ES2219667T3 - Tratamiento de residuos urbanos y otros residuos. - Google Patents

Abstract

SE PROPORCIONA UN PROCESO PARA EL DESECHO DE MATERIALES RESIDUALES, ENTRE LOS QUE SE INCLUYEN DESECHO MUNICIPAL TAL COMO BASURA Y RESIDUOS INDUSTRIALES, Y MATERIALES RESIDUALES ENTRE LOS QUE SE INCLUYEN MATERIALES BASADOS EN PLASTICO Y GOMA, Y DESECHOS EN CENIZA DE LOS INCINERADORES DE BASURA MUNICIPALES E INCINERADORES DE BASURA TOXICA. LA BASURA ES INTRODUCIDA EN UN REACTOR, DE UN SISTEMA DE REACTORES CON UN INYECTOR DE LANZADO SUMERGIDO DESDE LO ALTO, QUE CONTIENEN UN BAÑO DE ESCORIA FUNDIDA MANTENIDO EN UNA CONDICION TURBULENTA, DURANTE LA CARGA DE BASURA, POR LA INYECCION SUMERGIDA DESDE LO ALTO EN UN GAS QUE CONTIENE OXIGENO LIBRE, UTILIZANDO AL MENOS UNA LANZA SUMERGIDA DESDE LO ALTO DEL SISTEMA. LA BASURA ES INTRODUCIDA EN EL BAÑO FUNDIDO Y ES PUESTA EN CIRCULACION EN SU INTERIOR HASTA UNA ZONA DE COMBUSTION/OXIDACION GENERADA POR LA INYECCION SUMERGIDA DESDE LO ALTO. LOS CONSTITUYENTES DE LA BASURA SON SOMETIDOS AL OXIGENO LIBRE DEL GAS INYECTADO EN ESTA ZONA Y A UNA ENERGIA DE CALOR DE LA ESCORIA, Y, DE ESTA FORMA, SON QUEMADOS/OXIDADOS Y/O DESCOMPUESTOS.

Description

Tratamiento de residuos urbanos y otros residuos.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la eliminación de materiales residuales, incluyendo residuos urbanos tales como basura, residuos industriales y materiales residuales especializados tales como los materiales a base de goma o plástico.

Los procedimientos existentes para la eliminación de los materiales residuales consisten en la combustión de tales materiales, utilizando hornos incineradores de parrilla móvil o rotatoria. Dichos procedimientos permiten que se ponga en contacto el aire con los constituyentes combustibles del material residual en condiciones que causan la combustión de tales constituyentes, produciendo una ceniza sólida que fluye libremente y produce gases de combustión. Los componentes no combustibles del material residual, incluyendo los compuestos inorgánicos y metales, dependiendo de los materiales y metales, se pueden oxidar si las temperaturas dominantes son suficientes, combinándose dichos componentes o óxidos resultantes con la ceniza sólida. Los componentes orgánicos en el residuo, tales como los plásticos, también se pueden quemar u oxidar para generar óxidos sólidos en la ceniza y productos gaseosos incluyendo CO, H_{2}, H_{2}O, SO_{2}, H_{2}S, HCl, HF y óxidos de nitrógeno (NO_{x}).

La temperatura dominante en los hornos incineradores de parrilla móvil o rotatoria está típicamente en la región de los 600ºC 1.000ºC. La energía necesaria para establecer y mantener dicha temperatura está proporcionada en parte por el valor combustible del material de residuo; con el contenido en hidrocarburo del material de residuo proporcionando generalmente el valor combustible. Debido a que generalmente el valor combustible es insuficiente, se añade y se quema con el material de residuo un combustible subsidiario, o se proporciona utilizando un quemador de horno normal por el que se introduce el combustible. El combustible puede ser carbón, petróleo o gas natural.

Además de los productos gaseosos descritos anteriormente, los procedimientos existentes generan otros gases por reacciones de descomposición que implican los productos de desecho. Dependiendo de la naturaleza del material de desecho, dichos gases incluyen hidrocarburos y pueden también incluir componentes complejos tales como furanos, dioxinas y bifenilos policlorados (PCBs). También, está frecuentemente presente el carbón en forma de tizne suspendido en los gases. La descomposición incompleta y la combustión completa resultan en la presencia de HCl, HF y compuestos tales como furanos, dioxinas y PCBs siendo los gases resultantes inevitablemente altamente tóxicos.

Los gases producidos son sometidos a una oxidación posterior en la cámara caliente de un retro quemador mediante la introducción de más aire en dicha cámara para completar la combustión del CO, H_{2}, hidrocarburos y carbón, para producir H_{2}O y CO_{2}. Puede ser necesario más combustible en el retro quemador pero, debido a que las reacciones en el retro quemador son esencialmente reacciones gas-gas tales como:

(1)C + O_{2}= CO_{2}

(2)2CO + O_{2} = 2CO_{2}

(3)2C_{n}H_{m} + 2(n + 1/4m)O_{2} = 2nCO_{2} + mH_{2}O

las reacciones son relativamente lentas y el retro quemador necesita una cámara de gran volumen. Sin embargo, a pesar de la utilización de un retro quemador, las condiciones en el incinerador y en el retro quemador son tales que los compuestos tóxicos incluyendo los furanos, dioxinas y PCBs se pueden crear y/o no destruir.

En los procedimientos existentes, los gases producto se enfrían en un reactor adecuado, una vez salen del retro quemador. Por consiguiente, se pueden enfriar en una caldera para calor de desecho o en un intercambiador de calor radiactivo o convectivo o mediante un sistema externo enfriado por agua. El enfriamiento tiene lugar lentamente y pueden producirse retro reacciones con la formación de compuestos tóxicos tales como furanos y dioxinas. Dichas retro reacciones se incrementan por la acción catalítica de las superficies en contacto con los gases durante el enfriamiento. Antes de y durante el enfriamiento, los gases están durante un período de tiempo significativo en una zona de temperaturas óptima para producir dichos compuestos tóxicos.

Los gases producto, cuando enfriados, pueden ser sometidos a la filtración de los sólidos y a reacciones de depuración en un reactor adecuado y medio para eliminar los constituyentes tóxicos gaseosos incluyendo HCl, HF, SO_{2} y H_{2}S. Sin embargo, ello no es 100% efectivo y algunos de los constituyentes, así como también compuestos tóxicos incluyendo furanos, dioxinas y PCBs y otros productos gaseosos nocivos de la combustión tales como el NO_{x} pasan al ambiente con las descargas de los gases de chimenea.

Los incineradores están sometidos a seguimiento ambiental y a las limitaciones impuestas sobre las descargas gaseosas y los productos de desecho sólidos. Además de las dificultades antes mencionadas con las descargas de gases, los productos sólidos también contienen componentes tóxicos o nocivos. Tal como se indicó anteriormente, el residuo de ceniza sólida contiene metales oxidados. Siempre habrá algún nivel de óxidos de metales pesados tóxicos, tales como As_{2}O_{3}, PbO, ZnO y Sb_{2}O_{3}, presentes en la ceniza. Además, la ceniza tiene inherentemente una elevada área superficial y, si se la permite entrar en contacto con el agua, si se utiliza en relleno de terrenos y se pone en contacto con la lluvia y/o agua subterránea, se pueden filtrar fácilmente los metales pesados y entrar en el ambiente.

Además de las desventajas anteriormente mencionadas de los procedimientos existentes, estos implican elevados costes en capital. Por consiguiente, aunque el equipamiento necesario es relativamente simple, es grande por necesidad para lograr una producción práctica y los costes se exageran debido a la necesidad de una instalación para un retro quemador.

