ES2355710T3 - Planta para tratar residuos mediante pirólisis y para producir energía mediante dicho tratamiento. - Google Patents

Abstract

Planta para el tratamiento de residuo sólido y/o líquido, que comprende un entorno o reactor (1) en el que el residuo (R) se somete a tratamiento de pirólisis, siendo dicho residuo (R) alimentado al reactor (1) por unos medios de alimentación (2), estando previstos unos medios (19, 40) para recuperar y/o tratar los productos sólidos, líquidos y gaseosos que proceden de dicho tratamiento de residuo de pirólisis y estando conectados a dicho reactor (1), comprendiendo dichos medios de alimentación (2) unos medios de microdesintegración (76, 80) y unos medios de pregasificado (2, 5) para transformar el residuo líquido en la fase gaseosa y el residuo sólido en vapor o en fase gaseosa con anterioridad a su introducción en el reactor (1), con el fin de que la totalidad de la masa de residuo se pueda someter al tratamiento de pirólisis térmica con su consiguiente destrucción completa, comprendiendo los medios de microdesintegración y de pregasificación un elemento de recepción (5) dispuesto para recibir el residuo líquido de un conducto de alimentación (110) y para recibir el residuo sólido ya microdesintegrado en el interior de una parte de la planta (7) que presenta los medios de microdesintegración (76, 80), recibiendo el elemento de recepción también vapor a alta presión y a alta temperatura, siendo transferido el residuo desde dicho elemento (5) al reactor (1), comprendiendo los medios de alimentación una línea (2) conectada al elemento de recepción (5) para el residuo pregasificado y microdesintegrado para la alimentación del residuo pregasificado al reactor (1), estando conectada la línea de alimentación (2) a un alimentador de vapor de alta presión y alta temperatura (8V) para la gasificación del residuo de entrada, caracterizada porque la línea (2) prevé un espacio intermedio perimétrico o camisa (10) a través del cual circula el vapor a contracorriente a alta presión y a alta temperatura, para mejorar la gasificación del residuo.

Description

La presente invención se refiere a una planta para tratar residuos sólidos y/o líquidos mediante pirólisis, de acuerdo con la introducción a la reivindicación principal. La invención se refiere asimismo a un procedimiento para tratar residuos dentro de dicha planta, de acuerdo con la reivindicación independiente correspondiente. La eliminación de residuos se ha convertido en un problema bien conocido y cada vez más urgente, en particular en los países más 5 desarrollados. Asimismo, es bien conocida la necesidad de recuperar energía del tratamiento de residuos y el proceso de eliminación para hacerlos cada vez más interesantes económicamente.

Son conocidos dos procedimientos de tratamiento de residuos principales (además del vertido clásico): uno, en el que el residuo se alimenta a un incinerador y otro en el que se trata el residuo mediante un proceso pirolítico. En el primer proceso y en la planta respectiva, en la que se lleva a cabo, se generan temperaturas relativamente bajas junto 10 con grandes volúmenes de aire, que conducen a la formación de gases nocivos que se deben retener de forma adecuada y/o tratar con anterioridad a su descarga en la atmósfera. Esto tiene como resultado unos costes de planta muy elevados, además de acarrear problemas de impacto ambiental provocados por los productos que no se pueden eliminar. Además, la temperatura de combustión del residuo no siempre permite que se destruya en su totalidad el residuo alimentado al incinerador. 15

En lo que respecta al proceso pirolítico, éste se aplica en el interior de una planta, en la que se alimenta el residuo en unas dimensiones tales que no permiten su tratamiento por completo. A este respecto, la pirólisis que tiene lugar en dichas plantas interviene únicamente en la superficie de la masa de residuo, debido a la compacidad y a las dimensiones del residuo. Como consecuencia, el proceso motivo de análisis no permite obtener la eliminación correcta y completa del residuo a su finalización. Por este motivo, una planta de pirólisis no permite la generación de una cantidad 20 grande mediante el proceso, debido a lo cual, la propia planta, así como la puesta en práctica del proceso pirolítico, representan costes que resultan difíciles de recuperar en un tiempo aceptable.

La patente US nº 5.980.858 describe un procedimiento y un aparato para el tratamiento de residuos mediante la gasificación en dos etapas, con el fin de recuperar los metales o el contenido en cenizas en los desechos en un estado que se puedan reciclar, y los gases que contienen monóxido de carbono (CO) y gas hidrógeno (H2) para su utilización 25 como gas de síntesis para el amoníaco (NH3) o la producción de gas hidrógeno. Los desechos se gasifican en un reactor de lecho fluidificado a una temperatura baja. A continuación, se introduce material gaseoso y residuo carbonizado producidos en el reactor de lecho fluidificado en una cámara de combustión a alta temperatura, y se gasifican a una alta temperatura y se convierte su contenido en cenizas en escoria fundida. Después de una depuración al agua y una reacción de conversión de CO, el gas se separa en H2 y gas residual. A continuación, se suministra dicho 30 gas residual al gas fluidificado.

Los documentos DE 4107200 y XP 000162988 dan a conocer una planta para el tratamiento de desechos o residuos en un reactor de temperatura baja. La planta trata suelo contaminado con sustancias orgánicas o inorgánicas, madera contaminada, aceite, lodo y plásticos de todo tipo, que no sean los residuos domésticos. Los contaminantes incluyen metales pesados, sustancias inorgánicas que contengan HC1 o CN-. Durante el tratamiento, tiene lugar una 35 separación entre los materiales sólidos mayores y el polvo fino o material gaseoso. El proceso a temperatura relativamente baja se lleva a cabo principalmente sin oxígeno. El proceso asegura que se queman las partículas finas de líquido y los productos de desecho secos, se retira el polvo del humo y el atrapado en la escoria fundida, se separan los óxidos de metal pesado del humo para su reciclaje posterior, pudiéndose utilizar la escoria fundida después de su refrigeración para material de construcción. 40

Un objetivo de la presente invención es proporcionar una planta para tratar residuos mediante pirólisis, que permita que dichos residuos se destruyan completamente, y se forme generalmente CO2 y H2, pudiendo este último producir energía eléctrica limpia que se puede utilizar para automantener la planta o para otros usos ecológicos, como un motor de tracción que utilice motores de hidrógeno, y pilas de combustible.

