the hydrogen stream (44) generated in step e) is used to produce electricity by means of a fuel cell, or in the electrolysis of NaCl/KCl (4) itself, or is used in other parts of the solid fuel incineration unit (0), or is separated for commercial sale. 25. Sistema para el tratamiento de efluentes procedentes de la incineración de combustibles sólidos que comprende las siguientes unidades:25. System for the treatment of effluents from the incineration of solid fuels comprising the following units: a) una unidad (1) de estabilización de cenizas volantes que comprende:a) a fly ash stabilization unit (1) comprising: i. un dispositivo de mezclado para mezclar las cenizas volantes (11) procedentes de una unidad (0) de incineración de combustibles sólidos con un agente estabilizante que comprende al menos uno de carbonato de sodio (Na2CO3), bicarbonato de sodio (NaHCO3), carbonato de potasio (K2CO3), bicarbonato de potasio (KHCO3), en cualquier combinación entre los mismos; yi. a mixing device for mixing fly ash (11) from a solid fuel incineration unit (0) with a stabilizing agent comprising at least one of sodium carbonate (Na2CO3), sodium bicarbonate (NaHCO3), potassium carbonate (K2CO3), potassium bicarbonate (KHCO3), in any combination thereof; and ii. un dispositivo de filtración para separar la mezcla resultante en dos corrientes, una de cenizas volantes tratadas (12) que comprende carbonatos y/o bicarbonatos de metales pesados de las cenizas volantes, y un líquido residual (21) que contiene, además de iones cloruro y cationes alcalinos como Na y K, contaminantes tales como metales pesados, sulfatos, materia orgánica, o mezclas los mismos;ii. a filtration device for separating the resulting mixture into two streams, one of treated fly ash (12) comprising carbonates and/or bicarbonates of heavy metals from the fly ash, and a residual liquid (21) containing, in addition to chloride ions and alkali cations such as Na and K, contaminants such as heavy metals, sulfates, organic matter, or mixtures thereof; b) una unidad (2) de tratamiento del líquido residual (21) para capturar al menos parte de los metales pesados del líquido residual (21) mediante al menos una de las siguientes técnicas: osmosis inversa, intercambio iónico, destilación, adsorción, filtración, cloración, coagulación, adición de oxidantes como ozono o peróxido de hidrógeno, tratamiento biológico o procesos de oxidación avanzada, solas o en cualquier combinación de las mismas, generándose como producto un líquido residual tratado (22);b) a wastewater treatment unit (2) for capturing at least some of the heavy metals from the wastewater (21) by at least one of the following techniques: reverse osmosis, ion exchange, distillation, adsorption, filtration, chlorination, coagulation, addition of oxidants such as ozone or hydrogen peroxide, biological treatment or advanced oxidation processes, alone or in any combination thereof, generating as a product a treated wastewater (22); c) una unidad (3) de ajuste de la concentración de NaCl y/o KCl, que comprende un mezclador para mezclar el líquido residual tratado (22) con una solución (31) de NaCl y/o KCl, generándose una corriente (32) de alimento al electrolizador que tiene una concentración de NaCl y/o KCl de entre un 10% y un 50% peso/peso;c) a unit (3) for adjusting the concentration of NaCl and/or KCl, comprising a mixer for mixing the treated waste liquid (22) with a solution (31) of NaCl and/or KCl, generating a feed stream (32) to the electrolyzer having a concentration of NaCl and/or KCl of between 10% and 50% weight/weight; d) una unidad (4) de electrólisis de NaCl/KCl (4) para realizar la electrólisis del NaCl/KCl contenido en la corriente (32) de alimento al electrolizador, que es alimentada mediante electricidad (41) y que genera una corriente (42) de NaOH/KOH que tiene una concentración de NaOH y/o KOH entre un 10% y un 50% peso/peso, y dos corrientes gaseosas: una de cloro (43) y otra de hidrógeno (44);d) a NaCl/KCl electrolysis unit (4) for performing the electrolysis of the NaCl/KCl contained in the feed stream (32) to the electrolyzer, which is powered by electricity (41) and which generates a NaOH/KOH stream (42) having a concentration of NaOH and/or KOH between 10% and 50% weight/weight, and two gas streams: one of chlorine (43) and another of hydrogen (44); yand e) una unidad (5) de carbonatación de NaOH/KOH que comprende una columna de platos o relleno aleatorio o relleno estructurado configurada para poner en contacto la corriente (42) de NaOH/KOH en contracorriente con una corriente (51) de CO2y que genera una corriente producto (52) que comprende al menos uno de: carbonato de sodio (Na2CO3), bicarbonato de sodio (NaHCO3), carbonato de potasio (K2CO3), o bicarbonato de potasio (KHCO3), solos o en cualquier combinación entre los mismos, corriente producto (52) que se realimenta de vuelta a la unidad (1) de estabilización de cenizas volantes.e) a NaOH/KOH carbonation unit (5) comprising a plate column or random packing or structured packing configured to contact the NaOH/KOH stream (42) countercurrently with a CO2 stream (51) and generating a product stream (52) comprising at least one of: sodium carbonate (Na2CO3), sodium bicarbonate (NaHCO3), potassium carbonate (K2CO3), or potassium bicarbonate (KHCO3), alone or in any combination thereof, the product stream (52) being fed back to the fly ash stabilization unit (1). 26. Sistema según la reivindicación 25, en el que el combustible sólido comprende al menos uno de carbón, biomasa, combustibles derivados de residuos (CRD), residuos sólidos urbanos (RSU), o sus mezclas.26. System according to claim 25, wherein the solid fuel comprises at least one of coal, biomass, waste-derived fuels (RDF), municipal solid waste (MSW), or mixtures thereof. 27. Sistema según la reivindicación 26, en el que, en la unidad (3), la solución (31) de NaCl/KCl se suministra por una fuente externa al sistema.27. System according to claim 26, wherein, in unit (3), the NaCl/KCl solution (31) is supplied by a source external to the system. 28. Sistema según las reivindicaciones 25 a 27, en el que, en la unidad (4), la electricidad (41) es suministrada por la unidad (0) de incineración de combustibles sólidos.28. System according to claims 25 to 27, wherein, in unit (4), the electricity (41) is supplied by the solid fuel incineration unit (0). 29. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 25 a 28, en el que, en la unidad (5), la corriente de CO2es suministrada por la unidad (0) de incineración de combustibles sólidos.29. System according to any of claims 25 to 28, wherein, in unit (5), the CO2 stream is supplied by the solid fuel incineration unit (0).
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