ES2214913T3 - Composicion combustible en forma de una emulsion que se deriva de desechos heterogeneos grasos y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents
Composicion combustible en forma de una emulsion que se deriva de desechos heterogeneos grasos y procedimiento para su fabricacion.Info
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Abstract
Composición combustible caracterizada porque comprende: - una emulsión estable agua-en-aceite y/o agua-en-compuestos orgánicos homogéneos, formada a partir de desechos heterogéneos grasos y que comprende al menos un agente emulsionante y/o un jabón alcalino o alcalinotérreo formado a partir de una base seleccionada entre los hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos, y - partículas sólidas en suspensión. siendo el indicado emulsionante y/o la indicada base más soluble en la fracción orgánica contenida en los desechos que en el agua.
Description
Composición combustible en forma de una emulsión
que se deriva de desechos heterógenos grasos y procedimiento para
su fabricación.
La presente invención se refiere a una
composición combustible de emulsión a su procedimiento de
fabricación a partir de desechos heterogéneos y al procedimiento de
combustión que utiliza esta composición combustible.
Los desechos orgánicos tales como los que
provienen de la industria agro-alimentaria (harinas
de carnes, vísceras, etc.) se caracterizan por un poder calorífico
medio elevado, pero poseen enormes problemas de combustión,
particularmente como consecuencia de su gran heterogeneidad.
Así, en lo que se refiere a la alimentación de
aparatos de combustión por estos desechos, la heterogeneidad de los
desechos hace su manipulación muy delicada y la regulación de la
combustión aleatoria. Los hogares de combustión alimentados por este
tipo de desechos se encuentran sometidos a variaciones de poder
calorífico importantes y rápidas: un modo de funcionamiento de este
tipo es técnicamente inaceptable para una instalación clásica de
combustión.
Además, del hecho de la heterogeneidad de los
desechos, el hogar de combustión puede encontrarse en presencia bien
sea de una fracción de desechos cuyo contenido en materias volátiles
es muy elevada, o de una fracción de desechos pobre en materias
volátiles. Cualquiera que sea el caso considerado, la combustión
plantea problemas: en el primer caso, la combustión es muy rica y
los niveles de temperatura alcanzados en el hogar de combustión
producen problemas de resistencia de los materiales; en el segundo
caso, la combustión es pobre y genera residuos y elementos no
quemados.
La presente invención trata de remediar el
conjunto de problemas citados anteriormente.
Tiene particularmente por objeto proporcionar, a
partir de desechos orgánicos heterogéneos grasos, una composición
combustible homogénea y estable en forma de una emulsión. Tiene
igualmente por objeto un procedimiento sencillo para llegar a una
composición combustible de este tipo. Tiene también por objeto un
procedimiento de combustión que no presenta los inconvenientes
observados durante la combustión de desechos grasos no tratados.
La combustión combustible de la invención
consiste, de una forma general, en
- una emulsión estable
agua-en-aceite y/o
agua-en-compuestos orgánicos
homogéneos, formada a partir de desechos heterogéneos grasos y que
comprende al menos un agente emulsionante y/o un jabón alcalino o
alcalino-térreo formado a partir de una base
seleccionada entre los hidróxidos alcalinos o alcalinotérreos, y
- partículas sólidas en suspensión
siendo el indicado agente emulsionante y/o la
indicada base más soluble en la fracción orgánica contenida en los
desechos que en el agua.
En la composición combustible de la invención, el
agua se encuentra en forma de gotitas dispersadas en la fase
continua, que es una fase orgánica, o fase grasa.
Hay que observar que, en términos de combustión,
una emulsión de agua en materia orgánica es más interesante que una
emulsión de la materia orgánica en agua, pues en el caso en que la
fase continua fuese agua, sería preciso un aporte de energía
suficiente en el dispositivo de combustión para evaporar el agua que
comprende la materia orgánica antes de iniciar la combustión,
mientras que en el caso en que la fase continua fuese la materia
orgánica, bastaría con llevar de introducir un aporte energético
para alcanzar la temperatura de inflamación de la fase grasa para
iniciar la combustión: en la solución preconizada en la invención,
es el calor desprendido por la combustión el que se utiliza para la
evaporación del agua contenida en la composición.
