ES2208112A1 - Proceso de secado de alperujo. - Google Patents

Abstract

Consistente en una separación mecánica de la fase líquida, que es posteriormente evaporada mediante un proceso directo en mezcla con otros gases por empleo de energía térmica residual de baja temperatura a partir de gases de combustión ya empleados en otros procesos térmicos, u otra fuente de similares características, o bien en dos etapas, en la que la primera emplea como fuente térmica el calor latente de condensación de parte del agua evaporada previamente en seno gaseoso en la fase de concentración final del producto, produciéndose de la evaporación de dicha primera fase como único componente vapor a vacío y condensándose finalmente este vapor a partir de agua de refrigeración de torre húmeda o cualquier otro sumidero térmico ambiente.

Description

Proceso de secado de alperujo.

Objeto de la invención

La invención consiste en un proceso de secado de alperujo aplicable en plantas de tratamiento de alperujo mediante calor aportado por motores alternativos y en plantas de generación eléctrica a partir de la combustión de orujo u orujillo, combinado en este último caso con la aportación de calor de los gases de escape de turbina de gas.

Antecedentes de la invención

Tradicionalmente las almazaras como centros productores de aceite de oliva, han venido generando una serie de productos residuales, entre los que destacaban los alpechines, líquidos de muy elevada reactividad bioquímica, cuyo vertido incontrolado provoca un gran impacto ambiental por su gran toxicidad, haciéndose muy complicado su manejo, debido a su elevada proporción de agua, que da lugar a tener que controlar grandes volúmenes de líquido. En el proceso más común hasta hace unos años de obtención de aceite por medios mecánicos, denominado de tres fases, se obtiene además otro subproducto, el orujo, con humedades del orden del 50% e integrado por la pulpa y el hueso de aceituna residuales del proceso de extracción. En este orujo queda todavía un porcentaje de aceite, posible de obtener en las extractoras por medios termoquímicos, una vez reducida esta humedad original a valores del orden del 10%, mediante procesos de secado.

Con objeto de eliminar el importante problema creado en las almazaras, relativo a la producción de alpechines, se ha extendido recientemente un nuevo sistema de extracción de aceite, denominado de dos fases, en el que el alpechín sale mezclado con el orujo, obteniéndose un lodo orgánico más húmedo, denominado alperujo, con humedades en torno al 65%. Las almazaras envían este alperujo a las extractoras de aceite de orujo, pasando a estas últimas el problema de su tratamiento y reducción.

Para este tratamiento, consistente básicamente en el secado del producto, es preciso consumir importantes cantidades de energía, con el inconveniente adicional de que el producto seco final resultante, con el que se alimenta a la extractora para su desgrasado, lleva incorporados todos los productos solubles en agua (azúcares, sales minerales, productos orgánicos), que en principio forman parte de las sustancias sólidas disueltas en el alpechín, además de otras partículas en suspensión. Estas sustancias crean problemas adicionales cuando se pretende dar utilidad como combustible al orujo seco final desgrasado orujillo, solución habitual dadas las buenas características energéticas de este producto.

La invención aquí expuesta permitirá a las compañías extractoras de aceite de orujo el tratamiento y reducción del alperujo original proveniente de las almazaras con un aprovechamiento energético y exergético máximo, así como la obtención de subproductos finales totalmente reutilizables y con valor económico en el mercado.

En general el tratamiento térmico para el secado de residuos con elevadas tasas de humedad, como es el caso del alperujo, es bastante costoso desde el punto de vista energético, por lo que se ha comenzado recientemente a recurrir a instalaciones de cogeneración, mediante máquinas térmicas (motores alternativos o turbinas de gas) que generan, a partir de un combustible primario, energía eléctrica y la energía térmica requerida para el secado.

Los tratamientos mecánicos previos de los residuos (centrifugación, filtrado, prensado, etc.) para reducir la humedad son muy eficaces y ahorran una cantidad importante de energía, siempre que el líquido separado mecánicamente no contenga contaminantes y pueda verterse libremente. Sin embargo, cuando se trata de residuos cuya fracción líquida está contaminada con productos solubles en agua y partículas sólidas, como el alpechín que se obtiene en el caso del alperujo, el líquido separado no puede generalmente verterse libremente y en ocasiones ni siquiera es factible o económico someterlo a un proceso de depuración previo al vertido. De ahí que en el caso del alperujo no se apliquen generalmente estos tratamientos mecánicos previos y se seque directamente el alperujo con gases de escape de la máquina térmica, directamente con los gases o con aire calentado por éstos.

