ES2236318T3 - Procedimiento para la regeneracion de un material residual que contiene azufre, y quemadores de atomizacion que son apropiados para la realizacion del procedimiento. - Google Patents
Procedimiento para la regeneracion de un material residual que contiene azufre, y quemadores de atomizacion que son apropiados para la realizacion del procedimiento.Info
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Abstract
Procedimiento para la regeneración de un material residual que contiene azufre, en el que una corriente de gotas que contienen el material residual se introduce en un reactor y se aporta a una zona de reacción a base de gases de humos calientes, que se producen por combustión de un combustible, y se calienta dentro de ella, de manera tal que los compuestos que contienen azufre del material residual se craquean térmicamente, realizándose que al mismo tiempo que con la corriente de gotas que contienen el material residual se introduce en el reactor una corriente de gotas que contienen un combustible, y se aporta a una zona de reacción preliminar, que se produce por introducción de una corriente gaseosa rica en oxígeno, de este modo el material residual se craquea térmicamente de un modo parcial en la zona de reacción preliminar y a continuación se aporta a la zona de reacción, caracterizado porque para la atomización del material residual se emplea un quemador de atomización, que tiene una boquilla interior central para la aportación de la mezcla del material residual y del combustible, que está rodeada coaxialmente por una boquilla para un gas protector y por una boquilla de rendija anular para la aportación de la corriente gaseosa de envoltura rica en oxígeno, conduciéndose un gas protector a través de la boquilla para un gas protector.
Description
Procedimiento para la regeneración de un material
residual que contiene azufre, y quemadores de atomización que son
apropiados para la realización del procedimiento.
El presente invento se refiere a un procedimiento
para la regeneración de un material residual que contiene azufre, de
acuerdo con el prefacio precaracterizante de la reivindicación
1.
Un procedimiento de este tipo ya es conocido a
partir del documento de solicitud de patente británica
GB-A 1.527.661.
Además, el invento se refiere a la utilización de
un quemador de atomización destinado a la realización del
procedimiento, que comprende una boquilla interior central para la
aportación de un material residual que contiene azufre, la cual está
rodeada por una boquilla exterior.
De acuerdo con el estado de la técnica, el
tratamiento de materiales residuales que contienen azufre, tales
como p.ej. ácidos sulfúricos consumidos (los denominados "ácidos
sulfúricos de desecho"), o soluciones de sulfato de amonio,
mediante craqueo térmico en unas denominadas instalaciones de
craqueo. Los materiales residuales se aportan en este caso a una
zona de calentamiento, producida por gases de humos calientes, de un
reactor revestido de modo refractario, en lo sucesivo designado
también como "horno de craqueo", y en éste se craquea
térmicamente mediando formación de dióxido de azufre. La zona de
calentamiento se produce mediante combustión de un combustible con
un agente de oxidación que contiene oxígeno. Los gases de proceso,
que contienen dióxido de azufre, se tratan ulteriormente de acuerdo
con el estado de la técnica para formar ácido sulfúrico, oleum o
dióxido de azufre.
Se conocen dos diferentes tipos de reactores, que
se diferencian en primer término por lo que se refiere a la
circulación de los gases de proceso; a saber, hornos de craqueo
recorridos en sentido vertical u horizontal.
En el caso de un horno de craqueo recorrido en
sentido vertical, los quemadores para la producción de los gases de
humos calientes están embridados a la pared del horno en uno o
varios planos directamente en sentido radial o tangencial. La llama
se desarrolla primeramente en el horno de craqueo, con lo que, en el
caso de una composición incompleta, se pueden formar CO y hollín, y
existe el peligro de la coloración en pardo del ácido sulfúrico
producido. Por lo tanto, las instalaciones de craqueo de un tipo
constructivo más nuevo están equipadas, en vez de con los quemadores
embridados directamente, con unas cámaras de combustión, que se
denominan combustores, que se disponen delante de ellas. Los
combustores producen un gas de humos totalmente reaccionado, que
está caliente a aproximadamente 2.000ºC.
En el caso de un horno de craqueo dispuesto en
posición horizontal, en la mayor parte de los casos uno o varios
quemadores o combustores están embridados directamente a la pared
frontal. La llama o el gas de humos sale en sentido horizontal.
Como combustible entran en cuestión gases
combustibles y combustibles líquidos, de modo preferido con un alto
contenido en azufre, tal como p.ej. un aceite de calefacción S. Para
el caso de que sea necesario un aumento de la producción de ácido
sulfúrico, se añade como combustible también azufre líquido, que se
quema directamente en el horno de craqueo para formar dióxido de
azufre. Como medio de oxidación se utiliza usualmente aire que,
calentado ya sea a la temperatura ambiente o por recuperación, se
añade al recinto de quemadores (instalación para conducción de
aire).
