ES2263751T3 - Un procedimiento y una instalacion de tratamiento de gases procedentes de la descomposicion por efecto termico de una carga solida. - Google Patents

Un procedimiento y una instalacion de tratamiento de gases procedentes de la descomposicion por efecto termico de una carga solida.

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ES2263751T3 ES02292669T ES02292669T ES2263751T3 ES 2263751 T3 ES2263751 T3 ES 2263751T3 ES 02292669 T ES02292669 T ES 02292669T ES 02292669 T ES02292669 T ES 02292669T ES 2263751 T3 ES2263751 T3 ES 2263751T3
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Abstract

Procedimiento de tratamiento de gases procedentes de la descomposición por efecto térmico de una carga sólida en el cual se realiza esta descomposición de la carga sólida en un horno, especialmente por pirólisis o gasificación, generando esta descomposición a la salida del horno gases brutos que contienen contaminantes sólidos y gaseosos, caracterizado por proceder, de forma simultánea y a la salida de dicho horno, a una operación mecánica de desempolvado de los gases y a un tratamiento químico de dichos gases.

Description

Un procedimiento y una instalación de tratamiento de gases procedentes de la descomposición por efecto térmico de una carga sólida.
La presente invención se relaciona con un procedimiento y una instalación de tratamiento de gases procedentes de la descomposición por efecto térmico de una carga sólida que puede contener una fracción orgánica.
La carga sólida que puede eventualmente contener una fracción orgánica es especialmente desechos urbanos y/o industriales, biomasa o lodos de estación de depuración, o también suelos contaminados.
La descomposición de la carga sólida es realizada en un horno por termolisis o pirólisis que consiste en una descomposición por calentamiento de dicha carga en ausencia de oxígeno.
Esta descomposición puede ser también realizada por gasificación inyectando en el seno de la carga vapor de agua y/o aire.
En esta descomposición, se producen residuos sólidos ricos en carbono, denominados coque, y gases calientes, llamados gases brutos, que presentan un poder calorífico elevado.
Estos gases brutos contienen contaminantes gaseosos, como especialmente compuestos nitrogenados, tales como NH_{3}, HCN, precursores ellos mismos de los óxidos de nitrógeno, gases ácidos tales como HCl y H_{2}S, metales pesados como el mercurio o metales alcalinos. Estos gases pueden también contener compuestos orgánicos pesados en estado de vapor llamados alquitranes.
Todos estos contaminantes son tóxicos tanto para el ambiente como para el hombre. Estos gases contienen además contaminantes sólidos, tales como polvos, que pueden ser arrojados a la atmósfera que son igualmente muy perjudiciales para la salud humana.
Sin embargo, existen numerosas instalaciones que intentan recuperar estos polvos antes de su eliminación a la atmósfera.
La solicitud de patente FR-A-2804043 describe un procedimiento y una instalación de depuración de gases procedentes de la termolisis de desechos.
Se describe una instalación de este tipo en la solicitud de patente europea EP-A-0076484.
Esta instalación lleva un horno en el cual se evacúan los gases brutos calientes por un conducto hacia un separador centrífugo, llamado ciclón, que permite separar los polvos presentes en los gases brutos por efecto de la centrifugación. Estos polvos, una vez separados de los gases brutos y bajo el efecto de la gravedad, caen en la parte inferior del ciclón y se dirigen hacia un dispositivo de evacuación, tal como un tamiz, donde se almacenan para una utilización posterior.
Los gases así desempolvados son evacuados por la parte alta del ciclón y se utilizan, como se describe en este documento, para accionar una turbina de gas y se eliminan luego a la atmósfera.
En esta instalación, los gases son eliminados en gran parte, pero la toxicidad de los gases desempolvados, que son eliminados a la atmósfera, no se reduce, ya que éstos contienen siempre una gran parte de contaminantes gaseosos.
Además, teniendo en cuenta el alejamiento del ciclón con respecto a la salida del horno, la temperatura de los gases brutos disminuye a la llegada al ciclón, lo que tiene como consecuencia la condensación de los productos pesados que contienen y que pueden ensuciar y tapar el ciclón.
