ES2273996T3 - Metodo y tratamiento de lodos que contienen particulas que comprenden metal, oxido de metal o hidroxido de metal mezclados con este. - Google Patents
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Abstract
Un método para el tratamiento del lodo, dicho lodo teniendo una parte líquida y partículas que contienen metal mezcladas con éste, donde dichas partículas comprenden metal, óxido de metal o hidróxido de metal, dicho método comprendiendo los siguientes pasos: a) atomizar dicho lodo; b) suministrar dicho lodo atomizado a la llama (27) de un quemador de oxi-combustible (20) proporcionado en un horno; c) conducir la parte líquida de dicho lodo a vaporizar por medio de dicha llama mientras se mantiene dicha llama por medios de un suministro de combustible separado (21); y d) conducir al menos parte de dichas partículas que contienen metal a fundirse por medio de dicha llama.
Description
Método y tratamiento de lodos que contienen
partículas que comprenden metal, óxido de metal o hidróxido de metal
mezcladas con éste.
La presente invención se relaciona generalmente
con un método y un aparato para el tratamiento de lodos y más
particularmente un método y un aparato para el tratamiento de lodos
que contienen partículas que comprenden metal, óxido de metal o
hidróxido de metal mezcladas con éste.
El lodo o barro que tiene materiales de desecho
mezclados con éste es un problema en la industria de hoy. En la
industria metalúrgica, no existe un modo apropiado de tratar el lodo
de las plantas de coque, altos hornos, molinos de rodillo y
convertidores, por ejemplo las costras contaminadas con aceite e
hidróxidos del decapado. En la mayoría de los casos, estos
materiales son depositados en algún almacenamiento intermedio o
recogidos para un terraplén. Otra área en la cual el problema de
recuperar materiales está presente es la industria petroquímica,
donde es creado un producto de desecho en forma de lodo.
La presión de las autoridades públicas y de los
consumidores por encontrar nuevas soluciones está constantemente en
aumento. La solución más temprana del rellenado de tierra no es ya
una solución factible y es ilegal en muchos países. Las técnicas
existentes para la conversión y la recuperación son costosas.
Desde el punto de vista económico y medio
ambiental, la recuperación es a menudo una solución preferida para
el problema antes mencionado del cuidado de los materiales de
desecho. Sin embargo, la recuperación a menudo significa algún tipo
de procesamiento externo, que provoca la transportación a las
plantas y procesos que descansan también en la cadena normal del
proceso.
Una solución conocida para estos problemas es la
formación de pelotillas pequeñas o de briquetas del material de
desecho para la subsiguiente alimentación en un horno. Sin embargo,
esta solución está acompañada del problema de los costos extras
para una planta adicional de secado y la subsiguiente formación de
pelotillas pequeñas del material de desecho.
El documento de patente DE 24 60 799 describe un
método de quemar aceite que contiene partículas de metal. El objeto
del método descrito es la destrucción del aceite evitando las
partículas de escape indeseadas. El quemado depende solamente de la
energía suministrada por el propio aceite.
El documento de patente DE 42 41 283 describe un
proceso de gasificación donde las partículas son recuperadas. Ningún
suministro de combustible separado es proporcionado.
El documento de patente CH 461 009 A describe un
quemador para aceites usados que comprenden partículas, donde un
combustible adicional es usado en caso de que el aceite usado no
sustente la combustión.
El documento de patente DE 24 09 097 A describe
un dispositivo para desintegrar materiales apropiados para el
bombeo.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un método y aparato mejorado para el tratamiento de
lodos y más particularmente un método y un aparato para el
tratamiento de lodos que tienen partículas que comprenden metal,
óxido de metal o hidróxido de metal mezcladas con éste donde las
desventajas antes mencionadas de las técnicas conocidas son evitadas
o al menos mitigadas.
La invención está basada en el reconocimiento de
que el material húmedo puede ser alimentado directamente a la llama
de un quemador de oxi-combustible donde es efectuada
la vaporización y las partículas que contienen metal son
fundidas.
De acuerdo a un primer aspecto de la presente
invención se proporciona un método para el tratamiento de lodos como
es definido en la reivindicación 1.
De acuerdo a un segundo aspecto de la presente
invención se proporciona un aparato para el tratamiento de lodos
como es definido en la reivindicación 6.