La incorporación del ácido en el horno de craqueo
se efectúa a través de unos atomizadores a presión, atomizadores con
aire a presión o atomizadores rotatorios, que se fabrican a base de
materiales técnicos resistentes frente a los ácidos.
Todos los procedimientos de craqueo tienen en
común la muy alta temperatura de craqueo necesaria, de 900 a
1.200ºC, a la que los materiales residuales que contienen azufre se
convierten térmicamente en dióxido de azufre, vapor de agua,
oxígeno, y eventualmente en nitrógeno y dióxido de carbono. La
reacción de craqueo, fuertemente endotérmica, se desarrolla en los
hornos de craqueo antes descritos, siendo necesarias unas grandes
cantidades de energía en forma de gas o aceite combustible. Así,
p.ej. para el craqueo de un ácido sulfúrico de desecho al 70%, que
consta de 70% de ácido sulfúrico y 30% de agua, se necesita
teóricamente una energía de aproximadamente 1.770 KWh por cada
tonelada de ácido de desecho.
El caso de la utilización de aire como agente de
oxidación, también la porción de nitrógeno inerte debe ser calentada
a la temperatura de craqueo de aproximadamente 1.000ºC, lo cual
conduce a un aumento adicional del consumo de energía y a la
reducción de la concentración de dióxido de azufre, así como a un
aumento del volumen del gas de proceso.
En principio, los costos de evacuación
específicos por cada tonelada de ácido de desecho se pueden reducir
mediante el aumento de la concentración de dióxido de azufre en el
gas de proceso.
Unas concentraciones más altas de dióxido de
azufre se pueden conseguir, o bien mediante aumento de la
concentración de los materiales residuales que contienen azufre en
una instalación dispuesta por separado, o mediante una reducción de
la porción de nitrógeno inerte en el aire comburente, lo cual se
consigue usualmente mediante el empleo de oxígeno como medio de
oxidación. Para el mezclamiento del oxígeno con los combustibles en
el horno de craqueo, se han acreditado hasta ahora en la práctica
los siguientes procedimientos:
\bullet Enriquecimiento del aire comburente con
oxígeno
\bullet Inyección de oxígeno en la llama con
aire
\bullet Empleo de un quemador de combustible y
oxígeno.
Mediante el enriquecimiento con oxígeno y/o la
inyección de oxígeno se eleva la temperatura de la llama, lo cual
puede conducir a deterioros en los quemadores y/o en el
revestimiento refractario.
Tanto al realizar el enriquecimiento con oxígeno
como también al realizar la inyección de oxígeno, se aumenta la
temperatura de la llama, y con ello se favorece la formación de
óxidos de nitrógeno por vía térmica, lo cual es desventajoso en
principio para el proceso de craqueo.
En el caso de emplearse un quemador de
combustible y oxígeno, los combustibles, tales como un aceite o gas
combustible, habiéndose mezclado exteriormente se queman con oxígeno
mediante un quemador apropiado. Los quemadores de oxígeno se pueden
integrar en el reactor adicionalmente con el fin de aumentar la
potencia de un horno de craqueo ya existente, pero también se pueden
integrar en vez de los quemadores de aire. Mediante las muy altas
temperaturas de la llama, que son hasta de 2.900ºC, se plantean los
mismos problemas que en el caso de los procedimientos antes
mencionados. Además de ello, los quemadores de oxígeno, enfriados
por agua, necesitan una intensa dedicación de mantenimiento, puesto
que en la superficie enfriada pueden aparecer daños por corrosión
mediante una condensación de ácido sulfúrico.
A causa de estas desventajas, el empleo de
oxígeno para aumentar la potencia de las instalaciones de craqueo,
destinadas a la regeneración de materiales residuales que contienen
azufre, era posible solamente de una manera limitada. Así, por
ejemplo, los hornos de craqueo, que estaban equipados con
combustores, hasta ahora no se podían hacer funcionar con oxígeno,
puesto que tanto mediante el enriquecimiento con oxígeno como
también mediante la inyección de oxígeno se aumenta la temperatura
de la llama, de manera tal que se funde el revestimiento del
combustor, que se hace funcionar ya junto al límite superior de la
temperatura, y además de ello mediante la formación aumentada de
óxidos de nitrógeno se disminuye en gran manera la calidad del ácido
sulfúrico producido, por causa de unos contenidos aumentados de
ácido nitrosil-sulfúrico.
