ES2418852B1

ES2418852B1 - Procedimiento para la utilización de residuos de recuperación de celulosa como combustible en la industria del cemento, y módulo de secado para llevar a cabo dicho procedimiento

Info

Publication number: ES2418852B1
Application number: ES201230040A
Authority: ES
Inventors: Juan M�NGUEZ LOPEZ
Original assignee: Montajes E Ingenieria Del Cemento S A; MONTAJES E INGENIERIA DEL CEMENTO SA
Current assignee: Montajes E Ingenieria Del Cemento S A; MONTAJES E INGENIERIA DEL CEMENTO SA
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2032-01-13
Also published as: ES2418852A1; WO2013104816A1

Abstract

Procedimiento para la utilización de residuos de recuperación de celulosa como combustible en la industria del cemento, y módulo de secado para llevar a cabo dicho procedimiento, comprendiendo el secado del material a humedad menor del 10% y su extrusionado para mantener su integridad, aprovechando para dicho secado los calores residuales de la propia cementera, preferentemente, los procedentes de los gases de escape de los enfriadores. El módulo de secado comprende un armario (1) con entradas (2) de gas caliente arriba y tubuladuras de salida (11) abajo, en el que hay múltiples cintas transportadoras (5) a distintos niveles que hacen descender el material manteniéndolo expuesto al influjo de los gases. Una banda pesadora (7), dosifica el material en un extrusor (9) con placa perforada que lo transforma en pequeños cilindros, deposit�ndolo sobre la cinta transportadora (5) situada en la parte superior del armario (1).

Description

Procedimiento para la utilización de residuos de recuperación de celulosa como combustible en la industria del cemento, y módulo de secado para llevar a cabo dicho procedimiento

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un procedimiento para la utilización de residuos de recuperación de celulosa como combustible en la industria del cemento, y a un módulo de secado para llevar a cabo dicho procedimiento.

M�s en particular, la invención se centra, por una parte, en un procedimiento que tiene por objeto someter los residuos obtenidos en los procesos de recuperación de celulosa a partir de papel usado, a un tratamiento de secado que los hace aptos para poder ser utilizados como combustible complementario en un horno de producción de clinker de cemento, siendo un segundo aspecto de la invención el desarrollo de un módulo de secado o secadero especialmente diseñado para hacer posible dicho procedimiento de forma optimizada.

CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector técnico de la industria cementera, abarcando además el ámbito del aprovechamiento de residuos para ser utilizados como combustible.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad, y como referencia al estado de la técnica, debe señalarse que, al ser la industria de la recuperación de papel usado una técnica relativamente reciente, y por las especiales características del material residual que aprovecha esta invención, por parte del solicitante se desconoce la existencia de ningún otro procedimiento

o módulo de aplicación similar, ni ninguna otra invención, que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que presentan el procedimiento y módulo que aquí se preconizan, y cuyos detalles caracterizadores se encuentran convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva.

EXPLICACI�N DE LA INVENCIÓN

De forma concreta, lo que la invención propone, como ya se ha apuntado anteriormente, es un procedimiento para adecuar los residuos de los procesos de recuperación de celulosa, de forma que puedan ser utilizados en la industria cementera como combustible complementario en un horno de producción de clinker, que como es sabido, est� formado a partir de piedra caliza y constituye la principal materia prima con la que se obtiene el cemento, para lo cual es sometido a un proceso de cocción, a partir del cual puede ser utilizado por las industrias que lo someterán a una trituración laboriosa de la que se obtiene el cemento.

Por su parte, el residuo de celulosa es una mezcla con una composición aproximada de un 53% de fibras celulósicas y un 47% de carbonato cálcico, procedente de las cargas del papel tratado para la recuperación de la celulosa.

En líneas generales, el tratamiento del papel usado consiste en su disgregaci�n con agua, decoloración y clasificación de las fibras de mayor tamaño, quedando un residuos de pequeñas fibras y las cargas minerales, las cuales son filtradas y el agua recuperada para tratarla antes de su eliminación, tratamiento que no puede realizarse con el material que resulta del filtrado anterior.

Queda, pues, un residuo no separable de los componentes anteriormente indicados, con una humedad residuos de entre el 60 y 65%, dependiendo del tipo de filtro empleado, y que es de difícil gestión.