Según la naturaleza de los desechos grasos
tratados para preparar la composición combustible según la
invención, la distribución ponderal entre los diferentes
constituyentes puede ser la siguiente:
- del 10 al 60% en peso de agua
- del 10 al 60% en peso de grasas, y
- del 1 al 80% en peso de materias sólidas.
Una distribución ponderal preferida es:
- del 10 al 55% en peso de agua,
- del 15 al 45% en peso de grasas, y
- del 3 al 75% en peso de materias sólidas.
Las materias sólidas generalmente contenidas en
las composiciones combustibles de la invención se encuentran en
general en forma de trozos de tamaños relativamente homogéneos
teniendo su dimensión más grande inferior o igual a 10 cm, de
preferencia inferior o igual a 2 cm y, de forma aún más preferida,
inferior o igual a 1 cm.
Por otro lado, las composiciones combustibles de
la invención tienen en general un poder calorífico inferior (PCI) de
la menos 6.000 kJ/kg, de preferencia, de al menos 10.000 kJ por
kilogramo.
De forma general, la fabricación de las
composiciones combustibles según la invención comprenden dos
operaciones principales:
- a)
- una disminución de la heterogeneidad granulométrica del desecho, y
- b)
- la formación de la emulsión por agitación, y eventualmente aporte de un emulsionante.
El procedimiento según la invención es objeto de
la reivindicación 8.
Las dos operaciones pueden asociarse en una sola
etapa o disociarse en varias etapas realizadas sucesivamente.
Más particularmente, los desechos grasos de
partida pueden consistir en toda clase de desechos de la industria
agro-alimentaria, harinas animales, vísceras de
palmípedos, etc.
A título indicativo, se puede precisar que la
proporción de grasas en las harinas animales es en general del 10 al
35% en peso. En las vísceras, esta proporción puede ser por ejemplo
del 20 al 40% en peso. En estas, la proporción de agua puede ser por
ejemplo del 35 al 55% en peso.
Para reducir la heterogeneidad de los desechos
grasos, se les somete a una operación de homogeneización (a),
llamada "operación dinámica de homogeneización", que puede
consistir por ejemplo en un despedazamiento, un triturado, un
cortado o cualquier otra operación que permita reducir la diferencia
de tamaño entre los diversos componentes sólidos del desecho. Esta
operación puede realizarse por ejemplo en un triturador, una
picadora o cualquier otro dispositivo que permita el cizallamiento
de los trozos de desechos grasos. La operación puede efectuarse en
tandas (por lotes) o en continuo.
Como ya se ha indicado anteriormente, la
granulometría que se busca obtener puede corresponder a partículas
de formas variadas cuya dimensión más grande es inferior o igual a
10 cm, de preferencia inferior o igual a 2 cm, y de forma aún más
preferida, inferior o igual a 1 cm.
La temperatura a la cual se realiza la
homogeneización es en general inferior a 70ºC y de preferencia
inferior a 55ºC, por las razones que se indicarán más adelante.
La formulación de la emulsión u homogeneización
de estructura (operación (b) del procedimiento de fabricación de la
invención) se realiza por agitación del desecho graso, después o
simultáneamente a la operación (a) descrita anteriormente.
El agua que entra en la composición de la
emulsión para constituir la fase dispersada puede provenir del
desecho orgánico tratado. Puede igualmente tratarse de agua añadida
durante la etapa de formación de la emulsión. En general, se
preferirá no añadir agua.
La formación de la emulsión se obtiene por
agitación y eventualmente aporte de un emulsionante, que es
preferentemente soluble en la fase orgánica (o graso). Se
seleccionarán entonces compuestos cuyo equilibrio hidrófilo/lipófilo
(H.L.B.) sea bajo. Este equilibrio, que representa el peso relativo
entre la cadena grasa de la molécula y el grupo solubilizante,
estará comprendido entre 2 y 8 y preferentemente entre 3 y 6.
