ES2319333T3 - Proceso y aparato para el tratamiento de residuos. - Google Patents
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Abstract
Un proceso para el tratamiento de residuos, comprendiendo el proceso: (i) una etapa de gasificación que comprende el tratamiento de los residuos en una unidad de gasificación (1) en presencia de oxígeno y vapor de agua para producir un gas de descarga y un material de residuos de carbón sólido que no está suspendido en el aire; y (ii) una etapa de tratamiento de plasma que comprende someter el gas de descarga y el material de residuos de carbón sólido que no está suspendido en el aire a un tratamiento de plasma en una unidad de tratamiento de plasma (4) en presencia de oxígeno y, opcionalmente, vapor de agua, donde la unidad de tratamiento de plasma (4) está separada de la unidad de gasificación (1).
Description
Proceso y aparato para el tratamiento de
residuos.
La presente invención se refiere a un proceso
para el tratamiento de residuos, particularmente residuos
municipales.
Tradicionalmente los residuos municipales se han
desechado en vertederos de basura. Sin embargo, los peligros
ambientales de hacer esto se están convirtiendo en una preocupación
grave y por lo tanto en los últimos años se ha realizado un
esfuerzo para desarrollar procesos de tratamiento de residuos que
reduzcan el volumen del material residual y la cantidad de
constituyentes potencialmente ambientalmente peligrosos del material
tratado.
Los procesos que se han desarrollado para tratar
residuos incluyen sistemas de combustión, en los que los residuos
se procesan térmicamente con cantidades estequiométricas o excesivas
de oxígeno. El proceso normalmente se realiza en aire. Los ejemplos
de sistemas de combustión incluyen: sistemas de combustión de
incineración en masa, sistemas de combustión de combustible
obtenido de desechos (RDF), en los que el RDF típicamente se quema
en un emparrillado sin fin y la combustión de lecho fluidizado.
Otro método para procesar los residuos implica
el uso de pirólisis, es decir, pirolizar los residuos en una unidad
de pirólisis. El término pirólisis significa, en el campo del
tratamiento de residuos, el procesamiento térmico de residuos en
ausencia de oxígeno. Generalmente los procesos de pirólisis son
endotérmicos y por lo tanto requieren la aportación de energía
térmica para que la pirólisis continúe. Esto contrasta con la
combustión, que es un proceso exotérmico y como tal no requiere la
aportación adicional de calor una vez que la combustión se ha
iniciado. El proceso de pirólisis convierte muchos de los
constituyentes orgánicos que se encuentran en los residuos en
fracciones gaseosas, líquidas y sólidas usando una combinación de
reacciones de termofraccionación y condensación. Generalmente la
pirólisis da como resultado tres productos: una corriente de gas,
que contiene esencialmente hidrógeno, metano, monóxido de carbono,
dióxido de carbono y otros gases; una fracción líquida que contiene
un alquitrán o aceite que contiene ácido acético, acetona, metanol e
hidrocarburos oxigenados complejos; un residuo de carbón, que
consiste en carbono casi puro; además de cualquier material
originalmente inerte presente originalmente en los residuos sólidos.
La pirólisis es un proceso que se usa en la producción industrial
de carbón vegetal a partir de madera, coque y gas de coque a partir
de residuos de carbón y gas y brea combustible a partir de
fracciones pesadas de petróleo. Sin embargo, su uso en el
procesamiento de residuos sólidos no ha sido satisfactorio, siendo
una de las razones de esto que el sistema requiere una materia
prima consistente, que es difícil de obtener a partir de los
residuos municipales.
Un tercer método para el procesamiento de
residuos implica la gasificación de los residuos (véase por ejemplo
el documento CA. 23 39 457). La gasificación es la combustión
parcial de un material, donde el oxígeno en la unidad de
gasificación se controla para que esté presente en una cantidad
subestequiométrica, en relación con el material residual. La
gasificación de residuos que contienen componentes carbonosos da
como resultado un gas de combustión inflamable rico en monóxido de
carbono, hidrógeno y algunos hidrocarburos saturados,
principalmente metano. Existen cinco tipos básicos de gasificador:
gasificador de lecho fijo vertical, gasificador de lecho fijo
horizontal, gasificador de lecho fluidizado, gasificador de
chimeneas múltiples y gasificador de horno rotatorio. Los tres
primeros son los más comúnmente usados.
La gasificación, aunque es moderadamente
satisfactoria en la combustión de la mayoría de los residuos, sin
embargo, produce un gas que contiene partículas no quemadas,
especies alquitranadas de baja volatilidad y compuestos suspendidos
en el aire. Adicionalmente, aunque gran parte de los residuos se
quema hasta partículas de gas o suspendidas en el aire, el proceso
de gasificación todavía con frecuencia da como resultado un
"residuo de carbón", es decir un material sólido que contiene
constituyentes que no quemarán ni vaporizarán fácilmente en las
condiciones de funcionamiento de la gasificación. El residuo de
carbón comúnmente contiene especies peligrosas de metales pesados y
orgánicas tóxicas, que se tienen que desechar cuidadosamente,
añadiéndose al coste del proceso de tratamiento de residuos global.
Se apreciará que existe un deseo de reducir la cantidad de residuos
sólidos que se producen como resultado de un proceso de tratamiento
de residuos y también de reducir la cantidad de materiales
peligrosos en los residuos tratados.
También se ha observado que, si se usa el gas
que se produce como resultado de la gasificación de residuos
(denominado un "gas de descarga") en un motor de gas o una
turbina de gas, las partículas suspendidas en el aire y las
moléculas de hidrocarburo alquitranado tienen una tendencia a
obturar la turbina o motor de gas. Por lo tanto el gas no se
considera suficientemente "limpio" e incluso si se tuviera que
usar el gas de descarga producido por la gasificación, la turbina
requeriría limpieza y mantenimiento frecuente y/o la introducción
de una etapa de limpieza adicional costosa para retirar los
productos alquitranados.
Por lo tanto existe un deseo de un proceso que
supere, o al menos mitigue, algunos o todos los problemas asociados
con los métodos de la técnica anterior.
En un primer aspecto, la presente invención
proporciona un proceso para el tratamiento de residuos,
comprendiendo el proceso:
(i) una etapa de gasificación que comprende
tratar los residuos en una unidad de gasificación en presencia de
oxígeno y vapor de agua para producir un gas de descarga y un
material de residuo de carbón sólido que no esté suspendido en el
aire y
(ii) una etapa de tratamiento de plasma que
comprende someter el gas de descarga y el material de residuo de
carbón sólido que no está suspendido en el aire a un tratamiento en
una unidad de tratamiento de plasma en presencia de oxígeno y,
opcionalmente, vapor de agua, en la que la unidad de tratamiento de
plasma está separada de la unidad de gasificación.
El gas de descarga típicamente contendrá
partículas sólidas que no se han quemado y especies
alquitranadas.
El primer aspecto puede proporcionar un proceso
para el tratamiento de residuos, comprendiendo además el proceso
someter los residuos a una etapa de digestión microbiana antes de la
etapa de gasificación.
El primer aspecto puede proporcionar un proceso
para el tratamiento de residuos, comprendiendo además el proceso
una etapa de pirólisis antes de la etapa de gasificación y, cuando
esté presente una etapa de digestión microbiana, dicha etapa de
pirólisis ocurre después de dicha etapa de digestión microbiana.
En "presencia de oxígeno y vapor de agua "
indica que tanto el gas como el vapor de oxígeno están presentes en
la unidad de gasificación y/o la unidad de tratamiento de plasma.
También pueden estar presentes otros gases. El oxígeno se puede
proporcionar como gas de oxígeno, en una mezcla de gases (por
ejemplo aire) y/o en un compuesto que contiene oxígeno.
"Vapor de agua" incluye agua en forma
gaseosa, vapor y agua suspendidos en un gas como gotitas.
Preferiblemente, el vapor de agua es agua que tiene una temperatura
de 100ºC o más. El agua, que se convertirá en vapor de agua, se
puede introducir en la unidad de gasificación y/o unidad de
tratamiento de plasma en forma de agua líquida, una pulverización
de agua, que puede tener una temperatura de 100ºC o menos o como
vapor que tiene una temperatura de 100ºC o más; cuando está en uso,
el calor en el interior de la unidad de gasificación y/o unidad de
tratamiento de plasma asegura que cualquier agua líquida, que puede
estar en forma de gotitas suspendidas en el aire, se vaporiza a
vapor de agua.
En un segundo aspecto, la presente invención
proporciona un aparato para realizar el proceso de la presente
invención, comprendiendo el aparato:
(i) una unidad de gasificación y
(ii) una unidad de tratamiento de plasma que
está separada de la unidad de gasificación (1),
en el que la unidad de gasificación tiene una
entrada para oxígeno y opcionalmente una entrada para vapor de agua
y la unidad de tratamiento de plasma tiene una entrada para oxígeno
y opcionalmente una entrada para vapor de agua y se proporcionan
los medios para transportar el gas de descarga y el material de
residuo de carbón sólido que no está suspendido en el aire desde la
unidad de gasificación hasta la unidad de tratamiento de plasma.
El segundo aspecto puede proporcionar un aparato
para realizar el proceso de la presente invención, comprendiendo
además el aparato una unidad de digestión microbiana y/o una unidad
de pirólisis.
Los elementos preferidos de la presente
invención se describen en las reivindicaciones dependientes y en la
Descripción Detallada más adelante.
La presente invención se describirá ahora
adicionalmente. En las secciones siguientes se definen con más
detalles diferentes aspectos de la invención. Cada aspecto definido
se puede combinar con cualquier otro aspecto o aspectos a menos que
se indique claramente lo contrario. En particular, cualquier
elemento indicado como preferido o provechoso se puede combinar con
cualquier otro elemento o elementos indicados como preferidos o
provechosos.
\vskip1.000000\baselineskip
Las Figuras siguientes se proporcionan a modo de
ejemplo y muestran realizaciones no limitantes de la presente
invención.
Las Figuras 1(a) a (c) muestran dibujos
esquemáticos de un horno de plasma que tiene dos electrodos en tres
configuraciones posibles.
La Figura 2 muestra una realización preferida
del proceso de la presente invención.
La Figura 3 muestra una realización del aparato
de la presente invención, que incluye un gasificador de lecho
fluidizado (1) y un horno de plasma (4).
La Figura 4 muestra con más detalle el horno de
plasma de la Figura 3.
La Figura 5 muestra una realización preferida
adicional del proceso de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Teniendo en cuenta los problemas asociados con
los procesos de gasificación, una solución propuesta considerada
por los presentes inventores fue usar un tratamiento de plasma en
lugar del tratamiento de gasificación. Sin embargo, los inventores
observaron que la cantidad de energía requerida para gasificar la
fracción orgánica del material residual en la unidad de plasma era
muy alta y sólo se podían tratar al mismo tiempo volúmenes
relativamente pequeños de residuos sólidos. Por lo tanto, se observó
que el tratamiento de residuos sin procesar usando plasma no era
económicamente viable. Sin embargo, ahora los inventores han
observado, que tratando en primer lugar los residuos en una unidad
de gasificación, seguido de tratamiento en una unidad de plasma, se
pueden obtener varias ventajas sobre los procesos de técnica
anterior. En particular, se ha observado que esta combinación es
sorprendentemente energéticamente eficaz. También se ha observado
que la combinación del tratamiento de gasificación y el tratamiento
de plasma da como resultado un singás relativamente limpio (que
contiene concentraciones muy bajas de partículas suspendidas en el
aire), cantidades muy bajas de especies peligrosas de alquitrán y
metales pesados y cantidades más pequeñas de material sólido en el
producto de gas depurado.
Se ha observado que el tratamiento del gas de
descarga en una unidad de plasma reduce significativamente el
número de partículas suspendidas en el aire y compuestos de
hidrocarburos alquitranados, que tienen tendencia a crear problemas
de incrustación si se usan en una turbina. Se ha observado que el
tratamiento del residuo de carbón en la unidad de plasma convierte
gran parte del material de residuo de carbón en un gas y, en
particular, un gas que tiene un contenido relativamente bajo de
partículas suspendidas en el aire e hidrocarburos gaseosos
alquitranados, que podrían obturar una turbina. El plasma también
tiene la ventaja de que diversas partículas suspendidas en el aire
y gases dañinos para el ambiente se degradan a especies menos
dañinas durante el proceso de plasma.
