ES2540027A1 - Procedimiento para la elaboración de un combustible sólido recuperado y combustible sólido - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la elaboración de un combustible sólido recuperado y combustible sólido. El procedimiento para la elaboración del combustible sólido recuperado a partir de residuos constituidos por fibras comprende: recoger residuos de fibras de la industria textil, constituidos por fibras resultantes de un proceso de hilatura de fibra corta; eliminar al menos elementos extraños a la fibra presentes en dichos residuos incluyendo la separación de al menos una fracción de la fibra en función de los productos resultantes de la combustión de dicha fracción de la fibra; y opcionalmente compactar los residuos tratados.

Description

Procedimiento para la elaboración de un combustible sólido recuperado y combustible sólido

Campo de la invención

S

La presente invención concierne al campo de los combustibles sólidos recuperados de los residuos industriales.

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En un primer aspecto se refiere a la elaboración de un combustible mediante la utilización de fibras procedentes de los desperdicios textiles, concretamente de hilaturas de fibra corta, mediante un procedimiento para la elaboración de un combustible sólido recuperado. Y en un segundo aspecto se refiere al combustible sólido obtenido mediante dicho procedimiento, siendo este apto para su combustión con diferentes sistemas, y para la generación de energía.

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El mencionado procedimiento requiere distintos tratamientos para adecuar y texturizar el tamaño de partículas, eliminando elementos indeseados de diversa naturaleza, y una posterior compactación, para que el producto final actúe como combustible sólido recuperado (CSR).

Estado de la técnica

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Uno de los principales problemas de los países desarrollados, es el incremento en la generación de residuos industriales y urbanos. Las consecuencias de estos residuos depositados en los vertederos, van desde la ocupación del terreno, hasta la contaminación y la emisión de gases de efecto invernadero responsable del calentamiento global.

Para evitar los problemas medioambientales mencionados, la política actual de residuos, en particular de la UE, gira en torno en la minimización, reutilización, reciclaje y valorización de residuos, siendo el vertido la última opción.

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En la actualidad es conocida la fabricación de combustibles sólidos tales como pellets y briquetas a partir de diferentes desperdicios tanto industriales como urbanos, como por ejemplo desperdicios de plantas de algodón, material celulósico, materiales poliméricos sintéticos, desechos agrícolas, cáscara de almendra, cáscara de arroz, deshechos industriales ... para su quema en calderas o máquinas de combustión similares.

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En cambio, el desarrollo de procedimientos para elaborar combustibles sólido de recuperado está en una etapa incipiente, debido a la heterogeneidad de materiales a recuperar y los diferentes procesos a realizar para tratar los residuos.

La patente coreana KR1020100042318 se considera un documento próximo a la presente invención, y describe la conversión de residuos vegetales en combustibles sólidos. Dicho antecedente tiene por título "Method for manufacturing a coUon briquette and a pellet for biomass fuel having excellent calorie". El documento proporciona un método para la fabricación de un combustible sólido compuesto de algodón procedente de biomasa, en concreto transformando los tallos y raíces de la planta de algodón en pellets o briquetas. En relación con la presente invención, la materia prima de la patente es un residuo procedente de los deshechos agrícolas, y por lo tanto, su naturaleza y los procedimientos necesarios para su tratamiento y selección son también distintos.

La US4236897 da a conocer un combustible sólido en forma de pastilla que contiene una parte de material celulósico y otra parte de material polimérico sintético, siendo el material termo plástico sólido a temperatura ambiente y teniendo una temperatura de moldeo por inyección de al menos 200 °F. Tal pastilla de combustible se puede preparar en un granulador donde la temperatura de los pellets a medida que emerge de la boquilla es de aproximadamente de 150-250 °F. Aunque una parte del material desarrollado es un combustible procedente de un material celulósico, la patente no indica la procedencia de la materia prima.

