ES2617526T3 - Dispositivo y procedimiento de oxidación hidrotermal para el tratamiento de una materia en un medio supercrítico - Google Patents

Dispositivo y procedimiento de oxidación hidrotermal para el tratamiento de una materia en un medio supercrítico Download PDF

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Abstract

Dispositivo de oxidación hidrotermal para el tratamiento de una materia en un medio supercrítico, que comprende: - un cuerpo principal (2) provisto en un primero (2a) de sus extremos de una brida de interfaz fría (4), de medios de estanqueidad (6) entre el cuerpo principal y la brida, estando el cuerpo principal, la brida y los medios de estanqueidad realizados con materiales que resisten a las presiones y a las temperaturas de los medios supercríticos; - un tubo interno (8) colocado en el interior del cuerpo principal (2) para formar una zona anular (10) a lo largo del cuerpo principal, comprendiendo el tubo interno un primer extremo frío (8a) y un segundo extremo caliente (8b), estando el primer extremo del tubo interno fijado de manera estanca a la brida de interfaz fría (4), delimitando el tubo interno (8) una zona interior de reacción (12); - un medio de agitación (14) colocado en la zona interior de reacción (12) del tubo interno (8) y accionado por medio de un árbol giratorio; - un medio de refrigeración (18) para enfriar la materia tratada que se encuentra en la zona interior de reacción (12) del tubo interno (8) antes de su evacuación del dispositivo de oxidación por una salida de materia tratada; - una entrada (32) para una mezcla agua y oxidante situada en el lado del primer extremo frío (2a) del cuerpo principal, recorriendo la mezcla agua y oxidante la zona anular (10) del primer extremo frío (8a) al segundo extremo caliente (8b) del tubo interno (8), antes de penetrar en la zona interior de reacción (12) del tubo interno (8); - una salida de los efluentes situada al nivel del primer extremo frío (2a) del cuerpo principal (2); - una entrada (16) de materia que hay que tratar, situada en un segundo extremo caliente (2b) del cuerpo principal (2), desembocando esta entrada en el tubo interno (8), en su segundo extremo (8b); caracterizado por que el dispositivo de oxidación incluye además una entrada (26) para un efluente diluido, situada en la brida de interfaz fría (4) y unida a un serpentín de precalentamiento (28) dispuesto a lo largo de la pared interna del cuerpo principal (2) y que se extiende de su primer extremo frío (2a) a su segundo extremo caliente (2b), desembocando (30) el serpentín de precalentamiento (28) en la zona de reacción del tubo interno (8) al nivel de su segundo extremo caliente (8b).

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo y procedimiento de oxidacion hidrotermal para el tratamiento de una materia en un medio supercritico
La presente invencion se refiere a un dispositivo de oxidacion hidrotermal para el tratamiento de una materia en un medio supercritico. Se refiere igualmente a un procedimiento de tratamiento de una materia por oxidacion hidrotermal.
Mas precisamente, la presente invencion se refiere a un dispositivo y a un procedimiento de tratamiento en continuo de una materia por oxidacion hidrotermal, comprendiendo dicho dispositivo:
- un cuerpo principal provisto en un primero de sus extremos de una brida de interfaz fria, de medios de estanqueidad entre el cuerpo principal y la brida, estando el cuerpo principal, la brida y los medios de estanqueidad realizados con materiales que resisten a las presiones y a las temperaturas de los medios supercriticos,
- un tubo interno colocado en el interior del cuerpo principal para formar una zona anular a lo largo del cuerpo principal, comprendiendo el tubo interno un primer extremo frio y un segundo extremo caliente, estando el primer extremo del tubo interno fijado de manera estanca a la brida de interfaz fria, delimitando el tubo interno una zona interior de reaccion,
- un medio de agitacion colocado en la zona interior de reaccion del tubo interno y accionado por medio de un arbol giratorio,
- un medio de refrigeracion para enfriar la materia tratada que se encuentra en la zona interior de reaccion del tubo interno antes de su evacuacion del dispositivo de oxidacion por una salida de materia tratada,
- una entrada para una mezcla agua y oxidante situada en el lado del primer extremo frio del cuerpo principal,
recorriendo la mezcla agua y oxidante la zona anular del primer extremo frio al segundo extremo caliente del tubo interno antes de penetrar en la zona interior de reaccion del tubo interno,
- una salida de los efluentes situada al nivel del primer extremo frio del cuerpo principal,
- una entrada de materia que hay que tratar, situada en un segundo extremo caliente del cuerpo principal,
desembocando esta entrada en el tubo interno en su segundo extremo.
Ya se conoce (documento WO 02/30836) un dispositivo de oxidacion hidrotermal de este tipo. Este documento se refiere a un procedimiento y a una autoclave para la oxidacion en agua supercritica de materia organica. Esta autoclave continua con envoltura doble agitada se ha usado frecuentemente para diversas aplicaciones OHT en laboratorio. Desechos organicos de diversos origenes se han destruido con exito sin ocasionar problemas de atasco o de corrosion. Sin embargo, en el caso de desechos con alto poder calorifico inferior (PCI) el control de la temperatura de reaccion se basa en parte en la dilucion del medio de reaccion con el procedimiento, que impacta el volumen de efluentes acuosos generado. Por otra parte, en el caso de desechos con bajo PCI, los rendimientos de destruccion son elevados, proximos a un 99 %, pero inferiores a los observados para los desechos con alto PCI (rendimiento de destruccion de un 99,9 %) La relativa debilidad de los rendimientos de destruccion observados para los desechos con bajo PCI procede a la vez de la ausencia de efectos termicos significativos relacionados con la reaccion y con un precalentamiento insuficiente.