Preferiblemente, el proceso implica introducir
un material residual, es decir una materia prima de residuos, que
es sustancialmente homogénea en la unidad de gasificación. Se
observado que esto mejora la eficacia del proceso de tratamiento en
su totalidad. La materia prima de residuos se puede haber pretratado
para aumentar su homogeneidad antes de la introducción en la unidad
de gasificación. "Homogéneo" indica que los residuos deben
tener una o más propiedades que no varíen en gran parte por todo el
volumen de los residuos o de lote a lote, si la materia prima de
residuos se suministra en lotes al gasificador; por lo tanto el
valor de la propiedad en cuestión no varía en gran parte a medida
que los residuos se suministran a la unidad de gasificación. Tales
propiedades que preferiblemente no varían en gran medida incluyen el
valor calorífico, el tamaño de los constituyentes, el contenido de
humedad, el contenido de cenizas y la densidad del material
residual. Preferiblemente una o más de estas propiedades varían en
el 20% o menos, preferiblemente el 15% o menos y más
preferiblemente el 10% o menos. Preferiblemente, el valor calorífico
y el contenido de humedad de los residuos que se suministran al
gasificador son relativamente consistentes durante el proceso.
La consistencia de la propiedad/propiedades de
interés se puede medir mediante la toma de muestras del mismo peso
a partir de o bien (i) un número dado de lotes de la materia prima
suministrada al gasificador durante un periodo de tiempo (si la
materia prima se suministra en forma de lotes al gasificador) o (ii)
en intervalos de tiempo dados si la materia prima se suministra
sustancialmente continuamente al gasificador. Se pueden usar los
métodos de toma de muestras conocidos por los especialistas en la
técnica para medir la consistencia de la materia prima de
residuos.
Por ejemplo, durante un periodo de una hora de
funcionamiento del proceso, el valor calorífico de las muestras de
los residuos (del mismo peso, por ejemplo 1 kg o 10 kg) que se
suministran al gasificador tomadas a intervalos regulares (por
ejemplo de 5 a 10 minutos o de 3 a 4 horas) preferiblemente varían
en el 20% o menos, más preferiblemente en el 15% o menos y lo más
preferible es que sea del 10% o menos. En una escala absoluta, la
materia prima de residuos típicamente tiene un valor calorífico
medio de aproximadamente 15 MJ/kg y preferiblemente tiene una
variación (+/-) del valor calorífico medio de menos de 3 MJ/kg y
preferiblemente menos de 1,5 MJ/kg. El contenido de humedad de la
materia prima de residuos preferiblemente es lo más bajo posible,
como se ha tratado con más detalle más adelante. El valor
calorífico promedio (medio) de la materia prima de residuos (que se
puede calcular a partir de una diversidad de muestras tomadas a
intervalos regulares, como se ha descrito anteriormente)
preferiblemente es 11 MJ/kg o superior, más preferiblemente 13 MJ/kg
o superior y lo más preferible es que sea 15-17
MJ/kg.
La materia prima de residuos, es decir los
residuos suministrados al gasificador (que puede comprender
combustible obtenido de desechos), preferiblemente tiene un
contenido de humedad del 30% o menos en peso, preferiblemente del
20% o menos en peso y más preferiblemente del 15% o menos en peso.
El contenido de humedad de la materia prima de residuos
preferiblemente varía en el 10% o menos y más preferiblemente en el
5% o menos. El contenido de humedad de la materia prima de residuos
se puede controlar usando procedimientos conocidos por los
especialistas en la técnica, tales como secado o usando los
procesos de digestión microbiana descritos en este documento. El
contenido de humedad típico del combustible obtenido de desechos
puede estar en intervalo del 20 al 40% en peso. Preferiblemente, el
contenido de humedad del combustible obtenido de desechos se reduce
a las cantidades preferidas para la materia prima de residuos
descrita anteriormente.
El proceso puede comprender adicionalmente la
etapa de secar los residuos antes de su tratamiento en la etapa de
gasificación o pirólisis. Los residuos se pueden secar usando el
calor producido en cualquiera de las etapas del proceso, tal como
el calor a partir de las etapas de tratamiento de pirólisis,
gasificación y/o plasma. El calor se puede transferir a los
residuos con propósitos de secado poniéndolos en contacto con aire o
vapor calentado, que a su vez se puede haber calentado a partir del
calor producido en cualquiera de las otras etapas. Los residuos se
pueden secar soplando aire caliente o vapor de agua sobre o a través
de los residuos.
La materia prima de residuos preferiblemente
contiene una proporción elevada (preferiblemente el 85% o más del
número de partículas, más preferiblemente el 95% o más del número de
partículas) de partículas que tienen un tamaño de partícula de 50
mm o menos. El tamaño de una partícula se mide a través de la
partícula en su dimensión más grande. Preferiblemente la materia
prima contiene el 50% o más (en número) de partículas que tienen un
tamaño de partícula de 30 mm o menos.
Un análisis típico del contenido de materia
prima de residuos sería el siguiente:
Valor calorífico total: 13,2 MJ/kg
Humedad: 25%
Cenizas: 13,05%
Carbono fijo: 12,17%
Materia volátil: 49,78%
Tamaño de partícula: el 85% < 50 mm
\vskip1.000000\baselineskip
Se pueden usar diversos procesos para
homogeneizar diversas propiedades del material de residuos, por
ejemplo: digestión microbiana, cribado, trituración, secado,
selección, mezcla y combinación. De estos, se prefiere la digestión
microbiana y este proceso se explica con más detalle más
adelante.
Se analizó un material de residuos adecuado para
uso en la etapa de gasificación de dos formas, cada forma teniendo
un contenido de humedad diferente pero de otra manera los mismos
componentes en las mismas proporciones. El material de residuos
contenía los componentes mostrados en la Tabla 1 más adelante. La
cuarta columna da el % en peso de los componentes de cada muestra
en ausencia de humedad. La unidad de gasificación preferiblemente
está adaptada para gasificar los residuos que tienen el contenido
que se proporciona en la Tabla más adelante. El análisis elemental
(análisis final) de los residuos se proporciona en la Tabla 2 más
adelante.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Un material de residuos que se ha secado
térmicamente puede tener un contenido de humedad en el intervalo
del 10-16% en peso de aproximadamente el 12% o
menos: por lo tanto la forma I anterior de los residuos es
representativa de residuos secados térmicamente. Un material
residual que se ha secado mediante un denominado "MBT"
(Tratamiento Biológico Mecánico, tal como digestión aeróbica
rotatoria) puede tener un contenido de humedad de aproximadamente
el 25% o menos: por lo tanto la forma II anterior es representativa
de residuos que se han sometido a MBT.
Las cantidades elementales de H y O en la Tabla
2 son de los componentes teóricamente secos.
El proceso de acuerdo con la presente invención
comprende una etapa de gasificación. Por ejemplo, la etapa de
gasificación puede realizarse en un gasificador de lecho fijo
vertical (barra), un gasificador de lecho fijo horizontal, un
gasificador de lecho fluidizado, un gasificador de chimeneas
múltiples o un gasificador de horno rotatorio.
Se debe indicar que un gasificador de lecho fijo
horizontal se puede denominar de otra manera en la técnica anterior
como un combustor de aire insuficiente (incinerador), combustor de
aire controlado, combustor pirolítico o una unidad de combustión
modular (MCU).
Generalmente un gasificador de lecho fijo
horizontal comprende dos secciones: una cámara de combustión
primaria y una cámara de combustión secundaria. En la cámara
primaria, los residuos se gasifican mediante combustión parcial en
condiciones subestequiométricas, produciendo gas de bajo valor
calorífico, que después fluye hacia la cámara de combustión
secundaria, donde se quema con aire sobrante. La combustión
secundaria produce gases de temperatura elevada (650 a 870ºC) de
combustión completa, que se pueden usar para producir vapor de agua
o agua caliente en una caldera de residuos opcionalmente unida. La
velocidad y turbulencia menores en la cámara de combustión primaria
minimizan el arrastre de partículas en la corriente de gas,
conduciendo a emisiones menores de partículas que los combustores
de aire sobrante convencionales.
Preferiblemente, la etapa de gasificación se
realiza en una unidad de gasificación de lecho fluidizado. Se ha
observado que la gasificación de lecho fluidizado procesa la materia
prima de residuos más eficazmente que los otros procesos de
gasificación disponibles. La técnica de lecho fluidizado permite el
contacto muy eficaz de las corrientes de suministro de oxidante y
residuos que conduce a velocidades de gasificación rápidas y control
de temperatura estricto dentro de la unidad.
Una unidad de gasificación de lecho fluidizado
típica puede comprender un cilindro de acero vertical, habitualmente
revestido con productos refractarios, con un lecho de arena, una
rejilla metálica de soporte y toberas de inyección de aire
conocidas como toberas. Cuando el aire se hace subir a través de las
toberas, el lecho se fluidiza y se expande hasta el doble de su
volumen en descanso. Los combustibles sólidos tales como carbón
vegetal o combustible obtenido de desechos o, en el caso de la
presente invención, la materia prima de residuos, se pueden
introducir, posiblemente por medio de inyección, en el interior del
reactor por debajo o por encima del nivel del lecho fluidizado. La
acción "achicharrante" del lecho fluidizado estimula la
turbulencia y transfiere calor a la materia prima de residuos.
Durante el funcionamiento, se usa combustible auxiliar (gas natural
o aceite combustible) para llevar el lecho a una temperatura de
funcionamiento de 550ºC a 950ºC, preferiblemente de 650ºC a 850ºC.
Después de la puesta en marcha, habitualmente el combustible
auxiliar no es necesario.
Preferiblemente la unidad de gasificación, más
preferiblemente la unidad de gasificación de lecho fluidizado, será
un recipiente vertical, cilíndrico, que preferiblemente está
revestido con un material refractario apropiado, que comprende
preferiblemente silicato de alúmina.
En una unidad de gasificación de lecho
fluidizado, la distancia entre la superficie eficaz formada por las
partículas del lecho fluidizado cuando esta fluidizado (es decir
cuando se está suministrando el gas a través de las partículas
desde abajo) y la parte superior de la unidad se denomina la
"altura de placa libre". En la presente invención, la altura
libre de tablero, durante el funcionamiento, preferiblemente será de
2,5-5,0 (más preferiblemente de 3,5 a 5,0) veces el
diámetro interno de la unidad. Esta configuración geométrica del
recipiente está diseñada para permitir el tiempo de residencia
adecuado de los residuos dentro del lecho fluidizado para conducir
las reacciones de gasificación hasta la finalización y también para
evitar la transmisión excesiva de partículas hacia la unidad de
plasma. La unidad de gasificación preferiblemente empleará un lecho
calentado de partículas de cerámica suspendidas (fluidizadas)
dentro de una columna creciente de gas. Las partículas pueden ser
parecidas a la arena. Las partículas pueden comprender óxido de
silicio.
Preferiblemente, los residuos se suministrarán
continuamente a la unidad de gasificación a una velocidad
controlada. Si la unidad de gasificación es una unidad de
gasificación de lecho fluidizado, preferiblemente los residuos se
suministran o directamente en el interior del lecho o encima del
lecho.
Preferiblemente, el suministro de residuos se
transferirá a la unidad gasificadora usando un sistema transportador
sinfín, que permite la adición continua de residuos. El sistema de
suministro de residuos puede incorporar un dispositivo de bolsa de
aire, para que los residuos se puedan suministrar en la unidad de
gasificación a través del dispositivo de bolsa de aire para evitar
el ingreso de aire o el egreso de gas hacia/desde el interior de la
unidad gasificadora. Los residuos preferiblemente se suministran a
través del dispositivo de bolsa de aire con purgación de gas inerte
adicional. Los especialistas en la técnica conocen los dispositivos
de bolsa de aire.
Durante los procesos de gasificación, la unidad
de gasificación se debe sellar del ambiente circundante para evitar
el ingreso o egreso de gases hacia/desde la unidad de gasificación,
introduciendo la cantidad de oxígeno y/o vapor de agua a la unidad
de gasificación según se requiera de una manera controlada.
Si la unidad de gasificación es una unidad de
gasificación de lecho fluidizado, se suministran preferiblemente
oxidantes que comprenden oxígeno y vapor por debajo del lecho, que
puede ser a través de una serie de toberas de distribución
orientadas hacia arriba.
Preferiblemente, la gasificación se realiza en
presencia de vapor de agua y oxígeno. Como se ha mencionado
anteriormente, se puede introducir agua, que se convertirá en vapor
de agua, en la unidad de gasificación en forma de agua líquida, una
pulverización de agua, que puede tener una temperatura de 100ºC o
menos o como vapor que tiene una temperatura de 100ºC o más.