El aspecto de dicho residuos, es decir, del material obtenido en el antedicho proceso de recuperación de celulosa, es fibroso, no pegajoso, aunque de fácil aglomeración, formando grandes grumos, pero sin pegarse. Tiene un color, en húmedo, verdoso y tiene un liger�simo olor, no desagradable, debido a restos de los productos químicos del tratamiento.

Adem�s, los análisis químicos del mismo no detectan ningún producto tóxico, por lo que es un material susceptible de manejo sin especiales medidas de precaución.

Su densidad aparente es del orden de 450Kg/m3 en húmedo, bajando en seco a 320 Kg/m3.

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Conviene señalar que, si el material se maneja en húmedo, el carbonato cálcico presente en él se mantiene adherido y no produce polvo, pero en seco, parte de dicho carbonato se desprende, produciendo polvo, por lo que su manejo y transporte debe ser en ambientes cerrados.

El contenido celulósico de este residuo es un excelente combustible, pero el segundo componente del mismo, el carbonato cálcico, impurificar� el material o recinto a calentar, por lo que su utilización estar� limitada a que sea posible absorberlo, circunstancia que se da en la fabricación de clinker, dado que uno de sus componentes mayoritarios es, precisamente, el carbonato cálcico.

Sin embargo, para poder ser utilizado como combustible en un horno cementero, su humedad debe ser reducida a menos del 10%, para que en contacto con la llama del quemador del horno, arda sin producir un enfriamiento ni un aumento del consumo calorífico, siendo el principal objetivo de la presente invención el desarrollo del procedimiento que permite llevar la eliminación de dicha humedad del residuo utilizado, haciendo que el material obtenido resulte apto para dicho tipo de hornos.

Se debe considerar que exista en la fábrica de cemento el suficiente calor residual para que el secado del residuo no sea oneroso y su aplicación resulte rentable, es decir, que se pueda producir un ahorro del combustible convencional que utiliza el horno, carbón, fuel-oil o gas natural.

As� pues, la invención se centra en el proceso de secado del residuo celulósico descrito, para poder ser quemado, siendo su aplicación en la industria del cemento idónea para ello porque presenta las siguientes ventajas:

-: Se recupera el calor latente de la celulosa.

-: Se absorbe el carbonato cálcico en el proceso.

-: No se producen más residuos que la formación del CO2 de la combustión de la celulosa y de la descomposición del carbonato cálcico, residuos ambos complementarios del proceso del horno.

-: Se elimina un residuo molesto y difícil de tratar.

-: Parte del residuo de la combustión procede de materiales renovables (celulosa).

-: Se produce un sustancial ahorro de combustibles no renovables, como carbón, gas oil o gas natural.

-: Se reduce, en parte, la necesidad de carbonato cálcico para el proceso de fabricación de cemento, lo que redunda en un beneficio ecológico, al disminuir el material extraído de las canteras de la fábrica de cemento.

-: Se aprovechan calores residuales sobrantes en la fábrica de cemento.

-: No se producen residuos de ningún tipo, al ser los inquemados totalmente absorbidos y formar parte del clinker de cemento, sin mengua alguna de sus características finales.

Es importante destacar que el ahorro del combustible convencional, permite una rentabilidad adecuada, siempre y cuando se disponga de calores residuales para el secado, no utilizables por la fábrica de cemento.

Estos calores residuales pueden proceder de dos puntos:

-: Sobrantes de la combustión y secado de las materias primas;

-: Aire caliente de escape de los enfriadores de parrilla.

La instalación que disponga de enfriadores planetarios, solamente puede optar por utilizar los calores residuales de los gases de escape del horno, no utilizados en el secado de las materias primas.

En el primer caso, la temperatura de los gases oscila entre 300 y 350�C, pero su cantidad es limitada.

En el segundo caso, y dependiendo del tipo de enfriador, se puede disponer de gran cantidad de gases con temperaturas de entre 300 y 400�C.

Dada la elevada humedad del material, es necesaria una cantidad sustancial de gases, por lo que la aplicación se centrar�, preferentemente, en el aprovechamiento de los gases de escape de los enfriadores de parilla de los hornos de clinker.