El procedimiento empleado habitualmente consiste en utilizar los gases de escape de la máquina térmica, o aire calentado con éstos, para el secado del alperujo por contacto directo, en secaderos rotativos, hasta conseguir orujo con el 10% de humedad aproximadamente. Este procedimiento se adapta en principio bastante bien a la energía térmica disponible con turbinas de gas, en forma de gases de escape, y notablemente peor a la energía térmica disponible con motores alternativos, en forma de gases de escape y agua caliente, ya que esta última, de bajo nivel térmico, no puede aprovecharse prácticamente para el secado, con el procedimiento habitual indicado, salvo para una pequeña parte para precalentamiento del aire de secado, si la energía de los gases de escape se transfiere a un flujo de aire. En el caso de las turbinas de gas el principal inconveniente es el bajo rendimiento exergético del proceso, condicionado por el bajo rendimiento térmico de la turbina de gas, comparado con el del motor alternativo, lo que conduce además a costes más elevados de la energía eléctrica generada.

Adicionalmente, con el procedimiento empleado habitualmente, los gases de salida del secadero rotativo presentan altos contenidos de partículas sólidas, que en ocasiones no es posible reducir a los límites legales mediante ciclones.

Descripción de la invención

La invención consiste en un proceso de secado de alperujo en el que se extrae una fracción líquida del alperujo por medios mecánicos, la cual se concentra por evaporación mediante un flujo de gases de bajo nivel térmico, en una torre húmeda de contacto directo, con recirculación y pulverización del líquido a concentrar.

La invención puede aplicarse en plantas de tratamiento de alperujo mediante calor aportado por un motor alternativo, en cuyo caso el flujo de gases de bajo nivel térmico se compone básicamente de un caudal de aire caliente generado a partir de la energía térmica del agua de refrigeración del motor. En este tipo de plantas los gases de escape del motor se pueden emplear para secar en un secadero, normalmente de tipo rotativo, la fracción sólida obtenida en el proceso de separación mecánica. Los gases de salida del secadero pueden emplearse también como aporte energético adicional al proceso de evaporación de la torre húmeda, con lo cual puede llevarse a cabo asimismo un proceso de lavado de los mismos, con captura de un porcentaje importante de sus partículas sólidas.

Dado que los gases de escape del motor están contaminados con aceite lubricante es habitual, para no contaminar los subproductos del secado si se pretende realizar un secado térmico por contacto directo, calentar con los gases un flujo de aire, que es el que entra en contacto directo con el residuo. En este caso, parte de la energía de los circuitos de agua de refrigeración puede emplearse para precalentar dicho flujo de aire.

La invención propuesta permite de esta forma aprovechar la mayor parte de la energía térmica de bajo nivel en forma de agua caliente, incrementando notablemente el rendimiento energético y exergético del proceso de secado y requiriendo un motor alternativo de menor potencia para unas necesidades de secado dadas.

La invención puede aplicarse asimismo en plantas de generación eléctrica a partir de la combustión de orujo (fracción sólida del alperujo con grasa, con humedad entre el 10% y el 50%) u orujillo (fracción sólida del alperujo desgrasada con aproximadamente un 10% de humedad). Debe tenerse en cuenta que el alperujo no es susceptible de ser quemado directamente en calderas de forma técnico - económicamente viable. En este caso el flujo de gases de bajo nivel térmico que alimenta la torre de evaporación corresponde al caudal de gases de escape de la caldera de combustión.

Dependiendo de diversos factores, puede ser frecuente que la energía disponible en los gases de escape citados no sea suficiente para evaporar todo el agua que se pretende de la fracción líquida separada por medios mecánicos, para alcanzar el grado de concentración deseado, normalmente del orden del 50%. En estos casos se aprovecharía la energía residual del flujo de gases saturado en vapor de agua que sale de la torre húmeda, de muy bajo nivel térmico, para llevar a cabo un proceso de evaporación al vacío de una parte del agua de la fracción líquida a concentrar, siguiendo algunas de las tecnologías alternativas existentes: flash, evaporación, etc. Ambos procesos de evaporación y concentración (el de la torre y el de sistema de vacío) pueden realizase en paralelo, alcanzando en ambos la misma concentración final, o en serie, atendiendo a las características más o menos favorables de ambos sistemas para alcanzar un grado de concentración final óptimo, generalmente con una preconcentración en el sistema de vacío y una concentración final en la torre.