El documento 1 FR 2891161 A1 describe un reactor y un procedimiento para el tratamiento en agua bajo presion de una materia en un medio de reaccion fluido, que comprende un cuerpo que delimita una zona de reaccion, una entrada de la materia que hay que tratar en la zona de reaccion, un punto de introduccion de un oxidante en la zona de reaccion, al menos una salida de la materia tratada fuera de la zona de reaccion, siguiendo la materia que hay que tratar un recorrido definido en la zona de reaccion entre su entrada y su salida, caracterizado por que el punto de introduccion del oxidante en la zona de reaccion esta situado aguas abajo de la entrada de la materia y esta espaciado de esta ultima en una cierta distancia para definir una zona de anoxia comprendida entre la entrada de la materia que hay que tratar y el punto de introduccion del oxidante, zona en la que el medio fluido esta en anoxia.
El documento DE 10120581 A1 describe un procedimiento y un dispositivo de conversion de un material organico por oxidacion en agua supercritica.
La presente invencion tiene por objeto proporcionar un dispositivo y un procedimiento que permitan el control termico de la oxidacion hidrotermal de materias organicas. Segun una variante ventajosa, este dispositivo permite ademas la gestion de manera mecanica de los solidos inducidos por la reaccion de OHT.
Segun la principal caracteristica de la invencion, el dispositivo de oxidacion segun la reivindicacion 1 incluye una entrada para un efluente diluido, situada en la brida de interfaz fria y unida a un serpentin de precalentamiento dispuesto a lo largo de la pared interna del cuerpo principal y que se extiende de su primer extremo frio a su segundo extremo caliente, desembocando el serpentin de precalentamiento en la zona de reaccion del tubo interno al nivel de este segundo extremo caliente.
Segun una caracteristica preferida, el dispositivo de oxidacion hidrotermal de la invencion incluye un intercambiador de calor que forma un radiador de bucle caliente dispuesto en la zona anular y en una zona periferica situada en el
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lado del segundo extremo caliente del tubo interno, sacando el radiador de bucle caliente calor de la reaccion de oxidacion hidrotermal que se produce en el segundo extremo de la zona interna del tubo interno.
Preferentemente, el dispositivo de oxidacion hidrotermal incluye una antecamara de reaccion, situada en el lado del segundo extremo caliente del tubo interno, estando la antecamara de reaccion formada por una pared interna y por una pared externa que obtura el tubo interno, estando un paso de comunicacion para la mezcla de agua y de oxidante formado en cada una de las paredes interna y externa.
Preferentemente tambien, el dispositivo de oxidacion hidrotermal incluye un medio de calentamiento electrico dispuesto en el cuerpo principal y que desemboca en el espacio anular en la proximidad de la antecamara de reaccion, estando este medio de calentamiento protegido por esta disposicion de las agresiones quimicas inducidas por el desecho o la reaccion de oxidacion hidrotermal.
Ventajosamente, el dispositivo de oxidacion hidrotermal de la invencion incluye un intercambiador de calor que forma un radiador de bucle frio que permite bajar la temperatura del medio fluido despues de la reaccion y antes de su salida del reactor para garantizar las condiciones de aguante de los organos de estanqueidad del cuerpo principal en las bridas y para solubilizar al maximo las especies minerales que han precipitado.
Ventajosamente tambien, el dispositivo de oxidacion hidrotermal de la invencion incluye un modulo de gestion de los solidos, presentandose este modulo en forma de una cubierta que obtura un orificio pasante formado en la brida, estando unos medios de estanqueidad frios previstos entre el modulo de gestion de los solidos y la brida. Preferentemente, el modulo de tratamiento de los solidos se arrastra en rotacion mediante un arrastre magnetico. El modulo de tratamiento de los solidos presenta, en seccion axial, una forma circular. Se ajusta con un juego emax en un diametro correspondiente del modulo de gestion de los solidos, permitiendo el movil de tratamiento de los solidos un tratamiento mecanico de los solidos presentes en el efluente enfriado procedente de la reaccion hidrotermal y permitiendo adaptar el tamano de estos solidos a una granulometria elegida para no obstruir las tuberias y los equipos situados aguas abajo del modulo de gestion de los solidos.
Por otra parte, la presente invencion se refiere a un procedimiento de tratamiento en continuo de una materia por oxidacion hidrotermal segun la reivindicacion 8.
Este procedimiento comprende las etapas siguientes:
a) introduccion en un reactor de un fluido que comprende agua y un oxidante bajo una presion superior a 22,1 MPa en una zona anular formada entre una pared interna de un cuerpo principal de reactor y un tubo interno al cuerpo principal, en un primer extremo frio del cuerpo principal;
b) calentamiento del fluido agua/oxidante en la zona anular a una temperatura superior a 374 0C;
c) introduccion del fluido agua/oxidante bajo presion y calentado obtenido en la etapa b) en el tubo interno del reactor al nivel de un segundo extremo caliente del cuerpo principal y una introduccion simultanea de la materia que hay que tratar en el tubo interno al nivel del segundo extremo caliente del cuerpo principal;
d) mezcla del fluido agua/oxidante bajo presion calentado y de la materia que hay que tratar en una primera parte del tubo interno para oxidar la materia que hay que tratar y enfriamiento de la mezcla fluido/materia oxidada obtenida de este modo en una segunda parte del tubo interno;
e) evacuacion de la mezcla fluido/materia oxidada del reactor en un primer extremo frio del cuerpo principal.
Segun la invencion, este procedimiento incluye ademas una etapa de introduccion de un efluente diluido en un serpentin de precalentamiento, encontrandose la entrada del serpentin al nivel del primer extremo frio del cuerpo principal, estando el serpentin enrollado a lo largo de la pared interna del cuerpo principal y desembocando en la primera parte del tubo interno.
