ES2298746T3 - Procedimiento e instalacion para el tratamiento de materiales, en particular materiales de desecho y residuos. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el tratamiento de materiales, en particular materiales de desecho y residuos, en el cual el material que se va a tratar y un comburente, que comprende oxígeno y gases reciclados, son suministrados a una cámara de oxidación o a un reactor de combustión y los gases producidos durante la oxidación o la combustión del material anteriormente mencionado son descargados de la cámara de oxidación o reactor de combustión, caracterizado porque el material que se va a tratar, el cual se introduce dentro de la cámara de oxidación o del reactor de combustión, y los productos resultantes de la oxidación o la combustión están sometidos a unas condiciones de temperatura uniforme o unas condiciones de temperatura casi uniforme a temperatura alta o muy alta, el oxígeno estando presente en cualquier parte de la cámara o del reactor; la presión de la reacción varía desde la presión atmosférica hasta 600 kPa, en los gases reciclados se inyecta agua para llevar la concentración de agua en el interior superior al 10% en volumen.

Description

Procedimiento e instalación para el tratamiento de materiales, en particular materiales de desecho y residuos.

La presente invención se refiere a un procedimiento y a una instalación para el tratamiento de materiales de diversos tipos y, en particular pero no de manera limitativa, materiales de desecho y residuos.

La invención ha sido desarrollada con referencia en particular a una instalación que puede recibir como entradas cualquier material en forma sólida, granular o líquida o como lodos y a un procedimiento que lleva a cabo el tratamiento de los mismos con la producción de escoria y gases inertes los cuales pueden ser eliminados fácilmente sin dañar al medio ambiente.

Antecedentes

Un procedimiento y una instalación conocidos del tipo indicado anteriormente se describen en la patente americana US 5,337,683 y mejoras subsiguientes en la solicitud de patente del mismo solicitante WO 02/081970. Esta patente se refiere a un procedimiento el cual permite que sean tratados materiales, por ejemplo materiales de desecho y residuos, a fin de asegurar una eliminación fácil y económica de los mismos mediante la introducción de los materiales en el interior de un reactor presurizado dentro del cual se inyecta aire enriquecido con oxígeno, posiblemente hasta el 100% (esto es, oxígeno puro, por lo menos dentro de los límites que se pueden conseguir con los medios técnicos disponibles). La elevada temperatura alcanzada en el reactor causa la disociación completa de los enlaces moleculares del material que se va a tratar y su sublimación.

Como se describe en la patente americana anteriormente mencionada US 5,337,683, el procedimiento preferiblemente se implanta manteniendo una presión de entre 30 y 100 bar en el interior del reactor, aunque no se excluye la utilización de presiones inferiores, incluso sólo ligeramente por encima de la presión atmosférica, a fin de que en cualquier caso se provoque la disociación molecular completa de los materiales y su sublimación en el interior del reactor, una vez han sido establecidos los tiempos de aplicación y las temperaturas más adecuados para el tipo de material que se va a tratar.

Otro procedimiento conocido se describe en el documento del mismo solicitante WO 02/081970 el cual mejora el procedimiento descrito anteriormente, permitiendo que la presión en el interior del reactor sea regulada modulándola entre un valor mínimo y un valor máximo de acuerdo con reglas de variación previamente determinadas, incrementando de ese modo el rendimiento y reduciendo el tiempo requerido para la disociación completa de los enlaces moleculares del material en el interior del reactor, sin que se requiera por ello temperaturas y presiones excesivamente elevadas lo cual resultaría en un aumento de la complejidad del diseño y de la construcción del reactor.

Sin embargo, los transitorios que son implícitos al procedimiento no aseguran, en ningún momento durante el transcurso de la reacción y para ningún tipo de material combustible, la ausencia de zonas relativamente frías del reactor en donde las sustancias orgánicas volátiles generadas por el calentamiento del material combustible se pueden recombinar para formar sustancias que son cinéticamente lentas a la oxidación, más estables térmicamente y, desgraciadamente, más tóxicas, tales como dioxinas, furanos y poliaromáticos.

El objeto de la presente invención es por lo tanto proporcionar un procedimiento y una instalación que satisfagan los requisitos anteriormente mencionados en la mayor parte de los casos y que al mismo tiempo sean eficaces, fáciles de implantar y muy fiables en su utilización.

El documento US 4,925,389 expone un aparato para el tratamiento de materiales de desecho que contienen contaminantes orgánicos que consta esencialmente de las siguientes piezas:

- un horno de calcinación 13 de fuego directo, en el que existe un conjunto de quemador 21, en el que el material que se va a tratar es alimentado y quemado en presencia de aire. Las cenizas son retiradas del extremo de descarga 25.