Durante el funcionamiento, el calor en el interior de la unidad de
gasificación asegura que cualquier agua líquida, que pueda estar en
forma de gotitas suspendidas en el aire, se vaporiza a vapor de
agua. Preferiblemente el vapor de agua y el oxígeno se dosificarán
atentamente a la unidad y la velocidad de suministro de residuos se
ajustará para asegurar que el gasificador funciona dentro de un
régimen aceptable. La cantidad de oxígeno y vapor de agua
introducida en la unidad de gasificación en relación con la
cantidad de residuos dependerá de varios factores que incluyen la
composición de residuos suministrados, su contenido de humedad y su
valor calorífico. Preferiblemente, la cantidad de oxígeno
introducida en la unidad de gasificación durante la etapa de
gasificación es de 300 a 350 kg por 1000 kg de residuos
suministrados a la unidad de gasificación. Preferiblemente, la
cantidad de vapor de agua introducido en la unidad de gasificación
es de 0 a 350 kg por 1000 kg de residuos introducidos en la unidad
de gasificación, opcionalmente de 90 a 300 kg por 1000 kg, de
residuos o de 120 a 300 kg por 1000 kg de residuos, lo más
preferible es que sea de 300-350 kg de residuos, si
los residuos contienen menos del 20% (opcionalmente menos del 18%)
de humedad en peso. Si los residuos contienen el 20% o más
(opcionalmente más 18%) de humedad en peso, preferiblemente la
cantidad de vapor de agua introducida en la unidad de gasificación
es de 0 a 150 kg por 1000 kg de residuos. Las cantidades de adición
típicas de oxidantes de oxígeno y vapor de agua para los residuos
dados anteriormente en la Tabla 1 se proporcionan más adelante en
la Tabla 2.
La unidad de gasificación preferiblemente
comprenderá un sistema de precalentamiento por debajo del lecho
aprovisionado de combustible fósil, que preferiblemente se usará
para aumentar la temperatura del lecho antes de empezar a abastecer
a la unidad.
Preferiblemente la unidad de gasificación
comprenderá múltiples sensores de presión y temperatura para
controlar atentamente la operación de gasificación.
Para el material de residuos que tiene la
composición dada en la Tabla 1 (que contiene o el 12% o el 25% de
agua), la velocidad de adición de oxígeno y vapor de agua
preferiblemente estará en el intervalo que se indica en la Tabla 2
más adelante.
Preferiblemente los residuos se gasificarán en
la unidad de gasificación a una temperatura mayor de 650ºC, más
preferiblemente a una temperatura mayor de 650ºC hasta una
temperatura de 1000ºC, lo más preferible es que se gasifiquen a una
temperatura de 800ºC a 950ºC. Si se emplea un gasificador de lecho
fluidizado en la presente invención, preferiblemente la temperatura
del lecho se mantiene en el intervalo de 650-900ºC,
más preferiblemente en el intervalo de 750-950ºC y
lo más preferible es que se mantenga en el intervalo de
800-850ºC; generalmente esto es adecuado para todos
los residuos que no tienen un contenido alto de potasa y no se
observa la aglomeración (aglutinación) de la partículas del lecho
fluidizado.
La temperatura máxima que se puede emplear en el
lecho fluidizado de una unidad de gasificación fluidizada depende
de la composición del contenido de cenizas del combustible que se
está tratando. En particular, algunos materiales de biomasa son
altos en potasa, soda y otras especies que forman eutécticos de bajo
punto de fusión. Para estos residuos que contienen uno o más de
estos materiales, es especialmente importante asegurar que la
temperatura del lecho se mantiene por debajo de la temperatura de
aglutinación de las cenizas dentro de los residuos (que puede ser
tan baja como \sim 650ºC en ciertos casos) para evitar la
coagulación de las partículas del lecho fluidizado. La temperatura
del lecho de fluidizado se puede mantener controlando la cantidad de
oxidante suministrado al gasificador en relación con la cantidad
del combustible sólido.
En el gasificador de lecho fluidizado,
preferiblemente la zona por encima del lecho fluidizado (algunas
veces denominada la placa libre) puede estar a una temperatura
mayor que el lecho fluidizado. La temperatura de la zona por encima
del lecho fluidizado preferiblemente está en el intervalo de
800-1000ºC.
Los sistemas de gasificación de lecho fluidizado
son bastantes versátiles y pueden funcionar con una amplia
diversidad de combustibles, que incluyen residuos municipales,
fango, materiales de biomasa, carbón vegetal y numerosos residuos
químicos. La etapa de gasificación del proceso de la presente
invención puede comprender usar un medio de lecho adecuado tal como
caliza (CaCO_{3}), o, preferiblemente, arena. Durante el
funcionamiento, el material de lecho original se puede consumir y
se puede reemplazar por material de cenizas de calidad de reciclaje
(Residuo de carbón) a partir de la etapa de gasificación.
Preferiblemente, la unidad de gasificación y la
unidad de tratamiento de plasma están integradas y típicamente
estarán en conexión fluida. "Conexión fluida" indica que se
proporciona un conducto para transportar los productos de la unidad
de gasificación a la unidad de tratamiento de plasma.
Preferiblemente, el proceso completo es un proceso integrado, en
que todas las etapas se realizan en un sitio y se proporcionan los
medios para transportar los productos de una etapa a la siguiente.
Cada etapa preferiblemente se realiza en una unidad separada. En
particular, la gasificación y el tratamiento de plasma se realizan
en unidades separadas, para permitir que las condiciones de cada
unidad se puedan variar independientemente. Preferiblemente, se
proporcionan medios para transportar los productos de la etapa de
gasificación desde la unidad de gasificación hasta la unidad de
tratamiento de plasma.
En una realización alternativa, el tratamiento
de plasma se puede conducir en dos unidades para tratar
separadamente los residuos de carbón sólidos y las corrientes de
gas de descarga del gasificador.
El proceso de acuerdo con la presente invención
comprende una etapa de tratamiento de plasma. Preferiblemente, el
tratamiento de plasma se realiza en presencia de un oxidante.
Preferiblemente, se controla la cantidad de oxidante. Más
preferiblemente la cantidad de oxidante se controla para que los
hidrocarburos gaseosos (que incluyen productos de alquitrán de baja
volatilidad), las partículas de carbono suspendidas en el aire, el
carbono contenido en los residuos de carbón y parte del monóxido de
carbono se conviertan en monóxido de carbono y dióxido de carbono,
preferiblemente para que la proporción de CO/CO_{2} después de la
etapa de tratamiento de plasma sea igual o mayor que el gas que
sale de la unidad gasificadora. Preferiblemente, el tratamiento de
plasma se realiza sobre los residuos de carbón hasta que
sustancialmente todo el contenido de carbono en los residuos de
carbón se haya convertido en gas o en especies suspendidas en el
aire.
Preferiblemente, el oxidante es oxígeno u
oxígeno y vapor de agua. Preferiblemente, el tratamiento de plasma
se realiza en presencia de oxígeno y vapor de agua. Como se ha
mencionado anteriormente, el agua, que se convertirá en vapor de
agua, se puede introducir en la unidad de tratamiento de plasma en
forma de agua líquida, una pulverización de agua, que puede tener
una temperatura de 100ºC o menos o como vapor que tiene una
temperatura de 100ºC o más. Durante el funcionamiento, el calor en
el interior de la unidad de gasificación y/o la unidad de
tratamiento de plasma asegura que cualquier agua líquida, que pueda
estar en forma de gotitas suspendidas en el aire, se vaporiza a
vapor.
Preferiblemente, la proporción de oxígeno a
vapor de agua es de 10:1 a 2:5, en peso. Preferiblemente, el
tratamiento de plasma de los residuos se realiza a una temperatura
de 1100 a 1700ºC, preferiblemente de 1100 a 1600ºC y más
preferiblemente de 1200 a 1500ºC.
La unidad de plasma durante el funcionamiento
generalmente contendrá una fase fundida. La temperatura de la fase
fundida en la unidad de plasma preferiblemente será de 1150ºC o más,
preferiblemente de 1150ºC a 1600ºC.
Preferiblemente, la cantidad de oxígeno
introducida en la unidad de plasma por cada 1000 kg de residuos
inicialmente introducidos en la unidad de gasificación es de 15 a
100 kg y preferiblemente de 25 a 80 kg. Preferiblemente, la
cantidad de vapor de agua introducida en la unidad de plasma por
cada 1000 kg de residuos introducidos inicialmente en el
gasificador es de 0 a 50 kg y preferiblemente de 0 a 30 kg.
Para el material de residuos que tiene la
composición dada en la Tabla 1 (que contiene el 12% o el 25% de
agua), la velocidad de adición de oxígeno y vapor de agua al
convertidor de plasma preferiblemente estará en el intervalo que se
indica en la Tabla 3 más adelante.
\vskip1.000000\baselineskip
Preferiblemente, el tratamiento de plasma de los
residuos se realiza en presencia de un gas estabilizador de plasma.
Preferiblemente, el gas estabilizador de plasma se selecciona entre
uno o más de nitrógeno, argón, hidrógeno, monóxido de carbono,
dióxido de carbono y vapor de agua.
Preferiblemente, el agua, que se convertirá en
vapor de agua, se introduce en la unidad de tratamiento de plasma
en forma de una pulverización de agua que tiene una temperatura
inferior a 100ºC. Existen dos ventajas principales de realizar
esto: en primer lugar, el agua en la pulverización tiene el efecto
de enfriar el singás producido en la unidad de plasma debido a la
estimulación de la reacción endotérmica del agua con carbono (para
producir hidrógeno y monóxido de carbono). En segundo lugar, la
entalpía química global del singás producido aumenta, permitiendo
una exportación mayor de potencia eléctrica si el gas se usa para
generar electricidad. (Es decir, dando una mejora en la eficacia de
conversión eléctrica neta global).
La etapa de tratamiento de plasma proporcionará
una ruta de evacuación segura para los residuos producidos mediante
el proceso tales como residuos de la limpieza del gas de
Combustión.
Los residuos pueden contener constituyentes que
contienen compuestos y elementos peligrosos, tales como metales
pesados, que son perjudiciales para el ambiente si se suspenden en
el aire. Estos se pueden denominar residuos APC (Control de
Polución del Aire) y pueden estar presentes en los residuos que se
tienen que tratar en una cantidad de \sim el 0,2% en peso. Ya que
estos residuos pueden estar contaminados con metales pesados tales
como plomo, cinc y cadmio, se clasificarán como peligrosos.
Preferiblemente, el proceso de la presente invención comprende
además la inclusión de materiales inorgánicos peligrosos, tales como
metales pesados y compuestos que contienen metales pesados, en la
fase de escoria del plasma. Esto retendrá los materiales peligrosos
en una escoria no lixiviable inerte como un residuo inerte,
proporcionando de ese modo una solución a largo plazo para el
problema de evacuación de esos materiales.
El proceso puede comprender además la adición de
uno o más agentes fundentes tales como cal, alúmina o arena silicia
a la unidad de plasma antes o durante el tratamiento de plasma del
gas de descarga y los residuos de carbón. La ventaja de añadir un
agente fundente es que ciertas situaciones, aseguraría que se
produzca una escoria de bajo punto de fusión y baja viscosidad a
partir de los materiales inorgánicos no combustibles. También se
puede usar un agente fundente tal como arena silicia, alúmina o cal
para inmovilizar especies de metales pesados. Estos agentes
fundentes preferiblemente se añaden al residuo de carbón antes de la
introducción del residuo de carbón a la unidad de plasma y si el
proceso es un proceso continuo, las adiciones se pueden realizar a
la corriente del residuo de carbón.
El rendimiento y la química de los reactantes de
gas y del residuo de carbón que entran en la unidad de plasma
preferiblemente se mantienen en condiciones de régimen permanente.
Esto se debe poder conseguir mediante el control atento del sistema
de preparación de suministro y el gasificador primario aguas arriba
de la unidad de plasma.
El tipo, la proporción y las velocidades de
adición totales de oxidante a la unidad de plasma se controlarán
atentamente y tendrán en cuenta varios factores:
- \bullet
- el rendimiento y la química de los reactantes tanto de residuos de carbón como de gas;
- \bullet
- el conocimiento de que la adición de vapor de agua como un oxidante es eficaz para asegurar velocidades de reacción rápidas con los productos de residuos de carbón sólido pirolizado y hollín en la fase gaseosa. Puede ayudar a controlar la estabilidad térmica de la unidad de plasma, evitando la posibilidad de "fuga" térmica;
- \bullet
- la adición de oxígeno genera calor como resultado de las reacciones de combustión exotérmica (parcial) que ocurren;
- \bullet
- es probable que se use vapor de agua en combinación con oxígeno o aire enriquecido con oxígeno por motivos de economía, eficacia de gasificación de los residuos de carbón, eficacia de destrucción de los orgánicos, calidad y calor y valor calorífico del producto gaseoso y la controlabilidad global del proceso;
- \bullet
- se puede usar aire en combinación o como una alternativa al oxígeno. Aunque el uso de aire es económico, es térmicamente menos eficaz que el oxígeno, produce un producto gaseoso mucho menos calorífico (debido al efecto de dilución del nitrógeno) y puede generar NOx como un sub-producto y
- \bullet
- la economía global del proceso (que será sensible a factores locales).