Segun la invencion, el centro del procedimiento de oxidacion hidrotermal continuo esta destinado a asegurar las funciones siguientes:
- inyeccion de desechos que pueden contener una alta o una baja proporcion de agua (alto potencial calorifico inferior) en presencia de un oxidante mezclado o no con agua,
- precalentamiento de los fluidos antes de la reaccion de OHT por recuperacion de la energia liberada por la combustion del desecho organico,
- mezcla en continuo de los reactivos (desechos organicos, agua, oxidante) y establecimiento de una reaccion de combustion en continuo bajo agitacion, estando la reaccion de OHT confinada a distancia de las paredes de la autoclave bajo presion por la interposicion de una pared de un material elegido por su resistencia a la agresion inducida por la reaccion de combustion (corrosion, abrasion), asi como la implementacion de una zona que asegura el confinamiento dinamico de la reaccion de OHT en la zona de reaccion.
El procedimiento de oxidacion hidrotermal esta destinado igualmente a asegurar las funciones siguientes:
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- recuperacion del exceso de potencia termica liberado por la reaccion OHT hacia un circuito externo que garantiza la homogeneizacion de la temperatura en la zona de reaccion y limita la temperatura a la que esta expuesto el equipo bajo presion,
- inyeccion de una potencia de sobrecalentamiento en la proximidad inmediata de la zona de reaccion sin exposicion del equipo de calentamiento a las agresiones procedentes de la reaccion OHT y que permite el calentamiento rapido y el arranque de la reaccion de OHT a partir del equipo frio, asi como el sobrecalentamiento de los fluidos agua/oxidante antes de la mezcla e iniciacion de la reaccion OHT en caso de que las condiciones de funcionamiento establecidas no permitan alcanzar la ignicion espontanea de la reaccion OHT de manera estable, en el caso de disolventes de bajo PCI,
- enfriamiento en continuo de los productos de la reaccion de combustion con uso complementario de un circuito externo,
- gestion de los productos de reaccion en los solidos presentes en los efluentes enfriados por calibracion mecanica y eventualmente por resolubilizacion en frio.
Segun una caracteristica preferida, el procedimiento incluye una etapa adicional segun la que se enfria una zona de reaccion situada en el interior del tubo interno al nivel de un segundo extremo de este tubo interno por medio de un intercambiador de calor que forma un radiador de bucle caliente dispuesto contra el tubo interno.
Preferentemente, se calienta el fluido agua/oxidante en el espacio anular comprendido entre la pared interna del cuerpo principal y la pared externa del tubo interno por medio de una o de varias resistencias electricas situadas en la proximidad inmediata de la zona de reaccion, del radiador de bucle caliente y del calor producido por la reaccion hidrotermal.
Ventajosamente, se extrae calor del tubo interno en la proximidad de su primer extremo por medio de un intercambiador de calor que forma un radiador de bucle frio, permitiendo este intercambiador bajar la temperatura del medio fluido despues de la reaccion hidrotermal y antes de su salida del reactor.
Segun una caracteristica preferida, se tratan mecanicamente los solidos presentes en el efluente enfriado triturandolos entre una pared interna de un modulo de gestion de los solidos unido a una brida del reactor y una pared externa de un movil de tratamiento de los solidos para obtener una granulometria elegida suficientemente fina para no obstruir las tuberias y los equipos situados aguas abajo del modulo de gestion de los solidos.
El procedimiento de la invencion permite igualmente un mantenimiento facil de los equipos internos del cuerpo principal del reactor por mediacion de una brida de la autoclave mantenida fria en condicion de funcionamiento. La temperatura de funcionamiento de esta brida permite el uso de medios de estanqueidad sencillos y robustos, por ejemplo, unas juntas de Viton®.
Otras caracteristicas y ventajas de la presente invencion apareceran a la lectura de la descripcion de a continuacion de un ejemplo de realizacion dado a titulo ilustrativo con referencia a las figuras adjuntas. En estas figuras:
- la figura 1 es una vista general en seccion longitudinal de un dispositivo de oxidacion hidrotermal de acuerdo con la presente invencion;
- la figura 2 es una vista en seccion de detalle de un modulo de gestion de los solidos que forma parte de un dispositivo de oxidacion hidrotermal de acuerdo con la presente invencion.
Se ha representado en la figura 1 una vista general en seccion de un dispositivo de oxidacion hidrotermal de acuerdo con la presente invencion. Este dispositivo incluye un cuerpo principal 2 que incluye un primer extremo frio 2a y un segundo extremo caliente 2b. El cuerpo principal es ciego en su segundo extremo 2b. En su primer extremo 2a incluye una brida 4. La brida 4 esta unida al primer extremo 2a del cuerpo principal 2. Unos medios de estanqueidad 6 estan previstos entre la brida 4 y el cuerpo principal 2. El cuerpo principal 2 y la brida 4 estan realizados con materiales que resisten a las presiones y a las temperaturas de los medios supercriticos. La temperatura de funcionamiento de la brida 4 permite el uso de medios de estanqueidad sencillos y robustos (Viton®). El cuerpo 2 esta calorifugado en su superficie exterior (no representado). Esta colocado preferentemente de manera horizontal.