- Un conjunto de combustión secundario 37 en el que son tratados los gases emitidos producidos en el horno de calcinación 13. Dicho conjunto incluye una sección de quemador 39 dentro de la cual los gases emitidos se someten a elevadas temperaturas. En las zonas 111 y 113 de dicho conjunto se forma una turbulencia de modo que todas las partículas, los gases y los vapores en la cámara están sometidos a una temperatura elevada sustancialmente uniforme. El conjunto 37 incluye una sección de refrigeración 43 en la cual rociadores de agua enfrían los gases y causan que la materia suspendida caída dentro de un sumidero 47. Después de pasar el sistema de limpieza del gas 53, el gas es descargado a la atmósfera por medio de un ventilador 56, el cual mantiene una presión negativa constante en todo el sistema.

El documento EP 416,533 D2 expone un proceso de combustión que comprende las fases siguientes:

(A) proporcionar vapor combustible a una zona de combustión;

(B) proporcionar oxidante en la zona de combustión separadamente de la provisión de dicho vapor combustible;

(C) proporcionar líquido atomizado (por ejemplo agua, véanse los ejemplos) dentro de la zona de combustión separadamente de dicho oxidante y de dicho vapor combustible para proporcionar refrigerante a la zona de combustión;

(D) mezclar el refrigerante con dicho vapor combustible o dicho oxidante;

(E) quemar el vapor combustible resultante con el oxidante resultante.

El oxidante 9 es inyectado dentro del reactor a una velocidad alta de modo que se establezca una fuerte recirculación de gas en el interior del reactor, lo cual es esencial para conseguir una uniformidad de la temperatura rompiendo la estratificación y las bolsas de gases.

El documento US 6,029,588 describe la combustión de materiales combustibles, incluyendo residuos tóxicos, en un reactor cilíndrico giratorio el cual es suministrado con el material combustible, con el comburente, y con gases de combustión reciclados previamente calientes, siendo descargadas las cenizas incombustibles en la base del horno de calcinación giratorio.

Sin embargo, el techo de la temperatura de la combustión, el cual está representado por la temperatura de fusión de las cenizas, y la presencia de zonas frías inevitables en el lado de las alimentaciones (las cuales son típicas en la técnica) conducen a la producción de subproductos orgánicos tóxicos (dioxinas y furanos, etc.) los cuales son transportados por los humos. También se observa un incremento del polvo (cenizas volátiles) el cual es arrastrado por los humos y el cual contiene metales pesados que como es bien sabido son tóxicos, y es particularmente marcado cuando la temperatura del reactor aumenta. Como resultado, por lo tanto, existe una carga sustancialmente incrementada sobre las técnicas para el tratamiento posterior de los humos y el problema de las sustancias tóxicas orgánicas e inorgánicas es desplazado de los gases de combustión a las fases líquida y sólida, la eliminación de las cuales es problemática (y las cuales dan lugar a la denominada lixiviación permanente).

El documento US 5,309,850 proporciona el tratamiento de lodos con un alto contenido en sólidos y agua en un reactor del cual provoca la combustión de las sustancias orgánicas y la fusión de las cenizas incombustibles con la subsiguiente solidificación como escoria vítrea inerte. El reactor es suministrado con los lodos, el soporte de la combustión y los humos de la combustión los cuales son reciclados al reactor después de la extracción del vapor de agua mediante condensación y recalentamiento. Los humos tienen el propósito doble de moderador térmico y del vehículo para la extracción de las grandes cantidades de agua que son introducidas con los lodos.

Sin embargo, aunque los humos reciclados a partir de los cuales ha sido extraída el agua están recalentados, no eliminan las zonas frías en el lado del suministro del reactor, con las consecuencias que son conocidas en la técnica con respecto a la formación de sustancias orgánicas tóxicas y las temperaturas alcanzadas durante la combustión permiten únicamente la segregación parcial de las cenizas incombustibles y en particular de la fracción fundida, puesto que el componente volátil de las cenizas es arrastrado en los humos de la combustión.

A fin de conseguir el objeto indicado antes, el sujeto de la presente invención es un procedimiento y una instalación provistos de las características indicadas en las reivindicaciones 1 y 13, respectivamente, las cuales se adjuntan a la presente descripción.

En particular, experimentos llevados a cabo por el solicitante han facilitado datos que han conducido a la identificación de las características fundamentales de un reactor de combustión o, más generalmente, una cámara de oxidación, en una instalación de acuerdo con la presente invención. Con mayor detalle, la instalación comprende un reactor de combustión el cual es sustancialmente isotérmico o casi isotérmico en su utilización a temperatura elevada o muy alta, incluyendo las paredes y sin un déficit sustancial de oxígeno en todas sus partes.