El invento se basa por lo tanto en la misión de
presentar un procedimiento para la regeneración de materiales
residuales que contiene azufre, en el que se pueda incorporar
oxígeno como medio adicional de oxidación en el horno de combustión,
sin las desventajas y limitaciones anteriores, con el fin de
aumentar la potencia y de mejorar la rentabilidad. Además, el
invento se basa en la misión de presentar unos quemadores de
atomización con una alta durabilidad, que sean apropiados para la
realización del procedimiento.
En lo que se refiere al procedimiento, el
problema planteado por esta misión, partiendo de los procedimientos
mencionados al comienzo, se resuelve conforme al invento mediante
las particularidades características de la reivindicación 1.
La corriente de gotas, que contienen un material
residual, y la corriente de gotas, que contienen un combustible, se
aportan a una zona de reacción preliminar. Ésta se produce mediante
el recurso de que el material residual y el combustible, en estado
finamente dividido, reaccionan con el gas rico en oxígeno. En la
zona de reacción preliminar, el material residual que contiene
azufre se craquea parcialmente y a continuación se introduce en la
zona de reacción dispuesta a una mayor temperatura, que consta de
los gases de humos calientes, en la que se efectúa el craqueo
térmico completo del material residual que contiene azufre. En
efecto, para ello, la zona de reacción preliminar está desacoplada
de la zona de reacción propiamente dicha. Con ello, la energía
adicional, que es necesaria para el aumento de la potencia, se puede
poner a disposición en la zona de reacción preliminar, sin que se
llegue a un aumento de la temperatura de la llama en la zona de
reacción propiamente dicha, y por consiguiente sin que se llegue a
un traspasamiento de los límites de temperatura en esta zona o a una
formación aumentada de óxidos de nitrógeno.
La zona de reacción preliminar se produce
mediante el recurso de que allí un combustible se quema con la
corriente gaseosa rica en oxígeno. Los combustibles para la
formación de la zona de reacción preliminar y para la formación de
la zona de reacción propiamente dicha pueden ser idénticos. La
corriente gaseosa rica en oxígeno es oxígeno puro o una mezcla de
oxígeno y aire con una concentración de oxígeno que está comprendida
entre 25% en volumen y 100% en volumen.
Mediante la introducción en común del material
residual y del combustible en la zona de reacción preliminar, y
mediante el craqueo parcial del material residual, el craqueo
térmico del material residual puede efectuarse en la zona de
reacción propiamente dicha a unas más bajas temperaturas de
reacción, lo cual tiene como consecuencia una pequeña formación de
óxidos de nitrógeno junto con unos altos grados de reacción en el
proceso global. Los productos de reacción procedentes de la zona de
reacción preliminar, que todavía no se han craqueado totalmente, se
hacen pasar a la zona de reacción propiamente dicha dispuesta a una
temperatura más alta, en la que se efectúan el craqueo y la
combustión totales de los productos de reacción, sin que
adicionalmente se formen óxidos de nitrógeno.
De modo preferido, en la zona de reacción
preliminar se ajusta una temperatura máxima situada en el intervalo
comprendido entre 800ºC y 1.300ºC, de modo especialmente preferido
entre 850ºC y 1.100ºC. Con ello se garantiza una pequeña carga
térmica para el revestimiento y una pequeña formación térmica de
óxidos de nitrógeno. La temperatura en la zona de reacción
preliminar se puede regular mediante ajuste por separado de los
caudales cuantitativos de material residual que contiene azufre, de
combustible y de gas rico en oxígeno. Éstos se ajustan
independientemente unos de otros, de tal manera que la temperatura
en la zona de reacción preliminar esté situada dentro de los
mencionados intervalos preferidos de temperatura.
De modo preferido, en la primera zona de reacción
se mantiene una atmósfera reductora, mediante el recurso de que el
contenido en oxígeno en la zona de reacción preliminar se ajusta a
unos valores menores que los estequiométricos en relación con los
componentes oxidables del material residual y del combustible.
Se ha acreditado especialmente un modo de
procedimiento, en el que el material residual y el combustible se
incorporan en el reactor mediando empleo de un medio de atomización,
estando formado el medio de atomización, por lo menos parcialmente,
por la corriente gaseosa rica en oxígeno. Por lo demás, se pueden
emplear, por ejemplo, también aire a presión o vapor como medio de
atomización. Por el concepto de "un medio de atomización" se
entienden en este caso los medios aportados al atomizador, que
cooperan directa o indirectamente al realizar la atomización del
material residual y del combustible. En particular, en este concepto
se incluyen también los medios, que se aportan al atomizador con la
meta de envolver al cono de atomización que se forma al realizar la
atomización. Como atomizadores se emplean atomizadores a presión,
atomizadores rotatorios o atomizadores con inyectores.