Otro objetivo es proporcionar una planta del tipo mencionado anteriormente, que permita la producción de 45 gases aprovechables, como H2 puro y CO2, así como su recuperación para otros usos externos a la planta.

Un objetivo adicional es proporcionar una planta que presente unos costes de mantenimiento y de funcionamiento aceptables.

Un objetivo adicional es proporcionar una planta del tipo mencionado anteriormente, que potencialmente no presente ningún impacto ambiental. 50

Este y otros objetivos se alcanzan mediante una planta de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas correspondientes.

Otro objetivo es proporcionar un procedimiento para el tratamiento de los residuos mediante la planta según la invención, presentando dicho procedimiento una eficiencia elevada y un coste de aplicación aceptable.

Este objetivo se alcanza gracias a un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas 55 correspondientes.

La presente invención se pondrá más claramente de manifiesto a partir de los dibujos adjuntos, que se proporcionan a título de ejemplo no limitativo y en los que:

la figura 1 muestra un esquema simplificado de la planta según la invención;

la figura 2 es una vista esquemática de una parte de la planta de la figura 1;

la figura 3 es una vista esquemática de una parte de la planta de la figura 2; 5

la figura 4 es una vista esquemática de otra parte de la planta de la figura 1;

la figura 5 es una vista en planta parcialmente en sección de una forma de realización de la parte de la plata de la figura 3;

la figura 6 es una sección por la línea 6-6 de la figura 5;

la figura 7 muestra una forma de realización de la parte indicada por la referencia A en la figura 1 y las partes 2 10 y 5 de la figura 2;

la figura 8 es una vista ampliada de la parte indicada con la referencia B en la figura 7; y

la figura 9 es una sección por la línea 9-9 de la figura 8.

La planta según la presente invención se basa en la pirólisis a alta temperatura de sustancias orgánicas (sustancias que contienen esencialmente carbono e hidrógeno) con el fin de producir gas H2 muy puro para su utilización 15 como combustible en aparatos como, por ejemplo, generadores de vapor combinados con turbinas de vapor, turbinas de gas combinadas con microturbinas de vapor o pilas de combustible combinadas con microturbinas de vapor; todos ellos destinados a la producción de energía eléctrica que, además de generar energía para los consumos del ciclo, producen un excedente que se utiliza para usos externos a la planta.

Los conceptos esenciales sobre los que se basa esta tecnología son aquellos de una pirólisis limpia y correcta 20 desarrollada a una alta temperatura y controlada con la ayuda de sistemas de control y regulación, preferentemente del tipo de microprocesador. El objetivo es obtener la producción final de un gas de una composición casi completa de hidrógeno (H2) molecular para el uso en pilas de combustible, con la utilización inicial en turbinas de gas con intercambiadores de calor por condensación para producir energía eléctrica y, cuando resulte necesario y se pueda utilizar, agua caliente para uso doméstico o de calefacción, con condensación final de agua pura para su uso en el 25 propio ciclo y de la que se puede utilizar cualquier excedente bien como agua pura (destilada) o en una mezcla con agua potable procedente de plantas de desalinización. La parte inerte presente en el residuo líquido o sólido se funde a temperatura de pirólisis, se vitrifica mediante refrigeración en agua y se extrae como material completamente inerte que se puede utilizar por ejemplo como material de relleno en mezclas para el recubrimiento de carreteras (gracias a su tamaño de partícula, dureza y grado de inerticidad). 30

En su forma más general (véanse las figuras 1 a 4), la planta según la invención comprende un reactor 1 en el que tiene lugar la pirólisis de residuos alimentados en dicho reactor 1 a través de una línea de alimentación 2. Dichos residuos pueden ser sólidos y/o líquidos. Estos últimos provienen de un depósito 3 conectado mediante una bomba u otros medios de alimentación a un elemento 5 en el que convergen el residuo líquido, el residuo sólido procedente de una parte de la planta 7 que se muestra esquemáticamente en la figura 3 y de forma constructiva en las figuras 5 y 6 y 35 se describe a continuación, vapor a alta presión y a alta temperatura dosificado y regulado por un elemento de medición y control 8V que comprende una válvula de control neumático y un caudalímetro (que no se muestra), y el polvo PR. El residuo líquido se evapora mediante el vapor que entra en el elemento 5.

En la parte de la planta 7, el residuo se desintegra en micropartículas hasta un tamaño que permite fácilmente su licuado o presublimado mediante la energía térmica del vapor alimentado en la parte 7 mediante la dosificación con 40 una válvula de control neumático y su cuantificación mediante un caudalímetro controlado por una unidad de control y funcionamiento (que se describe a continuación) que dirige y controla el funcionamiento de la planta. El vapor se alimenta en la parte 7 mediante una unidad de alimentación 8 en proporciones determinadas dependiendo del tipo de residuo que se esté tratando. El residuo tratado de este modo llega al elemento 5, en el que se vaporiza y/o se sublima gracias a la alimentación de vapor a través del elemento de medición y control 8V y, a continuación, se calienta 45 mediante vapor que circula a contracorriente a lo largo de una camisa externa 10 de la línea 2 (véase la figura 7), con el fin de evaporar el líquido y crear una gasificación sustancial de la totalidad del residuo alimentado en la línea 2. A este respecto, gasificación significa la evaporación completa del residuo líquido o el residuo previamente licuado en el interior de la parte de la planta 7 y la sublimación completa del residuo sólido (el que no presenta una fase líquida) microdesintegrado en el vapor presente en la línea 2. Los elementos directa o funcionalmente conectados a la línea 2 50 definen una parte de pretratamiento de planta para el residuo 9.