En una forma de realización particular de la presente invención, los medios para provocar los intercambios y transferencias elevadas de calor entre las paredes del reactor y los gases suministrados y de la combustión y entre aquellos gases y el material combustible (principalmente con el material combustible sólido), se representan mediante radiación de IR (infrarrojos) la cual conduce a flujos de intercambio y transferencia de calor que son mayores cuanto más elevada es la temperatura (proporcional a T^{4}).

De forma sorprendente se ha encontrado que la combustión con oxígeno produce mezclas de gases con una elevada concentración (superior a aproximadamente el 90% en volumen) de compuestos los cuales son fuertes absorbentes-emisores de radiación IR, tales como CO_{2} y H_{2}O, (particularmente la última), esto es, los cuales son gases "opacos" y, además, que esta característica intrínseca puede ser reforzada adicionalmente incrementando la masa de la unidad de volumen del volumen de aquellos gases, esto es, la presión total de la cámara de combustión.

De forma similar, también se ha encontrado de forma sorprendente que, durante la combustión con oxígeno técnico, la mezcla del oxígeno frío con los humos de la combustión (en una concentración superior al 10% en volumen y preferiblemente superior al 60% en volumen) produce una mezcla la cual asegura un alto grado de "opacificación" del soporte de la combustión e incluso más, de modo que cuando se funciona bajo presión y, por lo tanto, en un reactor irradiado, se asegura casi el calentamiento instantáneo del soporte de la combustión suministrado, a temperaturas por encima de los 1300ºK.

Las grandes zonas frías en la vecindad del suministro las cuales son típicas de los soportes de la combustión de la técnica anterior con oxígeno o soporte de la combustión de aire (en vista del hecho de que tanto el oxígeno O_{2} como el nitrógeno N_{2} son gases que son transparentes a los IR) esto por lo tanto puede ser eliminado en la forma de realización particular anteriormente mencionada de la invención.

Una ventaja del procedimiento indicado antes está también clara en la determinación de la corriente de gases reciclados. De hecho es conocido en la técnica que los gases reciclados pueden llevar a cabo la función de asegurar el equilibrio térmico de una instalación que funciona continuamente extrayendo el exceso de calor de la reacción, debido a una diferencia de calor apreciable entre la entrada y la salida del reactor. El mínimo caudal de reciclado de los gases que se debe seleccionar para hacer mínimo el impacto en el volumen de la reacción está acompañado por bajas temperaturas de los gases reciclados (justo por encima del punto de rocío de los gases quemados, esto es aproximadamente 500º K, para evitar la utilización de materiales los cuales se unen en un alto grado en contacto con condensados ácidos). El calentamiento instantáneo descrito antes de la corriente de reciclado permite que la temperatura de reciclado sea reducida al mínimo. Preferiblemente, los gases de la recirculación resultantes de la combustión son suministrados a un caudal o a una temperatura mínimos de forma que se hace mínimo el volumen total de gas en el reactor para un tiempo determinado que pasan en el reactor los gases y asegurar la extracción de calor de la reacción del reactor.

En la presente invención, por lo tanto, en contraste con las enseñanzas del documento US 5,309,850 y US 6,029,588 los cuales proporcionan la extracción de la corriente de reciclado de los humos después de la separación del agua por condensación y calentando previamente para el reciclado hacia el reactor, la presencia del agua en la corriente de reciclado es en cambio promocionada a fin de fortalecer los flujos radiantes alejándolos del gas y hacia el gas en cada pieza de la cámara de reacción hasta la extensión de proporcionar posiblemente la inyección de agua dentro de la corriente de reciclado, por ejemplo, para materiales predominantemente de carbono y materiales con un bajo contenido de humedad, a fin de llevar la concentración de agua en la corriente de recirculación a por lo menos hasta más del 10% en volumen, preferiblemente más del 20% en volumen e incluso más preferiblemente más del 30% en volumen. La introducción del agua dentro de la corriente de recirculación puede llegar tan lejos como hasta la sustitución total de los humos como agente de reciclado. Sin embargo, no es recomendable llegar tan lejos como para cubrir la parte descendente, desde el óptimo, que aparece debido a la predominancia de los efectos negativos de la reducción del volumen de la reacción útil debido al diferencial no favorable del calor específico molar del agua en comparación con el dióxido de carbono.

En una forma de realización preferida adicional de la invención, un procedimiento sustancialmente continúo está configurado por lo tanto y se implanta en un reactor compacto de dimensiones limitadas, preferiblemente pero de ninguna manera limitativa, con un recubrimiento cerámico, por medio de la utilización de oxígeno técnico y de presión, a temperaturas altas o muy altas (preferiblemente por encima de 1900º K) y por lo tanto con intercambios de energía elevada entre las paredes, entre los gases y las paredes y viceversa, con un calentamiento rápido del material combustible y del soporte de la combustión mediante radiación, sustancialmente muy cerca del perfil isotérmico el cual constituye una de las características principales de la presente invención.