En el documento US-A-4.574.714 se da a conocer una propuesta para la destrucción de productos químicos tóxicos. En esta, los productos químicos tóxicos tales como los PCBs y otros residuos orgánicos son inyectados junto con oxígeno en un baño de metales fundidos y óxidos seleccionados con una viscosidad no superior a 10 centipoise. Los residuos, que se pueden inyectar con no más de 30% de residuo inorgánico, son destruidos por pirolisis, catalizada por los metales del baño y por la oxidación de los fragmentos moleculares resultantes, con un tiempo de residencia medio del orden de uno a tres segundos. El procedimiento está esencialmente limitado a la inyección de residuos líquidos y la inyección en múltiples puntos resulta útil para minimizar el volumen de material inyectado en un punto.

La presente invención proporciona un procedimiento mejorado para deshacerse de los residuos urbanos e industriales. Los residuos pueden consistir en, o incluir basura urbano conteniendo materiales orgánicos y/o inorgánicos, incluyendo basura doméstica y residuos hospitalarios. También, los residuos pueden consistir en, o incluir residuos industriales diversos, incluyendo compuestos de diversos metales tales como Al, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb y Zn y chatarra metálica, artículos, polvos, y pastas y barros conteniendo metales. Los residuos industriales también pueden incluir materiales orgánicos tales como bifenilos policlorados, herbicidas, pesticidas y semejantes, así como materiales tales como aceites residuales, tintas, pinturas, disolventes, resinas y barnices. Los residuos pueden incluir además ceniza sólida residual tal como la producida por los procedimientos existentes, así como también las cenizas de los incineradores urbanos de basura y de los incineradores de residuos tóxicos y la presente invención también puede convertir dichos residuos en formas ambientalmente más aceptables. Además, el procedimiento de la invención permite la eliminación de los residuos comprendiendo materiales especializados, incluyendo residuos a base de gomas tales como los neumáticos de los vehículos a motor y materiales a base de plásticos tales como las cajas de las baterías de los vehículos.

En relación con los residuos que comprenden materiales a base de gomas o plásticos la invención proporciona una ventaja en particular. Tal como las demás formas de residuo descrito, los materiales a base de goma y plástico sustancialmente comprenden composiciones de hidrocarburo con un contenido importante en carbono químicamente enlazado. Sin embargo, estos frecuentemente también contienen una proporción significativa de rellenos en partículas, por ejemplo, carbón libre tal como negro de carbón, en lugar de carbono químicamente enlazado, y/o aserrín, arcilla, talco, mica, polvos metálicos o materiales inorgánicos inertes tales como carbonatos y óxidos. El carbono libre simplemente incrementa el valor combustible del residuo. Además, otros rellenos también son fáciles de quemar/oxidar, y ser acomodados en el procedimiento.

La presente invención proporciona un procedimiento para la eliminación de los materiales de residuo que sustancialmente comprenden composiciones de hidrocarburos y con un contenido importante de carbono químicamente enlazado, comprendiendo cargar los residuos en el reactor de un sistema reactor con inyector de lanza de extremo sumergido, conteniendo dicho reactor un baño fundido consistente principalmente en escoria fundida a base de sílice, conteniendo en disolución por lo menos un oxido adicional; y mantener el baño fundido en condiciones turbulentas durante la carga de los residuos por inyección de extremo sumergido en el baño de un gas que contiene oxígeno libre, utilizando por lo menos una lanza de extremo sumergido del sistema, de modo que los residuos son admitidos dentro del baño fundido y se hacen circular en éste hasta una zona de combustión/oxidación generada en el baño fundido por la inyección de extremo sumergido, en la que los constituyentes de los residuos son sometidos al oxígeno libre del gas inyectado y a la energía térmica de la escoria fundida y son de este modo esencialmente destruidos por lo menos por una de entre combustión y oxidación.

Tal como se indica, el procedimiento de la invención utiliza un sistema reactor de inyector de lanza con extremo sumergido. Dicho tipo de sistema fue utilizado en nuestro procedimiento anterior previsto en la memoria de la solicitud de patente internacional WO-A-9102824. Nuestro procedimiento anterior se refiere al fundido de materiales residuales metalúrgicos conteniendo compuestos de hierro y elementos tóxicos tales como arsénico, antimonio y bismuto. En tal procedimiento pirometalúrgico, se generan condiciones fuertemente reductoras en sustancialmente todo un baño consistente en un fundido del desecho, a la vez que se genera una zona de combustión en el fundido por inyección de extremo sumergido de combustible y gas portador oxígeno. Las condiciones fuertemente reductoras producen la volatilización de los metales pesados tales como el plomo y el zinc y la formación de fundidos de sulfuros "matte" o arseniuros/antimoniuros "speis" conteniendo elementos tóxicos. La inyección sumergida produce la circulación del "matte" o "speiss" hacia la zona de combustión en la que el "matte" o "speiss" se oxidan y se volatilizan los elementos tóxicos. Por consiguiente, los metales pesados y los elementos tóxicos se pueden recuperar de los gases de escape del reactor, como vapores de metales volatilizados o humos de óxidos formados a partir de los vapores metálicos.

Cuando, en la presente invención, el residuo está en una forma finamente dividida, se puede inyectar en el baño de escoria en, o adyacente a la zona de combustión/oxidación mediante la lanza proporcionando inyección de extremo sumergido de gases conteniendo oxígeno libre. El residuo puede quedar atrapado en el gas. Por el contrario, si es necesario, el residuo se puede suplir a través de un pasaje de la lanza diferente al que proporciona el oxígeno, estando el residuo atrapado en un gas portador inerte como el nitrógeno. En otra alternativa adicional, se puede proporcionar el residuo a través de otra lanza del sistema, atrapado en un gas inerte portador, en la zona o adyacente a la zona de combustión/oxidación o en una zona separada de dicha zona.

Cuando el residuo está en forma de trozos, o está en forma de partículas demasiado grandes como para ser suministradas mediante la lanza, el residuo se puede cargar en el baño de escoria a través de una entrada de alimentación del reactor. Más preferiblemente, el reactor tiene una cámara de alimentación con esclusa de gases a través de la cual se suministra el residuo a la entrada de alimentación. Sin embargo, en una disposición alternativa, el reactor tiene un sistema de alimentación de residuos que se puede maniobrar para forzar el residuo directamente dentro del baño de escoria a través de un sifón construido en una pared lateral periférica del reactor.

Por lo menos mientras el residuo está siendo quemado en el reactor, la escoria se puede mantener a una temperatura de desde aproximadamente 1.100ºC hasta 1.800ºC, preferiblemente desde 1.100ºC hasta 1.400ºC. Cuando el valor combustible del residuo es insuficiente para ello, se suministra un combustible adecuado al baño de escoria para mantener la temperatura dentro de tales límites. Los combustibles adecuados incluyen gas natural, aceite combustible y carbón. En los casos de gas natural, aceite combustible o carbón en partículas, el combustible se puede inyectar en el baño de escoria a través de la lanza utilizada para la inyección por extremo sumergido de gas que contiene oxígeno, o a través de otra lanza de inyección por extremo sumergido. En el caso del carbón o aceite combustible, el combustible se puede añadir a través de la entrada de alimentación o sifón del reactor, tal como la entrada utilizada para el suministro del residuo. En el último caso, el carbón puede estar en forma de trozos o partículas y, si se prefiere, se pueden mezclar el carbón o aceite combustible con, y suministrado a la vez que, el residuo.

