ES2295504T3 - Procedimiento y dispositivo de tratamiento y aprovechamiento de mezclas de residuos solidos y liquidos. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de tratamiento y aprovechamiento de residuos sólidos y/o líquidos y de sus mezclas, especialmente para el aprovechamiento energético de alto valor de sus materias constituyentes orgánicas, en el que - en un primer segmento del procedimiento se segregan de una mezcla de residuos los componentes visual y manualmente detectables según los grupos de materiales constituidos por metales, vidrio, plásticos, papel, compuestos, materiales compuestos y otros y se separan estos grupos uno de otro, para lo cual se preseca primeramente la corriente de materias a tratar y se depura el aire de salida cargado con vapor de agua y otras materias fácilmente volátiles, y seguidamente el material seco y muy ampliamente desodorizado es separado, en un primer cribado, de suciedad metálica tal como arena, tierra y pequeñas partículas, y luego se depositan metales férreos y no férreos y se clasifican éstos manual o automáticamente, y se almacenan por separado los materiales clasificados según grupos de materiales y se alimentan éstos al lugar de aprovechamiento tradicional, y - en un segundo paso del procedimiento se pretitura el material remanente no clasificado hasta un tamaño de grano de aproximadamente 150 mm a 250 mm y se segregan de éste una vez más componentes metálicos por separado según metales férreos y no férreos, y seguidamente - se extrae más humedad residual del material por medio de un segundo secado y a continuación - se criba el material en una segunda etapa de cribado con un ancho de malla aproximadamente un 50% más pequeño que el de la primera etapa de cribado y luego se flota el producto de cribado separado por cribado, y seguidamente - se compacta adicionalmente el material así liberado de la fracción mineral y en paralelo con esto se trituran adicionalmente los restos de cribado y se segregan de éstos, una vez más, componentes metálicos y se reúne el material adicionalmente triturado con el material flotado, de modo que queda un material constituido casi exclusivamente por materias orgánicas, y - se lleva el material orgánico así obtenido por la trituración adicional y la flotación a un contenido de humedad definido específico del procedimiento, a cuyo fin se dosifica líquido de una manera definida, tal como líquido de fango de clarificación u otros fangos, y se prensa el material formando briquetas de modo que entonces se produzca un calentamiento propio de la mezcla de materias hasta más de 150ºC.

Description

Procedimiento y dispositivo de tratamiento y aprovechamiento de mezclas de residuos sólidos y líquidos.

La invención concierne a un procedimiento y a un dispositivo complejo, que está constituido por varios dispositivos especiales, para el tratamiento y el aprovechamiento de residuos sólidos y/o de residuos líquidos y/o de sus mezclas, especialmente para el aprovechamiento energético de alto valor de sus materias constituyentes orgánicas.

Es conocido un procedimiento para el aprovechamiento de los materiales y la energía de residuos y desechos, en el que se fabrica primero una bala de material combustible a partir de residuos de origen industrial, la cual se gasifica después según el procedimiento ARLIS, que consiste en una gasificación de corriente volante derivada de la tecnología Noell, teniendo que desulfurarse el gas así generado mediante la utilización de energía primaria. La ceniza restante es un granulado fusible. El gas combustible depurado y desulfurado así obtenido es quemado seguidamente en una central de calefacción para generar energía (documento DE 198 53 713 C2). Este procedimiento es adecuado exclusivamente para residuos de origen industrial y no es tampoco un procedimiento de aprovechamiento de residuos, sino un procedimiento de eliminación de residuos.

Otro procedimiento y otra instalación para el aprovechamiento y eliminación térmicos de residuos de mezclas de residuos combustibles no homogéneos, sólidos, líquidos y bombeables, y para la depuración térmica de materiales contaminados en un hogar de lecho fluidizado es una clásica instalación MVA de lecho fluidizado prevista primordialmente para la eliminación de contaminantes sólidos y líquidos por medio de combustión en lecho fluidizado (documento DE 198 59 052 A1). Es desventajoso en este procedimiento, y también en el procedimiento MBA, la cuota de aprovechamiento extremadamente baja de 0,3 toneladas por cada tonelada de desechos de una cantidad residual que debe ser tratada adicionalmente o que está obligada a ser enviada a un vertedero. Las cenizas son en general eluibles y adulteran la hidrosfera con metales pesados. La tecnología origina emisiones que en conjunto son muy altas y que, en el caso de un gran número de materiales de entrada, resultan también incontroladas.

Se conoce igualmente un procedimiento para el tratamiento mecánico-biológico de residuos de urbanizaciones sólidos, voluminosos y semejantes a basura doméstica, con acoplamiento energético y material de los procesos biológicos y físicos (documento DE 101 25 408 A1). Se trata aquí de un clásico procedimiento MBA cuyo producto es un biogas que se convierte energéticamente con una técnica de central de biocalefacción conocida y en el que se produce un gas de escape.

Otro procedimiento de tratamiento semejante de residuos es conocido por el documento DE 3226798 A1.

Los restos de clasificación se alimentan de una manera parcialmente conocida a otro lugar de aprovechamiento o a un vertedero y se pueden alimentar también fracciones imputrescibles a otro lugar de tratamiento posterior.

La cantidad residual que debe tratarse posteriormente o enviarse al vertedero es, con aproximadamente 0,4 toneladas por tonelada de residuos, relativamente alta. Un 40% de las cantidades de entrada no son aptas para el vertedero y tienen que tratarse adicionalmente de manera costosa por medio de otros procedimientos. El producto de vertedero de este procedimiento vuelve a ser biológicamente activo al contacto con el agua y forma así la mezcla no deseada de gases de vertedero constituida por metano y otros gases nocivos para el clima.