La presente invención se propone remediar los inconvenientes antes enumerados gracias a un procedimiento y a una instalación simples y poco costosos que permiten no sólo desempolvar los gases, sino también eliminar, en su totalidad o al menos en gran parte, los contaminantes gaseosos que contienen.
Según la invención, se proporciona un procedimiento de tratamiento de gases procedentes de la descomposición por efecto térmico de una carga sólida en el cual se realiza esta descomposición de la carga sólida en un horno, especialmente por pirólisis o gasificación, generando esta descomposición a la salida del horno gases brutos que contienen contaminantes sólidos y gaseosos, caracterizado por proceder, de forma simultáneamente y a la salida de dicho horno, a una operación mecánica de desempolvado de los gases y a un tratamiento químico de dichos gases.
Ventajosamente, se pueden utilizar reactivos para el tratamiento químico de los gases.
También se pueden utilizar aditivos para el tratamiento químico de los gases.
Preferiblemente, se pueden utilizar catalizadores para el tratamiento químico de los gases.
Se puede realizar la operación de desempolvado por centrifugación de los gases brutos.
Se pueden utilizar los reactivos/aditivos para realizar una reacción gas/sólido que permita el tratamiento químico de los gases o para realizar una reacción gas/gas que permita el tratamiento químico de los gases.
Ventajosamente, se pueden utilizar compuestos básicos para la reacción gas/sólido de los compuestos oxigenados para realizar la reacción gas/gas.
Se puede utilizar un catalizador para realizar una conversión de los gases.
Más particularmente, se puede reciclar todo o parte de los reactivos/aditivos/catalizadores utilizados para una reintroducción en el tratamiento químico de los gases.
La invención se relaciona igualmente con una instalación de tratamiento de gases procedentes de la descomposición por efecto térmico de una carga sólida que incluye un horno de descomposición de la carga y un cajón de recuperación de los residuos sólidos y de los gases brutos procedentes de la descomposición, estando unido dicho cajón a una cara abierta de dicho horno, caracterizada por el hecho de que el cajón alberga un dispositivo de tratamiento que integra medios mecánicos de desempolvado de los gases y medios de tratamiento químico de dichos gases.
El dispositivo de tratamiento puede llevar una envuelta cilíndrica equipada de al menos una entrada de los gases brutos y de al menos una entrada de compuestos químicos.
Las entradas pueden estar dispuestas de forma tangencial con respecto a la envuelta.
Ventajosamente, el dispositivo de tratamiento puede estar unido a un dispositivo de reciclaje de los compuestos químicos.
El dispositivo de tratamiento puede llevar un conducto de evacuación de los gases después de su tratamiento.
La invención será ahora explicada gracias a la lectura de la descripción siguiente, dada a modo de ejemplo y a la cual se adjuntan dibujos, en los cuales:
- la figura 1 es una vista esquemática en corte parcial que muestra la instalación según la invención;
- la figura 2 es una vista en corte según la línea 2-2 de la figura 1.
Haciendo referencia a las figuras, la instalación comprende un horno 10 de eje longitudinal XX', preferiblemente un horno giratorio, que incluye un recinto 12, giratorio en el caso de un horno giratorio, rodeado por un espacio anular cerrado 14 fijo y alimentado por medio de calentamiento por una vía 16.
El medio de calentamiento puede ser un gas combustible que alimenta una serie de quemadores (no representados) dispuestos sobre el horno y en la parte baja del espacio de calentamiento, o un fluido a alta temperatura que llena este espacio anular y que proviene, por ejemplo, de un medio de combustión del coque, como se describe mejor en la solicitud FR-A-2.797.642, publicada a nombre del solicitante.
Este horno es alimentado, en uno de sus extremos, por una vía de abastecimiento conocida 18 con una carga sólida que puede contener una fracción de materia orgánica, tal como existe en los desechos urbanos y/o industriales o en la biomasa o en los lodos de estación de depuración.
Esta carga puede ser eventualmente tratada, antes de su introducción en el horno, por cualquier medio conocido en sí mismo (trituración, secado) con el fin de adecuar esta carga a las especificaciones de granulometría y/o de humedad del horno.