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As� pues, el procedimiento preconizado contempla, esencialmente, el secado del residuo de celulosa aprovechando los calores residuales no utilizados por la propia instalación cementera en la que se aprovecharán como combustible, siendo dichos calores, preferentemente, los procedentes de los gases de escape de los enfriadores de parilla de los hornos de cemento.

En cuanto a la manera de conseguir dicho secado y dicho aprovechamiento, cabe señalar que, a tenor de las características del material a secar enunciadas anteriormente, se constata que no se pueden emplear métodos convencionales como secaderos de tambor o del tipo que suponga un movimiento del material, ya que ello produciría una separación del carbonato cálcico junto con las fracciones finas de la celulosa, produci�ndose un polvo no deseable y de difícil aplicación.

El procedimiento a utilizar, por tanto, deber� conseguir reducir la humedad del material a menos del 10% y, a la vez, mantener su integridad.

El utilizar un secadero de bandejas supondría tener que colocar el material disgregado en capas de pequeño espesor y trabajar con gases a una temperatura que no suponga una descomposición o degradación de la celulosa.

Dicho sistema sería posible, pero el tiempo de secado se alargaría demasiado, porque la difusión del calor es lenta y, además, el tamaño del secadero lo puede hacer inviable.

Por otra parte, el material seco, al quedar disgregado, se hace de manejo incómodo en la descarga, por el polvo que se desprende.

Hay que conjugar, por tanto, dos aspectos, mantener el material aglomerado y secar rápido sin descomponer la celulosa, para lo cual el procedimiento de la invención contempla someter el material a un proceso de extruido en cilindros de pequeño diámetro, entre 7 y 10mm. y depositar dichos cilindros sobre una superficie perforada donde pueden ser secados por el paso de los gases calientes, al conformar una capa de material de mediano espesor.

Adem�s, para aprovechar mejor el calor de los gases de secado a elevada temperatura, la capa de material extrusionado en cilindros se mantiene en movimiento y se desplaza sobre dichas superficies perforadas realizando un recorrido a diferentes niveles, en lo que se denomina una corriente paralela.

Al final de la operación de secado, tanto el material como los gases abandonan la zona de secado a baja temperatura, evitándose as� el deterioro de la celulosa mientras que el enfriamiento de los gases resulta necesario para su filtrado posterior.

Conviene mencionar que el choque de gases muy calientes con el material muy húmedo, no supone un deterioro de la celulosa, ya que mientras exista suficiente humedad, su temperatura no sobrepasará la de la evaporación del agua, siendo esta la principal ventaja del sistema de corriente paralela.

El material una vez secado a la humedad deseada, abandona el módulo de secado en tamaños manejables, que permiten su almacenamiento para posterior utilización o, simplemente, para ser desmenuzado e inyectado en el quemador del horno de manera neumática, siendo este empleo inmediato una opción preferida por su simplicidad y menor coste operativo, al no ser necesario su almacenaje.

Finalmente, respecto a las características del módulo de secado que la invención propone para llevar a cabo el procedimiento descrito, conviene mencionar que éste se ha diseñado con cintas móviles perforadas, colocadas a diferente nivel en un armario, de manera que el material, depositado en ellas en forma de cilindros extrusionados que conforman una capa de escaso espesor, desciende de nivel y recibe los gases calientes en paralelo secándose sin desmenuzarse.

Con dicha configuración, se consigue el paso de los gases de secado a través de la capa de material permitiendo que se pueda producir una renovación de la posición de dicho material, ya que dicha posición cambia al depositarse desde una cinta superior a la siguiente inferior, manteniéndose además la corriente paralela.

El módulo tiene dicha configuración porque en un secadero de banda en línea, el intercambio de calor suele ser superficial, y dado que la humedad del material es en principio muy elevada y el tiempo de secado debe ser largo, la longitud del secadero debería ser enorme.

Visto lo que antecede, se constata que el procedimiento para la utilización de residuos de recuperación de celulosa como combustible en la industria del cemento, y el módulo para llevar a cabo dicho procedimiento, representan una innovación de características desconocidas hasta ahora para tal fin, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.