El cometido de la invención consiste en crear un procedimiento de tratamiento de mezclas de residuos sólidos y líquidos y de aprovechamiento de las mismas, así como un dispositivo para la ejecución del procedimiento, con los cuales se pueda materializar una cuota de aprovechamiento de material muy alta sin casi cantidades residuales obligadas a enviarse al vertedero y por medio de los cuales se pueda poner en práctica casi completamente el principio de evitación completa de residuos.

Según la invención, el problema se resuelve en la forma que se indica con las reivindicaciones. El procedimiento según la invención para el aprovechamiento casi completo de residuos sólidos con una variante integrada para el aprovechamiento y/o la eliminación de residuos líquidos consiste en cuatro segmentos de procedimiento modulares que se pueden materializar modularmente en función de la capacidad y/o también en lugares de ubicación diferentes.

En un primer segmento del procedimiento se seleccionan primero los componentes detectables visual y manualmente según los grupos de materiales consistentes en metal, vidrio, plástico, papel, cartulina, cartón y/o materiales compuestos de mezclas de éstos y otros materiales. A este fin, la corriente de material a tratar es transferida de una unidad de carga a un tambor de secado. Este tambor de secado está configurado como un tubo giratorio con una configuración interior específica del procedimiento para el transporte del material de desecho en la dirección longitudinal del mismo. En contracorriente con el flujo de material se insufla en el tambor de secado aire caliente que extrae agua y humedad del material. El aire de salida cargado con vapor de agua y otras materias fácilmente volátiles es alimentado a un biofiltro (como instalación secundaria) y es depurado allí. El material secado llega después por un plano inclinado a una criba de tambor adyacente. Ésta está dispuesta como un tambor interior giratorio y perforado de manera definida en un tambor exterior cerrado fijo en el que cae la fracción fina cribada, la cual se descarga del tambor en la dirección longitudinal de éste. La fracción gruesa secada y, por tanto, también ampliamente desodorizada y liberada de pequeñas partículas y suciedad mineral, como tierra y arena, es transferida seguidamente a una cinta clasificadora, en donde se efectúa la clasificación por vía manual y/o por medio de sistemas automáticos. Los diferentes grupos de materiales así tratados en el primer paso del procedimiento son recogidos en sistemas colectores separados dispuestos al nivel del suelo y alimentados como material a granel o en forma prensada a lugares de aprovechamiento tradicionales.

En un segundo segmento del procedimiento se tritura previamente material no segregado y se le separa de componentes metálicos en muy amplio grado. Los metales férreos y los metales no férreos son retirados del ulterior desarrollo del procedimiento en forma separada unos de otros y son alimentados al lugar de aprovechamiento usual. Seguidamente, se extrae humedad residual del material en otro secador, para lo cual se emplea el gas de escape proveniente del cuarto segmento del procedimiento, y se conduce el aire de salida a través de un biofiltro citado en el primer segmento del procedimiento.

El material secado es alimentado después nuevamente a un tambor de cribado que presenta en esta segunda etapa de cribado un ancho de malla reducido a aproximadamente un 50% con respecto a la primera etapa de cribado. La fracción fina llega entonces a una etapa de flotación. Esta etapa de flotación consiste en una cubeta con fondo inclinado. En el fondo de la misma se encuentran unas toberas de aire comprimido con característica de rociado definida para la turbulización del material que se ha de flotar. Por encima del fondo se alza la mezcla de flotación hasta el canto superior de un canalillo de recogida que se encuentra enfrente de la entrada del material. En este sitio de la cubeta, en el que el fondo ocupa la posición más alta, se efectúa también la aportación del material. A consecuencia de la inclinación del fondo, del aire comprimido inyectado y del agua de flotación alimentada al extremo de carga se forma un flujo de material hacia el extremo inferior del fondo. Se acumula aquí en un canalillo material arenoso-cascajoso que es transportado hacia fuera y que puede emplearse como material de construcción. El material orgánico separado por flotación se acumula en el canalillo de recogida, desde donde es descargado y alimentado a un lugar de briquetado para su compactación y homogeneización. El agua de flotación que rebosa y el agua que escurre del sistema de transporte de material llegan a un circuito de agua central con tratamiento de agua (como instalación secundaria). La mezcla de materiales restante previamente triturada y liberada de la fracción mineral es triturada ahora adicionalmente en otra etapa de trituración y se separan otros componentes metálicos, como resultado de lo cual se obtiene un material triturado en una forma definida específica del procedimiento, el cual es necesario y especialmente adecuado para los demás pasos del procedimiento y está constituido casi exclusivamente por materias orgánicas.

Este material es alimentado ahora juntamente con el proveniente de la etapa de flotación a la unidad de compactación y homogeneización con miras a la formación de briquetas, midiéndose sobre una balanza de cinta la cantidad de material circulante y el contenido de humedad del material. Mediante la adición dosificada de materiales que contienen agua, como fango de clarificación y/u otros fangos, la cual se controla por medio de un ordenador de procesos, se efectúa el ajuste del material a la humedad necesaria específica del procedimiento.

Durante la formación de briquetas se calienta el material (producto de compactación) hasta una temperatura de aproximadamente 150ºC. De este modo, se higieniza el material, se le homogeneiza y se le consolida consigo mismo. Las briquetas son aptas para un almacenamiento de larga duración bajo protección contra la intemperie.