Entre las familias de compuestos emulsionantes
que favorecen la formación de una emulsión de agua en la grasa, se
podrán seleccionar compuestos etoxilados o propoxilados de
alcoholes, de ácidos y de ésteres grasos, de aminas o de amidas con
pesos moleculares elevados. Se preferirán alcoholes grasos
superiores tales como los esteroles, los mono- y di-ésteres de
poliglicol con cadena poliglicólica corta.
Los contenidos de estos compuestos emulsionantes
con relación a la masa global de la mezcla líquida, grasa más agua,
estarán comprendidos entre un 0,5 y un 5% en peso y de preferencia
entre un 1 y un 3% en peso.
Agentes emulsionantes de tipo aceites sulfonados
o sulfatados podrían igualmente ser utilizados, pero liberarían
durante la combustión cantidades de óxidos de azufre nada
despreciables.
Parejas de emulsionantes, de comportamientos
diferentes cuando se toman por separado, pueden conducir, cuando se
asocian en proporciones adaptadas, a emulsiones agua en aceite
estables. Se pueden citar por ejemplo ésteres de alcoholes pesados
mezclados con sales de amonio cuaternarias.
En una versión preferida de la invención, el
emulsionante se fabrica in situ mediante adición a los
desechos de trazas de una base que consiste generalmente en un
hidróxido de metal alcalino o alcalinotérreo tal como por ejemplo,
sosa, potasa, cal o hidróxido de magnesio, después o durante su
homogeneización granulométrica.
En efecto, los desechos grasos por un lado
contienen trazas de ácidos grasos libres y por otro lado
experimentan una hidrólisis parcial, que libera ácidos grasos y
alcoholes (en general el glicerol). En consecuencia, el aporte de
una base alcalina o alcalinotérrea provoca la neutralización de los
ácidos y la formación de jabones alcalino o alcalinotérreos, que
juegan el papel de emulsionantes durante la preparación de la
emulsión.
De una forma esquemática y si se representa la
fracción orgánica contenida en los desechos en forma de
triglicéridos, las reacciones puestas en juego son las
siguientes:
La reacción de hidrólisis al ser favorecida por
la elevación de la temperatura, es recomendable efectuar la
operación dinámica de homogeneización (a), destinada a disminuir la
heterogeneidad granulométrica, a temperaturas bajas y controladas,
por ejemplo inferiores a 55ºC, pues una hidrólisis avanzada produce
el aumento de la acidez de los desechos, lo que necesita el empleo
de cantidades más elevadas de base para la neutralización de los
ácidos. Este fenómeno es penalizante por dos razones, la primera es
económica y la segunda está relacionada con la combustión. En
efecto, el aporte de cantidades importantes de bases reduce el poder
calorífico del combustible final y produce residuos de combustión en
forma de sales alcalinas.
En consecuencia, según una versión preferida de
esta invención, la operación dinámica (a) de homogeneización se
efectúa a temperaturas inferiores a 70ºC, y de preferencia inferior
a 55ºC por las razones citadas anteriormente, y para evitar todo
fenómeno de claqueo que provoque la ruptura de la emulsión.
En la operación de emulsificación (b), la
elección de la base de neutralización o del agente emulsionante es
fundamental. En la presente invención, se busca producir un
combustible en forma de una emulsión de agua en la materia orgánica
y no, materia orgánica en agua, y esto preferentemente por simple
utilización del agua contenida inicialmente en los desechos.
En el caso de la utilización de una base de
neutralización, se utiliza de preferencia una solución acuosa
concentrada con un contenido de un 10 a un 40% en peso, y de
preferencia del 20 al 30% en peso. Una base demasiado diluida puede
en efecto provocar la formación de una emulsión de materias
orgánicas en el agua, así como la disminución del poder calorífico
del combustible.
Con el fin de llegar a un combustible en forma de
una emulsión de agua en la materia orgánica, es indispensable
asegurar que el jabón alcalino o alcalinotérreo formado por la
adición de la base a los desechos, o que el agente emulsionante, sea
más soluble en la fracción orgánica que componen los desechos en el
agua.
La fabricación del combustible necesita en la
operación (b) un contacto intimo entre los desechos y el
emulsionante o la base de neutralización. Se preconiza una agitación
de la mezcla desecho - emulsionante y/o base de neutralización
durante 3 a 4 minutos, con un dispositivo que puede proporcionar una
energía de mezcla comprendida entre 50 y 500 kJ por kilogramo de
desechos, y preferentemente entre 100 y 250 kJ por kilogramo de
desechos.