Otra característica ventajosa de la invención resulta del hecho de que sorprendentemente se ha encontrado que la presión de la reacción se puede modular (desde la presión atmosférica preferiblemente hasta aproximadamente 600 kPa) dependiendo del tipo de desecho, para asegurar, para cada pieza del reactor, una gran cantidad de oxígeno por unidad de volumen del reactor en un volumen limitado (conocido en el ámbito como retención líquida) a pesar de la reducción en la densidad del gas debido a las elevadas temperaturas. Las diferencias en las fases de la combustión (escoria de lavado, alquitrán, carbón) de hecho aparecen con variaciones en el tipo de material que se va a tratar y, en particular, como resultado de la variabilidad de las características incluso del mismo material de desecho o residuos; estas diferencias dan lugar a situaciones de picos de consumo de oxígeno repentinos y locales los cuales no son detectables y en cualquier caso no pueden ser corregidos mediante un sensor convencional y los sistemas de control normales. La retención líquida del oxígeno ofrece una protección pasiva contra la formación de zonas de déficit de oxígeno en el interior del reactor en virtud de la alta presión parcial del oxígeno que es aplicable para una concentración determinada en la salida del reactor, esto es, sin el gasto de oxígeno que resultaría si se utilizaran grandes excesos del mismo, con relación a la cantidad estequiométrica que es necesaria para la combustión teórica correcta.

Otra característica ventajosa de la invención resulta de la observación sorprendente adicional del rendimiento con el cual el reactor de la presente invención puede funcionar sobre la escoria incombustible. Se ha observado que la alta velocidad de calentamiento del material combustible (sólido o de la fracción del sólido) por radiación, en contraste con la técnica anterior (por ejemplo el documento US 5,309,850), conduce a una reducción considerable en la fracción de polvo que es arrastrado fuera del reactor con los gases quemados y un incremento paralelo de la ceniza líquida fundida segregada en el reactor. Se supone, pero esta interpretación no es limitativa, que el reactor compacto con velocidades bajas de tránsito del gas y alta velocidad de calentamiento hace la fusión competitiva con la extracción de las cenizas polvorientas por los gases. Además, la baja formación de cenizas volátiles, incluso con el suministro de materiales combustibles con un elevado contenido de fracción de polvo, conduce a suponer, aunque esta interpretación no debe ser considerada limitativa, que el alto grado de radiación del procedimiento conduce también a la licuefacción de las cenizas volátiles de cualquier procedencia en el gas y que cualquier fenómeno de combinación actúa sobre las partículas líquidas; es muy conocido que estos fenómenos no son activos sobre las partículas sólidas de las cenizas volátiles debido a las cargas eléctricas.

Para facilitar la extracción de la escoria fundida del reactor, es preferible pero no esencial añadir escorificadores tales como dióxido de silicio o bien óxidos de metales alcalinos al material combustible suministrado, en porcentajes que dependen del contenido de cenizas del material combustible suministrado.

La escoria fundida preferiblemente se enfría y se solidifica como perlas para asegurar que los metales pesados tóxicos contenidos en la escoria incombustible se hacen completamente inertes de modo que la liberación de los metales pesados esté por debajo de los límites legales de acuerdo con la solubilización en la prueba del ácido acético.

Globalmente, el procedimiento de la presente invención puede asegurar, sobre una amplia gama de tipos de materiales en forma física de sólidos, sólidos granulares, líquidos y lodos, la producción, en la boca del reactor, de humos de combustión con un carbono orgánico total (TOC - Total Organic Carbon) muy bajo (del orden de partes por millón - ppm) y con un contenido en cenizas volátiles muy bajo. Esto simplifica sustancialmente las técnicas para el tratamiento posterior de los humos de la combustión y hace la eliminación de las fases líquido/sólido utilizadas en el tratamiento posterior mucho menos problemáticas desde el punto de vista medioambiental.

Con referencia a una característica ventajosa adicional de la presente invención, se ha observado que, en general, el comportamiento de un procedimiento también depende de un sistema de control y de gestión eficaz. En particular, se ha observado que es una característica distintiva de los materiales de desecho y de los residuos eludir la caracterización eficaz que puede representar con precisión las características del material que es suministrado al reactor. Esfuerzos en esta dirección, en particular caracterizaciones amplias particulares ayudadas por procedimientos estadísticos de muestreo y de evaluación no pueden superar esta característica distintiva del material de desecho y residuos. Como resultado, procedimientos de control y optimización particularmente eficaces tales como entradas múltiples/salidas múltiples (MIMO - múltiple input/múltiple output) no proporcionan resultados satisfactorios para el comportamiento de los procesos y para la optimización de los costes, en vista de las incertidumbres con respecto a las características del material que se proporciona poco a poco al reactor. Ha sido concebida por lo tanto la idea de desviar la atención de los parámetros de la entrada a los parámetros de la salida del reactor. Se ha encontrado de forma sorprendente que, en contraste con la técnica anterior, si los modelos de control y optimización se centran en los parámetros de salida del reactor, adecuadamente adaptados, por ejemplo, acelerando los tiempos de respuesta de los sensores analíticos para hacerlos comparables con los tiempos que son característicos de los fenómenos implicados en la reacción, el número de predicciones eficaces para el control y para la optimización del funcionamiento se pueden mejorar sustancialmente mientras se cumple con una calidad de los efluentes y un comportamiento seguro.