En un tercer segmento del procedimiento se convierte el material así preparado a partir de residuos en forma de briquetas en un gas exento de alquitrán utilizable en motores, el cual es adecuado para el funcionamiento de centrales de calefacción de bloques y/o también para pilas de combustible, por ejemplo en MCFCs. Como reactor de gasificación es adecuado un gasificador de cuba con lecho fijo en el que se efectúa la gasificación según un procedimiento multizonal con una combinación de gasificación descendente y ascendente y/o de dos gasificaciones descendentes con una pequeña depresión de aproximadamente 100 a 300 mm de columna de agua. Las briquetas llegan al reactor por medio de una esclusa de rueda de cangilones. A través de aberturas previstas en la zona superior del reactor y de tuberías con dispositivos distribuidores en sus extremos inferiores, las cuales conducen hasta bastante dentro del interior del reactor y llegan al centro de la zona de gasificación, se alimenta el oxígeno de proceso necesario, el cual, en una forma específica del procedimiento, es una mezcla de aire y/u oxígeno y/o vapor de agua. El vapor de agua es generado en la envolvente interior dispuesta alrededor del núcleo del reactor, para lo cual se introduce en la envolvente desde fuera agua que se evapora espontáneamente a una temperatura de alrededor de 500ºC para convertirse en vapor recalentado que llega después directamente por tubos a la parte inferior de la zona de gasificación, con lo que se consigue una distribución ampliamente uniforme de la temperatura en la zona de gasificación. A través de varias toberas de aire dispuestas en la zona inferior del núcleo del gasificador se introduce aquí aire para fundir también la parte inferior del lecho de coque por oxidación y/o gasificación. El fondo del gasificador está configurado en forma cónica, estando dirigido el vértice del cono hacia arriba y estando cerrado el extremo inferior por una parrilla móvil para la descarga de cenizas. El gas del reactor es conducido lateralmente fuera del reactor a través de un tubo dispuesto por debajo del núcleo del reactor, una vez que dicho gas ha pasado por el lecho de coque. El gas es después enfriado con rapidez, lavado intensamente y secado, con lo que dicho gas satisface los requisitos de aprovechamiento de gas. El calor residual procedente de la refrigeración del gas es aprovechado por medio de intercambiadores de calor para generar energía calorífica. Se trata y reutiliza el agua de refrigeración, secado, flotación y lavado proveniente del proceso, separándose la materias de suciedad arrastradas por lavado y alimentándose éstas de nuevo al producto de gasificación antes de la operación de briquetado. El control de las cantidades de aire y de vapor, así como de la alimentación de material se efectúa por medio de sensores de medida que están dispuestos en sitios definidos del gasificador y que miden parámetros diferentes tales como presión, temperatura, caudales másicos, niveles de llenado y composición química del gas generado.

En un cuarto segmento del procedimiento se puede aprovechar el gas así generado por combustión directa del mismo para la generación de calor y/o por funcionamiento de un motor de gas con generador para la generación de energía eléctrica y aprovechamiento del calor residual proveniente del tratamiento del gas, la refrigeración del motor y el gas de escape del motor y/o para la generación de energía eléctrica por oxidación de los componentes oxidables del gas en un proceso catalítico por medio de una pila de combustible, tal como, por ejemplo, MCFC, y para el aprovechamiento del calor residual proveniente del aire de salida de la pila de combustible por medio de intercambiadores de calor.

Para la ejecución y la optimización del procedimiento se conducen en circuito cerrado el agua de lavado y flotación necesaria para ello y el agua de secado producida y se tratan éstas por medio de una instalación de tratamiento de agua para su reutilización.

La instalación de tratamiento de agua presenta varias cámaras diferentes, tal como, en primer lugar, una cámara de entrada con estación de medida para la captación de parámetros específicos del procedimiento y una cámara de decantación pospuesta a ésta para materias que se sedimentan, y un separador de materias ligeras pospuesto a mayor distancia con una entrada a través de un racor de tubo superior, en el que se puede encontrar un separador de coalescencia, consistiendo éste en un tubo con una tela tricotada de alambre situada en el mismo, en cuya superficie relativamente grande se depositan pequeñas gotitas dispersadas de materias ligeras contenidas en el agua residual y éstas se reúnen formando gotas mayores que se separan y ascienden después a consecuencia de su empuje ascensional, y por medio de la conexión en serie de tales separadores de materias ligeras se puede reducir la concentración de materias ligeras a menos de 5,0 mg/l, y una cámara mezcladora y dosificadora con mecanismo agitador para la precipitación de materias en suspensión y de materias disueltas con ayuda de medios de precipitación y de floculación.

Además, se depura también el aire de salida por medio de un biofiltro para despojarlo de polvo y de materias orgánicas e inorgánicas volátiles, para lo cual se filtra el polvo por vía mecánica o electrostática y se metabolizan biológicamente las materias orgánicas e inorgánicas por medio de microbios, aplicándose los microbios en una dispersión sobre un material de soporte formador de estructura, tal como paja de cereales o brezo desecado, e introduciéndose agua y/o soluciones de nutrientes en el biofiltro por medio de toberas de rociado en caso de que se presente una deficiencia de humedad en el biofiltro.

Las ventajas del procedimiento según la invención y de su realización por medio del dispositivo según la invención consisten no sólo en el muy alto y casi completo aprovechamiento de residuos y en las pequeñas emisiones, sino, por el contrario, también en la destrucción segura de ultratoxinas y otros compuestos orgánicos halogenados, lo que, en otros casos, es posible solamente de manera muy costosa por medio de una instalación de combustión a alta temperatura.