De este modo, el residuo llega al reactor 1, en una boquilla 12 a la que también llegan una línea de alimentación de oxígeno 13 y una línea de alimentación 15 conectadas a un depósito de hidrógeno 15A que forma parte de la planta o, alternativamente, un depósito 15B de cualquier combustible como gas licuado (GLP) o metano. El

combustible 15B únicamente sirve para la puesta en marcha hasta que se produce el hidrógeno para su alimentación en el depósito 15A; el hidrógeno sobrante del cual se requiere para mantener la pirólisis en la boquilla 12 del reactor 1 (combustión estequiométrica H2 y O2) alimenta la línea de producción de energía eléctrica, bien mediante un generador de vapor y una turbina de vapor, o mediante una turbina de gas y una microturbina de vapor, o pilas de combustión y una microturbina de vapor (que no se muestra). Para algunos tipos de residuos líquidos y/o sólidos, cuando la pirólisis 5 ha empezado ya no resulta necesario el combustible (H2), la pirólisis se mantiene mediante el oxígeno puro solo, que utiliza parte del hidrógeno ya desarrollado en la boquilla 12 del residuo 1. En dicha boquilla 12 (que se muestra en detalle en las figuras 7 a 9 que se describirán a continuación), el residuo experimenta la pirólisis a una temperatura muy elevada, lo que lleva al craqueo de las moléculas orgánicas en moléculas elementales sencillas CO, CO2, H2, etc. del residuo; la fracción inerte producida por la reacción cae debido a la gravedad en la parte inferior 18 del reactor 1 y se 10 vitrifica en agua, desde donde se recoge en un depósito 19 después de pasar a través de un filtro 20 mediante la acción de una bomba 21. Esta última retira a través de una línea 22 cualquier residuo sólido más la vitrificación y el agua de lavado de la parte 18 del reactor 1, los alimenta a través del filtro 20 en el que se separan, y retorna el agua libre de sólidos a la parte 18 del reactor 1. El nivel del agua de lavado y vitrificación se controla y se hace subir hasta un nivel determinado de forma continua por medio de un indicador de nivel 152 mediante agua procedente de una línea de 15 recuperación de agua de la planta 43.

El reactor 1 se encuentra en el interior de un envolvente exterior 23 provisto de un espacio intermedio a través del cual circula agua caliente para recuperar el calor de dicho envolvente; dicho reactor 1 se comunica con dicho envolvente exterior 23 a través de unas aberturas 25 previstas debajo del reactor 1 y reguladas en su ángulo de abertura mediante un dispositivo electromecánico 156 controlado por un sistema de regulación y control 147 que funciona 20 dependiendo de la presión del envolvente 23. Dicho envolvente contiene unos intercambiadores de calor, por ejemplo del tipo de serpentín 26, dispuestos en varias columnas interiores y con una columna encajada en el interior del envolvente 23 para producir un vapor sobrecalentado a una presión elevada por el paso a lo largo de su superficie de gas caliente desde el reactor. Una parte de este vapor se alimenta a la unidad de alimentación 8 y al elemento 8V de la figura 3 y la figura 2, a la camisa 10 de la línea 2, y a una línea catalizadora 160. Tal como se describe a continuación, 25 este vapor se dosifica y se mide mediante la válvula de control y funcionamiento y el caudalímetro (regulado y controlado por la unidad de funcionamiento y control de la planta). El vapor también se alimenta a una línea de refrigeración 35A para la boquilla 12, una vez más dosificado y controlado mediante una válvula y un caudalímetro controlado por la unidad de control y, finalmente, el excedente de vapor se alimenta mediante una válvula y un caudalímetro controlados por la unidad de control a un intercambiador de calor 243 de una línea de separación de gas 40 que se muestra en la 30 figura 4. El gas producido por el reactor se extrae del envolvente 23 a través de una línea 30 y se transfiere a un intercambiador de calor 31, por ejemplo, del tipo de haz tubular.

En dicho intercambiador de calor, el gas experimenta una refrigeración violenta y se alimenta a una parte de la planta de reciclaje de gas 33, en la que se prevé un ventilador accionado mediante un motor de velocidad variable 34 para alimentar este gas de pirólisis a una línea 35. Esta línea prevé dos ramales 35A y 35B, en cuyo interior se conectan 35 unos caudalímetros 35K y unas válvulas de dosificación 38 accionadas y controladas por la unidad de control y regulación para controlar la cantidad de gas producido por pirólisis que va a recircular a través del reactor 1 y que se debe alimentar a la línea 40 mencionada anteriormente de la figura 4 para las etapas de enriquecimiento y separación del gas; por ejemplo, las válvulas 38 son del tipo de válvula de control neumático. Los dos ramales de la línea 35 se conectan respectivamente a la parte exterior de la boquilla 12 (para crear aquí una turbulencia entre los fluidos que 40 llegan) y la línea de separación de gas 40 que se muestra en la figura 4. Desde esta línea, a través de varios reactores e intercambiadores de calor que se describen a continuación, se obtienen dióxido de carbono (CO2), hidrógeno molecular (H2) y agua, siendo esta última retornada, mezclada con los distintos vapores de agua de lavado y refrigeración, a la planta a través de dicha línea 43. Cualquier material en polvo presente en el fluido de la línea 40 se recicla y alcanza el elemento 5 (donde se indica mediante la referencia PR) y el reactor 1, donde se hace inerte y se vitrifica. 45