Básicamente, la instalación y el procedimiento de la presente invención tienen diversas ventajas las cuales son: la provisión de un reactor que tiende hacia la isotermia o casi isotermia a elevada temperatura; la utilización de gases de recirculación los cuales se minimizan cuantitativamente haciendo mínima la temperatura, pero los cuales, como tales, bajo presión permiten que sea alcanzada una temperatura elevada uniforme en el reactor, en el cual se mantiene en utilización una presión superior a la presión atmosférica, preferiblemente pero no de manera limitativa, a fin de asegurar también la retención líquida máxima de oxígeno por unidad de volumen, el cual puede absorber fluctuaciones incontroladas en la demanda de soporte de la combustión; la fusión inmediata en el reactor de las sustancias las cuales no se pueden gasificar, evitando que se dispersen como polvo arrastrado en los gases de combustión, y el control de los parámetros de salida del reactor a fin de controlar las fluctuaciones debidas a la falta de homogeneidad de los materiales suministrados al reactor.

Características y ventajas adicionales se harán más claras a partir de la siguiente descripción detallada de una forma de realización preferida la cual se proporciona a título de ejemplo no limitativo con referencia a la figura 1 adjunta la cual muestra una distribución en planta ilustrativa del reactor y del circuito de reacción básico de una instalación formada de acuerdo con la presente invención.

Con referencia ahora a la figura 1, una instalación para el tratamiento de materiales comprende un reactor de oxidación o cámara 10 con por lo menos un orificio de entrada 11 a través del cual se suministra el material que va a ser tratado. En particular, la instalación de la presente invención puede tratar materiales sólidos en piezas grandes, cargados por medio de un alimentador 12 por medio de una cámara de propulsión 13, así como materiales granulares cargados por medio de un alimentador 14 y líquidos que comprenden en términos generales, tanto mezclas de agua y sólidos suspendidos y sedimentados como alquitranes o lodos viscosos de diversas densidades y composiciones los cuales son cargados dentro del reactor por medio de un alimentador 15. También se pueden cargar materiales gaseosos dentro del reactor 10 por medio de un cargador globalmente indicado con 16.

El reactor 10 comprende también una entrada 17 en la cual se suministra oxígeno que proviene de un conducto 18, mezclado con una proporción de humos de recirculación que vienen de un conducto 19 de acuerdo con un procedimiento el cual se hará más claro a partir de la siguiente parte de esta descripción. Un flujo de vapor previamente determinado también puede ser admitido en el conducto 19 en una relación variable de acuerdo con el material tratado. El caudal de oxígeno se regula automáticamente sobre la base del exceso previamente establecido en la corriente 25 que sale del reactor 10, con gamas previamente definidas, sobre la base de la cantidad y la calidad del material suministrado al reactor el cual, preferiblemente pero no de manera limitativa, es admitido en el reactor en cargas pequeñas y frecuentes.

El reactor 10 comprende una carcasa, preferiblemente fabricada de metal y recubierta con un recubrimiento cerámico y enfriada exteriormente mediante agua de refrigeración que proviene de un alimentador 20. La escoria incombustible que se produce en el interior del reactor se recoge sobre su base 21 la cual está inclinada hacia un conducto de salida 22 el cual, preferiblemente pero no de manera limitativa, comprende un tubo fabricado de un material con un elevado punto de fusión (por ejemplo, molibdeno, tántalo, o tungsteno, tratados para resistir la oxidación, o carburo de silicio), el cual se calienta para mantener la escoria líquida y está dispuesto cerca de un extremo de cierre 23 del reactor 10. La escoria líquida es refrigerada rápidamente ("apagada") en un baño de agua con la formación de perlas sólidas de modo que forman un lodo muy diluido en agua el cual es enviado entonces continuamente desde un depósito de recoleta 24 para el filtrado y la eliminación subsiguientes por medios conocidos, por ejemplo, por medio de un filtro (no representado).