Las etapas (a) y (b) de fabricación del
combustible tales como las mencionadas anteriormente se han dado a
título indicativo. Esto no excluye la fabricación del combustible en
una sola etapa conjugando la homogenización granulométrica y la
producción de la emulsión.
Según la invención, es posible añadir a la fase
orgánica de la emulsión un agente bloqueante la fermentación, así
como, para aumentar si es necesario el poder calorífico de la
composición combustible, uno o varios combustibles hidrocarbonados
tales como un fuel-oil.
Las composiciones combustibles de la invención
obtenidas a partir de desechos heterogéneos grasos se presentan en
forma de emulsiones homogéneas y estables, fáciles de manipular y de
utilizar en diversos tipos de instalaciones de combustión clásica
como por ejemplo los hornos horizontales, los hornos verticales, los
hornos de fases o de soleras escalonadas, los hornos rotativos, los
hogares de lecho fluidizado o de lecho circulante o los hogares de
copelas rotativas o cualquier otro tipo de hogar que pueda admitir
productos líquidos y/o pastosos.
Se muestran a continuación las ventajas de las
composiciones de la invención en el caso particular de la valoración
energética de las vísceras de palmípedos por combustión.
Con el fin de cualificar y cuantificar el aporte
de la invención, se realizaron ensayos de combustión en un hogar de
solera para los dos casos siguientes: vísceras brutas heterogéneas y
una emulsión preparada siguiendo la presente invención a partir de
vísceras enteras.
(comparativo)
En el caso del producto bruto heterogéneo, se
encontraron diversos problemas, entre los cuales se pueden
citar:
- -
- Las dificultades de alimentación del hogar para el producto: incluso si se han contemplado varias técnicas (alimentación por gravedad, alimentación por tornillo sin fin, alimentación bajo presión), ha sido casi imposible realizar la alimentación con un caudal regular.
- -
- El almacenado de la carga en un recipiente tampón se muestra muy delicado: la carga presenta una estructura estratificada al cabo de algunas horas con suelta de agua grasa, lo que produce dificultades de combustión, particularmente la extinción de la llama durante la alimentación del hogar por la fracción de agua grasa.
- -
- La combustión en el hogar ha sido irregular a consecuencia de la diferencia del PCI del producto, que oscila de 40.000 kJ/kg para la fracción grasa a 5.000 kJ/kg para la fracción sólida del desecho. Esta disparidad del PCI ha hecho la automatización de la combustión muy delicada, particularmente en términos de alimentación de aire de combustión.
- -
- No ha sido posible realizar una combustión completa del desecho: encontrándose el residuo de combustión en forma de coque y representaba de un 1 a un 2% del peso de la carga tratada. El coque, caracterizado por una débil densidad, se acumulaba en el hogar, lo que reducía la capacidad volúmica del aparato.
- -
- El caudal máximo que se pudo tratar por el hogar fue de 30 kg/h.
(según la
invención)
En el caso de una emulsión según la presente
invención, las dificultades citadas anteriormente fueron
superadas:
- -
- El producto se mostró fácilmente transportable por simple bombeo y la alimentación del quemador se pudo realizar de manera continua.
- -
- El producto emulsionado no se estratifica más, ha sido posible modificar su viscosidad por calentamiento para facilitar su bombeo.
- -
- El PCI del producto que llega al quemador ha sido constante en el tiempo e igual al PCI medio.
- -
- El caudal máximo del quemador no está ya limitado a 30 kg/h. Ensayos con un caudal de 50 kg/h fueron efectuados con éxito, limitados solamente por la capacidad de bombeo de la carga.
- -
- La mezcla entre el combustible vaporizado y el aire ha podido ser realizada de forma simple y eficaz, lo que ha permitido evitar la formación de coque.
- -
- La regulación del quemador ha sido facilitada por la posibilidad de alimentar el quemador en continuo.