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DESCRIPCI�N DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se est� realizando de la invención, y para ayudar a una mejor comprensión de las características que la distinguen, se acompaña la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

La figura número 1.- Muestra una representación esquemática en alzado de un ejemplo de realización del módulo de secado objeto de la invención para llevar a cabo el procedimiento para la utilización de residuos de recuperación de celulosa como combustible en la industria del cemento reivindicado, apreciándose en dicho esquema las principales parte y elementos que conforman el módulo as� como su configuración y disposición.

REALIZACI�N PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de la descrita figura 1 y única, y de acuerdo con la numeración adoptada en ella, se puede apreciar como el módulo de secado en cuestión est� formado, fundamentalmente, por un armario (1) de varios cuerpos ensamblados, cuyo número y tamaño irán en función de la cantidad de material a tratar en cada caso.

En la parte superior de dicho armario (1), coincidiendo con cada uno de los citados cuerpos del mismo, cuatro en el ejemplo representado, se sitúan correspondientes entradas (2) en forma de campanas difusoras que aportan gas caliente al interior de dicho armario, estando dichas entradas (2) unidas a tubuladuras (3) que conducen el gas caliente procedente de la tubería de transporte (4) que, a su vez, lo conduce desde el punto de procedencia, preferentemente desde un enfriador de clinker de la propia instalación.

Dentro del armario (1) se disponen una pluralidad de cintas transportadoras (5), de superficie perforada, las cuales se disponen unas sobre otras a distintos niveles y con inclinación y dirección alternadas para provocar el sucesivo descenso del material a través de ellas, procurando que los puntos de transferencia sean lo más cortos posible para evitar roturas del material, habiéndose previsto en dichos puntos pletinas de apoyo que guían el material para que descienda sin romperse desde el extremo final de una cinta y se sitúe sobre el principio de la inmediata inferior, apoyándose sobre su parte opuesta. Además, estas cintas transportadoras (5) se instalan de forma que los accionamientos motorizados (6) que las impulsan quedan fuera del armario (1).

As�, el material a secar cambia de nivel quedando expuesto al influjo de los gases con cada vez menor temperatura, en tanto que los gases se van enfriando, manteniendo el concepto de corriente paralela.

Esta disposición en altura, permite, además, reducir el espacio de superficie y evita tener que recurrir a complicados sistemas de recirculaci�n de los gases.

Siguiendo con las características del módulo de secado propuesto, conviene destacar que le material a secar se alimenta desde su almacenaje dosificado, con una banda pesadora (7), en función de la capacidad del secadero y de la humedad presente en el mismo.

El material dosificado cae, desde dicha banda pesadora (7) a un sinfín (8) de alimentación a un extrusor (9). Dicho extrusor (9) es del tipo vis sin fin progresivo, donde el material es prensado sobre una placa perforada que lo transforma en pequeños cilindros, los cuales van siendo depositados en paralelo sobre la cinta transportadora (5) situada en la parte superior del armario.

El diámetro de dichos cilindros, y por tanto el espesor de la capa de material, ir� en función de la cantidad de material dosificado y la velocidad de avance de las cintas transportadoras (5). Y, como ya se ha señalado, los cambios de dirección de dichas cintas facilitan el volteo del material, lo cual favorece el secado del mismo.

El material, una vez terminado su recorrido y ya secado a la humedad residual requerida, abandona el secadero a través de una compuerta pendular doble (10), que asegura una mínima entrada de aire externo al interior del armario (1).

Por su parte, los gases, después de haber realizado su función de secado, abandonan el armario (1) por la parte inferior del mismo, a través de unas campanas y tubuladuras de salida (11) semejantes a las previstas en la parte superior, que desembocan en una tubería de salida (12) que los conduce a un sistema de desempolvado, que puede consistir en un simple filtro de mangas (no representado).

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, as� como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podr�

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ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzar� igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