Un conducto de salida 25 está provisto en el extremo de cierre 23 del reactor 10 y suministra el gas que se genera en el interior del reactor 10 hacia medios para la recuperación de la energía mediante el intercambio de calor de los gases que salen de reactor mediante sistemas conocidos, medios los cuales se identificarán más adelante en este documento para simplificar la descripción mediante el término "caldera" que debe ser entendido en su sentido más amplio. Una caldera de este tipo 26, la cual es preferiblemente pero no de manera limitativa del tipo con tubos de humo, genera y sobrecalienta vapor de agua de un suministro que proviene de un conducto 27. El vapor sobrecalentado deja la caldera 26 a través de un conducto 35 y es enviado para usos generalmente conocidos, por ejemplo, para el suministro de una turbina o similar.

Antes de entrar en la caldera 26, el gas que sale del reactor 10 a través del conducto 25 se mezcla con el gas de reciclado moderador suministrado a través de un conducto 28. El gas de reciclado moderador representa una parte de la salida de gas de la caldera 26 a través de un conducto 29, opcionalmente adicionalmente refrigerado mediante un sistema convencional (no representado) y que se vuelve a presurizar por medio de un ventilador 30. La parte del gas de reciclado moderador la cual no es enviada al conducto 28 para ser mezclada con los gases que salen del reactor 10 es enviada hacia un conducto 31 en el cual actúa un sistema de regulación 32, que admite una cantidad regulada de gas dentro del conducto 19 a fin de mezclarlo, como se ha descrito antes en este documento, con el oxígeno suministrado a la entrada del reactor 10 a través del conducto 18. La función de la corriente que pasa a través del conducto 31 es también asegurar el equilibrio térmico del reactor por medio de una diferencia de calor apreciable entrada/salida para evitar que la temperatura de la corteza exterior del recubrimiento exceda de los límites permitidos para los materiales refractarios especiales (aproximadamente 2130º K). El regulador 32 se modula por lo tanto sobre la base del sensor de la temperatura en la salida del reactor 10 en la corriente que pasa a través del conducto 25.

Los gases de la recirculación los cuales aseguran el equilibrio térmico de la instalación funcionan continuamente extrayendo el exceso de calor de la reacción debido a la diferencia apreciable de calor entre la entrada y la salida del reactor y son reciclados a la temperatura mínima que es compatible con los medios de refrigeración normales y preferiblemente justo por encima del punto de rocío.

La parte de gas que sale de la caldera 26 la cual no es reciclada hacia el conducto 29 se expande mediante una válvula de expansión 33 y a continuación es enviada a la canalización del humo 34 de un tipo globalmente conocido. Una parte de este gas de salida es arrastrado preferiblemente a través de un conducto 36 y utilizado para presurizar la cámara de propulsión 13 para la admisión periódica del material sólido dentro del reactor 10.

Los diversos componentes de la instalación anteriormente descrita preferiblemente se montan en una o más guías para un transporte y un montaje más fácil de la instalación en el lugar de utilización.

El procedimiento para el tratamiento de los materiales que es implantado mediante la instalación descrita antes está controlado globalmente mediante un procesador electrónico el cual asegura que los gases de la combustión permanecen en el interior del reactor 10 durante un período de tiempo mínimo previamente determinado, preferiblemente pero de una manera no limitativa de aproximadamente 2 segundos, a una temperatura uniforme garantizada mínima previamente determinada, preferiblemente pero no de manera limitativa de aproximadamente 1500ºC.

En particular, el soporte de la combustión el cual es suministrado al reactor 10 y que comprende una mezcla proporcionalmente determinada previamente de oxígeno (gas transparente a los IR) y gas de reciclado moderador, es irradiado inmediatamente debido a que es altamente opaco a los infrarrojos. Este comportamiento se asegura mediante la ausencia, o la baja concentración en el caso de la utilización de aire enriquecido, de nitrógeno (un gas el cual es transparente a los IR) en la mezcla de soporte de la combustión y mediante la presencia predominante, en cambio, de dióxido de carbono y de agua (marcadamente de la última) de los cuales está constituido el gas de reciclado moderador. A las elevadas temperaturas de trabajo de la corteza exterior del reactor, el agua y el dióxido de carbono los cuales son admitidos en la mezcla de soporte de la combustión, junto con el oxígeno, preferiblemente pero no de manera limitativa cuando el proceso está funcionando bajo presión, se hacen ellos mismos absorbentes óptimos de la energía infrarroja. Por otra parte, el gas reciclado y los humos que se generan se comportan como emisores eficaces de la energía infrarroja la cual, también en virtud de las presiones de trabajo del reactor 10 las cuales están preferiblemente pero no de manera limitativa entre cero, 5 y 6 bar, permiten de ese modo que se mantenga una temperatura uniforme en el interior del reactor 10.