Cuando el valor combustible del residuo excede el necesario para una temperatura del baño de escoria de entre 1.100ºC y 1.800ºC, dicha temperatura se puede mantener mediante un control adecuado de las velocidades relativas de suministro de residuo y combustible al reactor, la velocidad de inyección de gas que contiene oxígeno libre en la escoria y/o reduciendo adecuadamente el contenido en oxígeno libre del gas. Sin embargo, es preferible mantener el suministro de residuo y combustible a una velocidad que proporcione el óptimo procesado de residuo, con la inyección de gas que contiene oxígeno libre a una velocidad que suministre por lo menos un equivalente estequiométrico de oxígeno libre al del valor de combustible del residuo una vez se haya tenido en cuenta el oxígeno necesario para quemar el combustible. En el último caso, puede ser necesario extraer o absorber energía térmica del baño de escoria de forma que se mantenga la temperatura en la zona necesaria. La energía térmica se puede extraer mediante un intercambiador de calor refrigerado por agua o vapor situado en el reactor y a través del cual se hace circular agua o vapor refrigerante de una fuente externa. Preferiblemente se debe poder subir o bajar el intercambiador de calor, como sea necesario. También, la energía térmica se puede extraer rociando agua refrigerante sobre una carcasa periférica del reactor o directamente dentro del reactor. Además o alternativamente la energía térmica se puede absorber dentro del baño de escoria añadiendo carga de baja energía al baño de escoria, tal como fundente para generar escoria o escoria reciclada granulada después de haber sido descargada del reactor. De forma semejante, se puede absorber la energía térmica en el reactor suministrando agua con la carga de residuo, siendo dicha agua añadida o agua presente en un residuo adecuado, tal como una pasta o un barro, añadidos con otros residuos sólidos.

En el procedimiento según la invención la combustión/oxidación de los residuos tiene lugar principalmente en la región superior del baño de escoria. Las reacciones principales implicadas son las reacciones (1) a (3) descritas anteriormente con referencia a los procedimientos existentes. Las reacciones proceden más eficazmente y más completamente en el procedimiento de la invención en comparación con los procedimientos existentes. Sin embargo, algunos gases e hidrocarburos incompletamente quemados, resultantes de tales reacciones y de la descomposición de los constituyentes de los residuos, pueden escapar del baño de escoria. En este caso, el procedimiento de la presente invención en una de sus formas utiliza una retrocombustión o postcombustión de los gases combustibles generados, en un espacio del reactor sobre el baño de escoria, para lograr una oxidación esencialmente completa de dichos gases dentro del reactor. Las reacciones implicadas, utilizando el metano para representar a los hidrocarburos generados para facilitar la ilustración, incluyen:

2CO + O_{2} = 2CO_{2}

2H_{2} + O_{2} = 2H_{2}O

CH_{4} + 2O_{2} = CO_{2} + 2H_{2}O

Por consiguiente, todas las reacciones tienen lugar en el reactor y los gases que escapan del reactor han reaccionado esencialmente por completo produciendo materiales inofensivos tales como H_{2}O y CO_{2}. Las condiciones son tales que en los gases esencialmente no quedan especies moleculares complejas tales como furanos, dioxinas y PCBs.

El oxígeno libre necesario para la post combustión se puede suministrar mediante el gas suministrado por inyección por extremo sumergido con un exceso estequiométrico de oxígeno libre, sobre las necesidades de oxígeno para la combustión/oxidación del residuo y combustible mientras que tal gas permanece dentro de la capa de escoria. En tal caso, puede ocurrir algo de post combustión en el baño de escoria pero con una proporción del oxígeno libre en exceso siendo emitido del baño para completar la post combustión sobre el baño de escoria. Sin embargo, para maximizar la mezcla gas-gas sobre el baño de escoria y, por consiguiente, la exposición de los gases e hidrocarburos incompletamente quemados al oxígeno libre, es preferible suministrar el oxígeno para la post combustión en el espacio del reactor sobre el baño. El suministro de oxígeno libre sobre el baño se puede realizar utilizando una lanza diferente o inyector diferente al utilizado para administrar el oxígeno directamente en el espacio del reactor. Sin embargo, el oxígeno preferiblemente se administra directamente a dicho espació utilizando una lanza tal como se da a conocer en la memoria PCT WO 91/05214 (PCT/AU90/00466) correspondientes a la patente US nº 5.251.879 de Floyd y a la patente australiana nº 640955.

La lanza dada a conocer en el documento WO 91/05214 permite la inyección por extremo sumergido de gas que contiene oxígeno libre en el baño de escoria, mediante una primer tubo alargado que se extiende a través de una camisa tubular. La camisa define un pasaje de flujo al rededor y a lo largo del primer tubo y termina por encima del extremo inferior de descarga del primer tubo. Con el extremo de descarga del primer tubo insertado en el baño de escoria para la inyección por extremo sumergido de gas que contiene oxígeno libre en el baño, el extremo inferior de la camisa y el extremo inferior abierto del pasaje que define quedan separados de la superficie superior del baño de escoria. El oxígeno, o gas que contiene oxígeno libre, se suministra al pasaje, por el extremo superior de la lanza, de modo que fluya a lo largo del pasaje y descargue, en el espacio del reactor sobre el baño, por el extremo inferior abierto del pasaje. Además de proporcionar oxígeno libre para la post combustión, el flujo de gas por el pasaje proporciona una refrigeración beneficiosa para la lanza.

Es deseable que la lanza esté adaptada para la refrigeración por agua de por lo menos un tubo principal de esta, el primer tubo a que se hizo referencia en el párrafo inmediatamente anterior, por el que se suministra gas que contiene oxígeno libre para la inyección por extremo sumergido. Con tal objetivo, la lanza puede ser según la patente US nº 5.308.043 de Floyd et al., particularmente ya que la lanza dada a conocer en tal patente estadounidense puede estar también provista con una camisa que funciona según lo descrito en el documento WO 91/05214. La utilización de una lanza refrigerada por agua tiene la ventaja de proteger la lanza contra la acción corrosiva de la escoria fundida y contra la degradación térmica, facilitando así la inyección por extremo sumergido de oxígeno puro, o aire con un elevado nivel de enriquecimiento en oxígeno y la utilización de temperaturas elevadas en el baño de hasta 1.800ºC.

Cada uno de los documentos WO 91/05214 y US nº 5.308.043 están cedidos al solicitante de la presente memoria y la publicación de cada una de ellas se incorpora a la presente solicitud como referencia.

La post combustión, incluso cuando tiene lugar solamente en el espacio del reactor sobre el baño de escoria, produce la transferencia de energía térmica al baño. Por consiguiente, es necesario tener esto en cuenta para mantener la temperatura operacional necesaria de entre 1.100ºC 1.800ºC en el baño de escoria. Sin embargo, la post combustión tiene la ventaja de no solamente asegurar la completa combustión/oxidación de los gases emitidos, sino también de permitir minimizar el consumo del combustible debido a la transferencia de su energía térmica al baño de escoria.