Convenientemente, una mezcla de un material
residual y un combustible se incorpora en el reactor en forma de una
corriente de gotas de material residual y de combustible. En este
caso, fuera del reactor se produce una mezcla del material residual
y del combustible. Ésta, para la formación de la corriente de gotas
de material residual y de combustible se aporta a un atomizador, y
mediante éste se incorpora en la zona de reacción preliminar. La
corriente gaseosa rica en oxígeno es aportada a la zona de reacción
preliminar juntamente con esta mezcla o por separado de ella.
Se encontró que es especialmente favorable que la
corriente gaseosa rica en oxígeno envuelva a la corriente de gotas
de material residual y combustible como una corriente gaseosa de
envoltura y que pase a través de ella mediando formación de la
primera zona de reacción. La corriente gaseosa de envoltura, en este
sentido, es formada total o parcialmente por la corriente gaseosa
rica en oxígeno o por una parte de ella. En este caso, la corriente
gaseosa de envoltura se usa de manera conveniente también total o
parcialmente como medio de atomización secundaria para la mezcla del
material residual y del combustible.
Se ha acreditado especialmente una forma de
realización del procedimiento de acuerdo con el invento, en la que
la corriente gaseosa de envoltura está formada parcialmente por una
corriente de aire, siendo ajustado el contenido en oxígeno en la
corriente gaseosa de envoltura entre 25% en volumen y 100% en
volumen. El contenido en oxígeno en la corriente gaseosa de
envoltura es ajustado en este caso por medio de la relación entre
los volúmenes de circulación de la corriente de aire y la corriente
gaseosa rica en oxígeno, y por medio del contenido en oxígeno de
ésta.
Además de ello, para la atomización del material
residual se emplea un quemador de atomización, que tiene una
boquilla interior central para la aportación de la mezcla de
material residual y combustible, que está rodeada coaxialmente por
una boquilla para un gas protector y por una boquilla de rendija
anular para la aportación de la corriente gaseosa de envoltura rica
en oxígeno, siendo conducido un gas protector a través de la
boquilla para un gas protector. El gas protector, introducido a
través de la boquilla para un gas protector, sirve para la
protección de la boquilla interior central con respecto de la
corriente gaseosa de envoltura rica en oxígeno. De este modo, la
boquilla interior puede constar de un material que, si entrase en
contacto con la corriente gaseosa de envoltura más rica en oxígeno,
se oxidaría con rapidez a las altas temperaturas reinantes.
En una forma de realización especialmente
preferida del procedimiento conforme al invento, la corriente
gaseosa rica en oxígeno comprende una corriente precalentada de aire
caliente y una corriente gaseosa rica en oxígeno, conducida por
separado de aquella. El contenido en oxígeno de la corriente gaseosa
rica en oxígeno es, de modo preferido, por lo menos de 80% en
volumen.
En lo que se refiere al quemador de atomización,
el problema planteado por la misión antes indicada se resuelve,
conforme al invento, partiendo del quemador de atomización descrito
al comienzo, mediante el recurso de que entre la boquilla interior y
la boquilla exterior está prevista una boquilla para un gas
protector, que rodea coaxialmente a la boquilla interior, y de que
la boquilla interior está unida con una entrada para una mezcla de
material residual y de combustible, y la boquilla exterior está
unida con una entrada para una corriente gaseosa que contiene una
gran cantidad de oxígeno.
En el caso del procedimiento y de la utilización
conformes al invento, entre la boquilla interior y la boquilla
exterior está prevista una boquilla para un gas protector. La
boquilla para un gas protector rodea coaxialmente a la boquilla
interior. De este modo se hace posible introducir, a través de la
boquilla para un gas protector, un gas protector que es inerte
frente a la boquilla interior y que protege hacia fuera a la
boquilla interior con respecto del entorno. Esto hace posible, a su
vez, formar la boquilla interior a base de un material técnico que
ciertamente sea resistente frente al material residual que contiene
azufre, pero que no sea estable frente al medio que sale de la
boquilla exterior.
Como ya se ha explicado con anterioridad con
ocasión del procedimiento conforme al invento, la corriente gaseosa
rica en oxígeno tiene, en el sentido del presente invento, un
contenido en oxígeno comprendido entre 25% en volumen y 100% en
volumen. El efecto de la introducción de esta corriente gaseosa en
lo que se refiere al aumento de la potencia en el caso de la
regeneración de materiales residuales que contienen azufre en un
reactor, en vinculación con una introducción de la mezcla del
material residual y del combustible mediando formación de una zona
de reacción preliminar en el reactor, se ha explicado detalladamente
ya con anterioridad.
