ES2572940T3 - Procedimiento para la recuperación de componentes volátiles de un sólido - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para la recuperación de componentes volátiles de un sólido (10), caracterizado por las siguientes etapas del procedimiento: - separación de una fase líquida (24) antes del secado del sólido (10) con vapor de agua sobrecalentado mediante un procedimiento mecánico (22), - a continuación, secado (12) del sólido (10) mediante vapor de agua sobrecalentado, - retirada del exceso de vapor (14) de un circuito cerrado, caracterizado por que - la recuperación (18) de los componentes volátiles de la fase gaseosa (14) se realiza mediante - condensación del exceso de vapor (14) y - cristalización de los componentes volátiles disueltos en una fase líquida (64) mediante adición (66) de iones adecuados.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para la recuperacion de componentes volatiles de un solido
La invencion se refiere a un procedimiento para la recuperacion de componentes volatiles de un solido.
En procesos convencionales de secado, por ejemplo, el secado por convention de biomasa humeda con aire templado o caliente, se pierden valiosos componentes volatiles tales como, por ejemplo, sustancias aromaticas a traves del aire de escape.
Con el almacenamiento de sustancias residuales organicas solidas o liquidas tales como, por ejemplo, purin o estiercol se pierde amoniaco mediante volatilization. Esto es indeseado por varios motivos. En primer lugar, el amoniaco representa una materia prima valiosa, cuya fabrication sintetica requiere mucha energia. En segundo lugar, el amoniaco es una sustancia perjudicial aerea y tiene un efecto nocivo para la salud a mayores concentraciones.
Resultan planteamientos similares de problemas en el caso de restos de fermentation que permanecen como residuos liquidos o solidos durante la fermentacion de biomasa para la obtencion de biogas. El amonio no se degrada durante la fermentacion. Una gran parte del nitrogeno del sustrato permanece en el resto de la fermentacion. Debido a los procesos de degradation, la parte del nitrogeno disuelto organicamente se desplaza hacia el amonio, de tal manera que durante la degradacion anaerobia, la parte del amonio aumenta todavia mas. El nitrogeno amonico se encuentra en soluciones acuosas, dependiendo del valor de pH y de la temperatura, como ion amonio o como amoniaco. En el caso del almacenamiento y la distribution de los restos de fermentacion existe, por tanto, un mayor riesgo de desgasificacion de amoniaco. En el caso del secado de restos de fermentacion con procedimientos convencionales de secado se producen asimismo emisiones de amoniaco.
Por el documento WO 2009/018997 A1 es conocido un procedimiento para la separation de sustancias volatiles, en particular de sustancias aromaticas. A este respecto se conduce el exceso de vapor a un condensador monoetapico y all[ se licua. Entonces, el liquido resultante se conduce a un dispositivo de extraction para separar las sustancias volatiles del agua condensada. Mediante las fuerzas centrifugas y de la gravedad, las sustancias ligeras y volatiles pasan a la fase gaseosa y se acumulan en la parte superior del dispositivo. Con ayuda de un gas inerte, por ejemplo vapor (vapor saturado), son arrastrados y se evacuan a un condensador. Alli entonces se enfrian y concentran. Por otro lado, por ello, el agua se mueve hacia abajo y alli se separa.
La extraccion termica de agua del solido se realiza mediante el secado con vapor sobrecalentado de agua en un circuito a presion atmosferica. Durante el secado se transfiere el contenido de humedad del solido a la fase gaseosa. Esta humedad absorbida del solido se convierte en exceso de vapor que se debe evacuar del espacio de secado a causa del aumento del volumen del gas en el circuito cerrado.
Por los documentos DE 26 15 195 A1 y EP 1 318 105 A1 son conocidos distintos dispositivos y procedimientos en los que se tratan aguas residuales con aire calentado o con vapor de agua sobrecalentado para destilar y/o recuperar las sustancias presentes en las aguas residuales.
En el documento DE 43 26 468 A1 se describe la recuperacion de componentes volatiles de vapor de agua descargados despues de la condensation de la fase vapor de una corriente parcial retirada de vahos a la fase liquida acuosa. La separacion de las mezclas de sustancias condensadas mediante la posterior condensacion hasta dar la fase liquida de agua y los componentes volatiles de vapor de agua descargados se realiza mediante procedimientos de separacion por membrana.