Debido al aprovechamiento del calor residual proveniente del proceso de gasificación y/o del proceso de generación de energía para la etapa del proceso de secado no es necesaria tampoco energía primaria para la ejecución del procedimiento.

El modo de construcción modular de los dispositivos para la ejecución del procedimiento permite también la instalación de los mismos en diferentes lugares de ubicación territorialmente separados.

El procedimiento según la invención puede hacerse funcionar ya también económicamente con una cantidad de alimentación de material relativamente pequeña de alrededor de 40.000 t/a.

A continuación, se explica la invención con más detalle ayudándose de un ejemplo de realización.

En los dibujos correspondientes representan esquemáticamente:

La figura 1, un diagrama de bloques del procedimiento,

La figura 2, un reactor de gasificación en sección transversal,

La figura 3, una instalación de flotación en sección transversal,

La figura 4, la instalación de flotación en vista en planta,

La figura 5, una instalación de tratamiento de agua en vista en planta,

La figura 6, un tabique de la instalación de tratamiento de agua con aberturas de rebose,

La figura 7, la configuración de los reboses con tela tricotada de alambre,

La figura 8, otra variante de los reboses y

La figura 9, otra variante de la configuración de los reboses.

Los dispositivos para la ejecución del procedimiento consisten sustancialmente en los grupos constructivos principales modulares integrados por un dispositivo de carga, un dispositivo de presecado, un dispositivo de precribado, un dispositivo de separación de metales, un dispositivo de clasificación, un depósito de almacenaje con sistema colector, un pretriturador con dispositivo de separación de metales, un dispositivo de secado, un dispositivo de cribado, un triturador posterior con dispositivo de separación de metales, un dispositivo de flotación, un dispositivo de briquetado, un biofiltro, un dispositivo de tratamiento de agua, equipos de transporte, un reactor de gasificación, un motor de combustión interna con generador eléctrico, un quemador de generación directa de calor o una pila de combustible para oxidación de gas. La corriente de materias a tratar es transportada a través de la unidad de carga hacia el dispositivo para realizar un presecado de la misma.

Este dispositivo está configurado como un tubo giratorio con una configuración interior específica del procedimiento para el transporte del material de desecho en la dirección longitudinal del mismo. Está provisto de una entrada y una salida de aire caliente. El aire de salida cargado con vapor de agua y otras materias fácilmente volátiles es conducido al biofiltro (como instalación secundaria) y depurado allí. Este biofiltro contiene elementos de filtro mecánicos y electrostáticos, así como cultivos de microbios y toberas de rociado para agua y/o soluciones de nutrientes que han de aportarse al biofiltro.

El dispositivo de presecado está acoplado a través de un plano inclinado con un dispositivo adyacente de precribado. Éste está configurado como un tambor interior giratorio perforado de manera definida que está dispuesto en un tambor cerrado exterior fijo.

A continuación de éste se encuentra dispuesto un dispositivo de clasificación con cinta clasificadora y con varios depósitos de almacenaje de un sistema colector dispuestos al nivel del suelo.

En el dispositivo de clasificación se seleccionan primeramente por medio de una cinta transportadora los componentes detectables visual y manualmente según los grupos de materiales constituidos por metal, vidrio, plástico, papel, cartulina, cartón y/o materiales compuestos de mezclas de éstos y otros materiales.

Este dispositivo va seguido por el dispositivo de pretrituración de material no segregado y un dispositivo de segregación de componentes metálicos. Sigue luego un segundo dispositivo de secado con biofiltro que está configurado como la primera etapa de secado. A través de un plano inclinado se alimenta el material secado al segundo dispositivo de cribado, el cual está configurado como la primera etapa de cribado, pero cuya criba presenta un ancho de malla reducido a aproximadamente un 50% con respecto a la primera etapa de cribado. El dispositivo de cribado está acoplado, por un lado, con la instalación de flotación y, por otro, con el dispositivo de compactación a través de sendas cintas de transporte para la fracción fina y para el producto cribado.

El dispositivo de flotación está constituido por una cubeta de flotación 26 con un fondo inclinado 28. En el fondo 28 de la misma se encuentran unas toberas de aire comprimido 27 con característica de rociado definida para la turbulización del material que se ha de flotar. Frente al lugar de carga de material 24 se encuentran el canalillo colector 30 y los tornillos sinfín de transporte 29 y 32 para los posos.

El canalillo colector 30 lleva conectada, a través de una báscula de cinta y un sensor de humedad, la unidad de compactación y homogeneización para la formación de briquetas. La báscula de cinta y el sensor de humedad están acoplados a través de un ordenador de procesos con un dispositivo de dosificación para la adición dosificada de líquidos y/o fangos.

El dispositivo de briquetado lleva conectado, a través de un equipo de transporte, el reactor de gasificación que es un gasificador de cuba con lecho fijo. Éste presenta una esclusa de rueda de cangilones 2 para las briquetas. En la zona superior del reactor se encuentran unas tuberías 5, 22, 23 y unas tuberías con equipos distribuidores para aire y vapor de agua, que conducen hasta bastante dentro del interior del reactor. El núcleo del reactor está mamposteado con cerámica 11 y encamisado de modo que se forme una rendija anular 6 que es estanca al agua y que está unida con la entrada de agua 9.