Con el procedimiento descrito se consigue poder emplear la fracción sólida del alperujo para generación de energía eléctrica sin consumir energía primaria para el secado del alperujo, con las consiguientes ventajas, en especial de tipo energético.

En ocasiones puede ser conveniente sin embargo utilizar en la caldera de combustión un orujo de menor contenido de humedad que el obtenido en la separación mecánica de la fracción líquida o incluso puede requerirse secar casi totalmente el orujo para extracción de aceite de orujo, en cuyo caso se dispondría de orujillo para la caldera de combustión. En estos casos puede incorporarse una máquina térmica de potencia adecuada para poder aportar a un secadero los gases de escape requeridos para el grado de secado deseado. Una turbina de gas ofrece en este caso mayor disponibilidad de gases de escape para un consumo dado de energía primaria y puede resultar más favorable, a no ser que un motor alternativo se justifique para este servicio por motivos económicos. Especialmente en el caso de emplear una turbina de gas también se requiere para el secado una energía primaria procedente de combustibles muy inferior que con los sistemas existentes. La evaporación por mezcla en la torre húmeda permite además, en especial si se incorporan los dispositivos de turbulencia adecuados, llevar a cabo un lavado de los gases aportados, lo que permite reducir las emisiones de partículas sólidas respectos de los sistemas convencionales.

Otra ventaja importante del proceso propuesto es que elimina del orujo todos los elementos orgánicos y minerales presentes en la fracción líquida separada mecánicamente. Estos elementos empeoran las características del orujo, especialmente si se pretende su empleo como combustible. Por el contrario permiten obtener un concentrado final a partir de la fracción líquida rico en nutrientes para abono, si bien también existe la opción de quemarlo o secarlo totalmente.

Como ejemplos de aplicación de la invención se describen a continuación 3 posibles esquemas de aplicación, representados en las figuras 1, 2 y 3.

El esquema de la figura 1 corresponde a un ejemplo de planta de tratamiento de alperujo mediante calor aportado por un motor alternativo. El de la figura 2 es un ejemplo de planta de generación eléctrica a partir de la combustión de orujo. El de la figura 3 es un ejemplo de planta de generación eléctrica a partir de la combustión de orujillo.

El alperujo (corriente 19) se somete en todos los casos, en las condiciones de recepción desde las almazaras (balsa 1), a un proceso de centrifugación en tres fases mediante decanters (3), lo que aparte de permitir obtener una parte del aceite contenido (31), adicionalmente separa el orujo (20), con una humedad próxima al 50%, y el alpechín líquido (22) con un porcentaje del orden del 5% de productos sólidos, donde se encuentran incluidos los azúcares y gran parte de las sales minerales integrantes de estos productos.

En el proceso representado en la figura 1, el orujo de salida del decantador se transporta hasta el secadero (4) en el que se mezcla con aire (27) previamente calentado en el aerorrefrigerante (12) a partir de parte del calor del agua de refrigeración del motogenerador (10) y posteriormente impulsado por el ventilador (18) correspondiente, a partir de la energía de los gases de combustión del motor, (28) en el cambiador (11).

La mezcla del orujo con este aire caliente, permite el intercambio calorífico para la vaporización del agua, secando el orujo hasta humedades del orden del 10% denominado orujo graso seco (21).

El aire húmedo de salida del secadero con pequeños arrastres de volátiles, y partículas sólidas (29) pasa a un separador ciclónico de partículas (34) y de aquí a un venturi (13) donde se mezcla íntimamente con parte de la corriente de alpechín 22 impulsado por la bomba 17. El alpechín atempera la corriente de gases bajando la temperatura por vaporización de gran parte del agua del mismo, resultando concentrado a la salida. En resto de la corriente de alpechín pasa a un atemperador (14) donde es pulverizado en la corriente de aire bifurcada a la salida del aerorrefrigerante previamente calentado por éste.