\vskip1.000000\baselineskip
Si la composición química y el rendimiento de
masa de los reactantes es generalmente constante, entonces la
proporción de corrientes de oxidante a reactante (que contiene los
residuos) preferiblemente también se mantendrá en un valor
constante. Un aumento en la velocidad de suministro de los
reactantes preferiblemente conducirá a un aumento proporcionado en
la velocidad de adición del oxidante, que se puede controlar por
medios de adición de oxidante automáticos. El suministro de
corriente eléctrica al plasma preferiblemente también se ajustará
para ajustarse al cambio en la velocidad de suministro de los
residuos a la unidad de plasma y tendrá en cuenta la termoquímica
del sistema y las pérdidas térmicas de la unidad.
El gas que sale de la unidad de plasma se puede
mantener a una temperatura mayor de 1000ºC, preferiblemente entre
1000ºC y 1500ºC y lo más preferiblemente entre 1000ºC y 1300ºC. Las
temperaturas excesivas del gas de descarga (es decir > 1300ºC)
no son deseables ya que esto aumenta los requerimientos de potencia
de calentamiento del plasma, reduciendo la exportación neta de
electricidad a partir de la planta.
Preferiblemente, el gas producido a partir del
tratamiento de plasma de gas se usa en una turbina o motor de gas
para generar electricidad. La turbina puede ser una turbina de vapor
de caldera convencional o turbina de gas. El singás que resulta del
proceso de tratamiento de plasma preferiblemente se enfría o se deja
que se enfríe a una temperatura inferior a 200ºC antes del uso en
una turbina. Esto permite que los componentes parcialmente quemados
del gas, por ejemplo monóxido de carbono, se quemen completamente y
eficazmente. Adicionalmente, si el singás del tratamiento de plasma
se enfría usando un sistema de intercambio de calor que transfiere
el calor a otro gas (transferencia de calor), preferiblemente el gas
de transferencia de calor se usa para calentar una turbina de vapor
para generación de potencia adicional.
La unidad de plasma preferiblemente comprende un
armazón soldado de acero inoxidable o al carbón revestido con
ladrillos con revestimiento refractario de alta calidad.
Preferiblemente, la unidad de plasma comprende
elementos de cobre enfriados por agua remotos, que preferiblemente
se emplearán para contener la o las fases inorgánicas fundidas.
Estos elementos preferiblemente actúan para formar una capa fundida
congelada protectora sobre la cara caliente de los ladrillos
refractarios para estimular un buen rendimiento refractario.
Preferiblemente, el gasificador comprende un
orificio de salida de gas en conexión fluida con la unidad de
plasma. Preferiblemente, el orificio de salida de gas en el
gasificador estará acoplado estrechamente a la unidad de plasma
para evitar la condensación de alquitrán o sales volátiles en el
canal que conecta las dos unidades.
Preferiblemente, la unidad de plasma comprende
un sistema de electrodo de grafito sencillo o doble para generar el
arco del plasma. En la Figura 1 se muestran tres configuraciones
posibles y el método mediante el cual estos se interconectan con el
suministro eléctrico del plasma. Cada uno de los diagramas (a) a (c)
muestra un dibujo esquemático de un horno que tiene dos electrodos.
El "baño fundido" se refiere a la escoria fundida presente en
el fondo del horno.
En el diagrama (a), se coloca un electrodo en el
techo del horno y otro electrodo se coloca en la base del horno.
Ambos electrodos se conectan a una fuente eléctrica para posibilitar
la generación de plasma dentro del horno.
En el diagrama (b), se muestra la misma
configuración que en el diagrama (a), con un electrodo de inicio
adicional (mostrado a la izquierda del horno) para posibilitar la
facilidad de la puesta en marcha del sistema de generación de
plasma, como apreciarán los especialistas en la técnica.
En el diagrama (c), se localizan dos electrodos
conectados en el techo de la unidad de plasma.
Preferiblemente, uno o más electrodos se
localizarán en el techo de la unidad de plasma. La unidad de plasma
preferiblemente puede comprender sellos de electrodo enfriados por
agua en las entradas y salidas de la unidad.
Preferiblemente, el o los electrodos de grafito
se perforarán y se inyectará un gas estabilizante de plasma (por
ejemplo nitrógeno o argón) por el centro del o los electrodos.
Opcionalmente, los electrodos están recubiertos
con un material refractario (por ejemplo revestimiento de alúmina)
para reducir el desgaste del electrodo.
Opcionalmente se puede usar uno o más sopletes
de plasma enfriados con agua para generar el plasma.
La unidad de plasma puede comprender uno o más
orificios de suministro para la introducción del residuo de carbón
del proceso de gasificación. Preferiblemente, el residuo de carbón
se introduce en la unidad de plasma por uno o más orificios de
suministro en el techo de la unidad. Los orificios de suministro
preferiblemente se localizarán a distancia del conducto de
eliminación de escoria.
La unidad de plasma puede comprender uno o más
orificios de suministro de entrada de gas para la introducción del
gas de descarga en la unidad de plasma; los orificios de suministro
se pueden localizar en una pared lateral o en el techo de la unidad
de plasma. El gas cargado con alquitrán (el gas de descarga) del
gasificador preferiblemente entrará en la unidad de plasma a través
de un orificio o en la pared lateral o en el techo. Preferiblemente,
la unidad de plasma estará diseñada para evitar o minimizar los
cortocircuitos del gas sucio, por ejemplo:
- \bullet
- preferiblemente, el punto de salida del gas reformado (el singás) estará diametralmente opuesto y tan distante como sea práctico del punto de entrada de los gases y/o
- \bullet
- el gas de descarga preferiblemente se empujará hacia abajo en la unidad de plasma (por ejemplo mediante dispositivos de dirección de flujo o colocando el orificio de salida en un nivel inferior al punto de entrada de gas reduciendo de ese modo el efecto de boyantez de los gases).
La unidad de plasma se diseñará para asegurar el
tiempo de residencia adecuado para que ocurran las reacciones de
reformación tanto del residuo de carbón como del gas.
El oxidante se puede inyectar en la unidad de
plasma para posibilitar la gasificación del componente de carbono
del residuo de carbón y la reformación de la corriente de gas sucio
cargado con alquitrán (el gas de descarga) a partir de la unidad
gasificadora.
El punto de inyección del oxidante
preferiblemente estará distante de los electrodos para evitar
velocidades de desgaste del grafito altas.
La unidad de plasma puede comprender puntos de
inyección separados y múltiples para el oxidante, idealmente al
menos uno por punto de inyección para el gas de descarga y al menos
un punto de inyección para el residuo de carbón. Alternativamente,
el residuo de carbón y el gas de descarga se pueden introducir a
través de un único punto de inyección.
Se puede proporcionar un medio de inyección en
la unidad de plasma para la inyección del oxidante y el medio de
inyección es tal que preferiblemente dará como resultado un flujo
radial de oxidante cuando se inyecte. Esto mejoraría el contacto
entre las fases "combustibles" del oxidante y el reactivo (es
decir el gas de descarga y el residuo de carbón).
El residuo de carbón puede contener una fracción
inorgánica, es decir componentes sólidos que contienen elementos
diferentes al carbono. La fracción inorgánica del residuo de carbón
formará una fase de "escoria" de óxido complejo fundido que,
preferiblemente, se retirará continuamente de la unidad de plasma.
Por lo tanto la unidad puede comprender un medio para retirar la
fase de escoria; que puede ser en forma de un conducto de
desbordamiento de escoria orientado hacia arriba (hacia el exterior
de la unidad), para que la escoria fundida que sale de la unidad de
plasma cree una bolsa de aire para evitar tanto el ingreso de aire
como el egreso de gas de la unidad.
Durante el funcionamiento, la unidad de plasma
preferiblemente estará sellada herméticamente. Preferiblemente, la
unidad se mantendrá en presión positiva.
Preferiblemente, se usará una brida empernada
hermética al gas para sellar el techo de la sección principal del
cuerpo del horno. Preferiblemente, los pernos con bridas se
accionarán por resortes para asegurar que en el acontecimiento poco
probable de una presión excesiva elevada en la unidad de plasma,
(por ejemplo como resultado de una explosión) el techo se eleve
para permitir la disipación rápida de la presión. Los gases
desprendidos se manipularán de manera segura a través de un sistema
de manipulación de emisiones fugitivas.
La presencia de hollín de carbón u otros
depósitos conductores en la unidad puede estimular la generación de
arcos laterales (también denominados arcos parásitos) que emanan del
o los electrodos y se transfieren al techo o las paredes de la
unidad en lugar de al fundido. Los arcos laterales tienden a ser
destructivos, conduciendo a la falla prematura del armazón del
reactor. Se pueden aplicar varias mediciones para prevenir que
ocurra el desarrollo de arcos laterales:
- \bullet
- preferiblemente, el techo de la unidad de plasma se construirá en secciones que estarán aisladas eléctricamente la una de la otra.
- \bullet
- Se prestará mucha atención al diseño del sello de electrodo para evitar la posibilidad de rastreo eléctrico al techo. Todos los pernos de sujeción, que aseguran el sello preferiblemente estarán aislados eléctricamente y, preferiblemente, protegidos contra el polvo para evitar la acumulación de polvo en superficies eléctricamente conductoras.
- \bullet
- Preferiblemente se empleará la purga de gas alrededor del exterior del o los electrodos para evitar la acumulación de depósitos sobre superficies que están en proximidad cercana al electrodo.
- \bullet
- La unidad preferiblemente está adaptada de una manera que minimizará la producción de hollín o productos alquitranados.
- \bullet
- Todos los sellos se diseñarán para que sean fáciles de limpiar y/o reemplazar si se requiere.
La composición del gas de descarga
preferiblemente se controlará continuamente y se puede emplear un
bucle de control de retorno para ajustar la potencia y la velocidad
de suministro de oxidante a la unidad de plasma.
El gas reformado (singás), que se produce como
resultado del tratamiento de plasma, preferiblemente se limpiará
adicionalmente para retirar gases ácidos, partículas y metales
pesados de la corriente de gas para producir un combustible que se
pueda usar en la generación de electricidad y calor para la
generación de vapor de agua.
Opcionalmente, el aparato puede comprender
además una unidad de pirólisis.
El proceso puede comprender además la
recolección del gas producido en la unidad de tratamiento de plasma
(denominado comúnmente un singás).
Típicamente la unidad de tratamiento de plasma
generará un material sólido y/o fundido, como lo sabrán los
especialistas en la técnica. El proceso puede comprender además la
recolección del material sólido y/o fundido producido en la unidad
de tratamiento de plasma.
El aparato puede comprender además una unidad
para la digestión microbiana aeróbica de residuos que puede ser
como se ha descrito en este documento.
Como se ha mencionado anteriormente, el proceso
preferiblemente comprende además someter los residuos a digestión
microbiana, más preferiblemente digestión microbiana aeróbica, antes
de la etapa de gasificación. Esto tiene las ventajas añadidas de
producir una materia prima más homogénea con un contenido calorífico
más alto y menos contenido de humedad que los residuos sin
procesar, que permite un proceso mucho más eficaz combinado de
gasificación y plasma. El proceso de gasificación es mucho más
eficaz con una materia prima de valor calorífico relativamente
consistente. Análogamente, se ha observado que un tratamiento de
plasma eficaz debe idealmente tener un suministro relativamente
homogéneo de gas de descarga. Mediante el tratamiento de los
residuos inicialmente con un tratamiento microbiano para
homogeneizar los residuos introducidos en el gasificador, el gas de
descarga resultante a partir del gasificador también es más
consistente en valor calorífico y, por lo tanto, el proceso en su
totalidad en más eficaz.
Preferiblemente, la digestión microbiana
aeróbica se realiza en una unidad de digestión aeróbica
rotatoria.
Preferiblemente, los residuos se rotan en la
unidad de digestión aeróbica rotatoria a una velocidad de entre una
revolución cada minuto y una revolución cada diez minutos.
El contenido de humedad de los residuos antes de
la digestión aeróbica puede ser del 20 al 75% en peso y
preferiblemente del 25 al 50% en peso.
Preferiblemente, los residuos tienen un nivel de
humedad promedio del 45% o menos, preferiblemente el 30% o menos,
después del tratamiento de digestión aeróbica.