En la zona inferior del núcleo del gasificador se encuentran varias entradas de aire 10, 17. El fondo 12 del reactor de gasificación está configurado en forma cónica, estando el vértice del cono dirigido hacia arriba y estando cerrado el extremo inferior por una parrilla móvil 13 para la descarga de cenizas por medio de la esclusa 15. El gas del reactor es evacuado lateralmente hacia fuera del reactor y llevado a los lugares de refrigeración, lavado y secado del gas a través de un tubo 8 dispuesto por debajo del núcleo del reactor. Estos lugares están unidos con la instalación de tratamiento de agua a través de un sistema de tubos para el agua de refrigeración y el agua de lavado. Para controlar las cantidades de aire y de vapor, así como la alimentación de material 1, se han dispuesto en el reactor de gasificación unos sensores de medida 3, 7, 14, 18, 20, 21 para diferentes parámetros tales como presión, temperatura, caudales másicos, niveles de llenado y composición química del gas generado.

En el primer segmento del procedimiento se seleccionan primeramente de manera en sí conocida los componentes detectables visual y manualmente según grupos de materiales tales como metal, vidrio, plástico, papel, cartulina, cartón y/o materiales compuestos de mezclas de estos y otros materiales. A este fin, se introduce la corriente de residuos a tratar en un dispositivo de presecado a través de un dispositivo de carga.

Este dispositivo está configurado como un tubo giratorio con una configuración interior específica del procedimiento para el transporte del material de desecho en la dirección longitudinal del mismo. En contracorriente con el flujo de material se insufla en el tambor de secado aire caliente que extrae del material agua, humedad y otras materias volátiles. El aire de salida cargado con vapor de agua y otras materias fácilmente volátiles es conducido a un biofiltro (como instalación secundaria) y depurado allí. El material secado llega después por un plano inclinado a un dispositivo adyacente de precribado. Éste está configurado como un tambor interior giratorio perforado de manera definida que está dispuesto en una carcasa cerrada exterior fija en la que cae la fracción fina separada por cribado, la cual es descargada de esta carcasa en la dirección longitudinal del tambor. La fracción gruesa secada y, por tanto, también ampliamente desodorizada y liberada de pequeñas partículas y suciedad mineral, como tierra y arena, es transferida seguidamente a una cinta de clasificación, en donde se separan previamente hierro y metales no férreos por medio de un dispositivo de separación de metales y se efectúa manualmente la clasificación.

Los diferentes grupos de materiales así tratados en el primer paso del procedimiento son recogidos en sistemas colectores separados dispuestos al nivel del suelo y alimentados como producto a granel o en forma prensada a lugares de aprovechamiento tradicionales.

En el segundo segmento del procedimiento se tritura previamente material no segregado hasta un tamaño de grano de aproximadamente 150 mm a 250 mm y se le separa de componentes metálicos en muy amplio grado.

Los metales férreos y los metales no férreos son excluidos del desarrollo ulterior del procedimiento por separado unos de otros y alimentados al lugar de aprovechamiento usual. Seguidamente, se extrae humedad residual del material en otro dispositivo de secado, para lo cual se emplea el gas de escape del cuarto segmento del procedimiento, y se conduce el aire de salida a través de un biofiltro citado en el primer segmento del procedimiento.

El material secado es alimentado después nuevamente a otro dispositivo de cribado que en esta segunda etapa de cribado presenta un ancho de malla reducido aproximadamente a un 50% con respecto a la primera etapa de cribado. A continuación, se efectúa la separación de metales férreos y no férreos remanentes por medio de otro dispositivo de separación de metales.

La fracción fina llega después a un dispositivo de flotación. La aportación del material se efectúa en el sitio de la cubeta de flotación 26 en el que su fondo inclinado 28 tiene la máxima altura. Como consecuencia de la inclinación del fondo 28, del aire comprimido inyectado en la entrada de aire comprimido 25 y de la mezcla 31 de agua de flotación alimentada al extremo de carga, se forma un flujo de material hacia el extremo inferior del fondo 28. Se acumula aquí en un canalillo material arenoso-cascajoso que se transporta hacia fuera por medio del tornillo sinfín de transporte 29 y que se puede emplear como material de construcción. El material orgánico separado por flotación se acumula en el canalillo colector 30, desde donde es descargado y alimentado al equipo de briquetado para su compactación y homogeneización. El agua de flotación que rebosa y el agua que escurre del sistema de transporte del material llegan a un circuito de agua central con tratamiento de agua (como instalación secundaria). La mezcla de materiales remanente previamente triturada y liberada de la fracción mineral es triturada ahora adicionalmente en otra etapa de trituración y se separan más componentes metálicos, como resultado de lo cual se obtiene un material triturado de una manera definida específica del procedimiento, que es necesario y especialmente adecuado para los demás pasos del procedimiento y que consiste casi exclusivamente en materias orgánicas.

Este material es alimentado ahora juntamente con el material orgánico proveniente del dispositivo de flotación al equipo de compactación y homogeneización con miras a la formación de briquetas, midiéndose la cantidad de material circulante por medio de una báscula de cinta y el contenido de humedad del material por medio de un sensor de humedad. Mediante una adición dosificada de materiales que contienen agua, como fango de clarificación y/u otros fangos, la cual se controla por medio de un ordenador de procesos, se efectúa el ajuste del material a la humedad necesaria específica del procedimiento.

Durante la formación de briquetas se calienta el material (producto de compactación) a aproximadamente 150ºC.

De este modo, el material es higienizado, homogeneizado y consolidado consigo mismo.