La carga, eventualmente pretratada, es introducida en el horno 10 por la vía 18 y vuelve a salir, tras la descomposición, por una cara abierta 20 que presenta el otro extremo de este horno.
Es a partir de esta cara abierta 20 que se une, de forma estanca frente al exterior, un cajón de recuperación cerrado 22 que contiene, en su volumen interior, un dispositivo de tratamiento 24 de los gases brutos, que tiene como función ser un separador de los polvos contenidos en estos gases brutos y, simultáneamente, una función de reactor químico para la eliminación de los contaminantes gaseosos presentes en estos gases.
Este dispositivo de tratamiento será denominado separador/reactor en lo que sigue de la descripción.
Este cajón de sección cuadrada, en el ejemplo aquí ilustrado, presenta un eje general YY' sensiblemente perpendicular al del horno y lleva, en la parte baja, un volumen en forma de tolva 26 que sirve de colector para los residuos sólidos o el coque y, en la parte alta, una tapa 28.
Los términos "parte alta" y "parte baja" empleados en la presente descripción son utilizados en relación a la figura 1 para designar los elementos respectivamente situados arriba y debajo de esta figura.
En el ejemplo representado, el separador/reactor 24 está soportado en la parte alta del cajón por la tapa 28 y se compone de una envuelta cilíndrica circular 30, de eje identificado con el del cajón, de una parte baja en forma de tolva 32 para la recuperación de al menos polvos y de una parte alta que lleva al menos una entrada de gases brutos 34, al menos una entrada de compuestos químicos 36, unida a un conducto 38, para el tratamiento de eliminación de los contaminantes gaseosos de los gases brutos, y un conducto de evacuación 40 de los gases desempolvados y tratados.
La entrada 34 pone en comunicación los gases brutos presentes en el cajón 22 con el interior del separador/reactor 24 y la entrada 36 está unida al conducto 38 que atraviesa la pared de este cajón para conectarse a una fuente de alimentación de compuestos químicos, que son admitidos en este separador/reactor.
Como se ve mejor en la figura 2, las entradas 34 y 36 están dispuestas de forma tangencial a la envuelta 30 para obtener, bajo el efecto de la velocidad de circulación, un movimiento circular a gran velocidad de los gases brutos y de los compuestos químicos de tratamiento alrededor del eje YY'.
Gracias a eso, los polvos contenidos en los gases brutos son separados mecánicamente de estos gases por centrifugación y, simultáneamente, los compuestos químicos se mezclan con los gases brutos para tratarlos químicamente. Los gases brutos así desembarazados de los contaminantes sólidos y gaseosos son evacuados por el conducto 40.
Gracias a esta disposición de separador/reactor 24 en el interior del cajón 22, la separación mecánica de los polvos se produce a la misma temperatura que la de la salida del horno y evita así la condensación de productos pesados, tales como alquitranes.
Bien entendido, y ello sin salirse de la invención, la circulación de los gases brutos y de los compuestos químicos de tratamiento puede ser en el sentido de la corriente o contracorriente, es decir que, en el primer caso, los gases y los compuestos químicos circularán en el mismo sentido de rotación alrededor del eje YY', mientras que, en el otro caso, estos gases y estos compuestos químicos circularán en sentidos de rotación contrarios los unos a los otros, siendo el objetivo asegurar no sólo una velocidad suficiente de los gases brutos para la separación mecánica de las partículas, sino también una mezcla lo más homogéneamente posible entre los gases brutos y los compuestos químicos.
El cajón 22 se une en el extremo de su parte baja en forma de tolva 26 a una vía de evacuación 42 de los residuos sólidos procedentes de la descomposición de la carga, pudiendo esta vía llevar una compuerta de regulación 44 o cualquier otro medio que permita regular el caudal de los residuos sólidos hacia el dispositivo y/o la instalación adaptada a recibirlos para su tratamiento.
El conducto de evacuación 40 de los gases desempolvados y tratados se une por un conducto 46 a una instalación de recuperación de los hidrocarburos o de la energía calórica que contienen estos gases.