La inyección por extremo sumergido de gas que contiene oxígeno libre en el baño de escoria es para mantener la escoria en condiciones turbulentas. La turbulencia ha de ser tal que produzca un fuerte salpicado de la escoria en la región inferior del espacio del reactor sobre el baño. Dicho salpicado más preferiblemente se debe iniciar antes de bajar la lanza de extremo sumergido hasta la posición necesaria para la inyección en el baño, de forma que el extremo de la lanza se recubra con escoria salpicada. El recubrimiento de escoria se solidifica por el efecto refrigerante del gas que contiene oxígeno libre proporcionado a través de la lanza, para así mantener un recubrimiento escoria sólida que protege la lanza contra la acción corrosiva de la escoria fundida y contra la degradación térmica. Sin embargo, el salpicado también maximiza el contacto líquido gas entre la escoria y los gases en el espacio del reactor sobre el baño y, por consiguiente, la necesaria terminación de las reacciones de combustión/oxidación. La post combustión se consigue más preferiblemente en la región inferior del espacio del reactor en la que se hace salpicar la escoria. La turbulencia también sirve para introducir los residuos recientemente cargados en el reactor en el baño de escoria, y su circulación en éste hasta la zona de combustión en el baño de escoria generada por la inyección de gas que contiene oxígeno libre suministrado mediante la lanza.

El gas que contiene oxígeno libre que se inyecta mediante por lo menos una lanza de inyección de extremo sumergido del sistema del reactor puede ser aire, oxígeno o aire enriquecido con oxígeno. El oxígeno para la post combustión también puede ser aire, oxígeno o aire enriquecido con oxígeno. En cada uno de los casos, el gas es preferiblemente oxígeno, ya que éste minimiza la generación de NO_{x}. El combustible, si es necesario para suplir el valor combustible del residuo puede, tal como se indico anteriormente, ser gas natural, aceite combustible y/o carbón. Más preferiblemente el combustible se inyecta en el baño de escoria a través de la lanza, o por lo menos a través de una lanza si existen dos o más, proporcionando la inyección por el extremo sumergido de gas que contiene oxígeno libre. Tal inyección de combustible facilita que se concentre en la zona de combustión generada por la, o cada una de las lanzas, haciendo circular los residuos a dicha zona por la turbulencia generada en la escoria.

La escoria del baño es una escoria a base de sílice, conteniendo en disolución por lo menos otro oxido tal como oxido de calcio, magnesio, alúmina, óxido de sodio, óxido de potasio, óxido de hierro y óxido de manganeso. La fluidez de la escoria se puede mantener a un nivel adecuado, para facilitar la generación de turbulencia y salpicado, mediante el control de su composición y, en consecuencia, de su punto de fusión relativo a la necesaria temperatura de 1.100 a 1.800ºC de la escoria.

En la combustión/oxidación de los residuos según el procedimiento de la invención, los valores metálicos en el residuo aparecerán como gases metálicos en el reactor o en la escoria, dependiendo del metal concerniente. Los metales y/óxidos volátiles, tales como el Pb, Sb, As y Cd y/o sus óxidos esencialmente se volatilizan por completo y aparecen en los gases, mientras que el Zn o sus óxidos también se pueden volatilizar. Cualquier vapor elemental de tales metales emitido se oxidará en los gases por post combustión. Los metales no volátiles y sus óxidos, tales como el Fe y Al y el Zn restante, generalmente son admitidos en la baño de escoria como material oxidado. También, cualquier valor metálico presente inicialmente en el residuo como vidrio se fundirá y se admitirá en el baño de escoria, siendo los óxidos metálicos retenidos en el baño o emitidos, dependiendo del metal en cuestión.

Los materiales que contienen carbono enlazado en los residuos, sean celulosas, ligninas, ligno-celulosas, otros residuos comprendiendo materia vegetal o animal, plásticos y otros materiales de hidrocarburo son fácilmente acomodados por el procedimiento de la presente invención. Dependiendo de su naturaleza, tales formas de residuos son fácilmente combustibles/oxidables y/o se les puede hacer sufrir reacciones de descomposición o craqueo interno. Dichos residuos quedan retenidos en el baño de escoria hasta que tales efectos los convierten en CO, CO_{2}, H_{2}, H_{2}O y productos gaseosos de hidrocarburos de cadena corta, o hollín de carbón, que puede escapar del baño.

Los gases emitidos tales como el CO, H_{2} e hidrocarburos de cadena corta, así como también cualquier hollín, a continuación se exponen a la combustión/oxidación por el oxígeno post combustión, para generar esencialmente CO_{2} y H_{2}. Sin embargo, si en el residuo se encuentran presentes algunos haluros, estos típicamente aparecerán en los gases como vapores de hydrohaluro.

El procedimiento se puede realizar en una operación en lote, o se puede realizar en forma continua o semi continua. En una operación en lote, se pueden tratar cargas sucesivas de residuos, permitiendo que el volumen del baño de escoria se acumule hasta que sea necesario eliminar el exceso para reducir el volumen al nivel inicial. En una operación en continuo, los residuos se pueden cargar continuamente en el reactor con el exceso de escoria siendo continuamente extraído. En una operación semi continua los residuos se pueden cargar continuamente, siendo el exceso de escoria eliminado de vez en cuando, cuando necesario. La escoria eliminada puede ser granulada y/o procesada todavía más para la utilización como material de construcción, o para propósitos de ingeniería tales como el limpiado por perdigonada. Por el contrario, la escoria se puede granular y utilizar para rellenos de tierras, mientras que, tal como indicado anteriormente, por lo menos algunas escorias se pueden reciclar en el reactor como cargas de baja energía para controlar la temperatura del baño. La escoria es una fase vítrea esencialmente no porosa, con los óxidos disueltos lo que disminuye su actividad. La escoria es adecuada para la utilización como relleno de tierras o como material de construcción, ya que es esencialmente inerte a los procedimientos de erosión y disolución.

El reactor está cerrado contra el escape de materiales, excepto por un sifón de alimentación sellado, una salida de descarga cerrable para la descarga del exceso de escoria y una chimenea de escape para descargar los gases del espacio del reactor sobre el baño de escoria. Los gases calientes extraídos por la chimenea se pasan a través de una rápida operación de enfriamiento. Ello es para evitar el riesgo de reformación de cualquier forma molecular nociva tal como los furanos o dioxinas, aunque dicha reformación es improbable. El enfriamiento rápido es para asegurar que hay un tiempo insuficiente para las complejas reacciones implicadas y para asegurar que los gases están esencialmente libres de tales especies.

El enfriamiento rápido de los gases calientes se puede lograr de cualquier forma adecuada, pero preferiblemente reduce su temperatura por debajo de los 300ºC, tal como entre 150ºC y 300ºC en el tiempo más corto posible. Una forma conveniente para enfriar los gases es pasar los gases a través de una fina niebla de agua para lograr un enfriamiento evaporativo rápido, teniendo esto el beneficio de disolver los constituyentes solubles en agua tales como el HF y HCl. Una alternativa es pasar los gases a través de un lecho de partículas de un material adecuado, tal como arena o escoria granulada, que constituye el medio para el intercambio de calor de un sistema de caldera de lecho fluido en el que material en partículas del lecho se recicla a través de un intercambiador de calor para enfriarlo antes de ser expuesto a los nuevos gases calientes. Cada una de tales alternativas de enfriamiento por absorción sirven para enfriar los gases rápidamente, por debajo de aproximadamente 300ºC, para evitar efectivamente cualquier reacción entre los gases constituyentes.

Una vez enfriados, los gases se pueden someter a filtración, tal como en un precipitador electrostático o filtro de bolsas, para eliminar el humo en partículas. El humo contiene principalmente óxidos de metales pesados, tales como PbO, ZnO y cualquier As_{2}O_{3} y Sb_{2}O_{3}, así como también todo el hollín de carbón. El humo filtrado se puede tratar para recuperar los metales por cualquier medio convencional.