Con el método y el aparato de acuerdo a la
invención, los problemas del arte anterior son superados o al menos
mitigados. En vez de requerir un paso de secado separado, el
material húmedo es tratado directamente en un horno, evitando costos
por equipamiento extra y también resultando en un tiempo de
tratamiento más corto.
La invención es ahora descrita, a modo de
ejemplo, con referencia a los dibujos acompañantes, en los
cuales:
La Fig. 1 es un diagrama esquemático de una
planta de acuerdo a la invención para el tratamiento de lodos y
otros materiales de desecho húmedos,
La Fig. 2 es una vista en sección de un quemador
usado con el método de acuerdo a la invención, y
La Fig. 3 es una vista frontal esquemática del
quemador mostrado en la Fig. 2.
A continuación, una descripción detallada del
método y del aparato de acuerdo a la invención será dada. En la
siguiente descripción el término lodo es usado para el material
suministrado al aparato. Sin embargo, será apreciado que este
término incluye otros materiales, tales como pulpa, lama, o barro
que comprenden partículas que contienen carbón, incluyendo coque,
carbón animal etc., y residuo de aceite, desecho de la producción de
aceite crudo, refinerías, e industrias petroquímicas, lodo de
sedimentación de aguas negras etc. Además, en la realización
preferida el contenido de metal en el lodo es al menos 5%, más
preferiblemente al menos 20%, y más preferiblemente al menos
50%.
Comenzando con la figura 1, un diagrama completo
de una planta para el tratamiento de lodos y otros materiales de
desecho húmedos, generalmente designados 10, es mostrado. La planta
es construida alrededor de un quemador 20 instalado en una pared
lateral de un horno 30. El quemador es el llamado quemador de
oxi-combustible y es entonces suministrado con
combustible a través de una primera línea de alimentación 21 y con
oxígeno a través de una segunda línea de alimentación 22. Por
oxígeno se entiende en este contexto un gas con contenido de O_{2}
que excede el 21% y preferiblemente el llamado oxígeno técnico que
tienen un contenido de O_{2} de aproximadamente
90-100%.
El lodo es suministrado al quemador a través de
una tercera línea de alimentación. La tercera línea de alimentación
23 está conectada a un alimentador, generalmente designado 40. El
alimentador 40 comprende un contenedor 42, en el cual es alimentado
el material húmedo de partida en forma de lodo. El lodo es dirigido
del contenedor 42 a un arreglo que comprende una bomba de
alimentación 45 accionada por un motor 46. Por medio de la bomba de
alimentación 45, el lodo es movido al quemador 20 a un régimen
determinado por la velocidad de la bomba de alimentación.
Al quemador 20 también se suministra un medio
apropiado para atomizar el lodo, tal como oxígeno u otro gas etc.
Este medio de atomización es suministrado al quemador desde una
fuente (no mostrada) a través de la entrada 25.
En la planta ejemplar mostrada en la figura 1,
el horno 30 es una unidad separada que tiene una salida 32 próxima a
la porción más baja del mismo para la salida de las partículas que
contienen el metal fundido recuperadas por el tratamiento del lodo.
El horno también comprende una salida de escape 34 en la porción
superior del mismo para la salida de los gases de escape creados a
partir de la vaporización y la combustión del lodo durante el
quemado. En el fondo del horno es recogida una carga 36 resultante
del material suministrado al horno 30 a través del quemador.
Una primera realización del quemador 20 será
descrita con más detalle a continuación con referencia a las figs. 2
y 3, donde la fig. 2 es una vista seccional de la porción frontal
del quemador y la fig. 3 es una vista frontal. Este quemador está
adaptado para ser usado con combustible en forma de un gas, tal como
propano, gas natural, o butano, o con petróleo crudo o refinado.
El quemador 20 comprende una poción principal
24, a la cual las líneas de suministro 21-23 y 25
mostradas en la figura 1 son conectadas. La porción 24 está provista
con una sección transversal circular, ver figura 3, en la cual la
configuración de las líneas de suministro 21-23
aparece con más detalles. El combustible es suministrado a través de
la primera línea de suministro 21 en forma de seis tuberías
equidistantes 21a-f colocadas a una distancia
constante del eje central de la porción principal 24. El oxígeno es
suministrado a través de una porción exterior anular 22 y así rodea
el combustible suministrado a través de las tuberías
21a-f. Finalmente, el lodo es suministrado a través
de la tubería 23, la cual está colocada de manera coaxial en el
quemador.