Un tubo interno 8 esta colocado en el interior del cuerpo principal 2. El tubo interno 8 delimita una zona anular 10 a lo largo del cuerpo principal 2. El tubo interno 8 incluye un primer extremo frio 8a y un segundo extremo caliente 8b. El primer extremo 8a del tubo interno 8 esta fijado de manera estanca a la brida 4. El tubo interno 8 delimita una zona interior 12. El tubo interno 8 esta realizado con un material adaptado para su resistencia quimica a las agresiones inducidas por la reaccion OHT. Puede estar provisto, en funcion del espacio disponible y de los intercambios termicos requeridos, de aletas soldadas o de deflectores en su superficie externa en todo o parte de su longitud (no representados). Estas aletas y/o deflectores participan en la mejora de la transferencia termica jugando con la hidrodinamica de flujo en la zona anular, asi como en el aumento de la superficie de intercambio termico entre el medio de reaccion y el espacio anular 10 mediante la creacion de una superficie de intercambio secundario.
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Un medio de agitacion esta colocado en la zona interior 12 del tubo interno 8. Este medio de agitacion se acciona por medio de un arbol giratorio 14. La zona interior del tubo interno 8 define una zona de reaccion.
En el extremo ciego (segundo extremo caliente 2b) del cuerpo principal 2 esta montado un tubo de inyeccion 16. El tubo de inyeccion 16 constituye un punto de inyeccion de efluente que permite la introduccion, a traves del tubo de inyeccion 16, de materias organicas en la zona de reaccion 12. Un intercambiador de calor 18 que incluye una entrada 20 y una salida 22 esta situado en la periferia del tubo interno 8. Un fluido caloportador circula en el interior del intercambiador 18. El fluido caloportador se proporciona y se trata por un circuito externo unido a la entrada 20 y a la salida 22 del fluido caloportador. El intercambiador 18 esta situado en la periferia inmediata del tubo interno 8. Tiene como funcion evacuar las calorias de la zona de reaccion 12. El intercambiador 18 esta protegido de las agresiones de la reaccion OHT por el tubo interno 8. La insercion de este intercambiador en el cuerpo principal 2 implica la resistencia de las paredes a una fuerza mecanica en compresion impuesta por la presion operatoria. El intercambiador 18 esta realizado preferentemente con un material buen conductor del calor.
En su segundo extremo 2b, el cuerpo principal esta provisto de un medio de calentamiento electrico. Este medio de calentamiento esta constituido por uno o varios cartuchos de calentamiento 24 que atraviesan la pared de fondo del cuerpo principal 2 y que estan sumergidos en la mezcla agua/oxidante. El medio de calentamiento 24 esta situado en la zona anular 10 comprendida entre el tubo interno 8 y la pared interior del cuerpo principal 2. Los medios de calentamiento 24 estan situados en la proximidad inmediata de la zona de reaccion 12 para sobrecalentar la mezcla agua/oxidante de modo que se alcancen unas condiciones de temperatura favorables para la ignicion de la reaccion OHT en el tubo interno 12.
En su primer extremo 2a, el cuerpo principal 2 incluye la brida de interfaz fria 4. Esta brida esta provista de un punto de inyeccion de efluente 26 diluido en una alta proporcion de agua. El punto de inyeccion 26 esta constituido por un canal radial perforado en la brida de interfaz fria 4 y por un canal axial y unido a un intercambiador en espiral 28 yuxtapuesto a la pared interna del cuerpo principal 2. El intercambiador 28 desemboca en cabeza del tubo interno 8 (referencia 30). La brida de interfaz 4 esta provista igualmente de un punto de inyeccion de mezcla agua/oxidante 32 que alimenta la zona anular 10.
El tubo interno 8 esta alimentado por el serpentin de precalentamiento 28 que contiene el efluente diluido procedente de la inyeccion 26.
Por otra parte, el tubo interno 8 incluye una antecamara de reaccion situada en el lado del segundo extremo caliente 8b del tubo interno 8. La antecamara de reaccion esta formada por una pared interna 34 y por una pared externa 36 que obtura el segundo extremo 8b del tubo interno. Un paso 38 para la mezcla de agua y de oxidante esta formado en cada una de las paredes internas 34 y externas 36.
El tubo interno 8, y mas precisamente el volumen de reaccion 12, esta alimentado por la mezcla agua/oxidante tras haber recorrido la zona anular 10 hasta la comunicacion con la antecamara de reaccion 35. El tubo interno 8 esta alimentado tambien por la inyeccion de desechos con alto poder calorifico inferior (PCI) inyectado a traves del tubo de inyeccion 16 que desemboca directamente en el volumen de reaccion 12.
En el lado del primer extremo del tubo interno 8, se encuentra tambien un intercambiador frio 40 situado en la periferia del tubo interno 8. Un fluido caloportador circula en el intercambiador 40. Este fluido caloportador se proporciona y se trata por un circuito exterior unido a las lineas de entrada 42 y de salida (no representadas) del fluido caloportador. El intercambiador frio 40 esta protegido de las agresiones de la reaccion OHT por el tubo interno 8. La insercion de este intercambiador en el cuerpo principal implica la resistencia de las paredes a una fuerza mecanica en compresion impuesta por la presion operatoria. El intercambiador esta realizado preferentemente con un material buen conductor del calor.
En un modo preferido de realizacion de la invencion, el extremo 8a del tubo interno incluye un intercambiador frio adicional situado aguas abajo del intercambiador frio 40 y que llega a completar este ultimo. Este intercambiador frio adicional esta instalado en el interior del tubo interno 8 justo aguas arriba de la brida fria 4. Un fluido caloportador circula en el intercambiador adicional. El fluido caloportador se proporciona y se trata por un circuito externo unido a la entrada y a la salida del intercambiador. Este intercambiador frio adicional, aunque se encuentre en contacto con el medio de reaccion 12, esta protegido del riesgo de corrosion por la bajada de temperatura realizada por el primer intercambiador 40. La insercion de este intercambiador en la autoclave implica la resistencia de las paredes a una fuerza mecanica en compresion impuesta por la presion operatoria.