A continuación, se analizará la parte de pretratamiento de residuos 9 con mayor detalle. Tal como se ha mencionado, dicha parte comprende la parte 7, en la que se microdesintegra y se mezcla el residuo sólido con el vapor a alta presión y a alta temperatura procedente del serpentín 26. Haciendo referencia a las figuras 3, 5 y 6, se muestra la parte 7 que comprende un contenedor 70, en el que se recoge el residuo sólido. Este último se alimenta en una tolva 71 en la que se dispone un mezclador 72, accionado por su propio motor eléctrico 73. Dicha tolva prevé en su parte inferior 50 un tornillo de dosificación 74 (que se muestra de forma esquemática en la figura 3 como coaxial con la tolva, pero en realidad está dispuesto según se muestra en la figura 5) que acaba con un extremo troncocónico 75, por medio del cual se presiona el residuo R y se dirige hacia una primera unidad de desintegración 76 provista de un elemento de desintegración 77 (por ejemplo definido por las hojas de desintegración en movimiento) y un elemento de transporte 78 definido por ejemplo mediante un tornillo. El elemento 78 conduce al residuo (mediante una parte troncocónica 76A), 55 sometido a una primera desintegración, hacia una segunda unidad de desintegración 80 provista de un elemento de desintegración 81 y de un elemento de transporte 82 similares en su totalidad a dichos elementos 77 y 78. El elemento de transporte 82 conduce al residuo ahora finamente desintegrado (o mejor, microdesintegrado) hacia una zona de distribución 84 de la segunda unidad de desintegración, en la que está previsto un contenedor 85 cuyo eje longitudinal W es perpendicular al eje T de la unidad 80, y actúa como un elemento de "rebosadero" o elemento de distribución para el 60 residuo microdesintegrado. Dicho contenedor comprende un pistón 87 dispuesto sobre su contenido y que presiona el residuo con una presión obtenida alimentando aire sobre dicho pistón a través de un conducto adecuado 80. Se dispone un elemento de purgado regulable 91 en la parte superior cerrada 92 del contenedor 85 (donde se conecta el conducto

90) y permite la regulación de la presión del contenedor. En el ejemplo, el pistón 87 se asocia con un vástago 95 que emerge de la parte superior 92 y coopera con un detector de proximidad 96 dispuesto en un soporte 97 (codificador o medidor de posición) fijado a dicha parte superior. De acuerdo con la posición relativa del vástago 95, dicho detector genera una señal de proximidad dirigida hacia una unidad de control 100 (unidad de tratamiento de datos para la gestión y el control de la totalidad de los procesos descritos en el presente texto), preferentemente un elemento 5 microprocesador y una interfaz lógica programada, que controle la totalidad de la planta y accione cada elemento móvil (motor, válvula, caudalímetros, u otros) presentes en la misma. De acuerdo con la posición del vástago (o del pistón 87 en el interior del contenedor 85), la unidad 100 controla la velocidad de los motores reductores 73 y de los motores 74A del tornillo 74, 78A del elemento 78 y 82A del elemento 82 de la parte de la planta 7. De esta manera, se controla la cantidad de residuo alimentado al reactor 1 para evitar un exceso de residuo en este último. 10

La zona de distribución 84 está conectada, mediante un conducto 101 que sale de una parte troncocónica 80A, a un elemento de transporte adicional 102 insertado en una unidad de transferencia 103 (provista de su propio motor reductor 102A también controlado por la unidad 100) que está conectado a la unidad de recepción de residuo 5 a la que transfiere el residuo microdesintegrado licuado o presublimado por el vapor alimentado en la unidad de desintegración 76. Se deberá observar que el vacío (indicado mediante la referencia X en la figura 3) se aplica preferentemente a la 15 primera unidad de desintegración 76. Se consigue con una bomba del tipo utilizado normalmente (que no se representa) y mediante la formación de “conexiones” en la salida de esta unidad y en el extremo 75 de la tolva 71 provocado por la acumulación de residuo en dichas partes. Se inyecta vapor en los dos conos 75 y 76A de la figura 5 a través de los conductos 8W mediante la unidad de alimentación 8 que se muestra en la figura 3, con el fin de ablandar y calentar el residuo, para provocar su flujo y facilitar la microdesintegración. 20

El residuo en la sección 7 también se calienta mediante el vapor que fluye a través de una pared doble dispuesta en los tornillos 78, 82, 102, y mediante el agua caliente en el espacio intermedio entre el tornillo 74.

Tal como se menciona, el residuo líquido también alcanza el elemento 5 a través de un conducto 110 en el que están conectados la bomba 4, una válvula de seguridad neumática normalmente cerrada 111, una válvula de retención 112 y un caudalímetro 111K, este último mediante la unidad 100, controlando el caudal de la bomba 4 bajo el control de 25 un inversor electrónico (que no se representa). También se prevé otra válvula unidireccional 113 en la línea 2, para evitar que el residuo retorne del reactor 1 al elemento 5 debido a un exceso de presión presente en dicho reactor. A lo largo de esta línea también se prevé una válvula de seguridad normalmente cerrada accionada mediante resorte 114 para cualquier sobrepresión, una válvula de dosificación 115 accionada y controlada por la unidad 100 y dispositivos de temperatura y dosificación de presión para el fluido de la línea 2, indicados con las referencias 118 y 119 30 respectivamente.

Tal como se ha mencionado, la línea 2 también presenta una camisa 10 a través de la cual circula el vapor que se origina en el serpentín 26. Este vapor eleva la temperatura del fluido (vapor con residuo líquido evaporado y residuo sólido microdesintegrado) que fluye a través de la línea 2 hacia el reactor 1. Debido a que esta línea se define mediante varios segmentos unidos entre sí por unas bridas F, están previstas unas líneas de derivación 120 para la camisa 10 35 alrededor de dichas bridas.

La figura 7 también muestra un conducto 8Z conectado al elemento 8V para alimentar vapor en la línea 2 (descrita en su totalidad con anterioridad) y conductos 122 para alimentar vapor en la camisa 10.