Una vez filtrado, el gas se puede someter a reacciones depuradoras para la eliminación de ácidos tales como HF, HCl, SO_{2} y SO_{3}, utilizando procedimientos convencionales. El gas resultante, comprendiendo esencialmente CO_{2} ya que toda el agua se habrá condensado en la operación de depuración, se puede descargar a continuación ya que estará esencialmente libre de todo compuesto nocivo y tóxico. Con respecto a esto último, la generación de NO_{x} se puede minimizar utilizando oxígeno como gas inyectado por extremo sumergido y para post combustión. También, todo el NO_{x} generado a pesar de ello, o debido a la utilización de aire o aire enriquecido con oxígeno en lugar de oxígeno, se puede eliminar esencialmente durante la operación de depuración.

El procedimiento de la invención proporciona numerosas ventajas sobre los procedimientos existentes. El sistema de reactor de inyector de lanza de extremo sumergido es compacto en comparación al necesario para los procedimientos existentes, para una velocidad determinada de tratamiento de residuos, a la vez que los costos de capital y operación también son inferiores. En lugar de simplemente producir un residuo de cenizas como en los procedimientos existentes, el procedimiento de la invención produce un producto de escoria que, siendo una fase vítrea, esencialmente encapsula toda la ceniza producida y retiene en disolución sólida todos los metales pesados que no pueden formar humo.

En el procedimiento de la presente invención, la mayoría de los metales se pueden eliminar en un producto de humo. El producto de humo está suficientemente enriquecido en tales metales como para permitir el tratamiento del producto en operaciones de recuperación de metales. Por el contrario, los procedimientos existentes son mucho menos eficientes formando un producto de humo de los metales pesados y una cantidad sustancial de dichos metales simplemente se incorporan flojamente en residuos de ceniza difíciles de manejar.

Los productos gaseosos producidos por el procedimiento de la invención pueden tener muy pocos, y generalmente estar esencialmente libres de, productos tóxicos tales como furanos, dioxinas y PCBs. En contraste con los procedimientos existentes, ello se puede lograr mediante un control positivo, producto de una cumbustión/oxidación eficiente por inyección de extremo sumergido en el reactor y post combustión en el reactor. También, mientras que los gases extraídos mediante la chimenea de salida contienen metales pesados e hidroxihaluros, estos se pueden eliminar fácilmente con un elevado nivel de eficacia dejando un gas residual expulsable esencialmente libre de constituyentes nocivos y tóxicos. Con respecto a esto, el nivel de NO_{x} se puede minimizar utilizando oxígeno, tal como se indicó anteriormente, mientras que los compuestos de NO_{x} presentes en los gases extraídos por la chimenea de salida, a pesar de la utilización de oxígeno o debidos a la utilización de aire o aire enriquecido con oxígeno, son de fácil eliminación.

Mientras que la invención es aplicable a residuos que no contienen carbono libre, es igualmente aplicable a residuos que contienen carbono libre tal como se ilustra en referencia a los neumáticos de los vehículos y productos de plástico con negro de carbón como relleno. Cuando hay carbono libre, incrementa el valor combustible del residuo y en consecuencia reduce la necesidad de utilizar carbón, aceite combustible o gas natural como combustibles. También, se pueden acomodar otros rellenos en partículas presentes en los materiales de goma y plástico, tales como los que se describieron anteriormente. Dichos otros materiales son fácilmente quemados/oxidados o, dependiendo de su composición, simplemente disueltos en el baño de escoria. Cuando quemados/oxidados, los valores metálicos de los rellenos pueden aparecer en los gases emitidos o en la escoria, dependiendo de los metales involucrados, mientras que otros constituyentes tales como el CO_{2} en el caso de los carbonatos, pueden aparecer en los gases calientes. Desde luego, con los residuos de plástico consistentes en carcasas de baterías de vehículos, el procedimiento de la invención es tal que puede tratar las baterías de vehículo gastadas completas ya que el contenido de las baterías puede ser quemado/oxidado como los demás residuos.

La invención también permite la recuperación de la energía térmica de los residuos para su utilización como sea necesario. Una cantidad sustancial de energía térmica se puede recuperar enfriando los gases calientes generados extraídos del reactor por la chimenea de salida.

La energía térmica recobrada de los residuos se puede, si es necesario, utilizar para precalentar los residuos y/o el gas utilizado para la inyección de extremo sumergido y/o la post combustión. Dicha utilización puede ser beneficiosa cuando, por ejemplo, los residuos tienen un bajo valor combustible, y minimiza el nivel de combustible necesario para mantener la temperatura necesaria del baño de escoria. También, particularmente con los residuos que tienen un elevado valor de combustible, la energía térmica de los residuos se puede recuperar del intercambiador de calor utilizado para evitar que la temperatura del baño de escoria exceda la temperatura necesaria.

Otra ventaja importante del procedimiento de la invención se deriva de la producción de una escoria en la que los productos constituyentes tóxicos y nocivos están retenidos con seguridad. En relación con los residuos tratados y también en relación con el residuo de las cenizas obtenidas con los procedimientos existentes, el volumen de escoria puede ser pequeño. Por consiguiente, existe un beneficio sustancial obtenible en términos de la reducción de volumen logrado por el procedimiento.

Con el fin de describir de forma más completa el procedimiento de la invención, se hace referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 muestra una primera forma de realización de un sistema de reactor con inyector de lanza de extremo sumergido adecuado para realizar el procedimiento de la invención; y

La Figura 2 muestra una segunda forma de realización de dicho sistema de reactor.

La Figura 1 muestra un sistema de reactor 10 con un reactor 12, una lanza de inyección de extremo sumergido 14 y un sistema de enfriamiento de los gases emitidos 16. El reactor 12 comprende un recipiente 18 revestido de refractario, típicamente provisto de una casco externo de acero. El recipiente 18 define una cámara 20 en la que, durante la operación en esta, se establece un baño 22 de escoria fundida. Los gases emitidos durante la operación pasan al espacio de gases o volumen de la cámara 20 sobre el baño 22 y se pueden descargar a través de la chimenea de salida 24. El reactor 12 tiene una salida de extracción 26 normalmente cerrada por la que se puede extraer la escoria del baño 22, cuando necesario. También, el reactor 12 tiene una entrada de alimentación 28 en el techo 12a por la que se puede cargar el material de alimentación al baño 22 controlada por la válvula de alimentación 30. En la entrada 28 se provee una esclusa de gases (no mostrada) para evitar el escape de los gases generados a través de esta.

Además de la entrada 28, el reactor 12 tiene también un sistema de alimentación consistente en un sifón 32 situado en un lado del mismo. El sifón 32 está permanentemente abierto de forma que expone la superficie superior de la escoria 22a del baño 22. En el lugar del sifón 32, se forma una apertura 34 en la pared periférica principal 36 del recipiente 18 de forma que el borde inferior 36a de la pared 36, en la apertura 34, deja un espacio sobre la pared basal 38 del recipiente 18. Opuesta a la apertura 34, el recipiente tiene una pared exterior de retención 40 que se une a la pared 36 a cada lado de la apertura 34 y se proyecta hacia arriba a partir de la pared basal 38 hasta el borde superior 40a de esta situado por encima del borde 36a.

La lanza 14 se proyecta hacia abajo a través de una apertura en el techo 12a del reactor 12 en el que hay una sello contra la salida de gases de la cámara 20. Se proporciona un sistema de soporte (no mostrado) sobre el reactor 12 que permite que la lanza 14 pueda elevarse y bajarse según se necesite. La lanza 14, en la disposición ilustrada, es según la patente US nº 5.308.043 y tiene un sistema principal de conducto 42, una camisa tubular 44 y un sistema de refrigeración suplementario 46.