La etapa de digestión microbiana preferiblemente
comprende las etapas de:
- mezclar un (primer) abastecimiento de residuos que tiene un primer nivel de humedad promedio antes del tratamiento con un abastecimiento de otro residuo, que tiene un nivel de humedad promedio inferior antes del tratamiento, donde las cantidades relativas en peso del primer residuo y del otro residuo están controladas, suministrando los residuos mezclados a un recipiente de tratamiento microbiano, tratando los residuos mediante actividad microbiana en el recipiente de tratamiento, agitando los residuos mezclados durante el tratamiento, controlando el contenido de oxígeno en el gas que está en contacto con los residuos mezclados durante el proceso de tratamiento para que no caiga por debajo del 5% en volumen, teniendo los residuos mezclados un nivel de humedad promedio después del tratamiento que no exceda el 45% en peso, más preferiblemente que no exceda el 35% en peso y lo más preferible es que no exceda el 25% en peso.
Se puede realizar relativamente fácilmente el
secado posterior del producto hasta un contenido de humedad
promedio inferior al 20% en peso. Preferiblemente, el primer
abastecimiento de residuos comprende residuos orgánicos,
preferiblemente residuos orgánicos sólidos. El otro residuo puede
comprender residuos sólidos.
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La parte del aparato de la presente invención
para realizar la digestión microbiana preferiblemente comprende:
- un abastecimiento de un primer residuo que tiene un primer nivel de humedad promedio antes del tratamiento y un abastecimiento de otro residuo que tiene un nivel de humedad promedio inferior antes del tratamiento,
- medios para mezclar el primer residuo y el otro residuo,
- medios de control para controlar las cantidades relativas en peso del primer residuo y del otro residuo mezclados entre sí;
- medios para suministrar el primer residuo y el otro residuo a un recipiente de tratamiento,
- medios para agitar el residuo orgánico sólido en el recipiente de tratamiento,
- medios de secado a continuación del recipiente de tratamiento y
- medios para controlar el flujo de aire a través del recipiente de tratamiento y/o la entrada del primer residuo y del otro residuo sólido al recipiente de tratamiento, para que el nivel de humedad promedio de los residuos después del tratamiento no exceda el 45% en peso, más preferiblemente no exceda el 35% en peso y lo más preferible es que no exceda el 35% en peso y para que el contenido de oxígeno del gas que está en contacto con los residuos mezclados en el recipiente no caiga por debajo del 5% en volumen.
Las variaciones en la composición física (por
ejemplo contenido calorífico) y el nivel de humedad del primer
residuo (típicamente residuos domésticos, pero también posiblemente
residuos de la agricultura) se pueden solucionar, para que un
producto formado a partir de residuos tratados de áreas diferentes o
periodos de tiempo diferentes pueda ser relativamente homogéneo.
Los residuos, el primero y/o el otro residuo,
tratados usando la etapa microbiana preferiblemente son "residuos
orgánicos", preferiblemente residuos orgánicos sólidos, por
ejemplo residuos domésticos, residuos industriales o residuos de la
agricultura. Los "residuos orgánicos" son residuos que tienen
al menos una proporción de material orgánico capaz de tratarse
microbianamente. El otro residuo mezclado con el primer residuo
preferiblemente también contiene material orgánico.
Por "mezcla" se tiene por objeto significar
que al menos dos fuentes separadas de residuos se recogen y
suministran al recipiente de tratamiento microbiano en cantidades
relativas controladas en peso. Los residuos de las dos fuentes
diferentes se pueden mezclar en un dispositivo de mezcla o en un
triturador o se pueden mezclar durante la agitación en el
recipiente de tratamiento.
La etapa de digestión microbiana preferiblemente
producirá calor. Esta descomposición se acelera mediante los
cambios en la naturaleza física de los residuos. Típicamente, la
actividad microbiana es actividad bacteriana. Preferiblemente, la
actividad microbiana es aeróbica.
El proceso de digestión microbiana
preferiblemente se realiza usando bacterias en la fase termofílica,
que normalmente ocurre en el intervalo de temperatura de 60ºC -
75ºC, más preferiblemente aproximadamente 63ºC - 70ºC. En esta fase,
ocurre una digestión muy rápida con la producción de calor. Se ha
observado que la reacción en la fase termofílica es mucho más
rápida que la fase mesofílica comúnmente usada que ocurre en el
intervalo de 30ºC - 38ºC.
Por consiguiente, tiene lugar la descomposición
acelerada de los residuos. Sin embargo, si la temperatura aumenta
por encima de 75ºC, existe el peligro de que las bacterias se
destruyan.
La reacción microbiana en la fase termofílica da
como resultado la generación natural de calor que degrada los
residuos para producir un material que es adecuado para el
procesamiento para proporcionar un combustible o fertilizante
orgánico. La reacción microbiana casi siempre proporcionará
suficiente calor para mantenerse a sí misma sin el suministro de
calor complementario. Sin embargo, en la práctica, la mezcla química
de los residuos puede conducir a un aumento en la temperatura que
fomenta el inicio de la actividad microbiana.
Se puede añadir otro material al recipiente de
tratamiento microbiano, por ejemplo cal viva, para controlar el
pH.
Preferiblemente el nivel de oxígeno en el gas
que está en contacto con los residuos que se están tratando en la
etapa de digestión microbiana no cae por debajo del 5% en
volumen.
El recipiente de tratamiento para realizar la
digestión microbiana normalmente no está completamente lleno, para
que exista un espacio de gas sobre los residuos que se están
tratando. El contenido de oxígeno en este espacio gaseoso se mide
adecuadamente y preferiblemente se controla. El especialista en la
técnica conocerá técnicas adecuadas para medir y controlar el
contenido de oxígeno. El nivel de humedad también se puede medir,
como se ha descrito más adelante.
Preferiblemente, se mide el contenido de oxígeno
(y, opcionalmente el nivel de humedad) del gas retirado del
recipiente de tratamiento (como se describirá adicionalmente más
adelante). Este es un orden particularmente conveniente.
El gas en el recipiente de tratamiento
microbiano típicamente comprenderá nitrógeno atmosférico, oxígeno,
dióxido de carbono y vapor de agua. Este gas puede no contener
metano, amoniaco o sulfuro de hidrógeno, ya que la actividad
microbiana se realiza en la fase termofílica.
Para mantener el nivel de oxígeno por encima del
5% en volumen, se puede suministrar aire u oxígeno al recipiente de
tratamiento. El aire u oxígeno se puede suministrar continuamente
por al menos parte del proceso o en entradas específicas de
aire/oxígeno.
Para reemplazar el oxígeno que promueve la
digestión aeróbica y para controlar el nivel de humedad del gas de
salida, (el gas que sale del recipiente de tratamiento microbiano)
se requiere una velocidad de flujo de aire relativamente alta.
El aire se puede suministrar mediante alguna
forma de corriente de aire a presión. Por ejemplo, se puede
proporcionar un ventilador. El ventilador puede soplar aire al
interior del recipiente de tratamiento microbiano. Sin embargo, se
prefiere que exista un ventilador para extraer el gas del recipiente
de tratamiento microbiano. Cuando se proporcionan medios de
extracción para extraer gas del recipiente de tratamiento
microbiano, se puede reemplazar mediante aire suministrado a través
de al menos un conducto. Se puede suministrar aire al recipiente de
tratamiento microbiano intermitentemente, pero preferiblemente se
suministra sustancialmente continuamente. El recipiente de
tratamiento microbiano puede no estar sustancialmente sellado, para
que siempre que se retire gas, el aire fluya naturalmente a través
de las aberturas para reemplazar el gas retirado.
A medida que se suministra aire fresco al
recipiente de tratamiento microbiano y a medida que se retira gas a
partir de este recipiente, se retirará el vapor de agua de los
residuos. Esto ayuda a controlar el efecto de secado, conduciendo a
un producto que tiene un nivel de humedad promedio dentro del
intervalo deseado.
El aire suministrado al recipiente de
tratamiento microbiano se puede secar previamente mediante cualquier
aparato adecuado, para maximizar el efecto de secado.
De acuerdo con un aspecto preferido de la
invención, el nivel de humedad en el gas en contacto con los
residuos en el recipiente de tratamiento microbiano se mantiene a
un nivel inferior a su punto de condensación. Esto asegura que el
agua se retire sustancialmente continuamente de los residuos que se
están tratando hacia el espacio de gas por evaporación.
Se pueden proporcionar los medios en el
recipiente de tratamiento microbiano para controlar el nivel de
humedad en el espacio de gas. Se puede emplear cualquier medio
adecuado para medir el nivel de humedad.
El nivel de humedad en el recipiente de
tratamiento microbiano se puede mantener por debajo del punto de
condensación suministrando aire que tenga un nivel de humedad
inferior al punto de condensación de los residuos que se están
tratando a la temperatura del tratamiento. Ya que la temperatura de
la digestión microbiana típicamente será mayor que la temperatura
ambiental, se puede usar aire fresco normal. Alternativamente, se
puede usar aire secado, que tenga un nivel de humedad inferior al
nivel de humedad del aire ambiental. Los elementos principales del
proceso que mantienen el nivel de oxígeno dentro de del intervalo
requerido también se pueden usar para mantener el nivel de humedad
dentro del intervalo requerido.
El flujo de aire y gas a través del recipiente
de tratamiento microbiano también retira calor de esta parte del
aparato. Se ha observado que se puede conseguir un equilibrio de
calor adecuado. Es decir, se puede equilibrar la generación de
calor mediante la actividad microbiana dentro de la masa concentrada
de residuos con la extracción del calor mediante el gas que fluye a
través del recipiente para que la temperatura se mantenga en un
nivel deseable.
Preferiblemente, los residuos se deben agitar
durante la digestión microbiana. Esto proporciona la degradación
adicional de los residuos y la mezcla para asegurar que los
microbios se propaguen por todo el material. Esto también expone
partes diferentes de los residuos al gas para asegurar el acceso de
oxígeno a los residuos y el secado de los residuos por medio del
gas. La agitación puede tener lugar mediante cualquier medio
adecuado, pero particularmente se prefiere que la digestión tenga
lugar en una unidad de digestión aeróbica rotatoria, es decir una
unidad que contenga un tambor aeróbico rotatorio.
El tambor se puede rotar a cualquier velocidad
adecuada y completa adecuadamente una revolución en un intervalo de
tiempo de 1 minuto a 10 minutos, preferiblemente de 2 - 5 minutos,
lo más preferible es que sea de aproximadamente 3 minutos. Sin
embargo, se puede usar una velocidad de rotación mayor durante la
carga y descarga de los residuos al interior/exterior de la unidad
de digestión microbiana, para ayudar a estas operaciones.
Típicamente, la velocidad se puede aumentar hasta una revolución
por minuto durante la carga y la descarga.
Como se describirá adicionalmente más adelante,
el tambor se carga adecuadamente simultáneamente con residuos en un
extremo y se descarga de residuos tratados microbianamente en su
otro extremo. Típicamente la carga y descarga tiene lugar en
intervalos de 4 horas y puede tomar 30 minutos.
El tambor preferiblemente comprende un cilindro
de sección circular de lados sustancialmente paralelos. El eje del
cilindro puede estar inclinado hacia la horizontal, por ejemplo en
un ángulo en el intervalo de 3º - 10º, lo más preferible es que sea
de 5º - 8º, para proporcionar flujo gravitacional a través del
tambor.
Se puede proporcionar cualquier tamaño adecuado
de tambor, dependiendo de la velocidad de consumo de los residuos.
Se ha observado que, para una velocidad de procesamiento de
aproximadamente 250 - 500 toneladas por día, se debe usar un tambor
de un diámetro en el intervalo de 3,5 - 6 m, preferiblemente 4 - 6 m
y lo más preferible es que sea alrededor de 5,5 m. La longitud debe
estar en el intervalo de 6 a 10 veces el diámetro y lo más
preferible es que sea aproximadamente 8 veces el diámetro,
adecuadamente hasta 40 m.
El tambor se puede usar para cualquier material
adecuado, por ejemplo acero con bajo contenido carbónico.
Un tambor rotatorio tiene la ventaja de que es
mecánicamente sencillo. Existen relativamente pocos problemas de
bloqueo y muy pocas partes movibles, lo que reduce el riesgo de
avería.
La agitación causada por la rotación conduce al
desgaste por frotamiento de los residuos, contribuyendo
adicionalmente a su degradación. Preferiblemente, el tambor se
llena hasta un nivel elevado con residuos, estando preferiblemente
inicialmente lleno del 75% al 90% en volumen. Esto conduce a un
desgaste por frotamiento aumentado, generación de calor rápida y
también al uso eficaz del recipiente de tratamiento microbiano.
El tiempo de residencia promedio de los residuos
en el recipiente de tratamiento microbiano está adecuadamente en el
intervalo de 18 - 60 horas, más preferiblemente aproximadamente de
24 a 48 horas, lo más preferible es que sea aproximadamente 36
horas.