La línea 2 está conectada a una conducción 125 múltiple que presenta una sección central S1 y secciones anulares concéntricas S2, S3 y S4, que se pueden apreciar en las figuras 7 y 8. Estas secciones están conectadas 40 respectivamente a la línea 2, a la línea de alimentación de oxígeno 13, a la línea de alimentación de hidrógeno o de combustible 15, a una línea 201 que lleva el vapor de refrigeración para la boquilla 12 y al ramal 35A de la línea 35 que lleva el gas de recirculación al reactor 1. Ventajosamente, este gas crea turbulencias entre los otros fluidos que salen de la boquilla 12 para, de este modo, permitir la pirólisis completa del residuo alimentado en el reactor. Próxima a la pared exterior 126 de la conducción 125, está prevista una cámara anular 127 a través de la que recircula el gas producido por 45 dicha pirólisis.

Se deberá observar que, en correspondencia con las partes finales de las distintas secciones de la conducción 125 definida por las paredes cilíndricas 125A, 125B, 125C y por la pared exterior 126, están previstas unas aberturas muy finas 128 a través de las cuales pasan los distintos fluidos que se originan en las secciones S2, S3 y S4, incluso aunque la sección S2 esté conectada directamente a la sección S1 a través de una serie de aberturas 130 provistas en 50 el extremo de la conducción 125A para la alimentación de O2 directamente en el residuo pregasificado. Dichas aberturas 130 preferentemente están inclinadas y realizadas con boquillas intercambiables que presentan orificios con distintos diámetros, de manera que se provoque la salida del oxígeno a una velocidad sónica para crear turbulencias en el fluido que contiene el residuo pregasificado; dichas aberturas 128, que conducen a una parte del O2, el combustible y el vapor de refrigeración a la boquilla 12, se forman, por ejemplo, como cortes que presentan hélices a la derecha o a la 55 izquierda, de manera que ensanchen la llama y creen la turbulencia máxima en la parte interior de la boquilla 12 donde tiene lugar la pirólisis a una temperatura muy elevada.

Además, tal como se muestra en las figuras 7 y 8, la sección (principal) S1 a través de la cual llega el fluido que contiene el residuo “gasificado” se puede cerrar mediante un elemento de cierre 131 que se puede desplazar en el

interior de dicha sección. Dicho elemento 131 se soporta mediante un extremo 132A de un vástago 132, cuyo otro extremo 132B se sujeta a un elemento accionador 133 (neumático, mecánico o eléctrico) para poder desplazarse de un modo guiado en la sección S1. Dicho extremo 132A lleva un disco 134 en el que se acciona un resorte 135 insertado en una cámara 136 en cuyo interior se desplaza el disco, entre esta última y una cara extrema de la cámara 136A a través de la que pasa el vástago 132. El elemento de cierre puede cooperar con un borde saliente 200 formado en el interior de 5 la sección S1.

La boquilla 12 prevé unas aletas 12A que la separan de la pared 1A del reactor 1 y que permiten la recirculación del gas producido por la pirólisis del residuo.

Las distintas secciones S2, S3, S4 se conectan a las respectivas líneas 13, 15 y 201, tal como se muestra en la figura 7. 10

Las líneas 13 y 15 son similares conceptualmente: ambas están conectadas, por ejemplo, a unos depósitos de gas (respectivamente oxígeno (gaseoso o líquido) 13K e hidrógeno 15K o gas metano o gas propano licuado 15B) y presentan una pluralidad de válvulas normalmente cerradas 13V y 15V, válvulas de retención 13N y 15N, válvulas de dosificación 13D y 15D y caudalímetros de caudal másico 13M y 15M. De forma alternativa, el oxígeno puro se obtiene a partir de una unidad autónoma alimentada con energía eléctrica producida por la planta. 15

Tal como se ha indicado, están previstos otros elementos de válvula en los ramales 35A y 35B de la línea 35, así como una válvula de control 139 en una línea de derivación 137 en la parte de la planta 33 que conecta respectivamente el conducto de entrada 137A al ventilador 34 y el conducto de salida 137B del mismo. Dicho conducto 137B está conectado a la línea 35 y está previsto un detector de presión 140 en su punto de conexión. Están previstos unos detectores de presión similares en la parte inferior del reactor 1 (detector 141), en la parte superior del envolvente 20 23 (detector 142) y en la parte inferior del mismo (detector 143).

Asimismo, están previstos unos detectores de temperatura, específicamente 145 y 146, dispuestos respectivamente en la parte superior del envolvente 23 y del reactor 1, 147 y 148 dispuestos en la parte inferior de este último y del envolvente 23 y 146C para la medición de la temperatura del propio envolvente. Se disponen otros detectores de temperatura 150 y 151 en los dos extremos del intercambiador de calor 31. 25

Todos estos detectores y válvulas se controlan mediante la unidad 100.

El indicador de nivel 152 está conectado a la parte inferior 18 del reactor 1, al que también se conecta el accionador mecánico de control lineal 156 que regula el ángulo de abertura de los pasos 25 (controlado por la unidad 100).

Tal como se ha mencionado, el gas de pirólisis que sale del envolvente 23 pasa a través de la línea 30. 30 También llegan hasta aquí el vapor de catálisis de una línea 160 (controlado y dosificado de forma adecuada mediante una válvula de control y un caudalímetro controlados por la unidad 100), más el vapor de la línea de serpentín 26; el agua caliente pasa a través de un espacio intermedio (que no se muestra) del envolvente 23, presente a lo largo de la pared del reactor 1, con el fin de refrigerar dicha pared.

Volviendo a la línea 30, tal como se ha mencionado, ésta termina en el intercambiador de calor 31, en cuya 35 salida está prevista la parte de la planta 33; desde la salida de esta última se alimenta por lo menos parcialmente el gas de pirólisis a la línea de separación 40 que se muestra con mayor detalle, pero de forma esquemática, en la figura 4. Haciendo referencia a dicha figura, la línea 40 comprende una pluralidad de convertidores catalíticos 240 (dos en la figura 4) conectados en serie. Su función es oxidar el monóxido de carbono a dióxido de carbono (CO → CO2) presente en el gas o fluido que se origina en el reactor 1, incrementando de este modo la temperatura del mismo. Está prevista 40 una unidad de filtrado 241 en serie con los convertidores 240, para el filtrado y la retención del material en polvo presente en el fluido que se origina en el reactor; dicha unidad 241 está conectada a un elemento de recirculación 242 para el polvo retenido, y 242A para el polvo dosificado para la pirólisis, que se retornan al ciclo en el elemento 5 (e indicado con la referencia PR en la figura 2).