La publicación PCT WO/2008/1 07042A3, se refiere a un material compactado muy fino para su uso como fuente de combustible o agente reductor derivado de componentes celulósicos, y un componente plástico. La proporción, en peso seco, del componente celulósico es superior que la del componente de plástico, siendo la mezcla una distribución de tamaño de partícula tal que al menos 95% en peso de las partículas en la mezcla tienen menos de 2,8 mm, sobre la base del peso seco total de la mezcla de celulosa/plástico, y la distribución del tamaño de las partículas es de entre 0,3 y 2,5 mm.

La patente US4324561 protege un procedimiento y un aparato para granular productos de desecho agrícolas. La materia prima procedente de restos agrícolas, una vez seca, se muele finamente, se precalienta y se fuerza a través de un molino de granulación para crear un producto granulado que tiene un diámetro de aproximadamente 0,635 cm. Los gránulos se enfrían y salen del procesador. El combustible sólido es fabricado de manera continua a través de los molinos que trituran el material de deshecho.

Al igual que las anteriormente descritas, el documento N°US4236897 hallado tampoco soluciona la problemática de los residuos generados en la industria de la hilatura.

Además son conocidas briquetas combustibles fabricadas a partir de fuel, con objeto de mejorar y facilitar su ignición. Ahora bien, su utilización presenta inconvenientes en el uso doméstico, ya que la combustión producida origina gran cantidad de humos.

El estado de la técnica más cercano de los documentos mencionados, propone soluciones a los residuos agrícolas y residuos industriales. Es asimismo conocida la compactación de los residuos industriales para la utilización de combustibles como solución a la problemática del residuo generado. Además, ninguno de los documentos citados contempla el peligro que genera la utilización de combustibles desarrollados por la compactación de distintas materias textiles, debido a la compactación de mezclas procedentes de diferentes composiciones químicas como por ejemplo poliéster/algodón, acrílico/viscosa, o algodón/viscosa/poliamida. Las diferentes mezclas textiles generan gases contaminantes y polución medioambiental durante su combustión.

Breve descripción de la invención

La invención se centra en procesar los residuos procedentes de fibra corta que no puede ser reprocesada en el proceso de hilado y que actualmente genera un problema ecológico, depositándose en vertederos o incinerándose con la consecuente emisión de gases contaminantes a la atmósfera debido a la mezcla de fibras.

La industria textil y en concreto las hilaturas tienen la problemática de la gestión de residuos que generan. La mayoría son residuos no peligrosos procedentes de fibras, flaca, hilos y otras materias textiles.

El proceso de hilatura de fibra corta, llamado también proceso algodonero se basa en el procesado de la fibra, de origen natural o sintético, con un tamaño de fibra inferior a 60 mm. Las fibras son procesadas en diferentes etapas: limpieza de la fibra , para poder eliminar sus impurezas y suciedades de una manera adecuada, cardado, que consiste en la deposición de las fibras en forma de velo tratando de paralelizar e individualizar las fibras y varios pases de estirado y torsión del velo para convertirlo en forma de cintas. Las cintas alimentan a las máquinas de hilar Open-End para que se conviertan en hilo. El objetivo de las máquinas Open-End consiste en disgregar las fibras de la cinta a elevadas velocidades en una primera fase y formándolas de nuevo en una segunda fase con la finura y torsión adecuada.

En cada uno de los procesos mencionados: limpieza, cardado, paralelizado, estiraje, torsión e hilado, se produce una merma importante de fibras, recuperando aquellas que tienen una longitud de fibra adecuada para el reprocesado. Las fibras que no son reaprovechadas por su corta longitud, se desestiman, generando un residuo a la industria que provoca problemas medioambientales a la sociedad.