El recipiente de tratamiento microbiano
preferiblemente comprende un recipiente a través del cual los
residuos se mueven durante el tratamiento, por ejemplo, un tambor
como se ha descrito anteriormente. Los residuos se mueven
adecuadamente desde un punto de carga hasta un punto de descarga
dentro del tambor. Como se ha indicado anteriormente, la carga y
descarga ocurre adecuadamente sustancialmente simultáneamente,
cargando residuos frescos (sin tratar con microbios) en el extremo
de carga y retirando los residuos tratados sólidos mezclados en el
extremo de descarga. La operación de carga y/o descarga puede tomar
de 10 - 40 minutos, preferiblemente aproximadamente 30 minutos.
Una operación de descarga u operación de carga
preferiblemente está separada de la siguiente operación de descarga
o de carga respectivamente por un periodo en el intervalo de 2 - 8
horas, preferiblemente de 3 - 5 horas, lo más preferible es que sea
aproximadamente 4 horas. De esta manera, se puede realizar un
proceso "semicontinuo".
Durante el procesamiento, se ha observado que el
volumen de material puede disminuir en tanto como el 25%. Por
consiguiente el espacio de gas sobre el material aumentará.
El material residual se debe verter a partir del
recipiente de tratamiento en una etapa en la que el material
residual tratado esté suficientemente digerido y suficientemente
seco. Esto ocurre típicamente después de un periodo de
aproximadamente 48 horas. Mediante la limitación del tiempo de
residencia a 48 horas o menos, se puede reducir la pérdida
adicional de carbono.
Se ha observado que el tratamiento microbiano es
eficaz para reducir el tamaño de algunos constituyentes de los
residuos. Sin embargo, se pueden usar procesos adicionales para
ayudar a la reducción del tamaño de los constituyentes de los
residuos. Por ejemplo, para estimular la actividad microbiana,
preferiblemente se controlan algunos parámetros los residuos
suministrados a la etapa de digestión. Por ejemplo, los residuos
preferiblemente se tratan en un primer proceso antes de la etapa de
digestión (o la etapa de gasificación, si el proceso no incluye una
etapa de tratamiento microbiano) para retirar partículas de tamaño
mayor de 100 mm, preferiblemente 60 mm y más preferiblemente 50 mm.
Este primer proceso puede comprender una primera etapa en la que se
retiran objetos muy grandes, por ejemplo manualmente o por tamizado
y una segunda etapa en la que el material restante se trata para
reducir su tamaño de partícula, por ejemplo por trituración. El
especialista en la técnica será capaz de obtener un aparato de
trituración adecuado. Los trituradores pueden tener un rotor fijo o
dos rotores contra rotativos.
Alternativamente, (antes de la etapa microbiana
o de gasificación), los residuos se pueden someter a una operación
para reducir su tamaño de partícula, por ejemplo, mediante
trituración sin retirar inicialmente las partículas de mayor
tamaño. La operación de trituración es particularmente beneficiosa
para el proceso de tratamiento microbiano, ya que mezcla el
material minuciosamente, propagando el cultivo microbiano por todo
el material e inicia una reacción termofílica muy rápidamente. La
trituración se puede usar para reducir el espacio entre las
partículas para estimular la reacción microbiana.
El segundo parámetro que se puede controlar es
el contenido de humedad promedio de al menos algo de los residuos
tratados en la etapa de tratamiento microbiano. El nivel de humedad
promedio de esta parte de los residuos está adecuadamente en el
intervalo del 20 - 75%, más preferiblemente del 30 al 60% y lo más
preferible es que esté entre el 30 y el 50%.
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Todos los niveles de humedad indicados en este
documento son % en peso. Estos son valores promedio, promediándose
para cantidades de al menos 100 kg de residuos.
Los niveles de humedad de residuos se pueden
medir mediante la medición del nivel de humedad del aire o gas
sobre los residuos a una temperatura fija y en equilibrio con la
misma.
Si después de la mezcla los residuos son bajos
en contenido orgánico o nivel de humedad, se puede añadir
preferiblemente agua de proceso en cantidades controladas. Esta
agua de proceso preferiblemente es agua residual del tratamiento de
agua, más preferiblemente fangos cloacales deshidratados. Este
material tiene un alto contenido de nitrógeno y actúa como un
catalizador de la reacción microbiana.
Como se ha mencionado anteriormente, se puede
obtener un nivel de humedad deseable de los residuos tratados en la
etapa de tratamiento microbiano mediante la combinación de un primer
residuo con otro residuo de un nivel de humedad promedio menor. Se
ha observado que los residuos domésticos mezclados típicamente
tienen un nivel de humedad de más del 30% en peso. Los residuos
procedentes del comercio de oficinas y fábricas típicamente son más
secos, teniendo un nivel de humedad en el intervalo del 10% - 30% en
peso.
El nivel de humedad de los residuos
suministrados a los digestores se puede manipular alterando las
proporciones de mezcla de los diferentes tipos de residuos.
Preferiblemente al menos parte de los residuos suministrados al
digestor microbiano tienen un nivel de humedad en el intervalo del
20 - 75% en peso, preferiblemente del 25 al 65% en peso para
estimular la reacción termofílica más rápida. Sin embargo, parte de
los residuos suministrados al digestor pueden comprender un residuo
procedente de comercios relativamente seco. El calor generado
mediante la digestión de los residuos húmedos es suficiente para
tratar la totalidad de los residuos suministrados al recipiente de
tratamiento. Sin embargo, durante el proceso de agitación, los
residuos procedentes de comercios y domésticos se mezclan
lentamente entre sí reduciendo el contenido de humedad global de la
mezcla, para que al final de procesamiento, el nivel de humedad no
sea mayor del 45% en peso y preferiblemente no sea mayor del 25% en
peso.
El primer residuo con nivel de humedad mayor se
puede mezclar con otro residuo con nivel de humedad menor en un
aparato de mezcla de una forma controlada. Las cantidades relativas
de los diferentes tipos se residuos se controlan para obtener el
nivel de humedad promedio deseado a lo largo de las masas combinadas
de residuos mezclados como se ha explicado anteriormente.
La etapa de combinación también permite que se
mezcle íntimamente material absorbente tal como papel y material
basado en papel (que es particularmente común en los residuos
procedentes de comercios) con los residuos húmedos (tal como
residuos domésticos). El material absorbente absorbe líquido rico en
bacterias, proporcionando un sustrato para que las bacterias
crezcan y permitiendo a las bacterias propagarse por todos los
residuos que se están procesando. Esto estimula la reacción y la
mezcla, conduciendo a una digestión mejorada. Además, el
humedecimiento del papel ayuda a su descomposición.
En el procesamiento de los residuos en la etapa
de tratamiento microbiano, es deseable producir producto que sea
sustancialmente homogéneo, de forma que sus constituyentes sean
partículas que tengan una distribución de tamaño relativamente
pequeño, donde las partículas tengan una medición máxima de 50 mm o
inferior. La etapa de mezcla ayuda a mejorar la homogeneidad del
producto.
Sin embargo, aunque tiene lugar la mezcla, se ha
observado que el nivel de humedad permanece concentrado en áreas
locales de los residuos, donde es lo suficientemente alto para
permitir que la reacción termofílica comience y proceda muy
rápidamente.
Las cantidades relativas de los diferentes tipos
de suministro de residuos se pueden controlar usando básculas
dosificadoras automáticas.
A modo de ejemplo, el nivel de humedad de los
residuos durante el tratamiento microbiano puede ser el
siguiente:
Los residuos domésticos con un contenido
orgánico alto y un nivel de humedad superior al 50% se pueden
mezclar con residuos procedentes de comercios que tienen un nivel
de humedad del 20% o inferior en una proporción adecuada para
proporcionar una mezcla que tenga un nivel de humedad promedio en el
intervalo del 45 al 55% en peso.
Durante la digestión microbiana, el gas y el
aire que fluye sobre el material que se está procesando absorben
una parte de la humedad. El nivel de humedad promedio puede caer
hasta aproximadamente del 30 - 40% en peso y preferiblemente del 25
al 30% en peso.
Durante el vaciado del recipiente de tratamiento
microbiano, los residuos que todavía tienen un nivel de calor
residual elevado, se pueden secar mediante una corriente de aire a
presión como se ha descrito anteriormente, para que el nivel de
humedad caiga hasta el intervalo del 30 - 40% en peso y
preferiblemente del 25 al 30% en peso.
Después los residuos tratados en la etapa de
digestión microbiana se pueden secar adicionalmente sobre un piso
de secado como se ha descrito anteriormente, para que el nivel de
humedad caiga hasta por debajo del 25% en peso.
Un parámetro adicional que se puede manipular es
el pH de los residuos en el proceso de tratamiento microbiano. Este
pH de los residuos en el proceso de tratamiento microbiano
preferiblemente es de 6,0 a 8,5, preferiblemente de 6,3 a 7,3, y lo
más preferible es que sea aproximadamente 6,8.
El nivel de nitrógeno tiene un impacto en la
actividad microbiana y el ajuste del pH y del contenido de nitrógeno
puede ser provechoso.
Adicionalmente se ha observado que la densidad
de los residuos suministrados al recipiente de tratamiento
microbiano es adecuadamente no demasiado baja. Preferiblemente, la
densidad no es menos de 450 g por litro y preferiblemente no menos
de 750 g por litro. De nuevo, la etapa de mezcla es particularmente
útil en este caso. Los residuos domésticos pueden tener una
densidad relativamente alta. La densidad promedio se puede
controlar mediante la mez-
cla de una cantidad adecuada de residuos procedentes del comercio, que tienen una densidad comparativamente baja.
cla de una cantidad adecuada de residuos procedentes del comercio, que tienen una densidad comparativamente baja.
Como se ha descrito anteriormente, los residuos
se pueden someter a diversos tipos de tratamiento antes de la etapa
de gasificación o de digestión microbiana ("etapas previas").
Preferiblemente, las etapas previas incluyen cualquiera o todas las
siguientes:
El tratamiento inicial para retirar objetos que
no son fácilmente combustibles, tales como piedras, concreto,
metal, neumáticos viejos, etc. Los objetos que tienen un tamaño de
más de 100 mm o más también se pueden retirar. El proceso se puede
realizar en una superficie estacionaria, tal como un suelo de
cribado. Alternativamente o adicionalmente, los residuos se pueden
cargar sobre una superficie en movimiento tal como un transportador
y pasarse a través de un puesto de cribado en el que tiene lugar el
cribado mecánico o manual del material.
La trituración es una etapa altamente preferida.
Se realiza para reducir el tamaño de partícula promedio. También se
puede usar para aumentar la combinación de residuos de fuentes
diferentes. También hace que el proceso de tratamiento sea más
eficaz. Se ha observado que, durante el proceso de trituración, la
actividad microbiana puede comenzar y aumentar rápidamente la
temperatura pasando muy rápidamente a través de la fase mesofílica
hasta la fase termofílica.
Los residuos se pueden explorar mecánicamente
para seleccionar partículas con tamaño en un intervalo dado. El
intervalo dado puede ser de 10 mm a 50 mm. Los materiales de un
tamaño menor de 10 mm comprenden polvo, tierra y piedras y se
rechazan. Los residuos se pueden tratar por al menos dos procesos de
exploración sucesivos, cada uno retirando progresivamente
fracciones más pequeñas de partículas. El material retirado en el
proceso de exploración por ser demasiado grande se puede triturar
para reducir su tamaño promedio. Después el material que se
clasifica mediante la exploración como de un tamaño aceptable y,
cuando sea aplicable, el material triturado se pueden suministrar
al recipiente de tratamiento.
Los residuos se pueden someter a varias etapas
después de la etapa del tratamiento de digestión microbiana y antes
de la etapa de gasificación. Estas etapas pueden incluir cualquiera
de las siguientes:
El material se puede seleccionar para retirar
partículas de un tamaño superior a un tamaño dado. Por ejemplo las
partículas de más de 50 mm se pueden rechazar. Posteriormente se
pueden triturar para reducir su tamaño, devolverlas al digestor
aeróbico o simplemente rechazarlas.
A través del sistema pueden haber pasado
partículas metálicas relativamente pequeñas tales como hierro o
aluminio. Estas se pueden retirar, por ejemplo mediante un
extractor magnético o electromagnético en una etapa posterior.
Después las partículas metálicas retiradas del sistema pueden pasar
a un proceso de reciclaje adecuado.