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Claims

REIVINDICACIONES

1.- PROCEDIMIENTO PARA LA UTILIZACIÓN DE RESIDUOS DE RECUPERACIÓN DE CELULOSA COMO COMBUSTIBLE EN LA INDUSTRIA DEL CEMENTO que, siendo aplicable particularmente a los residuos obtenidos en los procesos de recuperación de celulosa a partir de papel usado, consistentes en un material formado por una mezcla con una composición aproximada de un 53% de fibras celulósicas y un 47% de carbonato cálcico y con una humedad de entre el 60 y 65%, para que puedan ser utilizarlos como combustible complementario en un horno de producción de clinker de cemento, est� caracterizado porque comprende el secado de dicho material de residuo hasta que la humedad del mismo es menor del 10% y su extrusionado para conseguir que mantenga su integridad; y porque para dicho secado se aprovechan los calores residuales no utilizados por la propia instalación cementera en la que se aprovecharán como combustible.
2.- PROCEDIMIENTO PARA LA UTILIZACIÓN DE RESIDUOS DE RECUPERACIÓN DE CELULOSA COMO COMBUSTIBLE EN LA INDUSTRIA DEL CEMENTO, según la reivindicación 1, caracterizado porque los calores residuales de la instalación cementera que se utilizan para el secado del material de residuo son los procedentes de los gases de escape de los enfriadores de parilla de los hornos de clinker de dicha instalación.
3.- PROCEDIMIENTO PARA LA UTILIZACIÓN DE RESIDUOS DE RECUPERACIÓN DE CELULOSA COMO COMBUSTIBLE EN LA INDUSTRIA DEL CEMENTO, según la reivindicación 2, caracterizado porque el material de residuo se somete a un proceso de extruido que lo transforma en cilindros de pequeño diámetro, entre 7 y 10mm., los cuales se depositan sobre una superficie perforada donde son secados por el paso de los gases calientes.
4.- PROCEDIMIENTO PARA LA UTILIZACIÓN DE RESIDUOS DE RECUPERACIÓN DE CELULOSA COMO COMBUSTIBLE EN LA INDUSTRIA DEL CEMENTO, según la reivindicación 3, caracterizado porque la capa de material extrusionado en cilindros se mantiene en movimiento y se desplaza sobre las superficies perforadas realizando un recorrido a diferentes niveles, a través de una corriente paralela.
5.- PROCEDIMIENTO PARA LA UTILIZACIÓN DE RESIDUOS DE RECUPERACIÓN DE CELULOSA COMO COMBUSTIBLE EN LA INDUSTRIA DEL CEMENTO, según la reivindicación 4, caracterizado porque al final de la operación de secado, tanto el material como los gases, abandonan la zona de secado a baja temperatura.
6.- MÓDULO DE SECADO para llevar a cabo un procedimiento para la utilización de residuos de recuperación de celulosa como combustible en la industria del cemento, tal como el descrito en las reivindicaciones 2-5, caracterizado porque comprende un armario (1), en cuya parte superior se sitúan entradas (2) que aportan gas caliente al interior del mismo desde una tubería de transporte (4), y en la parte inferior tubuladuras de salida (11) que desembocan en una tubería de salida (12) de dichos gases, existiendo dentro de dicho armario (1) una pluralidad de cintas transportadoras (5), de superficie perforada, dispuestas a distintos niveles y con inclinación y dirección alternadas para hacer descender el material a través de ellas, volte�ndolo en los puntos de transferencia y manteniéndolo expuesto al influjo de los gases; comprendiendo, asimismo, una banda pesadora (7), que dosifica el material y un extrusor (9) con placa perforada que lo transforma en pequeños cilindros, para ser depositados sobre la cinta transportadora (5) situada en la parte superior del armario (1).
7.- MÓDULO DE SECADO, según la reivindicación 6, caracterizado porque a la salida del material del armario (1), se contempla una compuerta pendular doble (10), que asegura una mínima entrada de aire externo al interior del mismo.
8.- MÓDULO DE SECADO, según la reivindicación 6 � 7, caracterizado porque el armario (1) est� formado por varios cuerpos ensamblados y, coincidiendo con cada uno de los citados cuerpos del mismo, se sitúan las entradas (2) de gas caliente, las cuales tienen forma de campanas difusoras, existiendo campanas similares en las tubuladuras de salida (11).
9.- MÓDULO DE SECADO, según cualquiera de las reivindicaciones 6-8, caracterizado porque los puntos de transferencia entre las cintas transportadoras (5) son cortos, para evitar roturas del material; y porque en ellos se han previsto pletinas de apoyo que guían el material.
10.- MÓDULO DE SECADO, según cualquiera de las reivindicaciones 6-9, caracterizado porque los accionamientos motorizados (6) que impulsan las cintas transportadoras (5) quedan dispuestos fuera del armario (1).

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