La unidad 241 va seguida por un intercambiador de calor 243 y, seguidamente, una unidad de templado 244 45 que comprende una unidad de depuración, purificación y refrigeración 245 para el gas de pirólisis y una unidad de separación de gotas 246 para recuperar el agua presente en el fluido que se origina del reactor. A continuación, se retorna el agua al reactor 1 a través de la línea 43.

La línea 40 también comprende, aguas abajo de la unidad 244, un concentrador 247 que comprende, en el ejemplo de la figura 4, una unidad 248 para enriquecer la mezcla CO2-H2 que sigue presente en el fluido que se origina 50 en la unidad 244. El dióxido de carbono también se absorbe en la unidad 248 mediante un disolvente conocido adecuado. Aguas abajo de la unidad 248 está prevista una unidad 250 para la depuración del gas H2 enriquecido y retirar los residuos del disolvente utilizado en la unidad 248. El agua de depuración se recicla a la línea 43. De este modo, se puede obtener el H2 gaseoso de la unidad 250 para la compresión mediante un compresor 250A en el depósito 15A, del cual fluye la parte alimentada a través de la línea 15 para la pirólisis y la parte de exceso utilizada para varios 55 usos, por ejemplo, para pilas de combustible para producir energía eléctrica para el funcionamiento de la planta, siendo vendido cualquier excedente.

Finalmente, la unidad 248 se conecta a un depósito de almacenaje de disolvente 248S a través de la línea 254A. Se hace recircular el disolvente a la unidad 248 mediante una bomba u otro dispositivo 254P a través de la línea 254B, el disolvente cargado de CO2 retorna al depósito 248S a través de una línea 254A; una bomba 253 retira dicho disolvente cargado de CO2 del deposito 248S y lo alimenta a una columna de destilación 251 a través de la línea 253A, en la que el aire a contracorriente procedente de un ventilador 255 que pasa a través de una línea 256 retira el CO2 del 5 disolvente y lo descarga con el aire a través de la ventilación 257; el disolvente purificado retorna al depósito 248S a través de la línea 253B.

El concentrador 247 mencionado anteriormente puede comprender alternativamente una unidad de enriquecimiento de mezcla CO2-H2 con una compresión de la mezcla para la separación mediante una membrana, una unidad para la congelación del CO2 y su separación del H2 residual, cargándolo posteriormente en cilindros para su uso 10 industrial, y una unidad para la depuración del gas de H2 enriquecido y la retirada de los residuos mezclados y el reciclaje del agua en agua complementaria, para obtener potencialmente H2 puro.

De este modo, resumiendo, se alimenta la planta del siguiente modo:

a) la materia prima (el residuo) que, en el caso de residuo sólido, previamente se debe desintegrar; el residuo líquido no precisa pretratamiento, 15

b) oxígeno puro, bien obtenido del aire mediante una unidad autónoma accionada con energía eléctrica producida en la propia planta, o tomado de un contenedor adecuado,

c) agua pura destilada o desmineralizada que, después de su puesta en marcha, se origina a partir del agua recuperada por condensación en la unidad de producción de energía eléctrica.

El residuo a) produce el combustible (junto con la línea 15), el oxígeno b) es el soporte de combustión y el agua 20 c) es el agente oxidante.

La planta proporciona:

a) energía eléctrica y térmica

b) inertes vitrificados

c) excedente de agua pura 25

d) dióxido carbónico (CO2)

En su función primaria, la planta permite la eliminación del residuo sólido y líquido de origen orgánico (casi la totalidad del residuo existente), sin contaminación, al mismo tiempo que permite la producción de energía eléctrica limpia a partir de materiales de residuos. El residuo se elimina sin contaminación debido a que los residuos son energía eléctrica, agua pura sin sales e inertes vitrificados, siendo vertido a la atmósfera únicamente el dióxido de carbono; en el 30 caso del mayores prestaciones el CO2 también se recupera, para su uso en las industrias plásticas, soldadura, etc.

Por lo tanto, el resultado final en el caso de mayores prestaciones es transformar lo que únicamente es residuo para su eliminación (residuo más o menos voluminoso y nocivo) en energía eléctrica como una fuente renovable y limpia, inertes útiles (por ejemplo para recubrimientos de carreteras) y CO2 para usos industriales.

Todo esto se consigue con una planta concebida de acuerdo con unas interacciones químicas y físicas de alta 35 energía y con una configuración original desde el punto de vista de la tecnología, el funcionamiento y la manipulación.

A continuación, se describe de forma resumida la planta según la invención, en términos de componentes innovadores. Tal como se describe, la planta comprende:

1. Una unidad para la alimentación del material en la cámara del reactor de pirólisis de alta temperatura.

2. Una unidad para la producción de alta temperatura, vapor a alta presión con recuperación de energía térmica 40 del gas de pirólisis.

3. Un elemento de pirólisis a alta temperatura con unas prestaciones muy elevadas y rendimientos casi estequiométricos.

4. Un elemento para controlar, mezclar y crear turbulencias de los gases en el proceso pirolítico.

5. Un elemento para la resolidificación, vitrificación y separación de la escoria inerte. 45

6. Convertidores para convertir CO en CO2.

7. Un elemento de filtrado de polvos, recirculación de polvos y dosificación de materiales en polvo para producir inertes vitrificados.