Ambas corrientes de aire húmedo y alpechín concentrado a la salida de dichos equipos, son unidas e impulsadas por un ventilador (18) al interior de la torre de evaporación y lavado de gases (5). En este equipo, se separa el concentrado previo de alpechín que cae a un depósito, desde donde es recirculado por una bomba (17) para ser de nuevo pulverizado (23) en la corriente de gases dentro de la torre, pudiéndose producir vaporizaciones adicionales a partir de la energía térmica residual de los gases, con lo que se consigue llevar al alpechín final drenado a la concentración de diseño (24).

El motogenerador es alimentado con gas natural (30) e incluye el alternador accionado (16) y el circuito de agua de refrigeración mencionado anteriormente (26) que permite el precalentamiento de todo el caudal de aire de secado empleado en el proceso.

Los gases de combustión del motor (28) después de ceder calor para calentamiento superior del aire de secadero, son expulsados al exterior junto con los gases finales de secado, a través de la correspondiente chimenea (15).

Este proceso permite pues emplear los distintos niveles de calidad de la energía residual del motogenerador de forma óptima, recuperándose de forma eficaz la mayoría de la energía residual disponible.

La figura 2 representa otro proceso que se diferencia del anterior en los siguientes aspectos.

El orujo al 50% de humedad (20) a la salida de decanter (3) es almacenado primeramente en estas condiciones y posteriormente alimentado como combustible para una caldera de vapor (7). En esta caldera ya a partir de la energía de combustión del orujo, se genera vapor sobrecalentado (32), para alimentar una turbina de vapor (9) con su correspondiente alternador (16) generándose aquí energía eléctrica. El ciclo de vapor se cierra con sus circuitos de condensado (33) y las bombas de impulsión (17). El agua de refrigeración del ciclo (26) proviene de una torre húmeda de refrigeración (36).

Los gases de combustión (28) a la salida de la caldera pasan al equipo de pretratamiento de gases (35) y de aquí a través del correspondiente ventilador de tiro al venturi (13) para en forma similar a la anterior evaporar con su calor residual y concentrar una corriente (23) de alpechín preconcentrado en el preconcentrador a vacío (6).

La corriente final de gases y alpechín concentrado a la salida del ejector, pasa a la torre de lavado de gases por recirculación de alpechín ya descrita anteriormente. El sistema de preconcentrado de alpechín a vacío, recibe el alpechín producido en el decanter, siendo bombeado por la bomba (17) hasta un cambiador de calor (39) alimentado por los gases de salida de la torre de concentración. Los gases son enfriados por debajo del punto de rocío, por lo que condensa parte del agua anteriormente vaporizada del alpechín. Esta agua es drenada a la torre húmeda de refrigeración Por el otro lado del cambiador, el alpechín diluido es calentado a presión próxima a la atmosférica por absorción de este calor, y posteriormente laminado a vacío algo inferior a la presión de saturación del vapor para la temperatura del agua de refrigeración de la torre húmeda (6). Durante la laminación, una parte del agua contenida en el alpechín se evapora a partir de su propia energía interna adquirida, y baja la temperatura concentrándose. El vapor formado, es condensado en un condensador (8) refrigerado por el agua de la torre de refrigeración, y el líquido drenado a dicha torre (36).

El sistema permite pues evaporar al vacío la primera fracción de agua del alpechín, (preconcentrándolo) a partir básicamente de la energía de condensación de parte del vapor de agua a la salida de la torre de concentración y procedente por tanto del propio agua vaporizada del alpechín en dicha torre de concentración total.

El alpechín finalmente concentrado en la torre de concentración y lavado de gases es drenado al exterior (24).

En la figura 3 se representa otra variante del proceso, que se diferencia de la anterior en el hecho de que se incluye un secadero de orujo de características similares al de la variante de la figura 1, con objeto de bajar la humedad de este producto hasta el orden del 10%, de forma que este orujillo seco (21) desengrasado en una extractora de aceite final por disolventes (38), constituye el combustible de la caldera de vapor (7).

Para el suministro de energía a este secadero se emplea una turbina de gas (37) dimensionada para suministrar el caudal de gases de escape requerido para este proceso de secado del orujo.

El orujillo seco desgrasado en la extractora es empleado como combustible en la caldera de vapor del ciclo de vapor similar al esquema previo, donde también es posible incorporar los gases de escape de la turbina de gas directamente, cuando no opera el secadero de orujo.

En las condiciones normales, operando el secadero de orujo, los gases de salida del secadero, una vez separadas las partículas sólidas arrastradas, en el ciclón, se unen a los gases de salida de caldera en un punto aguas abajo del sistema de pretratamiento, para en forma conjunta suministrar la energía requerida para la concentración de la corriente de alpechín tanto en el preconcentrador a vacío como en la torre de evaporación según los procesos previamente expuestos.