Adecuadamente, después del tratamiento en el
recipiente de tratamiento microbiano, los residuos se someten a una
etapa de secado adicional. Si el nivel de humedad no es más del 45%
en peso, más preferiblemente no es más del 35% en peso y lo más
preferible es que no sea más del 25% en peso, después del
tratamiento microbiano, el secado posterior se puede realizar de
manera relativamente sencilla. Por ejemplo, en una primera fase de
secado, se puede proporcionar una corriente de aire a presión
durante o después de la fase de descarga a partir del recipiente de
tratamiento. Durante esta fase, los residuos tratados mediante la
fase de digestión microbiana todavía estarán a una temperatura
elevada (por ejemplo en el intervalo de 50 - 60ºC) y se puede
retirar la humedad adicional simplemente mediante una corriente de
aire sobre los mismos. Una etapa de secado adicional puede
comprender extender el material sobre un piso de secado. En esta
etapa, los residuos se extienden a un espesor de no más de 20 cm
sobre un área relativamente grande durante un periodo de tiempo
adecuado, durante al cual el nivel de humedad cae. Los residuos se
pueden agitar, por ejemplo dándoles la vuelta usando un aparato
mecánico o manual tal como una pala mecánica. Se puede dar la vuelta
a los residuos en intervalos de por ejemplo 2-4
horas preferiblemente aproximadamente 3 horas. Preferiblemente,
durante esta fase, el nivel de humedad cae hasta por debajo del 25%
en peso después de lo cual no ocurre descomposición biológica
adicional. Adecuadamente, los residuos se dejan sobre un piso de
secado durante un periodo en el intervalo de 18-48
horas, preferiblemente 24-36 horas y más
preferiblemente aproximadamente 24 horas. También se ha observado
que el secado adicional puede tener lugar durante el procesamiento
posterior, debido a la aportación mecánica de energía. Se puede
usar el calor residual de otros equipos del proceso, por ejemplo de
la etapa de gasificación y/o del tratamiento de plasma, para secar
el material. El aire calentado mediante el calor generado en las
etapas de gasificación y/o tratamiento de plasma se puede insuflar
en el recipiente de tratamiento de residuos microbiano y sobre o a
través de los residuos para aumentar la velocidad de secado de estos
procesos.
Alternativamente, el aparato de secado puede
comprender un secador instantáneo rotativo u otro dispositivo de
secado.
Para convertir los residuos tratados en
combustible, los residuos se deben clasificar de acuerdo a su tamaño
y posteriormente densificar para proporcionar gránulos de un tamaño
adecuado para uso en la etapa de gasificación. Durante esta fase de
granulación, puede ocurrir secado adicional de los residuos, debido
a la generación de causada por la fricción y debido a la exposición
adicional al aire. Preferiblemente, para que la granulación proceda
adecuadamente, el nivel de humedad del material tratado está en el
intervalo del 10 - 25% en peso.
Se ha observado que la etapa de tratamiento
microbiano se puede adaptar para proporcionar un combustible para
uso en la etapa de gasificación, denominado Carbón Verde, que tiene
un valor calorífico en el orden de 14,5 MJ/kg que es
aproximadamente la mitad del de carbón industrial.
Mediante la combinación de diferentes fuentes de
material residual, el combustible producido mediante la etapa de
tratamiento microbiano en diferentes momentos o con residuos de
lugares diferentes puede ser relativamente homogéneo en cuanto
a:
- 1.
- Valor calorífico - adecuadamente en el intervalo de 13 a 16,5 MJ/kg, preferiblemente de 12 - 15 MJ/kg. El valor calorífico puede ser mayor si los contenidos se han secado significativamente.
- 2.
- Densidad - adecuadamente en el intervalo de 270 - 350 kg/m^{3} más preferiblemente aproximadamente 300 kg/m^{3}.
- 3.
- Nivel de humedad - inferior al 30% en peso y preferiblemente aproximadamente el 20% en peso.
El proceso de la presente invención puede
comprender una etapa de pirólisis antes de la etapa de gasificación
y después de la etapa de digestión microbiana, si se usa. Los
residuos que se producen como resultado de la etapa de digestión
microbiana se pueden usar para abastecer un suministro a un proceso
de pirólisis, como se ha descrito más adelante.
El aparato de la presente invención puede
incluir medios para suministrar residuos tratados microbianamente a
partir del recipiente de tratamiento hasta un medio para pirolizar
los residuos tratados (es decir, una unidad de pirólisis).
Si el proceso implica una etapa de pirolisis
antes de la etapa de gasificación, preferiblemente los residuos
pirolizados se suministran a la unidad de gasificación, donde tiene
lugar la gasificación. Esto normalmente requiere que el material
pirolizado esté a una temperatura elevada y el proceso de
gasificación preferiblemente ocurre directamente después del
proceso de pirólisis.
El aparato puede comprender una unidad de
digestión microbiana en conexión fluida con la unidad de
gasificación y la unidad de gasificación puede estar en conexión
fluida con la unidad de tratamiento de plasma, para permitir que
los residuos tratados a partir del tratamiento microbiano se
transporten a la unidad de gasificación y para permitir que el gas
de descarga y los residuos de carbón que se producen como resultado
de la etapa de gasificación se transporten a la unidad de
tratamiento de plasma.
El aparato se puede adaptar para tratar los
residuos en un proceso continuo. La etapa de digestión microbiana
típicamente se puede realizar de una manera semicontinua, mientras
que los procesos de pirólisis y gasificación típicamente requieren
un suministro continuo del material, se puede proporcionar un medio
de almacenamiento interino, por ejemplo en forma de una tolva de
suministro. Se prefiere que exista un primer medio de suministro
para recibir los residuos tratados a partir del proceso de
tratamiento microbiano y suministrarlos en el medio de
almacenamiento interino y un segundo aparato de suministro para
suministrar los residuos tratados almacenados desde el medio de
almacenamiento interino hasta el aparato de pirólisis o el aparato
de gasificación. El segundo medio de suministro preferiblemente
funciona sustancialmente continuamente. El primero y segundo aparato
de suministro puede comprender cualquier medio adecuado, por
ejemplo cintas transportadoras o alimentadores de husillo.
En la Figura 2 se ilustra una realización
preferida del proceso de la presente invención, que muestra:
- una primera etapa en la que los residuos sin procesar se someten a digestión microbiana aeróbica en una unidad de digestión aeróbica rotatoria (RAD),
- una segunda etapa que comprende gasificar los productos de la etapa de digestión rotatoria en una unidad gasificadora (gasificador), que produce un gas de descarga y un residuo de carbón,
- una tercera etapa que comprende tratar el residuo de carbón y el gas de descarga en un proceso de tratamiento de plasma en una unidad de plasma (horno de plasma), que produce una escoria sólida vitrificada (que se descarta) y un singás,
- una cuarta etapa que comprende limpiar el singás,
- una quinta etapa que comprende o sacar el singás o quemar el singás en un motor de gas o turbina de gas (denominado una "isla de potencia" en la Figura) para producir energía eléctrica y después sacar el singás quemado. El calor producido en la combustión del singás o en la etapa de plasma se puede usar para secar el material residual (no mostrado).
Una realización preferida adicional del proceso
de la presente invención se ilustra en la Figura 5, que muestra:
- Etapa A,
- en la que los residuos sin procesar se someten a digestión microbiana aeróbica en una unidad de digestión aeróbica rotatoria (RAD),
- Etapa B,
- en la que la materia prima de residuos que se produce como resultado de la Etapa A se trata en un gasificador, para producir un gas descarga y un residuo de carbón, los cuales después se tratan en una unidad de plasma a 1500ºC,
- Etapa C,
- en la que los gases calientes producidos en las etapas B y/o I se enfrían en un sistema de enfriamiento de gas,
- Etapa D,
- que comprende opcionalmente tratar el gas en una etapa de limpieza,
- Etapa E,
- que comprende opcionalmente comprimir y almacenar el gas,
- Etapa F,
- en la que el gas de la Etapa E pasa a través de una turbina de gas, que está acoplada directamente a un generador (EG2 - no mostrado) para generar electricidad,
- Etapa G,
- en la que el gas pasa a través de un generador de vapor de termorrecuperación,
- Etapa H,
- que implica sacar el gas hasta una chimenea y controlar el gas de combustión,
- Etapa I,
- en la que el vapor de agua de alta presión de la Etapa C y/o G pasa a través de una turbina de vapor para generar electricidad con el generador de electricidad 1 (EG1). El vapor de agua de baja presión de la turbina pasa a través de un condensador de acoplamiento contiguo hasta una torre de enfriamiento separada en la Etapa J y hasta un sistema de suministro de agua en la Etapa K. La electricidad generada en la Etapa I y/o F se puede distribuir en la Etapa L bien hasta cualquier parte del aparato (representada por la Etapa M) o transferirse externamente (etapa N).
Como se ha indicado anteriormente se puede
introducir oxígeno y/o vapor de agua en la unidad de gasificación o
unidad de pirólisis y/o unidad de tratamiento de plasma.
La presente invención se ilustrará en los
siguientes Ejemplos no limitados.
El FBG (gasificador de lecho fluidizado),
comprende un recipiente vertical, cilíndrico, de acero con bajo
contenido carbónico revestido con un compuesto refractario. Las
dimensiones externas del armazón del gasificador son 1,83 m de
diámetro x 5,18 m de altura y el diámetro interno es 0,254 m; la
altura de lecho expandido es aproximadamente
\hbox{1,0
m.}
El FBG usa un lecho calentado de partículas
cerámicas de silicato de alúmina como el medio del lecho. La materia
prima de RDF (combustible obtenido de desechos) se suministra
continuamente, a una velocidad controlada, al FBG 1 a través de un
sistema alimentador de combustible sólido. El suministro tal y como
se recibe se transfiere mediante una cinta transportadora 2 hasta
una tolva de sobrecarga 3 donde un transportador de husillo de
velocidad variable controla la velocidad de alimentación
volumétrica de los sólidos. Estos se descargan en una bolsa de
aire. Se emplea un transportador de husillo de velocidad constante
para transferir el suministro desde la bolsa de aire hasta el lecho
fluidizado 1 donde se carga encima de la superficie superior del
lecho. Para evitar el ingreso de aire o el egreso de gas en la
corriente de alimentación se usa la purga de gas inerte adicional en
la tolva y en la bolsa de aire.
Para aumentar la temperatura del lecho hasta
420ºC se usa un sistema de precalentamiento por debajo del lecho
aprovisionado con combustible de propano. En este punto se
suministran gránulos de madera a través de un alimentador separado
en la bolsa de aire para aumentar la temperatura del lecho hasta
600ºC cuando se interrumpe el suministro de propano secundario,
después a 700ºC se cierra el suministro de propano primario. El
suministro de gránulos de madera se continua para alcanzar la
temperatura de funcionamiento de 800 - 850ºC cuando se reemplaza por
RDF.
Se suministra oxígeno a partir de un
multi-pack Titan de 10 - 11 cilindros. El caudal se
controla a través de un controlador de flujo de masa (MFC) graduado
hasta 500 NIpm.
Los oxidantes: oxígeno y vapor de agua, se
mezclan antes de la inyección a través de una tobera orientada
hacia arriba localizada debajo del lecho. Las velocidades de
suministro individuales de vapor de agua y oxígeno se miden
atentamente para ajustarse a la velocidad de suministro del RDF para
asegurar que el gasificador funciona dentro de los límites de
funcionamiento de diseño.
Se usan múltiples sensores de presión y
temperatura para supervisar con atención y controlar el
funcionamiento del FBG. Se incorporan dispositivos de corte de
corriente de seguridad para asegurar el apagado seguro o la alarma
del sistema en el acontecimiento de que la unidad caiga fuera de los
límites de funcionamiento especificados.
El gas de descarga que sale del FBG se
transfiere a la unidad convertidora de plasma 4 en un conducto de
acero revestido con productos refractarios 5.
En la Figura 4 se proporciona un dibujo
esquemático del convertidor de plasma (que excluye la disposición
del electrodo y el manipulador) y comprende las siguientes
secciones:
- i)
- Un armazón de acero con bajo contenido carbónico revestido con material refractario 6 con una camisa enfriadora de agua de doble forro adicional en la sección superior del armazón y una serie de dedos de cobre enfriados por agua 7 que proporciona protección adicional para los ladrillos refractarios en la línea de escoria. El producto refractario es una espinela de alúmina fundida que contiene Al_{2}O_{3} al 91%, MgO al 7% y CaO al 2% con un límite de servicio máximo de 1800ºC. Una barra de acero cilíndrica de 150 mm de diámetro en la base del convertidor proporciona el electrodo de retorno (ánodo) para el funcionamiento de electrodo único. Una piquera 8 en la chimenea del horno permite la extracción intermitente de la escoria fundida. El convertidor tiene aperturas en la región del armazón superior para el control de la presión y la visión por cámara. Las temperaturas del refractario se controlan en 8 emplazamientos usando termopar de tipo B (hasta 1800ºC) y en el electrodo de retorno en dos emplazamientos usando termopares de tipo K (hasta 1300ºC).