En la tubería 23 para el lodo, está
proporcionado un arreglo de atomización, designado 26. Este funciona
de la siguiente manera. El medio de atomización, tal como oxígeno,
es introducido en el quemador por 25 a través de un número de
tuberías. Estas tuberías terminan en la tubería central 23 para el
lodo y están conectadas a esta en un ángulo de ésta, atomizando o
dividiendo de esta forma el lodo que abandona la tubería 23.
Como ya ha sido mencionado, el quemador 20 está
montado en la pared lateral del horno 30. En la realización
preferida, el quemador puede estar inclinado, es decir, puede ser
posicionado en diferentes ángulos con relación a la horizontal y la
vertical. Las diferentes orientaciones pueden ser usadas para
obtener características deseadas para el proceso de quemado.
A continuación, el método para el tratamiento de
lodos será descrito en detalle.
Inicialmente, el lodo es suministrado al
contenedor 42 del alimentador 40. El lodo es del carácter antes
mencionado, es decir, tiene una parte líquida y partículas que
contienen metal mezcladas en esa parte líquida. Las partículas que
contienen metal comprenden metal, óxido de metal o hidróxido de
metal.
El lodo es transferido desde el contenedor y
hacia la bomba de alimentación 45, donde éste es transportado al
quemador 20 por medio de la bomba 45. El régimen al cual el lodo es
alimentado al quemador es determinado por la velocidad de la bomba
de alimentación 45.
La operación del quemador de
oxi-combustible 20 es controlada por medio de la
cantidad de combustible y oxígeno suministrados a través de la
primera y segunda líneas de suministro 21 y 22, respectivamente. Las
líneas de suministro están conectadas a fuentes de combustible y
oxígeno (no mostradas), como es convencional. Una fuente de medio de
atomización está también conectada al quemador a través de la
entrada 25.
La operación del quemador 20 será ahora descrita
en detalles con referencia a las figs. 2 y 3, mostrando un quemador
de gas o petróleo. El lodo es suministrado a través de la tubería de
alimentación central 23 a un régimen que es controlado por la bomba
de alimentación. Antes de alcanzar una llama 27 que resulta de la
mezcla del oxi-combustible y posiblemente el
combustible contenido en el lodo, el lodo es atomizado por medio del
atomizador 26. En algunos casos, la combustión puede ser mantenida
por la energía contenida en el lodo y en esos casos el combustible
suministrado a través de la línea de suministro 21 es usado
principalmente para iniciar la combustión. Así, el lodo que deja la
porción frontal del quemador es dividido en pequeñas fracciones,
haciendo un calentamiento lo más eficiente posible del mismo.
El combustible es suministrado en las tuberías
de alimentación 21a-f, ver figura 3, mientras que
una envoltura de oxígeno es suministrada a través del área anular
de alimentación 22. La mezcla de oxi-combustible
resulta en la llama 27 que tiene propiedades, tales como longitud,
temperatura, etc., que son controladas por el régimen de suministro
del combustible y el oxígeno. El más alto contenido de oxígeno, la
más alta temperatura, da como resultado una temperatura de llama
teórica de aproximadamente 1500ºC o más. Así, el lodo es inyectado
en la porción central de la llama.
Como es mostrado en la figura 2, las partículas
que contienen metal del lodo inyectado en la llama son llevadas a
aglomerarse, creando así aglomerados de un tamaño mayor que las
partículas encontradas en el lodo. El proceso de aglomeración es
controlado por medio de varios parámetros, de los cuales puede ser
mencionado: temperatura y velocidad de la llama 27, contenido de
energía o densidad del lodo inyectado, estequiometría, es decir, la
proporción de gas de oxidación a adicionar al combustible, el
contenido de oxígeno del gas de oxidación, el régimen de suministro
de oxígeno y de combustible adicionado, la proporción de inyección
del lodo y sus características, el tiempo de travesía del lodo en
la llama, y las características y configuración del quemador, tal
como la inclinación.