Segun una variante de realizacion, este intercambiador frio puede insertarse en la brida de interfaz fria 4.
El medio de agitacion permite el removido del fluido en la zona de reaccion 12 desde el punto de inyeccion de los efluentes con alto poder calorifico inferior 16 y la antecamara de reaccion 35 hasta la vertical de la brida de interfaz fria 4. Un modulo de tratamiento de los solidos 44 esta fijado en la brida fria 4. El modulo de tratamiento de los solidos 44 incluye un movil de tratamiento de los solidos 46 dimensionado para constituir con la pared del modulo 44 un paso de espesor maximo emax (vease figura 2). El movil de tratamiento de los solidos 46 se arrastra en rotacion
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mediante un arrastre magnetico 48. Presenta, en seccion axial, una forma circular y se ajusta con un juego emax en un diametro correspondiente del modulo de gestion de los solidos. El movil de tratamiento de los solidos 46 permite un tratamiento de los solidos presentes en el efluente enfriado procedente de la reaccion hidrotermal. Permite adaptar el tamano de estos solidos a una granulometria suficientemente baja para no obstruir las tuberias y los equipos situados aguas abajo del modulo de gestion de los solidos 44.
La invencion permite realizar entre el extremo 2a del cuerpo principal 2 y la brida 4 por una parte, y entre la brida 4 y el modulo de gestion de los solidos 44, una estanqueidad sencilla y eficaz correspondiente a una presion operatoria en un fluido y materiales mantenidos frios por medio de los intercambiadores frios 40 y del intercambiador adicional, eventualmente. Esta estanqueidad puede realizarse con juntas sencillas y robustas (juntas 6 entre el extremo 2a del cuerpo principal y la brida fria 4 y 50 entre la brida fria 4 y el modulo de gestion de los solidos 44). La invencion permite definir igualmente una geometria que permite una inspeccion del estado de los equipos internos al cuerpo principal 2 y un mantenimiento facil por desmontaje del modulo de gestion de los solidos 44 para acceder al eje 14 del medio de agitacion y a los moviles de agitacion (no representados) y de tratamiento de los solidos 46. El desmontaje de la brida 4 permite acceder a la pared externa del tubo interno 8, a los intercambiadores de calor caliente 18 y frio 40, asi como al serpentin de precalentamiento 28 y a la pared interna del cuerpo principal 2.
Se explica a continuacion el funcionamiento en regimen permanente del dispositivo de oxidacion hidrotermal representado en las figuras 1 y 2. Este funcionamiento se describe en regimen permanente segun las condiciones siguientes:
- reactor a la presion operatoria,
- alimentacion (flujo estable) de materia organica en continuo. En funcion de las necesidades se usan las entradas 26 y/o 16,
- alimentacion en continuo (flujo estable) de agua y de oxidante,
- equilibrio termico que resulta de la liberacion de calor de la reaccion de OHT, de los intercambios termicos (intercambiadores caliente y frio 18, 40) y de las temperaturas de los fluidos de alimentacion.
Los moviles de agitacion de los medios de agitacion 14 y de tratamiento de los solidos 46 giran de manera continua a una velocidad impuesta por el motor exterior 48 a traves de un arrastre magnetico. La mezcla situada en el volumen de reaccion se mantiene de este modo agitada respetando al maximo un flujo piston por fase, equivalente a una sucesion de reactores continuos perfectamente agitados.
Las condiciones hidrotermales en agua supercritica permiten el arranque de la reaccion de combustion OHT desde la mezcla entre el desecho procedente de la entrada del efluente diluido 26 y/o del tubo de inyeccion 16 con el agua y el oxidante procedentes de la entrada 32. La reaccion de combustion, una vez iniciada, libera una potencia termica transmitida en el fluido del volumen de reaccion 12. La transferencia de calor a la pared del tubo interno 8 esta facilitada por la turbulencia producida por el medio de agitacion 14. Este flujo de calor se transmite a continuacion al fluido en el que el tubo interno 12 esta banado, es decir la mezcla agua/oxidante que circula en la zona anular 10 a contracorriente del sentido del fluido en el volumen de reaccion 12. La pared del tubo interno 8 constituye de este modo un intercambiador de calor a contracorriente y la mezcla agua/oxidante se calienta por la potencia liberada por la reaccion OHT.
En la vertical de la zona de reaccion, el intercambiador caliente 18 que forma un bucle caliente esta recorrido por un fluido caloportador. En ausencia de circulacion del fluido caloportador, el regimen termico establecido, debido a la cinetica rapida de la reaccion OHT, conduce en un primer paso a una alta elevacion de temperatura en el volumen de reaccion 12 y en un segundo paso a una disminucion de la temperatura a medida que se establece el intercambio a contracorriente con la mezcla agua/oxidante. Este perfil de temperatura puede conducir a alcanzar valores altos de temperaturas tales que los materiales del tubo interno 8, incluso la pared del cuerpo principal 2 se deterioren o bien conduzcan a fenomenos de pirolisis con una produccion de grafito no deseada en los efluentes. Este perfil de temperatura puede conducir igualmente a disminuir rapidamente la extension del volumen de reaccion, y por tanto el desarrollo eficaz de la reaccion OHT.
La circulacion del fluido caloportador en el intercambiador 18, a traves de la circulacion de la mezcla agua/oxidante en la zona anular 10 tiene como consecuencias extraer potencia en la vertical de la cabeza del tubo interno 8 (zona 8b), restituir potencia en la vertical de la zona de reaccion 12 aguas abajo del inicio de la reaccion OHT, limitar la transferencia de calor entre el tubo interno 8 y el cuerpo principal 2 interponiendo una superficie con una temperatura impuesta, extraer potencia producida por la reaccion OHT y no restituida a los fluidos precalentados fuera del cuerpo principal 2.