- ii)
- Un techo con camisa de agua, revestido con productos refractarios, de acero con bajo contenido carbónico cónico 9 con cinco aberturas grandes: un orificio central para trabajo de electrodo único 10, un orificio lateral para suministro de gas desde el suministro del FBG 11 un orificio de gas de descarga 12 y un orificio para suministro de sólidos del material de lecho de tamaño muy grande (no mostrado) y un orificio de acceso general de reserva 13. También hay un orificio de cámara más pequeño que aloja una video-cámara remota pequeña en un estuche protector que permite la visualización del interior del convertidor de plasma. Existen dos agujeros de termopar para el control de la temperatura refractaria como en el caso anterior. El techo también proporciona puntos de emplazamiento para manipuladores de electrodo y para canalización del gas de descarga.
- iii)
- Un pie de soporte de acero 14, montado sobre ruedas resistentes y guías para la extracción e instalación fácil del convertidor de plasma.
- iv)
- Electrodo 15 y Sistema Manipulador 16 donde el movimiento del electrodo del cátodo se controla mediante un manipulador de eje único central (sólo vertical), que consiste en una vía lineal resistente accionada a través de un servo-motor y una caja de engranajes. El dispositivo de fijación del electrodo 17 se fija a la placa del carro y el conjunto en su totalidad se monta sobre anillos y espaciadores de cerámica y fibra de vidrio eléctricamente aislante para evitar la formación de arcos laterales del dispositivo de plasma. La base del manipulador está coronada por un conjunto de sellos que contienen un sello de tipo prensaestopas enfriado con agua para que la linterna o el electrodo pasen hasta el interior del convertidor de plasma. Se pueden alojar electrodos con diámetros de hasta 100 mm a través de este orificio central y el impulso máximo es 1000 mm. El electrodo de grafito se taladra centralmente y se inyecta gas de plasma inerte a través de este conducto.
El uso del manipulador único permite el modo de
funcionamiento de electrodo único (cátodo) y la trayectoria de
retorno de la corriente es a través de un electrodo de retorno de
acero en la base del convertidor (ánodo).
Durante el funcionamiento, el gas de descarga
sucio del gasificador fluye a través de un conducto revestido con
productos refractarios hasta el convertidor de plasma. Se inyecta
axialmente oxígeno y vapor de agua adicional en la corriente de gas
en el punto de entrada hacia el convertidor.
La temperatura alta y la adición de oxidantes en
la fase del convertidor estimulan la termofraccionación y la
reforma de las especies orgánicas y la gasificación de productos
hollinosos y de residuos de carbón. La potencia al arco del plasma
se controla para mantener una temperatura de los gases que salen de
la unidad a \sim 1000 - 1300ºC. Las partículas de cenizas que se
transportan desde el gasificador se desprenderán y se asimilarán
en el fundido. Después del tratamiento en la unidad convertidora el
singás sale a través de un segundo orificio de gas en la base de la
unidad.
\vskip1.000000\baselineskip
La metodología general para tratar los gránulos
de madera es como se ha proporcionado anteriormente. La velocidad
de suministro de gránulos de madera al gasificador promedió 42 kg/h.
En la Tabla 4 se proporciona un resumen de las condiciones de
funcionamiento empleadas en el FBG para mantener la temperatura del
lecho a aproximadamente 800ºC y en el convertidor de plasma para
producir una temperatura de salida (estimada) de 1250ºC. Estas
figuras están en correlación próxima con los requerimientos de
funcionamiento obtenidos teóricamente.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La metodología para el tratamiento del material
de RDF es como se ha proporcionado anteriormente. El RDF se obtuvo
a partir de una planta de tratamiento térmico comercial. La
composición general de este material se proporciona en la anterior
Tabla 1. Los materiales se suministraron a una velocidad promedio de
40,5 kg/h al gasificador. En la Tabla 5 se proporciona un resumen
de las condiciones de funcionamiento empleadas en el FBG para
mantener la temperatura del lecho a aproximadamente 800ºC y en el
convertidor de plasma para proporcionar una temperatura de salida
(estimada) de 1250ºC. Se observó que de nuevo existió buena
correlación entre los valores obtenidos teóricamente y
experimentalmente.
Claims (43)
1. Un proceso para el tratamiento de residuos,
comprendiendo el proceso:
- (i)
- una etapa de gasificación que comprende el tratamiento de los residuos en una unidad de gasificación (1) en presencia de oxígeno y vapor de agua para producir un gas de descarga y un material de residuos de carbón sólido que no está suspendido en el aire; y
- (ii)
- una etapa de tratamiento de plasma que comprende someter el gas de descarga y el material de residuos de carbón sólido que no está suspendido en el aire a un tratamiento de plasma en una unidad de tratamiento de plasma (4) en presencia de oxígeno y, opcionalmente, vapor de agua, donde la unidad de tratamiento de plasma (4) está separada de la unidad de gasificación (1).
2. Un proceso como se ha indicado en la
reivindicación 1, en el que el proceso comprende además someter los
residuos a una etapa de digestión microbiana antes de la etapa de
gasificación.
3. Un proceso como se ha indicado en la
reivindicación 1 o reivindicación 2, en el que el proceso comprende
además una etapa de pirólisis antes de la etapa de gasificación y,
cuando está presente una etapa de digestión microbiana, dicha etapa
de pirólisis ocurre después de dicha etapa de digestión
microbiana.
4. Un proceso como se ha indicado en cualquier
reivindicación precedente, en el que los residuos se gasifican
durante la etapa de gasificación a una temperatura mayor de
650ºC.
5. Un proceso como se ha indicado en la
reivindicación 4 en el que los residuos se gasifican durante la
etapa de gasificación a una temperatura de 800ºC a 950ºC.
6. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la
cantidad de oxígeno introducida en la unidad de gasificación (1)
durante la etapa de gasificación es de 300 a 350 kg por 1000 kg de
residuos suministrados a la unidad de gasificación (1).
7. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que la cantidad
de vapor de agua introducido en la unidad de gasificación durante
la etapa de gasificación es hasta 300 kg por 1000 kg de residuos
suministrados a la unidad de gasificación (1).
8. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los
residuos contienen menos del 20% en peso de humedad y la cantidad
de vapor de agua introducida en la unidad de gasificación (1)
durante la etapa de gasificación es de 300 a 350 kg por 1000 kg de
residuos suministrados a la unidad de gasificación (1).
9. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los
residuos contienen el 20% o más en peso de humedad y la cantidad de
vapor de agua introducida en la unidad de gasificación (1) durante
la etapa de gasificación es de 0 a 150 kg por 1000 kg de residuos
suministrados a la unidad de gasificación (1).
10. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa
de gasificación se realiza en una unidad de gasificación del lecho
fluidizado (1).
11. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los
residuos se suministran a la unidad de gasificación (1) a través de
un dispositivo de bolsa de aire.
12. Un proceso como se ha indicado en la
reivindicación 2, en el que la digestión microbiana es digestión
microbiana aeróbica.
13. Un proceso como se ha indicado en la
reivindicación 12, en el que la digestión microbiana se realiza en
una unidad de digestión microbiana aeróbica en la que el contenido
del oxígeno del gas en la unidad no es menor del 5% en volumen.
14. Un proceso como se ha indicado en la
reivindicación 12 o la reivindicación 13, en el que la digestión
microbiana aeróbica se realiza en una unidad de digestión aeróbica
rotatoria.
15. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que los residuos
se rotan en la unidad de digestión aeróbica rotatoria a una
velocidad de entre una revolución cada minuto y una revolución cada
diez minutos.
16. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en el que el contenido
de humedad de los residuos antes de la digestión microbiana es del
20 al 75% en peso.
17. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en el que los residuos
tienen un nivel de humedad promedio del 30% o menos en peso después
del tratamiento de digestión microbiana.
18. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la unidad
de gasificación (1) y la unidad de tratamiento de plasma están en
conexión fluida (4).
19. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la
proporción de oxígeno a vapor de agua en la etapa de tratamiento de
plasma es de 10:1 a 2:5, en peso.
20. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el
tratamiento de plasma de los residuos se realiza a una temperatura
de entre 1100 y 1600ºC.
21. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el
tratamiento de plasma de los residuos se realiza en presencia de un
gas estabilizante de plasma.
22. Un proceso como se ha indicado en la
reivindicación 21, en el que el gas estabilizador de plasma se
selecciona entre uno o más de nitrógeno, argón, hidrógeno, monóxido
de carbono, dióxido de carbono y vapor de agua.
23. Un proceso como se indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo además
recolectar el gas producido en la unidad de tratamiento de plasma
(4).
24. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo además
recolectar el material sólido y/o fundido producido en la unidad de
tratamiento de plasma (4).
25. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el gas
producido a partir del tratamiento de plasma de gas se usa en un
motor de gas o una turbina de gas para generar
electrici-
dad.
dad.
26. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones 3 a 25, en el que e los residuos
se pirolizan durante la etapa de pirólisis opcional a una
temperatura de 400ºC o más.
27. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo además
la etapa de secar los residuos antes de su tratamiento en la etapa
de gasificación o pirólisis.
28. Un proceso como se ha indicado en la
reivindicación 27, en el que los residuos se secan mediante el uso
del calor producido en cualquiera de las otras etapas del
proceso.
29. Un proceso como se ha indicado en la
reivindicación 27 ó 28, en el que los residuos se secan insuflando
aire o vapor de agua calentado sobre o a través de los residuos.
30. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes 27 ó 28, en el que
el contenido de humedad de los residuos inmediatamente antes del
tratamiento en la etapa de gasificación o pirólisis es del 20% o
menos en peso.
31. Un proceso como se ha indicado en la
reivindicación 30, en el que el contenido de humedad de los residuos
inmediatamente antes del tratamiento en la etapa de gasificación
pirólisis es del 15% o menos en peso.
32. Un aparato para realizar el proceso como se
ha indicado en la reivindicación 1, comprendiendo el aparato:
- (i)
- una unidad de gasificación (1) y
- (ii)
- una unidad de tratamiento de plasma (4) que está separa de la unidad de gasificación (1),
en el que la unidad de gasificación
(1) tiene una entrada para oxígeno y opcionalmente una entrada para
vapor de agua y la unidad de tratamiento de plasma (4) tiene una
entrada para oxígeno y opcionalmente una entrada para vapor de agua
y se proporcionan medios para transportar el gas de descarga y el
material de residuos de carbón sólido que no está suspendido en el
aire desde la unidad de gasificación (1) hasta la unidad de
tratamiento de plasma
(4).
33. Un aparato como se ha indicado en la
reivindicación 32, comprendiendo además el aparato una unidad de
digestión microbiana.
34. Un aparato como se ha indicado en la
reivindicación 32 o reivindicación 33, en el que la unidad de
gasificación (1) está adaptada para gasificar los residuos a una
temperatura de más de 650ºC.
35. Un aparato como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones 32 a 34, en el que la unidad de
gasificación (1) está adaptada para gasificar los residuos a una
temperatura de al menos 800ºC.
\newpage
36. Un aparato como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones 32 a 35, en el que la unidad de
gasificación (1) contiene un dispositivo de bolsa de aire a través
del cual se pueden introducir los residuos en la unidad de
gasificación (1).
37. Un aparato como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones 33 a 36, en el que la unidad
para la digestión microbiana de los residuos es una unidad de
digestión aeróbica rotatoria.
38. Un aparato como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones 32 a 37, en el que el aparato
comprende una unidad de digestión microbiana y la unidad de
digestión microbiana está en conexión fluida con la unidad de
gasificación (1) y la unidad de gasificación está en conexión fluida
con la unidad de tratamiento de plasma (4), para permitir el
transporte de los residuos tratados desde el tratamiento microbiano
hasta la unidad de gasificación (1) y para permitir el transporte
del gas de descarga y de los residuos de carbón resultantes a
partir de la etapa de gasificación hasta la unidad de tratamiento de
plasma (4).
39. Un aparato como se ha indicado en la
reivindicación 38, en el que el aparato está adaptado para tratar
los residuos en un proceso continuo.
40. Un aparato como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones 32 a 39, comprendiendo además un
motor de gas o turbina de gas para generar electricidad, estando la
turbina en conexión fluida con la unidad de plasma (4), para que el
gas tratado con plasma de la unidad de plasma (4) se pueda
suministrar a la turbina.
41. Un aparato como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones 32 a 40, comprendiendo además el
aparato una unidad de pirólisis.
42. Un aparato como se ha indicado en la
reivindicación 41, en el que la unidad de pirólisis está adaptada
para pirolizar los residuos a una temperatura de al menos 400ºC.
43. Un proceso como se ha indicado en una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 31, en el que los residuos
comprenden combustible obtenido de desechos.
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