El sistema de conducto 42 se extiende desde el extremo superior 14a, hasta el extremo inferior de descarga 14b, de la lanza 14. El sistema 42 tiene un conducto central 48 y, procediendo hacia la periferia a partir del conducto 48, tres conductos concéntricos 50, 51 y 52. En el extremo 14a, el conducto 48 está adaptado para recibir sólidos en partículas, tales como combustible y el gas atrapado recibido de una fuente a través del conector 48a. Los sólidos se pueden dispersar en el extremo 14b mediante un bafle 54 en el extremo descarga del conducto 48.

En el extremo 14b de la lanza 14, los conductos 50 y 52 están cerrados por el extremo de la lanza 56 que rodea y coopera con el bafle 54. El conducto 51 termina a una corta distancia sobre el extremo 56 de forma que el agua refrigerante puede circular a través el sistema 42. Por consiguiente, el agua se puede proporcionar en el extremo 14a de la lanza 14, mediante el conector 58, de forma que fluya hacia abajo entre los conductos 50 y 51 y a continuación a través de la cara superior del extremo 56 para fluir hacia arriba entre los conductos 51 y 52 para descargarse por el conector 59. También, en el extremo 14a, de la lanza 14 existe un conector 60 por el que se puede proporcionar gas que contiene oxígeno libre para la inyección por extremo sumergido. Desde el conector 60, el gas fluye hacia abajo entre los conductos 44 y 50, para descargarse en el extremo 14b a través de la apertura anular divergente entre el bafle 54 y el extremo 56, proporcionando una región 62 de combustión/oxidación en el baño 22, turbulencia en el baño 22 y generación de una zona 23 sobre la escoria en la que salpica la escoria.

La camisa tubular 44 se extiende desde el extremo adyacente 14a de la lanza 14 hasta un lugar a media altura situado por encima del extremo de descarga 14b. La camisa tubular 44 define un pasaje anular alrededor del sistema de conducto 42, abierto en su extremo inferior. En su extremo superior, el tubo 44 tiene un conector 44a por el que se puede proporcionar al pasaje gas que contiene oxígeno libre, para descargar por fuera de la lanza 14 por el extremo inferior abierto del pasaje.

El sistema de refrigeración 46 se extiende desde el extremo adyacente 14a de la lanza 14 a lo largo de la mayor parte de la longitud de la camisa tubular 44. El sistema 46 tiene un tubo interno 64 cerrado en su extremo superior alrededor del tubo 44 y un tubo exterior 65 que está cerrado en su extremo superior alrededor del tubo 64 y en su extremo inferior alrededor del tubo 44. Un conector 66 permite el suministro de fluido refrigerante hacia abajo entre los tubos 64 y 44 y a continuación hacia arriba entre los tubos 64 y 65 para descargar mediante el conector 67.

El sistema de enfriamiento de los gases de escape 16 comprende una caldera de lecho fluido, tal como la disponible de A. Ahlstrom Cormporation bajo la marca registrada FLUXFLOW. El sistema 16 está montado sobre la salida de la chimenea de escape 24 e incluye una carcasa 68 que define una cámara de sección ampliada 70. Los gases calientes saliendo del reactor 12 se descargan hacia arriba a través de la carcasa 68 y sirven para mantener un lecho de medio para intercambio de calor en partículas 72 en la cámara 70 en condiciones fluidificadas. El medio de intercambio de calor extrae la energía térmica de los gases calientes, a la vez que circula agua o vapor a través de un serpentín de refrigeración 74 dentro de la cámara 70 para extraer la energía térmica del sistema. Los gases enfriados salen por el extremo superior de la carcasa 68 y pasan a un separador (no mostrado, pero que generalmente comprende un ciclón). Los sólidos atrapados se eliminan de los gases enfriados mediante un separador y se reciclan al lecho fluido en la cámara 70 mediante el conducto 76 o pasan una operación de tratamiento en marcha.

En la operación con el sistema reactor 10, el baño de escoria fundida 22 se establece con la inyección de extremo sumergido de gas que contiene oxígeno libre y combustible por la lanza 14. La escoria se ajusta a una temperatura comprendida entre 1.100ºC y 1.800ºC, adecuada para el residuo a ser tratado y para establecer un nivel sustancial de turbulencia en el baño 22. Preferiblemente la escoria se salpica para establecer un recubrimiento de escoria en por lo menos la extensión inferior del sistema de conducto 42, con la escoria solidificada, para formar un recubrimiento de escoria protector en la lanza 14, mediante el gas inyectado y el refrigerante circulado a través de los conductos 50, 51 y 52 del sistema 42.

Con la escoria a una temperatura adecuada y en condiciones turbulentas, los desechos a ser tratados, tales como residuos urbanos y/o industriales, se descargan en el reactor 12. Los residuos se pueden cargar mediante la entrada 28 y/o mediante el sifón 32.

Los residuos suministrados mediante la entrada 28 caen dentro del baño 22 y son admitidos en la escoria fundida por la turbulencia de forma que circulan hasta la región de combustión/oxidación 62 bajo el extremo 14b de la lanza 14. De forma semejante, los residuos cargados por el sifón 32 son admitidos en la escoria fundida y circulan hasta la región 62 debido a la turbulencia del baño. En la región 62 se queman los componentes combustibles de los residuos, tales como los hidrocarburos, con producción de productos de reacción gaseosos y admisión de la ceniza residual por la escoria. Los constituyentes oxidables tales como los metales se oxidan. Los óxidos constituyentes, tales como los óxidos metálicos, y también los óxidos generados, son emitidos en los gases calientes del horno o admitidos por disolución en la escoria.

Durante la inyección por extremo sumergido de gases conteniendo oxígeno libre en el baño 22, mediante el sistema de conducto 42 de la lanza 14, se descarga gas que contiene oxígeno libre mediante la camisa tubular 44 en el espacio de gases de la cámara 20 sobre el baño 22. Como consecuencia, los gases combustibles tales como el H_{2}, CO y los hidrocarburos productos de la combustión/oxidación de los residuos son retro quemados, con la resultante transmisión de energía térmica al baño 22. También, se oxida todo vapor metálico emitido por el baño 22.

Las elevadas temperaturas de hasta 1.800ºC que pueden prevalecer en el reactor 12, suplidas por la post combustión, aseguran una combustión/oxidación esencialmente completa de los residuos cargados en el reactor 12. Por consiguiente, los gases calientes pasando a la chimenea 24 comprenden esencialmente H_{2}O, CO_{2} y humo de óxidos, esencialmente libre de hidrocarburos tóxicos o nocivos tales como los furanos, dioxinas y PCBs. Sin embargo, a pesar de tales temperaturas elevadas, la lanza 14 esta sustancialmente protegida contra la acción corrosiva de la escoria y la degradación térmica. Dicha protección se logra por el recubrimiento de escoria sólida que se puede mantener por el efecto refrigerante de los gases suministrados para la inyección de extremo sumergido y post combustión, así como también por la refrigeración lograda por el agua circulando a través del sistema de conducto 42 y el fluido refrigerante circulando a través del sistema de refrigeración 46.