En el tercer segmento del procedimiento se convierte el material en forma de briquetas así preparado a partir de residuos en un gas exento de alquitrán y utilizable por motores, el cual es adecuado para el funcionamiento de centrales de calefacción de bloques y/o también para pilas de combustible, como, por ejemplo, MCFCs. Como reactor de gasificación es adecuado un gasificador de cuba con lecho fijo en el que se efectúa la gasificación según un procedimiento multizonal con una combinación de gasificación descendente y ascendente y/o de dos gasificaciones descendentes con una pequeña depresión de aproximadamente 100 a 300 mm de columna de agua. Las briquetas llegan al reactor por medio de la esclusa de rueda de cangilones 2. A través de aberturas de aire y de vapor 5, 22, 23 dispuestas en la zona superior del reactor y de tuberías con dispositivos distribuidores en su extremo inferior, que conducen hasta el interior del reactor y, por tanto, hasta el centro de la zona de gasificación, se alimenta el oxígeno de proceso necesario, el cual es, específicamente según el procedimiento, una mezcla de aire y/u oxígeno y/o vapor de agua. El vapor de agua se genera en la rendija anular 6 de la envolvente interior dispuesta alrededor del núcleo del reactor, para lo cual se introduce en la rendija anular 6 desde fuera, a través de las entradas de agua 9, 19, agua que se evapora espontáneamente a una temperatura de alrededor de 500ºC para producir vapor recalentado, el cual llega después directamente a la parte inferior de la zona de gasificación, con lo que se consigue una distribución ampliamente uniforme de la temperatura en toda la zona de gasificación. A través de varias entradas de aire 10, 17 dispuestas en la zona inferior del núcleo del reactor de gasificación se introduce aquí aire para fundir también la parte inferior del lecho de coque por oxidación y/o gasificación. El fondo 12 del reactor de gasificación está configurado en forma de cono, estando el vértice del cono dirigido hacia arriba y estando el extremo inferior cerrado por una parrilla móvil 13 para la descarga de cenizas 16 a través de la esclusa 15. El gas del reactor es evacuado lateralmente hacia fuera del reactor a través de un tubo 8 dispuesto por debajo del núcleo del reactor una vez que dicho gas ha pasado por el lecho de coque. El gas es seguidamente enfriado con rapidez, lavado intensamente y secado, con lo que dicho gas satisface los requisitos de aprovechamiento de gas. Se lava y se reutiliza el agua de refrigeración y de lavado proveniente del proceso, separándose las materias de suciedad arrastradas por lavado y añadiéndose éstas nuevamente al producto de gasificación antes de la operación de briquetado. El control de las cantidades de aire y de vapor, así como de la alimentación de material 1 se efectúa por medio de sensores de medida 3, 7, 14, 18, 20, 21 que están dispuestos en sitios definidos del reactor de gasificación y que miden parámetros diferentes tales como presión, temperatura, caudales másicos, niveles de llenado y composición química del gas generado.

En el cuarto segmento del procedimiento se puede aprovechar el gas así generado por combustión directa del mismo para la generación de calor y/o por funcionamiento de un motor de gas con generador para la generación de corriente eléctrica y el aprovechamiento del calor residual proveniente del tratamiento de gas, la refrigeración del motor y el gas de escape del motor a través de intercambiadores de calor para generar energía calorífica y/o para generar energía eléctrica por oxidación de los componentes oxidables del gas en un proceso catalítico por medio de una pila de combustible, tal como, por ejemplo, MCFC, y el aprovechamiento del calor residual del aire de salida de la pila de combustible por medio de intercambiadores de calor. Para la optimización del procedimiento se conducen en circuito cerrado el agua de lavado, refrigeración y flotación necesaria para ello y el agua de secado producida y se tratan estas aguas para su reutilización por medio de una instalación de tratamiento de agua.

La instalación de tratamiento de agua, que está constituida por el depósito 33 con entrada 35 y salida 34, presenta varias cámaras diferentes A a I divididas por tabiques 39 con reboses 40, 43, tales como, en primer lugar, la cámara de entrada A con sensores de medida 37, 38 para la captación de parámetros específicos del procedimiento y varias cámaras de decantación pospuestas a ésta para materias que se sedimentan, y un separador 41, 42 de materias ligeras pospuesto a mayor distancia con una entrada a través de un racor de tubo superior, en el que se encuentra un separador de coalescencia, estando constituido éste por un tubo con una tela tricotada de alambre situada en el mismo, en cuya superficie relativamente grande se depositan pequeñas gotitas dispersadas de materias ligeras contenidas en el agua residual y se reúnen estas gotitas para formar gotas mayores que se separan y ascienden después a consecuencia de su empuje ascensional, y por medio de la conexión en serie de estos separadores de materias ligeras se pueda reducir la concentración de las materias ligeras a menos de 5,0 mg/l. Una de las cámaras está configurada aquí como una cámara de mezclado y dosificación con mecanismo agitador 36 para precipitar materias en suspensión y materias disueltas con ayuda de medios de precipitación y de floculación. El aire de salida de los secadores y de los secadores de cribado se depura por medio de un biofiltro pospuesto para despojarlo de polvo y de materias orgánicas e inorgánicas volátiles, para lo cual se filtra mecánicamente el polvo por medio de la estructura biológica y se metabolizan biológicamente las materias orgánicas e inorgánicas por medio de microbios, aplicándose los microbios en una dispersión sobre un material de soporte formador de estructura, tal como paja de cereales o brezo secado, e introduciéndose agua y/o soluciones de nutrientes en el biofiltro por medio de toberas de rociado en caso de que se presente una deficiencia de humedad en dicho biofiltro.