El objeto principal de la presente invención es un procedimiento para la fabricación de un combustible sólido recuperado procedente de residuos textiles, y el combustible sólido recuperado producido, el cual es apto para su combustión, limitando el grado de contaminación de los gases generados, y con un poder calorífico que permite ser utilizado como reemplazo de combustibles fósiles convencionales. El procedimiento propuesto también permite eliminar, de los residuos empleados como materia prima, fibras de origen sintético que podrían producir sustancias tóxicas durante su combustión, obteniendo así un combustible sólido recuperado con bajas emisiones de dichas sustancias tóxicas. El procedimiento recoge desde la recolección del residuo, constituido por fibras celulósicas procedentes de residuos de hilaturas, hasta la fabricación del combustible sólido recuperado.

El análisis energético realizado del combustible sólido recuperado textil de naturaleza celulósica, alcanza un poder calorífico inferior de 18-20 MJullKg, por lo que puede remplazar los combustibles fósiles convencionales. El citado combustible sólido recuperado, tiene como objeto alimentar las plantas industriales, gracias a su poder calorífico y al mismo tiempo la eliminación de fibras sintéticas generadoras de gases tóxicos durante su combustión, mejorando su eficiencia energética y evitando la emisión de gases CO2 a la atmosfera procedente el carbón, coque o fuel.

Descripción de las figuras

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, en donde:

la Fig .1 muestra un diagrama de flujo descriptivo del procedimiento de producción del combustible sólido recuperado; y

la Fig. 2 ilustra una sección vertical esquemática de un reactor de agitación, con unos medios de agitación compuestos por unas aspas giratorias, en su interior.

Descripción detallada de la invención

La invención proporciona un proceso de separación de fibras de diferentes densidades, para conseguir un combustible sólido recuperado, o CSR, con unas propiedades de combustión predecibles, controladas y constantes.

Dicho combustible está fabricad o, de forma preferida pero no limitativa, a partir de fibra celulósica, la mayoría procedente del algodón, separada de otras fibras sintéticas, obteniendo así un combustible ecológico que genera menos de un 3% de ceniza, emisiones de gases compatible con la normativa europea y con el medio ambiente, y consiguiendo un poder calorifico suficiente como para servir de sustitutivo de los combustibles tradicionales, consiguiendo obtener unos parámetros mejores que los proporcionados, por ejemplo, con los residuos sólidos urbanos, actualmente empleados como combustible en la generación de

S energía, también llamados combustibles de desechos recuperados o CDR, tal y como puede verse en el cuadro adjunto.

CDR

CSR Unidad

Tamaño

40 - mm

Poder calorífico

17,5 18,2 MJlKg

Contenido de cenizas

10 3 %

Humedad

20 7,2 %

Azufre

0,1 0,05 %

Metales pesados

<500 aprox. 70 ppm

..

Otro objeto de la Invenclon lo constituye el propiO pellet obtenido a partir de dicho procedimiento, pudiendo ser utilizado compactado, sin compactar, en forma de pellet, o en otra forma, y siendo apto para su uso como combustible en diferentes equipos y sistemas de

10 combustión.

El procedimiento de fabricación del combustible sólido recuperado objeto de esta invención comprende básicamente las siguientes etapas:

Recolección de las fibras cortas procedentes del desperdicio de hilaturas del tipo conocido como Open-End, que no pueden ser reprocesadas y que en la industria

15 hiladora son catalogadas como residuo industrial no peligroso. Estos residuos están formados por fibras de composiciones químicas muy diversas, como algodón, acrílico, poliéster, viscosa, lino, .. Típicamente dichas fibras cortas son fibras de una longitud menor a los 10 cm, y de forma preferida son fibras de una longitud menor a los 6 cm.

20 Deposición de la fibra en un reactor 10 para su tratamiento mecánico. El reactor 10 está diseñado para tratar toda mezcla de fibras procedentes del desperdicio, especialmente del procedente de las hilaturas tipo open-end. El reactor 10 está formado por una carcasa hermética 11 con una entrada y una salida de aire, así como por unos medios agitadores 12, pudiendo estar dichos medios formados, como

25 ejemplo no limitativo, por un eje 13 accionado para controlar las revoluciones de tres pares de aspas 14 giratorias. Opcionalmente se puede preveer una circulación de aire ascendente que atraviese el contenido del reactor 10 en dirección ascendente para ayudar a la estratificación de dichas fibras.