La parte baja en forma de tolva 32 del separador/reactor 24 se une por un conducto 48, equipado eventualmente de una compuerta de regulación de caudal 50, a una cubeta de recuperación 52 de los polvos y/o de los compuestos químicos, atravesando este conducto la pared del cajón 22.
Los polvos y los compuestos químicos recuperados pueden ser, o bien almacenados para un tratamiento ulterior, o bien dirigidos por una vía 54 hacia un dispositivo de reciclaje 56 cuyo papel esencial consiste en hacer recircular en el separador/reactor los compuestos químicos que no han sido totalmente utilizados en un pase anterior en este separador/reactor.
En efecto, los compuestos químicos utilizados en la operación de depuración de los contaminantes gaseosos, así como su exceso eventual, son evacuados hacia el fondo de esta tolva.
Debido a esto, la cubeta de recuperación 52 va a contener polvos, compuestos químicos no utilizados y compuestos químicos que han absorbido los contaminantes gaseosos.
Como se ha evocado anteriormente, se puede colocar un dispositivo de reciclaje 56 que va a tratar los diferentes constituyentes para separar los polvos de los compuestos químicos, siendo evacuados estos polvos hacia un dispositivo apropiado por la vía 58 y dirigiéndose los compuestos químicos reciclados por una vía de reciclaje 60 hacia el conducto de alimentación 38 del separador/reactor.
A modo de ejemplo, este dispositivo de reciclaje puede ser un separador granulométrico, de tipo tamiz, que permita separar los compuestos químicos de granulometría grosera de los polvos de granulometría más fina.
Este conducto lleva, preferiblemente, una compuerta de regulación 62 dispuesta entre la entrada 36 de los compuestos químicos y el punto de unión del conducto 38 con la vía de reciclaje 60, y ello con el fin de regular el caudal de dichos compuestos en el separador/reactor.
El funcionamiento de la instalación de tratamiento de gases es ahora explicado en relación a la figura 1.
Se introduce la carga (con o sin tratamiento) por la vía 18 en el recinto 12 del horno 10 y ésta progresa, en el caso de un horno giratorio, al interior de este recinto.
Bajo el efecto del calor generado por el espacio anular de calentamiento 14 y transferido al interior del recinto, esta carga sufre una pirólisis por degradación térmica en ausencia de aire.
También se puede degradar esta carga por gasificación inyectando en el recinto aire y/o vapor de agua.
El resultado de esta degradación térmica se traduce, por una parte, por residuos sólidos o coque 64 que desembocan por la cara abierta 20 en el cajón de recuperación 22 y caen en la tolva 26 para ser entonces evacuados por la vía 42 y, por otra parte, por gases brutos 66 que salen también por esta cara abierta y que contienen contaminantes sólidos y gaseosos.
Estos gases brutos, por su volatilidad, se dirigen hacia la parte alta del cajón y penetran por la entrada 34 en el separador/reactor 24 con una velocidad media comprendida entre 5 y 50 m/s, de forma que se crea un movimiento circular de estos gases alrededor del eje YY' del separador/reactor.
Simultáneamente, se introducen compuestos químicos que pretenden eliminar los contaminantes gaseosos presentes en estos gases en la entrada 36 por el conducto 38 con una velocidad comprendida entre 5 y 50 m/s y, teniendo en cuenta la disposición de esta entrada, adoptan también un movimiento circular alrededor del eje YY' mezclándose lo más homogéneamente posible con los gases brutos.
Los compuestos químicos pueden ser aditivos básicos, de tal forma que el separador/reactor se comporta como un reactor para realizar una reacción química gas/sólido entre los gases brutos y estos aditivos. Estos compuestos permiten entonces captar los gases ácidos presentes en los gases brutos, tales como HCl, SO_{2}, H_{2}S o HF.
Los compuestos químicos pueden ser también catalizadores, tales como dolomita, metales alcalinos, carbonatos de metales alcalinos y catalizadores a base de níquel, de tal forma que el separador/reactor se comporta como un reactor que permite realizar una conversión de los gases brutos, tal como una reformación por vapor o una fraccionación.