Relación de los símbolos de referencia empleados

1

Alimentación de material (briqueta)

2

Esclusa de rueda de cangilones

3

Sensor de medida

4

Reactor de gasificación

5

Tuberías de entrada de aire y de vapor

6

Rendija anular

7

Sensor de medida

8

Tubo de salida de gas

9

Entrada de agua

10

Entrada de aire

11

Mampostería cerámica

12

Fondo

13

Parrilla

14

Sensor de medida

15

Esclusa

16

Descarga de cenizas

17

Entrada de aire

18

Sensor de medida

19

Entrada de agua

20

Sensor de medida

21

Sensor de medida

22

Tubería de entrada de aire y de vapor

23

Tubería de entrada de aire y de vapor

24

Zona de carga de material

25

Entrada de aire comprimido

26

Cubeta de flotación

27

Toberas de aire comprimido

28

Inclinación del fondo

29

Tornillo sinfín de transporte

30

Canalillo colector

31

Mezcla de agua de flotación

32

Tornillo sinfín de transporte

33

Depósito

34

Salida

35

Entrada

36

Mecanismo agitador

37

Sensor de medida

38

Sensor de medida

39

Tabiques

40

Rebose

41

Separador de materias ligeras

42

Separador de materias ligeras

43

Rebose

A a I

Cámaras de tratamiento de agua

Claims (2)

1. Procedimiento de tratamiento y aprovechamiento de residuos sólidos y/o líquidos y de sus mezclas, especialmente para el aprovechamiento energético de alto valor de sus materias constituyentes orgánicas, en el que

- en un primer segmento del procedimiento se segregan de una mezcla de residuos los componentes visual y manualmente detectables según los grupos de materiales constituidos por metales, vidrio, plásticos, papel, compuestos, materiales compuestos y otros y se separan estos grupos uno de otro, para lo cual se preseca primeramente la corriente de materias a tratar y se depura el aire de salida cargado con vapor de agua y otras materias fácilmente volátiles, y seguidamente el material seco y muy ampliamente desodorizado es separado, en un primer cribado, de suciedad metálica tal como arena, tierra y pequeñas partículas, y luego se depositan metales férreos y no férreos y se clasifican éstos manual o automáticamente, y se almacenan por separado los materiales clasificados según grupos de materiales y se alimentan éstos al lugar de aprovechamiento tradicional, y

- en un segundo paso del procedimiento se pretitura el material remanente no clasificado hasta un tamaño de grano de aproximadamente 150 mm a 250 mm y se segregan de éste una vez más componentes metálicos por separado según metales férreos y no férreos, y seguidamente

- se extrae más humedad residual del material por medio de un segundo secado y a continuación

- se criba el material en una segunda etapa de cribado con un ancho de malla aproximadamente un 50% más pequeño que el de la primera etapa de cribado y luego se flota el producto de cribado separado por cribado, y seguidamente

- se compacta adicionalmente el material así liberado de la fracción mineral y en paralelo con esto se trituran adicionalmente los restos de cribado y se segregan de éstos, una vez más, componentes metálicos y se reúne el material adicionalmente triturado con el material flotado, de modo que queda un material constituido casi exclusivamente por materias orgánicas, y

- se lleva el material orgánico así obtenido por la trituración adicional y la flotación a un contenido de humedad definido específico del procedimiento, a cuyo fin se dosifica líquido de una manera definida, tal como líquido de fango de clarificación u otros fangos, y se prensa el material formando briquetas de modo que entonces se produzca un calentamiento propio de la mezcla de materias hasta más de 150ºC, y en el que

- en un tercer segmento del procedimiento se genera un gas exento de alquitrán y energéticamente utilizable a partir de las briquetas así obtenidas a una temperatura de gasificación de aproximadamente 300ºC a 450ºC y con una conducción del gas a través de un lecho de coque incandescente con una temperatura de aproximadamente 1.000ºC a 1.400ºC, para lo cual se alimentan primeramente al proceso de gasificación las briquetas, así como oxígeno del aire y/o vapor de agua, generándose el vapor de agua en una rendija anular (6) formada entre envolventes interior y exterior del reactor de gasificación y distribuyéndose dicho vapor en las zonas superior e inferior del reactor de gasificación y en el propio reactor de gasificación, y

- en el que se controla la magnitud de la cantidad de vapor de agua en función de la presión, la temperatura, los caudales másicos y la composición química del gas, y en el que

- se evacua el gas del núcleo del reactor de gasificación después de su paso por el lecho de coque, y en el que

- se enfría a continuación rápidamente el gas hasta una temperatura de 30ºC a 60ºC y se le lava y seca, y en el que

- en un cuarto segmento del procedimiento se genera directamente energía calorífica a partir del gas y/o se generan energía eléctrica a partir de ella y energía calorífica a partir del calor residual del tratamiento del gas y/o se genera energía eléctrica en una pila de combustible mediante el proceso catalítico por oxidación de los componentes oxidables contenidos en el gas, y se utiliza como energía calorífica el calor residual del aire de salida de la pila de combustible, y en el que

- en un proceso secundario se tratan en circuito cerrado el agua de refrigeración, el agua de secado procedente de aire de salida y vahos y el agua de lavado, añadiéndose nuevamente como material al producto de alimentación las mezclas de materias de suciedad entonces obtenidas antes del prensado de este producto para formar briquetas y depurándose el aire de salida.