Esta circulacion permite controlar la temperatura de los equipos y del volumen de reaccion con el fin de pilotar la cinetica de reaccion limitando la formacion de pirolisis en el tubo de inyeccion por ejemplo o bien extendiendo la zona de temperatura operatoria con el fin de usar al maximo el volumen bajo presion (aumento del tiempo de estancia). Esta circulacion permite mantener igualmente los equipos y los materiales que les constituyen en un rango de temperatura aceptable ofreciendo un grado de libertad con respecto al pilotaje de la instalacion. Por ejemplo, ello permite desacoplar la zona del cuerpo principal 2 en cuestion con respecto al caudal de alimentacion de agua, de
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oxidante y de desechos, en los intercambios de calor entre los fluidos precalentados en la zona anular 10 y en el serpentin de precalentamiento 28, y con respecto igualmente a la potencia de la reaccion de combustion OHT.
La temperatura y el caudal de la circulacion del fluido caloportador en el intercambiador caliente 18 pueden estar regidos por la temperatura maxima aceptada al nivel de la pared interna del cuerpo principal 2 y de la pared externa del tubo interno 8 tomada en la zona anular 10 en la vertical de la zona donde se produce una liberacion de potencia. La temperatura y el caudal de circulacion del fluido caloportador pueden estar regidos igualmente por la temperatura minima situada al nivel de la pared externa del tubo interno 8 y en la vertical de la zona de transicion de temperatura entre la zona caliente y la zona fria del cuerpo principal 2.
La eficacia de esta regulacion esta controlada igualmente por la turbulencia y la superficie de intercambio disponible en la zona anular 10.
El intercambio termico que acaba de describirse puede conducir a imponer a la mezcla agua/oxidante que circula en la zona anular 10 por una parte y al desecho diluido que circula en el serpentin de precalentamiento 28 por otra parte, que se mantengan a una temperatura relativamente alejada de la temperatura de ignicion de la reaccion de OHT. Esta limitacion de la temperatura puede imponerse con el fin de controlar la transferencia termica con el intercambiador caliente 18, controlar la cinetica de reaccion durante la mezcla de los reactivos en cabeza del volumen de reaccion en el tubo interno 8, y limitar el calentamiento en el volumen de reaccion.
En este caso, la mezcla de reaccion, incluso en presencia de un desecho con alto PCI inyectado en el tubo de inyeccion 16, no induce una ignicion eficaz de la reaccion de OHT. Para permitir sobrecalentar la mezcla de modo que se alcancen las condiciones de temperatura favorables para la ignicion de la reaccion de OHT, una resistencia electrica 24 que esta sumergida en la mezcla agua/oxidante esta introducida en la zona anular 10 en la proximidad inmediata de la introduccion de la mezcla en la zona de reaccion 12.
La potencia inyectada por la resistencia electrica 24 puede estar regida, por ejemplo, pero de manera no limitativa, por la temperatura de la mezcla agua/oxidante tomada al nivel de la antecamara de reaccion 35 en cabeza (8b) del tubo interno 8. Cabe destacar que la o las resistencias electricas 24 pueden usarse durante la fase de arranque del procedimiento para llegar a una ignicion rapida de la reaccion de OHT.
Aguas abajo de la zona donde tiene lugar la reaccion de OHT, el intercambiador frio 40, que forma el bucle frio, esta recorrido por un fluido caloportador. En ausencia de circulacion de este fluido caloportador, el enfriamiento de los efluentes se situa en el limite de las capacidades de intercambio con la circulacion a contracorriente de los reactivos frios entrantes que son la mezcla agua/oxidante procedente de la entrada 32 y el desecho procedente de la entrada 26. Este perfil de temperaturas puede conducir a alcanzar un nivel de temperatura demasiado grande en salida del cuerpo principal 2 para garantizar el aguante de los organos de estanqueidad 6 y 50 del cuerpo principal en la brida 4 y del modulo de gestion de los solidos 44 en la brida 4. En concreto, se preconizara limitar la temperatura de estos organos de estanqueidad a unos valores medios inferiores a 150 °C y en cresta inferiores a 250 °C. Este perfil de temperatura puede conducir igualmente a alcanzar un nivel de temperatura demasiado grande para garantizar el aguante de los materiales aguas abajo de la zona de reaccion, que esta construida con un material que resiste a las especies quimicas liberadas durante la liberacion de OHT a unas temperaturas superiores a las condiciones medidas y a las condiciones moderadas requeridas en salida de cuerpo principal. En concreto, algunos acidos minerales liberados por la reaccion de OHT que contienen heteroatomos (cloro, azufre, fosforo) podrian corroer las superficies del cuerpo principal y de las tuberias aguas abajo a una temperatura superior a una centena de grados.
La circulacion del fluido caloportador en el intercambiador frio 40 tiene como consecuencia extraer muy eficazmente el calor residual no extraido por la circulacion a contracorriente de los reactivos frios que son la mezcla agua/oxidante procedente de la entrada 32 y el desecho diluido procedente de la entrada 26. Esta circulacion permite disminuir la temperatura de los efluentes antes de alcanzar la brida fria 4. La temperatura y el caudal de esta circulacion pueden estar regidos, por tanto, por ejemplo, pero de manera no limitativa, por la temperatura de los efluentes tomada por un termopar sumergido en el fluido en la vertical de la brida de interfaz fria 4. La eficacia de esta regulacion esta controlada igualmente por la turbulencia del medio de reaccion por la agitacion de los medios de agitacion 14 y la superficie de intercambio disponible en la zona anular 10.