El procedimiento conforme al invento hace posible
la atomización del material residual mediando introducción de la
corriente gaseosa rica en oxígeno, o de una parte de ésta, a través
de la boquilla exterior, realizándose que la boquilla interior puede
ser protegida con respecto de la corriente gaseosa rica en oxígeno
por medio de la introducción de un gas protector apropiado a través
de la boquilla para un gas protector. Por consiguiente, es posible
formar la boquilla interior a base de un material técnico que en
caso contrario está expuesto a la corrosión en las condiciones del
entorno.
Preferiblemente, la boquilla interior consta de
zirconio. El zirconio se distingue por una alta estabilidad frente a
los ácidos y por una alta resistencia al desgaste, pero a altas
temperaturas (por ejemplo a 1.000ºC) se oxida rápidamente, a causa
de su afinidad en oxígeno puro, o en ciertos casos incluso se
inflama, lo cual se evita mediante el medio introducido a través de
la boquilla para un gas protector.
Una mejora adicional del procedimiento se
establece mediante el recurso de que dentro de la boquilla exterior
están dispuestos unos dispositivos generadores de turbulencia. Los
dispositivos generadores de turbulencia producen, en el caso del
procedimiento conforme al invento, una atomización secundaria
adicional de la mezcla del material residual y del combustible.
De una manera especialmente sencilla se establece
una forma de realización del quemador de atomización, en la que la
boquilla exterior está estructurada como rendija anular, que rodea
coaxialmente a la boquilla para un gas protector.
En una forma de realización alternativa y
preferida de igual manera, la boquilla exterior está estructurada
como una rendija anular, en la que se disponen un gran número de
boquillas individuales distribuidas en torno a la periferia exterior
de la boquilla para un gas protector. En el caso de esta forma de
realización, es posible introducir, a través de la rendija anular,
un primer gas y, a través de las boquillas individuales, un segundo
gas. Por ejemplo, el primer gas puede ser un aire previamente
calentado y el segundo gas puede ser una corriente gaseosa rica en
oxígeno en el sentido de este invento, con un contenido en oxígeno
que preferiblemente es de por lo menos 80% en volumen.
A continuación, el invento se explica con mayor
detalle con ayuda de ejemplos de realización y de unos dibujos. En
los dibujos, en particular
la Figura 1 muestra el quemador de atomización
en una primera forma de realización,
la Figura 2 muestra el quemador de atomización
de acuerdo con la Figura 1 en una vista desde arriba sobre el
orificio de la boquilla de atomización,
la Figura 3 muestra una segunda forma de
realización del quemador de atomización con una boquilla exterior
provista de una disposición para la generación de una
turbulencia,
la Figura 4 muestra el quemador de atomización
de acuerdo con la Figura 3 en una vista desde arriba sobre el
orificio de la boquilla de atomización,
la Figura 5 muestra una tercera forma de
realización del quemador de atomización con una boquilla exterior
provista de boquillas individuales dispuestas dentro de ella, y
la Figura 6 muestra el quemador de atomización
de acuerdo con la Figura 5 en una vista desde arriba sobre el
orificio de la boquilla de atomización.
El quemador de atomización representado en la
Figura 1 presenta una boquilla interior central 1, que está rodeada
coaxialmente por una boquilla 2 para un gas de separación, en forma
de rendija anular, y por otra boquilla exterior 3, en forma de
rendija anular. La boquilla interior 1 tiene una entrada 4 para una
mezcla de un material residual que contiene azufre y de un
combustible, tal como p.ej. un aceite de calefacción, un aceite de
desecho o un disolvente ligero o pesado, la boquilla 2 para un gas
de separación está provista de una entrada 5 para aire y la boquilla
exterior 3 está provista de una entrada 6 para una mezcla de oxígeno
y aire, cuyo contenido en oxígeno se puede regular entre 20,6% en
volumen y 100% en volumen.
La boquilla interior está formada por un tubo 8
hecho de silicato de zirconio (zircona), que se estrecha cónicamente
en dirección al orificio 7 de boquilla. Las demás paredes de las
boquillas (2; 3) constan de un acero inoxidable con un alto grado de
aleación, resistente al azufre y resistente al calor, en forma de
dos tubos coaxiales (9, 10).
Si es que en las representaciones de las Figuras
2 a 6 se utilizan las mismas cifras de referencia que en la Figura
1, con ello se designan piezas componentes o constituyentes
idénticas o equivalentes del quemador de atomización conforme al
invento, tal como ya se han explicado anteriormente con ayuda de la
Figura 1.
A partir de la vista desde arriba sobre la
boquilla de atomización de acuerdo con la Figura 2 puede observarse
la disposición coaxial de los tubos individuales (8; 9; 10) y de las
boquillas (1, 2, 3) del quemador de atomización de acuerdo con la
Figura 1.