La parte húmeda del lodo es evaporada por la
alta temperatura de la llama, resultando en una elevación de los
gases de escape a través del horno 30 y subsiguientemente
abandonándolo a través de la salida de gases de escape 34. Las
gotas y aglomerados creados caen al fondo del horno 30, donde son
adicionados a la carga 36. La carga es subsiguientemente usada en
fase sólida o líquida como esté. Alternativamente la carga es
retornada al proceso.
Una realización preferida del método y el
aparato de acuerdo a la invención ha sido descrita. La persona
versada en el arte percibirá que esto puede ser variado dentro del
alcance de las reivindicaciones anexas. Así, aunque un quemado de
oxi-combustible 20 ha sido mostrado, otros
quemadores convencionales pueden ser usados, como quemadores de
plasma o en algunos casos quemadores de combustibles aéreos que
tienen una alta eficiencia térmica.
Además, una unidad de horno separada 30 ha sido
mostrada. El método de acuerdo a la invención es igualmente
aplicable a otros tipos de hornos, tal como hornos de arco
eléctrico, hornos de inducción, hornos de reverbero, hornos
eléctricamente calentados, altos hornos, hornos de cubilote, y
convertidores etc.
Además, en la realización descrita, el quemador
es posicionado en la pared lateral de un horno. Sin embargo, es
reconocido que otras posiciones son posibles, tal como en la parte
superior del horno. También, una configuración con más de un
quemador es posible. Es entonces posible inyectar el lodo atomizado
entre las tres llamas del quemador, por ejemplo.
En la realización descrita, el lodo es
alimentado al horno por medios de una bomba de alimentación. Sin
embargo, el lodo suministrado al horno pudiera también fluir
libremente etc.
Una configuración de quemador específica ha sido
mostrada. Es también apreciado que cualquier configuración de
quemador apropiada que tenga un número diferente de tuberías etc
puede ser usado.
Una entrada separada para el medio de
atomización ha sido descrita. Se percibe que la misma fuente de
oxígeno puede ser usada para el medio de atomización y la
alimentación del quemador.
Claims (6)
1. Un método para el tratamiento del lodo,
dicho lodo teniendo una parte líquida y partículas que contienen
metal mezcladas con éste, donde dichas partículas comprenden metal,
óxido de metal o hidróxido de metal, dicho método comprendiendo los
siguientes pasos:
- a)
- atomizar dicho lodo;
- b)
- suministrar dicho lodo atomizado a la llama (27) de un quemador de oxi-combustible (20) proporcionado en un horno;
- c)
- conducir la parte líquida de dicho lodo a vaporizar por medio de dicha llama mientras se mantiene dicha llama por medios de un suministro de combustible separado (21); y
- d)
- conducir al menos parte de dichas partículas que contienen metal a fundirse por medio de dicha llama.
2. El método de acuerdo a la reivindicación 1,
comprendiendo el paso adicional de:
- e)
- recuperar dichas partículas que contienen metal en la fase líquida o sólida.
3. El método de acuerdo a la reivindicación 1
ó 2, donde el contenido de metal de dicho lodo es al menos 5%, más
preferiblemente al menos 20%, y lo más preferido al menos 50%.
4. El método de acuerdo a cualquiera de las
reivindicaciones 1-3, donde dicho lodo es un
producto de desecho de un proceso.
5. El método de acuerdo a cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, donde dicha llama es mantenida
principalmente por la energía contenida en dicho
lodo.
lodo.
6. Un aparato para el tratamiento de lodos,
que comprende:
- -
- un contenedor (42) para lodos que contiene una parte líquida y partículas que contienen metal mezcladas con éste, donde dichas partículas comprenden metal, óxido de metal o hidróxido de metal;
- -
- un quemador de oxi-fuel (20) que tiene una llama (27) durante la operación del mismo, dicho quemador teniendo
- -
- una línea de suministro de combustible (21) para mantener dicha llama,
- -
- una tubería de alimentación (23) para alimentar el lodo a dicha llama, y
- -
- un atomizador (25, 26) para atomizar dicho lodo; y
- -
- un alimentador (45, 46) conectado entre dicho contenedor y dicho quemador para alimentar el lodo desde dicho contenedor a dicho quemador.
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