El sistema de control dispone para la implantación de una regulación equilibrada, la cual utiliza una determinación que no se vea afectada por el peso del material suministrado, por medio de una medición en los sistemas de carga en una posición aguas arriba de las cámaras de propulsión. El sistema de control interviene instantáneamente para mantener la temperatura y el tiempo consumido por los gases en el interior del reactor 10 por encima de umbrales mínimos previamente determinados y, en segundo lugar, en el caudal de oxígeno y en el caudal de los residuos, esto es, en la frecuencia de carga de los mismos, para asegurar una buena calidad de los gases que salen de reactor 10. Un código MIMO (entrada múltiple/salida múltiple), por otra parte, utiliza una gama más amplia de datos de funcionamiento y, en particular, mediciones de la composición de los gases a la salida del reactor, los cuales se comportan con tiempos de respuesta característicos de aproximadamente, pero no de manera limitativa, 2 segundos, y calcula las estrategias para optimizar el funcionamiento para una productividad satisfactoria del procedimiento de tratamiento del material y para la reducción de los costes unitarios y de funcionamiento.

Naturalmente, permaneciendo igual el principio de la invención, las formas de realización y los detalles de la construcción pueden variar con relación a aquellos descritos e ilustrados, sin por ello salirse del ámbito de la presente invención como se define en las reivindicaciones.

Claims (27)

1. Procedimiento para el tratamiento de materiales, en particular materiales de desecho y residuos, en el cual el material que se va a tratar y un comburente, que comprende oxígeno y gases reciclados, son suministrados a una cámara de oxidación o a un reactor de combustión y los gases producidos durante la oxidación o la combustión del material anteriormente mencionado son descargados de la cámara de oxidación o reactor de combustión, caracterizado porque el material que se va a tratar, el cual se introduce dentro de la cámara de oxidación o del reactor de combustión, y los productos resultantes de la oxidación o la combustión están sometidos a unas condiciones de temperatura uniforme o unas condiciones de temperatura casi uniforme a temperatura alta o muy alta, el oxígeno estando presente en cualquier parte de la cámara o del reactor; la presión de la reacción varía desde la presión atmosférica hasta 600 kPa, en los gases reciclados se inyecta agua para llevar la concentración de agua en el interior superior al 10% en volumen.

2. Procedimiento para el tratamiento de materiales según la reivindicación 1 caracterizado porque comprende el suministro de comburente que comprende oxígeno mezclado con gases que resultan de la combustión, con agua, o con una combinación de gases y agua, para provocar un alto grado de opacificación del soporte de la combustión y asegurar el calentamiento casi instantáneo del comburente que es suministrado dentro del reactor.

3. Procedimiento para el tratamiento de materiales según la reivindicación 2 caracterizado porque los gases de recirculación resultantes de la combustión son suministrados a un caudal o a una temperatura mínimos de forma que se hace mínimo el volumen global de gas en el reactor para un tiempo de estancia determinado del gas en el reactor y para asegurar la extracción del calor de la reacción del reactor.

4. Procedimiento para el tratamiento de materiales según la reivindicación 2 o la reivindicación 3 caracterizado porque la mezcla del oxígeno con los humos de la combustión tiene lugar con una concentración de los últimos de más del 10% en volumen y preferiblemente superior al 60% en volumen.

5. Procedimiento para el tratamiento de materiales según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque la característica del intercambio de calor para la radiación IR (infrarroja) en el interior del reactor (10) se fortalece incrementando la concentración de gases que son opacos a la IR y la masa de la unidad de volumen del volumen de los gases en el interior del reactor, en particular incrementando la presión total de la cámara de combustión.

6. Procedimiento para el tratamiento de materiales según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5 caracterizado porque los gases de recirculación los cuales aseguran el equilibrio térmico de una instalación que funciona continuamente extrayendo el exceso de calor de la reacción debido a una diferencia de entalpía apreciable entre la entrada y la salida del reactor son reciclados a la temperatura mínima que es compatible con los medios de refrigeración normales y preferiblemente justo por encima del punto de rocío.

7. Procedimiento para el tratamiento de materiales según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6 caracterizado porque los gases de reciclado los cuales aseguran el equilibrio térmico están constituidos completamente o parcialmente por vapor.

8. Procedimiento para el tratamiento de materiales según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado porque la presión de la reacción se modula dependiendo del tipo de material que se va a tratar el cual es suministrado dentro del reactor.

9. Procedimiento para el tratamiento de materiales según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado porque las sustancias las cuales no se pueden gasificar en el interior del reactor son fundidas inmediatamente en el reactor en virtud de la alta velocidad de calentamiento del material combustible, en particular de su fracción sólida, de modo que se reduce hasta un valor despreciable la fracción de polvo que es arrastrado fuera del reactor con los gases quemados.

10. Procedimiento para el tratamiento de materiales según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizado porque la escoria fundida es enfriada y solidificada en perlas de modo que aseguran que los metales pesados tóxicos contenidos en la escoria incombustible se hacen completamente inertes.

11. Procedimiento para el tratamiento de materiales según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 caracterizado porque comprende un procedimiento de control y optimización MIMO (entrada múltiple/salida múltiple) el cual se enfoca en los parámetros a la salida del reactor y en particular en una medición de la composición del gas en la salida del reactor.