En el caso de la forma de realización
representada en la Figura 3 del quemador de atomización conforme al
invento está previsto en la zona inferior de la boquilla exterior 3,
a corta distancia delante del orificio 7 de boquilla, un dispositivo
generador de turbulencia en forma de unas laminillas 12, que están
colocadas oblicuamente en la dirección de circulación 13 dentro de
la boquilla exterior 3.
A partir de la vista desde arriba sobre la
boquilla de atomización de acuerdo con la Figura 4 puede reconocerse
la disposición coaxial de los tubos individuales (8; 9; 10) y de las
boquillas (1, 2, 3) así como de las laminillas 12 dentro de la
boquilla exterior 3 del quemador de atomización de acuerdo con la
Figura 3.
La Figura 5 muestra una forma de realización del
quemador de atomización conforme al invento, en la que dentro de la
boquilla exterior 3 en forma de rendija anular, discurren un número
múltiplo de boquillas individuales 14 (en el Ejemplo de realización
se trata de ocho boquillas individuales 14) con una sección
transversal de forma circular. Las boquillas individuales 14 están
distribuidas uniformemente en torno a la boquilla 2 para un gas de
separación. Éstas se forman mediante unos tubos a base de un
material técnico austenítico, que están unidos con su extremo
superior, apartado del orificio 7 de boquilla, con una entrada 15
para oxígeno. La boquilla exterior 3 está unida, en el caso de este
quemador de atomización, con una entrada 16 para aire caliente.
Mediante esta disposición de las boquillas
individuales, el oxígeno está separado con respecto del aire
previamente calentado hasta llegar al orificio 7 de boquilla. Con
ello se pueden añadir al horno, de una manera inocua en cuanto a la
técnica de seguridad, unas cantidades de oxígeno o unas cantidades
de aire de cualquier magnitud.
A partir de la vista desde arriba sobre el
orificio de la boquilla de atomización de acuerdo con la Figura 6,
se puede reconocer la disposición coaxial de los tubos individuales
(8; 9; 10) y de las boquillas (1, 2, 3), así como la disposición de
las boquillas individuales 14 de forma circular, en torno a la
boquilla 2 para gas de separación, en el caso del quemador de
atomización de acuerdo con la Figura 5.
Las ventajas del procedimiento conforme al
invento se deben explicar con mayor detalle con ayuda de los
Ejemplos, sin que con ello se limite el alcance del invento.
Ejemplo comparativo
1
Para el craqueo de materiales residuales que
contienen azufre se emplea una instalación de craqueo ya existente,
con un horno de craqueo recorrido en sentido vertical, en el que los
materiales residuales se introducen por proyección en la cabeza
(parte superior) del horno y el gas de proceso recorre el horno de
craqueo desde arriba hacia abajo. El horno de craqueo es caldeado
con dos combustores dispuestos tangencialmente, con un aceite
combustible S como combustible y un aire previamente calentado como
medio de oxidación.
El material residual, introducido por atomización
a través de la boquilla de atomizador, es craqueado térmicamente en
los gases de humos calientes producidos por los combustores.
Como material residual se emplearon 12 m^{3}/h
de un ácido de desecho procedente de la producción de metacrilato de
metilo, con la siguiente composición:
\bullet 41,3% en peso de ácido sulfúrico,
\bullet 27,5% en peso de sulfato de amonio,
\bullet 27,5% en peso de agua,
\bullet 3,7% en peso de sustancias
orgánicas.
La atomización se efectúa con una boquilla de
atomizador convencional. La cantidad aportada de material residual,
de 12 m^{3}/h, corresponde en este caso a la capacidad máxima de
la instalación. Los resultados conseguidos se reproducen a
continuación en forma de tabla.
\global\parskip0.950000\baselineskip
- \bullet
- Caudal de material residual que contiene azufre: 12 m^{3}/h
- \bullet
- Caudal de combustible: 1.700 kg/h
- \bullet
- Caudal de aire: 27.000 m^{3}/h (en CN)
- \bullet
- Caudal de oxígeno: 0 m^{3}/h (en CN)
- \bullet
- Temperatura en la cabeza del horno: 890ºC
- \bullet
- Temperatura a la salida del horno: 1.000ºC
- \bullet
- Concentración de SO_{2} en el gas de reacción: 8,3% en volumen, en estado seco
- \bullet
- Concentración de NO_{x} en el gas de reacción: 140 mg/m^{3} (en CN), en estado seco
- \bullet
- Concentración de SO_{3} en el gas de reacción: 8,8 mg/m^{3} (en CN), en estado seco
(en CN) = (en condiciones normales
de presión y
temperatura)
Para los experimentos, el mismo horno de craqueo
que en el Ejemplo comparativo 1 se equipó con los quemadores
conformes al invento, que se describen en la Figura 1 y en la Figura
2.