Los gases calientes que pasan a través de la chimenea 24 entran el sistema de refrigeración de gases emitidos 16. Dentro de la cámara 70 del sistema 16, los gases calientes entrantes mantienen el medio de intercambio de calor 72 en estado fluido, antes de descargarse por la parte superior de la carcasa 68. A través del serpentín refrigerador 74 se circula agua o vapor, para extraer la energía térmica de la cámara 70, enfriándose los gases al ceder energía térmica al medio fluidificado 72 y éste último transfiriendo la energía térmica al serpentín 74. Por consiguiente los gases calientes se enfrían rápidamente en la cámara 70, preferiblemente de tal forma que se descargan de la carcasa 68 a una temperatura inferior a 300ºC.

Los sólidos y humo en los gases calientes que entran en el sistema 16 son esencialmente completamente absorbidos por el medio fluido 72. En particular, el humo tiende a recubrir las partículas del medio 72, mientras que los vapores de óxidos y los vapores metálicos se condensan en tales partículas. Una proporción de las partículas puede tender a caer en el reactor 12, generalmente con la revolatilización del recubrimiento. Sin embargo, las partículas, si en si no se volatilizan, se pueden disolver en la escoria y por consiguiente puede ser necesario suplir o completar las partículas de la cámara 70. También, algunas partículas se descargarán desde el extremo superior de la carcasa 68 debido al atrapamiento en los gases enfriados, pero éstas se pueden reciclar, si es necesario.

Los gases enfriados pasan de la carcasa 68 mediante un conducto (no mostrado) a un separador, tal como un ciclón, como se indicó anteriormente. Las partículas del medio 72 atrapadas se pueden reciclar a la cámara 70, si fuese necesario, mediante el conducto 76. Los gases enfriados pasan más allá del separador, una vez eliminados los sólidos atrapados, y a continuación se someten a tratamientos de filtración y depurado, tal como se describió anteriormente.

Volviendo ahora a la Figura 2, el sistema de reactor mostrado en ésta es semejante en muchos aspectos al sistema 10 de la Figura 1. Por consiguiente, cuando es relevante se utilizan las mismas referencias numéricas y la descripción se limita a los aspectos diferentes.

En el sistema 10 de la Figura 2, las diferencias residen en la forma de la chimenea de salida 24 y en los dispositivos para la refrigeración de los gases calientes que pasan a la chimenea 24. Tal como se muestra, la chimenea 24 tiene una parte inicialmente dirigida hacia arriba 24a como en la Figura 1, que conduce a una parte dirigida hacia abajo 24b. Dentro de la parte 24b, se proyecta por lo menos un conducto rociador 80 que genera una niebla refrigeradora de agua a través de la cual pasan los gases calientes para lograr un enfriamiento rápido. El efecto refrigerador de la niebla proporciona un efecto semejante al del sistema 16 de la Figura 1 para lograr un enfriamiento rápido de los gases calientes por debajo de los 300ºC. La niebla también condensa por lo menos una fracción de los humos y vapores de óxidos, a la vez que también disuelve por lo menos una fracción de cualquier hidrohaluro presente en los gases calientes.

A parte de los diferentes procedimientos para lograr la refrigeración de los gases calientes, la operación en el sistema 10 de la Figura 2 es esencialmente la misma que la descrita en referencia al sistema de la Figura 1.

Con los reactores de las Figuras 1 y 2, el gas que contiene oxígeno libre que se inyecta en el baño 22 por inyección de extremo sumergido a través de un sistema de conductos 42 de la lanza 14 puede ser aire, aire enriquecido con oxígeno o oxígeno. El oxígeno es el más preferido ya que minimiza la generación de NO_{x} y facilita lograr la temperatura necesaria en el baño 22.

Lo mismo es aplicable al gas que contiene oxígeno libre proporcionado, para post combustión sobre el baño 22, mediante la camisa tubular 44.

El combustible proporcionado mediante el conducto central 48 de la lanza 14 puede ser aceite combustible, gas natural o carbón en partículas. Sin embargo, además de, o como una alternativa, el combustible se puede proporcionar a través de la entrada 28. La entrada 28 permite la utilización de carbón en trozos como combustible, si fuese necesario. También, los constituyentes de fundente que forman la escoria, o los gránulos de escoria de repuesto, se pueden cargar por la entrada 28, si fuese necesario.

La inyección de extremo sumergido en el baño 22 es para generar y mantener una turbulencia sustancial en el baño 22, así como también para generar la región de combustión/oxidación 62 debajo del extremo de descarga 14b de la lanza 14. La turbulencia debe ser tal como para hacer que los residuos suministrados por la entrada 28 y/o el sifón 32 sean admitidos en el baño 22, para circular en dentro de éste hasta la región 62. Preferiblemente la turbulencia es tal que produce el salpicado de la escoria del baño 22 dentro de la zona de post combustión de la cámara 20, para maximizar el contacto líquido-gas entre la escora y los gases y transferir la energía térmica al baño 22.

La turbulencia generada en el baño 22, en la periferia de la pared 36 del recipiente 18, se extiende a la parte del baño 22 situada dentro del sifón 32 entre la pared 26 y la pared 40. Por consiguiente, la turbulencia actúa para admitir los residuos cargados por el sifón 32 en el reactor 12. Sin embargo, la turbulencia preferiblemente no es tal que genera salpicado de la escoria en la superficie 22a del baño 22 en el sifón 32. Si fuese necesario en el sifón 32 se puede proporcionar un dispositivo de alimentación, tal como un tornillo de alimentación, para facilitar la carga de los residuos en el reactor 12.

Para ilustrar todavía más el procedimiento de la invención, la descripción se dirige ahora al siguiente Ejemplo.

Ejemplo

Los residuos, comprendiendo ceniza de un incinerador de residuos tóxicos de procedimiento existente, se trataron por fundido en un reactor según la Figura 2. La ceniza provino de la combustión de residuos urbanos y consistió en una mezcla de ceniza sólida e hidrocarburos parcialmente quemados/oxidados, un contenido de carbón y óxidos metálicos en una forma finamente dividida, difícil de manejar.

Un total de 500 kg de ceniza se mezcló con agua en un molino de amasado para consolidarla. A continuación se alimentó en un reactor a través de un alimentador rotativo por el puerto 28 que proporciona un sello que evita el escape de los gases del horno. El reactor contiene un baño de escoria 22 que, en condiciones de reposo, fue de 500 mm de diámetro y 500 mm de profundidad. Sin embargo, antes de cargar el residuo de ceniza húmeda, se estableció una turbulencia suficiente en el baño por inyección de extremo sumergido mediante la lanza 14 que estableció una temperatura de 1.230ºC en la escoria. La inyección por extremo sumergido fue de gas que contiene oxígeno libre comprendiendo aire, siendo la lanza encendida por la inyección de aceite combustible ligero como combustible. La velocidad de carga de oxígeno y aceite combustible fue tal que proporcionó un contenido de oxígeno para la combustión del aceite combustible y para la combustión/oxidación de los constituyentes del residuo, con el mantenimiento de una temperatura de 1.230ºC durante la carga y el fundido de los residuos.

Los residuos se cargaron y fundieron durante un período de 6 horas. Durante dicha operación, se cargaron 85 kg de limaduras de acero y 20 kg cal en el baño de escoria como fundente. Los gases emitidos durante el fundido de los residuos, por combustión/oxidación de los constituyentes del residuo y combustión de combustible, fueron sujetos a post combustión o post quemado en el espacio del reactor sobre el baño de escoria. La post combustión fue con aire descargado dentro del espacio, sobre el baño, mediante la camisa tubular 44 de la lanza 14. El volumen de aire suministrado para la post combustión fue el suficiente para mantener un exceso estequiométrico de oxígeno en relación con el necesario para una completa post combustión y el mantenimiento de todos los valores de metal en los gases emitidos en estado oxidado. El extremo inferior del tubo de camisa 44 se situó cerca del nivel de la superficie de la escoria cuando está en condiciones quiescentes, de forma que la post combustión se produjo en una región del espacio del reactor en la que la escoria se hizo salpicar mediante la turbulencia generada por la inyección de extremo sumergido.