Agitación del residuo introducido en el reactor 10, por medio de los medios agitadores 12, con una velocidad angular y un tiempo de accionamiento controlados, para conseguir la separación e individualización de las fibras, y también para conseguir que las fibras presentes en el interior del reactor 10 se estratifiquen por densidades, por la acción combinada de la agitación y la gravedad. Según un ejemplo de realización, dicha velocidad angular podría estar en el rango comprendido entre las 100 Y las 600 rpm. El tiempo de agitación podría será variable en función de la mezcla de fibras introducidas en el reactor 10, pero estaría comprendido entre los 15 y los 45 minutos.

Fase de tamízado, la cual garantiza la separación de las fibras separadas y estratificadas en el reactor, y la no inclusión de elementos indeseados en el combustible sólido recuperado resultante.

El tamiz 20, en el ejemplo de realización ilustrado en la Fig. 2, se encuentra situado en el fondo del reactor 10, es de acero inoxidable y sus aberturas tienen forma cuadrangular. y permite separar las fibras más densas, presentes en los estratos inferiores del reactor 10 tras su agitación, de las menos densas situadas en los estratos superiores, típicamente fibras celulósicas densas de fibras sintéticas ligeras. El tamiz 20 consta de una malla con una luz de paso inferior a 1 mm que actúa gracias a la agitación de los medios agitadores 12, no necesitando tratamientos físico-quimicos adicionales. Las fibras con mayor densidad acumuladas en el fondo del reactor atraviesan el tamiz 20, caen por gravedad y son recogidas en un depósito 30 para convertirlas en combustible sólido recuperado, consiguiendo una separación de las fibras por fracciones de densidades aproximadamente homogéneas.

Con este procedimiento se pueden separar las fibras celulósicas, fibras con densidades de entre 1,50-1 ,54 g/cm3, de otras fibras sintéticas que se utilizan en hilaturas de fibra corta, con densidades inferiores, por ejemplo la densidad del poliéster es 1,22-1,35 g/cm3, y la acrilica está en valores de 1,14-1 ,18 g/cm3

El procedimiento descrito permite obtener fibras tamizadas que contengan, al menos, un 98% de fibras celulósicas, teniendo un contenido inferior a un 2% de fibras sintéticas.

Según una realización alternativa, el procedimiento descrito proporciona fibras celulósicas que son extraídas del reactor con un contenido de fibras sintéticas inferior a un 5%.

La última etapa, en caso que sea necesario, consiste en el prensado y granulado

5 del residuo sólido celulósico para facilitar su manipulación y transporte. El funcionamiento del proceso de granulado es sencillo, y a continuación se procede a describir un posible ejemplo de realización, siendo muchos otros posibles. El producto tamizado de densidad aproximadamente homogénea almacenado en el depósito 30 situado bajo el tamiz 20, es depositado en unas bandejas formando

10 capas de producto, y un rodillo ranurado prensa y compacta la materia. Dependiendo del tipo de rodillo se puede conseguir el combustible sólido recuperado de diferente tamaño y granulometría.

El combustible así obtenido tiene un poder calorífico suficiente como para poder ser utilizado como sustituto de los combustibles derivados del petróleo.

15 La utilización de los combustibles sólidos recuperados es amplio: cementeras, centrales de ciclo combinado, plantas de cal, centrales térmicas multicombustibles y calderas industriales.