Se empleó el mismo material residual que contenía
azufre, con una aportación de material residual idéntica que en el
Ejemplo comparativo 1. Se insufló oxígeno puro dentro del recinto de
reacción a través de la boquilla concéntrica 3 de atomizador.
En el caso de un caudal de oxígeno de 1.000
m^{3}/h, se redujo la cantidad de combustible y de aire en los
combustores y al mismo tiempo se añadieron 420 kg/h del aceite de
calefacción S al material residual que contenía azufre y se
introdujeron por atomización en estado finamente desmenuzado
mediante el quemador de atomización y de oxígeno en la zona de
reacción preliminar. El cono de gotas de la mezcla de material
residual y combustible fue envuelto por la corriente de oxígeno
generada mediante la boquilla concéntrica 3 y fue atravesado
mediando formación de la zona de reacción preliminar. El craqueo
térmico completo tiene lugar en la zona de reacción en la corriente
de gases de humos calientes, que había sido producida en los
combustores. La comparación de los valores de SO_{3} con los del
Ejemplo comparativo 1 muestran que el craqueo térmico de los
materiales residuales se había efectuado de un modo completo.
Por causa del caudal volumétrico reducido del gas
de proceso, la concentración de SO_{2} en el gas de reacción
aumenta desde 8,3% en volumen hasta 10,4% en volumen. Las
temperaturas en la cabeza del horno y a la salida del horno eran
casi idénticas. Los valores de óxidos de nitrógeno en el gas de
reacción, medidos a la salida del horno, no muestran ningún aumento
en comparación con el Ejemplo comparativo 1. Los resultados
conseguidos se representan a continuación en forma de tabla.
- \bullet
- Caudal de material residual que contiene azufre: 12 m^{3}/h
- \bullet
- Caudal de combustible: 1.620 kg/h
- \bullet
- Caudal de aire: 21.000 m^{3}/h (en CN)
- \bullet
- Caudal de oxígeno: 1.000 m^{3}/h (en CN)
- \bullet
- Temperatura en la cabeza del horno: 868ºC
- \bullet
- Temperatura a la salida del horno: 1.002ºC
- \bullet
- Concentración de SO_{2} en el gas de reacción: 10,4% en volumen, en estado seco
- \bullet
- Concentración de NO_{x} en el gas de reacción: 165 mg/m^{3} (en CN), en estado seco
- \bullet
- Concentración de SO_{3} en el gas de reacción: 8,8 mg/m^{3} (en CN), en estado seco
En el Ejemplo 3, a igualdad de composición del
material residual que en el Ejemplo 1 el caudal de material residual
que contiene azufre, se aumentó en un 33,3%, desde 12 m^{3}/h
hasta 16 m^{3}/h. La cantidad de oxígeno fue de 2.000 m^{3}/h.
La energía necesaria para el craqueo adicional se aportó al material
residual que contenía azufre a través del quemador de atomización
conforme al invento, que se representa en la Figura 1 y en la Figura
2, por adición de 510 kg/h de un aceite de calefacción S y se
incorporó en la zona de reacción preliminar. A pesar de la potencia
de caudal aumentado, el grado de craqueo era ligeramente más alto,
tal como se puede reconocer en los valores de SO_{3}. No se
observó ningún aumento de la temperatura en la cabeza del horno. La
temperatura a la salida del horno de craqueo era constante. En
comparación con el Ejemplo comparativo 1, con un caudal volumétrico
casi constante del gas de proceso, la concentración de SO_{2}
aumentó desde 8,3% en volumen hasta 11,4% en volumen. La
concentración de óxidos de nitrógeno era algo menor en relación con
el contenido en SO_{2}. Los resultados conseguidos se representan
a continuación en forma de tabla.
- \bullet
- Caudal de material residual que contiene azufre: 16 m^{3}/h
- \bullet
- Caudal de combustible: 2.020 kg/h
- \bullet
- Caudal de aire: 23.500 m^{3}/h (en CN)
- \bullet
- Caudal de oxígeno: 2.000 m^{3}/h (en CN)
- \bullet
- Temperatura en la cabeza del horno: 872ºC
- \bullet
- Temperatura a la salida del horno: 1.000ºC
- \bullet
- Concentración de SO_{2} en el gas de reacción: 11,4% en volumen, en estado seco
- \bullet
- Concentración de NO_{x} en el gas de reacción: 180 mg/m^{3} (en CN), en estado seco
- \bullet
- Concentración de SO_{3} en el gas de reacción: 9,5 mg/m^{3} (en CN), en estado seco
Después de una producción durante varias semanas
no se manifestaron deterioros algunos ni en el revestimiento ni en
los combustores, ni tampoco en el quemador de atomización. El
procedimiento es apropiado tanto para el aumento de la potencia de
las instalaciones ya existentes como también para la reducción del
tamaño de las instalaciones en el caso de la construcción de nuevas
instalaciones.