Por el documento WO 93/15816 A1 es conocido un procedimiento para desechar vahos durante el secado con vapor caliente con todas las caracteristicas del preambulo de la revindication 1. Este procedimiento presupone una preparation que contiene agua de sustancias valiosas que, entonces, se seca con vapor caliente. Para esto se necesita mucho vapor caliente.
La invencion se basa en el objetivo de facilitar un procedimiento mejorado para la recuperacion de componentes volatiles de un solido que necesite menos energia.
El procedimiento de acuerdo con la invencion tiene la ventaja de que se separa una gran parte del agua de antemano mediante un procedimiento mecanico. Se puede separar el agua superficial libre de solidos mediante procedimientos mecanicos muy sencillos tales como, por ejemplo, sedimentation, filtration o decantation. A este respecto, el gasto energetico es claramente menor que la separacion termica mediante evaporation. Cuanta mas humedad se pueda retirar del solido antes del secado termico con vapor de agua sobrecalentado, menor sera la necesidad de energia para ello. Una deshidratacion mecanica previa reduce los costes del secado con vapor sobrecalentado.
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En este caso, son iones adecuados para la separacion de las sustancias volatiles por cristalizacion sobre todo aquellos que forman con los componentes volatiles en una reaccion qmmica una sal dificilmente soluble. Por ejemplo, amoniaco que reacciona con acido sulfurico concentrado hasta dar sulfato de amonio. La sal obtenida de este modo se puede usar como fertilizante para suelos pobres en nitrogeno.
Pero es concebible tambien una adicion de iones que desplacen el equilibrio de fases de tal manera que el componente disuelto en la fase liquida precipite mediante cristalizacion como un solido. A continuacion se puede separar este solido mediante un sencillo procedimiento mecanico (de separacion).
De forma ventajosa se propone que el procedimiento de acuerdo con la invention se aplica para la recuperation de amoniaco de solidos organicos. El solido secado se puede emplear ventajosamente como fuente de distintos nutrientes tales como, por ejemplo, fosforo, potasio, calcio y, a causa de la parte de sustancia organica, como mejorador del suelo. Gracias a la extraction de agua y de la reduction que esto conlleva del volumen, se reduce claramente la cantidad de sustancias residuales organicas que se deben almacenar y transportar. Por ello se ahorran costes de almacenamiento y de transporte. Ademas, en un secado con temperaturas de proceso superiores a 100 °C se pueden destruir patogenos en sustancias residuales organicas.
Gracias al procedimiento de acuerdo con la invencion se separa ventajosamente amoniaco de solidos organicos. Por ello se reducen significativamente las emisiones de amoniaco y, por tanto, una molestia por olores durante el almacenamiento o la distribution sobre el suelo de purin, estiercol, restos de fermentation y lodo de depuradora.
El procedimiento de acuerdo con la invencion trabaja incluso mejor cuando los solidos de origen organico se someten a un tratamiento previo biologico, preferentemente anaerobio. En procesos de degradation anaerobia tales como, por ejemplo, descomposicion o fermentacion, la mayor parte del nitrogeno del sustrato permanece en el resto de fermentacion. Debido a los procesos de degradacion se desplaza la parte del nitrogeno disuelto organicamente al amonio. Gracias al procedimiento de acuerdo con la invencion se separa el amoniaco del solido, de tal manera que el mismo representa un fertilizante rico en fosfato.
La recuperacion dirigida del amoniaco mediante el procedimiento de acuerdo con la invencion posibilita la obtencion por separado de un fertilizante mineral rico en nitrogeno. Con ello, en fertilizantes se puede ajustar una relation adecuada de nitrogeno/fosfato que esta adaptada, ventajosamente, a la necesidad de las plantas y a la naturaleza del suelo y, por tanto, evita una fertilization excesiva.
Se pueden obtener otras ventajas y configuraciones ventajosas de los siguientes dibujos, de su description y de las reivindicaciones. Todas las caracteristicas desveladas en los dibujos, en su descripcion y en las reivindicaciones pueden ser esenciales para la invencion tanto en solitario como en cualquier combination entre si.