8. Una unidad de depuración y refrigeración del gas de pirólisis.

9. Una unidad de enriquecimiento de la mezcla para la producción de H2 y la separación de CO2.

10. Una unidad para la recirculación y la dosificación de los materiales en polvo para su solidificación y para eliminar contaminantes del gas.

11. Una unidad para la producción de energía eléctrica para el propio consumo y para la alimentación externa. 5

12. Una unidad para la condensación y la recuperación de H2O para su recirculación a la planta y para el uso del excedente bien como agua destilada, o para su adición a agua desalinizada en plantas de desalinización de agua del mar.

13. Sistemas y unidades para la producción de O2 primario.

Se ha descrito una forma de realización específica de la invención. Son posibles otras formas que estarán 10 comprendidas dentro del alcance de la presente memoria.

Claims (26)

1. REIVINDICACIONES

   1. Planta para el tratamiento de residuo sólido y/o líquido, que comprende un entorno o reactor (1) en el que el residuo (R) se somete a tratamiento de pirólisis, siendo dicho residuo (R) alimentado al reactor (1) por unos medios de alimentación (2), estando previstos unos medios (19, 40) para recuperar y/o tratar los productos sólidos, líquidos y gaseosos que proceden de dicho tratamiento de residuo de pirólisis y estando conectados a dicho reactor (1), 5 comprendiendo dichos medios de alimentación (2) unos medios de microdesintegración (76, 80) y unos medios de pregasificado (2, 5) para transformar el residuo líquido en la fase gaseosa y el residuo sólido en vapor o en fase gaseosa con anterioridad a su introducción en el reactor (1), con el fin de que la totalidad de la masa de residuo se pueda someter al tratamiento de pirólisis térmica con su consiguiente destrucción completa, comprendiendo los medios de microdesintegración y de pregasificación un elemento de recepción (5) dispuesto para recibir el residuo líquido de un 10 conducto de alimentación (110) y para recibir el residuo sólido ya microdesintegrado en el interior de una parte de la planta (7) que presenta los medios de microdesintegración (76, 80), recibiendo el elemento de recepción también vapor a alta presión y a alta temperatura, siendo transferido el residuo desde dicho elemento (5) al reactor (1), comprendiendo los medios de alimentación una línea (2) conectada al elemento de recepción (5) para el residuo pregasificado y microdesintegrado para la alimentación del residuo pregasificado al reactor (1), estando conectada la línea de 15 alimentación (2) a un alimentador de vapor de alta presión y alta temperatura (8V) para la gasificación del residuo de entrada, caracterizada porque la línea (2) prevé un espacio intermedio perimétrico o camisa (10) a través del cual circula el vapor a contracorriente a alta presión y a alta temperatura, para mejorar la gasificación del residuo.
2. 2. Planta según la reivindicación 1, caracterizada porque los medios de microdesintegración comprenden por lo menos una unidad de desintegración (76, 80) que presenta un elemento de desintegración (77, 81), que recibe el 20 residuo mezclado con vapor alimentado mediante una unidad adecuada (8), un elemento de alimentación (74, 78) y un elemento transportador (78, 82) que transfiere el residuo microdesintegrado a una salida prevista en una parte inclinada (76A, 80A), recibiendo dicha unidad de desintegración (76, 80) vapor a alta presión y a alta temperatura, estando conectado un elemento de alimentación de vapor (8) a la unidad de desintegración (76, 80).
3. 3. Planta según la reivindicación 2, caracterizada porque los medios (8, 8V) están previstos para la 25 dosificación del vapor alimentado en la unidad de desintegración (76, 80) y alimentado en la línea de alimentación (2) y el espacio intermedio perimétrico o camisa (10) de dicha línea.
4. 4. Planta según la reivindicación 1, caracterizada porque la línea de alimentación (2) fluye en una conducción múltiple (125) que presenta diferentes secciones (S1, S2, S2, S4) que fluyen en una boquilla (12) y que están conectadas respectivamente a dicha línea (2), a una línea de alimentación de combustible (15), a una línea de 30 alimentación de soporte de combustión (13), a una línea de alimentación de vapor a alta presión y a alta temperatura (201) para la refrigeración de la boquilla (12), y a un conducto (35A) que hace recircular el gas pirolítico para crear turbulencias en los fluidos que salen de la boquilla (12).
5. 5. Planta según la reivindicación 4, caracterizada porque está previsto un elemento de cierre controlado (131) en dicha sección (S1) de la conducción múltiple (125) conectada a la línea de alimentación de residuo (2) con el fin 35 de regular el flujo del residuo al reactor (1) hasta que interrumpe dicho flujo cuando coopera con un asiento (200) previsto en la pared (125A) que define dicha sección (S1).
6. 6. Planta según la reivindicación 4, caracterizada porque el residuo en polvo reciclado de otras partes de la planta también llega a la boquilla (12) procedente de otras partes (242, 242D) de la planta, a través del conducto (35A).
7. 7. Planta según la reivindicación 4, caracterizada porque la boquilla (12) presenta unas aletas exteriores 40 (12A).
8. 8. Planta según la reivindicación 4, caracterizada porque la línea de alimentación de soporte (13) está conectada a una fuente de oxígeno (13K).
9. 9. Planta según la reivindicación 4, caracterizada porque la línea de alimentación de combustible (15) está conectada a un depósito de hidrógeno (15A) o a un gas combustible (metano o GLP) (15B). 45
10. 10. Planta según la reivindicación 4, caracterizada porque las líneas de alimentación de combustible y de soporte de combustión (13, 15) conectadas a la conducción múltiple (125) comprenden unas válvulas de dosificación (13D, 15D) y otros elementos de válvula (13V, 15V) controlados por los medios de control de la planta (100), estando conectados estos últimos también a unos detectores de presión y temperatura (119, 118), a unos elementos de válvula (114, 115) y a un caudalímetro (111 K) dispuesto en la línea de alimentación de residuo (2) o conectado a la misma. 50