Una vez obtenido el combustible sólido recuperado por el procedimiento descrito, se procede a caracterizar el material para comprobar sus características físico·químicas y poder clasificarlo según normativa, y así poder ofrecer el producto a los consumidores de

20 combustibles, junto con las características de emisiones que tendrá dicho combustible al ser quemado.

imagen1

imagen2

Según mediciones normalizadas, el combustible sólido recuperado descrito en esta invención, dispone de un poder calorífico mínimo de 18.2 MJlKcal, y desprende al quemarse 0.19% de Cloro y 0.04 mg/kg de Mercurio, lo que permite afirmar que desprende unos muy bajos niveles de sustancias tóxicas y gran cantidad de energía.

Claims (13)

1.· Procedimiento para la elaboración de combustible sólido recuperado a partir de residuos constituidos por fibras, que incluye:

-recoger los residuos de fibras; -eliminar al menos impurezas y suciedades de la fibra presentes en dichos residuos de fibras; y -opcionalmente compactar los residuos tratados; caracterizado por que

los residuos de fibras utilizados son residuos de la industria textil, constituidos por fibras resultantes de un proceso de hilatura de fibra corta; y

dicha etapa de eliminación de al menos impurezas y suciedades de la fibra comprende además la eliminación de al menos una fracción de fibra sintética generadora de gases tóxicos durante su combustión.

2.-Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que dicha etapa de eliminación de una fracción de la fibra comprende:

a) alimentación de un reactor (10) de agitación con los residuos constituidos por fibras de dicho proceso de hilatura ;

b) agitación del residuo constituido por fibras por unos medios agitadores (12), que proporcionan una desagregación de las fibras, y su estratificación por

densidades; y

c) tamizado de las fibras, procedentes del reactor (1 O) de agitación, por medio de al menos un tamiz (20).

3.· Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que dicho procedimiento

comprende además una etapa de llenado de un dispositivo compactador con una fracción las fibras tamizadas de densidad aproximadamente homogénea.

4.· Procedimiento según reivindicación 2 o 3, caracterizado por que dichos residuos en forma de fibras provenientes de la industria textil están formados, en su mayoria, por fibras

cortas no hiladas, de una longitud menor a los 10 cm.

5.-Procedimiento según la reivindicación 4, caraclerizado por que dicha longilud de las fibras es menor a 6 cm.

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6.-Procedimiento según reivindicación 1 caracterizado por que dicha etapa de tamizado se realiza mediante un tamiz (20) situado en la base del reactor (1 O), con aberturas menores de 1mm.

7.-Procedimiento según reivindicación 4, caracterizado por que dicha etapa de llenado del dispositivo compactador con una fracción de fibras tamizadas de densidad aproximadamente homogénea, proporciona una separación de las fibras celulósicas que son extraídas del reactor con un contenido de fibras sintéticas inferior a un 5%.

8.-Procedimiento según la reivindicación 7 caracterizado por que dichas fibras celulósicas extraídas del reactor tienen un contenido inferior a un 2% de fibras sintéticas.

9.-Procedimiento según reivindicación 2, caracterizado por que dicha agitación de la etapa b) se obtiene mediante unas aspas (14) giratorias movidas por un eje (13) accionado por un dispositivo accionador.

10.-Procedimiento según reivindicación 9 caracterizado por que dichas aspas (14) giratorias

giran a una velocidad angular de entre 100 rpm y 600 rpm. 11 .-Procedimiento según reivindicación 9 caracterizado por que dicha agitación se obtiene por el giro de dichas aspas (14) giratorias durante un intervalo de entre 15 y 45 minutos.

12.-Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que el tamiz (20) es de acero inoxidable y sus aberturas tienen forma cuadrangular.

13.-Combustible sólido recuperado procedente de residuos de la industria textil, constituidos por fibras resultantes de un proceso de hilatura de fibra corta, el cual comprende fibras celulósicas formadas por fibras cortas no hiladas de una longitud menor a 6 cm y con un contenido inferior a un 2% de fibras sintéticas obtenible por el procedimiento de la reivindicación 8.

14.-Combustible sólido recuperado según la reivindicación 13, caracterizado porque dicho combustible esta compactado en forma granular.

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