2. Dispositivo para la ejecución del procedimiento según la reivindicación 1, el cual está constituido por los grupos constructivos principales modulares integrados por un dispositivo de carga, un dispositivo de presecado, un dispositivo de precribado, un dispositivo de separación de metales, un dispositivo de clasificación, un sistema colector con depósito de almacenamiento, un pretriturador con dispositivo de separación de metales, un dispositivo de secado, un dispositivo de cribado, un triturador adicional con dispositivo de separación de metales, un dispositivo de flotación, un dispositivo de briquetado, un biofiltro, un dispositivo de tratamiento de agua, equipos de transporte, un reactor de gasificación, un motor de combustión interna con generador eléctrico, un quemador para la generación directa de calor o una pila de combustible para la oxidación de gas, en el que

- el dispositivo de clasificación es una instalación de clasificación de cinta con un primer equipo de secado antepuesto, un primer equipo de cribado y un dispositivo de separación de metales y puede ser hecho funcionar de forma manual o automática, y el cual lleva asociados depósitos colectores y depósitos de almacenamiento para grupos de materiales tales como metal, vidrio, plástico, papel, cartulina, cartón y/o materiales compuestos, y en el que

- está pospuesto a la boca de descarga de aire de salida un biofiltro que contiene elementos de filtro mecánicos y electrostáticos, así como cultivos de microbios y toberas de rociado de agua y/o soluciones de nutrientes que han de aportarse al biofiltro, y en el que

- se unen a este biofiltro un dispositivo de trituración para pretriturar material no clasificado y un dispositivo de segregación de componentes metálicos, así como un segundo dispositivo de cribado, cuya etapa de cribado presenta un ancho de malla reducido a aproximadamente un 50% con respecto a la primera etapa de cribado y cuya descarga de producto cribado está acoplada con un dispositivo de flotación a través de una cinta de transporte y cuya descarga de restos de cribado está acoplada a través de una cinta de transporte con un dispositivo de trituración adicional con separación de metales, y en el que

- este dispositivo de flotación está constituido por una cubeta de flotación (26) con fondo inclinado (28) en el que se encuentran toberas de aire comprimido (27) con característica de rociado definida para turbulizar el material que se ha de flotar, y en la que están dispuestos frente al sitio de aportación de material el canalillo colector (30) y los tornillos sinfín de transporte (29 y 32) para los posos de minerales, y en el que

- los materiales orgánicos son conducidos desde el dispositivo de flotación y desde el lugar de trituración adicional, por medio de una cinta de transporte y a través de una báscula de cinta y un sensor de humedad, hasta un dispositivo de compactación y una unidad de homogeneización actuantes conjuntamente como dispositivo de briquetado, estando acoplados la báscula de cinta y el sensor de humedad, a través de un ordenador de procesos, con un dispositivo dosificador para la adición dosificada de líquidos y/o fangos, y en el que

- el dispositivo de briquetado, detrás del cual puede estar dispuesta una tolva para el almacenamiento intermedio de las briquetas, se une a través de un equipo de transporte al reactor de gasificación, el cual es un gasificador de cuba con lecho fijo y presenta una esclusa de rueda de cangilones (2) para las briquetas y en cuya zona de reactor superior se encuentran unas tuberías (5, 22, 23) y unas tuberías con equipos distribuidores para aire y/o vapor de agua y/o gas, las cuales conducen hasta bastante dentro del interior del reactor, y en el que

- el núcleo del reactor está guarnecido de cerámica (11) y encamisado de modo que se forma una rendija anular (6) estanca al agua que está unida con la entrada de agua (9), y en el que

- en la zona inferior del núcleo del gasificador se encuentran varias entradas de aire (10, 17) y el fondo (12) del reactor de gasificación está configurado en forma cónica, estando el vértice del cono dirigido hacia arriba y estando el extremo inferior cerrado por una parrilla anular móvil (13) para la descarga de cenizas por medio de la esclusa (15), y en el que

- un tubo (8) está dispuesto a un lado del núcleo del reactor por debajo del mismo y está unido con una abertura de la envolvente exterior del gasificador, y esta abertura está a su vez unida a través de una tubería con un refrigerador de gas, un lavador de gas y un secador de gas, y en el que

- para controlar las cantidades de aire y vapor, así como la alimentación de material (1), están dispuestos en el reactor de gasificación unos sensores de medida (3, 7, 14, 18, 20, 21) para diferentes parámetros tales como presión, temperatura, caudales másicos, niveles de llenado y composición química del gas generado, y en el que

- la instalación de tratamiento de agua, constituida por el depósito (33) con entrada (35) y salida (34), presenta varias cámaras diferentes (A a I) divididas por tabiques (39) con reboses (40, 43), tales como la cámara de entrada (A) con sensores de medida (37, 38) para la captación de parámetros específicos del procedimiento y varias cámaras de decantación pospuestas a ésta para materias que se sedimentan, y un separador de materias ligeras (41, 42) pospuesto a mayor distancia con una entrada a través de un racor de tubo superior, en el que se encuentra un separador de coalescencia que está constituido por un tubo con una tela tricotada de alambre situada en el mismo, y en el que

- una de las cámaras está configurada aquí como cámara de mezclado y dosificación con mecanismo agitador (36) para la precipitación de materias en suspensión y materias disueltas con ayuda de medios de precipitación y floculación, y en el que

- un biofiltro pospuesto al primero y al segundo dispositivos de secado está equipado con telas filtrantes y/u otras bioestructuras y/o centrífugas y/o componentes electrostáticos, y allí están asentados también microbios para la metabolización de materias orgánicas e inorgánicas sobre un material de soporte formador de estructura, y en el biofiltro están dispuestas toberas de rociado de agua y/o soluciones de nutrientes que han de aportarse al biofiltro.