Los dibujos muestran en una representation esquematica:
la combinacion de acuerdo con la invencion de secado con vapor sobrecalentado y separacion de las sustancias volatiles contenidas en el vapor
un proceso antepuesto al secado para una separacion de una fase liquida un proceso de degradacion biologica antepuesto al secado
una primera variante, no perteneciente a la invencion, para la separacion de las sustancias volatiles contenidas en el vapor
una segunda variante, no perteneciente a la invencion, para la separacion de las sustancias volatiles contenidas en el vapor
la separacion de acuerdo con la invencion de las sustancias volatiles contenidas en el vapor.
solidas 10 se suministran a un secado con vapor de agua 12 sobrecalentado. El producto de secado se expone, a este respecto, a una atmosfera de vapor de agua con una temperatura por encima de la temperatura de ebullition (vapor de agua sobrecalentado), se calienta y cede su humedad en forma de vapor de agua a la atmosfera de vapor de agua sobrecalentado.
La
Figura 1,
La
Figura 2,
La
Figura 3,
La
Figura 4
La
Figura 5,
La
Figura 6,
La
Figura 1
El vapor de agua sobrecalentado, temperatura superior a 120 °C a presion atmosferica, absorbe la humedad y, a este respecto, se enfria gracias a la cesion de calor de evaporation. Este calor se suministra de nuevo al vapor de agua mediante un calefactor, por lo que se mantiene una temperatura teorica y es posible una absorcion adicional de agua. Junto con la humedad pasan tambien componentes volatiles de las sustancias solidas a la fase gaseosa. Atras queda el solido 16 secado. En otra etapa de procedimiento 18 se separan los componentes volatiles de la fase gaseosa 14. Mediante las Figuras 4 - 6 se explica con mas detalle los posibles procesos que incluye la etapa de procedimiento 18.
En la Figura 2 esta representado un tratamiento previo para una mezcla 20 de sustancias liquidas y solidas. Antes del secado con vapor sobrecalentado 12 se retira el liquido libre mediante un procedimiento mecanico adecuado para la separacion solido/liquido 22 de las sustancias solidas 10, que a continuacion se deben secar. Son
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procedimientos mecanicos adecuados, por ejemplo, filtracion, sedimentacion, decantacion, etc. La fase liquida 24 separada a este respecto se suministra a otro tratamiento convencional, no representado en las figuras.
El proceso 26 representado en la Figura 3 incluye un tratamiento previo biologico que se aplica para sustancias residuales de origen organico 28. Se emplean preferentemente procesos anaerobios 26 tales como, por ejemplo, una fermentacion de biomasa para la obtencion de biogas o una descomposicion de lodos de depuradora. Mediante los procesos anaerobios 26, el nitrogeno unido organicamente se convierte en amonio que no se degrada mediante la fermentacion y, por tanto, queda acumulado en los restos de fermentacion 30. Los restos de fermentacion 30 del tratamiento previo biologico forman una mezcla 20 de sustancias liquidas y solidas que se someten a la separacion solido/liquido 22 descrita en la Figura 2 antes de que se suministren las sustancias solidas 10 de los restos de fermentacion 30 al secado con vapor sobrecalentado 12. La Figura 4 muestra, como una posible variante de la etapa de procedimiento 18 de acuerdo con la invencion para la separacion de componentes volatiles 32 de la fase gaseosa 14, una condensacion fraccionada, una denominada rectificacion. En este procedimiento de separacion termico se aprovecha el hecho de que, en caso de una evaporation de una mezcla de liquidos, la concentration de las sustancias individuales en el gas y en la fase liquida esta establecidas por la temperatura y la presion y con un contacto suficientemente largo de gas y liquido se ajusta un equilibrio de fases. La rectificacion se puede realizar en una columna o mediante una conexion, uno detras de otro, de varios licuefactores.
La Figura 4 muestra una columna de rectificacion 34 que comprende un recipiente cilindrico 36 con deflectores, que intensifican un intercambio de calor y sustancias. Los deflectores pueden estar realizados como rellenos, cuerpos de llenado a granel sueltos o, tal como esta representado en la figura, como fondos 38. La fase gaseosa 14 se introduce en el punto de la columna de rectificacion 34 en el que existe un equilibrio de fases correspondiente a la fase gaseosa 14. El liquido que se encuentra sobre el fondo 38 condensa de la fase gaseosa 14, una mezcla con una concentracion de componentes volatiles correspondiente al equilibrio de fases existente. El calor de condensacion que se libera a este respecto evapora al mismo tiempo una mezcla con una mayor concentracion de componentes volatiles 32 que, a su vez, fluye a traves de las aberturas del fondo 38, situado por encima, al liquido que se encuentra por encima. Hacia la cabeza 40 se concentran los componentes volatiles 32 y alli se pueden retirar, mientras que se devuelven los componentes de mayor punto de ebullition. En el fondo 42 se acumula el componente 44 de mayor punto de ebullicion y se puede retirar.