Los gases calientes del horno generados durante el fundido se descargaron del espacio del reactor mediante las partes 24a y 24b de la chimenea de salida. En las partes 24b de la chimenea 24, los gases se enfriaron por generación de una niebla de agua suficiente para enfriar los gases rápidamente, por enfriamiento evaporativo, hasta aproximadamente 150ºC. La niebla de agua produjo la condensación de esencialmente todo el humo y otras especies condensables o solubles en agua, resultando en un gas comprendiendo esencialmente CO_{2}. El gas enfriado fue sometido a continuación a filtración y depuración, dejando un gas final que se pudo descargar en la atmósfera.

Se produjo un total de 530 kg de escoria y 14 kg de humo. La composición de la ceniza del residuo, la escoria y el humo fue:

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	Carga de Residuo	Escoria	Humo
SiO_{2}		28%	26%	9,5%
CaO		15%	17,6%	6,5%
MgO		3%	2,8%	1,0%
Al_{2}O_{3}		9%	8,4%	3,1%
FeO		16%	40,2%	5,4%
C		10%	0,05%	3,4%
PbO		0,8%	0,07%	24.5%
ZnO		1,5%	0,28%	41,0%
CdO		0,04%	0,004%	1,2%
As_{2}O_{3}		0,03%	0,003%	0,9%
Otros		16,6%	4,6%	3,4%

Una vez terminado el fundido, la escoria se extrajo del horno y se granuló. La escoria granular se sometió a un procedimiento de lixiviado de los componentes tóxicos y se encontró que la escoria cumplía todos lo requisitos para la utilización como material de construcción, o para el desecho en relleno de tierras.

Se encontró que los gases de chimenea, una vez enfriados, filtrados y depurados eran adecuados para la descarga en la atmósfera. Se encontró que los gases tenían un contenido despreciable de cualquier valor metálico, o hidrocarburos. Mientras que la ceniza del residuo tenía un contenido en hidrocarburos tóxicos significativo, se encontró que los gases de chimenea descargados estaban esencialmente libres de hidrocarburos y que no tenían un contenido detectable en constituyentes tóxicos tales como furanos, dioxinas y PCBs.

Claims (22)

1. Procedimiento para eliminar los materiales de residuo que comprenden sustancialmente composiciones de hidrocarburos y presentan un contenido significativo de carbono químicamente enlazado, que comprende cargar los residuos en un reactor con sistema de reactor de inyección por lanza de extremo sumergido, conteniendo dicho reactor un baño fundido que comprende esencialmente una escoria a base de sílice fundida, conteniendo en disolución por lo menos otro óxido; y mantener el baño fundido en condiciones turbulentas durante la carga de los residuos por inyección de extremo sumergido en esta de gas que contiene oxígeno libre, utilizando por lo menos una lanza de extremo sumergido del sistema, de tal modo que los residuos son admitidos en el baño fundido y se hacen circular en éste hasta una zona de combustión/oxidación generada en el baño fundido por la inyección de extremo sumergido, en el que los constituyentes del residuo son sometidos al oxígeno libre del gas inyectado y a la energía térmica de la escoria y de esta forma son esencialmente destruidos mediante por lo menos una de entre las operaciones de combustión y oxidación.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los residuos están en una forma finamente dividida y son inyectados dentro del baño fundido en, o adyacente a la zona de combustión/oxidación.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los residuos están en forma de trozos y se cargan en el baño fundido a través de una entrada de alimentación del reactor.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los residuos son directamente forzados dentro del baño fundido a través de un sifón construido en una pared lateral del reactor.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el baño fundido se mantiene a una temperatura comprendida entre 1.100ºC y 1.800ºC mientras se cargan los residuos en el reactor.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que el baño fundido se mantiene a una temperatura comprendida entre 1.100ºC y 1.400ºC.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los residuos tienen un valor combustible suficiente para permitir el mantenimiento de la temperatura del baño fundido.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los residuos tienen un valor combustible insuficiente para mantener la temperatura del baño fundido, y se suministra al baño un combustible en cantidad suficiente para mantener la temperatura.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que el combustible se selecciona de entre gas natural, aceite combustible, carbón y combinaciones de estos.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la temperatura se mantiene controlando la velocidad de carga de los residuos, la velocidad de inyección de gas que contiene oxígeno libre y el contenido en oxígeno libre de dicho gas.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 y 10, en el que el gas que contiene oxígeno libre se inyecta en el baño a una velocidad proporcionando oxígeno libre en por lo menos un equivalente estequiométrico al del valor combustible de los residuos, una vez se haya tenido en cuenta el oxígeno necesario para la combustión de cualquier combustible suministrado al reactor y se mantiene la temperatura del baño fundido extrayendo o absorbiendo energía térmica del baño fundido.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que además del gas que contiene oxígeno libre inyectado en el baño fundido, se suministra gas que contiene oxígeno libre a un espacio del reactor sobre el baño fundido para lograr la post combustión o el post quemado de los gases emitidos del baño fundido y el mantenimiento de las especies oxidadas emitidas en un estado oxidado.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el gas que contiene oxígeno libre inyectado dentro del baño fundido está seleccionado de entre aire, aire enriquecido con oxígeno y oxígeno.

14. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que el gas que contiene oxígeno libre suministrado al espacio del reactor sobre el baño fundido está seleccionado de entre aire, aire enriquecido en oxígeno y oxígeno.

15. Procedimiento según la reivindicación 12 o la reivindicación 14, en el que el gas que contiene oxígeno libre suministrado al espacio del reactor sobre el baño fundido proporciona oxígeno en exceso de las necesidades estequiométricas para una post combustión/post quemado esencialmente completa.

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12, 14 y 15, en el que el gas que contiene oxígeno libre suministrado al espacio del reactor sobre el baño se proporciona mediante una camisa tubular de dicha por lo menos única lanza del sistema reactor.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que los gases calientes resultantes de la combustión/oxidación de los residuos y de cualquier post combustión/post quemado en el espacio del reactor sobre el baño de escoria están forzados a ser descargados a través de una chimenea de salida del reactor y están sometidos a enfriamiento rápido.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, en el que el enfriamiento reduce la temperatura de los gases calientes por debajo de aproximadamente 300ºC.

19. Procedimiento según la reivindicación 17 o la reivindicación 18, en el que los gases calientes se enfrían por enfriamiento evaporativo siendo pasados a través de un aerosol de agua o niebla.

20. Procedimiento según la reivindicación 17 o la reivindicación 18, en el que los gases calientes se enfrían por enfriamiento de absorción en un sistema de caldera de lecho fluido.

21. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, en el que los residuos incluyen especies metálicas, seleccionadas de entre metales elementales y material oxidado y en el que las especies de metal volatilizable se descargan del reactor como humo y las especies no volatilizadas se disuelven en la escoria del baño fundido.

22. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, en el que los residuos incluyen compuestos orgánicos tóxicos, tales como furanos, dioxinas y PCBs y dichos compuestos son destruidos esencialmente por completo por craqueo químico y/o combustión/oxidación, proporcionando un gas de escape esencialmente libre de compuestos orgánicos tóxicos.