Se describira ahora el modulo de gestion de los solidos 44.
Unos elementos minerales procedentes del desecho inicial pueden estar presentes en forma soluble en la fase acuosa en contacto con el desecho, en forma insoluble en suspension en el desecho o la fase acuosa, o incluso en forma organica en el desecho y liberarse en forma de sales o de sales de acido durante la reaccion de OHT. Los materiales expuestos a la reaccion de OHT igualmente pueden, en funcion de las condiciones operatorios y de la composicion de los desechos (presencia de heteroatomos), corroerse y liberar en el fluido del procedimiento unos elementos minerales constitutivos. Las condiciones hidrotermales buscadas durante el tratamiento de los compuestos organicos permiten obtener una reaccion OHT muy rapida y extremadamente eficaz cuyo rendimiento es superior a un 99,9 %. Estas condiciones conducen, sin embargo, debido a la gran disminucion de la constante dielectrica del agua, a precipitar los elementos minerales contenidos en el desecho y/o en el agua.
La presencia de solidos en el efluente aguas abajo de la autoclave plantea dificultades de gestion. En efecto, la presion del procedimiento esta regulada por la purga en continuo de los efluentes. La presencia de solidos de tamanos indefinidos en el efluente en salida de la autoclave puede conducir a la obstruccion de las tuberias con el tiempo, en particular en caso de restricciones de diametro. Puede conducir igualmente a la degradacion de las 5 valvulas de regulacion de presion aguas abajo de la autoclave por acumulacion, rayas y abrasion de las restricciones que aseguran la funcion de regulacion. De manera clasica, los organos de regulacion de presion estan protegidos por la interposicion de un filtro con umbral de corte adaptado a las recomendaciones del fabricante. El inconveniente de esta estrategia es que induce la gestion de un flujo secundario de particulas (durante una desobstruccion automatica, por ejemplo) a partir de una fuente bajo alta presion que plantea en algunas aplicaciones serias 10 dificultades de implementacion.
Aguas abajo de la brida de interfaz fria 4 esta implantado un modulo de gestion de los solidos 44. Este modulo esta montado en el eje de los medios de agitacion 14 y se pone en rotacion por el motor magnetico 48. El movil de tratamiento de los solidos 46 permite, debido a su rotacion, realizar una accion mecanica sobre los solidos en 15 suspension en el fluido procedente del volumen de reaccion y enfriado. Mediante esta accion mecanica (abrasion, cizallamiento) se puede facilitar la solubilizacion de algunos minerales. El modulo asegura principalmente la puesta en calibre de las particulas antes de su salida. La calibracion esta asegurada por el juego de rotacion entre el movil de tratamiento de los solidos 46 y la superficie de la pared interna del modulo de gestion de los solidos 44. El juego mecanico emax (vease figura 2) puede adaptarse en caso necesario, y en concreto a las fuerzas de los equipos 20 colocados aguas abajo del reactor.

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    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo de oxidacion hidrotermal para el tratamiento de una materia en un medio supercritico, que comprende:
    - un cuerpo principal (2) provisto en un primero (2a) de sus extremos de una brida de interfaz fria (4), de medios de estanqueidad (6) entre el cuerpo principal y la brida, estando el cuerpo principal, la brida y los medios de estanqueidad realizados con materiales que resisten a las presiones y a las temperaturas de los medios supercriticos;
    - un tubo interno (8) colocado en el interior del cuerpo principal (2) para formar una zona anular (10) a lo largo del cuerpo principal, comprendiendo el tubo interno un primer extremo frio (8a) y un segundo extremo caliente (8b), estando el primer extremo del tubo interno fijado de manera estanca a la brida de interfaz fria (4), delimitando el tubo interno (8) una zona interior de reaccion (12);
    - un medio de agitacion (14) colocado en la zona interior de reaccion (12) del tubo interno (8) y accionado por medio de un arbol giratorio;
    - un medio de refrigeracion (18) para enfriar la materia tratada que se encuentra en la zona interior de reaccion (12) del tubo interno (8) antes de su evacuacion del dispositivo de oxidacion por una salida de materia tratada;
    - una entrada (32) para una mezcla agua y oxidante situada en el lado del primer extremo frio (2a) del cuerpo principal, recorriendo la mezcla agua y oxidante la zona anular (10) del primer extremo frio (8a) al segundo extremo caliente (8b) del tubo interno (8), antes de penetrar en la zona interior de reaccion (12) del tubo interno (8);
    - una salida de los efluentes situada al nivel del primer extremo frio (2a) del cuerpo principal (2);
    - una entrada (16) de materia que hay que tratar, situada en un segundo extremo caliente (2b) del cuerpo principal (2), desembocando esta entrada en el tubo interno (8), en su segundo extremo (8b);
    caracterizado por que el dispositivo de oxidacion incluye ademas una entrada (26) para un efluente diluido, situada en la brida de interfaz fria (4) y unida a un serpentin de precalentamiento (28) dispuesto a lo largo de la pared interna del cuerpo principal (2) y que se extiende de su primer extremo frio (2a) a su segundo extremo caliente (2b), desembocando (30) el serpentin de precalentamiento (28) en la zona de reaccion del tubo interno (8) al nivel de su segundo extremo caliente (8b).
  2. 2. Dispositivo de oxidacion hidrotermal segun la reivindicacion 1, caracterizado por que incluye un intercambiador de calor (18) que forma un radiador de bucle caliente dispuesto en la zona anular (10) y en una zona periferica situada en el lado del segundo extremo caliente (8b) del tubo interno (8), sacando el radiador de bucle caliente (18) calor de la reaccion de oxidacion hidrotermal que se produce en el segundo extremo de la zona interna (12) del tubo interno (8).