11. 11. Planta según la reivindicación 2, caracterizada porque el elemento de desintegración (77, 78) comprende una pluralidad de hojas de desintegración móviles.
12. 12. Planta según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque comprende por lo menos dos unidades de desintegración (76, 80) conectadas en cascada, recibiendo la primera (76) el residuo sólido que se va a microdesintegrar a través de un alimentador de husillo (74) al cual llega el residuo procedente de una tolva (70) preferentemente provista 55 de un mezclador (72), alimentando la segunda unidad de desintegración (80) el residuo microdesintegrado al elemento de recepción (5).
13. 13. Planta según la reivindicación 12, caracterizada porque entre el elemento de recepción (5) y la segunda unidad de desintegración (80) está prevista una unidad de transferencia (103), siendo dichas unidades perpendiculares entre sí, estando dispuesta también la segunda unidad de desintegración (80) perpendicular a la primera unidad (76).
14. 14. Planta según la reivindicación 2, caracterizada porque la unidad de desintegración (80) comprende unos medios de regulación (85, 87, 95, 96) que controlan el flujo del residuo microdesintegrado al elemento de recepción (5). 5
15. 15. Planta según la reivindicación 2, caracterizada porque los medios de regulación comprenden un contenedor (85) dispuesto con su eje longitudinal (W) perpendicular al eje longitudinal (T) de la unidad de desintegración (80), estando previstos unos medios (87, 95, 96) en dicho contenedor para medir la cantidad de residuo que ha entrado y que se ha recogido en el contenedor con anterioridad a su salida de la parte inclinada (80A) de la unidad de desintegración (80) hacia el elemento de recepción (5), estando conectados dichos medios de medición (87, 95, 96) a 10 unos medios de control de la planta (100) que, de acuerdo con la cantidad de residuo presente en el contenedor (85), controlan el caudal de flujo del residuo al reactor (1) y controlan cada elemento móvil controlado presente en la planta, para permitir que tenga lugar el tratamiento de pirólisis en el residuo.
16. 16. Planta según la reivindicación 15, caracterizada porque los medios de medición son un pistón (87) que se puede mover en el contenedor (85) bajo la acción del residuo (R) y contra una fuerza de resistencia, estando conectado 15 dicho pistón (87) a un vástago (95) que se puede mover delante de un detector de proximidad (96) conectado a los medios de control de la planta (100).
17. 17. Planta según la reivindicación 16, caracterizada porque la fuerza de resistencia es un fluido a presión, preferentemente aire, pudiéndose regular dicha presión.
18. 18. Planta según la reivindicación 16, caracterizada porque los medios de control de la planta (100) 20 comprenden una unidad microprocesadora.
19. 19. Planta según la reivindicación 2, caracterizada porque se crea un vacío en la unidad de desintegración (76, 80).
20. 20. Planta según la reivindicación 1, caracterizada porque el reactor (1) está dispuesto en un contenedor o envolvente (23) en el que están previstos los intercambiadores de calor (26) para la producción de vapor a alta 25 temperatura y a alta presión, que también se utilizarán en los medios de alimentación (2), estando recubiertos dichos intercambiadores de calor por los productos gaseosos que derivan de la pirólisis del residuo.
21. 21. Planta según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende un elemento de refrigeración de gas (31) y unas válvulas de control (38, 139) para separar el gas obtenido por la reacción de pirólisis del residuo en el reactor, estando conectado dicho elemento a una parte de planta (33) dispuesta para recircular dichos fluidos a través 30 de la planta, a dicha parte conectada a una línea (35) que comprende dos ramales (35A, 35B), un primer ramal (35A) dirigido al reactor (1) y un segundo ramal (35B) dirigido a una línea de separación (40) para el gas de reacción producido.
22. 22. Planta según la reivindicación 21, caracterizada porque la línea de separación (40) comprende unos convertidores catalíticos (240), una unidad de filtrado (241) para recuperar cualquier polvo presente en el fluido de 35 tránsito, una unidad de templado (244) y un concentrador (247) para permitir que el CO2 y el H2 presentes en dicho fluido se separen y posiblemente se recuperen.
23. 23. Procedimiento para tratar residuos mediante pirólisis en una planta, según una o más de las reivindicaciones anteriores, siendo microdesintegrado el residuo con anterioridad a su alimentación a un reactor (1) en el que tiene lugar la pirólisis, siendo microdesintegrados los residuos pregasificados con anterioridad a su alimentación al 40 reactor (1), es decir, que la parte líquida de dicho residuo se transforma en la fase gaseosa y la parte sólida microdesintegrada se alimenta con vapor a alta temperatura y a alta presión para licuarla y, a continuación, evaporarla o sublimarla con anterioridad a que el residuo entre en el reactor (1), siendo alimentados dichos residuos líquidos microdesintegrados y evaporados a una línea de alimentación (2) en la que circula el vapor a alta presión y a alta temperatura, elevando dicho vapor la temperatura del residuo sólido microdesintegrado y el residuo líquido evaporado, 45 de manera que se gasifique en su totalidad el residuo antes de que lleguen al reactor, caracterizado porque se obtiene un calentamiento adicional calentando la parte exterior de la línea de alimentación (2), cuando se desplaza dicho residuo, por medio de un flujo a contracorriente de vapor a alta presión y a alta temperatura, fluyendo este último en un espacio intermedio perimétrico o camisa (10) de dicha línea de alimentación (2).
24. 24. Procedimiento según la reivindicación 23, caracterizado porque el vapor que fluye en la línea de 50 alimentación (2) y en el espacio intermedio perimétrico o camisa (10) proviene del reactor (1).
25. 25. Procedimiento según la reivindicación 23, caracterizado porque el vapor también se introduce en el residuo durante su microdesintegración.
26. 26. Procedimiento según la reivindicación 25, caracterizado porque el vapor alimentado al residuo, la línea de alimentación (2) y la camisa (10) de esta última se dosifican y se miden. 55