Con una conduction adecuada del proceso, en particular el ajuste de las relaciones de presion y temperatura en la columna de rectificacion 34, se puede extraer en cada fondo 38 aquel componente de la fase de gas 14 suministrada cuya temperatura de ebullicion se corresponde con aquella que existe en el correspondiente fondo 38.
La Figura 5 muestra otra posible variante de la etapa de procedimiento 18 para la separacion de componentes volatiles de la fase gaseosa 14. Esta representado un aparato 46 de la tecnica del procedimiento para el lavado de gas. Comprende un recipiente cilindrico 48. La fase gaseosa 14 se anade y se distribuye a traves de deflectores, no representados con mayor detalle en la figura, uniformemente en el recipiente 48. Se anade a contracorriente un liquido de lavado 50, por ejemplo, acido sulfurico y se distribuye finamente mediante medidas constructivas correspondientes tales como, por ejemplo, una tobera 54. Como alternativa, la fase gaseosa 14 se puede introducir tambien directamente en el liquido de lavado 50. Mediante reiterados procesos de mezcla y separacion de la fase gaseosa 14 con el liquido de lavado 50 con formation de equilibrios de fases, los componentes volatiles de la fase gaseosa 14 reaccionan con el liquido de lavado 50. El producto de reaction, por ejemplo, sulfato de amonio, se acumula en un fondo 56 del recipiente 48 y alli se puede retirar. En una cabeza 58 del recipiente 48, la corriente de gas 60 depurada abandona el aparato 46.
La etapa de procedimiento 18 de acuerdo con la invencion esta representada en la Figura 6 y preve condensar la fase gaseosa 14 mediante un dispositivo 62 adecuado y cristalizar a continuation los componentes volatiles disueltos en una fase liquida 64 mediante adicion 66 de iones adecuados. En un ejemplo de realization, el componente volatil es amoniaco, que reacciona con adicion 66 de fosforo y sales de magnesio hasta dar fosfato de magnesio y amonio. La sal producida mediante una reaccion quimica se puede separar como solido 68 mediante procedimientos mecanicos convencionales de la fase liquida 64.
Al final del procedimiento de acuerdo con la invencion y de todas las variantes que se han descrito anteriormente de tratamiento previo y posterior, el solido seco 16, los componentes volatiles, en forma gaseosa, liquida o, como producto de reaccion, en forma solida, asi como el agua destilada que procede del vapor de secado y de la humedad del solido se encuentran separados unos de otros.
Basicamente, el procedimiento de acuerdo con la invencion es adecuado para la recuperation de todos los componentes volatiles que, mediante vapor sobrecalentado, pasan a la fase gaseosa 14 y que se pueden separar de esto mediante procedimientos termicos, quimicos o mecanicos adecuados.

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la recuperacion de componentes volatiles de un solido (10), caracterizado por las siguientes etapas del procedimiento:
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    - separacion de una fase liquida (24) antes del secado del solido (10) con vapor de agua sobrecalentado mediante un procedimiento mecanico (22),
    - a continuacion, secado (12) del solido (10) mediante vapor de agua sobrecalentado,
    - retirada del exceso de vapor (14) de un circuito cerrado,
    10
    caracterizado por que
    - la recuperacion (18) de los componentes volatiles de la fase gaseosa (14) se realiza mediante
    - condensation del exceso de vapor (14) y
    15 - cristalizacion de los componentes volatiles disueltos en una fase liquida (64) mediante adicion (66) de iones
    adecuados.
  2. 2. Procedimiento de acuerdo con la revindication 1, caracterizado por que se usa para la separacion de amoniaco de solido (10) de origen organico.
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  3. 3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el solido (10) de origen organico se somete a un tratamiento previo (26) biologico, preferentemente anaerobio.
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