  3. 3. Dispositivo de oxidacion hidrotermal segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que incluye una antecamara de reaccion (35), situada en el lado del segundo extremo caliente (8b) del tubo interno (8), estando la antecamara de reaccion (35) formada por una pared interna (34) y por una pared externa (36) que obtura el tubo interno (8), estando un paso de comunicacion (38) para la mezcla de agua y de oxidante formado en cada una de las paredes interna y externa.
  4. 4. Dispositivo de oxidacion hidrotermal segun la reivindicacion 3, caracterizado por que incluye un medio de calentamiento electrico (24) dispuesto en el cuerpo principal (2) y que desemboca en el espacio anular (10), en la proximidad de la antecamara de reaccion (35), estando este medio de calentamiento protegido por esta disposicion de las agresiones quimicas inducidas por el desecho o la reaccion de oxidacion hidrotermal.
  5. 5. Dispositivo de oxidacion hidrotermal segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que incluye un intercambiador de calor (40) que forma un radiador de bucle frio que permite bajar la temperatura del medio fluido despues de la reaccion para garantizar las condiciones de aguante de los organos de estanqueidad (6, 50) del cuerpo principal en las bridas y para solubilizar al maximo las especies minerales que han precipitado.
  6. 6. Dispositivo de oxidacion hidrotermal segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que incluye un modulo de gestion de los solidos (44), presentandose este modulo en forma de una cubierta que obtura un orificio pasante formado en la brida, estando unos medios de estanqueidad frios (50) previstos entre el modulo de gestion de los solidos (44) y la brida (4).
  7. 7. Dispositivo de oxidacion hidrotermal segun la reivindicacion 6, caracterizado por que incluye un movil de tratamiento de los solidos (46) arrastrado en rotacion mediante un arrastre magnetico (48), presentando el movil de tratamiento de los solidos (46), en seccion axial, una forma circular y ajustandose con un juego emax en un diametro correspondiente del modulo de gestion de los solidos (44), permitiendo el movil de tratamiento de los solidos un tratamiento mecanico de los solidos presentes en el efluente enfriado procedente de la reaccion hidrotermal y permitiendo adaptar el tamano de estos solidos a una granulometria elegida para no obstruir las tuberias y los equipos situados aguas abajo del modulo de gestion de los solidos (44).
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  8. 8. Procedimiento de tratamiento en continuo de una materia por oxidacion hidrotermal, que comprende las etapas siguientes:
    a) introduccion en un reactor de un fluido que comprende agua y un oxidante bajo una presion superior a 22,1 MPa en una zona anular (10) formada entre una pared interna de un cuerpo principal de reactor (2) y un tubo (8) interno al cuerpo principal, en un primer extremo frio del cuerpo principal (2a);
    b) calentamiento del fluido agua/oxidante en la zona anular (10) a una temperatura superior a 374 0C;
    c) introduccion del fluido agua/oxidante bajo presion y calentado obtenido en la etapa b) en el tubo interno (8) del reactor al nivel de un segundo extremo caliente (2b) del cuerpo principal, y una introduccion simultanea (16) de la materia que hay que tratar en el tubo interno (8) al nivel del segundo extremo caliente (2b) del cuerpo principal;
    d) mezcla del fluido agua/oxidante bajo presion calentado y de la materia que hay que tratar en una primera parte del tubo interno (8) para oxidar la materia que hay que tratar y enfriamiento de la mezcla fluido/materia oxidada obtenida de este modo en una segunda parte del tubo interno (8);
    e) evacuacion de la mezcla fluido/materia oxidada del reactor en un primer extremo frio del cuerpo principal;
    caracterizado por que incluye ademas una etapa de introduccion de un efluente diluido en un serpentin de precalentamiento (28), encontrandose la entrada (26) del serpentin (28) al nivel del primer extremo frio (2a) del cuerpo principal (2), estando el serpentin enrollado a lo largo de la pared interna del cuerpo principal (2) y desembocando (30) en la primera parte del tubo interno (8).
  9. 9. Procedimiento segun la reivindicacion 8, caracterizado por que incluye una etapa adicional segun la que se enfria una zona de reaccion (12) situada en el interior del tubo interno (8) al nivel de un segundo extremo caliente (8b) de este tubo interno (8) por medio de un intercambiador de calor (18) que forma un radiador de bucle caliente dispuesto contra el tubo interno (8).
  10. 10. Procedimiento segun la reivindicacion 8 o 9, caracterizado por que se calienta el fluido agua/oxidante en el espacio anular (12) comprendido entre la pared interna del cuerpo principal y la pared externa del tubo interno por medio:
    a) de una o de varias resistencias electricas (24) situadas al nivel de la antecamara de reaccion;
    b) del radiador de bucle caliente;
    c) del calor producido por la reaccion hidrotermal.
  11. 11. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por que se extrae calor del tubo interno (8) en la proximidad de su primer extremo frio por medio de un intercambiador de calor (40) que forma un radiador de bucle frio, permitiendo este intercambiador bajar la temperatura del medio fluido despues de la reaccion hidrotermal y antes de su salida del reactor.
  12. 12. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado por que se tratan mecanicamente los solidos presentes en el efluente enfriado triturandolos entre una pared interna de un modulo de gestion de los solidos (44) unido a una brida (4) del reactor y una pared externa de un movil de tratamiento de los solidos (46) para obtener una granulometria elegida suficientemente fina para no obstruir las tuberias y los equipos situados aguas abajo del modulo de gestion de los solidos (44).
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