Bien entendido, y ello sin salirse del marco de la invención, se puede prever que el separador/reactor pueda realizar reacciones químicas de tipo gas/gas inyectando por la entrada 36 reactivos como compuestos oxigenados, tales como vapor de agua, aire u oxígeno.
Así, los polvos presentes en los gases brutos se separarán de éstos por el efecto de la centrifugación dada por el movimiento circular de los gases y simultáneamente estos gases estarán en contacto con los compuestos químicos que van a reaccionar con éstos y a desembarazarlos de los contaminantes gaseosos.
Los gases tratados y desempolvados son entonces evacuados por el conducto de evacuación 40, mientras que los polvos, que transportan eventualmente compuestos químicos, así como los compuestos químicos utilizados o en exceso, son evacuados hacia la tolva 52 por la vía 48 para ser entonces reciclados por el dispositivo de reciclaje 56 como se ha explicado anteriormente.
Gracias a esta instalación, se obtendrán gases que salen del horno y que estarán "limpios" en el sentido de que estarán desempolvados y no contendrán ningún contaminante gaseoso, o por lo menos no contendrán más que una ínfima parte.
La presente invención no se limita al ejemplo antes descrito, sino que engloba todas las variantes.
Especialmente, se puede contemplar prescindir del dispositivo de reciclaje 56 y reinyectar el contenido de la cubeta 52 directamente en el separador/reactor 24 por las vías 54 y 60, y ello aumentando la tasa de utilización de compuestos químicos introducidos en este separador/reactor.

Claims (16)

1. Procedimiento de tratamiento de gases procedentes de la descomposición por efecto térmico de una carga sólida en el cual se realiza esta descomposición de la carga sólida en un horno, especialmente por pirólisis o gasificación, generando esta descomposición a la salida del horno gases brutos que contienen contaminantes sólidos y gaseosos, caracterizado por proceder, de forma simultánea y a la salida de dicho horno, a una operación mecánica de desempolvado de los gases y a un tratamiento químico de dichos gases.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por utilizar reactivos para el tratamiento químico de los gases.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por utilizar aditivos para el tratamiento químico de los gases.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por utilizar catalizadores para el tratamiento químico de los gases.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por realizar la operación de desempolvado por centrifugación de los gases brutos.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por utilizar los reactivos/aditivos para realizar una reacción gas/sólido que permite el tratamiento químico de los gases.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por utilizar los reactivos/aditivos para realizar una reacción gas/gas que permite el tratamiento químico de los gases.
8. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por utilizar compuestos básicos para la reacción gas/sólido.
9. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por utilizar compuestos oxigenados para realizar la reacción gas/gas.
10. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por utilizar un catalizador para realizar una conversión de los gases.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por reciclar todo o parte de los reactivos/aditivos/catalizadores utilizados para una reintroducción en el momento del tratamiento químico de los gases.
12. Instalación de tratamiento de gases procedentes de la descomposición por efecto térmico de una carga sólida que comprende un horno de descomposición (10) de la carga y un cajón de recuperación (22) de los residuos sólidos y de los gases brutos procedentes de la descomposición, estando unido este cajón a una cara abierta (20) de dicho horno, caracterizado por el hecho de que el cajón (22) alberga un dispositivo de tratamiento (24) que integra medios mecánicos de desempolvado de los gases y medios de tratamiento químico de dichos gases.
13. Instalación según la reivindicación 12, caracterizado por llevar el dispositivo de tratamiento (24) una envuelta cilíndrica (30) equipada de al menos una entrada (34) de los gases brutos y de al menos una entrada (36) de compuestos químicos.
14. Instalación según la reivindicación 13, caracterizado por estar dispuestas las entradas (34, 36) tangencialmente con respecto a la envuelta (30).
15. Instalación según una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizada por estar unido el dispositivo de tratamiento (24) a un dispositivo de reciclaje (56) de los compuestos químicos.
16. Instalación según una de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizada por llevar el dispositivo de tratamiento (24) un conducto de evacuación (40) de los gases después de su tratamiento.
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