A continuación se indican la correspondencia entre los números de identificación de las figuras y los equipos y corrientes correspondientes:

1.-

Balsa almacenamiento alperujo.

2.-

Termobatidora.

3.-

Decantador centrífugo.

4.-

Secadero de orujo húmedo (normalmente tipo tromel).

5.-

Torre de concentración de alpechín/lavado de gases.

6.-

Preconcentrador de alpechín por evaporación a vacío.

7.-

Caldera de biomasa.

8.-

Condensadores a vacío.

9.-

Turbina de vapor.

10.-

Motogenerador de gas.

11.-

Cambiador de calor gases escape motor/aire.

12.-

Aero refrigerador circuito refrigeración motor.

13.-

Ejector tipo venturi.

14.-

Atemperador.

15.-

Chimenea salida gases.

16.-

Generador eléctrico.

17.-

Bombas de líquido.

18.-

Ventiladores.

19.-

Alperujo 65=70% humedad.

20.-

Orujo 50% humedad.

21.-

Orujillo seco desgrasado.

22.-

Alpechín 95%.

23.-

Alpechín preconcentrado.

24.-

Alpechín concentrado.

25.-

Condensado drenado a torre húmeda.

26.-

Agua de refrigeración.

27.-

Aire.

28.-

Gases de combustión.

29.-

Gases de salida secadero de orujo.

30.-

Combustible gas natural.

31.-

Aceite de oliva.

32.-

Vapor sobrecalentado.

33.-

Agua de ciclo de vapor.

34.-

Separadores ciclónicos de partículas.

35.-

Pretratamiento de gases de combustión.

36.-

Torre refrigeración evaporativa.

37.-

Turbogrupo de gas.

38.-

Extractora de aceite de orujo por disolventes.

39.-

Cambiador de calor calentamiento de alpechín/condensador de vapor de gases de salida torre de concentración y lavado de gases.

Claims (9)

1. Proceso de secado de alperujo, caracterizado porque se extrae una fracción líquida del alperujo por medios mecánicos, la cual se concentra por evaporación mediante un flujo de gases de bajo nivel térmico, a temperaturas inferiores a 200°C, en una torre húmeda de contacto directo, con recirculación y pulverización del líquido a concentrar.

2. Proceso de secado de acuerdo con la reivindicación 1ª, caracterizado porque el flujo de gases de bajo nivel térmico corresponde en su mayor parte a un caudal de aire calentado con el agua de refrigeración de un motor alternativo.

3. Proceso de secado de acuerdo con la reivindicación 2ª, caracterizado porque los gases de escape del motor alternativo se emplean para secar en un secadero la fracción sólida del alperujo separado por medios mecánicos.

4. Proceso de secados de acuerdo con la reivindicación 3ª, caracterizado porque los gases de salida del secadero se emplean también como parte del flujo de gases que se aporta a la torre húmeda de evaporación.

5. Proceso de secado de acuerdo con la reivindicación 1ª, caracterizado porque el flujo de gases de bajo nivel térmico corresponde en su mayor parte al caudal de gases de escape de una caldera de combustión en la que se quema la fracción sólida del alperujo tratado.

6. Proceso de secado de acuerdo con la reivindicación 5ª, caracterizado porque el flujo saturado de gases exhaustado por la torre húmeda de evaporación se recupera térmicamente para aportar calor a un sistema de evaporación al vacío donde se evapora una parte del agua de la fracción líquida separada por medios mecánicos, complementando así la parte evaporada en la propia torre.

7. Proceso de secado de acuerdo con la reivindicación 5ª, caracterizada porque la fracción sólida del alperujo quemada en la caldera de combustión es la obtenida tras el proceso de separación mecánica de la fracción líquida.

8. Proceso de secado de acuerdo con la reivindicación 5ª, caracterizada porque la fracción sólida del alperujo quemada en la caldera de combustión es la separada por medios mecánicos pero sometida previamente a un proceso de secado adicional con gases calientes procedentes del escape de una máquina térmica.

9. Proceso de secado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque adicionalmente se lleva a cabo en la torre húmeda un proceso de lavado de los flujos de gases aportados contaminados por partículas sólidas.