Las ventajas mencionadas anteriormente se resumen
en la tabla siguiente:
| Vísceras enteras | Vísceras trituradas y emulsionadas |
| Alimentación en tandas | Alimentación continua |
| Estratificación que produce un PCI variable | PCI medio |
| Amplio espectro de velocidades de combustión | Espectro más estrecho |
| Regulación difícil | Regulación simplificada |
| Presencia de zonas ricas, fuentes de coque | Ausencia de zona ricas - Mezcla aire - combustible |
| homogénea \ding{233} menos formación de coque | |
| Calentamiento del combustible imposible y, | Calentamiento posible en el caso de una emulsión |
| de cualquier forma, desaconsejado (estratificación) |
Claims (15)
1. Composición combustible caracterizada
porque comprende:
- -
- una emulsión estable agua-en-aceite y/o agua-en-compuestos orgánicos homogéneos, formada a partir de desechos heterogéneos grasos y que comprende al menos un agente emulsionante y/o un jabón alcalino o alcalinotérreo formado a partir de una base seleccionada entre los hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos, y
- -
- partículas sólidas en suspensión.
siendo el indicado emulsionante y/o la indicada
base más soluble en la fracción orgánica contenida en los desechos
que en el
agua.
2. Composición combustible según la
reivindicación 1, caracterizada porque comprende del 10 al
60% en peso de agua, del 10 al 60% en peso de grasas y del 1 al 80%
en peso de partículas sólidas.
3. Composición combustible según la
reivindicación 1, caracterizada porque comprende de un 10 a
un 55% en peso de agua, de un 15 a un 45% en peso de grasas y de un
3 a un 75% de peso de partículas sólidas.
4. Composición combustible según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque las partículas
sólidas tienen un tamaño máximo de 2 cm en su dimensión más
grande.
5. Composición combustible según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque las partículas
sólidas tienen una tamaño máximo de 1 cm en su dimensión más
grande.
6. Composición combustible según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque presenta un
poder calorífico inferior (PCI) de al menos 6.000 kJ/kg, de
preferencia de al menos 10.000 kJ/kg.
7. Composición combustible según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque comprende además
en la fase grasa un agente que bloquea la fermentación y/o al menos
un hidrocarburo líquido.
8. Procedimiento de fabricación de una
composición combustible según una de las reivindicaciones 1 a 7,
caracterizado porque comprende la realización de una
homogeneización granulométrica (a) de un desecho graso y (b) la
formación de una emulsión
agua-en-aceite y/o
agua-en-compuestos orgánicos,
efectuada, durante o después de la homogeneización granulométrica
(a), bajo agitación y en presencia de un agente emulsionante o de
una base seleccionada entre los hidróxidos alcalinos y
alcalinotérreos, siendo el indicado agente emulsionante y/o la
indicada base más soluble en la fracción orgánica contenida en los
desechos que en el agua.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque la homogeneización granulométrica (a) se
realiza a una temperatura inferior a 70ºC, y de preferencia a una
temperatura inferior a 55ºC.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 y 9, caracterizado porque el agente
emulsionante es un compuesto etoxilado o propoxilado de alcoholes,
ácidos o ésteres grasos, aminas o amidas con pesos moleculares
elevados, o de mezcla de dos o más de estos compuestos.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el agente
emulsionante se selecciona entre jabones alcalinos o
alcalino-térreos y los aceites sulfonados o
sulfatados.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque el equilibrio
hidrófilo/lipófilo (H.L.B.) del agente emulsionante se encuentra
comprendido entre 2 y 8 y de preferencia entre 3 y 6.
13 Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque el contenido en
agente emulsionante con relación a la masa global de la emulsión
está comprendido entre 0,5 y 5% en peso, y de preferencia entre 1 y
3% en peso.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque la base es
utilizada en forma de una solución acuosa con una concentración del
10 al 40% en peso, y de preferencia del 20 al 30% en peso.
15. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 14, caracterizado porque la agitación,
en la operación (b) se realiza por la utilización de una energía de
mezcla de 50 a 500 kJ por kilogramo de desechos, y de preferencia
entre 100 y 250 kJ por kilogramo de desechos.
\newpage
16. Utilización de una composición combustible
según una de las reivindicaciones 1 a 7 para alimentar un hogar de
combustión.
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