12. Procedimiento para el tratamiento de materiales según la reivindicación 11 caracterizado porque las mediciones de los datos de la composición del gas se implantan con tiempos de respuesta característicos de aproximadamente 2 segundos.

13. Instalación para el tratamiento de materiales, en particular materiales de desecho y residuos, que comprende una cámara de oxidación o reactor de combustión (10) al cual se puede suministrar el material que se va a tratar y que incluye una entrada (17) para un comburente que comprende oxígeno y gases reciclados y una salida (34) para los gases producidos durante la oxidación o la combustión del material anteriormente mencionado en el interior de la cámara o reactor (10) caracterizada porque la cámara de oxidación o reactor de combustión funciona sustancialmente en condiciones de temperatura uniforme o condiciones de temperatura casi uniforme en utilización a temperatura alta o muy alta, el oxígeno estando presente en cualquier parte de la cámara o del reactor; la presión de la reacción varía desde la presión atmosférica hasta 600 kPa, en los gases reciclados se inyecta agua para hacer la concentración de agua en el interior superior al 10% en volumen.

14. Instalación para el tratamiento de materiales según la reivindicación 13 caracterizada porque las paredes del reactor (10) comprenden un material de recubrimiento cerámico.

15. Instalación para el tratamiento de materiales según la reivindicación 13 con la reivindicación 14 caracterizada porque comprende medios (26) para refrigerar los gases producidos durante la combustión, medios (29, 30) para la extracción y el reciclado de una parte de dichos gases enfriados que son provistos para el mezclado con oxígeno en la entrada del reactor (10) y que producen una mezcla comburente la cual es opaca a los infrarrojos.

16. Instalación para el tratamiento de materiales según la reivindicación 15 caracterizada porque los medios de refrigeración (26) comprenden medios para recuperar la energía de alto valor de la entalpía de los gases que salen del reactor (10).

17. Instalación para el tratamiento de materiales según la reivindicación 15 o la reivindicación 16 caracterizada porque comprende medios (28) para mezclar una parte de los gases reciclados con los gases que salen del reactor antes de su entrada en el interior de los medios de refrigeración (26).

18. Instalación para el tratamiento de materiales según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17 caracterizada porque comprende medios para mantener una presión mayor que la presión atmosférica en el interior del reactor (10) en utilización.

19. Instalación para el tratamiento de materiales según la reivindicación 18 caracterizada porque comprende medios para modular selectivamente la presión en el interior del reactor sustancialmente desde la presión atmosférica hasta una presión mayor que la presión atmosférica, dependiendo del tipo de material suministrado dentro del reactor, para asegurar una retención líquida de oxígeno por unidad de volumen del reactor en cada parte del reactor en utilización.

20. Instalación para el tratamiento de materiales según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 19 caracterizada porque comprende una pluralidad de alimentadores (12, 14, 15, 16) para suministrar diferentes materiales al reactor (10), en particular, materiales sólidos en piezas, materiales granulares, materiales líquidos o lodos y materiales gaseosos.

21. Instalación para el tratamiento de materiales según la reivindicación 20 caracterizada porque comprende por lo menos una cámara de propulsión (13) para el suministro presurizado y discontinúo de materiales sólidos en piezas dentro del reactor (10).

22. Instalación para el tratamiento de materiales según la reivindicación 21 caracterizada porque la cámara de propulsión comprende un conducto (36) para el suministro de gas bajo presión, extraído de la canalización de salida (34).

23. Instalación para el tratamiento de materiales según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 22 caracterizada porque el reactor (10) comprende una parte de la base (21) que comunica y está inclinada hacia un conducto calentado (22) para recoger la escoria fundida fluida.

24. Instalación para el tratamiento de materiales según la reivindicación 23 caracterizada porque el conducto de recolecta (22) comunica con un recipiente (24) para recoger la escoria líquida la cual se enfría rápidamente en un baño de agua con la formación de perlas sólidas de modo que se forma una mezcla diluida en agua.

25. Instalación para el tratamiento de materiales según la reivindicación 23 o la reivindicación 24 caracterizada porque el conducto de recolecta (22) comprende medios de calefacción para mantener fluida la escoria.

26. Instalación para el tratamiento de materiales según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 25 caracterizada porque comprenden medios de sensor para la medición de los parámetros de salida del reactor (10), un sistema de control y gestión que recibe las señales de los medios de sensor a fin de mejorar sustancialmente el número de predicciones efectivas para la intervención en las condiciones de funcionamiento de la instalación y para controlar las fluctuaciones debidas a la falta de homogeneidad de los materiales que son suministrados dentro del reactor.

27. Instalación para el tratamiento de materiales según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 26 funcionando de acuerdo con el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.