Claims (14)
1. Procedimiento para la regeneración de un
material residual que contiene azufre, en el que una corriente de
gotas que contienen el material residual se introduce en un reactor
y se aporta a una zona de reacción a base de gases de humos
calientes, que se producen por combustión de un combustible, y se
calienta dentro de ella, de manera tal que los compuestos que
contienen azufre del material residual se craquean térmicamente,
realizándose que al mismo tiempo que con la corriente de gotas que
contienen el material residual se introduce en el reactor una
corriente de gotas que contienen un combustible, y se aporta a una
zona de reacción preliminar, que se produce por introducción de una
corriente gaseosa rica en oxígeno, de este modo el material residual
se craquea térmicamente de un modo parcial en la zona de reacción
preliminar y a continuación se aporta a la zona de reacción,
caracterizado porque para la atomización del material
residual se emplea un quemador de atomización, que tiene una
boquilla interior central para la aportación de la mezcla del
material residual y del combustible, que está rodeada coaxialmente
por una boquilla para un gas protector y por una boquilla de rendija
anular para la aportación de la corriente gaseosa de envoltura rica
en oxígeno, conduciéndose un gas protector a través de la boquilla
para un gas protector.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque en la zona de reacción preliminar se
ajusta una temperatura máxima situada en el intervalo entre 800ºC y
1.300ºC, de modo preferido entre 850ºC y 1.100ºC.
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
1 ó 2, caracterizado porque el contenido en oxígeno en la
zona de reacción preliminar se emplea en una cantidad inferior a la
estequiométrica en relación con los componentes oxidables del
material residual y del combustible.
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el material
residual y el combustible se incorporan en el reactor mediando
empleo de un medio de atomización, estando formado el medio de
atomización, por lo menos parcialmente, por la corriente gaseosa
rica en oxígeno.
5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizado porque una mezcla del material residual y
del combustible se introduce en el reactor en forma de una corriente
de gotas de material residual y de combustible.
6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
5, caracterizado porque la corriente gaseosa rica en oxígeno
envuelve a la corriente de gotas de material residual y de
combustible como una corriente gaseosa de envoltura y la atraviesa
mediando formación de la primera zona de reacción.
7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
6, caracterizado porque la corriente gaseosa de envoltura se
usa total o parcialmente como medio de atomización secundaria para
la corriente de gotas de material residual y de combustible.
8. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque en la corriente
gaseosa de envoltura se ajusta un contenido en oxígeno comprendido
entre 25% en volumen y 100% en volumen.
9. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la corriente
gaseosa rica en oxígeno comprende una corriente precalentada de aire
caliente y una corriente gaseosa rica en oxígeno conducida por
separado de aquella.
10. Utilización de un quemador de atomización con
una boquilla central, que está rodeada por una boquilla exterior, y
una boquilla (2) para un gas protector, que rodea coaxialmente a la
boquilla interior (1), y que está prevista entre la boquilla
interior (1) y la boquilla exterior (3), para la realización de un
procedimiento destinado a la regeneración de un material residual
que contiene azufre, en el que a la boquilla interior (1) se le
aporta una mezcla de un material residual y de un combustible, a la
boquilla (2), que rodea coaxialmente a la boquilla interior (1), se
le aporta un gas protector, y a la boquilla exterior (3) se le
aporta una corriente gaseosa rica en oxígeno.
11. Utilización de acuerdo con la reivindicación
10, caracterizada porque la boquilla interior (1) consta de
zirconio.
12. Utilización de acuerdo con la reivindicación
10 u 11, caracterizada porque en la boquilla exterior (3)
están previstos unos dispositivos generadores de turbulencia
(12).
13. Utilización de acuerdo con una de las
reivindicaciones 10 a 12, caracterizada porque la boquilla
exterior (3) está estructurada como una rendija anular, que rodea
coaxialmente a la boquilla (2).
14. Utilización de acuerdo con una de las
reivindicaciones 10 a 13, caracterizada porque la boquilla
exterior (3) está estructurada como una rendija anular, en la que
están dispuestas un gran número de boquillas individuales (14)
distribuidas en torno a la periferia exterior de la boquilla (2)
para un gas protector.
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